DE69813003T2

DE69813003T2 - Flexibles frequenz-zeitduplex in funkübertragungssystemen

Info

Publication number: DE69813003T2
Application number: DE69813003T
Authority: DE
Inventors: Michael Lenzo; Qun Shen
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2018-11-14
Also published as: EP1031247B1; CA2311292A1; CN1284245A; ATE236497T1; BR9814965A; DE69813003D1; EP1031247A1; CN1132462C; JP2003526955A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft. Funk-Kommunikationssysteme und insbesondere Duplex-Verfahren in Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-Systemen (TDMA).

Hintergrund der Erfindung

Die meisten drahtlosen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff- Kommunikationssysteme benutzen entweder ein Zeit-Teilungs- Duplex-Verfahren (TDD) oder ein Frequenz-Teilungs-Duplex- Verfahren (FDD), um Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Übertragungen zu trennen. Da beide Duplex- Verfahren gewisse Vor- und Nachteile aufweisen, werden beide Verfahren regelmäßig in drahtlosen Kommunikationsanwendungen eingesetzt.
Zum Beispiel wird im PWT-Standard (Personal Wireless Telecommunication) der Zeitteilungs-Mehrfachzugriff mit Zeitteilungs-Duplex für die Frequenzplanung ebenso benutzt wie für die Signalpaket- und Zeitschlitz-Zuordnung. Ein derartiger Zeitteilungs-Mehrfachzugriff mit Zeit-Duplex- Verfahren ist gut geeignet für viele kommerzielle drahtlose Kommunikationsanwendungen (z. B. Kleingelände-Systeme mit Micro- oder Pico-Zellen). Darüberhinaus offenbart das U.S.- Patent 5,475,677 ein tragbares Handgerät, das mit beiden Betriebsarten kompatibel ist für den Betrieb, sowohl in einem FDD-Modus für Kommunikation im lizensierten Teil des Frequenzbandes, als auch in einem TDD-Modus für Kommunikation im unlizensierten Teil des Frequenzbandes.
Andererseits kann ein Zeitteilungs-Mehrfachzugriff entweder mit Zeitteilungs-Duplex oder Frequenzteilungs-Duplex für lizensierte PCS-Bänder (Personal Communication Service) zu bevorzugen sein, abhängig von Kundenanforderungen oder Markterfordenissen. Mit anderen Worten, weil die Struktur eines PCS-Systems hauptsächlich durch den Serviceprovider festgelegt ist, der einen Teil des Frequenzspektrums erworben hat, werden Technologie und Frequenznutzung, die in einem solchen System implementiert sind, letztendlich durch Kundenanforderungen ebenso bestimmt wie durch rechtliche und praktische Einschränkungen. Während ein erster Kunde vielleicht für eine bestimmte kommerzielle drahtlose Anwendung ein Zeitteilungs-Mehrfachzugriff- /Zeitteilungsduplex-System anfordert, könnte ein zweiter Kunde später ein Zeitteilungs-Mehrfachzugriff- /Frequenzteilungsduplex-System für einen drahtlosen Teilnehmeranschluß (wireless local loop) verlangen.
Insofern sind Serviceprovider oft gezwungen, zwischen Duplexverfahren zu konvertieren. Allerdings resultiert die Konvertierung zwischen den Verfahren üblicherweise in Mehrfachaufwand und verschwendet deshalb erhebliche Zeit und Mittel. So ist es beispielsweise generell nicht möglich, eine gemeinsame Hardwareplattform für beide Systemtypen zu benutzen, weil es sich beim herkömmlichen Zeitteilungsduplex und beim Frequenzteilungsduplex um grundsätzlich verschiedene Verfahren handelt. Das führt dazu, daß typischerweise zwei Entwicklungsteams beauftragt und zwei getrennte Produktserien aufgelegt werden, um Ausführungsformen für beide Verfahren, Zeitteilungs-Duplex und Frequenzteilungs-Duplex, zur Verfügung zu stellen.
Insofern gibt es einen Bedarf für ein flexibles Duplexverfahren, das es einem Kommunikations-System ermöglicht, adaptiert zu werden um veränderte Kundenbedürfnisse zu befriedigen, ohne eine Änderung der grundlegenden Hardware-Architektur des Systems erforderlich zu machen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 18, bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Die vorliegende Erfindung erfüllt die oben beschriebenen und andere Bedürfnisse, indem sie einen flexiblen Duplex-Mechanismus in einem Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-Kommunikationssystem zur Verfügung stellt. Genauer ausgedrückt verwendet das offenbarte System einen gemischten oder hybriden Teilungs-Duplex-Mechanismus derart, daß Übertragungen der Aufwärts- und Abwärts-Verbindungen nach Frequenz getrennt sind, während die zu Sendung und Empfang gehörigen Zeitschlitze auch zeitlich getrennt sind. Das hybride Duplex-Verfahren, das hier als Frequenz-/Zeit- Teilungs-Duplex (FTDD) bezeichnet ist, ermöglicht es, daß alternative Duplex-Mechanismen innerhalb eines Kommunikationssystems wahlweise implementiert werden, ohne eine Modifikation der grundlegenden System-Hardware- Architektur zu erfordern.
Das Frequenz-/Zeit-Teilungs-Duplex-System der vorliegenden Erfindung bietet den Vorteil geringer Leistungsaufnahme und reduzierter Hardwarekomplexität, die normalerweise mit konventionellen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Zeitduplex- Systemen verbunden sind, während es auch verbesserte Störwerte liefert, indem es die Frequenzbänder für Aufwärts- und Abwärts-Verbindung trennt. Desweiteren ermöglicht das vorgeschlagene System einer einzelnen Hardwareplattform, für mehrere Technologien und Anwendungen verwendet zu werden. Zum Beispiel können auch Basisstationen, die für ein kommerzielles drahtloses System auf der Basis von Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Zeitteilungs-Duplex-Technologie entwickelt sind, mit geringfügigen Änderungen auch für drahtlose Teilnehmeranschluß-Anwendungen (WLL) eingesetzt werden, die herkömmlicherweise auf Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-/Frequenzteilungs-Duplex-Technologie basieren. Insofern können Ausführungen der Erfindung einmalige Entwicklungskosten, die typischerweise mit der Technologie- und Produktentwicklung verbunden sind, deutlich reduzieren. Im Ergebnis können Entwicklungszeiten und Produktionszyklen für implementierte Systeme verkürzt werden, und die Produktlieferanten schneller auf Kunden- und Marktanforderungen reagieren.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Basisstation einen Transceiver, der konfiguriert ist, um Abwärtsverbindungs-Kommunikationssignale an eine Mobilstation auf einer ersten Trägerfrequenz zu übertragen, und Aufwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über aufeinanderfolgende Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Rahmen zu empfangen, wobei jeder Rahmen eine Vielzahl von Zeitschlitzen umfaßt. Für jede aktive Kommunikationsverbindung zwischen der Station und einer bestimmten Mobilstation ist ein erster Zeitschlitz in jedem Rahmen für die Abwärtsverbindungs- Kommunikation zu der bestimmten Mobilstation zugeteilt, und ein zweiter Zeitschütz in jedem Rahmen für die Aufwärtsverbindungs-Kommunikation von der bestimmten Mobilstation zugeteilt, wobei die ersten und zweiten zugeteilten Zeitschlitze zeitlich durch einen festen Zeitversatz getrennt sind. Vorteilhafterweise kann eine Dauer des festen Zeitversatzes für jede aktive Kommunikationsverbindung (z. B. für jeden entgegengenommenen Anruf) verschieden sein. Zum Beispiel, wenn jeder Rahmen von der Dauer T ist und 2N Zeitschlitze umfaßt, wobei jeder Zeitschlitz von der Dauer T/2N ist, kann der feste Zeitversatz für jede aktive Kommunikationsverbindung ΔT = (T/2N)·m sein, wobei m eine ganze Zahl im Bereich 1 bis 2N - 1 ist.
Entsprechend einer alternativen Ausführung umfaßt eine Basisstation einen Transceiver, konfiguriert um Abwärtsverbindungs-Kommunikationssignale an eine Mobilstation über eine erste Trägerfrequenz zu übermitteln, und um Aufwärtsverbindungs-Kommunikationssignale von den Mobilstationen über eine zweite Trägerfrequenz zu empfangen, wobei Abwärts- und Aufwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über aufeinanderfolgende Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Rahmen gesendet und empfangen werden, von denen jeder Rahmen eine Vielzahl von Zeitschlitzen umfaßt. Vorteilhafterweise teilen sich ein Signalverarbeitungspfad für die Abwärtsverbindung und ein Signalverarbeitungspfad für die Aufwärtsverbindung gemeinsame Signalverarbeitungskomponenten. So können die gemeinsam genutzten Signalverarbeitungskomponenten zum Beispiel einen oder mehrere Filter einschließen, einen Oszillator oder ein Modem.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind im Anschluß detaillierter erklärt mit Bezug auf die in den begleitenden Zeichnungen dargestellten illustrativen Beispiele. Dem Fachmann ist klar, daß die beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich der Illustration und dem Verständnis dienen, und daß alle äquivalenten Ausführungsbeispiele gleichermaßen berücksichtigt sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt ein beispielhaftes drahtloses Kommunikations-System dar, in dem die Lehre aus der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann.
Fig. 2A stellt eine Basisstation und eine Mobilstation dar, die in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Zeitteilungs-Duplex- Verfahren kommunizieren.
Fig. 2B stellt eine beispielhafte Zeitschlitz- Zusammenstellung in einem herkömmlichen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Zeitteilungs-Duplex- System dar.
Fig. 3A stellt eine Basisstation und eine Mobilstation dar, die in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Frequenzteilurigs- Duplex-Verfahren kommunizieren.
Fig. 3B stellt eine beispielhafte Zeitschlitz- Zusammenstellung in einem herkömmlichen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Frequenzteilungs- Duplex-System dar.
Fig. 4A stellt eine Basisstation und eine Mobilstation dar, die in Übereinstimmung mit einem flexiblen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-/Frequenz-/Zeit- Teilungs-Duplex-Verfahren gemäß der Erfindung kommunizieren.
Fig. 4B stellt eine beispielhafte Zeitschlitz- Zusammenstellung in einem flexiblen Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-/Frequenz-/Zeit-Teilungs-Duplex- System gemäß der Erfindung dar.
Fig. 4C stellt eine alternative Zeitschlitz- Zusammenstellung in einem flexiblen Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-/Frequenz-/Zeit-Teilungs-Duplex- System gemäß der Erfindung dar.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Transceivers, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 stellt ein drahtloses Kommunikationssystem 100 dar, in dem die Lehren aus der vorliegenden Erfindung implementiert werden gönnen. Wie gezeigt, schließt das beispielhafte System zehn Zellen oder Abdeckungsbereiche C1-C10, zehn Basisstationen B1-B10, einen Timing-Master TM (Hauptzeitgeber) und zehn Mobilstationen M1-M10 ein. Solch ein drahtloses System kann zum Beispiel in Übereinstimmung mit dem PWT-Standard (Personal Wireless Telecommunication) konstruiert werden, und deshalb verwendet werden, um zum Beispiel mobile Kommunikationen in Gebäuden oder über einem Areal mit vielen Gebäuden und Freigelände bereitzustellen. Im Allgemeinen kann ein drahtloses System weit mehr als zehn Zellen, zehn Basisstationen und zehn Mobilstationen umfassen; zehn von jedem sind jedoch für Illustrationszwecke ausreichend.
Wie gezeigt, können eine oder mehrere Basisstationen in jeder der Zellen untergebracht sein. Obwohl Fig. 1 die Basisstationen zur Mitte der Zellen hin plaziert zeigt, kann jede Basisstation statt dessen irgendwo innerhalb der Zelle plaziert werden. Basisstationen, die zur Mitte der Zelle hin plaziert sind, verwenden typischerweise omnidirektionale Antennen, während Basisstationen, die zum Rand der Zelle hin plaziert sind, üblicherweise Richtantennen verwenden. Der Timing-Master TM (Hauptzeitgeber) oder Funkwechsler sorgt für die zeitliche Sychronisation zwischen den Basisstationen in fachlich bekannter Weise. Der Timing-Master kann mit den Basisstationen durch Kabel, Funkverbindung oder beides verbunden sein.
Jede Basisstation und jede Mobilstation umfaßt einen Transceiver zum senden und empfangen von Kommunikationssignalen über die Luftschnittstelle. Typischerweise kommunizieren die Basis- und Mobilstationen über eine Form von Zeitteilungs-, Frequenzteilungs- oder Codeteilungs-Mehrfachzugriff (d.h. TDMA, FDMA oder CDMA) in fachlich bekannter Weise. Wenn die Mobilstationen sich innerhalb der Zellen oder von Zelle zu Zelle bewegen, ist Kommunikation mit mindestens einer Basisstation immer möglich. Im Ergebnis sind Mobilstationsnutzer in der Lage, überall innerhalb des Abdeckungsbereichs des Gesamtsystems Telefonate abzusetzen, entgegenzunehmen und zu führen. Um die Merkmale und Vorteile des hybriden Frequenz-/Zeit- Teilungs-Duplex-Verfahrens (FTDD) der vorliegenden Erfindung zu erhellen, sind nachfolgend die herkömmlichen Zeitteilungsduplex- (TDD) und Frequenzteilungsduplex (FDD)- Verfahren mit Bezug auf Zeichnungen 2A, 2B, 3A und 3B beschrieben. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit ist die Kanaldefinition des Personal-Wireless-Telecommunication- Standards verwendet worden, um ein herkömmliches Zeitteilungs-Mehrfachzugriff (TDMA)/TDD-System zu illustrieren. Obwohl die Kanaldefinitionen der Normen untereinander abweichen können, bleiben die zugrundeliegenden Multipex- und Demultiplex-Konzepte die selben.
Fig. 2A stellt die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Kommunikation entsprechend dem herkömmlichen TDD-Verfahren dar. Wie gezeigt sind die von einer TDD-Basisstation B20 an ein TDD-Handgerät M20 übermittelten Signale und die vom TDD-Handgerät M20 an die TDD-Basisstation B20 übermittelten Signale zeitlich getrennt. Wenn, wie in Fig. 2B gezeigt, ein vorbestimmtes Zeitintervall T die Dauer einer einzelnen TDMA/TDD-Rahmens T20 repräsentiert, dann ist die Trennung zwischen den Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Übertragungen typischerweise die Hälfte des vorbestimmten Zeitintervalls T oder T/2. In einem Personal-Wireless-Telecommunications- System hat jeder Rahmen eine Dauer von 10 Millisekunden und umfaßt vierundzwanzig Datenschlitze. Innerhalb eines Datenrahmens werden zwölf Zeitschlitze für die Übertragung (von der TDD-Basistation B20 zum TDD-Handgerät M20) benutzt und die verbleibenden zwölf Zeitschlitze für den Empfang (d.h. Übertragung vom TDD-Handgerät M20 zur TDD-Basisstation B20). Obwohl Sendung und Empfang durch eine bestimmte feste (oder variable) Zeit getrennt sind, teilen sie sich ein gemeinsames Frequenzband. Der Kanal eines solchen Systems ist deshalb definiert durch eine vorbestimmte Frequenz und ein Zeitrefernzpaar.
Solche TDMA/TDD-Systeme sind weit verbreitet in verschiedenen drahtlosen Kommunikations-Anwendungen. Ein Vorteil dieser Systeme ist das der Frequenzausnutzung, da beide Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Übertragungen eine gemeinsame Trägerfrequenz benutzen. Außerdem kann für beide Funktionen ein einziger Hardwarepfad (einschließlich Filter, Oszillatoren u. s. w.) verwendet werden, da Sendung und Empfang zeitlich getrennt sind. Im Ergebnis sind die Kosten eines TDD-Systems vergleichweise niedrig. Ebenso nehmen TDD- Systeme vergleichweise wenig Leistung auf, da die empfangende Hardware während des Sendens abgeschaltet werden kann (und die sendende Hardware während des Empfangs abgeschaltet werden kann).
Im Gegensatz dazu benötigen Frequenzteilungsduplex-Systeme (FDD) getrennte Frequenzbänder für Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Kommunikationen. Dies folgt aus der Tatsache, daß Empfangs- und Sendevorgänge zeitgleich auf verschiedenen Frequenzen ausgeführt werden. Ein Kanal in einem FDD-System ist somit definiert durch die Betriebsfrequenz. Fig. 3A stellt die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Kommunikationen zwischen einer herkömmlichen FDD-Basisstation B30 und einem herkömmlichen FDD-Handgerät M30 dar, und Fig. 3B zeigt einen beispielhaften TDMA/FDD-Rahmen T30. Da beides, senden und empfangen, gleichzeitig erfolgen, werden getrennte Hardwarepfade beiderseits benötigt, in den Basisstationen und in den Gegenstellen. Im Ergebnis kosten FDD-Systeme typischerweise mehr und nehmen mehr Leistung auf im Vergleich zu konventionellen TDD-Systemen. Allerdings liefern FDD-Systeme vergleichsweise geringes Kanal-Übersprechen, und werden manchmal unter einer Inter-System-Perspektive vorgezogen. Mit anderen Worten, ein FDD-Verfahren mag erforderlich sein, um ein System mit nahegelegenen Systemen kompatibel zu machen, indem es den gegenüberliegenden Teil des Frequenzspektrums nutzt. Im Ergebnis sind FDD-Systeme ebenfalls in drahtlosen Kommunikationsanwendungen weit verbreitet.
Obwohl beide Systeme TDD und FDD in der Tat gewisse Vorteile bieten, ist keines in idealer Weise für alle drahtlosen Kommunikationsanwendungen geeignet. Des weiteren erschweren, wie oben beschrieben, die grundsätzlichen Unterschiede zwischen TDD und FDD, ein System anzupassen, das speziell für das für das eine oder andere Verfahren konfiguriert wurde, um bestimmten Anwendungsanforderungen zu entsprechen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise ein hybrides Frequenz-/Zeit-Teilungs-Duplex-Verfahren (FTDD), das gewisse Vorteile aus beiden Arten des herkömmlichen Systems bietet und das des weiteren erlaubt, daß eine einzelne Hardwarekonfiguration schon vorbereitungsweise so angepaßt ist, daß sie praktisch auf jede drahtlose Kommunikationsanwendung paßt.
Um das FTDD-System der vorliegenden Erfindung zu illustrieren, ist ein TDMA-Datenrahmen so definiert, daß er 2N Zeitschlitze (N ganze Zahl) umfaßt, worin N Schlitze reserviert sind für Abwärtsverbindungs-Übertragung von einer Basisstation an eine tragbare und die übrigen N Schlitze für Aufwärtsverbindungs-Übertragung von einer tragbaren an eine Basisstation. Angenommen, ohne Verzicht auf Allgemeinheit, daß die Zeitdauern von Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Schlitzen u bzw. d sind, dann ist die Dauer T eines einzelnen Rahmens gegeben durch:
N(d + u) = T. (1)
Da die Sende- und Empfangs-Zeitschlitze gewöhnlich von gleicher Zeitdauer sind (d.h. d = u), ist der halbe Rahmen oder T/2 gewöhnlich für Abwärtsverbindungs-Übertragung reserviert und die verbleibende Hälfte des Rahmens reserviert für Aufwärtsverbindungs-Übertragung.
Gemäß der Erfindung ist eine Duplexverbindung mit beidem eingerichtet, Frequenz- und Zeit-Trennung. Insbesondere ist die Aufwärtsverbindungs-Frequenz fu getrennt von der Abwärtsverbindungs-Frequenz fd durch einen vorbestimmten Frequenzversatz Δf wie folgt:
fu = fd - Δf (2)
oder
fu = fd + Δf (3)
Gleichungen (2) und (3) beschreiben den Frequenzteilungs- Duplex-Aspekt des Systems. Zusätzlich zu der Frequenztrennung wird eine zeitliche Trennung bereitgestellt. Insbesondere sind die Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Kommunikationen zwischen einer Basisstation und einer tragbaren auch durch einen festen Zeitversatz getrennt. Der spezifische Zeitversatz basiert auf einer Rahmenlänge von 2N Zeitschlitzen mit einer Periode von T/2N Sekunden/Zeitschlitz. Das Zeitduplexen kann dann generell definiert werden für ein Aufwärtsverbindungs-Paket als Su(t&sub1;) und für ein Abwärtsverbindungs-Paket als Sd(t&sub1; ± ΔT), wobei t&sub1; definiert ist als Startzeit des Aufwärtsverbindungs-Pakets und
ΔT = Zeitversatz = (T/2N)·m (1 ≤ 2N - 1) (4)
(m ist eine ganze Zahl, die entsprechend der Erfindung verschieden sein kann für jede zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation aufgebaute Kommunikationsverbindung). Die kombinierten Zeitteilungs- und Frequenzteilungs-Aspekte des Systems können somit beschrieben werden für ein Aufwärtsverbindungs-Paket generell als Su(t&sub1;, fu) und für das Abwärtsverbindungs-Paket als Sd (t&sub1; + ΔT, fu ± ΔF) oder Sd(t&sub1; - ΔT, fu ± ΔF).
Somit treten erfindungsgemäß Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Übertragungen auf getrennten Frequenzen und auf zugeteilten Zeitschlitzpaaren auf, wobei je ein Zeitschlitzpaar für jede aktive Verbindung zugeteilt ist, die zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation aufgebaut ist. Für jede aktive Verbindung geht der zugeteilte Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitz dem entsprechenden zugeteilten Abwärtsverbindungs-Zeitschlitz entweder voraus oder folgt ihm innerhalb jedes TDMA-Rahmens mit dem Zeitversatz ΔT nach. Die Paarung der zugeteilten Zeitschlitze bleibt dann für die Dauer der Verbindung erhalten.
Die Auswahl von Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Zeitschlitzen für jede Verbindung kann zum Beispiel auf einem Kanalauswahlprozess basieren, der die beste Verbindungs- Zusammenstellung ermittelt. Die Bestimmung der besten Verbindungs-Zusammenstellung kann wiederum zum Beispiel auf einer Überprüfung von Gegenkanal- und/oder Mitkanal-Störungen basieren, die beim Aufbau des Anrufs vorliegen. Vorteilhafterweise kann entweder die Basisstation oder die Mobilstation verantwortlich für die Zeitschlitz-Auswahl und - Zuteilung sein. Zum Beispiel kann die Basisstation den Aufwärtsverbindungs-Zeitschlitz auswählen nach den Störungsbedingungen an der Basisstation, während die Mobilstation den Abwärtsverbindungs-Zeitschlitz nach den Bedingungen an der Mobilstation auswählt. Alternativ kann die Basisstation beide Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Zeitschlitze entweder unabhängig oder auf Kommando von der Mobilstation auswählen.
Hierbei ist zu beachten, daß eine einzelne Basisstation benutzt werden kann, um portable Geräte über einen bestimmten Abdeckungsbereich zu unterstützen, weil jede Basisstation nicht auf einen bestimmten Teil eines Rahmens für Aufwärts- und Abwärtsverbindung beschränkt ist. Mit anderen Worten, da jeder Zeitschlitz innerhalb eines jeden TDMA-Rahmens entweder für Aufwärtsverbindungs- oder Abwärtsverbindungs-Übertragung zugeteilt werden kann und da der Zeitversatz zwischen einem zugeteilten Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Zeitschlitzpaar unterschiedlich sein kann für jede aktive Verbindung, kann eine einzelne Basisstation mit einer Mobilstation kommunizieren, indem sie jede verfügbare Zeitschlitz-Zusammenstellung nutzt, die für das Mobilteil vorzüglich ist. Natürlich kann eine einzige Basisstation höchstens N Duplexverbindungen gleichzeitig unterstützen (2N Zeitschlitze pro TDMA-Rahmensequenz angenommen), und falls es die (Funk-)Verkehrsbedingungen gewähren, eine zweite Basisstation im Abdeckungsbereich hinzugefügt werden, um volle zeitliche und spektrale Effizienz bereitzustellen (d.h. beide Basisstationen können zusammen 2N gleichzeitige Gespräche unterstützen).
Fig. 4A stellt eine FTDD Basisstation B40 und eine FTDD Gegenstelle M40 dar, die in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen TDMA/FTDD-Verfahren kommunizieren. Wie gezeigt sind Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- Kommunikationen beiderseits nach Frequenz und Zeit getrennt. Fig. 4B stellt dann eine beispielhafte Kombination von Zeitschlitzpaarungen innerhalb eines TDMA/FTDD-Daten-Rahmens T40a für eine einzelne Basisstation dar. Dem Fachmann erschließt sich, daß die Paarungskombination in Fig. 4B nur ein Beispiel ist, und daß jede mögliche Kombination von Paarungen durch die Erfindung in Betracht gezogen ist. Weiterhin ist dem Fachmann klar, daß jedes Paar wie oben beschrieben einen unterschiedlichen Zeitversatz verwenden kann, obwohl jedes Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungspaar in Fig. 4B den selben Zeitversatz (d.h. ΔT = T/2) verwendet. Andererseits sei zu Illustrationszwecken angenommen, daß die dargestellte Zeitschlitzpaarung die erste Basisstation betrifft, dann stellt Fig. 4C eine komplementäre Zeitschlitzpaarung dar, die zum Beispiel von einer zweiten benachbarten Basisstation verwendet werden kann, ohne mit der ersten Basistation Störungen zu verursachen. Die erste und die zweite benachbarte Basisstation sorgen so gemeinsam für volle zeitliche und spektrale Effizienz für den Abdeckungsbereich, in dem sie sich befinden (d.h. jede Frequenz in jedem Zeitschlitz innerhalb des TDMA-Rahmens wird entweder für Aufwärtsverbindungs- oder. Abwärtsverbindungs-Kommunikation benutzt).
Erfindungsgemäß wird eine entsprechende Basisstations- Synchronisation verwendet, um ein Handgerät in die Lage zu versetzen, die Kommunikation mit irgendeiner Basisstation in einem Gesamtsystem zu führen. Entsprechend dem bekannten Stand der Technik kann solch eine Basisstations- Synchronisation mittels eines Timing Masters TM (Hauptzeitgeber) ausgeführt werden wie der in Fig. 1 dargestellte. Bei Ausführungen, in denen der Zeitversatz T zwischen gepaarten Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Zeitschlitzen über die Kommunikationsverbindungen variabel sind (d.h. in denen jede aktive Kommunikationsverbindung potentiell einen verschiedenen Zeitversatz benutzen kann), wird eine übergeordnete Signalisierung zwischen den Basisstationen benötigt, um Übergaben (handovers) auszuführen (z. B. werden zwischen den Basisstationen während der Übergabe Informationen weitergegeben, die das gerade zugeteilte Paar identifizieren). Andererseits kann in Ausführungen, in denen jede aktive Verbindung einen einheitlichen Zeitversatz ΔT verwendet, der Überbau deutlich reduziert werden, siehe zum Beispiel die mitangemeldete US-Patentanmeldung Nr. 09/189,807 mit dem Titel 'Festes Frequenz-/Zeit-Teilungs-Duplex- Verfahren in Funk-Kommunikations-Systemen', das unter dem gleichen Anmeldedatum geführt wird. Dem Fachmann ist klar, daß die oben beschriebene Synchronisation durch eine schlichte Softwareänderung des bestehenden Systems erreicht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen TDMA/FTDD- Systems verwendet die U.S.-Personal-Communication-Service- Bandfestlegung für Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Frequenzen kombiniert mit der PWT(E) Zeitteilungs-Festlegung. Die Ausführung verwendet ein festes T = T/2 für alle Duplexverbindungen und arbeitet mit den folgenden Parametern:
T = T/2 = 5 ms
F = 80 MHz
T/2N = 416,667us
Su(t&sub1;, fu)
Sd (t&sub1; A 5ms, fu + 80 MHz).
Wie oben bemerkt, bietet das TDMA/FTDD-Verfahren der Erfindung unter anderen Vorteilen den Vorzug von Leistungs- Einsparungen, die typischerweise mit herkömmlichen TDMA/TDD- Systemen verbunden sind. Zum Beispiel ermöglicht das offenbarte FTDD-Verfahren den Sende- und Empfangspfaden einer Basisstation oder einer Mobilstation die gemeinsame Nutzung bestimmter Komponenten, da Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs- bertragungen zeitlich getrennt sind. Dieser Aspekt der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt.
Ein beispielhafter Basisstations-Transceiver 500 in Fig. 5 umfaßt einen Sende-Signalbearbeitungspfad und einen Empfangs- Signalverarbeitungspfad. Wie gezeigt, umfaßt der Sende- Verarbeitungpfad erste und zweite Übertragungsblöcke 510, 520, erste und zweite Sende-/Empfangs-Blöcke 530, 540, einen Oszillator 550, einen Duplexer 560 und eine Antenne 570. Außerdem umfaßt der Empfangs-Signalverarbeitungspfad den Oszillator 550, den Duplexer 560 und die Antenne 570 ebenso wie erste und zweite Empfangsblöcke 580, 590.
Der erste Übertragungsblock 510 kann zum Beispiel einen herkömmlichen Aufwärtswandler umfassen und der zweite Übertragungsblock 520 zum Beispiel Leistungsverstärker und Mischer. Außerdem kann der erste Empfangsblock 580 zum Beispiel rauscharme Verstärker (LNAs) und Mischer umfassen und der zweite Empfangsblock 590 kann zum Beispiel einen herkömmlichen Abwärtswandler und einen Begrenzer umfassen.
Der erste Sende-/Empfangsblock 540 kann beispielsweise ein Modem umfassen und der zweite Sende-/Empfangsblock zum Beispiel einen Bandpassfilter. Der Duplexer 560 kann zum Beispiel ein Zweiweg-Filter oder ein -Schalter sein.
Während der Abwärtsverbindungs-Übertragung koppelt der Duplexer 560 die Antenne an den zweiten Sendeblock 520 und isoliert die Antenne 570 vom ersten Empfangsblock 580. Basisband-Übertragungssignale werden im ersten Sende- /Empfangsblock 530 verarbeitet und dann aufwärtsgewandelt, gefiltert und verstärkt in den Blöcken 510, 540 bzw. 520, vor einer Übertragung über die Antenne 570. Umgekehrt koppelt der Duplexer 560 während des Aufwärtsverbindungs-Empfängs die Antenne 570 an den ersten Empfangsblock 580 und isoliert die Antenne 570 vom zweiten Sendeblock 520. Funkfrequenzsignale werden an der Antenne 570 empfangen und dann verstärkt, gefiltert und abwärtsgewandelt in den Blöcken 580, 540 bzw. 590, bevor sie im ersten Sende-/Empfangsblock 530 verarbeitet werden. Da sich die Sende- und Empfangs-Verarbeitungspfade gewisse Komponenten teilen (z. B. solche Komponenten wie in den ersten und zweiten Sende-/Empfangsblöcken 530 und 540, die typischerweise sehr teuer sind), kann ein Basisstations- Transceiver in Übereinstimmung mit der Erfindung kleiner und kostengünstiger konstruiert werden verglichen mit konventionellen TDMA/FDD Transceivern.
In der Summe lehrt die vorliegende Erfindung ein Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff-System, das einen flexiblen Zeitteilungs-/Frequenzteilungs-Duplex-Mechanismus umfaßt. Das offenbarte System erlaubt bestehender Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-/Zeitteilungs-Duplex-Hardware in Anwendungen verwendet zu werden, in denen Doppel-Duplex-Frequenz-Bänder benötigt werden. Das System behält die Flexibilität, entweder das selbe Frequenzband oder getrennte Bänder für Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Kommunikation zu verwenden. In jedem Fall wird die Zeitteilungsduplex- Tauglichkeit beibehalten dergestalt, daß Hardwarekosten und Leistungsaufnahme minimiert werden.
Dem Fachmann ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf spezielle Ausführungsbeispiele beschränkt ist, wie sie hierin zu Illustrationszwecken beschrieben sind. Deswegen ist der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt, die hieran angehängt sind und alle Äquivalente, die konsistent sind mit der Bedeutung der Ansprüche, die darin umfaßt sind anstatt durch die vorangegangene Beschreibung.

ZUSAMMENFASSUNG

Eine flexible Kanal-Architektur unterstützt die Funk- Kommunikation im Vollduplex-Betrieb zwischen einer Basisstation entsprechend PWT- oder DECT-Norm und einer Gruppe von entfernten Gegenstellen. Die Abwärtsverbindung von der Basis zu den Gegenstellen erfolgt mittels eines ersten Funkfrequenz-Trägers und die Aufwärtsverbindung von den Gegenstellen zur Basis erfolgt mittels eines zweiten Funkfrequenz-Trägers. Jedes Trägersignal ist so strukturiert, daß es einen Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Datenfluß mit N Zeitschlitzen (N ganze Zahl) bereitstellt, so daß die zwei Träger zusammen ein 2N-Zeitschlitz-System zur Verfügung stellen. Innerhalb jedes Rahmens werden während eines ersten Zeitschlitzes Daten von der Basis zu einer Gegenstelle auf dem ersten Träger geschickt und während eines zweiten Zeitschlitzes Daten von der Gegenstelle zur Basis auf dem zweiten Träger, wobei die ersten und zweiten Zeitschlitze durch einen Zeitversatz gegeneinander verschoben sind, der über die Kommunikationsverbindungen variieren kann. Das offenbarte System stellt eine vereinheitlichte Architektur zur Verfügung, die einer einzigen Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-Hardwareplattform effizienterweise erlaubt, wahlweise Zeitteilungsduplex- oder Frequenzteilungsduplex- Betrieb zu unterstützen.

Claims

1. Basisstation (B40) zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationssystem mit einer Mehrzahl von Mobilstationen, wobei die Basisstation umfaßt:

einen Transceiver (500), der konfiguriert ist, Abwärtsverbindungs-Kommunikationssignale an die Mobilstationen (M40) über eine erste Trägerfrequenz (fd) zu senden und Aufwärtsverbindungs-Kommunikationssignale von den Mobilstationen über eine zweite Trägerfrequenz (fu) zu empfangen, wobei die Abwärtsverbindungs- und Aufwärtsverbindungs-Kommunikationssignale über aufeinanderfolgende Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Rahmen gesendet und empfangen werden, von denen jeder Rahmen eine Mehrzahl von Zeitschlitzen (1, 2 ... 2N) einschließt, worin für jede aktive Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation (B40) und einer bestimmten Mobilstation (M40) ein erster Zeitschlitz (1d) in jedem Rahmen für Abwärtsverbindungs-Kommunikation an die bestimmte Mobilstation zugeteilt ist und ein zweiter Zeitschlitz (1u) in jedem Rahmen für Aufwärtsverbindungs- Kommunikation von der bestimmten Mobilstation (M40) zugeteilt ist, wobei die ersten und zweiten zugeteilten Zeitschlitze (1d, 1u) zeitlich getrennt sind durch einen festen Zeitversatz, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation Einrichtungen zum Liefern einer unterschiedlichen Dauer des festen Zeitversatzes für jede aktive Kommunikationsverbindung umfaßt.

2. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitschlitz (1, 2, ... 2N) in den Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-Rahmen für Abwärtsverbindungs- wie auch für Aufwärtsverbindungs-Kommunikation zugeteilt werden kann.

3. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation (B40) konfiguriert ist, für jede aktive Kommunikationsverbindung den Zeitschlitz (1, 2, ... N) auszuwählen, der für die Aufwärtsverbindungs- Kommunikation zugeteilt ist.

4. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation (B40) konfiguriert ist, für jede aktive Kommunikationsverbindung die Zeitschlitze (1, 2, ... 2N) auszuwählen, die für die Abwärtsverbindungs- Kommunikation zugeteilt sind.

5. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede aktive Kommunikationsverbindung die Basisstation (B40) konfiguriert ist, auf Befehl von einer Mobilstation (M40) die Zeitschlitze auszuwählen, die für Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungskommunikation zugeteilt sind.

6. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen die Dauer T hat, und eine ganze Zahl 2N von Zeitschlitzen umfaßt, von denen jeder die Dauer T/2N hat und der feste Zeitversatz für jede aktive Kommunikationsverbindung durch ΔT = (T/2N)·m gegeben ist, wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 2N - 1 ist.

7. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwärtsverbindungs-Signalverarbeitungspfad und ein Aufwärtsverbindungs-Signalverarbeitungspfad des Transceivers sich gemeinsame Signalverarbeitungskomponenten teilen.

8. Basisstation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungskomponenten wenigstens einen Filter, einen Oszillator oder ein Modem einschließen.

9. Basisstation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitschlitz (1, 2, ... N) in den Zeitteilungs- Mehrfachzugriff-Rahmen für Abwärtsverbindungs- wie auch Aufwärtsverbindungs-Kommunikation zugeteilt werden kann.

10. Basistation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen von einer Dauer T ist, und eine Zahl 2N von Zeitschlitzen umfaßt, wobei jeder Zeitschlitz von der Dauer T/2N ist und die Dauer eines festen Zeitversatzes für jede aktive Kommunikationsverbindung durch ΔT = (T/2N)·m gegeben ist, wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 2N - 1 ist.

11. Drahtloses Kommunikationssystem mit einer Vielzahl von Mobilstationen (M40); und wenigstens einer Basisstation (B40) nach Anspruch 1.

12. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitschlitz (1, 2, ... N) in einer Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Rahmen für Abwärtsverbindungs- wie auch Aufwärtsverbindungs- Kommunikation zugeteilt werden kann.

13. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Basisstationen (B40) konfiguriert sind, für jede aktive Kommunikationsverbindung mit einer Mobilstation (1440) die Zeitschlitze (1, 2, ... 2N) auszuwählen, die für Abwärtsverbindungs- und Aufwärtsverbindungskommunikation zugeteilt sind.

14. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mobilstationen (M40) konfiguriert sind, die Zeitschlitze (1, 2, ... N) auszuwählen, die für Abwärtsverbindungs- und Aufwärtsverbindungs- Kommunikation zugeteilt sind.

15. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Mobilstationen (M40) konfiguriert sind, die Zeitschlitze (1, 2, ... N) auszuwählen, die für Abwärtskommunikation zugeteilt sind, und Basisstationen (B40) konfiguriert sind, die Zeitschlitze (1, 2, ... N) auszuwählen, die für Aufwärtsverbindungs-Kommunikation zugeteilt sind.

16. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeitteilungs-Mehrfachzugriff- Rahmen von der Dauer T ist und eine ganze Zahl 2N von Zeitschlitzen umfaßt, wobei jeder Zeitschlitz von der Dauer T/2N ist, und der feste Zeitversatz für jede aktive Kommunikationsverbindung zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation durch ΔT = (T/2N)·m gegeben ist, wobei m eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 2N - 1 ist.

17. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Basisstationen benachbart sind, um eine vollständige zeitliche und spektrale Abdeckung und für einen bestimmten Abdeckungsbereich zur Verfügung zu stellen.

18. Verfahren zum Führen von Kommunikationen zwischen einer Basisstation und Mobilstationen in einem drahtlosen Kommunikationssystem, das die Schritte umfaßt:

Übertragen von Abwärts- und Aufwärtsverbindungs- Kommunikationssignalen zwischen der Basisstation und den Mobilstationen unter Verwendung von aufeinanderfolgenden Zeitteilungs-Mehrfachzugriff-Rahmen, wobei jeder Rahmen eine Vielzahl von Zeitschlitzen (1, 2, ... N) umfaßt, worin die Abwärtsverbindungs-Kommunikationssignale von den Basisstationen (B40) an die Mobilstationen (M40) unter Verwendung einer ersten Trägerfrequenz (fd) übertragen werden und die Aufwärtsverbindungs- Kommunikationsaignale von den Mobilstationen unter Verwendung einer zweiten Trägerfrequenz (fu) an die Basisstation übertragen werden; für jede aktive Kommunikationsverbindung zwischen der Basisstation (B40) und einer bestimmten Mobilstation (M40),

Auswählen einer Dauer eines festen Zeitversatzes zwischen einem ersten und einem zweiten Zeitschlitz, die für Abwärts- bzw. Aufwärtskommunikation zu der bestimmten Mobilstation benutzt werden,

Zuteilen des ersten Zeitschlitzes (1d) und des zweiten Zeitschlitzes (1u) in jedem Rahmen für die entsprechende Abwärtsverbindungs- und Aufwärtsverbindungs- Kommunikation gemäß dem ausgewählten Zeitversatz, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dauer des festen Zeitversatzes verschieden ist für jede aktive Kommunikationsverbindung.