TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um in
einem Zeitmultiplex-Funkkommunikationssystem von einer
bewegbaren Station an eine feste Station verschiedene
Befehle zu übertragen, die sich auf die Auswahl einer Sender-
Antenne in der festen Station beziehen, wobei jede
Übertragungssequenz von der bewegbaren Station ein
Synchronisationswort umfaßt, welches aus einer vorgegebenen
Anzahl von binären Bits besteht. Die Erfindung kann
beispielsweise in einem mobilen Telefoniesystem vom GSM-Typ
angewendet werden.
STAND DER TECHNIK
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In einem mobilen Telefoniesystem mit Diversityempfang
(Mehrfachempfang) in den Basisstationen ist jede
Basisstation mit zwei oder mit mehr als zwei Antennen
ausgerüstet. In dem Empfangsmodus werden von verschiedenen
Antennen empfangene Signale in einer geeigneten Weise
zusammenaddiert oder wahlweise wird nur das stärkste Signal
zu diesem Zeitpunkt gewahlt Veranderungen in den
empfangenen Signalstärken werden durch einen Schwund
verursacht, der in mobilen Telefoniesystemen durch
Reflektionen der übertragenen Funksignale verursacht wird,
wobei sich diese Reflektionen mit einer Bewegung der mobilen
Station zeitlich ändern. Wenn die Basisstation
beispielsweise mit zwei Antennen ausgerüstet ist, kann das
auf der einen Antenne empfangene Signal eine gute Qualität
aufweisen, wohingegen das auf der anderen Antenne empfangene
Signal als Folge des Schwunds eine schlechte Qualität
aufweist, wobei einige Augenblicke später die Qualität eines
Signalempfangs auf den jeweiligen Antennen umgekehrt sein
kann.
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Beim Übertragen von der Basisstation an die mobile Station
wäre es vorteilhaft, manchmal auf der einen Antenne und
manchmal auf der anderen Antenne zu senden, in Abhängigkeit
davon, welche Antenne zu diesem zeitlichen Augenblick das
beste empfangene Signal in der mobilen Station erzeugt.
Infolgedessen ist es wünschenswert, von der mobilen Station
an die Basisstation Befehle zu übertragen, die die Auswahl
der Sender-Antenne in der Basisstation betreffen.
Diesbezüglich besteht jedoch ein Problem darin, daß jede
Übertragungssequenz (Burst), beispielsweise in einem mobilen
Telefoniesystem des GSM-Typs mit Zeitmultiplexbetrieb,
bereits einen vorgegebenen Inhalt aufweist, der aus
Datenbits und einem Synchronisationswort besteht.
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Die US-A-3 693 088 offenbart ein mobiles Funksystem mit
einer Vielzahl von Basisstations-Sender-Antennen für jeden
Kanal, wobei der mobile Empfänger an die Basisstation ein
Signal, welches ein Vorliegen außerhalb eines
Nachrichtenbandes bezeichnet, zurücküberträgt, welches der
Basisstation befiehlt, auf eine unterschiedliche Antenne
umzuschalten, um somit eine Mehrfachnutzung auf der
Verbindung von Basisstation und mobilen Station vorzusehen,
wenn der mobile Empfänger von der gegenwärtig verwendeten
Antenne einen Schwundsignalpegel erfaßt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
vorzusehen, um von der mobilen Station verschiedene Befehle
hinsichtlich der Antennenauswahl in der festen Station zu
übertragen, ohne dazu diejenigen Datenbits zu verwenden, die
zur normalen Datenübertragung vorgesehen sind. Dies wird
dadurch gelöst, daß das Synchronisationswort, welches in
jeder Übertragungssequenz enthalten ist, bei der Anforderung
für eine Änderung einer Sender-Antenne verändert wird. Dies
beinhaltet die Verwendung von unterschiedlichen
Synchronisationsworten in Abhängigkeit von gewünschten
Befehlen. Die zusätzlich zu einem Standard-
Synchronisationswort verwendeten Synchronisationswörter
werden gebildet, indem die binären Bits von dem
Standard-Synchronisationswort lateral um verschiedene
Beträge verschoben werden, um so verschiedene neue
Synchronisationsworte zu bestimmen. In dieser Weise empfängt
der Empfänger in der festen Station eine Impulsantwort, die
einen Impuls umfaßt, der in Abhängigkeit von dem
Synchronisationswort, welches von der mobilen Station
verwendet wird, zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftritt.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für
Funkkommunikationssysteme mit kleiner zeitlicher Streuung,
da dann irgendwelche auftretende Reflektionen mit langer
Verzögerung relativ schwach sind.
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Die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind in den
folgenden Ansprüchen aufgeführt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird im folgenden eingehender und unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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In den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 ein Beispiel einer Impulsantwort, die in einer
Basisstation eines mobilen Telefoniesystem gebildet
wird;
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Figuren 2 und 3 Beispiele von Synchronisationswörtern in
einem mobilen Telefoniesystem; und
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Figuren 4a und 4b Beispiele von zwei unterschiedlichen
Impulsantworten, die in einer Basisstation als Folge
eines Empfangs von zwei unterschiedlichen
Synchronisationswörtern gebildet werden.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Normalerweise wird eine relevante Impulsantwort in der
Basisstation eines mobilen Telefoniesystems für jede von
einer mobilen Station empfangenen Übertragungssequenz
gebildet. Dies wird durch Vergleich eines festen
Synchronisationswortes mit einer empfangenen Bitsequenz in
einem Korrelator erreicht. Wenn die Basisstation
beispielsweise von der mobilen Station ein direktes Signal
und ein reflektiertes Signal empfängt, enthält die
Impulsantwort zwei Impulse. Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer
derartigen Impulsantwort, die in der Figur mit h(t)
bezeichnet ist. Der erste Impuls P1 ist der stärkste Impuls
und ist aus dem direkten Signal abgeleitet, wohingegen der
zweite Impuls P2 aus dem reflektierten Signal abgeleitet ist
und mit einer Zeitverzögerung τ im Vergleich mit dem ersten
Signal auftritt. Es wird hierbei angenommen, daß das
reflektierte Signal in dem Empfänger τ Sekunden nach dem
direkten Signal eingetroffen ist.
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Die Zeitstreuung ist in einem mobilen Telefoniesystem,
welches relativ kleine Zellen umfaßt, klein, und
infolgedessen sind reflektierte Signale mit langen
Zeitverzögerungen im Vergleich mit dem direkten Signal
schwach. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist das
PCN-System, das Personal-Communication-Network, welches auf
dem GSM-System basiert und welches Zellen von ungefähr 100 m
Durchmesser umfaßt. In dem GSM-System ist die Bitrate 270
kbit/s, was bedeutet, daß ein um 1 Bit im Vergleich mit dem
direkten Signal verzögertes reflektiertes Signal ungefähr 1
km weiter als das direkte Signal gelaufen ist. Falls die
Länge jeder Zelle ungefähr 100 m beträgt, ist infolgedessen
die von einem reflektierten Signal mit einer Zeitverzögerung
entsprechend einem Bit zurückgelegte Entfernung ungefähr 10
mal länger als die von dem direkten Signal zurückgelegte
Entfernung. Das direkte Signal wird deshalb im Durchschnitt
1000 mal stärker sein als das reflektierte Signal.
Infolgedessen wird in der Praxis in einem System mit einer
kleinen Zeitstreuung die Impulsantwort lediglich einen
Impuls enthalten, da die reflektierten Signale in der Praxis
fehlen.
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In dem GSM-System umfaßt eine normale Übertragungssequenz
einen ersten Teil mit Datenbits, einen zweiten Teil mit
einem Synchronisationswort mit 26-Bit und einen dritten Teil
mit Datenbits. Der Zweck des Synchronisationswortes besteht
normalerweise darin, den Empfänger mit dem Sender zu
synchronisieren und um eine Kanalabschätzung zur Entzerrung
zu bilden. Keine Entzerrung wird in einem System mit kleinen
Zellen und somit einem System mit einer kleinen Zeitstreuung
benötigt, da Datenbits von dem direkten Signal und Datenbits
von den reflektierten Signalen nicht miteinander gemischt
werden. Wahrscheinlich wird keine Entzerrung benötigt, wenn
die Zeitstreuung kleiner als 10&supmin;&sup6; Sekunden ist, was
ungefähr 1/4 einer Bitzeit entspricht. Falls ein mobiles
Telefoniesystem, welches für Zellen konstruiert ist, in
denen die Zeitstreuung von einer gegebenen Größe ist, in
kleinen Zellen verwendet wird, in denen die Zeitstreuung
viel kleiner ist, ist es deshalb möglich, Informationen mit
Hilfe von verschiedenen, geeignet gebildeten
Synchronisationsworten zu übertragen.
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Fig. 2 zeigt die Struktur eines Synchronisationswortes mit
26-Bit in einem GSM. Das Wort umfaßt einen zentralen Teil K,
den sogenannten Kern, der 16 Bits umfaßt, die mit den Zahlen
1-16 bezeichnet sind. Die am weitesten zur rechten Seite in
dem Kern liegenden fünf Bits 12-16 sind außerdem in einem
Teil D1 vorhanden, welcher fünf Bits enthält und welcher auf
der linken Seite des Kerns liegt, und die auf der linken
Seite des Kerns liegenden fünf Bits 1-5 sind außerdem in
einem Teil D2 vorhanden, welcher auf der rechten Seite des
Kerns liegt.
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Wenn ein Synchronisationswort mit 26-Bit empfangen wird,
wird das Wort in dem Empfänger mit einer festen
16-Bitsequenz verglichen, welche mit den 16-Bits in dem Kern
des Synchronisationswort übereinstimmt. Die Bitfolge wird
mit der festen Bitsequenz des Empfängers Bit für Bit
verglichen. Zwei einander gleichende Bits, die zueinander
gegenüberliegend angeordnet sind, ergeben einen Pluspunkt,
während zwei zueinander unterschiedliche Bits einen
Minuspunkt ergeben. Somit werden 16 Pluspunkte erhalten,
wenn der Kern in dem empfangenen Synchronisationswort der
festen Bitsequenz des Empfängers gegenüberliegt. Dann wird
ein Impuls in der Impulsantwort gebildet, die von dem
Empfänger gebildet wird. Das Synchronisationswort in dem GSM
wird in einer Weise konstruiert, so daß die Anzahl von
Pluspunkten mit der Anzahl von Minuspunkten übereinstimmt,
wenn das empfangene Synchronisationswort zeitlich mit einem
Maximum von fünf Bitzeiten von dem Zeitpunkt abweicht, zu
dem der Kern der festen Bitsequenz des Empfängers
gegenüberliegt. Dies bedeutet, daß das direkte Signal von
dem Sender an den Empfänger zu keinem Impuls in der
Impulsantwort beitragen wird, solange das empfangene
Synchronisationswort einen Fehler von einer bis fünf
Bitzeiten aufweist.
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Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Synchronisationswortes,
welches sich von dem in Fig. 2 dargestellten unterscheidet.
Die 16 Bits in dem Kern K sind im Vergleich mit dem in
Fig. 2 dargestellten Synchronisationswort zyklisch um zwei
Schritte nach links verschoben. Infolgedessen sind die Bits
in den Teilen D1 und D2 in bezug auf das in Fig. 2
dargestellte Synchronisationswort verändert worden. Das in
Fig. 3 dargestellte Synchronisationswort bewirkt einen
Impuls in der von einem Empfänger gebildeten Impulsantwort,
welcher zwei Bitzeiten später als der von dem in Fig. 2
gezeigten Synchronisationswort erzeugten Impuls auftritt. Es
wird in diesem Fall angenommen, daß das Synchronisationswort
in dem Übertragungsprozeß von rechts nach links gelesen wird.
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Figuren 4a und 4b zeigen zwei unterschiedliche
Impulsantworten, von denen die in Fig. 4b gezeigte Antwort
einen Impuls P4 enthält, welcher zwei Bitzeiten, 2T, später
als ein Impuls P3 in der in Fig. 4a dargestellten
Impulsantwort auftritt.
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Gemäß dem erfinderischen Konzept werden von einer mobilen
Station verschiedene Synchronisationsworte zur Übertragung
von verschiedenen Befehlen verwendet, die sich auf die
Auswahl einer Sender-Antenne in einer festen Station
beziehen. Wenn in dem Standardfall das in Fig. 2
dargestellte Synchronisationswort verwendet wird und dieses
Wort plötzlich durch das in Fig. 3 gezeigte
Synchronisationswort ersetzt wird, in dem die Bits zwei
Schritte geschoben worden sind, würde beispielsweise der
Effekt in dem Empfänger, d.h. in der festen Station, der
gleiche sein wie bei einem Vorgang, durch den die mobile
Station plötzlich über eine beträchtliche Entfernung bewegt
worden ist. Gemäß der obigen Beschreibung würde dies in
einem GSM-System einer Bewegung von ungefähr 2 km
entsprechen, welches unzulässig sein würde. Wenn angenommen
wird, daß die Zeitstreuung ausreichend klein ist, so daß die
Impulsantwort nur einen einzigen Impuls enthält, können
deshalb gemäß der obigen Beschreibung zwei verschiedene
Synchronisationsworte jeweils einem jeweiligen Befehl an die
feste Station entsprechen. Im folgenden wird angenommen, daß
das in Fig. 2 dargestellte Synchronisationswort das in
Standardfällen verwendete Wort ist, da der Kern dieses
Wortes nicht zyklisch verschoben worden ist. Infolgedessen
wird dieses Wort als "das Standard-Synchronisationswort"
bezeichnet.
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Der Befehl, der durch die Verwendung eines der
Synchronisationsworte dargestellt wird, kann vorbestimmt
sein. Beispielsweise kann die Verwendung des in Fig. 2
dargestellten Standardwortes anzeigen, daß die Basisstation
in der nächsten Übertragungssequenz an die betreffende
mobile Station auf der gleichen Antenne wie diejenige senden
soll, auf der die vorausgehende Übertragungssequenz an die
mobile Station übertragen wurde, wohingegen die Verwendung
des neuen, in Fig. 3 dargestellten verschobenen Wortes
anzeigen kann, daß die Basisstation Antennen wechseln
sollte. In diesem Fall ist es erforderlich, daß die mobile
Station während ihrer nächsten Übertragungssequenz wieder
das Standard-Synchronisationswort verwendet, da die
Basisstation sonst für jede neue Übertragungssequenz an die
betreffende mobile Station die Antenne wechseln würde. Es
kann auch bestimmt werden, daß die Verwendung des Standard-
Synchronisationswortes kennzeichnet, daß die Basisstation
auf einer gegebenen Antenne sendet, z.B. auf der Antenne 1,
wenn die Antennen mit Antenne 1 und Antenne 2 bezeichnet
werden, während die Verwendung des anderen
Synchronisationswortes kennzeichnen kann, daß die
Basisstation auf der anderen Antenne, d.h. auf der Antenne
2, senden soll. Unter diesen Umständen wird die mobile
Station natürlich in der nächsten Übertragungssequenz nicht
auf das Standard-Synchronisationswort zurückwechseln.
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In dem letzteren Fall, d.h., wenn die mobile Station
fortfährt, das zyklisch verschobene Synchronisationswort zu
verwenden, ist es erforderlich, eine zeitmäßige Kompensation
in der Basisstation vorzunehmen, um einen Fehler in der
zeitlichen Synchronisation zu verhindern.
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Es versteht sich von selbst, daß die zyklische Verschiebung
des Standard-Synchronisationswortes um zwei Bits zu der
rechten Seite, die unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3
beschrieben wurde, hier lediglich als Beispiel angeführt
ist. Selbstverständlich ist es vorstellbar, die Bits um eine
Anzahl von Schritten anstelle von nur zwei Schritten zu
verschieben. Die Bits in dem Standard-Synchronisationswort
können ebenso zu der rechten Seite anstelle zu der linken
Seite verschoben werden, wobei der Impuls früher oder später
auftreten wird. Ein Synchronisationswort der oben
beschriebenen Art sollte jedoch um nicht mehr als fünf
Schritte verschoben werden, da sonst die 16 Bits nicht
sequentiell in der Reihenfolge von 1 bis 16 (in der Praxis
16 bis 1) auftreten.
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Es ist auch vorstellbar, die Basisstation mit drei oder mehr
als drei Antennen auszurüsten, von denen Übertragungen
durchgeführt werden können. In dem Fall von drei Antennen
werden vorzugsweise drei verschiedene Synchronisationsworte
in Abhängigkeit davon verwendet, welche Antenne in der
Basisstation von der mobilen Station angezeigt wird. In
diesem Fall werden zusätzlich zu dem Standard-
Synchronisationswort zwei Synchronisationsworte verwendet,
wobei diese zusätzlichen Wörter in verschiedenen Arten
verschoben werden, beispielsweise über eine verschiedene
Anzahl von Bitschritten oder in jeweilige Richtungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in anderen Systemen
als in dem GSM verwendet werden. Beispielsweise ist es nicht
erforderlich, daß die Synchronisationsworte die Teile D1 und
D2 enthalten, die Bits umfassen, die auch in dem Kern
angetroffen werden. In diesem Fall wird der Impuls der
Impulsantwort jedoch nicht so hoch sein wie der Impuls in
dem dargestellten Beispiel. Außerdem ist es nicht
erforderlich, die Bits zyklisch zu verschieben, da sie an
einem Ende des Wortes durch andere Bits ersetzt werden
könne, als diejenigen, die an dem anderen Ende
herausgeschoben wurden.
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Das Verfahren kann in anderen Funkkommunikationssystemen als
in einem mobilen Telefoniesystem angewendet werden, wobei
dieses System hier nur als Beispiel angeführt ist. Außerdem
ist es nicht erforderlich, daß die Antennen in der festen
Station für einen Diversityempfang verwendet werden.