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WO2000057659A1 - Verfahren für eine verbindungsaufnahme innerhalb eines funk-kommunikationssystems - Google Patents

Verfahren für eine verbindungsaufnahme innerhalb eines funk-kommunikationssystems Download PDF

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WO2000057659A1
WO2000057659A1 PCT/DE2000/000875 DE0000875W WO0057659A1 WO 2000057659 A1 WO2000057659 A1 WO 2000057659A1 DE 0000875 W DE0000875 W DE 0000875W WO 0057659 A1 WO0057659 A1 WO 0057659A1
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WO
WIPO (PCT)
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time slot
access
subscriber
time slots
rach
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2000/000875
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Egon Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO2000057659A1 publication Critical patent/WO2000057659A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/002—Transmission of channel access control information
    • H04W74/006—Transmission of channel access control information in the downlink, i.e. towards the terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0866—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using a dedicated channel for access
    • H04W74/0891—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using a dedicated channel for access for synchronized access

Definitions

  • the invention relates to a method for connection establishment ⁇ acquisition between a subscriber station and a base station within a radio communication system, in particular a cellular mobile radio system, which are separated signals to be transmitted with the help of a TDMA Learnfachzugriffsver- driving, and to a corresponding radio communication system.
  • TDMA / CDMA methods which implement multiple access by combining a broadband TDMA / FDMA system with a CDMA system by additionally providing multiple access according to the CDMA method in m specific time slots.
  • Two modes are provided for flexible upward and downward transmission of the signals between the stations, frequency division duplex (FDD) and time division duplex (TDD).
  • the FDD mode is a broadband CDMA, characterized by the degrees of freedom frequency and spreading code
  • the TDD mode is a TD / CDMA method, characterized by the degrees of freedom frequency, time slot and spreading code.
  • a number of logical channels are defined for each frequency-, time- or spread-code-selective so-called physical traffic channel.
  • the logical channels are identified by the respective specific parameter group.
  • User information e.g. language, data
  • TCH useful channels
  • CCH logical control channels
  • the control channels namely the Broadcast Control Channel (BCCH)
  • BCCH Broadcast Control Channel
  • R ⁇ CH random access channel
  • the first access of a subscriber station for the purpose of establishing a connection takes place via its own logical channel.
  • the information to be transmitted is transmitted in TDD mode during the time slots in blocks with a predetermined structure, so-called bursts.
  • bursts There are different types of bursts.
  • a burst type is the access burst. It consists of data bits on which the logical channels are mapped and transmitted, a predefined and thus known training sequence which, together with front and rear tail bits, is used for bit-precise synchronization of the burst and for channel estimation, and a protection period during which no bits are transmitted.
  • the protection period ensures that signals arriving at the base station from subscriber stations of different distances arrive in the correct time relationship despite their transit time differences, so that bursts of honorary subscriber stations do not overlap in time.
  • the access burst has an extremely long protection period in order to keep the probability of collisions during random multiple access, which occur on the RACH time slot because of subscriber stations that are not time-synchronized, as low as possible.
  • the access burst is the first signal sent from a subscriber station to the base station when a connection request is notified and is transmitted on the RACH time slot used and therefore also referred to as R ⁇ CH burst.
  • the R ⁇ CH burst is defined for all radio cells in such a way that two R ⁇ CH bursts can be sent in a RACH time slot reserved for this purpose, ie one Ramba burst e half slot of a full slot.
  • a multiple division of the RACH time slot is also conceivable.
  • the RACH time slot is the same in all radio cells of a cluster.
  • the access of the subscriber stations to a half slot is arbitrary. If several subscriber stations of different radio cells transmit in a half-slot at the same time, the R ⁇ CH bursts overlap and are therefore undetectable at the receiving base stations. After a collision, the affected subscriber stations try again to send a R ⁇ CH burst. The more often the first access has to be repeated, the longer the waiting time and the more the effectiveness of this access method drops.
  • the object of the invention is to provide a method according to which the initial access in terms of the number of subscribers can be increased significantly compared to the existing RACH concept without the subscribers significantly interfering with one another when establishing a connection.
  • an RACH time slot can be dynamically divided over several radio cells of a cluster (RACH time slot clustering), which considerably reduces interference in the RACH time slot, such as collisions with neighboring radio cells
  • system information about, for example, the BCCH can be used to inform the subscriber stations on which half-slot the R ⁇ CH burst may be sent on first access also the second ha lb slot for the RACH burst.
  • a radio cell of the cluster blocks the first half-slot or the second half-slot of the R ⁇ CH for R ⁇ CH bursts, for example in the case of low traffic. Likewise, in the event of an overload, both half slots can be blocked for access. This procedure leads to an extremely dynamic locking and unlocking of RACH-
  • the principle of the invention is not limited to the application at R ⁇ CH, but can always be used when the length of a time slot is a multiple of the length of the burst to be transmitted on this resource
  • Fig. 3 A schematic representation of a R ⁇ CH burst
  • Fig. 4 An example of a R ⁇ CH burst separation
  • Fig. 6 An example of an information element in a mobile radio communication system m and
  • Fig. 7 Possible parameter values for the availability of half-slots within a R ⁇ CH.
  • the mobile radio system shown in FIG. 1 as an example of a radio communication system consists of a large number of mobile switching centers MSC which are networked with one another or which provide access to a fixed network PSTN and only one of which is shown as an example. They are at least a base station controller BSC is connected to j each case for distributing radio resources and with an operation and maintenance system OMC which Organisationsinsm- formations transmits for the mobile radio system or for parts.
  • Each base station controller BSC enables a connection to another one or more base stations BS1, BS2, BS3.
  • Each base station BS1, BS2, BS3 can via an air interface ⁇ a connection to subscriber stations MSI, MS2, MS3, for example, Mobi stations, build.
  • At least one radio cell ZI, Z2, Z3 is formed by each base station B1, B2, B3.
  • several radio cells are also supplied per base station BS.
  • 1 shows, by way of example, connections VI, V2 for the transmission of useful information and signaling information between the subscriber stations MSI, MS2 and a base station BS1, a request for resource allocation in a half-slot of the RACH timeslot (uplink in the CCH) by a further subscriber Stations MS3 and the transmission path for system information from the base station BS1 to the subscriber stations are shown in the BCCH.
  • the functionality of this structure can be transferred to other radio communication systems, in which the invention can be used.
  • m is divided into a plurality of time slots of the same duration, for example 16 time slots 1 to 16.
  • Some of the time slots are used in the downward direction DL and some of the time slots in the upward direction UL.
  • the frequency band for the downward direction DL corresponds to the frequency band for the upward direction UL.
  • the successive time slots are divided 1 to 16 according to a frame structure ⁇ by 16 time slots are combined into a time-slot frames frs.
  • a connection Before transmission of user data, however, a connection must first be established from a subscriber station MS3 to a base station BS1, BS2, BS3.
  • the subscriber station MS3 receives the signals of the organization channels BCCH of one or more base stations BS1, BS2, BS3 and measures the interference of the organization channels.
  • the radio cell ZI, Z2, Z3 with the most powerful organization channel BCCH within the cluster is selected.
  • the subscriber station MS3 then sends a R ⁇ CH burst RB in the upward direction UL in a half slot of the R ⁇ CH, which at least contains the identifier of the subscriber station MS3, for the purpose of a corresponding request for the allocation of radio resources.
  • This identifier can be supplemented by further information about the base station BS1, BS2, BS3 or via physical channels.
  • all base stations Bsl, BS2, BS3 receive the R ⁇ CH burst in the same RACH time slot, for example in the first time slot 11 after the switchover point SP that can be administered by the organization and maintenance center OMC.
  • One of the base stations BS1, BS2, BS3 decodes the transmitted RACH and assigns the subscriber station MS3 a transmission resource, that is to say a frequency band B1, B2, a time slot 1 to 10 and a subscriber code c.
  • a R ⁇ CH burst RB is shown in more detail in FIG. 3. It consists of two sections with data d, m which the receiving end be ⁇ known training sequences are embedded tseq. Furthermore, a comparatively large guard time is gp for compensating different signal propagation tents of the compounds being ⁇ depends.
  • the separation of the RACH is determined by two parameters.
  • the first parameter is the spread code c, in the TTD mode of UMTS 16 spread codes are provided.
  • the second parameter is the send time of the R CH burst. For this purpose, two times are provided in the UMTS system, the start of a time slot tO and the middle of a time slot tl. A multiple division of the time slot is also conceivable.
  • the subscriber stations MSI, MS2, Ms3 are not more than 2 km away from their base station BS1, BS2, BS3, according to the definition, if the RACH is divided, m half-slots within this radio cell radius can simultaneously have up to 32 subscribers on the RACH time slot 11 without collision access danger because one R ⁇ CH burst RB is received per half slot.
  • the RACH time slot 11 is the same in all radio cells ZI, Z2, Z3 of the cluster.
  • the invention signals at what time the R ⁇ CH burst RB may be sent by the subscriber stations MSI, MS2, MS3.
  • the R ⁇ CH burst RB is always sent at time tO and in an adjacent radio cell Z2 the R ⁇ CH burst RB is always sent at time t1 (FIG. 4).
  • the interference on the RACH time slot 11 between the two radio cells ZI, Z2 is thus decoupled.
  • the interference within this radio cell Z3, caused by the subscribers of the base stations BS1, BS2, is greatly reduced, since the RACH time slot 11 for the base station BS3 m in the first half of the RACH time slot 11 only by the subscribers in the base station BS1 and m second half of the RACH time slot 11 is only affected by subscribers of the base station BS2 and not simultaneously by the subscribers of the radio cells BS1 and BS2.
  • Participants from up to three radio cells can send their R ⁇ CH burst RB in the same physical channel, that is to say in the same RACH time slot 11, with the Ramba bursts RB with a reduced risk of collision with regard to the data components d m.
  • the RACH bursts RB can be evaluated more reliably by the base stations BS1, BS2, BS3 of the cells ZI, Z2, Z3 and the subscriber stations MSI, MS2, MS3 can be assigned one or more channels without delay.
  • the radio traffic is channeled through the allocation according to the invention of the half-slot to be used in the R CH 11.
  • the base station BS1 autonomously signals that the mobile stations MSI, MS2, MS3 are also allowed to access the second half slot of the RACH 11.
  • the radio cell Z3 blocks the first or the second half-slot of the RACHs TsO for R ⁇ CH bursts RB, for example due to low traffic volume.
  • the subscriber stations MSI, MS2, MS3 are informed of system information, for example via the BCCH, that when the R ⁇ CH burst RB is accessed for the first time either at time tO, at time tl, at both times tO, tl or at none of the times of the RACH Time slot zes 11 may be sent, so that the RACH time slot 11 is distributed over several cells ZI, Z2, Z3 to avoid interference (R ⁇ CH time slot clustering).
  • the measurements of the accesses to the RACH time slot 11 can be carried out independently by each base station BS1, BS2, BS3, as can the decisions for the allocation of one or more resources. If a decision is made, the higher-level authority BSC and the OMC can be informed. On the other hand, there is also the possibility that the traffic measurements of the higher-level entity BSC are carried out and the latter makes the appropriate decisions.
  • the decisions and the configurations with regard to the RACH time slot 11 can be carried out dynamically and, for example, can be broadcast on the BCCH or another control channel.
  • an RACH time slot 11 transmitted R ⁇ CH bursts RB differ in the temporal arrangement within the RACH time slot 11.
  • an RACH time slot 11 R ⁇ CH bursts can consist of up to three radio cells with a considerably reduced risk of collision be sent.
  • the orthogonal R ⁇ CH bursts from the radio cells ZI and Z2 no mutual impairments are to be expected.
  • Each R ⁇ CH burst RB is, for example, prescribed the transmission time tO or tl.
  • a third mobile station MS3 from the radio cell Z3 sends its R ⁇ CH burst, for example, in both half-slots of the R CH.
  • the RACH burst RB in addition to the distribution part of the slots, so examples game as half-slots, slot even within a partial of the RACH time slot (11) to each other in time or ⁇ can be sent, orthogonal, that is that the data portion d is sent first and then its guard time gp from one R ⁇ CH burst RB (FIG. 3) and the guard time gp and then the data portion d from another R ⁇ CH burst.
  • R CH slot for broadcasting on the BCCH is displayed within a system information (System Information Message).
  • System Information Message The availability or non-availability of RACH time slots for the R ⁇ CH burst indicates the subscriber stations of a radio cell m bits and bytes.
  • FIG. 7 shows which parameter values the information element IE R ⁇ CH slot according to FIG. 6, printed bits and bytes, can assume, namely: Both half slots of an RACH time slot are available, only the first half slot is available, only the second half slot is available , no half slot of the RRACH time slot is available.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäss wird zur Verbindungsaufnahme zwischen einer Teilnehmerstation und einer Basisstation innerhalb eines Funk-Kommunikationssystems mit einem TDMA-Vielfachzugriffsverfahren, wobei von den Teilnehmerstationen im Erstzugriff RACH Bursts mit einer Teillänge eines RACH-Zeitschlitzes gesendet werden, vorgeschlagen, dass eine Basisstation (B1, B2, B3) einer Teilnehmerstation (MS1, MS2, MS3) den Erstzugriff auf dem RACH-Zeitschlitz vorgibt.

Description

Beschreibung
Verfahren für eine Verbindungsaufnahme innerhalb eines Funk- KommunikationsSystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Verbindungsauf¬ nahme zwischen einer Teilnehmerstation und einer Basisstation innerhalb eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines zellularen Mobilfunksystems, wobei die zu übertragenden Signale mit Unterstützung eines TDMA-Vielfachzugriffsver- fahrens separierten werden, sowie ein entsprechendes Funk- Kommunikationssystem.
In zukunftigen universellen mobilen Telekommunikationssyste- men, wie beispielsweise dem UTMS-System (Universal Mobile Te- lecommunication System) , das im folgenden zur Darstellung des technischen Hintergrundes der Erfindung dienen soll, ohne die Allgemeinheit ihres Einsatzes einzuschränken, sind zur Informationsübertragung über die Luftschnittstelle Breitband- TDMA/CDMA-Verfahren vorgesehen, die einen Vielfachzugriff durch eine Kombination eines Breitband-TDMA/FDMA-System mit einem CDMA-System realisieren, indem m bestimmten Zeit- schlitzen (Time Slots) zusätzlich ein Vielfachzugriff nach dem CDMA-Verfahren erfolgt. Für eine flexible Aufwärts- und Abwartsubertragung der Signale zwischen den Stationen sind zwei Modi vorgesehen, Frequenzduplex (FDD) und Zeitduplex (TDD) . Beim FDD-Modus handelt es sich um ein Breitband-CDMA, charakterisiert durch die Freiheitsgrade Frequenz und Spreiz- code und beim TDD-Modus um eine TD/CDMA-Verfahren, charakte- risiert durch die Freiheitsgrade Frequenz, Zeitschlitz und Spreizcode.
Für jeden frequenz-, zeit- bzw. spreizcodeselektiven sogenannten physikalischen Verkehrskanal sind eine Anzahl logi- scher Kanäle definiert. Die logischen Kanäle sind durch die jeweilige spezifische Parametergruppe gekennzeichnet. Nutzerinformationen (z.B. Sprache, Daten) werden über die logi- sehen Nutzkanale (TCH) und Steuersignale über logische Steu- erkanale (CCH) übertragen. Im weiteren interessieren die Steuerkanale, nämlich der Broadcast Control Channel (BCCH) , auf dem funknetzspezifische Organisationsinformationen von der Basisstation abwärts an die Teilnehmerstationen ausge¬ strahlt werden und insbesondere der Common Control Channel (CCCH) , über dessen Aufwartsstrecke, dem sogenannten Random Access Channel (RÄCH) , eine Teilnehmerstation im wahlfreien Vielfachzugriff (random access) eine Verbindung zur Basissta- tion aufbaut.
Der Erstzugriff einer Teilnehmerstation zwecks Verbindungsaufnahme erfolgt demnach ut»er einen eigenen logischen Kanal.
Die zu übertragende Informationen, wie beispielsweise Signa- lisierung, werden im TDD-Modus wahrend der Zeitschlitze m Blocken mit fest vorgegebener Struktur, sogenannten Bursts, übertragen. Es werden verschiedene Bursttypen unterschieden.
Ein Bursttyp ist der Access Burst. Er besteht aus Datenbits, auf die die logischen Kanäle abgebildet und übertragen werden, aus einer vordefinierten und damit bekannten Trainingssequenz, die zusammen mit vorderen und hinteren Tailbits zur bitgenauen Synchronisation des Bursts und zur Kanalschatzung dient und einer Schutzperiode, wahrend der keine Bits übertragen werden. Die Schutzperiode sorgt dafür, daß bei der Basisstation ankommende Signale unterschiedlich entfernter Teilnehmerstationen trotz ihrer Laufzeitunterschiede m der richtigen Zeitbeziehung eintreffen, damit sich Bursts ehre- rer Teilnehmerstationen nicht zeitlich überlappen. Der Access Burst besitzt zuungunsten der Datenbits eine extrem lange Schutzperiode, um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen beim wahlfreien Vielfachzugriff, die auf dem RACH-Zeitschlitz wegen nicht zeitsynchronisierter Teilnehmerstationen auftreten, möglichst gering zu halten. Der Access Burst ist das erste von einer Teilnehmerstation zur Basisstation gesendete Signal bei Mitteilung eines Verbindungswunsches und wird auf dem RACH-Zeitschlitz eingesetzt und deshalb auch als RÄCH Burst bezeichnet .
Im UMTS-System ist für alle Funkzellen der RÄCH Burst so de- finiert, daß zwei RÄCH Bursts m einem hierfür reservierten RACH-Zeitschlitz gesendet werden können, also ein Räch Burst e Halbschlitz (Half Slot) eines Vollschlitzes (Füll Slot) . Damit kann dem gegenwartigen Stande nach unter Nutzung der 16 Spreizcodes im TDD-Modus von UMTS bis zu einer Funkzellengro- ße von ca. 2 km ein RÄCH Burst gleichzeitig von 2 x 16 = 32 Teilnehmern auf einem RACH-Zeitschlitz gesendet werden, ohne daß sich die Teilnehmer gegenseitig stören. Es ist aber auch eine Vielfachaufteilung des RACH-Zeitschlitzes αenkbar.
Im UMTS-System ist ferner eine dynamische Ressourcenvergabe zwischen logisch verknüpften Funkzellen, Cluster genannt, vorgesehen. Der RACH-Zeitschlitz ist m allen Funkzellen eines Clusters der gleiche. Der Zugriff der Teilnehmerstationen auf einen Halbschlitz erfolgt willkürlich. Falls mehrere Teilnehmerstationen unterschiedlicher Funkzellen gleichzeitig m einem Halbschlitz senden, überlagern sich die RÄCH Bursts und sind somit bei den empfangenden Basisstationen nicht de- tektierbar. Nach einer Kollision versuchen die betroffenen Teilnehmerstationen erneut, einen RÄCH Burst zu senden. Je häufiger der Erstzugriff wiederholt werden muß, um so langer ist die Wartezeit und um so mehr sinkt die Effektivität dieses Zugriffsverfahrens.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, wonach sich der Erstzugriff hinsichtlich der Anzahl der Teilnehmer gegenüber dem bestehenden RACH-Konzept bedeutend erhohen läßt, ohne daß sich die Teilnehmer beim Verbindungsaufbau gegenseitig wesentlich beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Funk-Kommunikationssystem gemäß Anspruch 10 gelost. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Ge¬ genstand der abhangigen Ansprüche.
Die Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost, indem αen Teilneh- merstationen der Funkzellen signalisiert wird, ob und m wel¬ chen RACH-Teilschlitzen gesendet werden darf. Für eine Aufteilung des RACH-Zeitschlitzes (der auch als „Zagriffszeit- schlitz"' bezeichnet werden kann) m Halbschlitze bedeutet dies, daß signalisiert wird, ob nur im ersten Halbschlitz, nur im zweiten Halbschlitz, m beiden Halbschlitzen oder in keinem der Halbschlitze gesendet werden darf. Hierdurch kann m Weiterbildung der Erfindung ein RACH-Zeitschlitz dynamisch auf mehrere Funkzellen eines Clusters aufgeteilt werden (RÄCH Time Slot Clusteπng) , wodurch sich Störungen auf dem RACH- Zeitschlitz, wie zum Beispiel Kollisionen durch benachbarte Funkzellen, beträchtlich reduzieren lassen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann hierfür m einer Systeminformation über zum Beispiel den BCCH den Teilnehmerstationen mitgeteilt werden, auf welchem Halbschlitz beim Erstzugriff der RÄCH Burst gesendet werden darf. Nach einer weiteren Ausprägung besteht andererseits die Möglichkeit, daß bei Verkehrszunahme in einer Funkzelle des Clusters diese selbständig auch den zweiten Halbschlitz für den RACH-Burst zulassen kann. Außerdem kann erfmdungsgemaß vorgesehen werden, daß eine Funkzelle des Clusters zum Beispiel bei geringem Verkehrsaufkommen den ersten Halbschlitz oder den zweiten Halbschlitz des RÄCH für RÄCH Bursts sperrt. Ebenso können bei Überlastung zeitweilig beide Halbschlitze für einen Zugriff gesperrt werden. Diese Verfahrensweise fuhrt insgesamt zu ei- ne äußerst dynamischen Sperren und Freigeben von RACH-
Ressourcen innerhalb eines Clusters oder auch zwischen Clu- stern eines Netzsystems.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Zugriffs- essungen und die Entscheidungen über die Verwaltung des
Rach-Zeitschlitzes selbständig m einer Basisstation durchgeführt werden. Hiervon kann m Fortfuhrung des Erfmdungsge- dankens eine übergeordnete Instanz, wie zum Beispiel die Ba- sisstationssteuerung (BSC) oder das Betriebs- und Wartungs¬ zentrum (OMC) , informiert werden. Nach einer anderen Ausprä¬ gung der Erfindung werden die Verkehrsmessungen m der uber- geordneten Instanz durchgeführt und die Entscheidungen über die Verwaltung des RACH-Zeitschlitzes auf dem BCCH oder einem anderen CCH ausgestrahlt.
Es versteht sich, daß das Prinzip der Erfindung nicht auf die Anwendung beim RÄCH beschrankt ist, sondern immer dann an- wendbar ist, wenn die Lange eines Zeitschlitzes ein Vielfaches der Lange des auf dieser Ressource zu sendenden Burstes
Die Erfindung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen hierzu Fig. 1: Ein Mobilfunk-Kommunikationssystem,
Fig. 2: Eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur eines TDD-Ubertragungsverfahrens,
Fig. 3: Eine schematische Darstellung eines RÄCH Bursts
Fig. 4: Ein Beispiel für eine RÄCH Burst-Separierung
Fig. 5: Eine schematische Darstellung unterschiedlicher Sendezeiten für RACH-Bursts,
Fig. 6: Ein Beispiel für ein Informationselement m einem mobilen Funk-Kommunikationssystemm und
Fig. 7: Mögliche Parameterwerte für die Verfügbarkeit von Halbschlitzen innerhalb eines RÄCH.
Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel für ein Funk-Kommunikationssystem besteht aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungseinrichtungen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen und von denen nur eine beispielhaft dargestellt ist. Sie sind mit jeweils zumindest einer Basisstationssteuerung BSC zum Verteilen funktechnischen Ressourcen und mit einem Betriebs- und Wartungssystem OMC verbunden, welches Organisationsinsm- formationen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon übertragt. Jede Basisstationssteuerung BSC ermöglicht eine Verbindung zu einer ödere mehreren Basisstationen BS1, BS2, BS3. Jede Basistation BS1, BS2, BS3 kann über eine Luft¬ schnittstelle eine Verbindung zu Teilnehmerstationen MSI, MS2, MS3, zum Beispiel Mobisstationen, aufbauen. Durch jede Basisstation Bl, B2, B3 wird zumindest eine Funkzelle ZI, Z2, Z3 gebildet. Die Funkzellen ZI, Z2, Z3 zum Beispiel bilden eine logische Gruppe von Zellen (Cluster) innerhalb des zellularen Mobilfunknetzes . Bei einer Sektorierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden pro Basisstation BS auch mehrere Funkzellen versorgt. In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen VI, V2 zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisierungsmformationen zwischen den Teilnehmerstationen MSI, MS2 und einer Basisstation BS1, eine Anforderung zur Ressourcenzuteilung m einem Halbschlitz des RACH-Zeitschlit- zes (Aufwartsstrecke im CCH) durch eine weitere Teilnehmer- Stationen MS3 und der Ubertragungsweg für Systeminformationen von der Basisstation BS1 an die Teilnehmerstationen im BCCH dargestellt. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf ande- re Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, m denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann.
Aus Fig. 2 ist die Rahmenstruktur der Funkubertragung ersichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente ist ein breitbandiges Frequenzband Bl beispielsweise der Bandbreite Bl = 5 MHz, m mehrere Zeitschlitze gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze 1 bis 16 aufgeteilt. Ein Teil der Zeitschlitze wird m Abwartsrichtung DL und ein Teil der Zeitschlitze m Aufwartsrichtung UL benutzt. Dazwischen liegt ein gegebenen- falls variabler Umschaltpunkt SP. Bei diesem TDD-Ubertra- gungsverfahren entspricht das Frequenzband für die Abwartsrichtung DL dem Frequenzband für die Aufwartsrichtung UL . Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbereiches Bl werden die aufeinanderfolgenden Zeitschlitze 1 bis 16 nach einer Rahmen¬ struktur gegliedert, indem 16 Zeitschlitze zu einem Zeit- schlitz-Rahmen fr zusammengefaßt werden.
Innerhalb eines Zeitschlitzes werden Informationen mehrerer Verbindungen VI, V2 übertragen, indem jeder Zeitschlitz nochmals verbindungsmdividuell mit einem Teilnehmercode c ent- sprechend der CDMA-Komponente m UMTS gespreizt ist, wodurch jeweils empfangsseitig 16 Zugriffsressourceen je Zeitschlitz (Füll Slot) separierbar sind.
Vor einer Übertragung von Nutzdaten muß jedoch zunächst eine Verbindung von einer Teilnehmerstation MS3 zu einer Basissta- tion BS1, BS2, BS3 aufgebaut werden. Hierzu empfangt die Teilnehmerstation MS3 die Signale der Organisationskanale BCCH einer oder mehrere Basisstationen BS1, BS2, BS3 und mißt die Interferenzen der Organisationskanale. Es wird die Funk- zelle ZI, Z2, Z3 mit dem leistungsstarksten Orgamsationska- nal BCCH innerhalb des Clusters ausgewählt. Zwecks entsprechender Anforderung zur Zuteilung funktechnischer Ressourcen sendet die Teilnehmerstation MS3 anschließend m einem Halbschlitz des RÄCH einen RÄCH Burst RB m Aufwartsrichtung UL aus, der zumindest die Kennung der Teilnehmerstation MS3 enthalt. Diese Kennung kann ergänzt sein durch weitere Angaben über die Basisstation BS1, BS2, BS3 oder über physikalische Kanäle. In Aufwartsrichtung UL empfangen alle Basisstationen Bsl, BS2, BS3 den RÄCH Burst im gleichen RACH-Zeitschlitz, beispielsweise im ersten Zeitschlitz 11 nach dem durch das Organisations- und Wartungszentrum OMC administrierbaren Umschaltpunkt SP. Eine der Basisstationen BS1, BS2, BS3 decodiert den abgesendeten RÄCH und weist der Teilnehmerstation MS3 eine Ubertragungsressource zu, das heißt ein Frequenzband Bl, B2, einen Zeitschlitz 1 bis 10 und einen Teilnehmercode c. Ein RÄCH Burst RB ist m Fig. 3 naher dargestellt. Er besteht aus zwei Abschnitten mit Daten d, m denen empfangsseitig be¬ kannte Trainingssequenzen tseq eingebettet sind. Weiterhin ist eine vergleichsweise große Schutzzeit gp zur Kompensation unterschiedlicher Signallaufzelten der Verbindungen ange¬ hängt .
Die Separierung des RÄCH wird durch zwei Parameter bestimmt. Der erste Parameter ist der Spreizcode c, im TTD-Modus von UMTS sind 16 Spreizcodes vorgesehen. Der zweite Parameter ist der Sendezeitpunkt des R CH Bursts. Hierfür sind im UMTS- System zwei Zeitpunkte vorgesehen, der Beginn eines Zeit- schlitzes tO und die Mitte eines Zeitschlitzes tl. Es ist aber auch eine Vielfachaufteilung des Zeitschlitzes denkbar. Wenn die Teilnehmerstationen MSI, MS2, Ms3 nicht weiter als 2 km von ihren Basisstation BS1, BS2, BS3 entfernt sind, können defmitionsgemaß bei einer Aufteilung Des RACHs m Halbschlitze innerhalb dieses Funkzellenradius gleichzeitig b s zu 32 Teilnehmer auf dem RACH-Zeitschlitz 11 ohne Kollisions- gefahr zugreifen, da ein RÄCH Burst RB j e Halbschlitz empfangen wird.
Der RACH-Zeitschlitz 11 ist m allen Funkzellen ZI, Z2, Z3 des Clusters gleich. Um Störungen auf dem RACH-Zeitschlitz 11 zwischen benachbarten Funkzellen ZI, Z2, Z3 zu reduzieren, wird erfmdungsgemaß signalisiert, zu welchem Zeitpunkt der RÄCH Burst RB von den Teilnehmerstationen MSI, MS2, MS3 gesendet werden darf. In der einen Funkzelle ZI wird beispielsweise der RÄCH Burst RB immer zum Zeitpunkt tO gesendet und in einer benachbarten Funkzelle Z2 wird der RÄCH Burst RB immer zum Zeitpunkt tl gesendet (Fig. 4) . Somit sind die Störungen auf dem RACH-Zeitschlitz 11 zwischen den beiden Funkzellen ZI, Z2 entkoppelt. Man spricht davon, daß die RACH- Zugriffe zeitlich orthogonal zueinander sind. In einer drit- ten benachbarten Funkzelle Z3, die von einer Basisstation BS3 mit regem Funkverkehr versorgt wird, können beispielsweise alle beide Halbschlitze des RACH-Zeitschlitzes 11 für den RÄCH Burst RB zugelassen sein. Damit werden die Störungen innerhalb dieser Funkzelle Z3, verursacht durch die Teilnehmer der Basisstationen BSl, BS2 stark reduziert, da der RACH- Zeitschlitz 11 für die Basisstation BS3 m der ersten Hälfte des RACH-Zeitschlitzes 11 nur von den Teilnehmern der Basisstation BSl und m der zweiten Hälfte des RACH-Zeitschlitzes 11 nur von Teilnehmern der Basisstation BS2 beeinträchtigt wird und nicht gleichzeitig von den Teilnehmern der Funkzellen BSl und BS2.
Teilnehmer aus bis zu drei Funkzellen können im gleichen physikalischen Kanal, das heißt im gleichen RACH-Zeitschlitz 11, ihren RÄCH Burst RB unter reduzierter Kollisionsgefahr bezuglich der Datenanteile d m den Räch Bursts RB senden. Die RÄCH Bursts RB sind zuverlässiger von den Basisstationen BSl, BS2, BS3 der Zellen ZI, Z2, Z3 auswertbar und den Teilnehmer- Stationen MSI, MS2, MS3 können ohne Verzögerung ein oder mehrere Kanäle zugewiesen werden. Durch die erf dungsgemaße Zuteilung des zu verwendenden Halbschlitzes im R CH 11 wird der Funkverkehr kanalisiert.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß bei Zunahme des Funkverkehrs m beispielsweise der Funkzelle ZI infolge häufigen Zugriffs auf den RACH-Zeitschlitz 11, die Basisstation BSl autonom signalisiert, daß die Mobilstationen MSI, MS2, MS3 auch auf den zweiten Halbschlitz des RACHs 11 zugreifen dürfen. Umgekehrt besteht die Möglichkeit, daß beispielsweise die Funkzelle Z3 zum Beispiel wegen geringen Verkehrsaufkommens den ersten oder den zweiten Halbschlitz des RACHs TsO für RÄCH Bursts RB sperrt.
Die teilnehmermdividuelle Unterscheidung erfolgt im TDD- Modus durch den Spreizcode c. Man teilt den Teilnehmerstationen MSI, MS2, MS3 zum Beispiel über den BCCH einer Syste - information mit, daß beim Erstzugriff der RÄCH Burst RB entweder zum Zeitpunkt tO, zum Zeitpunkt tl, zu beiden Zeitpunkten tO, tl oder zu keinem der Zeitpunkte des RACH-Zeitschlit- zes 11 gesendet werden darf, womit der RACH-Zeitschlitz 11 zwecks Vermeidung von Störungen auf mehrere Zellen ZI, Z2, Z3 verteilt wird (RÄCH Time Slot Clustenng) .
Die Messungen der Zugriffe auf den RACH-Zeitschlitz 11 können selbständig von jeder Basisstationen BSl, BS2, BS3 durchgeführt werden, ebenso die Entscheidungen zur Zuteilung einer oder mehrerer Ressourcen. Falls eine Entscheidung getroffen wird, kann die übergeordnete Instanz BSC und das OMC davon informiert werden. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, daß die Verkehrsmessungen der übergeordneten Instanz BSC durchgeführt werden und diese die entsprechenden Entscheidungen trifft. Die Entscheidungen und die Konfigurationen hinsichtlich des RACH-Zeitschlitzes 11 können dynamisch durchge- fuhrt werden und beispielsweise auf dem BCCH oder einem anderen Kontrollkanal ausgestrahlt werden.
Entsprechend der Erfindung unterscheiden sich einem RACH- Zeitschlitz 11 gesendete RÄCH Bursts RB durch die zeitliche Anordnung innerhalb des RACH-Zeitschlitzes 11. So können gemäß Fig. 5 m einem RACH-Zeitschlitz 11 RÄCH Bursts aus bis zu drei Funkzellen unter erheblich reduzierter Kollisionsge- fahr gesendet werden. Bezüglich der zueinander orthogonalen RÄCH Bursts aus den Funkzellen ZI und Z2 sind keinerlei ge- genseitige Beeinträchtigungen zu erwarten. Jedem RÄCH Burst RB ist beispielsweise der Sendezeitpunkt tO bzw. tl vorgeschrieben. Eine dritte Mobilstation MS3 aus der Funkzelle Z3 sendet ihren RÄCH Burst beispielsweise m beiden Halbschlit- zen des R CH. Dadurch verteilen sich möglichen Störungen, verursacht durch Teilnehmerstationen der Funkzellen ZI, Z2 auf beide RÄCH Bursts und die Wahrscheinlichkeit ist groß, daß einer der gesendeten RÄCH Bursts fehlerfrei von den Ba- sisstationen erkannt wird. Ihr kann auch verkehrsabhangig vorgeschrieben werden, daß sie aktuell nur m einem oder we- gen Überlastung m keinem der Halbschlitze einen RÄCH Burst senden darf, um eine Verbindungsaufnahme der Teilnehmer der Funkzellen ZI und Z2 nicht zu stören. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß mehr als ein Zeit¬ schlitz eines Zeitschlitzrahmens als RACH-Zeitscnlitz nutzbar ist, beispielsweise Zeitschlitz 12, entweder durch entspre- chende Reservierung oder durch variable Administration im OMC.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, daß die RÄCH Bursts RB zusätzlich zur Verteilung auf Teilschlitze, also bei- spielsweise Halbschlitze, auch noch innerhalb eines Teil- schlitzes des RACH-Zeitschlitzes (11) zueinander zeitlich or¬ thogonal gesendet werden können, das heißt, daß von einem RÄCH Burst RB (Fig. 3) der Datenanteil d zuerst und dann seine Schutzzeit gp gesendet wird und von einem anderen RÄCH Burst zuerst die Schutzzeit gp und dann der Datenanteil d.
Hierdurch lassen sich auch die Kollisionen ausschließen, die aufgrund des Sendens zweier RACH-Bursts im gleichen Teil- schlitz eventuell auftreten können.
In Fig. 6 ist ein Beispiel für ein Informationselement IE
R CH Slot zur Ausstrahlung auf dem BCCH innerhalb einer Systeminformation (System Information Message) dargestellt. Es gibt die Verfügbarkeit bzw. Nichtverfugbarkeit von RACH- Zeitschlitzen für den RÄCH Burst den Teilnehmerstationenen einer Funkzelle m Bits und Bytes an.
In Fig. 7 ist angegeben, welche Parameterwerte das Informati- onselement IE RÄCH Slot nach Fig. 6, ausgedruckt Bits und Bytes, annehmen kann, nämlich: Beide Halbschlitze eines RACH- Zeitschlitzes verfugbar, nur der erste Halbschlitz verfugbar, nur der zweite Halbschlitz verfugbar, kein Halbschlitz des RRACH-Zeitschlitzes verfugbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für eine Verbindungsaufnahme zwischen einer Teilnehmerstation (MSI, MS2, MS3) und einer Basisstation (BSl, BS2, BS3) innerhalb eines Funk-Kommunikationssystems mit TDMA-Teilnehmersepaπerung, bei dem ein Zugriffszeitschlitz (11) m mehrere Teilzeit¬ schlitze unterteilt ist, bei dem von den Teilnehmerstationen Zugriffsbursts (RB) m- nerhalb der Teilzeitschlitze des Zugriffszeitschlitzes gesen¬ det werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß einer der Teilnehmerstationen (MSI, MS2, MS3) signalisiert wird, m welchem der Teilzeitschlitze sie ihre Zu- gπffsbursts (RB) aussenden darf.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Teilnehmerstation (Msl, MS2, MS3) signalisiert wird, ob ihre Zugriffsbursts (RB) m der ersten Halte (tO) des Zugriffszeitschlitzes (11), m der zweiten Hälfte (tl), m beiden Hälften (tO, tl) oder m keiner der Hälften (tO, tl) des Zugπffszeitschlitzes (11) gesendet werden dürfen.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Zugriffszeitschlitz (11) dynamisch auf mehrere Funkzellen (ZI, Z2, Z3) verteilt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mitteilung über die zulassigen Teilzeitschlitze des Zugπffszeitschlitzes (11) der Teilnehmerstation (MSI, MS2, MS3) von einer der Basisstationen (BSl, BS2, BS3) signali- siert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c g e k e n n z e i c h n e t, daß die Basisstation (BSl, BS2, BS3) die Zuteilung der Teil¬ zeitschlitze zu der Teilnehmerstation selbständig verwaltet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Basisstation (BSl, BS2, BS3) ihre Entscheidung einer übergeordneten Instanz mitteilt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine den Basisstationen (BSl, BS2, BS3) übergeordnete Instanz die Zuteilung der Teilzeitschlitze zu der Teilnehmer- Station verwaltet.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Entscheidung über die zu signalisierenden Teilzeit- schlitze dynamisch anhand des Verkehrsaufkommens getroffen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehr als em Zugriffszeitschlitz innerhalb eines Zeitschlitzrahmens verwendet wird.
10. Funk-Kommunikationssystems mit TDMA- Teilnehmerseparierung, bei dem e Zugriffszeitschlitz (11) mehrere Teilzeitschlitze unterteilt ist, bei dem die Teilnehmerstationen Einheiten zum Senden von Zu- gπffsburst (RB) innerhalb der Teilzeitschlitze des Zugriffs- zeitschlitzes aufweisen, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einheit zum Signalisieren, m welchem der Teilzeitschlitze eine der Teilnehmerstationen (MSI, MS2, MS3) ihre Zugriffsbursts (RB) aussenden darf.
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