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`
`BUNDESREPUBLIK ® Patentschrlft
`DE 19300953 c1
`
`.
`® Aktenzelchen:
`® Anmeldetag:
`Offenlegungstagz
`Veriiffentlichungstag
`der Patenterteilung:
`
`198 00 953.4-35
`13.
`1. 98
`—
`
`29. 7. 99
`
`DEUTSCHES
`
`MARKENAMT
`
`@ |nt.C|.6:
`"°‘””’°°5
`H 04 B 7/204
`H 04 B 7/26
`H 04 J 13/02
`H 04 0 7/38
`H 04 L 27/00
`
`Innerhalb von 3 Monaten nach Veréffentlichung der Erteilung kann Einspruch erhoben werden
`
`n
`
`® Patentinhaber:
`Siemens AG, 80333 Miinchen, DE
`
`® Erfinder:
`Ritter, Gerhard, 86943 Thaining, DE
`
`Fiir die Beurteilung der Patentféhigkeit in Betracht
`gezogene Druckschriften:
`DE
`44 41 323 A1
`
`KAMMEYER, K.D.: Nachrichteniibertragung,
`Teubner Verlag, Stuttgart, 1996, 2. Auf|.,
`ISBN-3-519-16142-7, S. 611-613;
`
`
`
`Verfahren und Funk—Kommunikationssystem zur Zuteilung von Funkressourcen einer Funkschnittstelle
`® Das erfindungsgeméfle Verfahren und Funk—Kommuni—
`kationssystem geht aus von einem OFDMA—Mu|titr‘riger—
`verfahren und der Nutzung einer Anzahl Von Subtrégern
`(013), die fiir die Kommunikationsverbindung zwischen
`Basisstation (BS) und Mobilstation (MS) zugeteilt werden,
`und umfaf3t folgende Schritte:
`— Messen der Oualitét unterschiedlicher Segmente (S...)
`des Frequenzspektrums durch jede Mobilstation (MS),
`— Bestimmen zumindest eines fiir die eigene Kommunika—
`tionsverbindung
`bevorzugt
`geeigneten
`Segments
`(Sx...Sa...Sm...) durch jede Mobilstation (MS) und Senden
`einer entsprechenden Information zur Basisstation (BS),
`— Auswerten der von den Mobilstationen (MS) empfange—
`nen Informationen durch die Basisstation (BS) und Zutei-
`Ien eines Segments (Sx, Se, Sm) fiir die jeweilige Kom—
`munikationsverbindung an jede Mobilstation (MS) ab-
`héngig Von der Auswertung,
`— Senden einer Information fiber das zugeteilte Segment
`(Sx, Sa, Sm) zu jeder Mobilstation (MS) durch die Basis-
`station (BS).
`
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`DE19800953C1
`
`BUNDESDRUCKEREI
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`06.99 902 130/270/7A
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`20
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`SPRINT 1003
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`DE 198 00 953 C1
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`Beschreibung
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`Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuteilung Von
`Funkressourcen einer Funkschnittstelle eines Funk-Kom-
`munikationssystem sowie ein entsprechendes Funk-Kom-
`munikationssystem.
`Bekanntlich weisen Funk-Kommunikationssysteme eine
`Funkschnittstelle auf, ijber die Datensymbole zwischen ei-
`ner ortsfesten Basisstation und fiblicherweise mehreren, im
`Funkversorgungsbereich — z. B. einer Funkzelle — der Basis-
`station befindlichen beweglichen Mobilstationen fibenragen
`werden. Dabei
`finden Vielfachzugriffsverfahren Anwen-
`dung, um die Funkressourcen der Funkschnittstelle mog-
`lichst effektiv ausnutzen zu konnen. Ein klassisches Viel-
`fachzugriffsverfahren ist das f'Lir Zeitmultiplex (TDMA,
`Time Division Multiple Access), bei dem die Datensymbole
`als Funkblock (bursts) in einem Zeitschlitz (time slot) ent-
`halten sind. Ein weiteres Vielfachzugriffsverfahren ist das
`fur Kodemultiplex (CDMA, Code Division Multiple Ac-
`cess), bei dem jedes Datensymbol mit mehreren Kodesym-
`bolen auf eine bestimmte Bandbreite gespreizt wird.
`Darfiber hinaus gibt es das OFDMA-Multitr'aigerverfah-
`ren (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), das
`zur Ubenragung der Datensymbole das OFDM-Prinzip ge-
`mali Kapitel 15.3.2 VOI1 "Nachrichtenubertragung", K. D.
`Kammeyer, Teubner Verlag, Stuttgart, 2. Auflage 1996
`nutzt. Nahezu rechteckformige Sende- und Empfangsfilter-
`Impulsantworten ermoglichen eine FFT-(Fast Fourier
`Transformation) bzw. IFFT- (Inverse Fast Fourier Transfor-
`mation) basierte Signalverarbeitung im Sender und Empfan-
`ger, was hohe Datenraten bei relativ geringer Komplexitat
`erlaubt. Darfiber hinaus ist vorteilhaft, daB schmalbandige
`Subtrager (OFDMA carriers), die beispielsweise nur einige
`wenige Kilohertz voneinander getrennt sein konnen, eine
`feine Granularitat der Datenraten abhangig von der jeweili-
`gen Anwendung ermoglichen. So kann eine Anzahl VOI1
`Subtragem und damit ein Segment eines Frequenzspek-
`trums fur die Kommunikationsverbindung zwischen Basis-
`station und Mobilstation zugewiesen werden.
`Ans der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 41 323 A1
`ist ein Verfahren zur Ubertragung VOI1 OFDM-Signalen in
`einem mobilen Kommunikationssystem bekannt, bei dem
`f1'1'r hohe Ubertragungsraten dynamikreduzierte OFDM-Si-
`gnale durch einen Sendeverstarker innerhalb seines im we-
`sentlichen linearen Verstarkungsbereichs verstarkt werden.
`Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbesser-
`tes Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Zutei-
`lung von Funkressourcen bei Anwendung des OFDMA-
`Multitragerverfahrens anzugeben.
`Diese Aufgabe wird gemafl der Erfindung durch das Ver-
`fahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch
`das Funk-Kommunikationssystem mit den Merkmalen des
`Patentanspruchs 12 gelost. Weiterbildungen der Erfindung
`sind den Unteransprfichen zu entnehmen.
`Das erfindungsgemafle Verfahren geht aus von dem
`OFDMA-Multitragerverfahren und der Nutzung einer An-
`zahl von Subtragem, die fur die Kommunikationsverbin-
`dung zwischen Basisstation und Mobilstationen zugeteilt
`werden, und umfasst folgende Schritte:
`
`— Messen der Qualitat unterschiedlicher Segmente des
`Frequenzspektrums durch jede Mobilstation,
`— Bestimmen zumindest eines fur die eigene Kommu-
`nikationsverbindung bevorzugt geeigneten Segments
`durch jede Mobilstation und Senden einer entsprechen-
`den Information zur Basisstation,
`— Auswerten der Von den Mobilstationen empfange-
`nen Informationen durch die Basisstation und Zuteilen
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`eines Segments fur die jeweilige Kommunikationsver-
`bindung an jede Mobilstation abhangig Von der Aus-
`wertung,
`— Senden einer Information iiber das zugeteilte Seg-
`ment zu jeder Mobilstation durch die Basisstation.
`
`erfindungsgemafie Funk-Kommunikationssystem
`Das
`geht ebenfalls aus Von dem OFDMA-Multitragerverfahren
`und der Nutzung einer Anzahl von Subtragem, die f'Lir die
`Kommunikationsverbindung zwischen Basisstation und
`Mobilstation zugeteilt werden, und umfasst folgende Mittel:
`
`— Steuermittel in jeder Mobilstation zum Messen der
`Qualitat unterschiedlicher Segmente des Frequenz-
`spektrums und zum Bestimmen zumindest eines fur die
`eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt geeig-
`neten Segments,
`— Sendemittel in jeder Mobilstation zum Senden einer
`entsprechenden Information zur Basisstation,
`— Steuermittel in jeder Basisstation zum Auswerten
`der von den Mobilstationen empfangenen Informatio-
`nen und zum Zuteilen eines Segments fur die jeweilige
`Kommunikationsverbindung an jede Mobilstation ab-
`hangig Von der Auswertung, sowie
`— Sendemittel in jeder Basisstation zum Senden einer
`Information fiber das zugeteilte Segment zu jeder Mo-
`bilstation.
`
`Durch das geschilderte Zuteilungsverfahren konnen die
`Vorteile des OFDMA-Multitragerverfahrens genutzt und
`moglichst optimale Frequenzressourcen fur alle von einer
`Basisstation betreuten Kommunikationsverbindungen mit
`Hilfe der flexiblen Zuweisung mehrerer Subtrager bzw. ei-
`nes dadurch definierten Segments des Frequenzspektrums
`vergeben werden. Dabei spielt die Qualitat der eigenen
`Kommunikationsverbindung im Hinblick auf die Frequenz-
`situation eine entscheidende Rolle, die entsprechend dem
`erfindungsgemafien Verfahren individuell nach Bestimmen
`der am besten geeigneten Segmente in jeder von der Basis-
`station betreuten Mobilstation geandert und damit verbes-
`sert wird.
`Ein weiterer wichtiger Vorteil besteht darin, dafl durch die
`Erfindung die Interferenzen,
`insbesondere die in Funk-
`Kommunikationssystemen kritischen Interzellinterferenzen
`und die Intersymbolinterferenzen, berijcksichtigt und ausge-
`glichen werden konnen.
`Es wird durch das erfindungsgemalie Verfahren und
`Funk-Kommunikationssystem auch eine kosteneffektive
`und gegenfiber einer Breitband-Kommunikation (wideband
`communication) leistungssteigernde — vor allem fur hohere
`Frequenzen im lVJHz-Bereich — Zuteilung der Frequenzres-
`sourcen bei Anwendung des OFDMA-Multitragerverfah-
`rens erzielt. Das verbesserte OFDMA-Multitragerverfahren
`kann mit anderen Vielfachzugriffsverfahren, die Datensym-
`bole endlicher Dauer in Zeitschlitzen ubertragen, zu einem
`noch effektiveren Funksystem kombiniert werden. So ist das
`verbesserte OFDMA-Multitragerverfahren gemafi einer be-
`sonders bevorzugten Ausgestaltung in ein TDMA/CDMA-
`Funksystem integrierbar, was fur Anwendungen mit gerin-
`geren Leistungsanforderungen — z. B. Mikrozellensysteme —
`oder fur TDD-Anwendungen (Time Division Duplex) oder
`fir Anwendungen bei hoheren Datenraten — z. B. fiir In-
`door-Systeme, Schnurlos-Systeme (residential cordless) —
`oder fur Anwendungen mit geringen Bewegungsgeschwin-
`digkeiten besonders vorteilhaft sich auswirkt.
`Die Flexibilitat des erfindungsgemalien Verfahrens wird
`besonders vorteilhaft ausgenutzt, wenn den Mobilstationen
`Von der Basisstation Segmente des Frequenzspektrums zu-
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`geteilt werden, deren Bandbreiten sich unterscheiden, oder
`eine unterschiedliche Anzahl Von Zeitschlitzen fur die Uber-
`tragung der Datensymbole in den zugeteilten Segmenten zu-
`geteilt wird. Damit konnen ffir individuelle Kommunikati-
`onsverbindungen, die sich voneinander unterscheiden, die
`am besten geeigneten Segmente zur Kommunikation jeder-
`zeit bestimmt und bei Bedarf geandert werden.
`Gemafi einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
`Von den Mobilstationen jeweils eine Prioritatenliste an die
`Basisstation gesendet, die Informationen fiber ein fiir die ei-
`gene Kommunikationsverbindung am besten geeignetes
`Segment sowie fiber weitere, ffir die eigene Kommunikati-
`onsverbindung bevorzugt geeignete Segmente enthalt. Da-
`durch erhalt die Basisstation anhand der eintreffenden Li-
`sten Kenntnis Von den Wfinschen aller Mobilstationen hin-
`sichtlich des oder der ffir sie am besten geeigneten Seg-
`mente, und kann entsprechende Neuzuordnungen der Seg-
`mente des Frequenzspektrums zu allen Mobilstationen —
`besser angepasst an deren fibermittelte Bedurfnisse — vor-
`nehmen.
`Es hat sich als gfinstig erwiesen, daJ3 furjede Mobilstation
`die Anzahl der zugeteilten Subtrager in einem Zeitschlitz
`Von der Basisstation Variabel einstellbar ist, um bei Bedarf
`nicht nur die Segmente wechseln, sondern auch deren Band-
`breite andern zu konnen.
`Eine Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zum Mes-
`sen der Qualitat der Segmente des Frequenzspektrums sieht
`Vor, daB die Mobilstation alle Subtrager in dem ihr zugewie-
`senen Zeitschlitz empfangt, fur jeden Subtrager uberpruft,
`ob eine Amplitudenmodulation der im Zeitschlitz fibertrage-
`nen Datensymbole vorliegt, und einen Mittelwert aus den
`Ergebnissen der Uberprfifung ffir alle zu dem jeweiligen
`Segment gehorigen Subtrager bildet. Der Vorteil liegt in
`dem Zweistufen-Verfahren, bei dem zunachst jeweils die
`Qualitat fur die individuellen Subtrager ermittelt und an-
`schlieliend zur Festlegung der Qualitat des spezielle unter-
`suchten Segments die Qualitaten der Subtrager gemittelt
`werden.
`Eine besonders einfache Methode zum Messen der Quali-
`tat besteht darin, relative Abweichnngen der Amplitnden
`der Datensymbole dadurch zu ermitteln, daB die absolute
`Amplitudendifferenz Von Datensymbol zu Datensymbol
`aufaddiert und das Additionsresultat mit der mittleren Am-
`plitude aller auf einem vorgebbaren Subtrager fibertragenen
`Datensymbole normiert wird.
`Gemafl einer Weiterbildung der Erfindung weist das
`Funk-Kommunikationssystem eine Mobilstation mit Steuer-
`mittel zum Messen der Qualitat unterschiedlicher Segmente
`des Frequenzspektrums und zum Bestimmen zumindest ei-
`nes fur die eigene Kommunikationsverbindung bevorzugt
`geeigneten Segments, sowie n1it Sendemittel zum Senden
`einer entsprechenden Information zur Basisstation auf.
`Gemafl einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist
`das Funk-Kommunikationssystem eine Einrichtung, die ge-
`mali alternativer Ausgestaltungen als Teil einer Basisstation
`oder einer Basisstationssteuerung ausgepragt ist, mit Steuer-
`mittel zum Auswerten der Von den Mobilstationen empfan-
`genen Informationen und zum Zuteilen eines Segments ffir
`die jeweilige Kommunikationsverbindung an jede Mobilsta-
`tion abhangig Von der Auswertung, sowie mit Sendemittel
`zum Senden einer Information fiber das zugeteilte Segment
`zu jeder Mobilstation auf.
`Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand ei-
`nes Ausfiihrungsbeispielen unter Bezugnahme auf zeichne-
`rische Darstellungen naher erlautert.
`Dabei zeigen
`Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Mobilfunksystems mit
`mehreren von einer Basisstation betreuten Mobilstationen,
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`Fig. 2 eine schematische Darstellung der Struktur eines
`Funkblocks mit Datensymbolen in einem Zeitschlitz sowie
`der OFDMA-Subtrager zur Bildung Von Segmenten eines
`Frequenzspektrums,
`Fig. 3 einen Nachrichtenfluli zur Zuteilung der Frequenz-
`ressourcen zu den Mobilstationen,
`Fig. 4 eine schematische Darstellung der Amplitudenmo-
`dulation
`der
`fibertragenen Datensymbole
`auf einem
`OFDMA-Subtrager zum Messen der Qualitat der Segmente,
`Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Mobilstation, und
`Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Basisstation/Basisstati-
`onssteuerung.
`Das in Fig. 1 dargestellte Funk-Kommunikationssystem
`entspricht in seiner Struktur einem bekannten Mobilfunksy-
`stem, das Netzeinrichtungen eines Mobilfunknetzes wie
`z. B. Mobilvermittlungsstellen MSC, die untereinander ver-
`netzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN her-
`stellen, und mit den Mobilvermittlungsstellen MSC verbun-
`dene Basisstationssteuerungen BSC und mit jeweils einer
`Basisstationssteuerung BSC verbundene Basisstationen BS
`aufweist. Eine solche Basisstation BS ist eine ortsfeste
`Funkstation, die fiber eine Funkschnittstelle Kommunikati-
`onsverbindungen zu Mobilstationen MS aufbauen, abbauen
`und aufrechthalten kann. In Fig. l sind beispielhaft drei
`Funkverbindungen zwischen drei Mobilstationen MS und
`einer Basisstation BS dargestellt. Ein Operations- und War-
`tungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wa1'tungsfunk-
`tionen fur das Mobilfunksystem bzw. ffir Teile davon. Das
`Operations- und Wartungszentrum OMC und die Basisstati-
`onssteuerung BSC realisieren fiblicherweise die Funktionen
`der Einstellung und Anpassung der Zuteilung Von funktech-
`nischen Ressourcen innerhalb der Funkzellen der Basissta-
`tionen BS. Die Funktionalitat des Funk-Kon1munikationssy-
`stems ist auch auf andere Funk-Kommunikationssysteme
`fibertragbar, ggf. auch mit ortsfesten Mobilstationen MS.
`Auch bei diesen Funl(-Kommunikationssystemen kann das
`erfindungsgeméifie Verfahren zum Einsatz kommen.
`Die Kommunikationsverbindungen zwischen der Basis-
`station BS und den Mobilstationen MS unterliegen einer
`Mehrwegeausbreitung, die durch Reflektionen beispiels-
`weise an Gebauden oder Bepflanzungen zusatzlich zum di-
`rekten Ausbreitungsweg hervorgerufen werden. Geht man
`Von einer Bewegung der Mobilstationen MS aus, dann fijhrt
`die Mehrwegeausbreitung zusammen mit weiteren Storun-
`gen dazu, dali bei der empfangenden Basisstation BS sich
`die Signalkomponenten der verschiedenen Ausbreitungs-
`wege eines Teilnehmersignals zeithangig fiberlagern. Wei-
`terhin wird davon ausgegangen, daB ein OFDMA-Multitra-
`gerverfahren zur Ubertragung Von Datensymbolen in Zeit-
`schlitzen benutzt wird, das den Mobilstationen jeweils eine
`Anzahl Von Subtragern und damit ein Segment eines Fre-
`quenzspektrums ffir die Kommunikationsverbindung zwi-
`schen Basisstation BS und Mobilstation MS zuteilt.
`Gemafl dem Erfindungsgegenstand misst jede Mobilsta-
`tion MS die Qualitat unterschiedlicher Segmente des Fre-
`quenzspektrums, wobei sie alle Subtrager in dem ihr zuge-
`wiesenen Zeitschlitz empfangt, fur jeden individuellen Sub-
`trager dessen Qualitat fiberprfift und anschlieliend die ermit-
`telten Qualitaten der Subtrager mittelt. Danach bestimmt
`jede Mobilstation zumindest ein fur die eigene Kommunika-
`tionsverbindung bevorzugt geeignetes Segment und sendet
`eine entsprechende Information zur Basisstation BS. Im
`vorliegenden Beispiel ermittelt die erste Mobilstation ein
`Segment Sx mit den Subtragem oc00... oc40 als das ffir sie
`am besten geeignete Segment. Daruber hinaus bestimmt sie
`Segmente Sy, Sz als weitere, fir die eigene Kommunikati-
`onsverbindung bevorzugt geeignete Segmente. In eine Prio-
`ritéitenliste PLl werden Informationen fiber die Segmente
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`SK, Sy, Sz eingetragen, entsprechend ihrer Eignung fur die
`Kommunikationsverbindung nnmeriert und zur Basisstation
`BS gesendet.
`In gleicher Weise ermittelt die zweite Mobilstation ein
`Segment Sa mit den Subtragern oC4l...oC6O als das fur sie
`am besten geeignete Segment. Dariiber hinaus bestimmt sie
`Segmente Sb, SC als weitere, fur die eigene Kommnnikati-
`onsverbindung bevorzugt geeignete Segmente. In eine Prio-
`ritéltenliste PL2 werden Informationen fiber die Segmente
`Sa, Sb, SC eingetragen, entsprechend ihrer Eignung fiir die
`Kommunikationsverbindung numeriert und ebenfalls zur
`Basisstation BS gesendet.
`Auch die dritte, Von der Basisstation BS betreute Mobil-
`station MS bestimmt ein Segment Sm mit den Subtragem
`oC6l...oCl00 als das fur ihre kommunikationsverbindung
`am besten geeignete Segment. Dariiber hinans gibt sie Seg-
`mente Sn, So als weitere, fur die eigene Kommunikations-
`verbindung bevorzugt geeignete Segmente in einer Priorita-
`tenliste PL3 an. Die Inforrnationen uber diese drei Segmente
`Sm, Sn, So, die entsprechend ihrer Eignung fur die Kommu-
`nikationsverbindnng in der Prioritatenliste PL3 nnmeriert
`sind, werden Von ihr anschliessend ebenfalls zur Basissta-
`tion BS gesendet. Ans den Beispielen ist entnehmbar, daI5
`die Anzahl der Subtrager CO... und damit die Bandbreite der
`Segmente S... unterschiedlich gewahlt werden kann.
`Die Basisstation BS wertet alle Von den Mobilstationen
`MS empfangenen Informationen ans und teilt abhéingig VOI1
`der Auswertung jeder Mobilstation ein Segment fur die je-
`weilige Kommnnikationsverbindnng zn. Eine Information
`fiber das jeweils zugeteilte Segment sendet die Basisstation
`Zn jeder Mobilstation. Im vorliegenden Beispiel sei ange-
`nommen, daB jeder Mobilstation MS das Von ihr ge-
`wfinschte am besten geeignete Segment zugeteilt werden
`konnte. Dies hangt anch VOI1 den Ubertragungsbedingungen
`und/oder der Auslastung der Von der Basisstation BS Ver-
`sorgten Funkzelle nach Vorgaben des Operations- und War-
`tungszentrums OMC oder der Basisstationssteuerung BSC
`zum Fnnkressourcenmanagement ab. So erhalten die erste
`Mobilstation MS das Segment Sx, die zweite Mobilstation
`MS das Segment Sa und die dritte Mobilstation MS das Seg-
`ment Sm, jeweils nut den entsprechenden OFDMA-Subtra-
`gern co..., Von der Basisstation BS zugeteilt. Den individu-
`ellen Mobilstationen MS kann anch eine unterschiedliche
`Anzahl von Zeitschlitzen zur Ubertragnng der Datensym-
`bole in den zugeteilten Segmenten zugewiesen werden.
`Die Flexibilitat des erfindnngsgemalfien Verfahrens wird
`besonders vorteilhaft ausgenutzt, wenn den Mobilstationen
`MS Von der Basisstation BS Segmente des Frequenzspek-
`trums zngeteilt sind, deren Bandbreiten sich nnterscheiden,
`oder eine unterschiedliche Anzahl Von Zeitschlitzen fur die
`Ubertragung der Datensymbole in den zugeteilten Segmen-
`ten vorgesehen ist. Damit konnen fur individuelle Kommu-
`nikationsverbindungen, die sich voneinander nnterscheiden,
`die am besten geeigneten Segmente zur Kommunikation je-
`derzeit bestimmt nnd bei Bedarf geandert werden.
`In Fig. 2 sind die Struktur eines Funkblocks mit Daten-
`symbolen in einem Zeitschlitz sowie die OFDMA-S ubtrager
`zur Bildung der Segmente gemafl den Beispielen in Fig. l
`schematisch dargestellt. So stehen beispielsweise einige
`hundert Subtrager oc — mit einem Abstand Von einigen Kilo-
`hertz zwischen jeweils zwei benachbarten Trager — in der
`Funkzelle der in Fig. 1 mit den drei Mobilstationen MS in
`Verbindnng stehenden Basisstation BS zur Verfugung. Da-
`VOI1 sind die Subtrager oc0O...oc40 zur Definition des Seg-
`ments Sx, die Subtrager oc41...oc60 zur Definition des Seg-
`ments Sa, und die Snbtrager 0c6l...ocl0O zur Definition des
`Segments Sm entsprechend der Znweisnng dnrch die Basis-
`station auf die Mobilstationen verteilt. Weitere Subtréiger
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`ocl01...ocXYZ sind in dem insgesamt fiir einen Netzbetrei-
`ber nutzbaren Frequenzband verfugbar, das anch die Von
`den Mobilstationen als ebenfalls geeignet eingestuften Seg-
`mente Sy, Sz und Sb, Sc und Sn, So mit einer Anzahl VOI1
`Subtragem enthalt. Nach Fig. 2 wird fur die Segmente Sx,
`Sm eine identische Bandbreite angenommen. Dies ist je-
`doch fur ein Funk-Kommunikationssystem im Sinne der Er-
`findung keine Voraussetzung.
`Der in Fig. 2 beispielhaft gezeigte Funkblock wird in ei-
`nem Zeitschlitz einer TDMA-Rahmenstruktur ijbertragen.
`In jedem Rahmen ist znmindest ein Zeitschlitz fur ein oder
`mehrere Teilnehmersignale vorgesehen. Von der Basissta-
`tion wird in jedem Zeitschlitz eine vorgebbare Anzahl Von
`Subtragem benutzt, auf denen jeweils eine vorgebbare An-
`zahl Von Datensymbolen ubertragen wird. Daruber hinans
`ist fur jede Mobilstation die Anzahl der zugeteilten Subtra-
`ger in einem Zeitschlitz Von der Basisstation Variabel ein-
`stellbar.
`Die Daner des Funkblocks wird mit Tbn bezeichnet. Der
`Funkblock umfafit zwei Blocke mit jeweils N Datensymbo-
`len d, wobei jeder Block die Lange Tbl hat. Beide Blocke
`sind dnrch eine Trainingssequenz tseq mit der Daner Tseq ge-
`trennt. Den Abschlufi des Funkblocks bildet eine Schntzzeit
`Tg, die die Laufzeitunterschiede aufgrund unterschiedlicher
`Entfernungen der Mobilstationen MS Von der Basisstation
`BS ausgleichen soll. Weiterhin wird in Fig. 2 gezeigt, wie
`ein einzelnes Datensymbol d nach einem reinen CDMA-
`Verfahren — linke Darstellung — oder nach einem reinen
`Mehrtrager-Verfahren — rechte Darstellung — ubertragen
`werden kann. Beim CDMA-Verfahren wird jedes Daten-
`symbol d mit Q Kodesymbolen auf die Bandbreite Bu ge-
`spreizt. Beim Mehrtrager-Verfahren wird jedes Datensym-
`bole d auf Q Trager moduliert, wobei die Snmme der Band-
`breiten der Trager die Bandbreite Bu ergibt. In beiden Fallen
`danert die Ubertragung eines Datensymbols die Symbol-
`daner TS. Damit ist das Funk-Kommunikationssystem als
`TDMA/CDMA-Mobilfunksystem ausgebildet, bei dem in
`dnrch die Zeitschlitze gebildeten Frequenzkanalen gleich-
`zeitig die Datensymbole d mehrerer Kommnnikationsver-
`bindnngen ubertragen werden, wobei die Informationen nn-
`terschiedlicher Verbindungen gemafi einer verbindnngsindi-
`vidnellen Feinstruktur — beispielsweise dnrch Spreiznng der
`Datensymbole — unterscheidbar sind.
`Gerade bei Kombination des TDMA/CDMA-Mobilfnnk-
`system mit dem OFDMA-Multitréigerverfahren konnen
`moglichst optimale Freqnenzressonrcen fur alle Von einer
`Basisstation betreuten Kommunikationsverbindungen mit
`Hilfe der flexiblen Znweisnng mehrerer Subtrager bzw. ei-
`nes dadurch definierten Segments des Frequenzspektrnms
`gemali der Erfindung vergeben werden. Dies wirkt sich fur
`Anwendungen mit geringeren Leistungsanforderungen —
`z. B. Mikrozellensysteme — oder fur TDD-Anwendungen
`(Time Division Duplex) oder fur Anwendungen bei hoheren
`Datenraten — 2. B. fur Indoor-Systeme, Schnnrlos-Systeme
`(residential cordless) — oder fur Anwendungen mit geringen
`Bewegungsgeschwindigkeiten besonders vorteilhaft ans.
`Dnrch das verbesserte Frequenzressourcen-Znteilungsver-
`fahren (smart frequency hopping approach) gemafi der Er-
`findnng werden Interferenzen, insbesondere die in Funk-
`Kommunikationssystemen kritischen Interzellinterferenzen
`(inter-cell interference) und die Intersymbolinterferenzen,
`beriicksichtigt nnd znmindest vermindert oder gar ansgegli-
`chen. Dies ist deshalb Von Bedeutnng, da fur nahezu alle
`Funk-Kommunikationssysteme es ein typisches Merkmal
`ist, daB sie in Abwéirtsrichtnng (downlink) leistnngsbegrenzt
`sind, was dnrch Interferenzen noch verstarkt wird.
`Fig. 3 zeigt den Nachrichtenflnlfi uber die Funl<schnitt-
`stelle fur die Znteilung der Frequenzressourcen zu den Mo-
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`DE 198 00 953 C1
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`bilstationen MS durch die Basisstation BS. An Stelle der
`Basisstation BS kann auch eine Basisstationssteuerung BSC
`die Zuteilung steuern, jedoch kommuniziert immer die Ba-
`sisstation BS fiber die Luft mit den Mobilstationen MS. In
`einem ersten Schritt (1) empfangen die Mobilstationen MS
`parallel alle Subtrager 0c in dem ihnen jeweils zugewiese-
`nen Zeitschlitz ts. Ffirjeden Subtrager oc fiberprfift die Mo-
`bilstation MS in einem weiteren Schritt (2), ob eine Ampli-
`tudenmodulation der im Zeitschlitz ts fibertragenen Daten-
`symbole vorliegt, und hat damit ein Messergebnis fiber die
`Qualitat des jeweiligen Subtragers oc. Sie bildet danach ei-
`nen Mittelwert aus den Ergebnissen der Uberprfifung ffir
`alle zu einem ausgewahlten Segment gehorigen Subtrager
`oc, was zu einem Qualitatsergebnis ffir das gesamte Seg-
`ment ffihrt. Dies kann sie ffir mehrere Segmente — vorzugs-
`weise parallel — durchfuhren. Jede Mobilstation MS be-
`stimmt nach Kenntnis der Qualitat unterschiedlicher Seg-
`mente in einem weiteren Schritt (3) zumindest ein bevorzugt
`geeignetes Segment, im Beispiel das Segment Sx bzw. Sa
`DZW. Sm.
`Im Schritt (4) senden die Mobilstationen MS ihre Priori-
`atenlisten PLl...PL3 mit den Informationen fiber vorzugs-
`weise mehrere bevorzugt geeignete Segmente, d. h. fiber die
`Segmente Sx, Sy, Sz bzw. Sa, Sb, Sc bzw. Sm, Sn, So, ffir
`die eine Reihenfolge hinsichtlich ihrer Eignung Von der Mo-
`Jilstation MS festgelegt wurde, fiber die Funkschnittstelle
`zu der Basisstation BS.
`In einem Schritt (5) wertet die Basisstation BS die eintref-
`enden Prioritatenlisten PL1...PL3 mit den Inforrnationen
`fiber die gewfinschten Segmente aus und entscheidet — gege-
`aenenfalls in Rficksprache mit der Basisstationssteuerung
`BSC —, welches Segment der jeweiligen Mobilstation MS
`zuzuweisen ist. Im genannten Beispiel ordnet die Basissta-
`ion BS die Segmente SX, Sa und Sm, die allesamt als die am
`aesten geeigneten Segmente mobilstationsseitig ausgewahlt
`wurden, den drei Mobilstationen zu. Ffir den Fall, daB nicht
`das gewfinschte Segment zugeordnet werden kann, wird ei-
`nes der anderen, Von der Mobilstation MS alternativ angege-
`aenen Segmente ausgewahlt. Im Schritt (6) werden schlieI3-
`ich die Inforrnationen fiber die zugeteilten Segmente Sx, Sa
`und Sm zu den Mobilstationen MS fiber die Funkschnitt-
`stelle fibertragen, die die ernpfangenen neuen Frequenzres-
`sourcen im Frequenzspektrum ffir ihre individuellen Kom-
`munikationsverbindungen nutzen. Zur Uberwachung eines
`moglichst breiten Frequenzspektrums verffigen die Mobil-
`stationen MS jeweils fiber Breitband-Empfanger, was bei
`Anwendung des OFDMA-Multitragerverfahrens der Fall
`ist. Der Zeitpunkt und damit die Geschwindigkeit der Ande-
`rung der Zuteilung der Funkressourcen bzw. Frequenzres-
`sourcen kann abhangig Von den Ubertragungsbedingungen
`undloder der Auslastung einer Funkzelle erfolgen. Grund-
`satzlich ist es pro Sekunde in einer der Anzahl der fibertra-
`genen TDMA-Rahmen entsprechenden Haufigkeit moglich.
`Bei einem auf dem GSM-Standard basierenden Mobilfunk-
`system werden beispielsweise circa 217 Rahrnen in der Se-
`kunde fibertragen.
`Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Amplitu-
`denmodulation der fibertragenen Datensymbole auf einem
`OFDMA-Subtrager zum Messen der Qualitat der Segmente
`durch jede Mobilstation. Durch Umsetzen moglicherweise
`auftretender Interferenzen oder Rauschen in eine Amplitu-
`denmodulation von Datensymbol zu Datensymbol kann auf
`einfache, aber effektive Weise die Qualitat der einzelnen
`Subtrager und damit auch des gesamten Segments fiber alle
`zugehorigen Subtrager mobilstationsseitig gemessen wer-
`den. Ffirjedes fibertragene Datensymbol im Zeitschlitz wird
`eine FFT-Signalverarbeitung durchgeffihrt, und die Signal-
`Verarbeitung tragerselektiv ffir die Subtrager des Segments
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`fortgesetzt. So entsteht aus einem Nutzsignal ss durch ein
`Interferenzsignal- oder ein Rauschsignal is ein resultieren-
`des Signal rs mit einer bestimmten Amplitude, die zwischen
`einer minimalen Amplitude Amin und einer maximalen
`Amplitude Amax liegt. Liegt Interferenz oder Rauschen vor,
`variieren die Amplituden der individuellen auf einem be-
`stimmten Subtrager Datensymbole Von Datensymbol zu Da-
`tensymbol. Gibt es keine Interferenz oder kein Rauschen,
`weisen die Amplituden aller Datensymbole denselben Wert
`auf. Am einfachsten kéinnen relative Abweichungen der
`Amplituden der Datensymbole dadurch ermittelt werden,
`dalfi die absolute Amplitudendifferenz Von Datensymbol zu
`Datensymbol aufaddiert und das Additionsresultat mit der
`mittleren Amplitude aller auf einem vorgebbaren Subtrager
`fibertragenen Datensymbole norrniert wird.
`Im Beispiel
`werden beispielsweise die Qualitatsergebnisse aller 40 Sub-
`trager des Segments Sx gemittelt und ein entsprechender
`Qualitatsweit ffir das Segment Sx ermittelt. Dies wird ffir
`eine Mehrzahl anderer Segmente ebenfalls ausgeffihrt, und
`eine Anzahl von Segmenten bester Qualitat hinsichtlich der
`eigenen Kommunikationsverbindung festgelegt.
`Eine Mobilstation MS zur Unterstfitzung des erfindungs-
`gemalfien Verfahrens und Funk-Kommunikationssystems ist
`in Fig. 5 dargestellt, wahrend Fig. 6 eine entsprechende Ba-
`sisstation bzw. Basisstationssteuerung BSC zeigt. Dabei
`sind nur die ffir den Erfindungsgegenstand wesentlichen
`Mittel und Einrichtungen dargestellt.
`Die Mobilstation MS weist Steuermittel MSE mit einer
`Speichereinrichtung MSP und einer FFT-Einrichtung FFT,
`Modulationsmittel MOD bzw. Demodulationsmittel DEM
`und SendeHE1npfangsn1ittelMHF auf.
`In Abwartsrichtung wie in Aufwartsrichtung (uplink)
`werden Datensymbole d der Teilnehmersignale fibertragen.
`Ffir die Ubertragung in Aufwartsrichtung werden sie Von
`den Steuermitteln MSE aufbereitet und ffir das Senden den
`Modulationsmitteln MOD zugeffihrt. Dagegen werden in
`Abwartsrichtung die Datensymbole d Von den Sende/Emp-
`fangsmitteln MHF empfangen, von den Demodulationsmit-
`teln DEM aufbereitet und an die Steuermittel MSE weiter-
`geleitet. In einem Teil der Modulationsmittel MOD wird
`eine Datenrnodulation, Fehlersicherung, Verschachtelung
`u. a. durchgeffihrt. Zusatzlich werden die Datensymbole d
`eines Funkblockes in einem Teil der Modulationsmittel
`MOD entsprechend der Kombination Von TDMA- und
`CDMA-Verfahren zur Realisierung der verbindungsindivi-
`duellen Feinstruktur ffir die Unterscheidung der Teilnehmer-
`signale in einem Zeitschlitz gespreizt. Nach Analog/Digital
`Wandlung werden die Funkblocke in den Sende/Empfangs-
`rnitteln MHF verstarkt und fiber die Funkschnittstelle zu der
`Basisstation gesendet.
`In Abwétrtsrichtung empfangen die Sende/Empfangsmit-
`tel MHF fiber die Luft alle Subtrager 0c in dem der Mobil-
`station MS zugewiesenen Zeitschlitz — siehe Schritt (1) in
`Fig. 3. Die Steuermittel MSE werden fiber die Subtrager oc
`inforrniert und ffihren eine Messung der Qualitat unter-
`schiedlicher Segmente ents orechend obiger Ausffihrungen
`durch. Die Steuermittel MSE bestimmen die ffir die eigene
`Komrnunikationsverbindung bevorzugt geeigneten Seg-
`mente S..., tragen sie in die Prioritatenliste ein, und veran-
`lassen die Sende/Empfangsmittel MHF zum Aussenden ent-
`sprechender Informationen fiber die Luft an die Basisstation
`— siehe Schritt (4) in Fig. 3.
`Auch in Abwartsrichtung empfangen die Sende/Emp-
`fangsmittel MHF — aber zu einem spateren Zeitpunkt nach
`erfolgter Auswertung der fibermittelten Segmente aller Mo-
`bilstationen durch die Basisstation — die Information fiber
`das individuell Von der Basisstation zugewiesene Segment
`S... — siehe Schritt (6) in Fig. 3. Entsprechend der zugeteil-
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`DE 198 00 953 C1
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`ten Frequenzressourcen nehmen die Steuermittel MSE eine
`Anderung der funktechnischen Parameter in der Funkzelle
`fur die Mobilstation MS vor.
`Gleichzeitig kann durch das verbesserte Zuteilungsver-
`fahren den Bedfirfnissen einzelner Mobilstationen MS ent-
`sprochen werden, die besondere Ubertragungsbedingungen
`(kein CDMA oder ein Mehrtrager-Verfahren nur innerhalb
`einer bestimmten Bandbreite) und besondere Datenraten an-
`fordern.
`Die Einrichtung gemalfi Fig. 6 — als Basisstation BS oder
`als Basisstationssteuerung BSC ausgepragt — weist Steuer-
`mittel BSE mit einer Speichereinrichtung BSP und einer
`FFT-Einrichtung FFT, Modulationsmittel MOD bzw. De-
`modulationsmittel DEM und Sende/Empfangsmittel BHF
`auf. Von den Steuermitteln BSE werden die Sende/Emp-
`fangsmittel BHF veranlalfit, die Subtrager oc uber die Luft in
`Abwartsrichtung zu den Mobilstationen zu senden. In der
`Gegenrichtung empfangen die Sende/Empfangsmittel BHF
`die Informationen fiber die Von den Mobilstationen be-
`stimmten Segmenten S... und leiten sie an die Steuermittel
`BSE weiter. Anhand der Auswertung der Gesamtheit der
`eintreffenden Informationen teilt die Steuermittel BSE ein
`Segment S... jeder Von ihr versorgten Mobilstation zu und
`Veranlaflt die Sende/Empfangsmittel BHF ZL1II1 Aussenden
`entsprechender Informationen fiber die Luft an die jeweilige
`Mobilstation.
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`Die Anderung der S