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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Mobilkommunikation und insbesondere die Initialzellsuchprozedur bei der Mobilkommunikation.
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2. Stand der Technik
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Vor dem Aufbau einer Netzverbindung muss ein UE (Anwendergerät, wie z.B. ein (zellbasiertes) Mobiltelefon) in einem Mobilkommunikationsnetz zunächst eine Initialzellsuchprozedur (initial cell search (ICS) procedure, im Folgenden ICS-Prozedur) durchführen, um zu bestimmen, in welcher einer Vielzahl naheliegender Zellen verweilt werden soll und wie mit der Zelle kommuniziert werden soll.
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Im Allgemeinen hat das UE einen Kristalloszillator, der als ein lokaler Oszillator, im Folgenden LO, zum Generieren eines LO-Signals dient. Das LO-Signal wird zum Abwärtswandeln der Hochfrequenzsignale, im Folgenden RF-Signale, welche das UE empfängt, in den Basisbandbereich verwendet. Da der Kristalloszillator mitunter nicht exakt ist, kann es erforderlich sein, dass das UE auf das Problem eines Frequenzoffsets, welcher durch das nicht-exakte LO-Signal während der ICS-Prozedur verursacht wird, reagieren muss. Dies kann jedoch die Erfassungszeit verlängern, welche verwendet wird, um die ICS-Prozedur zu vollenden.
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Zusätzlich zu dem mit dem Kristalloszillator verbunden Frequenzoffsetproblem können herkömmliche Verfahren für die ICS-Prozedur andere Probleme mit sich bringen, wie z.B. eine lange Erfassungszeit und übermäßiger Energieverbrauch.
US 2012 001 56 53 A1 offenbart ein Mobilfunksystem, bei dem Anwenderendgeräte in Zellen vorhanden sind und sich mit einer Basisstation verbinden, um Kommunikation aufzunehmen. Mittels eines primären Synchronisationssignals, eines sekundären Synchronisationssignals und eines Pilotsignals unterstützt die Basisstation diesen Vorgang.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Probleme auszuräumen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Anwendergerät mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, einen Chip mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Zudem stellt die Erfindung einige Ausführungsbeispiele zum Lösen der vorgenannten Probleme bereit.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein UE bereit. Das UE hat eine RF-Eingangseinheit, im Folgenden RF FE, ein Hardware-Steuergerät, im Folgenden HW-Steuergerät, und ein ICS-Modul. Die RF FE ist eingerichtet, basierend auf den vom UE empfangenen RF-Signalen Synchronisationsdaten wiederherzustellen. Das Hardware-Steuergerät ist eingerichtet, die Synchronisationsdaten, welche die RF FE wiederherstellt, in einen Speicher des UE abzulegen, und die Synchronisationsdaten aus dem Speicher zu holen. Das ICS-Modul ist eingerichtet, die Synchronisationsdaten, welche das Hardware-Steuergerät aus dem Speicher holt, zum Unternehmen eines offline ICS-Versuches zu verwenden. Dabei führt das ICS-Modul, bevor es den ICS-Versuch unternimmt, einen digitalen Basisbandfrequenzshift mit den Synchronisationsdaten durch.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt einen Chip zur Installation in einem UE zur Verfügung. Der Chip hat ein HW-Steuergerät und ein ICS-Modul. Das HW-Steuergerät ist eingerichtet, Synchronisationsdaten, welche das UE wiederherstellt, über eine Schnittstelle für einen externen Speicher, im Folgenden EMI, des Chips in einen Speicher des UE abzulegen und dann die Synchronisationsdaten durch die EMI aus dem Speicher zu holen. Das ICS-Modul ist eingerichtet, die vom HW-Steuergerät aus dem Speicher geholten Synchronisationsdaten zu verwenden, um einen offline ICS-Versuch zu unternehmen. Dabei führt das ICS-Modul, bevor es den ICS-Versuch unternimmt, einen digitalen Basisbandfrequenzshift mit den Synchronisationsdaten durch.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein von einem UE durchgeführtes ICS-Verfahren bereit. Gemäß dem Verfahren werden Synchronisationsdaten zunächst, basierend auf von dem UE empfangenen RF-Signalen, wiederhergestellt. Anschließend werden die Synchronisationsdaten in einen Speicher des UE abgelegt. Anschließend werden die Synchronisationsdaten aus dem Speicher geholt und zum Unternehmen eines offline ICS-Versuchs verwendet. Dabei führt das ICS-Modul, bevor es den ICS-Versuch unternimmt, einen digitalen Basisbandfrequenzshift mit den Synchronisationsdaten durch.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten und Vorteilen vollständig veranschaulicht, in welchen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente kennzeichnen.
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1 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Synchronisationsrahmens, der in einem Mobilkommunikationsnetz der dritten Generation (3G) verwendet wird.
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2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines UE gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm eines durch das UE aus 2 durchgeführten Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung
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In einem Mobilkommunikationsnetz kann jede Zelle einen Synchronisationsrahmen rundsenden, um nahe gelegene UEs beim Durchführen der ICS-Prozedur zu unterstützen. Aus der Perspektive des UE können sich die Synchronisationsrahmen, welche durch die nahe gelegenen Zellen rundgesendet werden, einander im Zeitbereich überlappen. In der ICS-Prozedur kann das UE die überlappenden Synchronisationsrahmen verwenden, um zu bestimmen, in welcher Zelle zu verweilen ist und wie mit der Zelle kommuniziert werden soll.
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1 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Synchronisationsrahmens, der in einem 3G-Mobilkommunikationsnetz verwendet wird. Wie dieses Diagramm zeigt, verwendet der Synchronisationsrahmen drei Synchronisationskanäle, welche einen primären Synchronisationskanal, im Folgenden PSCH, einen sekundären Synchronisationskanal, im Folgenden SSCH, und einen gemeinsamen Pilotkanal, im Folgenden CPICH, enthalten. Der Synchronisationsrahmen ist in 15 Zeitschlitze aufgeteilt. Im PSCH wird eine Sequenz zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes rundgesendet. Die 15 PSCH-Sequenzen im Synchronisationsrahmen sind alle gleich; sie ermöglichen es einem UE, Schlitzsynchronisation durchzuführen, welche in Stufe 1 der ICS-Prozedur definiert ist. Im SSCH wird eine Sequenz zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes rundgesendet. Die 15 SSCH-Sequenzen im Synchronisationsrahmen sind unterschiedlich; sie ermöglichen es dem UE, Rahmensynchronisation und Codegruppenidentifikation durchzuführen, welche als Stufe 2 der ICS-Prozedur definiert sind. Indem jeder der 15 Zeitschlitze in 10 Symbole aufgeteilt ist, trägt der CPICH die durch einen spezifischen Scramblingcode gescrambelten gemeinsamen Downlinkpilotsymbole. Die gemeinsamen Downlinkpilotsymbole ermöglichen es dem UE, Scramblingcodeidentifikation durchzuführen, welche als Stufe 3 der ICS-Prozedur definiert ist. Die ICS-Prozedur des 4G-Mobilkommunikationsstandards (d.h. 4G LTE) hat ebenfalls drei Stufen, welche den oben genannten drei Stufen ähnlich sind.
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2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines UE gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Diagramm zeigt nur die funktionalen Blöcke, welche sich wesentlich auf die Erfindung beziehen; andere funktionale Blöcke sind darin zum Zwecke der Einfachheit ausgelassen. Das UE 200 kann mit den 3G- und/oder 4G-Mobilkommunikationsstandards kompatibel sein.
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In diesem Ausführungsbeispiel enthält das UE 200 eine RF FE 210, ein HW-Steuergerät 220, ein ICS-Modul 230 und einen Speicher 240. Der Speicher 240 ist kein interner Speicher eines Chips 215, der das HW-Steuergerät 220 und das ICS-Modul 230 umfasst, sondern ist außerhalb des Chips 215 angeordnet und durch eine Schnittstelle für einen externen Speicher 225, im Folgenden EMI 225, des Chips 215 mit dem Chip 215 verbunden. Die Speicherschnittstelle 225 ist eine externe, da sie nicht innerhalb des Chips 215 angeordnet ist. Der Chip 215 kann durch das HW-Steuergerät 220 und die EMI 225 auf den durch den Speicher 240 zur Verfügung gestellten Speicherplatz zugreifen. Obwohl 2 dies anders darstellt, kann die RF FE 210 auch ein Teil des Chips 215 sein. Die RF FE 210 ist dafür vorgesehen, RF-Signale, welche eine Antenne des UE 200 empfängt, in den Basisbandbereich herunterzuwandeln. Um die Abwärtswandlung der Frequenz durchzuführen, kann die RF FE 210 Komponenten umfassen, wie z.B. einen Filter, einen Kleinsignalverstärker bzw. Low Noise Amplifier, im Folgenden LNA, einen lokalen Oszillator (LO) und einen Abwärtswandlungsmixer.
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3 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm eines durch das UE 200 durchgeführten Verfahrens. Die Figur zeigt lediglich die für die Erfindung wesentlichen Schritte; andere Schritte sind darin zum Zwecke der Einfachheit ausgespart. Zunächst stellt das UE 200 in Schritt 310 Synchronisationsdaten wieder her und legt diese in den Speicher 240 ab, um anschließende Offline-ICS zu ermöglichen. Genauer gesagt stellt die RF FE 210 die Synchronisationsdaten durch Abwärtswandeln der RF-Signale, welche die Antenne auf den Synchronisationskanälen empfängt, in den Basisbandbereich wieder her. Das HW-Steuergerät 220 legt die Synchronisationsdaten, welche es von der RF FE 210 empfängt, in den Speicher 240.
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Die Synchronisationsdaten können Informationen innerhalb von Synchronisationsrahmen enthalten, welche zeitgleich durch mehrere Zellen nahe des UE 200 rundgesendet werden. Zum Beispiel kann, wenn das UE 200 ein 3G UE ist, jeder der Synchronisationsrahmen die in 1 abgebildete Struktur haben. Schritt 310 kann lange genug dauern müssen, damit das UE 200 die Synchronisationsdaten mit hinreichender Qualität detektieren kann.
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In Schritt 310 kann das HW-Steuergerät 220 die Synchronisationsdaten zeitgleich dem ICS-Modul 230 für einige Echtzeit-ICS-Versuche zur Verfügung stellen. Da jedoch Schritt 310 nur eine kurze Zeit dauern kann, ist es möglich, dass das ICS-Modul 230 in Schritt 310 keinen erfolgreichen ICS-Versuch vollenden kann. Nach Schritt 310 kann das UE 200 die RF FE 210 abschalten, um den Energieverbrauch zu senken.
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Ein ICS-Versuch ist der Versuch eines ICS-Vorgangs, den das ICS-Modul 230 durchführt. Zum Beispiel enthält bei den 3G-Standards der ICS-Versuch die vorgenannten Stufen 1, 2 und 3. Wenn der Versuch ein serieller Versuch ist, darf jeweils nur eine der drei Stufen zurzeit arbeiten. Ist hingegen der Versuch ein Pipeline-Versuch, können die drei Stufen zeitgleich durchgeführt werden. Allgemein gesprochen, können serielle Versuche den Energieverbrauch senken, jedoch eine längere Suchzeit bedeuten. Im Gegensatz dazu können Pipelineversuche die Suchzeit verkürzen, jedoch einen höheren Energieverbrauch bedeuten.
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In Schritt 320 bestimmt das UE 200, ob das ICS-Modul 230 anschließend einen ICS-Versuch unternehmen muss. Wenn die Antwort "Ja" ist, beginnt das UE 200 mit Schritt 330; andernfalls springt das UE 200 zu Schritt 340. Zum Beispiel kann das UE 200 anschließend einen ICS-Versuch unternehmen, wenn es nicht im Stande ist, die ICS-Prozedur früh zu beenden oder es noch nicht alle Versuche beendet hat. Wenn das ICS-Modul 230 keinen Echtzeit-ICS-Versuch bzw. keine Echtzeit-ICS-Versuche in Schritt 310 durchführt, kann das UE 200 Schritt 320 überspringen und Schritt 330 direkt nach dem Verlassen des Schrittes 310 beginnen.
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In Schritt 330 verwendet das UE 200 aus dem Speicher 240 geholte Synchronisationsdaten, um offline einen ICS-Versuch durchzuführen. Genauer gesagt, holt das HW-Steuergerät 220 die Synchronisationsdaten aus dem Speicher 240 und stellt die Synchronisationsdaten dem ICS-Modul 230 zur Verfügung. Das ICS-Modul 230 verwendet die Synchronisationsdaten, um offline den ICS-Versuch zu unternehmen. Der Versuch ist ein Offline-Versuch, da die Synchronisationsdaten keine Echtzeitdaten sind, d.h. keine zeitgleich durch nahegelegene Zellen rundgesendete Daten sind, sondern weniger aktuelle Daten sind, welche zuvor durch nahegelegene Zellen rundgesendet worden sind. Das ICS-Modul 230 kann in Schritt 330 den ICS-Versuch entweder als einen seriellen Versuch oder einen Pipeline-Versuch unternehmen.
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Wie in 3 gezeigt, stellen die Schritte 320 und 330 eine iterative Schleife dar, welche mehrfach wiederholt werden kann, bis keine weiteren ICS-Versuche anschließend mehr durchgeführt worden sind. Im Ergebnis kann das ICS-Modul 230 den gleichen Teil von Synchronisationsdaten (welche aus dem Speicher 240 geholt worden sind) wiederholtermaßen verwenden, um mehrere ICS-Versuche durchzuführen.
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Schritt 330 hat für das UE 200 mehrere Vorteile. Zum Beispiel kann die RF FE 210 in Schritt 330 ausgeschaltet sein, was den Gesamtenergieverbrauch des UE 200 verringert und die Batterieladung schont. Weiter kann beispielsweise der Offline-ICS-Versuch kürzer dauern als ein Echtzeit-ICS-Versuch. Genauer gesagt, kann die Dauer eines Echtzeit-ICS-Versuchs gleich oder länger sein, als die Dauer eines Synchronisationsrahmens. Im Gegensatz hierzu kann die Dauer eines Offline-ICS-Versuchs kürzer als die Dauer eines Synchronisationsrahmens sein, da die UE 200 nicht darauf warten muss, dass die Antenne den Synchronisationsrahmen empfängt und die RF FE 210 den Synchronisationsrahmen abwärtswandelt. Daher kann die UE 200 eine kürzere Erfassungszeit in der ICS-Prozedur verweilen.
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Es ist wahrscheinlich, dass das UE 200 nicht viel Speicherplatz des Speichers 240 während der ICS-Prozedur aus anderen Gründen als der ICS zugreifen muss. Mit anderen Worten kann der Speicher 240 viel Bandbreite für die ICS-Prozedur bereithalten. Im Ergebnis kann das UE 200 genug Bandbreite für den Speicher 240 haben, um diesen für die ICS-Prozedur zu reservieren. Mit anderen Worten wird in den Schritten 310 und 330 genug Speicherbandbreite für das HW-Steuergerät 220 bereitstehen, um die Synchronisationsdaten in den Speicher 240 abzulegen und dann die Synchronisationsdaten aus diesem zu holen. Diese Verwendung des Speichers 240 wird mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht die gesamte verfügbare Bandbreite aufbrauchen. Darüber hinaus kann das UE 200, da der Speicher 240 mit hoher Wahrscheinlichkeit auch für andere Zwecke als die ICS eine erforderliche Komponente des UE 200 ist, den Speicher 240 für die ICS-Prozedur ohne zusätzliche Hardwarekosten oder mit geringen zusätzlichen Hardwarekosten verwenden.
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Der LO der RF FE 210 kann einen Kristalloszillator zum Generieren eines LO-Signals aufweisen, welches zum Abwärtswandeln der von der UE 200 empfangenen RF-Signale in den Basisbandbereich verwendet wird. Da der Kristalloszillator möglicherweise nicht exakt ist, können die Synchronisationsdaten einen inhärenten Basisbandfrequenzoffset und/oder eine Zeitabweichung bzw. einen Timing Drift aufweisen. Daher führt das ICS-Modul 230, bevor es den ICS-Versuch in Schritt 330 unternimmt, einen digitalen Basisbandfrequenzshift mit den Synchronisationsdaten und/oder eine digitale Zeitkompensation mit den Synchronisationsdaten durch. Da diese Operationen digital und anhand bereits abgelegter Synchronisationsdaten durchgeführt werden, werden sie die ICS-Prozedur nicht übermäßig verzögern.
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In Schritt 340 bestimmt das UE 200, ob es die ICS-Prozedur beenden kann. Wenn die Antwort "Nein" ist, kehrt das UE 200 zu Schritt 310 zurück, um die ICS-Prozedur von neuem zu starten; andernfalls geht das UE 200 zu Schritt 350. Zum Beispiel kann das UE 200 den Schritt 350 beginnen, wenn das UE 200 bereits einen bestmöglichen kompensierten Frequenzbereich (Bin) bzw. einen Bin mit bester Kennzahl oder Maßzahl erhalten hat und die Qualität des Bin mit bester Kenn- oder Maßzahl besser als ein vordefinierter Schwellwert ist.
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In Schritt 350 beendet das UE 200 die ICS-Prozedur und verweilt in einer ausgewählten Zelle. Genauer gesagt, können mehrere Operationen erforderlich sein, welche das UE 200 nach einem erfolgreichen ICS-Versuch und vor einem tatsächlichen Verweilen in einer ausgewählten Zelle ausführen muss. 3G- und 4G-Netze können unterschiedliche Sätze von Arbeitsschritten erfordern, welche im Schritt 350 durchgeführt werden müssen.
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Zusammenfassend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung zur Verfügung gestellt. Das UE hat eine Radiofrequenzeingangseinheit, im Folgenden RF FE, ein Hardware-Steuergerät, im Folgenden HW-Steuergerät, und ein Initialzellsuch-Modul, im Folgenden ICS-Modul. Die RF FE ist eingerichtet, Synchronisationsdaten, basierend auf RF-Signalen, welche das UE empfängt, wiederherzustellen. Das HW-Steuergerät ist eingerichtet, die von der RF FE wiederhergestellten Synchronisationsdaten in einen Speicher des UE abzulegen und anschließend die Synchronisationsdaten aus dem Speicher zu holen. Die ICS ist eingerichtet, die von dem HW-Steuergerät aus dem Speicher geholten Synchronisationsdaten zu verwenden, um einen ICS-Versuch zu unternehmen. Dabei ermöglichen es die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele dem UE 200, eine kürzere Erfassungszeit zu benötigen und weniger Leistung für die ICS-Prozedur zu benötigen. Des Weiteren ermöglichen es die Ausführungsbeispiele der UE 200, einfach mit dem Frequenzoffset- und den Timing Drift-Problemen im digitalen Bereich klarzukommen, ohne die Erfassungszeit oder den Leistungsbedarf der UE 200 übermäßig zu erhöhen. Zusätzlich können die Ausführungsbeispiele ohne oder mit minimalen zusätzlichen Hardwarekosten realisiert werden.
