DE19535021A1

DE19535021A1 - Mobile digital radio signal transceiver

Info

Publication number: DE19535021A1
Application number: DE1995135021
Authority: DE
Inventors: Joerg Dr Arnold
Original assignee: Joerg Dr Arnold
Current assignee: Mitsubishi International GmbH
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-07-10

Abstract

The transceiver includes simultaneous end subscriber section functional units and radio transmission relay functional unit. The functional units are located in a shared casing, or are each in separate casings. They are interconnected via fixed electrical links, or directly via radio links. At least one unit may be mobile. The transceiver preferably comprises different relay functions, dependent on the transmit incoming functions. Preferably the transmission delay of the radio signals is reduced, the higher the radio reception time, in the relay operation. The transceiver preferably has an internal downtime which is also proportional to the radio reception time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mobilfunkgerät bestehend aus Endteilnehmerschnitt stelle und Funkrelais durch dessen Betrieb bei einer ausreichenden Flächenverteilung ein vollkommen selbstorganisierendes Telekommunikationsnetz ermöglicht wird, das auf sämtliche bisher üblichen und notwendigen festen Telekommunikationseinrichtungen und das gesamte Funknetzmanagement in den bisher verwirklichten Mobilfunknetzen verzichten kann.The invention relates to a mobile radio device consisting of an end subscriber interface position and radio relay by operating it at a sufficient level A completely self-organizing telecommunications network is made possible on all the usual and necessary fixed Telecommunication facilities and the entire radio network management in the Mobile phone networks implemented so far can do without.

Bisher sind keine solchen Kombinationseinheiten bekannt. Die bisher bekannten Mobilfunkendgeräte sind bisher konzipiert für den Einsatz in Mobilfunknetzsystemen wie GSM u. A.No such combination units are known to date. The previously known Mobile terminals have been designed for use in Cellular network systems such as GSM and. A.

Dies sind Festnetze und werden aus einzelnen stationären reichweiten- und frequenzdistingten Funknetzzellen gebildet, in denen sich der Netzteilnehmer vorübergehend aufhält und mit seinem Mobilendgerät über die feste Funkbasisstation der Zelle in Funkkontakt treten kann. Bisherige Mobilendgeräte sind gleichzeitig keine Funkrelais und kommen nicht ohne die festen Funkinstallationen der festen Basisstationen aus.These are landlines and will be out individual stationary range and frequency-distant radio network cells are formed, in which the network subscriber is temporarily and with his Connect the mobile terminal to the cell's fixed radio base station can. Previous mobile devices are also not radio relays and are coming not without the fixed radio installations of the fixed base stations.

Bei der Bewegung des Teilnehmers über Zellengrenzen hinweg muß der Teilnehmer lokalisiert und verfolgt werden, um ihn zur Aufrechterhaltung eines bestehenden Funkkontaktes an die nächste Basisstation der neu betretenen Funknetzzelle übergeben zu können. Im Einzelnen müssen komplizierte Verwaltungsprozesse (Funkmanagement) wie "Roaming", "Location Update", "Handover", "Vergebührung" und "Interworking" durchgeführt werden, für die die bisherigen Mobilfunkendgeräte speziell ausgelegt sein müssen.When the participant moves across cell boundaries, the Participants are localized and tracked to help him maintain a existing radio contact to the next base station of the newly entered To be able to hand over the radio network cell. The details must be complicated Administrative processes (radio management) such as "roaming", "location update", "Handover", "charging" and "interworking" are carried out for which the previous mobile terminals must be specially designed.

In einem Mobilfunknetz das kein Festnetz ist und daher über keine festen Funkinstallationen und über kein koordinierendes Netzmanagement verfügt, kann ein Zielteilnehmer nur durch eine flächendeckende Funklawine lokalisiert werden (Verteilnetz). Da prinzipiell jeder Netzteilnehmer als Quellenteilnehmer einen Zielteilnehmer ansprechen kann und wegen der einzigen Übermittlungsmöglichkeit des Verteilnetzes über die mobilen Netzteilnehmer als Übertrager selbst, muß eine Vorkehrung gegen eine kapazitätsmäßige Überlastung eines solchen Funknetzes getroffen werden. Es werden zur Erzeugung von Funkverbindungen immer wesentlich weniger Übermittler gebraucht als Netzteilnehmer vorhanden sind. Eine Kapazitätserhaltung bzw. Kapazitätserweiterung kann automatisch durch die Selbstkontraktion des Netzwerkes erreicht werden, indem die Übermittler in Abhängigkeit vom Funkrufaufkommen entweder desaktiviert werden, oder durch eine Zuordnung zu gekoppelten inaktiven Unternetzen reduziert werden. Solche Unternetze sind räumlich unterscheidbare, sendeleistungsdifferenzierte und funkfrequenzdifferenzierte Unternetze.In a mobile network that is not a fixed network and therefore not a fixed one Radio installations and has no coordinating network management can a target participant can only be localized by an area-wide radio avalanche (Distribution network). In principle, every network participant as a source participant has one Can address target participants and because of the only transmission option of the distribution network via the mobile network subscriber itself as a transformer, one must Precautions against a capacity overload of such a radio network to be hit. There are always used to create radio connections significantly fewer transmitters are needed than there are network participants. A Capacity maintenance or capacity expansion can be done automatically by the Self-contraction of the network can be achieved by the transmitters in Depending on the paging volume either be deactivated or by an assignment to coupled inactive subnetworks can be reduced. Such Subnetworks are spatially distinguishable, broadcast power differentiated and radio frequency differentiated subnetworks.

Hierzu stehen die vier folgenden Mechanismen a)-d) zur Verfügung, die zur optimalen Kapazitätserweiterung bzw. Kapazitätsstabilisieung des Netzwerkes intelligent aufeinander abgestimmt werden können:The following four mechanisms a) -d) are available for this purpose optimal capacity expansion or capacity stabilization of the network can be intelligently coordinated:

a) Reichweitenkontraktion,a) range contraction,
b) Übermittlerdichtereduktion,b) transmitter density reduction,
c) Sendeleistungsdifferenzierung,c) transmission power differentiation,
d) Frequenzdifferenzierungd) frequency differentiation

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch die Anwendung ein Mobilfunknetz ohne feste Telekommunikationseinrichtungen und ohne eine übergeordnete Netzverwaltung (Netzmanagement) zu ermöglichen, und die Übertragungskapazität des Mobilfunknetzes zu stabilisieren.The object of the invention is based on the application Mobile network without fixed telecommunications equipment and without one to enable higher-level network management (network management), and the Stabilize the transmission capacity of the mobile network.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zur Verwendung kommenden Mobilendgeräte gleichzeitig als Mobilfunkrelais ausgebildet sind und über bestimmte Eigenschaften in ihrem Relaisverhalten verfügen, um kollektiv die oben genannten Kontraktionsmechanismen zu erzeugen. Diese Eigenschaften sind folgend beschrieben:This object is achieved in that the use upcoming mobile terminals are simultaneously designed as mobile radio relays and have certain properties in their relay behavior in order to collectively to generate the above-mentioned contraction mechanisms. These properties are described as follows:

a) Reichweitenkontraktiona) Range contraction

Das Mobilfunkendgerät registriert wie oft (Übertragungsrepititionszahl) ein empfangenes und weiterzuübertragendes Funksignal bereits von vorhergehenden Übermittlern übertragen wurde. Je höher die Zahl (Funkaufkommen) der verschiedenen je Zeiteinheit beim Mobilendgerät ankommenden weiterzuleitenden nicht direkt adressierten Funksignale ist, um so mehr reduziert das Mobilendgerät die Weiterleitung dieser Funksignale von entfernteren Sendern, also von solchen Funksignalen mit höheren Übertragungsrepititionszahlen. Dadurch wird insgesamt die Reichweite des Netzwerkes um den Quellenteilnehmer herum reduziert und das Netz wird im Grenzfall kollektiv auf den Nahbereich (Kontraktionsbereich) kontrahiert, in dem die Zahl der aktiven Teilnehmer im Kapazitätsbereich dieses lokalen Netzwerkbereiches liegen.The mobile radio terminal registers how often (transmission repetition number) received and to be transmitted radio signal from previous ones Transmitters. The higher the number (radio traffic) of various to be forwarded to the mobile terminal per time unit is not directly addressed radio signals, the more the mobile terminal reduces the forwarding of these radio signals from more distant transmitters, i.e. from such Radio signals with higher transmission repetition numbers. This will total the range of the network around the source participant is reduced and that In the borderline case, the network is collectively focused on the near area (contraction area) contracted by the number of active participants in the capacity range of this local network area.

b) Übermittlerdichtereduktionb) transmitter density reduction

Je höher die zeitliche Funkrufdichte beim Mobilendgerät wird, um so länger setzt es eine interne Totzeit, in der es nicht als Funkrelais für nicht direkt adressierte Funksignale tätig werden kann. Dadurch wird die Zahl der aktiven Übermittler in einem lokal überbelegten Netzbereich sowohl im Fern- oder Nahbereich um den Quellenteilnehmer im zeitlichen Mittel reduziert und das Funkaufkommen in dieser Umgebung wird kollektiv wieder in den Kapazitätsbereich geführt. Die minimal mögliche Übermittlerreduktion liegt bei noch einem aktiven Übermittler im Nahbereich um den Zielteilnehmer.The higher the temporal paging density on the mobile device, the longer it sets an internal dead time in which it was not addressed as a radio relay for not directly Radio signals can act. This will result in the number of active transmitters in a locally overcrowded network area both in the far or near area around the Source participants reduced on average and the radio volume in this environment is collectively brought back into the capacity area. The The minimum possible transmitter reduction is with an active transmitter in the vicinity of the target participant.

c) Reichweitenexpansion, Sendeleistungssteuerung, Sendeleistungsdifferenzierte Unternetzec) Range expansion, transmission power control, transmission power differentiated Subnetwork

Je höher das zeitliche Funkaufkommen bei dem Mobilendgerät wird, um so höher setzt es seine Sendeleistung bzw. um so niedriger setzt es seine interne Empfangsleistungsschwelle, über der es keine zu übertragenden Signale weiterleitet. Dadurch wird die Zahl der aktivierbaren Übertrager im Nahbereich um den Quellenteilnehmer reduziert und das Funkaufkommen wird kollektiv in diesem Bereich wieder in den Kapazitätsbereich geführt. Dieser Mechanismus unterstützt Fernfunkverbindungen. Um hierdurch nicht die Unterdrückung eines ausschließlichen Nahfunkverkehres zu verursachen, kann das Mobilendgerät eine Prioritätssteuerung für Nahfunkverbindungen bzw. Fernfunkverbindungen anwenden. Dazu kann entweder die Übertragungsrepititionszahl des weiterzuleitenden Funksignals ausgewertet werden oder die Prioritätssteuerung kann mittels der Sendeleistung des Quellenteilnehmers, der dieses Signal ursprünglich abgesetzt hat, erfolgen.The higher the temporal radio volume on the mobile terminal, the higher if it sets its transmission power or the lower it sets its internal Receive power threshold above which there are no signals to be transmitted forwards. As a result, the number of activatable transmitters in the close range reduced by the source subscriber and the radio traffic is collectively in this area again into the capacity area. That mechanism supports radio links. In order not to suppress one to cause exclusive local radio traffic, the mobile terminal can Priority control for short-distance radio connections apply. To do this, either the transmission repetition number of the to be forwarded radio signal or the priority control can by means of the transmission power of the source participant who this signal originally discontinued.

Wenn nach dem ersten Funkaufruf eines Zielteilnehmers durch den Quellteilnehmer kein Funkkontakt aufgeschaltet werden kann, so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß sich der Zielteilnehmer nicht im lokalen Kontraktionsbereich um den Quellteilnehmer befindet. Dann wird das Mobilendgerät bei einem erneuten Funkaufruf des Quellenteilnehmer an diesen Zielteilnehmer die Sendeleistung erhöhen, wodurch er nach Übermittlung den Fernbereich bzw. Kontraktionsbereich um den Zielteilnehmer erreichen kann. Bei diesem Verfahren kommt dem Nahbereich um den Quellteilnehmer vorrangige Priorität zu, da er vor dem Fernbereich zuerst abgefragt wird.If after the first radio call of a target subscriber by the There is no radio contact to the source subscriber high probability that the target participant is not local Contraction area is located around the source participant. Then it will Mobile terminal when the source subscriber calls the radio again Target participants increase the transmission power, which means that after transmission the Can reach the far area or contraction area around the target participant. At This method takes priority over the close range around the source participant Priority because it is queried first before the long range.

Es sind noch weitere differenziertere z. B. mehrstufige Prioritätsverfahren mit z. B. der Weitergabe einer Prioritätseinstufungsinformation möglich. Wird die Prioritätsinformation bzw. die erhöhte Sendeleistung permanent von den Übermittlern weitergegeben und befolgt, so entsteht ein sendeleistungsdifferenziertes Unternetz, das z. B. als Fernverbindungsnetz vom Nahverbindungsnetz getrennt werden kann.There are still more differentiated z. B. multi-stage priority procedure with z. B. the transmission of priority rating information possible. Will the Priority information or the increased transmission power from the Passed on and followed by transmitters, this creates a transmission power-differentiated subnetwork, e.g. B. as a long-distance network from Local network can be separated.

d) Frequenzdifferenzierte Unternetzed) Frequency-differentiated sub-networks

Eine Erweiterung der Kapazitätsgrenze des Funknetzes wird durch eine Aufteilung des Funknetzes in Signalträgerfrequenzdifferenzierte Unternetze erreicht. Hierzu werden mehrere bis viele distingt unterscheidbare Funkfrequenzkanäle zur Verfügung gestellt. Das Mobilendgerät jedes Übermittlers springt in seiner Empfangsbereitschaft z. B. stochastisch oder nach bestimmten Zeitfunktionen zwischen unterschiedlichen Funkfrequenzkanälen hin und her. Als Sendekanal wählt das Mobilendgerät denjenige Funkfrequenzkanal, der dem Zielteilnehmer zugeordnet ist. Die Übermittlung findet über die Übermittler statt, die sich gerade auf dem Empfangskanal bzw. Sendekanal der weiteren Übermittler befinden. Diese bilden jetzt frequenzdifferenzierte parallele Unternetze.An expansion of the capacity limit of the radio network is achieved through a division of the radio network in signal carrier frequency differentiated subnetworks. For this several to many distinguishable radio frequency channels are available Provided. The mobile terminal of each transmitter jumps in his Willingness to receive z. B. stochastically or according to certain time functions back and forth between different radio frequency channels. As a broadcast channel the mobile terminal selects the radio frequency channel that the target subscriber assigned. The transmission takes place via the transmitters who are currently are on the receiving channel or sending channel of the other transmitters. This now form frequency-differentiated parallel subnetworks.

Technische Realisierung, konstruktive AusführungTechnical implementation, constructive execution

Die oben genannten Aufgaben und Anforderungen der Vorrichtung (Mobilfunkendgeräte/Mobilfunkrelais) kann im Rahmen der existenten elektronischen Digitaltechnik dargestellt werden. Dabei kann auf technische Verfahren wie:
Vollständige Digitalisierung im Rahmen von CMI-Pulscodemodulation mit Informationskompression und Fehlerunterdrückung durch Spreiztechnik (Bit-Interleaving, Slot-Interleaving), DTX/DRX Sprachverarbeitungsverfahren und Codier/Decodierverfahren (Fullrate, Half Rate Codierung) mit Fehlervorwärtskorrektur und Comfort Noise Generierung und Speech Frame Substitution, Übertragungsverfahren im Gigaherzfrequenzbereich wie Frequenzduplexübertragung im Rahmen von Frequency Multiple Access mit Frequency Hopping (Code Division Multiple Accsess) und Pulsübertragungsverfahren (Time Division Multiple Access) und Viterbi-Entzerrung und Echokompensation zurückgegriffen werden, die in der aktuellen Mobilfunkendgerätetechnik bereits realisiert sind.The above-mentioned tasks and requirements of the device (mobile radio terminals / mobile radio relays) can be represented in the context of the existing electronic digital technology. Technical procedures such as:
Complete digitization in the context of CMI pulse code modulation with information compression and error suppression using spreading technology (bit interleaving, slot interleaving), DTX / DRX speech processing and coding / decoding (full rate, half rate coding) with error forward correction and comfort noise generation and speech frame substitution, Transmission methods in the gigahertz frequency range such as frequency duplex transmission in the context of frequency multiple access with frequency hopping (code division multiple access) and pulse transmission method (time division multiple access) and Viterbi equalization and echo compensation are used, which are already implemented in the current mobile terminal technology.

Die beschriebene Vorrichtung kann konstruktiv in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Die Vorrichtung besteht dann aus einer Einheit und enthält die Endteilnehmerschnittstelle und die Relaiseinrichtung gemeinsam oder sie kann in zwei Einheiten getrennt und deshalb in zwei getrennten Gehäusen untergebracht sein. Der Teil der Vorrichtung der die Endteilnehmerschnitt stelle darstellt ist dann aber mindestens mobil auszuführen, so daß er vom Anwender mitgeführt werden kann. Der andere getrennte Teil der Vorrichtung enthält dann die Relaiseinrichtung. Er kann z. B. fest in z. B. Fahrzeugen installiert werden. Beide Einheiten der Vorrichtung sind durch eine feste elektrische Verbindung oder durch eine Funkverbindung miteinander verbunden.The device described can be constructed in a common housing be housed. The device then consists of one unit and contains the End subscriber interface and the relay device in common or it can in two units separate and therefore housed in two separate housings be. The part of the device which represents the end participant interface is then but at least mobile, so that it can be carried by the user can. The other separate part of the device then contains the Relay device. He can e.g. B. fixed in z. B. vehicles can be installed. Both Units of the device are by a fixed electrical connection or connected by a radio link.

Vorteileadvantages

Durch die beschriebene Erfindung wird ein vollkommen selbstorganisierendes Telekommunikationsnetz ermöglicht, das auf sämtliche bisher notwendigen festen Telekommunikationseinrichtungen und das gesamte Funknetzmanagement in den bisher verwirklichten Mobilfunknetzen verzichten kann. Dadurch müssen für den Funkverkehr keine Dienste in Anspruch genommen werden. Dieses Telekommunikationsnetz kann deshalb für den Teilnehmer kostenfrei bzw. gebührenfrei betrieben werden. Ein solches Telekommunikationsnetz ist hochinteressant für Entwicklungsländer, Industrieschwellenländer, und schwächere Industrieländer, die zur Entwicklung ihrer Wirtschaft auf ein leistungsfähiges Telekommunikationssystem angewiesen sind, aber die hohen notwendigen infrastrukturellen Investitionen in ein modernes herkömmliches Telekommunikationssystem in der nächsten Zukunft nicht aufbringen können.The invention described is a completely self-organizing Telecommunications network enables that to all previously necessary fixed Telecommunication facilities and the entire radio network management in the Mobile phone networks implemented so far can do without. This means that for the Radio traffic no services are used. This The telecommunications network can therefore be used free of charge or operate free of charge. Such a telecommunications network is very interesting for developing countries, industrial emerging countries, and weaker industrialized countries that are developing their economies on a powerful telecommunications system, but the high necessary infrastructure investments in a modern conventional Telecommunications system in the near future.

Claims

1. Eine mobile Vorrichtung zum Empfangen und Senden von digitalen Funksignalen, dadurch gekennzeichnet, daß sie gleichzeitig Funktionseinheit Endteilnehmerschnitt stelle und Funktionseinheit Funkübertragungsrelais für weiterzuleitende Mobilfunksignale ist.1. A mobile device for receiving and transmitting digital radio signals, characterized in that it is at the same time functional unit end subscriber interface and functional unit radio transmission relay for mobile radio signals to be forwarded.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionseinheiten in getrennten Gehäusen oder in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein können.2. Device according to claim 1, characterized in that the Functional units in separate housings or in a common housing can be accommodated.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionseinheiten über feste elektrische Verbindungen oder selbst wieder über Funkverbindungen direkt zusammengeschlossen sind.3. Device according to claim 1,2, characterized in that the Functional units via fixed electrical connections or even again Radio connections are directly connected.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einheit davon mobil ist.4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that at least a unit of which is mobile.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß sie über sendeaufkommenabhängige unterschiedliche bestimmte Relaisfunktionen verfügt.5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that it different specific relay functions depending on the transmission volume.

6. Vorrichtung nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie die relaismäßige Weiterleitung von Funksignalen um so mehr reduziert, je höher das zeitliche Aufkommen des Funkempfanges im Relaisbetrieb der Vorrichtung ist.6. Device according to 1 to 5, characterized in that it is the relay Forwarding of radio signals is reduced the higher the temporal The occurrence of radio reception in relay operation of the device is.

7. Vorrichtung nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie eine interne Totzeit, in der sie bestimmte Funksignale nicht weiterleitet, um so länger setzt, je höher das zeitliche Aufkommen des Funkempfanges im Relaisbetrieb der Vorrichtung ist.7. The device according to 1 to 5, characterized in that it has an internal dead time, in which it does not transmit certain radio signals, the longer the higher the higher the timing of radio reception in relay operation of the device is.

8. Vorrichtung nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie ihre Sendeleistung zur Weiterleitung von bestimmten Funksignalen um so mehr erhöht, je höher das zeitliche Aufkommen des Funkempfanges im Relaisbetrieb der Vorrichtung ist. 8. The device according to 1 to 5, characterized in that it has its transmission power to forward certain radio signals, the higher the higher temporal occurrence of radio reception in relay operation of the device is.

9. Vorrichtung nach 1 bis 5 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anweisung an die weiteren Übermittler zur Weiterleitung und Ausführung (Prioritätsanweisung) herausgibt, deren Sendeleistung in einem bestimmten Maß zu steigern, falls die Vorrichtung einen versuchten Aufbau eines bestimmten Funkkontaktes nicht erreicht hat.9. The device according to 1 to 5 and 8, characterized in that it is a Instructions to the other transmitters for forwarding and execution (Priority instruction) issues, their transmission power to a certain extent to increase if the device attempts to build a particular one Radio contact has not reached.

10. Vorrichtung nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie ihre interne Empfangsleistungsschwelle über der Sie keine Funksignale annimmt, um so niedriger setzt, je höher das zeitliche Aufkommen des Funkempfanges im Relaisbetrieb der Einrichtung ist.10. The device according to 1 to 5, characterized in that it has its internal Reception power threshold above which it does not accept radio signals, all the more so lower, the higher the time volume of radio reception in the Relay operation of the facility is.

11. Vorrichtung nach 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß sie ihre Empfangs- und Funkbereitschaft für bestimmte Funksignale im Relaisbetrieb auf bestimmten nach einer bestimmten Zeitfunktion gewählten Funkfrequenzen bzw. Funkkanälen erzeugt.11. The device according to 1 to 5, characterized in that they receive and Radio readiness for certain radio signals in relay operation on certain after radio frequencies or radio channels selected for a specific time function generated.