DE60215076T2 - Zelluläres Mobilfunkendgerät für minimalen Leistungsverbrauch - Google Patents

Zelluläres Mobilfunkendgerät für minimalen Leistungsverbrauch Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft allgemein zellulare Handapparat-Transceiver und insbesondere ein zellulares Handapparat-Transceiversystem, das dafür ausgelegt ist, den Leistungsverbrauch in Ausbreitungssituationen zu minimieren, welche die Kapazität des Basisstations-/Mobilstationssystems übersteigen.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • CDMA-Handapparat-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilungen (gemessen und simuliert) für Zellularsysteme zeigen eine nicht Gaußsche Wirkung bei der maximalen Ausgangsleistung. 1 zeigt beispielsweise eine gemessene Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeit von der Ausgangsleistung (Pout), die an eine Normalverteilung bei denselben Pout-Punkten für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst ist, wie von J. Sevic, The Time Domain and Power Amplifier Linearity and Efficiency, Proc. Advancing the Frontiers of Microwave Radio, MTT Short Course, April 1998, vorgestellt wurde. Es ist ersichtlich, dass eine 6-%-Spitze bei der maximalen Ausgangsleistung (25 dBm) auftritt. 2 zeigt eine simulierte Verteilungsfunktion der Ausgangsleistung in einem WCDMA-System, worin ein Nokia®-Handapparat verwendet wird, wie von H. Lilja, H. Mattila, WCDMA Power Amplifier Requirements and Efficiency Optimization Criteria, IEEE Microwave Theory and Techniques Symposium (MTT-S), THF4-2, 1999, vorgestellt wurde. Es ist ersichtlich, dass eine 50-%-Spitze bei der maximalen Ausgangsleistung auftritt. Diese Leistungspegel werden von der Basisstation vorgeschrieben und sind eine Funktion des Signal-Rausch-Pegels am Empfänger der Basisstation. Die 1 und 2 zeigen, dass die Kurve bei einer hohen Leistung nicht symmetrisch ist und bei der höchsten Ausgangsleistung eine ausgeprägte Spitze aufweist, an der die meiste Batterieleistung verbraucht wird.
  • Angesichts des vorstehend Erwähnten besteht ein Bedarf an einem Schema zum Begrenzen der Ausgangsleistung eines mobilen Senders in Situationen einer schlechten Ausbreitung, um die Verschwendung von RF- und DC-Leistung zu vermeiden.
  • In der europäischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 0946070 ist in der Beschreibung des Stands der Technik ein Verfahren zum Erhöhen einer Aufwärtsverbindungskapazität in einem Zellularsystem durch Steuern der Sendeleistung in dem Zellularsystem und der Basisstationsvorrichtung erörtert. Die empfangene Leistung (gewünschte Leistung) eines Signals in einer bestimmten Verbindung wirkt als Interferenzleistung, die andere Verbindungen stört. Bei dem beschriebenen Prozess wird die gewünschte Leistung von einer Mobilstation durch die Basisstation gemessen und mit einem Steuerzielpegel verglichen. Abhängig davon, ob der gemessene Pegel der gewünschten Leistung größer oder kleiner ist als der Steuerzielpegel, sendet die Basisstation einen Befehl zum Verringern oder Erhöhen der Sendeleistung zur Mobilstation.
  • US-B-62195401 betrifft Funkrufempfänger und beschreibt eine Anordnung, wodurch ansprechend auf eine Außerreichweitenangabe zwei Zeitgeber gestartet werden, nämlich ein Außerreichweite-(OOR)-Zeitgeber mit einer Dauer von einigen Minuten und ein Zeitgeber für ein automatisches Ausschalten (ASO) mit einer Dauer in der Größenordnung einiger Stunden. Die Anordnung hat vor jedem Leistungsabschalten eine so lange ASO-Zeitabschaltung, um explizit das Ausschalten der Leistung zu vermeiden, wenn sich die Mobilstation vorübergehend außer Reichweite befindet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Verbessern der Wirksamkeit und der Leistungssteuerung eines Handapparats eines Zellular-Handapparat-Transceiversystems. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Sendeleistungssteuerung für eine Mobilstation bei einer Zweiwegekommunikation über einen drahtlosen Kanal mit einer Basisstation des Typs vorgesehen, der Sendeleistungs-Steuerbefehle zur Mobilstation sendet, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Überwachen von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation und Deaktivieren des Sendens von der Mobilstation, wenn die empfangenen Datensignale angeben, dass sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation befindet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Wissen über das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Mobilstation verwendet, um den Sender der Mobilstation zu deaktivieren und ein unnötiges Aufwenden von Batterieleistung zu verhindern. Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis der Mobilstation unter einen festgelegten Schwellenwert abfällt, ist es nicht sinnvoll, das Senden von der Mobilstation fortzusetzen, weil sich der Handapparat in einem Ausbreitungsschatten befindet und nicht in der Lage ist, mit der Basisstation zu kommunizieren. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verlängert ein Verfahren zum Betreiben eines Basisstations-/Mobilstationssystems die Sprechzeit eines CDMA-Handapparats um etwa 5 % bis 15 %.
  • Gemäß einer Ausführungsform weisen der Empfänger der Mobilstation und Berechnungsalgorithmen den Sender der Mobilstation an, in den Bereitschaftszustand (Leistung) einzutreten, bis wieder ein verwendbares Empfangssignal erfasst wird. An diesem Punkt wird die Leistung des mobilen Senders rampenförmig bis auf die frühere Leistung erhöht.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kehrt der Sender der Mobilstation nicht rampenförmig bis zu seinem Bereitschaftsmodus zurück (d.h. den Ausschaltzustand), sondern stattdessen zu einem mittleren Sendeleistungszustand, der während eines früheren Zeitraums verwendet wurde, beispielsweise bis zu demjenigen, der ausreichend war, um die Verbindung bis zum Schwundpunkt aufrechtzuerhalten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht verständlich werden, wenn die Erfindung anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung, worin gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Figuren gleiche Teile bezeichnen, besser verständlich wird, wobei
  • 1 eine gemessene Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeit von der Ausgangsleistung zeigt, die an eine Normalverteilung an den gemessenen Pout-Punkten für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst ist,
  • 2 eine simulierte Verteilungsfunktion der Ausgangsleistung in einem WCDMA-System zeigt, worin ein Nokia®-Handapparat-Leistungsverstärker verwendet wird,
  • 3 eine Darstellung eines Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses der Basisstation und eines Sendeleistungspegels der Mobilstation zeigt,
  • 4 eine Darstellung eines Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses einer Mobilstation, eines dem Sender der Mobilstation zugeordneten ursprünglichen Sendeleistungsspektrums und eines dem Sender der Mobilstation zugeordneten verbesserten Sendeleistungsspektrums zeigt,
  • die 5–8 Diagramme von Zellular-Handapparat-Transceiversystemen für einen minimalen Leistungsverbrauch gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind, und
  • 9 ein Diagramm ist, in dem die Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem mobilen Handapparat über einen Reflexionsweg dargestellt ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung lässt sich am besten verstehen, indem zuerst eine Erörterung einer gemessenen und simulierten CDMA-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilung mit Bezug auf die 1 und 2 rekapituliert wird. Wie zuvor erwähnt wurde, zeigen CDMA-Leistungsverstärkerausgabe-Wahrscheinlichkeitsverteilungen (gemessen und simuliert) für Zellularsysteme bei der maximalen Ausgangsleistung eine nicht Gaußsche Wirkung. Im Allgemeinen ist die Ausgangsleistung einer Mobilstation proportional zum Ausbreitungsverlust von der Mobilstation zur Basisstation. Weil sich die Mobilstation zufällig durch die kreisförmigen Zellen bewegt, würde eine Gaußsche Verteilung (Normalverteilung) des Ausbreitungsverlusts und daher der übertragenen Leistung der Mobilstation erwartet werden. 1 ist beispielsweise eine Graphik, die die gemessene Wahrscheinlichkeit einer gegebenen Leistungsausgabe zeigt, welche an eine Normalverteilung an den gemessenen Pout-Punkten für einen IS-95-CDMA-Handapparat-Leistungsverstärker angepasst ist. Es ist ersichtlich, dass bei der maximalen Ausgangsleistung eine 6-%-Spitze auftritt. 2 zeigt eine simulierte Verteilungsfunktion der Ausgangsleistung in einem WCDMA-System, in dem ein Nokia®-Handapparat-Leistungsverstärker verwendet wird. Es ist ersichtlich, dass bei der maximalen Ausgangsleistung eine 50-%-Spitze auftritt. Diese Leistungspegel werden von der Basisstation vorgeschrieben und sind eine Funktion des am Basisstationsempfänger gemessenen Signal-Rausch-Pegels. Die 1 und 2 zeigen, dass bei einer hohen Leistung die Kurve nicht symmetrisch ist und bei der höchsten Leistungsausgabe, wo die meiste Batterieleistung verbraucht wird, eine ausgeprägte Spitze aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung, die ein Ungleichgewicht zwischen den Übertragungsleistungspegeln (effektiven Abstrahlungspegeln) zwischen der Mobilstation und der Basisstation ausnutzt, wie hier mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben wird, richtet sich auf ein Schema zum Begrenzen der Ausgabe des mobilen Senders in Situationen einer schlechten Ausbreitung, um eine Verschwendung von RF- und DC-Leistung zu vermeiden. Es kann verstanden werden, dass der Sender der Basisstation mehrere Größenordnungen stärker ist als derjenige der Mobilstation. Das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis der Mobilstation ist daher (im Durchschnitt) viel besser als das Signal-Rausch-Verhältnis der Basisstation. 3 zeigt beispielsweise eine Darstellung des Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) 10 der Basisstation und einen Sendeleistungspegel 12 der Mobilstation. Wenn die Mobilstation in einen Schwundbereich einzutreten beginnt (d.h. wenn sie sich entlang einem Weg a-b-c, wie in 9 dargestellt ist, von einem Punkt "a" zu einem Punkt "b" bewegt), fällt das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 an der Basisstation. Die Basisstation versucht, ein konstantes Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten, indem sie den Sender der Mobilstation anweist, seinen Leistungspegel 12 mit einem konstanten Inkrement zu erhöhen (d.h. in 1-dB-Schritten gemäß IS-95). Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 an der Basisstation unter der Verwendbarkeitsschwelle (Bereich b) liegt, ist eine Kommunikation nicht möglich, und die Mobilstation sendet (unnötig) bei ihrem vollen Leistungspegel 12. Die Basisstation hält den mobilen Sender auf seinem vollen Leistungspegel 12, bis sich das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 10 der Basisstation verbessert, wie im Bereich c ersichtlich ist. Das Verweilen bei der vollen Leistung ist in diesem Fall die Ursache der in den 1 und 2 dargestellten Spitzen.
  • In Anbetracht des vorstehend Erwähnten wird nun eine Technik zum Verbessern der Wirksamkeit und der Leistungssteuerung für einen Handapparat gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 dargelegt, wobei es sich um eine Graphik handelt, die eine Darstellung des Empfänger-Signal-Rausch-Verhältnisses 14 einer Mobilstation, ein ursprüngliches Sendeleistungsspektrum 16, das dem Sender der Mobilstation zugeordnet ist, und ein verbessertes Sendeleistungsspektrum 18, das dem Sender der Mobilstation zugeordnet ist, zeigt. Zusätzlich zu einem herkömmlichen mit einem geschlossenen Regelkreis arbeitenden (Empfangen der Basisstation und Senden der Mobilstation) Leistungssteueralgorithmus wird Wissen über das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der Mobilstation verwendet, um den Sender der Mobilstation zu deaktivieren und ein sinnloses Aufwenden von Batterieleistung zu verhindern. Wenn das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der Mobilstation unter einen festgelegten Schwellenwert fällt (Bereich b in 4), ist es sinnlos, weiter von der Mobilstation zu senden, weil sich der Handapparat in einem Ausbreitungsschatten befindet und nicht in der Lage ist, mit der Basisstation zu kommunizieren. Selbst ein Reflexionsweg 20, wie er in 9 dargestellt ist, ist für die Kommunikation unzureichend. Der Empfänger und die Berechnungsalgorithmen der Mobilstation weisen den Sender der Mobilstation dann an, in seinen Bereitschaftsleistungszustand einzutreten, bis wieder ein verwendbares Empfangssignal erfasst wird, wie im Bereich c aus 4 ersichtlich ist. Wenn ein verwendbares Empfangssignal erfasst wird, wie im Bereich c ersichtlich ist, wird das Sendesignal der Mobilstation rampenförmig bis auf seinen vorhergehenden Leistungspegel erhöht.
  • Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und es kann beispielsweise verstanden werden, dass der Sender nicht rampenförmig zu seinem Bereitschaftszustand (d.h. Ausschaltzustand) zurückkehren muss, sondern vielmehr zu einem Zustand mittlerer Sendeleistung, der anhand eines vorhergehenden Zeitraums bestimmt wurde. Diese Leistung könnte beispielsweise jene sein, die ausreichte, um die Verbindung bis zu einem Schwund aufrechtzuerhalten. Diese Funktionalität kann auch als AGC mit langsamem Lösen für den Sender der Mobilstation wirken. Dies würde einer AGC mit einem schnellen Ansprechen und einem langsamen Lösen für die Sendeleistung entsprechen, die als Reaktion auf das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der Mobilstation implementiert ist, wie zuvor erörtert wurde.
  • Es wird verständlich sein, dass es viele Verfahren geben kann, um eine Situation zu bestimmen, in der sich die Mobilstation in einem Schatten der gewünschten Basisstation befindet. Bei einem Verfahren wird das Empfangs-Signal-Rausch-Verhältnis 14 der Mobilstation verwendet, wie zuvor erörtert wurde. Bei einem anderen Verfahren kann der Verlust eines Rake-Fingers der primären Basisstation analysiert werden. Bei einem weiteren Verfahren kann eine abrupte Änderung der Verzögerung des empfangenen Signals in Bezug auf andere benachbarte Basisstationen überwacht werden. Jedes dieser Verfahren kann alleine oder in Kombination eine Schattenbedingung definieren. Es ist jedoch leicht verständlich, dass die vorliegende Erfindung in Zusammenhang mit beliebigen Techniken funktioniert, die geeignet sind, um eine Schattenbedingung zu definieren.
  • Es wird auch verständlich sein, dass die Situation, in der die Mobilstation abgeschattet wird, auch auftreten kann, ohne dass der Handapparat die volle Ausgangsleistung erreicht. In einem solchen Fall weist der Computer der Mobilstation den Sender der Mobilstation an, in einen Bereitschaftszustand einzutreten. Wenn der Handapparat aus dem Schattenbereich herausbewegt wird, wird der mobile Sender wieder durch den mobilen Computer angewiesen, die zuvor ausgesendete Kommunikationsleistung abzurufen. Ein langsamer Lösemodus kann als Alternative zu einem vollständigen Herunterfahren aufgerufen werden. In jedem Fall muss die Aktivität des rampenförmigen Änderns des mobilen Senders im Allgemeinen innerhalb einer Leistungs-Zeit-Spezifikation (d.h. einer Maske) abfallen, die problematisch sein kann, weil das rampenförmige Ändern zusätzliches spektrales Rauschen erzeugt. Die 5–8 sind Diagramme, in denen zelluläre Handapparat-Transceiversysteme für einen minimalen Leistungsverbrauch gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorstehend erörterten vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
  • Angesichts des vorstehend Erwähnten ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Kommunikation zwischen einer Basisstation und einem Mobilstationssystem einen erheblichen Fortschritt darstellt, der darin besteht, dass die Sprechzeit eines CDMA-Handapparats verlängert wird. Weiterhin wurde diese Erfindung in erheblichen Einzelheiten beschrieben, um Fachleuten auf dem Gebiet der Datenkommunikation die Informationen zur Verfügung zu stellen, die sie benötigen, um die neuen Prinzipien anzuwenden und erforderliche spezialisierte Bauteile zu konstruieren und zu verwenden. Anhand der vorstehenden Beschreibungen sollte es offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in Bezug auf die Konstruktion und den Betrieb erheblich vom Stand der Technik abweicht. Wenngleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier detailliert beschrieben worden sind, ist zu verstehen, dass verschiedene Abänderungen, Modifikationen und Ersetzungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Sendeleistungssteuerung für eine Mobilstation bei der Zweiwegekommunikation über einen drahtlosen Kanal mit einer Basisstation des Typs, der Sendeleistungs-Steuerbefehle zur Mobilstation sendet, mit dem Schritt: Überwachen von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Deaktivieren des Sendens von der Mobilstation, wenn die empfangenen Datensignale angeben, dass sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation befindet, wobei die Mobilstation in die Lage versetzt ist, Signale zu empfangen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Überwachens von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation aufweist: Überwachen des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des durch die Mobilstation von der Basisstation empfangenen Datensignals, um festzustellen, ob sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt des Überwachens von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation der folgende Schritt ausgeführt wird: Senden eines Signals, das angibt, dass sich die Mobilstation in einem Schatten befindet, von der Basisstation zur Mobilstation, wenn es einen Verlust mindestens eines Rake-Fingersignals der primären Basisstation von der Mobilstation gibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach dem Schritt des Überwachens von der Basisstation empfangener Datensignale in der Mobilstation der folgende Schritt ausgeführt wird: Erfassen einer abrupten Änderung der Signalverzögerung der von der Mobilstation empfangenen Datensignale, wodurch ein Hinweis darauf gegeben wird, dass sich die Mobilstation in einem Schatten befindet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Schritt des Deaktivierens des Sendens von der Mobilstation, wenn sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation befindet, ein der Mobilstation zugeordneter Sender veranlasst wird, seine Ausgangsleistung rampenförmig zu verringern, bis der Sender der Mobilstation in einen Bereitschaftszustand (Ausschaltzustand) eintritt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Schritt des Deaktivierens des Sendens von der Mobilstation, wenn sich die Mobilstation in einem Schatten der Basisstation befindet, ein der Mobilstation zugeordneter Sender veranlasst wird, seine Ausgangsleistung rampenförmig zu verringern, um eine Leistungsbedingung zu erreichen, die einem vorhergehenden Zeitraum zugeordnet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches weiter den Schritt des Aktivierens des Sendens von der Mobilstation, wenn sich die Mobilstation nicht mehr in einem Schatten der Basisstation befindet, und des anschließenden Deaktivierens des Sendens des Datensignals durch die Mobilstation aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem Schritt des Aktivierens des Sendens von der Mobilstation nach dem Deaktivieren des Sendens des Datensignals durch die Mobilstation ein der Mobilstation zugeordneter Sender veranlasst wird, seine Ausgangsleistung rampenförmig zu erhöhen, bis der Ausgangsleistungspegel des Senders der Mobilstation einen vorhergehenden Leistungspegel erreicht.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in dem Schritt des Aktivierens des Sendens von der Mobilstation nach dem Deaktivieren des Sendens des Datensignals durch die Mobilstation ein der Mobilstation zugeordneter Sender veranlasst wird, seine Ausgangsleistung rampenförmig zu erhöhen, bis der Ausgangsleistungspegel des Senders der Mobilstation einen maximalen Leistungspegel erreicht.
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