DE69432539T2 - Verfahren und Einrichtung zur Sendeleistungssteuerung eines zellularen Funksystems - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Sendeleistung für ein Funktelefon, das in einem Funktelefonsystem betreibbar ist, das sowohl zum Senden als auch zum Empfangen von Signalen im Wesentlichen dieselbe Mittenfrequenz und dieselbe Bandbreite verwendet.
- In einem auf Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (TDMA) oder Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff (FDMA) beruhenden Zellenfunksystem ist hinsichtlich des Systembetriebs keine Steuerung der Sendeleistung erforderlich. So nutzten die ersten Systeme dauernd dieselbe Sendeleistung. Bei derzeitigen Zellen-Funktelefonsystemen (z. B. NMT) wird eine Steuerung der Leistung des Zellen-Funktelefons im Wesentlichen dazu verwendet, Batteriekapazität einzusparen. Eine Leistungssteuerung wird ferner in kleinen Zellen verwendet, um den Störsignalpegel zu benachbarten Zellen zu verringern. Jedoch existieren im Allgemeinen nur einige wenige (ungefähr 5 bis 10) nutzbare Leistungspegel.
- In einem auf Code-Multiplex-Vielfachzugriff (CDMA) beruhenden System, in dem das Spektrum durch die DS(Direct Sequence)-Technik gespreizt wird, sollte die von der Basisstation von verschiedenen Zellen-Funktelefonen empfangene Leistung ungefähr gleich sein, so dass das System so viele Benutzer wie möglich bewältigen kann. In einem CDMA-System ist es demgemäß die Hauptaufgabe der Leistungssteuerung, die Systemkapazität zu maximieren. Dann muss der Leistungspegel sehr genau gesteuert werden und der Sendepegel muss minimiert werden.
- Die Sendeleistung kann gemäß zwei verschiedenen Prinzipien eingestellt werden, entweder durch Steuerung oder durch Regelung. Bei Steuerung misst das Telefon die von der Basisstation empfangene Signalleistung und stellt dann seine Sendeleistung entsprechend ein. Jedoch besteht bei diesem Verfahren im Allgemeinen keine gute Messgenauigkeit, und so ist es auch nicht möglich, die Sendeleistung vollständig zu minimieren, damit sie nicht aufgrund der Messungenauigkeit unbeabsichtigt zu niedrig eingestellt wird. Der Grund dafür besteht darin, dass die gesendeten und empfangenen Signale verschieden geschwächt werden, da sie auf verschiedenen Frequenzen liegen.
- Die Differenz kann 10 bis 50 dB betragen, was von der Bandbreite des Funksignals und den Ausbreitungsbedingungen abhängt. So muss die Sendeleistung so bemessen werden, dass sie ausreichend hoch dafür ist, dass eine zuverlässige Sendestrecke erzeugt werden kann. Eine Steuerung wird im Allgemeinen bei derzeitigen FDD/FDMA- und FDD/TDMA-Systemen (FDD = Frequency Division Duplex) verwendet, bei denen das Senden und Empfangen bei verschiedenen Frequenzen erfolgt. Das Steuerungsverfahren ist einfach, jedoch besteht der Nachteil in der Messungenauigkeit des Verfahrens.
- US-4,811,421 beschreibt Maßnahmen zum Abschätzen der zu empfangenden Signalleistung. Die zu empfangende Signalleistung wird als Funktion bereits empfangener und gemessener Signale abgeschätzt. Zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt wird eine Signalleistung, wie sie durch die Station zu einem folgenden vorbestimmten Zeitpunkt empfangen wird, abgeschätzt, um dadurch eine abgeschätzte Leistung herzuleiten. Die Signalleitung, mit der die Station bis zum folgenden Zeitpunkt sendet, wird proportional zur abgeschätzten Leistung eingestellt. Zusätzlich zum Abschätzwert nutzt das System verschiedene Frequenzen beim Senden und Empfangen von Signalen.
- US-5,093,840 beschreibt eine Vorrichtung zur adaptiven Leistungssteuerung eines Spreizspektrumssenders einer in einem Zellen-Kommunikationsnetz arbeitenden Mobilstation unter Verwendung von Spreizspektrumsmodulation. Eine Basisstation sendet ein generelles Spreizspektrumssignal sowie ein APC-Datensignal. Eine Mobilstation verfügt über eine Erfassungsschaltung zum Erfassen und Decodieren des generellen Spreizspektrumssignals, einen Detektor zum Erfassen des empfangenen Leistungspegels des generellen Spreizspektrumssignals, einen Decodierer zum Decodieren des APC-Datensignals als Schwellenwert, einen Differenzverstärker zum Erzeugen eines Vergleichssignals durch Vergleichen des empfangenen Leistungspegels mit dem Schwellenwert, einen Sender zum Senden eines Sender-Spreizspektrumssignals, eine Antenne sowie ein Bauteil mit variabler Verstärkung, das auf das Vergleichssignal anspricht, das eine Zunahme oder Abnahme zum Einstellen des Sendeleistungspegels des Sender-Spreizspektrumssignals anzeigt.
- Eine Veröffentlichung in IEEE International Conference on Communications
1986 , "Direct-Sequence Spread Spectrum with DPSK Modulation and Diversity for Indoor Wireless Communications", (Bhaskar Ramamurthi and Mohsen Kavehrad), Toronto, Canada, 22.–25. Juni 1986 beschreibt ein System mit Direktsequenz-Spreizspektrum-Mehrfachzugriff (DS-SSMA) unter Verwendung differenzieller Phasenumtastungs(DPSK)modulation für drahtlose Kommunikation in einer gebäudeinternen Umgebung. Die Zentralstation sendet dauernd eine PN-Sequenz, die allen Empfängern gemeinsam ist. Am Benutzerort überwacht ein Sensor dauernd den mittleren Leistungspegel im empfangenen oder modulierten Ton. Da der Kanal reziprok ist, stellt der Sender am Benutzerort den Sendeleistungspegel proportional zum Kehrwert des vom Sensor empfangenen mittleren Leistungspegels ein. - In der IEEE-Veröffentlichung "Spread spectrum S-CDMA for personal Computer services", Military communications conference, 1992. MILCOM '92 Conference Record, Communications -Fusing Commend. Control and Intelligence., IEEE San Diego, CA, USA 11–14 Oct. 1992, NY, USA, IEEE US, S. 269–273 ist der Kapazitätsvorteil von Spreizspektrum-CDMA-Funkgeräten gegenüber herkömmlichem FDMA und TDMA für personliche Kommunikationsdienste beschrieben. Die Funkgeräte verwenden DS/QPSK-Spreizspektrumssignale und TDD, um Vollduplexbetrieb zu realisieren.
- Bei einem Regelungssystem wird die vom Zellen-Funktelefon empfangene Signalleistung in der Basisstation gemessen, und es wird für die Regelung der Sendeleistung benötigte Regelungsinformation an das Zellen-Funktelefon gesendet. Der Nachteil des Regelungsverfahrens besteht darin, dass es komplizierter als die Steuerung ist, da im Regelungssystem Zusatzinformation gesondert gesendet werden muss und die Übertragung der Regelungsinformation im Zellen-Funksystem eine Übertragungsrate von ungefähr 1 kBit/s benötigt, damit das Regelungssystem korrekt arbeiten kann. Ein Regelungssystem dieses Typs wird zur Verwendung bei FDD/TDMA-Systemen vorgeschlagen.
- Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern der Sendeleistung für ein Funktelefon geschaffen, das in einem Funktelefonsystem mit Zeitduplex/Codemultiplex-Vielfachzugriff(TDD/CDMA)-Betrieb betreibbar ist, unter Verwendung im Wesentlichen derselben Mittenfrequenz und Bandbreite sowohl für Signalsende- als auch Signalempfangsvorgänge, mit einer Signalmesseinrichtung (
PM ) zum Messen eines Empfangssignalpegels, wobei der Pegel des Empfangssignals (IRX ) nach einer Entspreizung des Signals gemessen wird, und mit einer Leistungssteuerungseinrichtung zum Steuern des Pegels eines entsprechenden folgenden Sendesignals (ITX ) entsprechend dem Empfangssignalpegel, und gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Sendeleistung für ein Funktelefon. geschaffen, das in einem Funktelefonsystem mit Zeitduplex/Codemultiplex-Vielfachzugriff(TDD/CDMA)-Betrieb betreibbar ist, unter Verwendung im Wesentlichen derselben Mittenfrequenz und Bandbreite sowohl für Signalsende- als auch Signalempfangsvorgänge, bei dem ein Empfangssignal (IRX ) gemessen wird, wobei der Pegel des Empfangssignals (IRX ) nach einer Entspreizung des Signals gemessen wird und der Pegel eines entsprechenden anschließend gesendeten Signals (IRX ) entsprechend dem Empfangssignalpegel eingestellt wird, ferner mit einer Einrichtung zum Messen der Absolutleistung, um Information zu empfangen, die den von einer Basisstation gesendeten absoluten Leistungspegel anzeigt, und wobei der Pegel des entsprechenden anschließend gesendeten Signals (ITX ) entsprechend dem durch eine Basisstation gesendeten absoluten Leistungspegel und dem Empfangssignalpegel einstellbar ist. - Diese haben den Vorteil, dass genaue Leistungsmessung und Steuerung durch eine einfache Schaltung und einfache Anordnungen erzielt werden können.
- Bei einem Ein-Frequenz-TDD-System wie dem DECT-System wird das Signal in beiden Senderichtungen auf dieselbe Weise geschwächt. Bei einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Sendeleistung entsprechend dem im letzten Zeitschlitz empfangenen Signalpegel eingestellt, da der Steuerungsvorgang sehr genau ist, wenn das Senden und Empfangen in konstanten Zeitschlitzen auf derselben Frequenz erfolgen. Dann ist die Information zu Änderungen im Signal, wie durch die Änderungen hervorgerufen, die jüngste Information, wodurch die Sendeleistung sehr genau minimiert werden kann. Im Allgemeinen wird die Sendeleistung ungefähr 20 dB höher als der benötigte Pegel eingestellt, so dass das Signal sicher ausreichend stark ist. Es ist möglich, die Sendeleistung genau auf das Minimum einzustellen oder das Signal so zu steuern, dass es nur geringfügig höher als der benötigte Pegel ist, da, gemäß der Erfindung, die Messung und die Leistungssteuerung sehr genau ausgeführt werden können. Dank der Erfindung ist es möglich, ein Funktelefonsystem zu realisieren, das die Genauigkeit des Regelungsverfahrens und die einfache Ausführungsform des Steuerungsverfahrens aufweist. Das Funktelefon kann so realisiert werden, dass es einen voreingestellten Bezugswert enthält, mit dem der Leistungspegel des empfangenen Signals verglichen wird, wobei das Sendesignal gemäß diesem Vergleich gesteuert wird. Alternativ könnte die Realisierung dergestalt sein, dass der Sender die absolute Sendeleistung zum Sendezeitpunkt und z. B. nur dann identifiziert, wenn sich die Sendeleistung ändert, so dass keine hohe Datenkommunikationsrate erforderlich ist. Der empfangene Signalleistungspegel wird vorzugsweise während des gesamten Empfangszeitschlitzes gemessen, und daraus kann die Leistung berechnet werden, z. B. durch Mittelung.
- Demgemäß wird das Signal im TDD-System in beiden Senderichtungen gleich geschwächt, da dasselbe Frequenzband in beiden Richtungen verwendet wird (d. h. dieselbe Mittenfrequenz und dieselbe Bandbreite). Wenn sich der Kanal als Funktion der Zeit geringfügig ändert, muss die Duplexzeit (die Periode für den Sende/Empfangs-Zeitschlitz) ausreichend kurz sein, damit die Änderung den Signalpegel nicht wesentlich beeinflusst, über genaue Information zum empfangenen Signalleistungspegel erhalten wird. Die Stärke der Kanaländerung hängt z. B. von der Tatsache ab, ob sich das Funktelefon bewegt oder nicht (z. B. ein Autotelefon).
- Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben: die
1 zeigt die Rahmenstruktur des TDD/TDMA-Systems sowie eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im TDD/TDMA-System; die2 zeigt die Rahmenstruktur des TDD/TDMA-Systems sowie eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im TDD/TDMA-System; und die3 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung für die Leistungssteuerung eines Funktelefons gemäß der Erfindung. - Die
1 zeigt ein TDD/TDMA-System, in dem z. B. zwölf Funktelefone mit derselben Basisstation kommunizieren. Das erste Zellen-Funkteiefon misst den Empfangssignalpegel im letzten Empfangszeitschlitz0 , und es verwendet diese Information dazu, die Sendesignalleistung unmittelbar im nächsten Sendezeitschlitz12 des Telefons einzustellen. Das zweite Zellen-Funktelefon misst entsprechend den Empfangssignalpegel im letzten Empfangszeitschlitz1 , und es verwendet diese Information dazu, die Sendesignalleistung unmittelbar im nächsten Sendezeitschlitz13 des Telefons einzustellen usw., wodurch das letzte oder zwölfte in der1 dargestellte Zellen-Funktelefon den Empfangssignalpegel im letzten Empfangszeitschlitz11 misst und diese Information dazu verwendet, die Sendesignalleistung unmittelbar im nächsten Sendezeitschlitz23 des Telefons einzustellen. Die Zeitschlitze0 bis23 in der1 repräsentieren die Tatsache, dass die Basisstation die Sende- und Empfangsvorgänge jedes der zwölf Funktelefone in verschiedenen Zeitschlitzen verarbeitet. -
2 zeigt ein TDD/TDMA-System, bei dem die Sende- und Empfangsvorgänge in verschiedenen Zeitschlitzen erfolgen. Die Zellen-Funktelefone messen die Pegeldes empfangene SignalsR im empfangenen Zeitschlitz und verwenden diese Information dazu, die Leistung des SendesignalsT im Sendezeitschlitz einzustellen. Die2 zeigt, wie in diesem TDD/TDMA-System die Basisstation gleichzeitig die Sende- und die Empfangsvorgänge für alle zwölf Funk telefone verarbeitet. Jedoch erfolgen die Sende- und Empfangsvorgänge in einander verschiedenen Zeitschlitzen. - Die
3 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, wie sie zur Leistungssteuerung gemäß der Erfindung benötigt wird. Der Pegel des am EmpfängerRX eintreffenden InformationssignalsIRX wird durch die LeistungsmessschaltungPM gemessen. Der zweite vom EmpfängerRX ausgehende Zweig repräsentiert die normale Verarbeitung der empfangenen InformationIRX im Funktelefon, wofür in diesem Zusammenhang kein detaillierteres Blockdiagramm anzugeben ist, da dies dem Fachmann gut bekannt ist. Der Pegel des Signals kann dadurch gemessen werden, dass entweder seine Amplitude, seine Leistung oder dergleichen durch ein zweckdienliches bekanntes Verfahren gemessen wird. Der Pegel des empfangenen Signals wird vorzugsweise während des gesamten Empfangszeitschlitzes gemessen, und daraus kann die Leistung berechnet werden, z. B. durch Mittelung. Die Messperiode muss so ausgewählt werden, dass sie ausreichend lang ist, damit der Effekt irgendwelcher Störsignale durch die Effekte der Mittelung gering ist. Jedoch muss die Messperiode auch ausreichend kurz sein, damit der Datenkommunikationskanal keine Zeit hat, sich während der Messung wesentlich zu ändern. Das Messergebnis wird mit einem Bezugswert SREF verglichen, und die Leistung des SendersTX wird entsprechend eingestellt. Der BezugswertSREF kann ein beliebiger voreingestellter Bezugswert sein, mit dem der Pegel des EmpfangssignalsIRX in der Vergleichseinrichtung COMP verglichen wird, und der Pegel des SendesignalsSREF der Vergleichseinrichtung so zugeführt werden, dass der Sender die absolute Sendeleistung erfasst, wie sie von der Basisstation zum Sendezeitpunkt gesendet wurde, und z. B. nur dann, wenn sich die Sendeleistung ändert, so dass keine hohe Datenkommunikationsrate benötigt wird. - Ein Funktelefonsystem gemäß der Erfindung sorgt für die Genauigkeit des Regelungsverfahrens, obwohl keine Regelungsinformation von der Basisstation an das Zellen-Funktelefon gesendet wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Sendeleistung des Zellen-Funktelefons minimiert werden, und so wird der Energieverbrauch minimiert. Wechselwirkungen des Zellensystems sind wegen der niedrigeren Sendeleistungen ebenfalls verringert. Auch existiert kein kleinerer Abstand für die wiederholte Zuordnung desselben Kanals (d. h. des Frequenzbands bei FDMA, des Codes bei CDMA und des Zeitschlitzes bei TDMA), wodurch das System mehr Benutzer für jede Frequenzeinheit und Gebietseinheit enthalten kann. Die Anzahl der Benutzer kann aufgrund der verringerten Wechselwirkung, wie sie durch die erfindungsgemäße Leistungssteuerung erzielt wird, durch dynamische Kanalzuordnung (DCA = Dynamic Channel Allocation) erhöht werden. Es ist auch möglich, Signalschwungeffekte durch Einstellen eines geeigneten Leistungspegels zu beseitigen.
- Das erfindungsgemäße System kann in einem System unter Verwendung von Zeitmultiplex angewandt werden, bei dem auch Sende- und Empfangsvorgänge auf derselben Frequenz erfolgen, z. B. bei den Mehrfachzugriffsverfahren TDD/ CDMA oder TDD/TDMA. Die Leistung des im CDMA-System oder in irgend einem anderen Spreizspektrumssystem empfangenen Signals wird gemessen, wenn das Signal entspreizt ist (das Signal durch den Spreizungscode korreliert ist). Die Erfindung ist im CDMA-System von großem Vorteil, wo es wichtig ist, dass das von der Basisstation empfangene Signal für alle Mobilstationen ungefähr gleich stark ist. Die Signalleistung kann entweder aus dem HF-Signal oder aus dem ZF-Signal oder dem demodulierten Signal (beim TDMA-System) gemessen werden.
- Bei einem DECT-Zellenfunksystem stellen sowohl die Mobilstation als auch die Basisstation (Sender und Empfänger) ihre Leistungspegel unabhängig ein. Im DECT-System wird das Sprachpaket beim Sendevorgang codiert (CRC = Cyclic Redundancy Check), um beim Empfang Sendefehler zu erkennen.
CRC ist ein Fehlererkennungssystem, bei dem Paritätsbits durch Codierung erzeugt werden und die während des Sendevorgangs erzeugten Fehler durch einen Decodieralgorithmus erkannt werden. Wenn der Empfänger ein fehlerhaftes Sprachpaket erkennt, fordert er wiederholte Übertragung an, wodurch der Sender direkt im nächsten Zeitschlitz Information zu erfolgreichem Empfang empfängt: Demgemäß ist es bei der Leistungssteuerung des Sendesignals möglich, das Proportionalitätsverhältnis erfolgreicher Übertragungsvorgänge zu berücksichtigen, um den Prozentsatz erfolgreicher Vorgänge zu erhöhen, um zumindest Fehler zu beseitigen, die durch den (zu niedrigen) Leistungspegel hervorgerufen werden, wozu das erfindungsgemäße Leistungssteuerungsverfahren verwendet wird. - Angesichts der vorstehenden Beschreibung ist es für den Fachmann ersichtlich, dass innerhalb des Schutzumfangs der durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung verschiedene Modifizierungen ausgeführt werden können.
Claims (11)
- Vorrichtung zum Steuern der Sendeleistung eines Funktelefons, das in einem Funktelefonsystem mit Zeitduplex/Codemultiplex-Vielfachzugriff(TDD/ CDMA)-Betrieb betreibbar ist, unter Verwendung im Wesentlichen derselben Mittenfrequenz und Bandbreite sowohl für Signalsende- als auch Signalempfangsvorgänge, mit einer Signalmesseinrichtung (
PM ) zum Messen eines Empfangssignalpegels, wobei der Pegel des Empfangssignals (IRX ) nach einer Entspreizung des Signals gemessen wird, und mit einer Leistungssteuerungseinrichtung zum Steuern des Pegels eines entsprechenden folgenden Sendesignals (ITX ) entsprechend dem Empfangssignalpegel, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Messen der Absolutleistung aufweist, um Information zu empfangen, die den durch eine Basisstation gesendeten absoluten Leistungspegel anzeigt, so dass der Pegel des entsprechenden folgenden Sendesignals (ITX ) entsprechend dem durch eine Basisstation gesendeten absoluten Leistungspegel und dem empfangene n Signalpegel einstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Pegel des Empfangssignals (
IRX ) mit einem vorbestimmten Bezugspegel (SREF ) verglichen wird und der Pegel des entsprechenden folgenden Sendesignals entsprechend dem Vergleichsergebnis (COMP ) einstellbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Sendeleistungspegel auf einen Pegel (
SREG ) steuerbar ist, der so niedrig wie möglich ist und bei dem sich das Signal (ITX ) fehlerfrei zur Basisstation ausbreitet. - Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Pegel des Empfangssignals (
IRX ) aus dem Hochfrequenzsignal gemessen wird. - Vorrichtung nach Anspruch 1, die in einem Funktelefonsystem mit Sende- und Empfangszeitschlitzen betreibbar ist, die im Wesentlichen dieselbe zeitliche Dauer wie eine Messperiode aufweisen, während der die Messung des Empfangssignals (
IRX ) erfolgt. - Zellen-Funktelefon mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
- Verfahren zum Steuern der Sendeleistung eines Funktelefons, das in einem Funktelefonsystem mit Zeitduplex/Codemultiplex-Vielfachzugriff(TDD/ CDMA)-Betrieb betreibbar ist, unter Verwendung im Wesentlichen derselben Mittenfrequenz und Bandbreite sowohl für Signalsende- als auch Signalempfangsvorgänge, bei dem ein Empfangssignal (
IRX ) gemessen wird, wobei der Pegel des Empfangssignals (IRX ) nach einer Entspreizung des Signals gemessen wird und der Pegel eines entsprechenden anschließend gesendeten Signals (IRX ) entsprechend dem Empfangssignalpegel eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei diesem Verfahren ferner Information empfangen wird, die den von einer Basisstation gesendeten absoluten Leistungspegel anzeigt, und der Pegel des anschließend gesendeten Signals entsprechend der Absolutleistung und dem Empfangssignalpegel eingestellt wird. - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Pegel des Empfangssignals (
IRX ) mit einem vorbestimmten Bezugspegel (SREF ) verglichen wird und der Pegel des entsprechenden folgenden Sendesignals entsprechend dem Vergleichsergebnis (COMP) einstellbar ist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 8, bei dem der Sendeleistungspegel auf einen Pegel (
SREG ) steuerbar ist, der so niedrig wie möglich ist und bei dem sieh das Signal (ITX ) fehlerfrei zur Basisstation ausbreitet. - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Pegel des Empfangssignals (
IRX ) aus dem Hochfrequenzsignal gemessen wird. - Verfahren nach Anspruch 7, das in einem Funktelefonsystem mit Sende- und Empfangszeitschlitzen betreibbar ist, die im Wesentlichen dieselbe zeitliche Dauer wie eine Messperiode aufweisen, während der die Messung des Empfangssignals (
IRX ) erfolgt.
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