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Die
Erfindung bezieht sich auf Kommunikations- oder Nachrichtensysteme,
und zwar insbesondere auf eine Vielzahl von Verfahren zur Verminderung
der durchschnittlichen Sendeleistung von einer sektorisierten Basisstation.
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Beschreibung
verwandter Technik
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In
einem CDMA-Zellentelefonsystem, einem wireless local loop (WLL),
einem Satellitennachrichtensystem, wie beispielsweise GLOBALSTAR
(Warenzeichen) oder einem persönlichen
Nachrichtensystem (PCS = personal communications system) wird ein
gemeinsames Frequenzband für
die Nachrichtenübertragung
oder Kommunikation mit sämtlichen
Basisstationen in einem System verwendet. Das gemeinsame Frequenzband
gestattet die gleichzeitige Kommunikation oder Nachrichtenübertragung zwischen
einer Mobileinheit und mehr als einer Basisstation. Signale, die
das gemeinsame Frequenzband verwenden, werden an der Empfangsstation unterschieden
oder diskriminiert, und zwar. durch die Spreizspektrum-CDMA-Wellenformeigenschaften, basierend
auf der Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Pseudorauschcodes
(high speed pseudonoise (PN) code). Der Hochgeschwindigkeits-PN-Code
wird dazu verwendet, die von den Basisstationen und den Mobileinheiten
gesendeten Signale zu modulieren. Sendestationen, die unterschiedliche PN-Codes oder PN-Codes,
die zeitlich versetzt sind, verwenden, erzeugen Signale, die gesondert
an der Empfangsstation empfangen werden können.
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In
einem exemplarischen CDMA-System sendet jede Basisstation ein Pilotsignal
mit einem gemeinsamen PN-Spreizcode, der gegenüber dem Pilotsignal von anderen
Basisstationen codephasenversetzt ist. Während des Systembetriebs wird
die Mobileinheit mit einer Liste von Codephasenversetzungen beliefert,
und zwar entsprechend den benachbarten Basisstationen, welche die
Basisstation umgeben, über
die die Kommunikation oder die Nachrichtenübertragung etabliert ist. Die
Mobileinheit ist mit einem Sucherelement ausgestattet, welches der
Mobileinheit gestattet, die Signalstärke des Pilotsignals von einer
Gruppe von Basisstationen einschließlich der benachbarten Basisstationen
zu verfolgen.
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Ein
Verfahren und ein System zur Nachrichtenübertragung mit der Mobileinheit über mehr
als eine Basisstation während
des Übergabe-
oder Handoff-Prozesses
ist im US-Patent Nr. 5,267,261, ausgegeben am 30. November 1993
beschrieben, und zwar trägt
dieses Patent den Titel "MOBILE
ASSISTED SOFT HANDOFF IN A CDMA CELLULAR TELEPHONE SYSTEM", und ist übertragen
auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung. Bei Verwendung dieses
Systems wird die Nachrichtenübertragung oder
Kommunikation zwischen der Mobileinheit und dem Endnutzer unterbrochen,
und zwar durch die schließliche Übergabe
(handoff) von einer ursprünglichen
oder Originalbasisstation zu einer darauf folgenden Basisstation.
Diese Art der Übergabe
kann als eine "weiche" Übergabe (soft handoff) betrachtet werden,
insofern die Nachrichtenübertragung
mit der darauf folgenden Basisstation vor Beendigung der Nachrichtenübertragung
mit der ursprünglichen
Basisstation beendet wird. Wenn die Mobileinheit mit zwei Basisstationen
in Verbindung steht, so wird ein einziges Signal für den Endnutzer
aus den Signalen von jeder Basisstation erzeugt, und zwar durch
einen zellularen, WLL, GLOBALSTAR (Warenzeichen) oder PCS-Controller
oder Regler.
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Die
durch die Mobileinheit unterstützte
weiche Übergabe
arbeitet basierend auf der Pilotsignalstärke von mehreren Sätzen von
Basisstationen, und zwar gemessen durch die Mobileinheit. Der Aktive Satz
(Active Set) ist der Satz von Basisstationen, durch die die aktive
Nachrichtenübertragung
oder Kommunikation etabliert ist. Der Nachbar Satz (Neighbor Set)
ist ein Satz von Basisstationen, der eine aktive Basisstation umgibt,
und die Basisstationen umfasst, die eine hohe Wahrscheinlichkeit
besitzen eine Pilotsignalstärke
hinreichenden Pegels zum Vorsehen einer Nachrichtenübertragung
oder Kommunikation zu besitzen. Der Kandidaten Satz (Candidate Set)
ist ein Satz von Basisstationen, der eine Pilotsignalstärke von
einem hinreichenden Pegel besitzt, um eine Nachrichtenverbindung
oder Kommunikation zu etablieren.
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Wenn
die Nachrichtenübertragungen
anfänglich
etabliert werden, so steht eine Mobileinheit durch eine erste Basisstation
in Nachrichtenübertragung
und der Aktive Satz enthält
nur die erste Basisstation. Die Mobileinheit überwacht die Pilotsignalstärke der
Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten Satzes und des
Nachbar Satzes. Wenn ein Pilotsignal einer Basisstation in dem Nachbar Satz
einen vorbestimmten Schwellenpegel übersteigt, so wird die Basisstation
dem Kandidaten Satz hinzugefügt,
und aus dem Nachbar Satz bei der Mobileinheit entfernt. Die Mobileinheit
kommuniziert eine Nachricht zur ersten Basisstation, und zwar die neue
Basisstation identifizierend. Ein Systemcontroller entscheidet,
ob die Nachrichtenverbindung zwischen der neuen Basisstation und
der Mobileinheit etabliert oder vorgesehen werden soll. Sollte der
Systemcontroller entscheiden dies zu tun, so schickt der Systemcontroller
eine Nachricht an die neue Basisstation mit der Identifizierungsinformation über die Mobileinheit,
und ein Befehl die Nachrichtenübertragungen
damit zu etablieren oder vorzusehen. Eine Nachricht wird auch durch
die erste Basisstation zur Mobileinheit übertragen bzw. gesendet. Die
Nachricht identifiziert einen neuen Aktiven Satz, der die ersten
und die neuen Basisstationen umfasst. Die Mobileinheit sucht nach
dem von der neuen Basisstation gesendeten Informationssignal und
die Kommunikation oder Nachrichtenübertragung ist mit der neuen
Basisstation etabliert oder aufgebaut, ohne die Beendigung der Nachrichtenübertragung
durch die erste Basisstation. Dieser Prozess kann mit zusätzlichen
Basisstationen fortgesetzt werden.
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Wenn
die Mobileinheit durch Mehrfachbasisstationen kommuniziert, so setzt
sie die Überwachung
der Signalstärke
der Basisstationen des Aktiven Satzes, des Kandidaten Satzes und
des Nachbar Satzes fort. Sollte die Signalstärke entsprechend einer Basisstation
des Aktiven Satzes unter eine vorbestimmte Schwelle für eine vorbestimmte
Zeitperiode abfallen, so erzeugt und sendet die Mobileinheit eine Nachricht
um dieses Ereignis zu berichten. Der Systemcontroller empfängt diese
Nachricht durch mindestens eine der Basisstationen, mit der die
Mobileinheit in Nachrichtenverbindung steht. Die Steuervorrichtung
(Controller) kann entscheiden, die Nachrichtenverbindungen durch
die Basisstation mit einer schwachen Pilotsignalstärke zu beenden.
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Der
Systemcontroller erzeugt nach der Entscheidung, die Nachrichtenübertragungen
durch eine Basisstation zu beenden, eine Nachricht, welche einen
neuen Aktiven Satz von Basisstationen identifiziert. Der neue Aktive
Satz enthält
die Basisstationen nicht, durch die Kommunikationen oder Nachrichtenübertragungen
zu beenden sind. Die Basisstationen durch die die Nachrichtenübertragung
eingerichtet oder. etabliert ist, senden die Nachricht an die Mobileinheit.
Der Systemcontroller kommuniziert auch Information zu der Basisstation
um die Nachrichtenübertragungen
mit der Mobileinheit zu beenden. Die Nachrichtenübertragungen der Mobileinheit
werden somit nur durch die in dem neuen Aktiven Satz identifizierten
Basisstationen geleitet.
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Da
die Mobileinheit mit dem Endnutzer über mindestens eine Basisstation
zu allen Zeiten während
des weichen Übergabeprozesses
in Verbindung steht, tritt keine Unterbrechung der Nachrichtenübertragungen
zwischen der Mobileinheit und dem Endnutzer auf. Eine weiche Übergabe
sieht beträchtliche Vorteile
vor, und zwar durch die inhärente "make before break" Kommunikation (verbinde
bevor unterbreche-Nachrichtenübertragung)
und zwar gegenüber konventionellen "break before make" Techniken (unterbreche
bevor mache-Verfahren)
verwendet bei anderen zellularen Kommunikationssystemen.
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Ein
typisches zellulares, WLL, GLOBALSTAR (Warenzeichen) oder PCS-System enthält einige
Basisstationen mit Mehrfachsektoren (multiple sectors). Eine mehrere
Sektoren aufweisende Basisstation weist mehrfache unabhängige Sende-
und Empfangsantennen auf. Der Prozess der gleichzeitigen Kommunikation
oder Nachrichtenübertragung mit
zwei Sektoren der gleichen Basisstation wird als weichere Übergabe
(softer handoff) bezeichnet. Der Prozess der weichen Übergabe
und der Prozess der weicheren Übergabe
sind aus der Sicht der Mobileinheit die gleichen. Jedoch ist der
Betrieb der Basisstation bei der weicheren Übergabe unterschiedlich vom Betrieb
bei der weichen Übergabe.
Wenn eine Mobileinheit mit zwei Sektoren der gleichen Basisstation in
Verbindung steht, so sind die demodulierten Datensignale von beiden
Sektoren für
die Kombination innerhalb der Basisstation verfügbar, bevor die Signale zu
dem Systemcontroller geleitet werden. Da die zwei Sek toren einer
gemeinsamen Basisstation Schaltungs- und Steuerfunktionen teilen,
ist eine Informationsverschiedenheit ohne weiteres verfügbar und
zwar für
die Sektoren einer gemeinsamen Basisstation, die nicht zwischen
unabhängigen
Basisstationen verfügbar
wäre. Auch
senden zwei Sektoren einer gemeinsamen Basisstation die gleiche
Leistungssteuerinformation an eine Mobileinheit (was unten diskutiert
wird). In einem Satellitenkommunikations- oder -nachrichtensystem,
wie beispielsweise GLOBALSTAR (Warenzeichen) werden die meisten Nutzer
in einer kontinuierlichen weicheren Übergabe sein.
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In
einem zellularen, WLL, GLOBALSTAR (Warenzeichen) oder PCS-System
ist die Maximierung der Systemkapazität hinsichtlich der Anzahl gleichzeitiger
Telefonanrufe, die verarbeitet werden können, extrem wichtig. Die Systemkapazität in einem
Spreizspektrumsystem kann dann maximiert werden, wenn die Sendeleistung
bei jeder Mobileinheit derart gesteuert wird, dass jedes gesendete
Signal am Basisstationsempfänger
mit dem gleichen Pegel ankommt. In einem tatsächlichen System kann jede Mobileinheit
den Minimalsignalpegel senden, der ein Signal-zu-Rauschverhältnis erzeugt,
welches eine akzeptable Datenwiedergewinnung gestattet. Wenn das
durch eine Mobileinheit übertragene
oder gesendete Signal an dem Basisstationsempfänger mit einem Leistungspegel
ankommt, der zu niedrig ist, so kann die Bitfehlerrate zu hoch sein
um hochqualitative Kommunikationen zu übertragen, und zwar ist dies
infolge der Interferenz von den anderen Mobileinheiten der Fall.
Wenn andererseits das von der Mobileinheit gesendete Signal auf
einem Leistungspegel liegt, der zu hoch ist beim Empfang an der
Basisstation, so ist die Kommunikation mit dieser speziellen Mobileinheit
akzeptabel, aber dieses eine hohe Leistung besitzende Signal wirkt
als Interferenz für
andere Mobileinheiten. Diese Interferenz kann in nachteiliger Weise
die Kommunikationen oder Nachrichtenübertragungen mit anderen Mobileinheiten
beeinflussen.
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Ein
Pfad- oder Wegverlust im HF-Kanal wird als jede Verschlechterung
(Degradierung) oder Verlust definiert, den ein Signal erleidet,
wenn es über die
Luft übertragen
wird, und die Kennzeichnung kann durch zwei gesonderte Phänomena vorgenommen
werden: durchschnittlicher Pfadverlust und Fading.
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Die
Vorwärtsverbindung,
d.h. die Verbindung von der Basisstation zur Mobileinheit, arbeitet
typischerweise, aber nicht notwendigerweise, auf einer unterschiedlichen
Frequenz als die Rückwärtsverbindung,
d.h. die Verbindung von der Mobileinheit zur Basisstation. Nichtsdestoweniger,
da die Frequenzen der Vorwärts-
und Rückwärtsverbindungen
innerhalb des gleichen Frequenzbandes liegen, besteht eine signifikante
Korrelation zwischen dem durchschnittlichen Pfadverlust der zwei
Verbindungen. Beispielsweise gilt: ein typisches Zellularsystem
besitzt einen seiner Vorwärtsverbindungskanäle bei ungefähr 882 MHz
zentriert und zwar gepaart mit einem seiner Rückwärtsverbindungskanäle zentriert
bei ungefähr 837
MHz. Andererseits ist das Fading ein unabhängiges Phänomen für die Vorwärtsverbindung und die Rückwärtsverbindung
und ändert
sich als Funktion der Zeit. Die Charakteristika des Fadings auf
dem Kanal sind jedoch für
sowohl Vorwärts-
und Rückwärtsverbindungen
die gleichen, da die Frequenzen sich innerhalb des gleichen Frequenzbandes
befinden. Daher ist das durchschnittliche Kanalfading abhängig von
der Zeit für
beide Verbindungen typischerweise das Gleiche.
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In
einem beispielhaften CDMA-System schätzt jede Mobileinheit den Pfadverlust
der Vorwärtsverbindung,
basierend auf der Gesamtleistung, am Eingang zur Mobileinheit. Die
Gesamtleistung ist die Summe der Leistung von allen Basisstationen, die
auf der gleichen Frequenzzuweisung arbeiten, wie dies durch die
Mobileinheit erfahren wird. Aus der Schätzung des durchschnittlichen
Vorwärtsverbindungspfadverlustes
stellt die Mobileinheit den Sendepegel des Rückwärtsverbindungssignals ein.
Sollte der Rückwärtsverbindungskanal
für eine
Mobileinheit sich plötzlich
verbessern, und zwar verglichen mit dem Vorwärtsverbindungskanal für die gleiche Mobileinheit,
und zwar infolge unabhängigen
Fadens oder Abschwächung
der zwei Kanäle,
so wird das an der Basisstation von dieser Mobileinheit empfangene Signal
in seiner Leistung vergrößert werden.
Diese Leistungsvergrößerung ruft
zusätzliche
Interferenz mit allen Signalen, die die gleiche Frequenzzuweisung
(frequency assignment) teilen, hervor. Somit würde ein schnelles Ansprechen
der Sendeleistung der Mobileinheit auf die plötzliche Verbesserung des Kanals
die Systemperformance oder Leistungsfähigkeit verbessern.
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Die
Mobileinheitsendeleistung wird auch durch eine oder mehrere Basisstationen
gesteuert. Jede Basisstation mit der die Mobileinheit in Verbindung
steht, misst die Empfangssignalstärke von der Mobileinheit. Die
gemessene Signalstärke
wird mit einem gewünschten
oder Soll-Signalstärkepegel
für die
spezielle Mobileinheit verglichen. Ein Leistungseinstellbefehl wird
durch jede Basisstation erzeugt, und zur Mobileinheit auf der Vorwärtsverbindung
geschickt. Ansprechend auf den Basisstationsleistungseinstellbefehl
erhöht
die Mobileinheit oder vermindert die Mobileinheit die Mobileinheitsendeleistung
um eine vorbestimmte Größe. Durch
dieses Verfahren wird ein schnelles Ansprechen auf eine Änderung
im Kanal bewirkt, und die durchschnittliche Systemperformance oder
Systemleistungsfähigkeit
wird verbessert.
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Wenn
eine Mobileinheit sich in Verbindung oder in Kommunikation mit mehr
als einer Basisstation befindet, so werden Leistungseinstellbefehle
von jeder Basisstation geliefert. Die Mobileinheit arbeitet basierend
auf diesen Mehrfachbasisstationsleistungseinstellbefehlen um Sendeleistungspegel
zu vermeiden, die in nachteiliger Weise mit anderen Mobileinheitskommunikationen
in Interferenz geraten, und wobei aber doch hinreichend Sendeleistung
vorgesehen wird, um die Kommunikation von der Mobileinheit zumindest
einer der Basisstationen zu unterstützen bzw. aufrechtzuerhalten.
Dieser Leistungssteuermechanismus wird dadurch erreicht, dass die Mobileinheit
ihren Sendesignalpegel nur dann erhöht, wenn jede Basisstation
mit der die Mobileinheit in Verbindung steht, eine Erhöhung des
Leistungspegels anfordert. Die Mobileinheit vermindert ihren Sendesignalpegel,
wenn irgendeine Basisstation mit der die Mobileinheit in Verbindung
steht, anfordert, dass die Leistung verringert wird. Ein System
zur Leistungssteuerung der Basisstation der Mobileinheit ist in
dem US-Patent 5,056,109 beschrieben, und zwar trägt dieses Patent den Titel "METHOD AND APPARATUS
FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A CDMA CELLULAR MOBILE TELEPHONE
SYSTEM", ausgegeben
am 8. Oktober 1991 und übertragen
auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung.
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Basisstationsdiversität bei der
Mobileinheit ist eine wichtige Betrachtung bei dem weichen Übergabeprozess.
Das oben beschriebene Leistungssteuerverfahren arbeitet dann optimal,
wenn die Mobileinheit mit jeder Basisstation, durch die Kommunikation
möglich
ist, kommuniziert, und zwar typischerweise zwischen einer bis drei
Basisstationen, obwohl eine größere Anzahl
möglich
ist. Im Verlauf dieses Betriebs vermeidet die Mobileinheit die unbeabsichtigte
Interferenz oder Störung
mit Kommunikationen oder Nachrichtenübertragungen durch eine Basisstation,
die das Signal der Mobileinheit mit einem übermäßig großen Pegel erhält, aber
nicht in der Lage ist, einen Leistungseinstellbefehl zur Mobileinheit
zu übertragen,
da keine Kommunikation damit aufgebaut ist.
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Wenn
sich eine Mobileinheit zur Kante der Basisstationsabdeckfläche oder
des Abdeckgebietes bewegt, so fällt
die Signalstärke
des Vorwärtsverbindungssignals
an der Mobileinheit. Ferner gilt auch: wenn sich die Mobileinheit
zur Kante der Abdeckfläche
der laufenden Basisstation bewegt, so bewegt sich die Mobileinheit
im Allgemeinen dichter zur Basisstationsabdeckfläche von anderen Basisstationen. Wenn
sich somit die Mobileinheit zur Kante der Basisstationsabdeckfläche bewegt,
fällt der
Signalpegel von der laufenden oder derzeitigen Basisstation ab, wobei
die Interferenz von anderen Basisstationen ansteigt. Der fallende
Signalpegel bedeutet auch, dass die Signale gegenüber thermischem
Rauschen empfindlicher werden, und auch gegenüber dem Rauschen, erzeugt durch
die Empfangsschaltung in der Mobileinheit. Diese Situation kann
sich durch eine Mobileinheit verschlechtern, die innerhalb eines
Gebietes oder einer Fläche
angeordnet ist, wo die zwei Sektoren einer gemeinsamen Basisstation
sich überlappen.
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In
einem Falle, wo ein Satz von Basisstationen nahe der Kapazität arbeitet,
kann die Mobileinheit, angeordnet an der Kante der Basisstationsabdeckfläche und
innerhalb der Abdeckfläche
von zwei Sektoren der gleichen Basisstation, einen Abfall im Signal-zu-Rauschverhältnis erfahren
derart, dass die Qualität
der Nachrichtenübertragungen
verschlechtert wird. Der weichere Übergabeprozess (softer handoff
process) sieht Information für
die Basisstation vor, die verwendet werden kann, um diese Situation zu
verbessern. Die Verbesserung kann dadurch geschaffen werden, dass
die Durchschnittsleistung vermindert wird, die durch jeden Sektor
einer Basisstation übertragen
wird. Durch Verringerung der Durchschnittsleistung, übertragen
durch jeden Sektor einer Basisstation, wird die Interferenz mit
allen Mobileinheiten vermindert. Auf diese Weise wird die Interferenz
für die
Mobileinheiten an der Kante der Abdeckfläche ebenfalls vermindert, was
eine Erhöhung
beim durchschnittlichen Signal-zu-Rauschverhältnis der Mobileinheiten an
der Kante der Abdeckfläche
bewirkt.
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In
einem System mit weichen und weicheren Übergabefähigkeiten und mit benachbarten
Basisstationen auf oder nahe der Kapazität, wird eine gegebene Größe an Basisstationsleistung
unter die Vorwärtsverbindungssignale
derart aufgeteilt, dass jedes zusätzlich von einer Basisstation
gesendete Vorwärtsverbindungssignal
die Leistung der anderen Vorwärtssignale
vermindert. In einem auf der Kapazität arbeitenden System, vergleiche
eine Basisstation mit zwei Sektoren in denen jede Mobileinheit im
Abdeckgebiet der Basisstation in einer weicheren Übergabebetriebsart
sich befindet mit einer Basisstation mit zwei Sektoren, in der keine
Mobileinheit sich in weicherer Übergabebetriebsart
befindet. In der Basisstation, in der jede Mobileinheit in der weicheren Übergabe
sich befindet, wird jedes Vorwärtsverbindungssignal
von jedem Sektor mit einer Hälfte
der Leistung von jedem Vorwärtsverbindungssignal
von der Basisstation, die keine Mobileinheit in weicherer Übergabe
besitzt, übertragen.
Da im Falle, wo jede Mobileinheit sich in der weicheren Übergabe
befindet, die Signale von jedem Sektor in der Mobileinheit kombiniert
werden, ist das Signal zu Interferenzverhältnis nach dem Kombinieren
gleich dem Nichtübergabefall
(no handoff case), wenn, und nur wenn jede Mobileinheit durch beide
Sektoren gut bedient wird. In der Realität ist jedoch nicht jede Mobileinheit
in weicherer Übergabe
in einer sektorisierten Basisstation, und zwar gut bedient durch
jeden Sektor.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Technik, die zur Reduzierung der
Anzahl von Signalen, gesendet durch einen Sektor, verwendet werden
kann. Eine geringere Anzahl von einem Sektor zu sendenden Signalen
bedeutet, dass mehr Leistung für
die verbleibenden Signale verfügbar
ist. Wenn die Basisstation mit höherer
Leistung ausgestattete Vorwärtsverbindungssignale überträgt, so wird
das Signal-zu-Interferenzverhältnis
für die
Mobileinheiten, die an Übergabegrenzen
oder an der Kante einer Abdeckfläche arbeiten,
verbessert. Wenn alternativ die Anzahl der Signale vermindert wird,
so kann die Gesamtbasisstationssendeleistung abnehmen, was auch
in weniger Interferenzleistung im System seinen Niederschlag findet.
Diese Techniken können
zur Reduzierung der Anzahl von Mobileinheiten in weicher und weicherer Übergabe
verwendet werden.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Vorwärtsverbindungssignal-zu-Interferenzverhältnis zu
verbessern, und zwar durch Reduzieren von ineffektiven Vorwärtsverbindungssendungen
zu Mobileinheiten in der weichen oder weicheren Übergabe, was die Interferenzleistung
zu anderen Mobileinheiten vermindert, und mehr Sendeleistung für alle nützlichen
Verbindungen zu Mobileinheiten verfügbar macht.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vielzahl von
Verfahren vorzusehen, um die Sendeleistung von einer Basisstation
zu verringern.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vielzahl
von Verfahren vorzusehen zum Vorsehen eines verbesserten weicheren Übergabeprozesses
zur Verbesserung der Vorwärtsverbindungsleistungsfähigkeit.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht ist, definiert
eine Vielzahl von Verfahren zur Durchführung des weichen oder des
weicheren Übergabeprozesses
derart, dass die Performance oder Leistungsfähigkeit eines Systems verbessert
wird. Ein erstes Verfahren basiert auf der Verzögerung des weicheren Übergabeprozesses.
Wenn die Mobileinheit einen ersten Sektor informiert, der kommuniziert,
dass ein zweiter Sektor von der gleichen Basisstation eine Signalstärke besitzt,
die ausreicht um Nachrichtenübertragungen
oder Kommunikationen zu unterstützen,
so befiehlt die Basisstation dem zweiten Sektor das von der Mobileinheit
gesendete Signal zu finden. Die Basisstation befiehlt der Mobileinheit
nicht die Verbindung mit dem zweiten Sektor aufzubauen, bis das Rückwärtsverbindungssignal,
empfangen an dem zweiten Sektor, eine vorbestimmte Schwelle übersteigt.
Die Verzögerung
der weicheren Übergabe
reduziert die Durchschnittszahl der Mobileinheiten in dem weichen Übergabeprozess,
und reduziert die durchschnittliche Gesamtleistung, gesendet durch
jeden Sektor, auf welche Weise die Gesamtdurchschnittsinterferenz
zu den Mobileinheiten im System reduziert wird.
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Ein
zweites Verfahren basiert auf der Reduzierung der Leistung von Sendungen
von dem Sektor mit der schwächsten
Signalstärke.
Wenn die Mobileinheit einen ersten Sektor, durch den sie in Kommunikation
steht, informiert, dass der zweite Sektor von der gleichen Basisstation
eine Signalstärke
besitzt, die ausreicht um Nachrichtenübertragungen oder Kommunikationen
zu stützen,
so befiehlt die Basisstation dem zweiten Sektor, eine Nachrichtenverbindung
oder Kommunikation mit der Mobileinheit zu etablieren oder vorzusehen.
Die Basisstation befiehlt der Mobileinheit auch eine Kommunikation
mit dem zweiten Sektor aufzubauen. Nachdem die Mobileinheit in die
weichere Betriebsart eintritt, vergleicht die Basisstation die Rückwärtsverbindungssignalstärke von
jedem der Sektoren. Die Basisstation reduziert die Vorwärtsverbindungssendeleistung
für die
Mobileinheit von dem Sektor mit der schwächsten Rückwärtsverbindungssignalstärkeanzeige.
Die Reduzierung der Sendeleistung von dem schwächeren Sektor reduziert die
Durchschnittsleistung, gesendet von jedem Sektor und reduziert daher
die Interferenz zu den Mobileinheiten im System.
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Ein
drittes Verfahren basiert auf der Eliminierung von Sendungen von
dem Sektor mit der schwächsten
Signalstärke.
Wenn die Mobileinheit einen ersten Sektor durch den sie in Kommunikation steht
informiert, dass ein zweiter Sektor von der gleichen Basisstation
eine Signalstärke
besitzt, die ausreicht um Nachrichtenübertragungen oder Kommunikationen
zu unterstützen,
so befiehlt die Basisstation dem zweiten Sektor eine Kommunikation
mit der Mobileinheit aufzubauen. Die Basisstation befiehlt der Mobileinheit
auch, eine Kommunikation oder Nachrichtenübertragung mit dem zweiten
Sektor aufzubauen oder zu etablieren. Nachdem die Mobileinheit in
die weichere Übergabebetriebsart
eintritt, überwacht
die Basisstation die Rückwärtsverbindungssignalstärke von
jedem der Sektoren. Wenn die Rückwärtsverbindungssignalstärke von
einem Sektor unter eine vorbestimmte Schwelle für mehr als eine vorbestimmte
Zeitperiode fällt,
so beendet die Basisstation Vorwärtsverbindungssendungen
von dem Sektor mit der schwächsten
Signalstärkeanzeige.
Die Beendigung der Sendungen von dem schwächeren Sektor reduziert die
Durchschnittsleistung, die von jedem Sektor gesendet wird, und reduziert
dadurch die Interferenz zu den Mobileinheiten im System.
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Ein
viertes System basiert auf dem Vorsehen der Mobileinheit mit einer
gewünschten
oder Soll-Betriebsaggregatsignalstärke. Die Mobileinheit liefert
an den Systemcontroller eine Signalstärkemessung von jeder Basisstation,
die ein Mitglied der Aktiven- und Kandidatensätze ist. Der Systemcontroller
ordnet die Leistungspegel in einer abnehmenden Größe. Die Leistungspegel
werden sodann summiert und zwar bis die Soll-Betriebsaggregatsignalstärke überstiegen
wird. Der Systemcontroller bringt eine Aktivsatznachricht zu der
Mobileinheit zurück
und zwar jede Basisstation identifizierend, und zwar ferner entsprechend
einer Signalstärke,
verwendet um die Soll-Betriebsaggregatsignalstärke zu erreichen.
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Bei
allen vier Verfahren, die oben erläutert wurden, kann die Rückwärtsverbindungsdemodulation
in jedem Sektor mit oder ohne die Sendung der Vorwärtsverbindung
erfolgen, auf welche Weise dieses Verfahren die Rückwärtsverbindungsleistungsfähigkeit
oder Leistungssteuerung nicht nachteilig beeinflusst. In allen vier
Verfahren könnte
der Betrieb derart modifiziert werden, dass die Mobileinheit die Basisstation über die
Empfangsleistung auf der Vor wärtsverbindung
informiert. Die Vorwärtsverbindungsleistungsmessungen
von der Mobileinheit könnten
als das Kriterium verwendet werden, anstelle der Rückwärtsverbindungsmessungen,
die an Basisstation gemacht werden. Es ist auch möglich, zwei oder
mehr dieser Verfahren zu kombinieren, um ein Hybridverfahren zu
schaffen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, wobei
gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in der Beschreibung bezeichnen;
in der Zeichnung zeigt:
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1 ein
Diagramm, welches eine exemplarische Basisstationsabdeckflächenstruktur
veranschaulicht;
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2 ein
Blockdiagramm, welches eine exemplarische sektorisierte Basisstation
veranschaulicht, die mehrfache unabhängige Demodulationselemente
aufweist; und
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3 eine
exemplarische Darstellung der Abdeckflächen der drei Sektoren einer
sektorisierten Basisstation.
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Detaillierte
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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1 veranschaulicht
eine exemplarische Basisstationsabdeckflächenstruktur. In einer derartigen
exemplarischen Struktur stoßen
hexagonale Basisstationsabdeckflächen
aneinander in einer symmetrisch plattenartigen Anordnung. Jede Mobileinheit
ist innerhalb der Abdeckfläche
von einer der Basisstationen angeordnet. Beispielsweise ist die
Mobileinheit 10 innerhalb der Abdeckfläche der Basisstation 20 angeordnet.
In einem code division multiple access (CDMA)-Zellularsystem, einer
wireless local loop (WLL)-Struktur, einem Satellitenkommunikationssystem,
wie beispielsweise GLOBALSTAR (Warenzeichen) oder in einem Kommunikations-(PCS)-System
wird ein gemeinsames Frequenzband verwendet, und zwar zur Kommunikation
oder Nachrichtenübertragung
mit sämtlichen
Basisstationen in einem System, welches die gleichzeitige Kommunikation
oder Nachrichtenübertragung
mit sämtlichen
Basisstationen verwendet und zwar in einem System, welches die gleichzeitige
Kommunikation zwischen einer Mobileinheit und mehr als einer Basisstation
gestattet. Die Mobileinheit 10 ist sehr dicht zur Basisstation 20 angeordnet,
und empfängt
daher ein großes
Signal von der Basisstation 20 und relativ kleines Signal
von den umgebenen Basisstationen. Die Mobileinheit 30 ist
jedoch in der Abdeckfläche
der Basisstation 40 angeordnet, aber ist nahe an der Abdeckfläche der
Basisstationen 100 und 110. Die Mobileinheit 30 empfängt ein
relativ schwaches Signal von der Basisstation 40, und in ähnlicher
Weise bemessene Signale von den Basisstationen 100 und 110.
Infolge der verminderten Signalstärke und der vergrößerten Interferenz
von benachbarten Basisstationen besitzt die Mobileinheit 30 ein
niedrigeres Gesamtsignal-zu-Rauschverhältnis bezüglich der Basisstation 40 als
das der Mobileinheit 10 bezüglich der Basisstation 20.
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Die
exemplarische Basisstationsabdeckflächenstruktur, veranschaulicht
in 1, ist außerordentlich
idealisiert. In der aktuellen zellularen WLL, GLOBALSTAR- oder PCS-Umgebung
können
die Basisstationsabdeckflächen
ihre Größe und Form variieren.
Die Basisstationsabdeckflächen
können die
Tendenz besitzen sich zu überlappen,
und zwar mit den Abdeckflächengrenzen,
wobei Abdeckflächenformen
definiert werden, unterschiedlich von der idealen hexagonalen Form.
Ferner können
die Basisstationen auch sektorisiert sein, wie beispielsweise in drei
Sektoren, was im Stand der Technik bekannt ist. Basisstation 60 ist
als eine, drei Sektoren aufweisende Basisstation, dargestellt. Basisstationen
mit einer geringeren oder größeren Anzahl
von Sektoren werden jedoch ins Auge gefasst.
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Die
Basisstation 60 der 1 repräsentiert eine
idealisierte drei-sektorisierte Basisstation. Die Basisstation 60 hat
drei Sektoren, von denen jeder mehr als 120 Grad der Basisstationsabdeckfläche überdeckt.
Der Sektor 50 besitzt eine Abdeckfläche, die durch die nicht unterbrochene
Linie 55 dargestellt ist, und zwar überlappend mit der Abdeckfläche des Sektors 70,
der eine Abdeckflä che
der durch die grob gestrichelten Linien 75 angedeutet ist.
Der Sektor 50 überlappt
auch den Sektor 80, und zwar mit einer Abdeckfläche, die
durch die fein gestrichelten Linien 85 angedeutet ist.
Beispielsweise ist die Stelle 90 oder Lage 90 durch
X angedeutet in der Abdeckfläche
von sowohl Sektor 50 als auch Sektor 70 angeordnet.
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Im
Allgemeinen ist eine Basisstation sektorisiert, um die Gesamtinterferenzleistung
zu Mobileinheiten angeordnet innerhalb der Abdeckfläche der Basisstation
zu reduzieren, während
die Anzahl der Mobileinheiten erhöht wird, die durch die Basisstation kommunizieren
oder Nachricht übertragen
kann. Beispielsweise würde
der Sektor 80 kein Signal, vorgesehen für eine Mobileinheit an der
Stelle 90 übertragen,
und somit wird keine im Sektor 80 angeordnete Mobileinheit
in signifikanter Weise in Interferenz geraten durch die Nachrichtenübertragung
oder Kommunikation einer Mobileinheit an der Stelle 90 mit
Basisstation 60.
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Für eine,
jedoch an der Stelle 90 positionierte Mobileinheit, besitzt
die Gesamtinterferenz Beiträge von
den Sektoren 50 und 70 und von den Basisstationen 20 und 120.
Wenn die Summe der Interferenz zu groß wird, und zwar verglichen
mit der Signalstärke
des beabsichtigten Signals, so kann sich die Kommunikation oder
Nachrichtenverbindung zwischen einer Mobileinheit an der Stelle 90 und
der Basisstation 60 verschlechtern. Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Reduzierung der Interferenz in einem
solchen Falle. In der Tat reduziert die vorliegende Erfindung die
Interferenz zu allen Mobileinheiten, die innerhalb eines Systems
von Basisstationen arbeiten.
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Die
Basisstationen 20, 40, 60, 100, 110 und 120,
gezeigt in 1, werden durch den Systemcontroller 130 gesteuert.
Obwohl die 1 nur einen Subsatz von Verbindungen
zwischen Systemcontroller 130 und den Basisstationen zeigt,
so ist eine Verbindung zwischen jeder Basisstation und dem Systemcontroller
impliziert. Der Systemcontroller 130 sieht die Kontrollfunktionen
oder Steuerfunktionen für jede
Basisstation im System vor. Zu den Steuerfunktionen gehört die Koordination
der Einleitung und der Beendigung einer weichen Übergabe zwischen Basisstationen.
Wenn eine Mobileinheit sich in einer weichen Übergabe zwischen zwei oder
mehreren Basisstationen befindet, so wird ein Signal von der Mobileinheit
am Systemcontroller 130 von jeder Basisstation empfangen,
mit der die Mobileinheit in Verbindung steht. Der Systemcontroller 130 führt die Kombination
oder Auswahl von Signalen aus, die empfangen wurden von den Mehrfachbasisstationen. Der
Systemcontroller 130 sieht auch eine Interface zu dem öffentlichen
Telefonnetzwerk (public switch Telefone network = PSTN) vor, was
nicht gezeigt ist.
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2 veranschaulicht
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
einer drei Sektoren aufweisenden Basisstation. In 2 ist
jede der Antennen 222A–222C die
Empfangsantenne für
einen Sektor und jeder der Antennen 230A–230C ist
die Sendeantenne für
einen Sektor. Die Antenne 222A und die Antenne 230A entsprechen
einer gemeinsamen Abdeckfläche
oder einem gemeinsamen Abdeckgebiet und können in idealer Weise das gleiche
Antennenmuster besitzen. In gleicher Weise entsprechen die Antennen 222B und 230B und
die Antennen 222C und 230C den entsprechenden
Abdeckflächen
in entsprechender Weise. 2 repräsentiert eine typische Basisstation
in der Antennen 222A–222C überlappende
Abdeckflächen
derart besitzen, dass ein einziges Mobileinheitssignal an mehr als
einer Antenne zu einer Zeit vorhanden sein kann. Obwohl nur eine
Empfangsantenne für
jeden Sektor gezeigt ist, werden typischerweise zum Zwecke der Diversität zwei Antennen
verwendet, wobei die Empfangssignale zur Verarbeitung kombiniert
werden.
-
3 ist
eine realistischere Repräsentation der
Abdeckflächen
der drei Sektoren einer sektorisierten Basisstation als dies für die Basisstation 60 der 1 gilt.
Die Abdeckfläche 300A,
repräsentiert durch
die feinste oder dünnste
Linie, entspricht der Abdeckfläche
von beiden Antennen 222A und 230A. Die Abdeckfläche 300B,
repräsentiert
durch die eine mittlere Breite besitzende Linie, entspricht der
Abdeckfläche
der beiden Antennen 222B und 230B. Die Abdeckfläche 3000,
repräsentiert
durch die dickste Linie, entspricht der Abdeckfläche von beiden Antennen 222C und 230C.
Die Form der drei Abdeckflächen
ist die Form, die durch eine Standard-Dipolrichtantenne erzeugt
wird.
-
Die
Kanten der Abdeckflächen
können
als die Stelle vorgestellt werden, wo eine Mobileinheit den minimalen
Signalpegel empfängt,
um eine Kommunikation oder Nachrichtenübertragung durch diesen Sektor
aufrecht zu erhalten. Wenn sich eine Mobileinheit in den Sektor
bewegt, so steigt die Signalstärke
an. Wenn eine Mobileinheit sich an der Kante des Sektors bewegt,
so kann die Nachrichtenübertragung
durch diesen Sektor sich verschlechtern. Eine, in einer weicheren Übergabebetriebsart
arbeitende Mobileinheit, ist wahrscheinlich in dem überlappten Bereich
der zwei Abdeckflächen
angeordnet.
-
Wiederum
auf die 2 Bezug nehmend sei Folgendes
bemerkt: die Antennen 222A, 222B und 222C liefern
das empfangene Signal zu Empfangsverarbeitungen 224A bzw. 224B bzw. 224C.
Die Empfangsverarbeitungen 224A, 224B und 224C verarbeiten
das RF- bzw. HF-Signal und wandeln das Signal in digitale Bits um.
Die Empfangsverarbeitungen 224A, 224B und 224C filtern
die Digitalbits und liefern die sich ergebenden Digitalbits an den
Interfaceanschluss (interface port) 226. Der Interfaceanschluss 226 kann
irgendeinen der drei Pfade für
ankommende Signale (Ankunftssignalpfade) mit irgendeinem der Demodulationselemente 204A–204N verbinden,
und zwar unter der Steuerung des Controllers 200 über die
Zwischenverbindung 212.
-
Demodulationselemente 204A–204N werden
ebenfalls durch den Controller 200 durch die Zwischenverbindung 212 gesteuert.
Der Controller 200 weist Demodulationselemente 204A–204N einem der
Vielzahl von Informationssignalen von einer einzigen Mobileinheit
von irgendeinem der Sektoren zu. Die Demodulationselemente 204A–204N erzeugen Datenbits 220A–220N,
wobei jedes eine Schätzung der
Daten von der einzigen Mobileinheit repräsentiert. Datenbits 220A–220N werden
in dem Symbolkombinierer 208 kombiniert, um eine Signalschätzung der
Daten von der Mobileinheit zu erzeugen. Die Ausgangsgröße des Symbolkombinierers 208 sind
aggregierte oder zusammengefasste weiche Entscheidungsdaten, geeignet
zur Viterbi-Decodierung.
Es sei bemerkt, dass der Symbolkombinierer 208 Signale
von nur einem Sektor kombinieren kann, um eine Ausgangsgröße zu erzeugen,
oder aber er kann Symbole von Mehrfachsektoren, ausgewählt durch
den In terfaceport 226 kombinieren. Jedes der Demodulationselemente 204A–204N misst
eine Signalstärkenschätzung des
Signals, das demoduliert und liefert die Schätzung an den Controller 200.
Ein einziger Leistungseinstellbefehl wird aus den geschätzten Signalstärken erzeugt,
und zwar unabhängig
von dem Sektor durch den das Signal empfangen wird. Somit sendet
jeder Sektor der Basisstation den gleichen Leistungseinstellbefehl
an eine einzige Mobileinheit.
-
Wenn
der Symbolkombinierer 208 Signale von einer Mobileinheit
kombiniert, die über
mehr als einen Sektor in Kommunikation steht, so befindet sich die
Mobileinheit in einer weicheren Übergabe (softer
handoff). Die Basisstation kann die Ausgangsgröße des Symbolkombinierers 208 an
einen Decodierer und sodann an einen zellularen, WLL, GLOBALSTAR
(Warenzeichen) oder PC-Systemcontroller schicken. Ein Systemcontroller
kann decodierte Symbole von einer gemeinsamen Mobileinheit von Mehrfachbasisstationen
empfangen, und eine einzige Ausgangsgröße erzeugen. Dieser Prozess
wird als weiche Übergabe
(soft handoff) bezeichnet.
-
Die
Demodulationselemente 204A–204N liefern auch
mehrere Ausgangssteuersignale zum Controller 200 durch
die Zwischenverbindung 212. Die zu dem Controller 200 geschickte
Information umfasst eine Schätzung
der Signalstärke
des einem bestimmten Demodulator zugewiesenen Signals. Typischerweise
wird diese Information nicht zu dem Systemcontroller weitergeleitet.
Daher sind Sektoren einer gemeinsamen Basisstation die Signale von
einer gemeinsamen Mobileinheit demodulieren viel inniger verwandt
als die zwei Basisstationen, die Signale zu einem gemeinsamen Systemcontroller
schicken. Die Intimität
der Beziehung der zwei Sektoren, die eine weichere Übergabebetriebsart
mit einer einzigen Mobileinheit unterstützen, liefert die Basis für die erste von
drei erfindungsgemäßen Verfahren.
-
In
vielen Anwendungsfällen
weist eine tatsächliche
Basisstation mindestens ein Sucherelement (searcher element) auf.
Das Sucherelement ist auch in der Lage, ein Signal zu demodulieren
und wird verwendet zum kontinuierlichen Abtasten der Zeitdomäne auf der
Suche nach verfügbaren
Signalen. Das Su cherelement identifiziert einen Satz von verfügbaren Signalen
und liefert die Information an den Controller. Der Controller kann
den Satz von verfügbaren
Signalen verwenden, um die Demodulationselemente den am meisten
vorteilhaften Signalen, die verfügbar
sind, zuzuweisen (assign) oder rückzuzuweisen
(re-assign). Die Platzierung des Sucherelements ist die gleiche
wie die Platzierung der Demodulationselemente in 2.
Insofern kann das Sucherelement auch einem Signal von einer Vielzahl von
Sektoren an der gemeinsamen Basisstation zugewiesen sein. Im allgemeinsten
Fall kann angenommen werden, dass die Demodulationselemente 204A–204N einige
Elemente aufweisen, die in der Lage sind, die Suchfunktion auszuführen.
-
2 zeigt
den Sendeprozess, wobei hier eine Nachricht von einer Mobileinheit
von einem Endanwender oder Endbenutzer durch den Systemcontroller
empfangen wird. Die Nachricht kann auf einer oder mehreren Antennen 230A–230C gesendet
werden. Der Interfaceport 236 verbindet die Nachricht für die Mobileinheit
mit einem oder mehreren der Modulationselemente 234A 234C,
und zwar eingestellt durch den Controller 200. Die Modulationselemente 234A–234C modulieren
die Nachricht für
die Mobileinheit mit dem entsprechenden PN-Code. Die modulierten
Daten von den Modulationselementen 234A–234C werden zu der
Sendeverarbeitung 232A bzw. 232B bzw. 232C geleitet.
Die Sendeverarbeitungen 232A–232C wandeln die
Nachricht in eine HF-Frequenz um und senden das Signal mit einem entsprechenden
Signalpegel jeweils durch Antennen 230A–230C. Es sei Folgendes
bemerkt: der Interfaceport 236 und der Interfaceport 226 arbeiten
unabhängig
insofern, als der Empfang eines Signals von einer speziellen Mobileinheit
durch eine der Antennen 232A–232C nicht notwendigerweise
bedeutet, dass die entsprechende Sendeantenne 230A–230C ein
Signal zu der bestimmten oder speziellen Mobileinheit sendet. Es
sei auch bemerkt, dass die Leistungseinstellbefehle, die durch jede
Antenne gesendet werden, die gleichen sind, auf welche Weise die Sektordiversität in einer
gemeinsamen Basisstation nicht kritisch für die optimale Leistungssteuerperformance
ist.
-
Der
in dem US Patent 5,267,261 beschriebene Handoff-Prozess oder Übergabeprozess
beschreibt einen Prozess oder ein Verfahren, welches in den folgenden
Schritten zusammengefasst ist.
-
Normalbetrieb der weicheren Übergabe
(softer handoff):
-
- 1: Die Mobileinheit steht mit der Basisstation
X durch die Sektor Alphaantenne in Verbindung, das bedeutet, dass
die Basisstation X, Sektor Alpha als ein Glied oder Element des
Aktiven Satzes identifiziert ist.
- 2: Die Mobileinheit überwacht
das Pilotsignal von der Basisstation X, Sektor Betaantenne, und
die Basisstation X, Sektor Beta wird als ein Glied des Nachbar Satzes
identifiziert. Die Pilotsignalstärke von
der Basisstation X, Sektor Betaantenne, übersteigt eine vorbestimmte
Schwelle.
- 3: Die Mobileinheit identifiziert die Basisstation X, Sektor
Beta, als ein Glied des Kandidaten Satzes (Candidate Set) und informiert
die Basisstation X durch die Sektor Alphaantenne.
- 4: Die Basisstation X stellt die Verfügbarkeit von Ressourcen in
Sektor Beta fest.
- 5: Die Sektor Betaantenne beginnt ein Rückwärtsverbindungssignal von der
Mobileinheit zu empfangen.
- 6: Die Sektor Betaantenne fängt
an, ein Vorwärtsverbindungssignal
zur Mobileinheit zu senden.
- 7: Die Basisstation X aktualisiert durch die Sektor Alphaantenne
den Aktiven Satz der Mobileinheit, um die Basisstation X, Sektor
Beta, zu identifizieren.
- 8: Die Mobileinheit stellt die Verbindung mit der Basisstation
X, Sektor Betaantenne, her. Die Mobileinheit kombiniert die Signale
von der Sektor Alphaantenne und der Sektor Betaantenne.
- 9: Die Basisstation X kombiniert die Signale von der Mobileinheit,
empfangen durch die Sektor Alphaantenne und die Sektor Betaantenne
(weicherer Handoff oder weichere Übergabe).
-
Das
erste Verfahren zur Reduzierung der Anzahl von Mobileinheiten in
dem weicheren Übergabemodus
basiert auf der Verzögerung
des weicheren Übergabe-
oder Handoff-Prozesses. Der Prozess setzt einen zusätzlichen
Schritt ein, und zwar zwischen den Schritten 5 und 6 der als Schritt
5.1 bezeichnet sei. Der Schritt 5.1 fügt die zusätzliche Funktion wie folgt
hinzu: 5.1: Bestimme die Signalstärke des Rückwärtsverbindungssignal von der
Mobileinheit. Pausiere den Prozess bei diesem Schritt bis die Rückwärtsverbindungssignalstärke eine
vorbestimmte Schwelle übersteigt.
-
Der
Schritt 5.1 verzögert
den Einsatz der weicheren Übergabe,
auf welche Weise die Gesamtzahl von Vorwärtsverbindungssendungen reduziert wird.
Selbst während
der Verzögerung
von Vorwärtsverbindungssendungen
kann das Rückwärtsverbindungssignal,
empfangen durch Sektor Beta mit dem Rückwärtsverbindungssignal vom Sektor
Alpha kombiniert werden.
-
Wiederum
auf 3 Bezug nehmend, sei Folgendes gesagt: angenommen,
eine Mobileinheit folgt dem durch den Pfeil angedeuteten Weg oder Pfad.
Am Punkt 302 tritt die Mobileinheit in die Abdeckfläche oder
das Abdeckgebiet des Sektors 300B vom Sektor 300A ein.
An diesem Punkt würde
der Sektor 300B vom Nachbar Satz zum Kandidaten Satz bewegt
werden. Die Mobileinheit informiert die Basisstation von der neuen
Hinzufügung
zum Kandidaten Satz. Wenn Ressourcen im Sektor 300B verfügbar sind,
so fängt
der Sektor 300B an das Rückwärtsverbindungssignal von der
Mobileinheit zu empfangen. Der Sektor 300B fängt nicht
an ein Signal zu senden, und überwacht
stattdessen das Rückwärtsverbindungssignal
von der Mobileinheit. Wenn sich die Mobileinheit weiter in den Sektor 300B bewegt, so
wird die Signalstärke
von der Mobileinheit wie sie durch den Sektor 300B empfangen
wird, sich vergrößern. Es
sei angenommen, dass am Punkt 304 die Signalstärke des
Emp fangssignals die vorbestimmte Schwelle des Schritts 5.1 übersteigt.
Der Prozess setzt sich fort und der Sektor 300B fängt an ein
Vorwärtsverbindungssignal
zur Mobileinheit zu senden. Der Sektor 300A aktualisiert
den Aktiven Satz der Mobileinheit, um den Sektor 300B zu
umfassen.
-
Es
sei bemerkt, dass dieses Verfahren die Vorteile des weicheren Handoffs
oder der weicheren Übergabe
und den Mache-bevor-unterbreche-Übergabeprozess
nicht verschlechtert. In 3, wenn die Mobileinheit weiterhin
längs des
Pfeiles sich bewegt, so würde
die Mobileinheit in einem weicheren Übergabezustand vom Punkt 304 bis
Punkt 306 sein. Am Punkt 306 kann die Kommunikation
mit dem Sektor 300A beendet werden, da die Mobileinheit
nicht mehr innerhalb der Abdeckfläche des Sektors 300A sich befindet.
Ohne die Hinzufügung
des Schrittes 5.1 würde
die Mobileinheit in einer weicheren Übergabe vom Punkt 302 zum
Punkt 306 sich befinden.
-
Das
erste Verfahren könnte
modifiziert werden, um ähnliche
Ergebnisse dadurch zu erreichen, dass man die Verzögerung auf
der Signalstärke
des Vorwärtsverbindungssignals,
gemessen an der Mobileinheit, basiert. Der modifizierte Schritt
5.1 würde wie
folgt sein:
- 5.1: Bestimme die Signalstärke des
Pilotsignals an der Mobileinheit von der Sektor Betaantenne. Pausiere
den Prozess bei diesem Schritt bis die Pilotsignalstärke eine
vorbestimmte Schwelle übersteigt.
-
Der
Transfer der Pilotsignalstärke
könnte
automatisch von der Mobileinheit gesendet werden, und zwar als Teil
der Benachrichtigung (notification) einer neuen Eingabe oder eines
neuen Eintritts in den Kandidaten Satz. Die Mobileinheit könnte die
Signalstärke
periodisch senden, oder aber die Mobileeinheit könnte auf eine Anforderung hinsichtlich
Signalstärke
von der Basisstation ansprechen. Die Mobileinheit könnte sich
der Schwelle bewusst sein und die Basisstation dann informieren,
wenn die Pilotsignalstärke
den vorbestimmten Pegel übersteigt.
-
Unabhängig davon,
welche Veränderung oder
Abwandlung des ersten Verfahrens angewandt wird, wird die Durchschnittssendeleistung
von jedem Sektor reduziert. Durch Verzögerung der Vorwärtsverbindungssendungen
zu dem Satz von Mobileinheiten, die im Abdeckbereich oder innerhalb
der Abdeckfläche
des ersten Sektors liegen, und die nicht tief in die Abdeckfläche des
zweiten Sektors eingedrungen sind, wird jede Mobileinheit einer
verminderten Interferenzgröße auf der
Vorwärtsverbindung ausgesetzt.
Es sei bemerkt, dass dieses Verfahren den weichen Handoff oder die
weiche Übergabe
nicht beeinflusst (weiche Übergabe
= Übergabe
zwischen zwei unabhängigen
Basisstationen).
-
Das
zweite Verfahren umfasst die Reduzierung der Leistung der Vorwärtsverbindungssendung. Die
ursprünglichen
Schritte 1 bis 9 würden
die gleichen bleiben. Zusätzliche
zwei Schritte würden
auf den Schritt 9 folgend hinzugefügt werden:
- 10:
Bestimme die Rückwärtssignalstärke, empfangen
durch jede Sektorantenne.
- 11: Reduziere die Sendeleistung des Vorwärtsverbindungssignals durch
eine vorbestimmte Größe von der
Sektorantenne mit dem schwächsten Rückwärtsverbindungssignal.
-
Alternativ
könnten
die gleichen Schritte, basierend auf der Vorwärtsverbindungssendeleistung wie
folgt ausgeführt
werden:
- 10: Bestimme die Vorwärtsverbindungssignalstärke, empfangen
von jedem Sektor an der Mobileinheit und liefere diese Information
an die Basisstation.
- 11: Reduziere die Leistung des übertragenen oder gesendeten
Vorwärtsverbindungssignals
um eine vorbestimmte Größe von der
Sektorantenne mit dem schwächsten
Vorwärtsverbindungssignal, gemessen
an der Mobileinheit.
-
Unabhängig davon,
welche Variation des zweiten Verfahrens verwendet wird, wird die
Durchschnittssendeleistung von jedem Sektor vermindert. Durch Reduzieren
oder Vermindern der Vorwärtsverbindungsübertragungen
zu einem Satz von Mobileinheiten, die in dem Abdeckbereich von zwei
Sektoren sich befinden, wird jede Mobileinheit in den zwei Sektoren
einer Verminderung der Interferenzgröße auf der Vorwärtsverbindung
ausgesetzt. Dieses Verfahren bewirkt wiederum keine weiche Übergabe
(soft handoff).
-
Es
gibt eine mögliche
ungünstige
Konsequenz dieses Verfahrens. Die Mobileeinheit kann Signale von
zwei Sektoren, basierend auf der Pilotsignalstärke von jedem der Sektoren
empfangen, an der Mobileinheit kombinieren. Daher nimmt die Mobileinheit
an, dass eine feste Beziehung besteht zwischen der Stärke des
Pilotsignals von einem Sektor und der Stärke des Informationssignals,
welches speziell für die
Mobileinheit vorgesehen ist. Wenn die Leistung des gesendeten oder übertragenen
Informationssignals vermindert wird, so wird das Kombinationsverhältnis durch
eine gewisse Größe ins Nichtgleichgewicht
gebracht. Dieses Nichtgleichgewicht veranlasst den Kombinationsprozess
mit nicht optimaler Performance zu arbeiten. Wenn das Reduktionsverhältnis klein
ist, beispielsweise dann, wenn die für die Mobileinheit vorgesehene
Leistung um ungefähr
3 dB reduziert wird, so kann dieser Effekt vernachlässigbar sein.
Dieses Problem könnte
dadurch beseitigt werden, dass man die Basisstation die Mobileinheit
informieren lässt
und zwar hinsichtlich der Beziehung zwischen der Pilotsignalstärke und
der Informationssignalstärke.
Die Mobileinheit könnte
auf diese Information ansprechen, und zwar durch geeignete Modifikation
des Kombinationsverhältnisses
(combiner ratio) um die Änderung
zu reflektieren.
-
Ein
drittes Verfahren fügt
neue Schritte 10 und 11 zu den ursprünglichen Schritten 1 bis 9
hinzu, und zwar wie folgt:
- 10: Überwache
das empfangene Rückwärtsverbindungssignal
an jeder Sektorantenne. Wenn das Rückwärtsverbindungssignal unter
eine Schwelle für
eine vorbestimmte Zeitperiode an einer Sektorantenne fällt, informiere
die Mobileinheit dahingehend, die Demodulation des Vorwärtsverbindungssignals
von der schwachen Sektorantenne zu stoppen.
- 11: Stoppe das Senden des Vorwärtsverbindungssignals zur Mobileinheit
von der schwachen Sektorantenne (der Antenne des schwachen Sektors).
- 12: Kehre zum Schritt 5 zurück.
-
Alternativ
könnten
die gleichen Schritte, basierend auf der Vorwärtsverbindungssendeleistung wie
folgt ausgeführt
werden:
- 10: Bestimme den Vorwärtsverbindungssignalstärkepegel
und zwar empfangen von jeder Sektorantenne an der Mobileinheit und
liefere diese Information an die Basisstation.
- 11: Wenn das Vorwärtsverbindungssignal
von einer Sektorantenne unter eine Schwelle für eine vorbestimmte Zeitperiode
abfällt,
informiere die Mobileinheit das Demodulieren des Vorwärtsverbindungssignals
von der schwachen Sektorantenne zu stoppen.
- 12: Stoppe die Sendung des Vorwärtsverbindungssignals von der
schwachen Sektorantenne.
-
Unabhängig davon
welche Variation des dritten Verfahrens verwendet wird, wird die
durchschnittliche Sendeleistung von einem Sektor vermindert. Durch
Beendigung der Vorwärtsverbindungssendungen
zu dem Satz von Mobileinheiten in dem Abdeckgebiet von zwei Sektoren
bevor die Signalstärke
eine Beendigung erforderlich machen würde, wird jede Mobileinheit
in beiden Sektoren einer Verminderung der Interferenz oder Störleistung
auf der Vorwärtsverbindung
ausgesetzt. Es sei Folgendes bemerkt: keine der Alternativen für das dritte
Verfahren erfordert, dass der schwache Sektor die Demodulation des Rückwärtsverbindungssignals
von der Mobileinheit beendet. Dieses Verfahren wiederum beeinflusst nicht
die weiche Übergabe.
-
Das
vierte Verfahren kann in einer Art und Weise ähnlich zu den ersten drei Verfahren
verwendet werden, und zwar um die Durchschnittssendeleistung von
einer Basisstation zu reduzieren. Der Vorteil des vierten Verfahrens
besteht darin, dass es in gleicher Weise für die weiche und weichere Übergabe
anwendbar ist. Um optimal zu funktionieren, muss eine Mobileinheit
eine erwünschte
oder Soll-Betriebsaggregatsignalstärke empfangen. Die Soll-Betriebsaggregatsignalstärke wird
berechnet als die Summe der Signalstärken jedes durch eine Mobileinheit
demodulierten Signals. Wenn mehr als die minimale Aggregatsignalstärke durch
eine Mobileinheit demoduliert wird, so verbessert die zusätzliche Leistung
die Verbindung nicht signifikant. Die zusätzliche Leistung oberhalb der
Aggregatsignalstärke (der
zusammengefassten Signalstärke)
bewirkt jedoch Interferenz mit anderen Mobileinheiten. Das vierte
Verfahren basiert auf der Eliminierung der zusätzlichen Signalstärke oberhalb
der Soll-Betriebsaggregatsignalstärke zu jeder Mobileinheit.
-
Der Übergabe-
oder Handoff-Prozess des vierten Verfahrens wird in den folgenden
Stufen oder Schritten zusammengefasst.
- 1: Die
Mobileinheit steht mit der Basisstation X durch die Sektor Alphaantenne
in Verbindung was bedeutet, dass die Basisstation X, Sektor Alpha, als
ein Glied des Aktiven Satzes identifiziert ist.
- 2: Die Mobileinheit überwacht
das Pilotsignal von der Basisstation Y, Sektor Betaantenne und Basisstation
Y, Sektor Beta als ein Glied des Nachbar Satzes (neighbor set) identifiziert
ist. Die Pilotsignalstärke
von der Basisstation Y, Sektor Betaantenne, übersteigt eine vorbestimmte
Schwelle.
- 3: Die Mobileinheit identifiziert die Basisstation Y, Sektor
Beta, als ein Glied des Kandidaten Satzes und informiert die Basisstation
X über
die Sektor Alphaantenne. Die Mobileinheit überträgt die Signalstärke, die
es von der Basisstation X, Sektor Alpha, Basisstation Y, Sektor
Beta und irgendwelchen anderen Basisstationen empfängt, mit
der Mobileinheit mit der sie in Verbindung steht.
- 4: Basisstation X leitet die Signalstärkeninformation zum Systemcontroller.
Der Systemcontroller summiert die Signalstärken in der Rang- oder Reihenfolge
zusammen, und zwar beginnend mit der größten Signalstärke bis
alle zusammen summiert sind, oder bis die Soll-Betriebsaggregatsignalstärke überschritten
ist.
- 5: Wenn die Basisstation Y, Sektor Beta, einer der Signalstärken verwendet
in der Summe entspricht, so bezeichnet oder designiert der Systemcontroller
einen neuen Aktiven Satz, der die Basisstation Y, Sektor Beta, aufweist.
- 6: Basisstation Y, Sektor Betaantenne, fängt an ein Vorwärtsverbindungssignal
zur Mobileinheit zu senden.
- 7: Basisstation X, durch die Sektor Alphaantenne, aktualisiert
den Aktiven Satz der Mobileinheit um die Basisstation Y, Sektor
Beta, zu identifizieren.
- 8: Die Mobileinheit errichtet eine Verbindung mit der Basisstation
Y, Sektor Betaantenne. Die Mobileinheit kombiniert die Signale von
der Basisstation X, Sektor Alphaantenne und der Basisstation Y,
Sektor Betaantenne.
- 9: Der Systemcontroller kombiniert oder selektiert zwischen
dem Signalempfang von der Basisstation X, Sektor Alpha, Basisstation
Y, Sektor Beta und irgendeiner anderen Basisstation, durch die Kommunikation
oder Nachrichtenübertragung
mit der Mobileinheit aufgebaut oder etabliert ist.
-
Auf
diese Weise wird eine neue Basisstation nur dem Aktiven Satz dann
hinzugefügt,
wenn dies erforderlich ist, um die Mobileinheit mit der gewünschten
oder Soll-Betriebsaggregatsignalstärke für optimale Performance zu versehen.
Wie dies bei den anderen Verfahren der Fall ist, kann die Rückwärtsver bindungsdemodulation
in jedem Sektor oder jeder Basisstation sich fortsetzen mit oder
ohne der Sendung der Vorwärtsverbindung.
-
Wenn
das vierte Verfahren, wie oben nummeriert, nicht die Basisstation
Y, Sektor Beta im Schritt 5 hinzufügt, so wird ein alternativer
Stimulus zusätzlich
zu dem angegebenen Schritt 2 benötigt, um
den Stimulus vorzusehen, und zwar zur Initiierung des Prozesses
am Schritt 3 oder in der Stufe 3. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
können mindestens
drei unterschiedliche Stimuli existieren. Als erstes informiert
die Mobileinheit die Basisstation immer dann, wenn die Signalstärke eines
Glieds oder Mitglieds des Kandidaten Satzes die Signalstärke von
irgendeinem Glied oder Mitglied des Aktiven Satzes übersteigt.
Nach Empfang einer derartigen Nachricht geht der Prozess mit Schritt
3 weiter. Auch kann die Mobileinheit wiederholt der Basisstation
eine Liste von Signalstärken
der Glieder oder Mitglieder des Aktiven Satzes senden, und zwar
als eine Leistungsmessberichtsnachricht (power measurement report message).
Wenn in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Gesamtaggregatleistung des Aktiven Satzes abnimmt, so wird die
Leistungsmessberichtnachricht öfters
gesandt. Wenn die Gesamtaggregatleistung unter eine Schwelle abfällt, kann
die Basisstation eine Kandidaten Satz und Aktiven Satz Signalstärkemessungsnachricht
anfordern, in der die Mobileinheit die Basisstation über die
Signalstärke jeder
Basisstation in den Aktiven und Kandidaten Sätzen informiert. Beim Empfang
einer derartigen Nachricht nimmt der Prozess den Schritt 4 auf.
Zusätzlich
kann die Basisstation einen Kandidaten- oder Aktiv-Satzsignalstärkemessungsnachricht
zu irgendeiner Zeit anfordern, und zwar infolge eines gewissen Stimulus
in der Basisstation, und der Prozess kann mit Schritt 4 weitergehen.
-
Wenn
bei Verwendung des vierten Verfahrens eine Mobileinheit in Kommunikation
mit einer ersten und einer zweiten Basisstation steht, und in die
Abdeckfläche
oder das Abdeckgebiet einer dritten Basisstation eintritt, so liefert
sie die Signalstärke empfangen
von jeder der drei Basisstationen an den Systemcontroller. Wenn
die Signalstärke
der neuen Basisstation die Signalstärke der einen oder der zwei Basisstationen
mit der die Verbindung hergestellt ist übersteigt, und die Kommunikation
durch zwei Basisstationen erforderlich ist, um die Mobileinheit
mit der gewünschten
Betriebsaggregatsignalstärke
zu versehen, so bezeichnet die nächste
Aktivsatz-Nachricht (active set message) vom Systemcontroller die größte der
zwei zuvor aktiven Basisstationen und die neue Basisstation, auf
welche Weise angezeigt wird, dass die Verbindung durch eine Basisstation
beendet und mit einer anderen vorgesehen werden soll, und zwar geschieht
dies unter Verwendung einer Nachricht (message). In den tatsächlichen
Implementierungen, müsste
die Signalstärke
der neuen Basisstation die Signalstärke der derzeit aktiven Basisstation um
eine vernünftige
Leitgröße (gating
amount) übersteigen.
Das System arbeitet dann am effizientesten, wenn das System die
Kommunikationen oder Nachrichtenübertragungen
zwischen den zwei Basisstationen nicht nach der Art eines "Ping-Pong" verarbeitet. Eine
vernünftige "Gating"-Größe wirkt
als Hysterese um die Ping-Pong-Situation zu vermeiden.
-
Es
gibt viele Abwandlungen oder Variationen des vierten Verfahrens.
Das obige Beispiel wurde hinsichtlich Sektoren unterschiedlicher
Basisstationen beschrieben. Das gleiche Verfahren ist auf Sektoren
einer gemeinsamen Basisstation und auf nicht sektorisierte Basisstationen
anwendbar. Die Funktionalität
der Basisstation und des Systemcontrollers könnte auf viele Arten unterteilt
werden. Ein analoges Verfahren kann auf einem Rückwärtsverbindungssignal, wie es
durch die Basisstationen erkannt wird, basieren, oder es kann auf
anderen Faktoren, wie beispielsweise den folgenden basieren: Signal-zu-Rauschverhältnis, Rahmenlöschrate
und Bitfehlerrate. Das vierte Verfahren kann in eleganter Weise
mit einem der ersten drei Verfahren gekoppelt werden.
-
Ein
analoges Verfahren könnte
verwendet werden, um eine Basisstation aus dem Aktiven Satz zu entfernen.
Das Entfernen einer Basisstation aus dem Aktiven Satz, wie es im
US-Patent Nr. 5,267,261 beschrieben ist, ist auch durch eine Mobileinheit
unterstützt.
Die Mobileinheit überwacht
die Signalstärke von
jeder Basisstation durch die die Kommunikation aufgebaut ist. Wenn
die Signalstärke
von einer Basisstation in dem Aktiven Satz unter eine Schwelle für eine gewisse
Zeitperiode abfällt,
so informiert die Mobileinheit die Basisstationen, über die
es in Nachrichtenverbindung oder Kommunikation steht, und mindestens
eine Basisstation spricht an, und zwar durch Senden eines neuen
Aktiven Satzes zur Mobileinheit, wobei dieser Satz nicht die Basisstation
entsprechend dem schwachen Signal umfasst.
-
Die
Anwendung der Prinzipien des vierten Verfahrens auf den Prozess
der Entfernung einer Basisstation aus dem Aktiven Satz wird in den
folgenden Schritten zusammengefasst:
- 1: Die
Mobileinheit steht in Verbindung mit der Basisstation X durch die
Sektor Alphaantenne und die Basisstation Y durch die Sektor Betaantenne, was
bedeutet, dass die Basisstation X, Sektor Alpha und die Basisstation
Y, Sektor Beta, als Mitglieder des Aktiven Satzes identifiziert
sind.
- 2: Die Mobileinheit überträgt die Signalstärke, die sie
von der Basisstation X, Sektor Alpha, Basisstation Y, Sektor Beta
und irgendwelchen anderen Basisstationen mit der die Mobileinheit
in Kommunikation steht.
- 3: Mindestens die Basisstation X leitet die Signalstärkeinformation
zum Systemcontroller. Der Systemcontroller summiert die Leistungspegel
in Rangordnung zusammen, und zwar beginnend mit der größten Signalstärke bis
alle miteinander summiert sind, und bis die gewünschte Soll-Betriebsaggregatsignalstärke überschritten
ist.
- 4: Wenn Basisstation Y, Sektor Beta nicht einer der in der Summe
verwendeten Signalstärken entspricht,
bezeichnet oder bestimmt der Systemcontroller einen neuen Aktiven
Satz, der die Basisstation Y, Sektor Beta nicht umfasst.
- 5: Mindestens Basisstation X, Sektor Alphaantenne schickt der
Mobileinheit den neuen Aktiven Satz.
- 6: Die Basisstation Y, Sektor Betaantenne, beendet die Übertragung
eines Vorwärtsverbindungssignals
zu der Mobileinheit.
-
Das
vierte Verfahren, wie es auf die Entfernung einer Basisstation angewandt
wird, kann auch in den gleichen drei Verschiedenheiten des Stimulus arbeiten,
wie es oben für
den Prozess des Hinzufügens
einer Basisstation beschrieben wurde. Beispielsweise gilt Folgendes:
selbst wenn die Signalstärke,
empfangen von der Basisstation Y, Sektor Beta gut oberhalb der Kommunikationsschwelle
verbleibt, kann es vorteilhaft sein, die Kommunikation durch die
Basisstation Y, Sektor Beta zu beenden, wenn die Mobileinheit hinreichend
Leistung von den anderen Basisstationen empfängt, mit denen sie in Kommunikation
steht. Jederzeit wird eine Liste der Signalstärken von Gliedern des Aktiven
Satzes von der Mobileinheit zur Basisstation gesandt, wobei der Entfernungsprozess
des vierten Verfahrens ausgeführt
werden kann. In dem effizientesten bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die Additions- oder Zuführungs-
und Entfernungsprozesse des vierten Verfahrens in einem effizienten
Prozess kombiniert.
-
Jedes
der vier definierten Verfahren kann mit einem oder mehreren der
anderen Verfahren kombiniert werden. Es gibt auch viele offensichtliche
Variationen der Ausführungsbeispiele
der Verfahren 1, 2, 3 und 4, einschließlich der einfachen Neuanordnung der
Schritte innerhalb jedes Verfahrens. Die Signalstärkemessungen,
vorgenommen durch die Mobileinheiten und die Basisstationen, könnten durch
andere Kriterien ersetzt werden, wie beispielsweise die folgenden:
Signal-zu-Rauschverhältnis,
Rahmenlöschrate
(frame erasure rate) und Bitfehlerrate (bit error rate). Das vorherige
Beispiel basiert auf der Verwendung eines Pilotsignals auf der Vorwärtsverbindung.
Signalstärkemessungen
könnten
die Messung der Signale unterschiedlich von einem Pilotsignal sein,
unabhängig
davon, ob das System ein Pilotsignal aufweist oder nicht.
-
Die
vorherige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wurde vorgesehen
um es jedem Fachmann zu ermöglichen,
die vorliegende Erfindung zu verwenden. Verschiedene Modifikationen dieser
Ausführungsbeispie le
ergeben sich dem Fachmann und die allgemeinen Prinzipien, die hier definiert
sind, können
bei anderen Ausführungsbeispielen
ohne erfinderisch tätig
zu werden, verwendet werden.