Beschreibung
Verfahren und Funk-Kommunikationssystem zur Synchronisation von Teilneh erstationen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Funk-Kommunika- tionssystem zur Synchronisation von Teilnehmerstationen, insbesondere ein Mobilfunksystem.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (beispielsweise Sprache, Bildmformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle übertragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Verbindung zwischen einer Basisstation und Teilneh er- Stationen, wobei die Teilnehmerstationen Mobilstationen oder ortsfeste Funkstationen sein können. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Tragerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukunftige Funk-Kommunikationssysteme, beispiels- weise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
Aus dem Dokument von der CATT „TD-SCDMA Radio Transmission Technology For IMT-2000Λ\ Draft V.O. , September 1998, insbesondere Seiten 11 und 14, (TD-SCDMA - Time Division Synchro- nous Code Division Multiple Access) ist ein nach einem TDD- Verfahren organisiertes Funk-Kommunikationssystem für die 3. Generation Mobilfunk bekannt. Die m diesem Dokument auf der Seite 11, Figur 4.1 angegebene Struktur der Funkschnittstelle weist einen Zeitrahmen mit darin angeordneten Zeitschlitzen auf, die wahlweise für eine Signalubertragung in Abwartsrichtung oder m Aufwartsrichtung verwendet werden können. Ein physikalischer Ubertragungskanal m dem ersten Zeitschlitz f r die Abwartsrichtung wird für die Übertragung eines allge-
meinen Signalisierungskanals (CCPCH - Pπmary Common Control
Physical Channel) und ein physikalischer Ubertragungskanal m dem ersten Zeitschlitz für die Aufwarts ichtung wird für ei¬ nen Zugriffssignalisierungskanal (PRACH - Physical Random Access Channel) verwendet. In jedem Zeitrahmen ist somit je¬ weils zumindest ein Zeitschlitz für die Abwartsrichtung und für die Aufwartsrichtung vorgesehen. Die weiteren Zeit- schlitze können abhangig vom Verkehrsaufkommen m der jeweiligen Ubertragungsrichtung flexibel zugewiesen werden.
Weiterhin ist auf der Seite 14, Kapitel 4.4, eine Schutzzeit (G2) zwischen den Zeitschlitzen für die Abwartsrichtung und für die Aufwartsrichtung angegeben, die eine Synchronisation der Sendeeinrichtung einer Teilnehmerstation, die einen Ver- bmdungsaufbauversuch unternimmt, mit der Basisstation ermöglicht. Diese Schutzzeit ermöglicht durch eine verlängerte Verarbeitungszeit eine größere maximale Distanz zwischen der Basisstation und den Teilnehmerstationen. Eine weitere Schutzzeit (Gl) vor dem ersten Zeitschlitz f r die Ab- wartsrichtung wird für eine Transition zwischen dem Empfangsfall und dem Sendefall in der Basisstation verwendet.
Dieses Funk-Kommunikationssystem basiert auf einer Synchronisation der empfangenen Signale von mehreren Teilnehmerstati- onen m der Basisstation, um die orthogonalen Eigenschaften der Spreizkodes (CDMA-Kodes) sicherzustellen und eine auftretende Interferenz zwischen mehreren benachbarten physikalischen Ubertragungskanalen m den Zeitschlitzen für die Aufwartsrichtung zu verringern. Da die Kapazität eines CDMA- Funk-Ko mumkationssystems hauptsachlich durch die Interferenz zwischen benachbarten Kanälen beschrankt wird, wird unter anderem m dem bekannten CDMA-MobilfunkSystem IS-95 eine schnelle Sendeleistungsregelung für die Aufwartsrichtung zur Begrenzung der Interferenz eingesetzt. Von einer derarti- gen schnellen Sendeleistungsregelung kann bei dem beschriebe-
nen TD-SCDMA-System aufgrund der Synchronitat vorteilhaft ab¬ gesehen werden, ohne daß eine Degradierung der Systemkapazi- tat auftritt. Gleichwohl werden hohe Anforderungen an den synchronisierten Empfang der Teilnehmersignale am Ort der Basisstation gestellt. Hierzu müssen die Teilnehmerstationen eine genaue Kenntnis über ihre jeweilige Entfernung zu der Basisstation und ber die Zeitstruktur der Basisstation besitzen. Voraussetzung ist weiterhin, daß alle Basisstationen miteinander synchronisiert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Funk-Kommunikationssystem anzugeben, die basierend auf einem Funk-Kommunikationssystem mit einem TDD-Verfahren eine Sychronisation des Empfangs von Teilneh ersignalen am Ort der Basisstation ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 und durch das Funk-Kommunikationssystem mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 16 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen abhangigen Ansprüchen zu entnehmen.
Erfmdungsgemaß wird m einem Funk-Ko munikationssystem, das eine gemäß einem TDD-Verfahren organisierte Funkschnittstelle mit mehreren, jeweils einen Zeitrahmen bildenden Zeitschlitzen nutzt, wobei die Übertragung in Abwartsrichtung von einer Basisstation zu Teilnehmerstationen und m Aufwartsrichtung von den Teilnehmerstationen zu der Basisstation zeitlich getrennt m einem gleichen Frequenzband erfolgt, vor oder nach einem letzten Zeitschlitz für die Abwartsrichtung von der Basisstation zumindest eine erste Synchronisationssequenz zu den Teilnehmerstationen gesendet, und von den Teilnehmer- Stationen die erste Synchronisationssequenz für eine Synchronisation berücksichtigt.
Die erste Synchronisationssequenz kann dabei m einem speziell m dem Zeitrahmen vorgesehenen ersten Zeitfeld von der Basis¬ station gesendet werden.
Diese erfmdungsgemaße Anordnung des Sendens einer ersten Syn- chronisationssequenz m Abwartsrichtung m dem Zeitrahmen besitzt gegenüber einer beispielhaften Anordnung zu Beginn des Zeitrahmens den Vorteil, daß die Synchronisationssequenz keinen negativen Einfluß auf den Empfang von Signalen m den nachfolgenden Zeitschlitzen für die Abwartsrichtung hat. Wird beispielsweise von benachbarten Basisstationen parallel jeweils eine erste Synchronisationssequenz gesendet, werden diese abhangig von einer jeweiligen Entfernung der Basisstationen zu der empfangenden Teilneh erstation mit einer unter- schiedlichen Verzögerung empfangen und können sich gegebenenfalls mit m dem ersten Zeitschlitz für die Abwartsrichtung gesendeten Signalen überlagern, was zu einer erhöhten Interferenz fuhrt und die Empfangsqualltat verringert. Um diese Degradierung der Empfangsqualltat auszugleichen, mußte die erste Synchronisationssequenz beispielsweise m einem Jomt-Detec- tion-Algorithmus berücksichtigt werden, was nachteilig eine erhöhte Komplexität der Teilnehmerstation erforderlich macht.
Eine einen Verbindungsaufbauversuch ausfuhrende Teilnehmersta- tion nutzt diese erste Synchronisationssequenz, die beispielsweise eine m der Teilnehmerstation bekannte Symbolfolge aufweist und mit einer erhöhten Sendeleistung gesendet wird, um das Ende der m Abwartsrichtung gesendeten Zeitschlitze bzw. den Beginn des ersten Zeitschlitzes m Aufwartsrichtung zu ermitteln. Weiterhin kann diese Sequenz für die Auswahl einer geeigneten Basisstation für einen Verbindungsaufbau verwendet werden. Da in diesem ersten Zeitfeld keine weitere Signaluber- tragung stattfindet, wird hierdurch eine schnelle Synchronisation der Teilnehmerstation erzielt. Gleichzeitig kann die Teilnehmerstation eine erste Abschätzung hinsichtlich der Ent-
fernung zu der Basisstation aus dem Verhältnis zwischen der
Sendeleistung und der Empfangsstarke durchfuhren, wenn der Teilnehmerstation die Sendeleistung, mit der die erste Synchronisationssequenz von der Basisstation gesendet wird, be- kannt ist. Von den weiteren Teilnehmerstationen, die sich ebenfalls m einem Funkversorgungsbereich der Basisstation oder einer benachbarten Basisstation befinden, wird diese Sequenz m gleicher Weise für eine Synchronisation auf die Zeitstruktur der Basisstation sowie beispielsweise für eine Verbmdungsubergabeprozedur (Handover) verwendet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die erste Synchronisationssequenz auch vor dem letzten Zeitschlitz für die Abwartsrichtung angeordnet werden. Vorteilhaft kann hierdurch in gleicher Weise beispielsweise die Position des ersten Zeitschlitzes für die Aufwartsrichtung innerhalb des Zeitrahmens von der Teilnehmerstation ermittelt werden. Vorteilhaft wird durch diese Anordnung der ersten Synchronisationssequenz in dem Zeitrahmen ermöglicht, daß eine Teilneh- merstation, die sich beispielsweise an der Funkzellgrenze befindet und einen Ubertragungskanal m dem ersten Zeitschlitz für die Aufwartsrichtung zugewiesen bekommen hat, in der Lage ist, weitere erste Synchronisationssequenzen von benachbarten Basisstationen zu empfangen und auszuwerten, bevor sie selbst mit dem Senden in Aufwartsrichtung beginnt. Da die ersten Synchronisationssequenzen der weiteren Basisstationen gegebenenfalls mit einer größeren zeitlichen Verzögerung von der Teilnehmerstation empfangen werden, diese jedoch in der Teilnehmerstation bezuglich einer möglichen Verbmdungsubergabe aus- gewertet werden müssen, steht der Teilnehmerstation ein größeres Zeitfeld zum Empfangen der ersten Synchronisationssequenzen zur Verfugung. Das beschriebene Problem kann alternativ hierzu dadurch gelost werden, daß die Teilnehmerstation einen Interzell-Handover für die Signalubertragung m Aufwartsrich- tung anregt, bei dem ein bzw. mehrere Ubertragungskanale m
einem anderen Zeitschlitz für die Aufwartsrichtung zugewiesen werden. Diese Losung erfordert jedoch nacnteilig einen größe¬ ren Signalisierungsaufwand sowie eine unter Umstanden nicht akzeptable zeitliche Verzögerung.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung wird vor und/oder nach der ersten Synchromsationssequenz resp. dem ersten Zeitfeld eine erste Schutzzeit vorgesehen. Durch dieses zusätzliche signalfreie Zeitfeld wird sichergestellt, daß eine Teilnehmerstation, die Signale m dem vorangehenden bzw. nachfolgenden Zeitschlitz für die Abwartsrichtung empfangt, die erste Synchronisationssequenz nicht für die Detektion berücksichtigen muß resp. die erste Synchronisationssequenz keinen negativen Einfluß auf die Empfangsqualltat hat. Dieser Fall kann beispielsweise bei einer Verarbeitung einer außergewöhnlich langen Kanalimpulsantwort in der Teilnehmerstation und einer dadurch möglichen zeitlichen Überschneidung von mehreren Signalen auftreten.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den Zeitschlitzen für die Abwarts- und Aufwartsrichtung eine Separationszeit vorgesehen. Diese Separationszeit beinhaltet keine Informationen und dient der Basisstation f r eine Transition vom Sende- zum Empfangsfall. Gleichzeitig wird die Se- parationszeit von der einen Verbindungsaufbauversuch ausfuhrenden Teilnehmerstation genutzt, da diese noch keine genauen Kenntnis über die Entfernung zu der Basisstation und der notwendigen Vorhaltzeit besitzt, um ein synchrones Eintreffen der gesendeten Signale am Ort der Basisstation sicherzustellen. Weiterhin ermöglicht die Separationszeit Teilnehmerstationen, die sich in einer großen Distanz zu der Basisstation befinden, ein vorzeitiges Senden von Signalen m Aufwartsrichtung im Vergleich zu Teilnehmerstationen mit einer geringeren Distanz. Die Lange der Separationszeit entspricht beispielsweise einer doppelten maximalen Signallaufzeit zuzuglich einer gesamten
internen Verarbeitungszeit. Diese Lange bestimmt gleichzeitig den maximalen Radius der Funkzelle der Basisstation. Seitens der Basisstation wird die Separationszeit konstant gehalten, währenddessen die Separationszeit seitens der Teilnehmersta- tionen individuell um die spezifische Vorhaltzelt f r das vorzeitige Senden verkürzt wird.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird von der den Verbindungsaufbauversuch ausfuhrenden Teilnehmerstation ein Verbindungsaufbauwunsch in einem Zugriffssignalisierungs- kanal m einem ersten Zeitschlitz für die Aufwartsrichtung zu der Basisstation signalisiert. Dieser Zugriffssignalisierungs- kanal kann beispielsweise in einem spezifischen fest allokier- ten Ubertragungskanal des ersten Zeltschlitzes angeordnet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorangehenden Weiterbildung wird von der Teilnehmerstation zumindest eine zweite Synchronisationssequenz vor dem ersten Zeitschlitz für die Aufwartsrichtung gesendet. Hierf r kann ein spezifisches zweites Zeitfeld vorgesehen werden oder die zweite Synchronisationssequenz wird m der Separationszeit gesendet. Einer weiteren Ausgestaltung zufolge ist nach der zweiten Synchronisationssequenz bzw. nach dem zweiten Zeitfeld eine zweite Schutzzeit vorgesehen.
Die zweite Synchronisationssequenz wird m der Basisstation für eine Synchronisation auf die Zeitstruktur der Teilnehmer- Station verwendet. Bei einer Teilnehmerseparierung gemäß einem CDMA-Verfahren fuhrt die Basisstation beispielsweise eine Ent- spreizung der von der Teilnehmerstation in dem Zugriffssigna- lisierungskanal gesendeten Informationen bezuglich des Verbindungsaufbauwunsches durch, wobei die Signale mit den bekannten Spreizkodes korreliert werden und hierdurch der von der Teilnehmerstation verwendete Spreizkode ermittelt werden kann. Ist die Basisstation nachfolgend in der Lage, die Informationen
der Teilnehmerstation auszuwerten, so signalisiert sie der Teilnehmerstation m einem nachfolgenden Zeitschlitz für die Abwartsrichtung beispielsweise Informationen bezuglich eines zu verwendenden Dienstekanals bzw. eines direkt zugewiesenen Ubertragungskanals, einer genauen Adjustierung der Synchronisation sowie einer Anpassung der Sendeleistung. Die Zuweisung eines Kanals kann vorteilhaft erfolgen, m dem die Basisstation jeweils den Zeitschlitz relativ zu der ersten Synchronisationssequenz angibt. Hierdurch ist m der Teilnehmerstation keine Kenntnis ber beispielsweise den Zeitrahmenbegmn erforderlich, da alle Angabe relativ zu der Position der ersten Synchronisationssequenz gemacht werden.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung wird in den Zeitschlitzen für die Aufwartsrichtung von den Teilnehmerstationen jeweils eine dritte Synchronisationssequenz gesendet, die der Basisstation beispielsweise für eine Schätzung der erforderlichen Vorhaltzeit verwendet wird. Hierfür wird ein spezifisches drittes Zeitfeld den Zeitschlitzen vorgesehen, das beispielsweise den Beginn des jeweiligen Zeitschlitzes darstellt. Die dritte Synchronisationssequenz wird nur von jeweils einer Teilnehmerstation einem Zeitschlitz gesendet, so daß die Basisstation m jedem Zeitschlitz nur eine dritte Sequenz auswerten muß. Die Teilnehmerstationen senden bei- spielsweise sukzessiv von Zeitrahmen zu Zeitrahmen jeweils die dritte Synchronisationssequenz. In dem Zugriffssignalisie- rungskanal, der wie oben beschrieben in dem ersten Zeitschlitz für die Aufwartsrichtung angeordnet ist, kann beispielsweise auf das dritte Zeitfeld verzichtet werden, da dieser Kanal nur für einen Verbindungsaufbau genutzt und nicht dauerhaft einer Verbindung zugewiesen wird.
Die zweite Schutzzeit zwischen dem Senden der zweiten Synchro- nisationssequenz und dem Beginn des ersten Zeitschlitzes für Aufwartsrichtung mit dem dritten Zeitfeld für die dritte Syn-
chronisationssequenz stellt sicher, daß keine nachteilige In¬ terferenz zwischen den Signalen der Sequenzen am Ort der Basisstation auftritt. Dieser Fall kann beispielsweise auftre¬ ten, wenn die Teilnehmerstation eine geringere als die reale Distanz zu der Basisstation schätzt und die zweite Syncnroni- sationssequenz mit einer nicht ausreichenden Vorhaltzelt sen¬ det, wodurch die Kanalimpulsantwort der zweiten Synchronisati¬ onssequenz nachteilig zeitlich m den ersten Zeitschlitz für Aufwartsrichtung hineinragt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird von der Basisstation zumindest ein allgemeiner Signalisierungskanal m dem jeweils letzten Zeitschlitz für die Abwartsrichtung gesendet. Hierdurch ist vorteilhaft die Position dieses allgemeinen Signalisierungskanals eindeutig bez glich der ersten Synchronisationssequenz definiert, unabhängig von einer aktuellen Anzahl für die Abwartsrichtung verwendeter Zeitschlitze, so daß die Teilnehmerstation schnell auf diesen allgemeinen Signalisierungskanal zugreifen kann. In dem allgemeinen Signali- sierungskanal kann neben allgemeinen Informationen bezüglich des Systems, der verwendeten Spreizkodes usw. auch eine Angabe der aktuellen Konfiguration der verwendeten Zeitschlitze für die Abwarts- und Aufwartsrichtung enthalten sein, so daß die Teilnehmerstation den Beginn eines Zeitrahmens ermitteln kann.
Für den Fall, daß das Funk-Kommunikationssystem derart ausgestaltet ist, daß die Zeitrahmen benachbarter Basisstationen eine jeweils unterschiedliche Konfiguration der Anzahl von Zeitschlitzen für die Abwarts- und Aufwartsrichtung aufweisen können, können die ersten Synchronisationssequenzen der umliegenden Basisstationen von der Teilnehmerstation empfangen werden. Relativ zu dieser ersten Synchronisationssequenz kann die Teilnehmerstation unmittelbar die Positionen der Separations- zeit, des ersten Zeitschlitzes für die Aufwartsrichtung sowie
den allgemeinen Signalisierungskanal bestimmen, da diese Konfiguration dem gesamten Netzwerk identisch ist.
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie- genden Zeichnungen naher erläutert.
Dabei zeigen
FIG 1 ein Blockschaltbild eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksystems,
FIG 2 eine schematische Darstellung einer erfmdungsgemaßen
TDD-Funkschnittstelle, und FIG 3 ein Ablaufdiagramm eines erf dungsgemaßen Verfahrens bei einem Verb dungsaufbau.
Das m der FIG 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystem besteht aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Wei- terhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNC zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Jede dieser Einrichtungen RNC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS . Eine solche Basisstation BS kann über eine Funk- schnittsteile eine Verbindung zu weiteren Funkstationen, z.B. Mobilstationen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeraten aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle gebildet. Die Große der Funkzelle wird m der Regel durch die Reichweite des allgemeinen Organisations- kanals BCCH, der von den Basisstationen BS mit einer jeweils maximalen Sendeleistung gesendet wird, bestimmt. Bei einer Sektorisierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden pro Basisstation BS auch mehrere Funkzellen versorgt. Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile da-
von. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-
Kommunikationssyste e übertragbar, denen die Erfindung zum
Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß .
Die Rahmenstruktur der Funkubertragung im TDD-Modus ist aus der FIG 2 ersichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente (time di- vision multiple access) ist eine Aufteilung eines breitbandi- gen Frequenzbereichs m mehrere Zeitschlitze ts gleicher 0 Zeitdauer, beispielsweise 10 Zeitscnlitze tsO bis ts9 vorgesehen, die einen Zeitrahmen fr bilden. Ein Frequenzband B erstreckt sich über einen bestimmten Frequenzbereich. Ein Teil der Zeitschlitze wird Abwartsrichtung DL und ein Teil der Zeitschlitze wird in Aufwartsrichtung UL benutzt. Beispiel- haft ist ein Asymmetrieverhaltnis von 3:2 zugunsten der Abwartsrichtung DL gezeigt. Bei diesem TDD-Ubertragungsverfahren entspricht das Frequenzband B für die Aufwartsrichtung UL dem Frequenzband B für die Abwartsrichtung DL. Gleiches wiederholt sich für weitere Tragerfrequenzen. Durch die variable Zuordnung der Zeitschlitze ts für Auf- oder Abwartsrichtung
UL, DL können vielfaltige asymmetrische Ressourcenzuteilungen vorgenommen werden.
Innerhalb der Zeitschlitze werden Informationen mehrerer Ver- bmdungen m Funkblocken übertragen. Die Daten d sind verbindungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Spreizkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbindungen durch diese CDMA-Komponente (code division multiple access) separierbar sind. Die Spreizung von einzelnen Symbo- len der Daten d bewirkt, daß innerhalb der Symboldauer tsym Q
Chips der Dauer tchιp übertragen werden. Die Q Chips bilden dabei den verbmdungsmdividuellen Spreizkode c.
Die verwendeten Parameter der Funkschnittstelle f r den TDD-
Modus sind vorteilhafterweise :
Chiprate: 2*1.1136Mcps
Rahmendauer: 5 ms Anzahl Zeitschlitze: 10
Dauer eines Zeitschlitzes: 500 μs
Symbole pro Zeitschlitz: 40,5
Spreizfaktor: variabel, ax . 16
Modulationsart: DQPSK oder 16QAM Bandbreite: 1,4 MHz
Frequenzwiederholungswert: 1
Zwischen den Zeitschlitzen für die Abwarts- DL und für die Aufwartsrichtung UL ist ein Umschaltpunkt SP vorgesehen, den die Teilnehmerstationen MS bzw. die Basisstation BS für die Transition zwischen Empfangsfall und Sendefall bzw. umgekehrt nutzen. Der Zeitraum um den Umschaltpunkt ist unterhalb des allgemeinen Strukturbilds der Funkschnittstelle beispielhaft dargestellt. Hierbei sind alle erfmdungsgemaßen Ausgestal- tungen angegeben. Die nachfolgenden Angaben bezüglich der Parameter und der jeweiligen Anzahl Symbole sind Beispiele, die m der technischen Realisierung spezifischen Bedingungen oder hinsichtlich einer Harmonisierung mit weiteren Systemen angepaßt werden können.
Aufgezeigt ist jeweils beispielhaft der Fall, daß sowohl der allgemeine Signalisierungskanal BCCH (Broadcast Control Channel) sowie der Zugriffssignalisierungskanal RÄCH (Random Access Channel), die m ihrer Grundstruktur bereits aus dem bekannten GSM-Mobilfunksystem bekannt sind, jeweils einen gleichen Spreizkode c, beispielsweise den Spreizkode 0, in dem letzten Zeitschlitz ts für die Abwartsrichtung DL bzw. m dem ersten Zeitschlitz ts für die Aufwartsrichtung UL nutzen. Die beiden Zeitschlitze ts sind der FIG 2 nur als Aus- schnitt angegeben, die allgemeine Struktur eines Zeitschlit-
zes für die Aufwartsrichtung UL ist dem unteren Bereich der FIG 2 offenbart.
In dem ersten Beispiel des Umfeldes des Umschaltpunktes SP ist zwischen dem letzten Zeitschlitz ts für die Abwartsrich¬ tung DL und dem ersten Zeitschlitz ts für die Aufwartsrichtung UL eine Separationszeit g von 12 Symbolen vorgesehen. Zeitlich vor der Separationszeit g ist ein erstes Zeitfeld zfl mit 4 Symbolen vorgesehen, das die Basisstation BS zum Senden einer ersten Synchronisationssequenz syncl nutzt. Um eine Interferenz zwischen m dem letzten Zeitschlitz ts für die Abwartsrichtung DL gesendeten Signalen und der ersten Synchronisationssequenz syncl zu vermeiden, ist dem ersten Zeitfeld zfl eine erste Schutzzeit gpl von 2 Symbolen vorge- schaltet. Zeitlich nach der Separationszeit g ist ein zweites Zeitfeld zf2 von 3 Symbolen vorgesehen, das von einer einen Verbindungsaufbauversuch unternehmenden Teilnehmerstation MS zur Signalisierung eines Verbindungsaufbauwunsches genutzt wird. Hierbei kann das zweite Zeitfeld zf2 alternativ auch m die Separationszeit g integriert werden. Wiederum zur Vermeidung von Interferenzstorungen am Ort der Basisstation BS, beispielsweise aufgrund einer zu großen Ubertragungsverzoge- rung, kann nach dem zweiten Zeitfeld zf2 eine zweite Schutzzeit gp2 von 2 Symbolen vorgesehen werden. In dem ersten Zeitschlitz ts sowie in allen weiteren Zeitschlitzen ts für die Aufwartsrichtung UL ist ein drittes Zeitfeld zf3 von 2 Symbolen vorgesehen, das von den Teilnehmerstationen MS abwechselnd für eine Signalisierung einer dritten Synchronisationssequenz sync genutzt wird. Die dritte Synchronisations- sequenz sync3 wird von der Basisstation BS für die Regelung der Vorhaltzeit verwendet.
In dem zweiten Beispiel ist das erste Zeitfeld zfl zeitlich vor dem letzten Zeitschlitz ts für die Abwartsrichtung DL an- geordnet, das beispielsweise von jeweils einer ersten Schutz-
zeit gpl umrahmt ist, um eine Interferenzbeeinflussung mit den umliegenden Zeitschlitzen ts zu vermeiden. Die Separati¬ onszeit g folgt bei diesem Beispiel unmittelbar dem letzten Zeitschlitz ts für die Abwartsrichtung DL.
Die Struktur eines Zeitschlitzes ts für die Aufwartsrichtung UL weist neben dem beschriebenen dritten Zeitfeld zf3 für die dritte Synchronisationssequenz sync3 zwei Datenblocke mit jeweils 16 Symbolen sowie eine Trainingssequenz tseq mit einer Lange von 8 m der Basisstation BS bekannten Symbolen auf, die für eine Kanalschatzung verwendet werden. Abgeschlossen wird der Zeitschlitz ts mit einer dritten Schutzzeit gp3 von 0,5 Symbolen zur Kompensation unterschiedlicher Signallauf- zeiten der Verbindungen m aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen ts. Ein Zeitschlitz ts für die Abwartsrichtung DL entspricht bis auf das dritte Zeitfeld zf3 dieser Struktur, wobei die aufgrund des Fehlens des dritten Zeitfeldes zf3 nicht verwendeten Symbole beispielsweise zusätzlich für die Datenübertragung oder für eine Verlängerung der Trainingssequenz tseq verwendet werden können.
In der FIG 3 ist ein Ablaufdiagramm des erfmdungsgemaßen Verfahrens angegeben, bei dem beispielhaft ein Verbindungsaufbauversuch von einer Teilnehmerstation MS durchgeführt wird.
Die Basisstation BS sendet periodisch einen allgemeinen Sig- nalisierungskanal BCCH sowie eine erste Synchronisationssequenz syncl m Abwartsrichtung DL entsprechend der in der FIG 2 beschriebenen Struktur. Sowohl der allgemeine Signalisie- rungskanal BCCH als auch die erste Synchronisationssequenz syncl werden mit einer erhöhten Sendeleistung gegenüber normalen Verkehrsverbindungen gesendet, um auch Teilnehmerstation MS m einer großen Entfernung von der Basisstation BS,
beispielsweise am Funkzellenrand, eine ausreichende Empfangs- qualitat zu gewährleisten.
Von der Teilnehmerstation MS, die noch keine Kommunikations- Verbindung über die Basisstation BS unterhalt, wird die erste Synchronisationssequenz syncl m dem Zeitrahmen fr ermittelt, da deren Symbolfolge der Teilnehmerstation MS per se bekannt ist, und mittels der Sequenz syncl eine erste Synchronisation auf die Zeitstruktur der Basisstation BS durchgeführt. Da der Teilnehmerstation MS die Entfernung zu der Basisstation BS und somit die Signallaufzeit nicht bekannt ist, fuhrt sie weiterhin eine grobe Abschätzung der aktuellen Distanz anhand beispielsweise der Empfangsstarke der ersten Synchronisationssequenz syncl durch. Aufgrund der m der FIG 2 dargestell- ten festen Positionen der Separationszeit g, des allgemeinen Signalisierungskanals BCCH sowie des Zugriffssignalisierungs- kanals RÄCH relativ zu der ersten Synchronisationssequenz syncl kann die Teilnehmerstation MS beispielsweise unmittelbar die Position des allgemeinen Signalisierungskanals BCCH ermitteln und dessen Informationen auswerten.
Unabhängig von anderen Betrachtungen des Verfahrens ist es vorteilhaft, folgende Überlegungen bei der Berechnung einer Vorhaltzeit für einen Erstzugriff der Teilnehmerstation MS im Zugriffssignalisierungskanals RÄCH zu berücksichtigen.
Ein statistisches Berechnungsmodell sollte neben der Empfangsstarke auch einen Vergleich von Empfangsleistung und/oder Empfangszeitpunkten von Signalen mehrerer Basissta- tionen (ist der Empfangszeitpunkt - Zeitrahmenbegmn - von Signalen zweier Basisstation gleich, so befindet sich die Teilnehmerstation wahrscheinlich am Zellrand) , die zuvor benutzten Vorhaltzeiten (z.B. bei vorherigen Verbindungen oder vorherigen Aussendungen innerhalb einer Paketdatenverbm- düng) , einen Trend der Entwicklung der Vorhaltzelten von vor-
herigen Verbindungen zur gleichen Basisstation, die Zellgroße, eine Pfaddampfung der Funkschnittstelle, die Position der Teilnehmerstation innerhalb einer Funkzelle und eine ge- schatze Kanalimpulsantwort (Signalstarke und Zeitpunkt) der Aussendungen der Basisstation in der Teilnehmerstation berücksichtigen. Generell laßt sich die Vorhaltzeit nach TA = 2*s/c berechnen, wobei s die geschätzte Entfernung (oder der Hauptsignalpfad) von der Basisstation BS und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Je genauer die Schätzung für s, um so ge- nauer auch die Vorhaltzeitbestimmung.
Die Berechnung der initialen Vorhaltzeit wird häufig mit einer gewissen Unsicherheit belastet sein. Es ist jedoch vorteilhaft, bei großer Unsicherheit eine Vorhaltzeit zu bevor- zugen, die eine geringe Kollisionswahrschemlichkeit hervorruft. Für einen Erstzugriff sollte eine Vorhaltzeit mit geringer Kollisionswahrschemlichkeit im Vergleich zu wiederholten Aussendungen für eine Paketdatenubertragung gewählt werden. Die Kollisionswahrschemlichkeit ist ein Abbild für die Wahrscheinlichkeit, daß auch andere Teilnehmerstationen MS im Zugriffssignalisierungskanals RÄCH senden und bei der empfangenden Basisstation BS sich die Aussendungen überlagern. Die Kollisionen können durch Aussendungen m anderen Zeitschlitzen ts hervorgerufen werden. Durch die Wahl unter- schiedlicher zweiter Synchronisationssequenzen sync2, einem mehrfachen Senden pro Zeitschlitz und einer Sendeleistung, die bei der empfangenden Basisstation BS zu größeren Emp- fangsleistungsunterschieden fuhrt (Capture Effect) , kann die Kollisionswahrschemlichkeit verringert werden. Doch auch der Sendezeitpunkt und damit die gewählte Vorhaltzeit spielt eine entscheidende Rolle.
Da die zweiten Synchronisationssequenzen sync2 im Vergleich zur Zeitschlitzlange eher kurz sind, stehen mitunter für die Teilnehmerstation MS eine große Auswahl akzeptabler Vorhalt-
zelten zur Auswahl. Dann sollte eine Vorhaltzeit gewählt werden, die anderen Teilnehmerstationen wahrscheinlich nicht zuganglich ist. Bei Paketdatendiensten mit mehreren zeitlich in einem Zeitschlitz separierten Sequenzen kann eine von ehre- ren Vorhaltzelten TA von der Basisstation BS zugewiesen werden. Auch die Distanz der Teilnehmerstation MS zur Basisstation spielt eine Rolle. Eine Teilnehmerstation MS am Funkzellrand hat einen begrenzten Spielraum, da eine zu große Vorhaltzeit evtl. zu einem Senden der Teilnehmerstation MS bereits zu einem Zeitpunkt fuhrt, zu dem Teilnehmerstationen MS noch Aussendungen der Basisstation BS empfangen wollen. Dagegen hat eine Teilnehmerstation MS in der Zellmitte einige Vorhaltzeitwerte zu Auswahl.
Fall 1: Die Teilnehmerstation MS ist m der Zellmitte.
Wird TA = 0 eingestellt, so wird die Synchronisationssequenz sync2 am Ende der Separationszeit g empfangen. Wird TA = max eingestellt, so wird die zweite Synchronisationssequenz sync2 zu Beginn der Separationszeit g empfangen. Es sind jeweils kaum Kollisionen zu erwarten. Ein Schatzfehler spielt kaum eine Rolle, da bei 100 m Entfernung von der Basisstation BS und einen Fehler durch log normal fading von 10 dB die geschätzte Entfernung gleich 316 m betragt.
Fall 2: Die Teilnehmerstation MS hat einen Maximalabstand zur Basisstation BS .
Falls die Teilnehmerstation MS eine Distanz kleiner 20 km (maximaler Zellradius) schätzt, so kollidiert die zweite Synchronisationssequenz sync2 mit den Aussendungen des ersten Zeitschlitzes ts für die Aufwartsrichtung UL. Ein TA = max fuhrt zu einem Empfang am Ende der Separationszeit g. Dieser Wert der Vorhaltzeit (TA = max) ist somit sehr sicher bezug- lieh der Kollisionen. Wird eine Entfernung zwischen 20 und 40
km geschätzt, dann sind Kollisionen mit Signalen von Teilneh¬ merstationen MS m Abwartsrichtung DL m der nahen Umgebung möglich. Falls dies nicht gewünscht ist, so kann der maximal erlaubte Wert für die Vorhaltzeit TA mit dem Wert für 20 km festgelegt werden. Schatzfehler haben einen größeren Einfluß. Ist die Entfernung 20 km und der Fehler durch log normal fa- dmg 10 dB so ist die geschätzte Entfernung 63 km. Dieser Fehler ist nicht mehr vernachlassigbar .
Nach einer positiven Entscheidung über die Auswahl der Basisstation BS - die Teilnehmerstation MS wählt m der Regel die Basisstation BS aus, deren erste Synchronisationssequenz syncl sie mit der größten Empfangsstarke empfangt - und den Verbindungsaufbau sendet die Teilnehmerstation MS unter Kenntnis der Position des zweiten Zeitfeldes zf2 eine zweite Synchronisationssequenz sync2 zu der Basisstation BS . Hierbei verwendet sie die grob ermittelte Entfernung zu der Basisstation BS, um eine ausreichende Vorhaltzeit (Timmg Advance) einzustellen. Nachfolgend sendet sie m dem Zugriffssignali- sierungskanal RÄCH Signale über den Verbmdungsaufbauwunsch zu der Basisstation BS . Die Basisstation BS erkennt anhand der zweiten Synchronisationssequenz sync2, daß eine Teilnehmerstation MS einen Verbindungsaufbauversuch unternimmt und nutzt die Sequenz sync2, um sich auf diese zu synchronisieren und anschließend den RÄCH auszuwerten. Ist die Basisstation BS der Lage, den Inhalt des RÄCH auszuwerten und einen Ubertragungskanal zuzuweisen, so signalisiert sie dieses mittels einer speziellen Bestatigungssignalisierung zu der Teilnehmerstation MS. Die Bestatigungssignalisierung kann bei- spielsweise Angaben über jeweils Aufwärts- UL und Abwartsrichtung DL zu verwendende Zeitschlitze ts und Spreizkodes c, sowie Angaben bezüglich einer genaueren Synchronisierung und Sendeleistungsregelung umfassen, oder auf einen speziellen Dienstekanal verweisen, auf dem ein weiterer Sig- nalisierungsaustausch für den Verbmdungsaufbau stattfinden
kann. Zur Spezifizierung der Zeitschlitze ts kann die Basisstation BS jeweils eine Angabe bezüglich der relativen Distanz zu der ersten Synchronisationssequenz syncl signalisieren.
Nach einem erfolgreichen Verbindungsaufbau sendet die Teilnehmerstation MS periodisch eine dritte Synchronisationssequenz sync3 zu der Basisstation BS, die von dieser für die Steuerung der Synchronisation der Teilnehmerstation MS ver- wendet wird. Die Periodizitat des Aussendens der dritten Synchronisationssequenz sync3 kann beispielsweise derart gesteuert werden, daß nur die Teilnehmerstation MS die Sequenz sendet, deren Spreizkodenummer mit einer jeweils aktuellen Zeitrahmennummer übereinstimmt. Alternativ kann das Aussenden der Sequenz sync3 auch beispielsweise abhangig von einer jeweils ermittelten Geschwindigkeit der Teilnehmerstationen MS von der Basisstation BS angefordert werden, wobei eine sich schnell bewegende Teilnehmerstation MS aufgrund einer schnell variierenden Signallaufzeit die Sequenz sync3 in kleineren Zeitabstanden als eine quasi stationäre Teilnehmerstation MS sendet .