DE69921666T2 - Vom mobilen endgerät ausgelöste und unterstützte antennenauswahl - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft mobile Kommunikations-Systeme. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung die Auswahl von einer oder mehreren anpassungsfähigen oder Sektor- Antennen in einem mobilen Kommunikations-System, das mehrere Antennen pro Basisstation einsetzt.
- HINTERGRUND
- HIPERLAN/2 ist ein zellulares Breitband-Funk Zugangs-Netzwerk für den Nahbereich und hohe Daten-Rate, welches hauptsächlich für den Innen-Bereich, wie Büros, Konferenz-Säle, Ausstellungen, Flughäfen und häusliche Umgebungen gedacht ist. Einige Freigelände-Szenarien werden auch betrachtet (z.B. Universitätsgelände und konzentrierte städtische Gebiete). Das für H/2 verwendbare Frequenz-Spektrum ist gegenwärtig nicht lizenziert. Daher können mehrere ,Betreiber' dasselbe Frequenz-Spektrum gleichzeitig verwenden. Außerdem ist das für dieses System verfügbare Frequenz-Spektrum sehr begrenzt; folglich wurde in Frage gestellt, ob es möglich ist ein derartiges zellulares Netzwerk einzusetzen.
- Anpassungsfähige und/oder Sektor-Antennen können verwendet werden um die Kapazität in solchen Netzwerken zu erhöhen. Mit diesen Antennen kann eine Basis-Station (BS) ihre Sendeleistung auf ein besser definiertes Gebiet oder einen Sektor beschränken, in welchem sich ein bestimmtes mobiles Endgerät (ME) befindet. So kann die in benachbarte Gebiete oder Sektoren eingestrahlte Leistung und die Störung umgebender Zellen drastisch reduziert werden, wie in
1 illustriert. - Generell wird in Systemen, welche diese Techniken anwenden, die Uplink-Signalisierung vor der Downlink-Signalisierung übertragen. Die Basis-Station kann dann das Uplink-Signal verwenden um die relative Richtung des mobilen Endgeräts zu messen. Nach dem Bestimmen der Richtung des mobilen Endgeräts wählt die Basis-Station eine von einigen Antennen für die Kommunikation mit dem mobilen Endgerät aus. Die
EP 660633 - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung umfasst eine Technik, welche die Kapazität in zellularen Breitband-Funk Zugangs-Netzwerken verbessert, die mehrfachen Antennen-Basis-Stationen (BS) einsetzt, in welchen jede Zelle in Sektoren unterteilt ist und jede Basis-Stations-Antenne assoziiert ist mit einem zugehörigen Sektor. Anders als bei konventionellen Techniken sind mobile Endgeräte (ME) in der vorliegenden Erfindung eingesetzt, um die geeignetste Basis-Stations-Antenne unter den mehrfachen Basis-Stations-Antennen zu identifizieren. Durch das Verwenden der mobilen Endgeräte anstelle der Basis-Station, um die geeignetste Basis-Stations-Antenne zu identifizieren, ist der Basis-Stations-Antennen-Auswahl-Prozess effizienter und wirksamer bewerkstelligt, sogar wenn es keine signifikante Uplink-Übertragung zwischen einem bestimmten mobilen Endgerät und der Basis-Station gibt.
- Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, den Basis-Stations-Antennen-Auswahl-Prozess in einem zellularen Breitband-Funk-Zugangs-Netzwerk, das mehrere Antennen pro Basis-Station einsetzt, zu verbessern.
- Es ist auch ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Signal-Qualität der Kommunikations-Verbindungen zwischen den mobilen Endgeräten und der korrespondierenden Basis-Station, die mehrere Antennen einsetzt, zu verbessern.
- Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die eingestrahlte Energie und die Störungs-Niveaus in anderen Sektoren oder anderen nahe zu einem Sektor gelegenen Zellen, in welchem ein bestimmtes mobiles Endgerät gegenwärtig arbeitet, zu reduzieren oder zu minimieren.
- In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die oben identifizierten und andere Ziele erreicht durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung für das Auswählen von einer aus mehreren Basis-Stations-Antennen, wobei jede der Basis-Stations-Antennen einen korrespondierenden Sektor einer mit der Basis-Station assoziierten Zelle überdeckt. Das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung beinhalten das Übertragen einer Anzahl von Sektor-Mitteilungen von der Basis-Station, wobei jede Sektor-Mitteilung mit einem korrespondierenden Sektor der Zelle assoziiert ist. An einem mobilen Endgerät werden die durch die Basis-Station gesendeten Sektor-Mitteilungen empfangen. Das mobile Endgerät bestimmt dann eine mit jeder der empfangenen Sektor-Mitteilungen Signal-Qualität verbundenen Signal-Qualität und beruhend auf dieser Bestimmung wählt das mobile Endgerät eine der Antennen aus. Das mobile Endgerät sendet dann eine Antennen-Auswahl-Anforderung an die Basis-Station.
- LEGENDEN DER FIGUREN
- Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verstanden werden durch das Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in welchen:
-
1 eine mehrfach-Sektoren-Zelle illustriert; -
2 eine Technik für das Auswählen eines Sektors in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beschreibt; -
3 einen MAC-Rahmen in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beschreibt; und -
4 das Format eines Downlink-Kanals eines MAC-Rahmens in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beschreibt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung umfasst die Auswahl von einer oder mehreren Antennen in einem mobilen Kommunikations-System und spezieller in einem Breitband-Funk-Zugangs-Netzwerk innerhalb eines mobilen Kommunikations-Systems, das mehrfache Antennen pro Basis-Station (BS) einsetzt. In diesem sind die Zellen in eine Mehrzahl von Sektoren unterteilt und jeder Sektoren ist durch einen zugehörigen Antennen-Transceiver unterstützt. Im Allgemeinen misst ein mobiles Endgerät (ME), in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung, die mit jedem aus einer Anzahl von Downlink-Signalen verbundene Signal-Qualität, wobei jedes Downlink-Signal assoziiert ist mit einem anderen zugehörigen Sektor in der Zelle, in welcher das mobile Endgerät gegenwärtig arbeitet. Dann, basierend auf den Signal-Qualitäts-Messungen, informiert das mobile Endgerät die korrespondierende Basis-Station darüber, welche aus mehreren Antennen bevorzugt ist.
-
2 illustriert eine Signalisierungs-Strategie200 zwischen einer Basis-Station und einem mobilen Endgerät in Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen der gegenwärtigen Erfindung. Es wird verstanden werden, dass die von der Basis-Station zu dem mobilen Endgerät gerichteten Pfeile die Downlink-Kanal-Übertragungen und der von dem mobilen Endgerät zur Basis-Station gerichtete Pfeil Uplink-Kanal-Übertragungen repräsentieren. - In einem ersten Schritt
205 sendet die Basis-Station eine Sektor-Mitteilung für jeden Sektor in einem entsprechenden Teil des Downlink-Kanals. Jede Sektor-Mitteilung enthält unter anderen Dingen eine mit der zugehörigen Antenne verbundene Antennen-Identitäts-Kennung und eine Start-Position und eine Gesamt-Menge des Direktzugriff-Kanals, innerhalb eines bestehenden Daten-Rahmens, welche dem entsprechenden Sektor zugeordnet sind. - Der zweite Schritt
210 in der Signalisierungs-Strategie200 umfasst die Auswahl der Antenne durch das mobile Endgerät. Das mobile Endgerät bestimmt nach Empfang einer oder mehrerer Sektor-Mitteilungen für jede der einen oder mehreren empfangenen Sektor-Mitteilungen einen mit irgendeiner aus einer Anzahl von Signal-Qualitäts-Messungen verknüpften Wert. Dann, basierend auf diesen Signal-Qualitäts-Messungen, wählt das mobile Endgerät eine spezielle Antenne aus, die am geeignetsten erscheint, um einen zufriedenstellenden Empfang zu garantieren. Zum Beispiel kann das mobile Endgerät solche Signal-Qualitäts-Messungen wie Bit-Fehler-Rate (das ist BER), Signalstärke, C/I-Verhältnis und oder Verzögerungs-Streuung in Betracht ziehen. Es wird jedoch verstanden werden, dass in der Entscheidung, ob eine Antenne vor einer Anderen gewählt wird, das mobile Endgerät andere Faktoren als diejenigen in Betracht ziehen kann, welche direkt auf die Empfangs-Qualität bezogen sind. Daher kann das mobile Endgerät letztlich eine Antenne auswählen, welche die beste Signal-Empfangs-Qualität nicht garantiert. Es wird auch verstanden werden, dass das mobile Endgerät jede der einen oder mehreren Sektor-Mitteilungen von der Basis-Station über einen einzelnen Daten-Rahmen oder über einige Daten-Rahmen empfangen kann. - Basierend auf dem Ergebnis des oben beschriebenen Schrittes
210 kann das mobile Endgerät eine Verbindungs-Aufbau-Anforderung oder eine Antennen-Wechsel-Anforderung an die Basis-Station senden, wie in Schritt215 illustriert. Das mobile Endgerät kann natürlich eine solche Anforderung in dem Teil des Uplink-Kanals (z. B. dem Direktzugangs-Kanal), welcher für den zur ausgewählten Antenne korrespondierenden Sektor reserviert ist, übertragen oder in dem speziellen Fall einer Antennen-Wechsel-Anforderung in dem Teil des Uplink-Kanals, der dem zu der Antenne korrespondierenden Sektor zugeordnet ist, durch welche das mobile Endgerät gegenwärtig kommuniziert. - Der vierte Schritt
220 umfasst die Übertragung einer Bestätigungs-Mitteilung von der Basis-Station zu dem mobilen Endgerät über den Downlink-Kanal. Nach dem Empfang der Verbindungs-Aufbau-Anforderung oder der Antennen-Wechsel-Anforderung von dem mobilen Endgerät bestimmt die Basis-Station ob der Anforderung des mobilen Endgeräts zuzustimmen ist. Wenn die Basis-Station der Anforderung zustimmt, dann sendet die Basis-Station eine Bestätigung hierzu an das mobile Endgerät. Jedoch gibt es eine Anzahl von Umständen, unter welchen eine Basis-Station der Antennen-Wechsel-Anforderung eines mobilen Endgeräts nicht zustimmen möchte. - Zum Beispiel könnte eine Basis-Station eine Anforderung auf Grund einer exzessiven Verkehrslast, in dem mit der ausgewählten Antenne assoziierten Sektor, ablehnen. In einem anderen Beispiel kann der mit der ausgewählten Antenne assoziierte Sektor kein einziges mobiles Endgerät enthalten, die Basis-Station könnte dann feststellen, dass der Betrag an Overhead-Verarbeitung, notwendig, um ein einzelnes mobiles Endgerät in diesem Sektor zu unterstützen, exzessiv ist und nicht Wert ist, die zusätzliche Signal-Empfangs-Qualität, welche das mobile Endgerät durch das Senden und Empfangen über die ausgewählte Antenne erreichen könnte.
- In HIPERLAN/2-Systemen kann die Signalisierungs-Strategie der gegenwärtigen Erfindung in das Design eines MAC-Protokolls integriert sein, wie in den
3 und4 illustriert. Für HTPERLAN/2-Systeme mit sektorierten Antennen kann der MAC-Rahmen-Kennsatz aus einigen Sektoren-Kennsätzen 1.....N bestehen, jeder getrennt in einem Rundspruch durch die korrespondierende sektorierte Antenne gesendet. Der Inhalt eines jeden Sektor-Kennsatzes würde von dem korrespondierenden Sektor abhängen und er würde, zum Beispiel enthalten: die Identitäts-Kennung der korrespondierenden Antenne, die Identitäts-Kennung desjenigen Teils des Downlink-Kanals, welcher dem Sektor zugeordnet ist, und die Identitäts-Kennung des Teils des Direktzugriffs-Kanals, welcher dem Sektor zugeordnet ist. - Die mit jedem Sektor assoziierten Downlink- und Uplink-Kanal-Übertragungen werden in den Downlink- beziehungsweise Uplink-Kanal des MAC-Rahmens gebündelt. Zum Beispiel werden am Begin des mit dem Sektor m assoziierten Downlink-Kanals einige Ausstrahlungs-Steuerungs/Regelungs-Protokoll Daten-Einheiten (C-PDUs) übertragen, wie in
4 illustriert. Eine Ausstrahlungs-C-PDU kann verwendet werden, um ein bestimmtes mobiles Endgerät zu informieren, ob die Basis-Station der Verbindungs-Aufbau-Anforderung oder der Antennen- Wechsel-Anforderung des mobilen Endgeräts zugestimmt hat oder diese abgelehnt hat. - Für Systeme, die mehrfache Antennen pro Basis-Station einsetzen, kann der Direktzugriffs-Kanal eines MAC-Protokoll-Rahmens, wie der MAC-Kennsatz, auch in einige Teile aufgeteilt sein, wobei jeder Teil mit einem aus einer Anzahl von Sektoren 1....N, korrespondierend zu jeder aus einer Anzahl von Antennen, korrespondiert. Die Länge eines jeden Teils ist bestimmt, basierend auf der Verkehrslast in dem Sektor 1....N, korrespondierend zu jeder Antenne. Wie oben festgestellt, kann ein mobiles Endgerät eine Antennen-Wechsel-Anforderung in dem Teil des Direktzugriffs-Kanal übertragen, welcher dem Sektor 1.....N zugeordnet ist, korrespondierend zu der ausgewählten Antenne, oder alternativ in dem Teil des Direktzugriffs-Kanals, welcher zugeordnet ist dem Sektor 1....N, korrespondierend zu der Antenne, durch welche das mobile Endgerät gegenwärtig sendet.
- Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf eine Anzahl von Aspekten und verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird es für diejenigen, welche vertraut mit dem Gebiet sind, offensichtlich sein, dass es ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen möglich ist, die Erfindung in speziellen Formen zu verkörpern, die anders sind als die oben beschriebenen. Die verschiedenen Aspekte und beispielhaften Ausführungsformen sind illustrierend und sollen nicht als in irgendeiner Weise einschränkend betrachtet werden. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist gegeben durch die anhängenden Ansprüche, eher als durch die vorangehende Beschreibung, und alle deren Variationen und Äquivalente, welche in die Spannweite der Ansprüche fallen, sollen von diesen umfasst sein.
Claims (20)
- Ein Verfahren für das Auswählen einer von mehreren Basis-Stations-Antennen in einem mobilen Kommunikations-System, welches eine Basis-Station mit mehreren Basis-Stations-Antennen einsetzt, wobei jede der mehrfachen Basis-Stations-Antennen einen entsprechenden Sektor einer mit der Basis-Station assoziierten Zelle überdeckt, umfassend die Schritte: Übertragen einer Vielzahl von Sektor-Mitteilungen von der Basis-Station, wobei jede aus der Vielzahl von Sektor-Mitteilungen mit einem entsprechenden Sektor der Zelle assoziiert ist; Empfangen der Vielzahl von durch die Basis-Station übertragenen Sektor-Mitteilungen (
205 ) an einem mobilen Endgerät und Bestimmen einer Signal-Qualität in Verbindung mit jeder aus der Vielzahl von empfangenen Sektor-Mitteilungen; Auswählen (210 ), am mobilen Endgerät, einer der mehreren Antennen abhängig von der Bestimmung der Signal-Qualität; und Übertragen einer Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung (215 ) von dem mobilen Endgerät zur Basis-Station. - Das Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend die Schritte: Empfangen der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung von dem mobilen Endgerät an der Basis-Station; Bestimmen, an der Basis-Station, ob der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung zuzustimmen ist; und Übertragen einer Antennen-Auswahl-Anforderungs-Zustimmungs-Bestätigung an das mobile Endgerät, wenn die Basis-Station feststellt, dass der Sektor-Auswahl-Anforderung zugestimmt ist.
- Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bestimmens, ob der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung zuzustimmen ist, diesen Schritt umfasst: Bestimmen einer Verkehrslast assoziiert mit dem Sektor korrespondierend zu der ausgewählten Antenne.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Sektor-Mitteilungen von der Basis-Station in einem einzelnen Übertragungs-Rahmen übertragen werden.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Sektor-Mitteilungen getrennt in mehr als einem Übertragungs-Rahmen übertragen werden.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens der Signal-Qualität, assoziiert mit jeder der empfangenen Sektor-Mitteilungen, diese Schritte umfasst: Messen von irgendeinem dieser, mit der einen oder jeder aus der Vielzahl von Sektor-Mitteilungen, assoziierten Parameter: der Bit-Fehlerrate, der Signalstärke, dem Träger-zu-Störungs-Verhältnis und der Verzögerungs-Schwankung.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Übertragens einer Antennen-Auswahl-Anforderungs- Mitteilung von dem mobilen Endgerät an die Basis-Station diesen Schritt umfasst: Einsetzen der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung in einen speziell für die ausgewählte Antenne reservierten Teil eines Kanals für zufälligen Zugang in einem Mobil-Zugang-Protokoll.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen-Auswahl-Anforderung Teil einer durch das mobile Endgerät erzeugten Verbindungs-Aufbau-Anforderung ist.
- Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Antennen-Auswahl-Anforderung Teil einer durch das mobile Endgerät erzeugten Antennen-Wechsel-Anforderung ist.
- Das Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Schritt des Übertragens einer Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung von dem mobilen Endgerät zur Basis-Station diesen Schritt umfasst: Einsetzen der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung in einen Teil eines ,up-link' Kanals, in Übereinstimmung mit einem Mobil-Zugang-Protokoll, welcher speziell reserviert ist für eine Antenne über welche das mobile Endgerät gegenwärtig arbeitet.
- Eine Vorrichtung für das Auswählen einer von mehreren Antennen in einem mobilen Kommunikations-System, welches mehrere Antennen in einer Basis-Station einsetzt, wobei jede von den mehrfachen Antennen Überdeckung für eine mit der Basis-Station assoziierte entsprechende Sektor-Fläche bereitstellt, umfassend: Übertragungs-Mittel für das Senden einer oder mehrerer Sektor-Mitteilungen (
205 ) von einer Basis-Station, Empfangs-Mittel für das Empfangen an einem mobilen Endgerät der einen oder mehrerer durch die Basis-Station übertragenen Sektor-Mitteilungen und Verarbeitungs-Mittel für das Bestimmen der Signal-Empfangs-Qualität, assoziiert mit der einen oder mit jeder von mehreren empfangenen Sektor-Mitteilungen; und Auswahl-Mittel, an dem mobilen Endgerät, für das Identifizieren (210 ) einer von mehreren Antennen abhängig von der Signal-Empfangs-Qualität; und Übertragungs-Mittel für das Senden einer Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung (215 ) von dem mobilen Endgerät an die Basis-Station. - Die Vorrichtung nach Anspruch 11, außerdem umfassend: Empfangs-Mittel für das Empfangen der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung von dem mobilen Endgerät an der Basis-Station; Verarbeitungs-Mittel, an der Basis-Station, für das Bestimmen ob der Antennen-Auswahl-Anforderung in der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung zuzustimmen ist; und Übertragungs-Mittel für das Senden einer Bestätigung der Antennen-Auswahl-Anforderung-Zustimmungs-Mitteilung an das mobile Endgerät, wenn die Basis-Station feststellt, dass der Antennen-Auswahl-Anforderung zugestimmt ist.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Verarbeitungs-Mittel für das Feststellen, ob der Antennen-Auswahl-Anforderung zuzustimmen ist, umfasst: Verarbeitungs-Mittel für das Bestimmen einer Verkehrs-Last, assoziiert mit der Sektor-Fläche, welche zur ausgewählten Antenne korrespondiert.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die eine oder mehrere Sektor-Mitteilungen von der Basis-Station in einem einzigen Übertragungs-Rahmen übertragen werden.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die eine oder mehrere Sektor-Mitteilungen getrennt in mehreren Übertragungs-Rahmen übertragen werden.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Verarbeitungs-Mittel für das Bestimmen der Signal-Empfangs-Qualität, assoziiert mit der einen oder jeder von den mehrfachen empfangenen Sektor-Mitteilungen, umfasst: Mittel für das Messen von irgendeinem dieser, mit der einen oder jeder aus der Vielzahl von Sektor-Mitteilungen, assoziierten Parameter: der Bit-Fehlerrate, der Signalstärke, dem Träger-zu-Störungs-Verhältnis und der Verzögerungs-Schwankung.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Übertragungs-Mittel für das Senden einer Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung von dem mobilen Endgerät zur Basis-Station umfasst: Übertragungs-Mittel für das Senden der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung über einen speziell für die ausgewählte Antenne reservierten Teil eines Kanals für zufälligen Zugang, in einem Mobil-Zugang-Protokoll.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Antennen-Auswahl-Anforderung Teil einer durch das mobile Endgerät erzeugten Verbindungs-Aufbau-Anforderung ist.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Antennen-Auswahl-Anforderung Teil einer durch das mobile Endgerät erzeugten Antennen-Wechsel-Anforderung ist.
- Die Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Übertragungs-Mittel für das Senden einer Antenne-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung von dem mobilen Endgerät zur Basis-Station umfasst: Übertragungs-Mittel für das Senden der Antennen-Auswahl-Anforderungs-Mitteilung über einen Teil eines Aufwärtsverbindungskanals, in Übereinstimmung mit einem Mobil-Zugang-Protokoll, welcher speziell reserviert ist für die Antenne über welche das mobile Endgerät gegenwärtig arbeitet.
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