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Dokumentenidentifikation DE19726940A1 04.02.1999
Titel Sende- und Empfangsvorrichtung
Anmelder Scheinert, Stefan, Söll, AT
Vertreter Götz, Küchler & Dameron, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 25.06.1997
DE-Aktenzeichen 19726940
Offenlegungstag 04.02.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.02.1999
IPC-Hauptklasse H04B 7/15
IPC-Nebenklasse H04B 1/38   H04Q 7/20   
Zusammenfassung Die Erfindung richtet sich auf eine Sende- und Empfangsvorrichtung zur Verstärkung der Sendesignale zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Sendestation in einem flächendeckenden Funknetz sowie auf ein Betriebsverfahren für diese.

Beschreibung[de]

Die Erfindung richtet sich auf eine Sende- und Empfangsvorrichtung zur Verstärkung der Sendesignale zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Sendestation in einem flächendeckenden Funknetz sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Sende- und Empfangsvorrichtung.

Die vielfältigen Möglichkeiten von Mobilfunktelefonen wurden sehr schnell von der Geschäftswelt erkannt und bilden mittlerweile für manchen Geschäftsmann die Grundlage seines Erfolges. Dies resultiert aus dem Vorteil, daß eine Person über ein Mobilfunktelefon prinzipiell überall und somit jederzeit erreichbar ist. Allerdings gilt dies nicht uneingeschränkt. Denn infolge der niedrigen Sendeleistung von Mobilfunktelefonen können bereits normal dicke Hauswände eine derartige Dämpfung der Funksignale hervorrufen, daß die Empfangsfeldstärke für eine Kommunikation nicht ausreicht. Daher versagt die Kommunikation oftmals gerade dann, wenn sich ein Geschäftsmann mit seinem Mobilfunktelefon im eigenen Haus oder Büro befindet. Hierdurch kann manches Geschäft durch die Lappen gehen, und viele Geschäftsleute wären froh darüber, wenn die Empfangsfeldstärke in dem eigenen Haus oder Büro für eine Kommunikation ausreichend wäre.

Zu diesem Zweck werden bereits Gleichkanal-Breitband-Repeater eingesetzt. Hierbei ist die Entkoppelung zwischen Sende- und Empfangsantenne sehr kritisch, durch die Verstärkung zusätzlicher, nicht benötigter Frequenzen entstehen Interferenzen sowie gegebenenfalls ein erhöhtes Grundrauschen, so daß diese Vorrichtungen in der Praxis keine große Verbreitung erfahren haben.

Aus der EP-OS 0 342 858 ist zwar eine Sende- und Empfangsvorrichtung zur Verstärkung der Funksignale in einem geschlossenen Gebäude bekannt geworden. Hierbei ist jedoch der Installationsaufwand erheblich, da einerseits eine Antenne auf dem Hausdach plaziert werden muß, andererseits verfügt diese Sende- und Empfangsvorrichtung über einen Bandpaßfilter, dessen Frequenz von einem Fachmann auf die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Frequenzen abgestimmt werden muß. Daher ist der Installationsaufwand eines derartigen Systems enorm hoch.

Daraus resultiert das die Erfindung initiierende Problem, eine Sende- und Empfangsvorrichtung zur selektiven Verstärkung ausschließlich der zu einer Funkzelle gehörenden Kanäle zu schaffen, die ohne Vorkenntnisse sowie bei minimalem Aufwand und somit auch von technischen Laien installiert werden kann.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Vorrichtung zur selbsttätigen Erkennung der in einer Funkzelle des Funknetzes verwendeten Funkkanäle bzw. -frequenzen. Die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung ist einerseits zwar transparent, d. h., sie wird weder von dem Funknetz noch von einer mobilen Sendestation überhaupt wahrgenommen, verfügt aber dennoch über eine eigene Intelligenz, welche es ihr erlaubt, sich harmonisch in die "Frequenzlandschaft" des Funknetzes zu integrieren. Bei einer derartigen Sende- und Empfangsvorrichtung muß daher keinerlei manueller Abgleich von Filterfrequenzen durchgeführt werden, es genügt vielmehr das Aufstellen gemäß einfachen, in einer Bedienungsanleitung spezifizierten Regeln.

Das Kanalspektrum üblicher Mobilfunknetze umfaßt mehrere Arten von Funkkanälen: In jeder Funkzelle gibt es mindestens einen Funkkontrollkanal (broadcast control channel bcch), der ständig für alle Mobilfunkeinheiten zur Verfügung steht und diesen bei einem Anruf sodann einen von mehreren zugeordneten Steuerkanälen (slow dedicated control channel sdcch) zuweist, auf welchen sodann die Übertragungsparameter für eine aufzubauende Funkverbindung zwischen dem Funknetz und der Mobilstation ausgetauscht werden. Für die eigentliche Kommunikation werden sodann Verkehrsfunkkanäle (traffic channel tch) verwendet. Nach GSM-Norm umfaßt jeder Frequenzkanal acht Zeitschlitze, von denen jeder als bcch, sdcch oder tch verwendet werden kann. Andererseits müssen die in einer Funkzelle benutzten bcch, sdcch und tch nicht dem selben Frequenzkanal zugeordnet sein. Im folgenden soll der Begriff "Kanal" als Frequenzkanal aufgefaßt werden. Da diese Frequenzkanäle im Frequenzspektrum deutlich voneinander entfernt sein können, sieht die Erfindung vor, daß in der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung eine, vorzugsweise aber mehrere, parallele Sende- und Empfangszweige angeordnet sind.

Je nach der Kanalstruktur des betreffenden Funknetzes können die zugeordneten Steuerkanäle und/oder die Verkehrskanäle jeweils zu benachbarten Gruppen zusammengefaßt sein. In einem solchen Fall ist es möglich, daß die Bandbreite eines Sende- und Empfangszweigs nicht nur einen einzigen, sondern gleichzeitig mehrere Funkkanäle umfaßt, so daß dieselben gemeinsam verstärkt werden.

Damit die Übertragungsfrequenzen des Funkkontrollkanals, eines zugeordneten Steuerkanals und/oder eines Verkehrskanals entsprechend den lokalen Gegebenheiten in der betreffenden Funkzelle des Funknetzes beliebig angepaßt werden können, sollten die Sendefrequenzen unterschiedlicher Sende- und Empfangszweige unabhängig voneinander einstellbar sein.

In zunehmendem Umfang werden derzeit Funknetze durch frequenzumsetzende Repeater verdichtet, die mit Ausnahme der Frequenzumsetzung ansonsten jedoch transparent sind. Derartige Repeater definieren eigene Funkzellen mit gegenüber den Nachbarfunkzellen abgegrenzten Sendefrequenzen und haben die Besonderheit, daß ein inhaltlich identisch es Funksignal up- und downlinkseitig des Repeaters über zwei verschiedene Sendefrequenzen übertragen wird, wobei die auf dem betreffenden Kanal zur Identifikation übertragene Kanalnummer ausschließlich mit dem Sendekanal der downlinkseitigen Funkschnittstelle zwischen dem frequenzumsetzenden Repeater und einer mobilen Sendestation übereinstimmt, während diese Kanalinformation für die "netzinterne" Kommunikation zwischen der eigentlichen, ortsfesten Sendestation und dem frequenzumsetzenden Repeater nicht mit der dort verwendeten Kanalfrequenz übereinstimmt. Hier sieht die Erfindung vor, daß die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung parallel zu einem derartigen, frequenzumsetzenden Repeater betrieben wird, d. h. sie wird uplinkseitig direkt an die eigentliche, ortsfeste Sendestation und downlinkseitig direkt an die mobile Sendestation angekoppelt. In diesem Fall muß die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung die Frequenzumsetzung des Repeaters nachvollziehen, wozu es erforderlich ist, daß die Frequenzen der uplink- und downlinkseitigen Funkschnittstellen eines Sende- und Empfangszweigs unabhängig voneinander einstellbar sind. Dadurch kann die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung sowohl in Funkzellen ohne Frequenzumsetzung als auch in Funkzellen mit frequenzumsetzenden Repeatern betrieben werden.

Sofern die betreffende Sende- und Empfangsvorrichtung in der Funkzelle eines frequenzumsetzenden Repeaters betrieben wird, sind die empfangenen und die weiter übertragenen Signale frequenzmäßig voneinander entkoppelt, so daß es möglich ist, eine uplinkseitige und eine downlinkseitige Antenne in dem Gehäuse der Sende- und Empfangsvorrichtung zu integrieren. In diesem Fall ist es sogar möglich, für die uplinkseitige und die downlinkseitige Funkschnittstelle eine einzige Antenne zu verwenden.

Um eine ausreichende Empfangsfeldstärke auf der uplinkseitigen Funkschnittstelle zu erhalten, empfiehlt die Erfindung, daß die betreffende Antenne an einem Fenster befestigbar ist. Es kann sich hierbei bspw. um eine Art Selbstklebefolie mit eingeschlossener Antenne handeln.

Das primäre Kriterium zur Erkennung eines in einer Funkzelle verwendeten Funkkanals wird durch dessen Empfangsfeldstärke gebildet. Zu deren Ermittlung sind eine oder mehrere Meßeinrichtungen in der Sende- und Empfangsvorrichtung vorhanden. Um die interne Schaltung der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung nicht zu kompliziert werden zu lassen, sieht die Erfindung vor, daß die Einrichtungen zur Messung der Empfangsfeldstärke jeweils einem Sende- und Empfangszweig zugeordnet sind. Die Meßeinrichtungen können somit in die Schaltungen der Sende- und Empfangszweige vollständig integriert sein.

Ein weiteres Kriterium zur Orientierung in dem "Kanalspektrum" der betreffenden Funkzelle stellt die auf den einzelnen Funkkanälen übertragene Information dar. Um diese zu ermitteln, verfügt die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung über eine oder mehrere Einrichtungen zur Demodulation von Funksignalen. Auch hier kann jedem Sende- und Empfangszweig eine eigene Demodulationseinrichtung zugeordnet sein.

Ferner muß die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung erkennen, ob sie sich in einer Funkzelle mit direkter Funkverbindung zwischen einer ortsfesten Sendestation und einer mobilen Sendestation befindet oder in einer Funkzelle, die über einen frequenzumsetzenden Repeater versorgt wird. Zu diesem Zweck sind in der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung ein oder mehrere Bausteine zum Vergleich des einer tatsächlich verwendeten Kanalfrequenz zugeordneten Funkkanals mit der auf der betreffenden Frequenz empfangenen und demodulierten Kanalnummer vorgesehen. Hierbei ist es günstig, die betreffenden Informationen in digitale Ziffern umzuwandeln und diese mittels eines binär aufgebauten Komparators miteinander zu vergleichen. Auch diese Vergleichsbausteine können für jeden Sende- und Empfangszweig getrennt vorhanden sein.

Schließlich sollten die gefundenen Funkkanäle bzw. Frequenzen in einem Speicher abgelegt werden, so daß bei einem späteren Kanalbefehl die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung sofort die entsprechenden Sendefrequenzen auffinden kann.

Die Kanalerkennungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung muß nach einem ausgeklügelten Verfahren betrieben werden, um bei allen möglichen Arten von Mobilfunknetzen die jeweils in der betreffenden Funkzelle verwendeten Kanäle aufzuspüren. Hierbei sind einerseits unterschiedliche Frequenzbereiche zu berücksichtigen wie auch unterschiedliche Signalcodes. Darüber hinaus muß die Kanalerkennungsvorrichtung feststellen, ob sie sich in einer Funkzelle mit direkter Funkverbindung zwischen einer ortsfesten Sendestation und einer Mobilfunkstation befindet, oder in einer Funkzelle mit einem frequenzumsetzenden Repeater. Im letzteren Falle müssen für jeden Kanal beide Frequenzen ermittelt werden, so daß eine signalmäßige Parallelschaltung zu dem vom Netzbetreiber installierten Repeater möglich ist. Bei dieser Kanalerkennung können wiederum verschiedene Voraussetzungen gegeben sein: Je nach Funknetz ist es möglich, daß die beiden Frequenzen eines Kanals um einen jeweils festen Frequenzoffset voneinander beabstandet sind, oder es kann sich um ein Funknetz mit beliebigen Kanalzuweisungen up- und downlinkseitig eines betreiberseitig installierten Repeaters handeln. Wie im folgenden erläutert wird, läßt sich eine erfindungsgemäße Kanalerkennungsvorrichtung nach einem Verfahren betreiben, welches all den obigen Anforderungen genügt.

Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in einem ersten Schritt die Empfangsfeldstärke der einem Funknetz zugewiesenen Kanäle ermittelt und aus den Kanälen mit der größten Empfangsfeldstärke einer oder mehrerer Funkkontrollkanäle (broadcast control channel bch) ermittelt werden, und daß diese im folgenden dekodiert werden, um anhand der dort gesendeten Informationen die Kanäle bzw. Frequenzen eines oder mehrerer zugeordneter Steuerkanäle (slow dedicated control channel sdcch) und/oder Verkehrskanäle (trafic channel tch) zu ermitteln. Natürlich kann diesen Schritten eine Initialisierungsphase vorangehen, bei welcher der Besitzer einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung das mit seinem Mobilfunktelefon genutzte Funknetz an einem Wahlschalter einstellt. Die Kanalerkennungsvorrichtung kann anhand der Stellung dieses Wahlschalters aus einem internen Speicher sofort den von diesem Funknetz verwendeten Frequenzbereich herausfinden und evtl. weitere Besonderheiten dieses Funknetzes, bspw., ob frequenzumsetzende Repeater verwendet werden oder nicht. In einem ersten Schritt wird ein günstiger Funkkontrollkanal gesucht, der von der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung mit ausreichender Feldstärke empfangen wird. Zu diesem Zweck wird zunächst ein Teil oder der gesamte Frequenzbereich des betreffenden Funknetzes hinsichtlich der jeweils auf einen Kanal bezogenen Empfangsfeldstärke ausgemessen, und die Kanäle mit den höchsten Empfangsfeldstärken werden vorgemerkt. Diese werden sodann dekodiert, um festzustellen, welche Kanäle der Funkkontrolle dienen. Hat die Kanalerkennungsvorrichtung auf diesem Weg einen optimalen Funkkontrollkanal gefunden, kann sie die auf diesem gesendeten Informationen weiter auswerten.

Hierbei ist es möglich, daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, die Informationen über die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Kanäle bzw. Frequenzen enthalten, und daß diese Meldungen von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden. Diese erfindungsgemäße Maßnahme setzt eine Kooperation des betreffenden Netzbetreibers voraus, der durch Generierung entsprechender Meldungen die Installation von individuellen Signalverstärkungsanlagen unterstützt und somit sein Funknetz für Interessenten attraktiver macht. Sofern ein Netzbetreiber in seinem Funknetz derartige Funkmeldungen zur Verfügung stellt, gestaltet sich die Initialisierungsphase einer erfindungsgemäßen Kanalerkennungsvorrichtung relativ einfach: Nach Auswahl eines optimalen Funkkontrollkanals wird dieser dekodiert und auf die nächste Informationsmeldung gewartet. Diese wird sodann ausgewertet, um für den Betrieb der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung sämtliche notwendigen Informationen zu erhalten. Es empfiehlt sich, die Empfangsfeldstärke des ausgewählten Funkkontrollkanals wie auch den Inhalt der dort gesendeten Informationsmeldungen regelmäßig zu überprüfen, da von einem Netzbetreiber manchmal Änderungen in den Kanalzuweisungen vorgenommen werden.

Zusätzlich zu der Information über die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Kanäle bzw. Frequenzen können auf diesem Weg auch Informationen übermittelt werden, aus denen die erfindungsgemäße Kanalerkennungsvorrichtung entnehmen kann, ob sie sich in einer Funkzelle mit betreiberseitig installierten, frequenzumsetzenden Repeatern befindet oder in einer Funkzelle, die von einer ortsfesten Sendestation direkt versorgt wird; weiterhin können Informationen gesendet werden, die einen Aufschluß über in der betreffenden Funkzelle verwendete Frequenzoffsets enthalten, insbesondere, ob bei frequenzumsetzenden Repeatern ein fester Frequenzoffset eingehalten ist. Weiterhin ist es möglich, Empfehlungen zu senden, welchen Funkzonen oder Funkkanälen eine erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung sich zuordnen soll, sofern hinsichtlich der Empfangsfeldstärke eine Auswahlmöglichkeit besteht. Andererseits kann auch der Verkehr auf bestimmten Kanälen oder in bestimmten Funkzellen oder in durch andere, frequenzumsetzende Sendestationen definierten Unter-Funkzonen gemessen werden, und bei Aus- oder Überlastung kann eine entsprechende Meldung erzeugt werden, die zusätzliche, erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtungen davon abhält, sich bereits überlasteten Funkzellen zuzuordnen.

Werden in einem Mobilfunknetz keine derartigen Funkmeldungen zur Verfügung gestellt, muß die Kanalerkennungsvorrichtung die betreffenden Kanäle (zugeordnete Steuerkanäle sdcch und Verkehrskanäle tch) selbst suchen. Zu diesem Zweck werden in einem weiteren Schritt auf dem eingestellten Funkkontrollkanal gesendete Kanalbefehle von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet. Auf diesem Weg können zunächst zugeordnete Steuerkanäle sdcch gefunden werden und durch deren Dekodierung anschließend die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Verkehrskanäle tch. Auf diesem Weg ist es für die erfindungsgemäße Vorrichtung möglich sukzessive sämtliche in der betreffenden Funkzelle relevanten Kanäle zu ermitteln.

Nach dem oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, sämtliche Kanäle der Funkschnittstelle zwischen einer ortsfesten Sendestation oder einem frequenzumsetzenden Repeater und einer Mobilstation zu ermitteln. Jedoch ist es in einer Funkzelle mit einem frequenzumsetzenden Repeater wünschenswert, daß die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung auch die Kanäle und Frequenzen der Funkschnittstelle zwischen der ortsfesten Sendestation und dem frequenzumsetzenden Repeater ermittelt. Hierzu wird zunächst - beginnend bei dem ausgewählten Funkkontrollkanal - die dort gesendete und dekodierte Kanalnummer mit der tatsächlich empfangenen Kanalfrequenz verglichen. Bei Übereinstimmung weiß die Kanalerkennungsvorrichtung, daß es sich hierbei um eine Funkschnittstelle zu einer Mobilstation handelt, bei einer Diskrepanz zwischen diesen beiden Kanalnummern empfängt die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung einen Kanal der Funkschnittstelle zwischen der ortsfesten Sendestation und einem frequenzumsetzenden Repeater.

In einer Funkzelle mit Frequenzumsetzung schaltet sich die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung parallel zu dem dort vom Netzbetreiber installierten Repeater, indem die uplinkseitige Sende- und Empfangseinrichtung auf die tatsächliche Frequenz eines Kanals, dessen tatsächliche Kanalfrequenz nicht mit der gesendeten Kanalnummer übereinstimmt, die downlinkseitige Sende- und Empfangseinrichtung dagegen auf den Kanal mit der gesendeten Kanalnummer abgestimmt wird. Dieser Betrieb bietet einerseits den Vorteil, daß die Signallaufzeit auf ein Minimum reduziert ist. Andererseits sind die uplink- und downlinkseitigen Signale der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinrichtung frequenzmäßig voneinander getrennt und somit optimal voneinander entkoppelt, so daß Störungen nahezu vollständig ausgeschlossen sind.

Auch die Kanäle bzw. Frequenzen der zugeordneten Steuerkanäle sdcch und Verkehrskanäle tch werden gemäß der obigen Regel up- und downlinkseitig voneinander getrennt eingestellt. Hierfür müssen auch die betreffenden Frequenzen dieser Kanäle an der Funkschnittstelle zwischen der ortsfesten Sendestation und dem frequenzumsetzenden Repeater bestimmt werden. Dies kann erfindungsgemäß dadurch geschehen, daß die tatsächliche Kanalfrequenz eines zugeordneten Steuerkanals sdcch und/oder Verkehrskanals tch, sofern dieser nicht mit der gesendeten Kanalnummer übereinstimmt, durch Vergleich der gesendeten Meldungen mit den auf weiteren, hinsichtlich ihrer Empfangsfeldstärke ausgewählten Kanälen gesendeten Meldungen ermittelt werden. Dieses Verfahren ist notwendig, wenn von dem Netzbetreiber weder eine Informationsmeldung zur Verfügung gestellt wird noch ein fester Frequenzoffset zwischen einander zugeordneten Kanälen der beiden Funkschnittstellen eines frequenzumsetzenden Repeaters eingehalten wird. Solchenfalls werden weitere Kanäle mit ausreichender Empfangsfeldstärke dekodiert, und die dort empfangenen Informationen und/oder Meldungen werden mit den entsprechenden Informationsinhalten der Funkschnittstelle zwischen dem frequenzumsetzenden Repeater und der Mobilstation verglichen, um eine Korrelation festzustellen. Dieses Verfahren wird solange wiederholt, bis die zweite, uplinkseitig des frequenzumsetzenden Repeaters verwendete Frequenz des betreffenden Informationskanals gefunden ist.

Um einen derartigen Vergleich auszuführen, können mehrere Empfangszweige der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinrichtung simultan betrieben werden. Ist dies nicht möglich, so können für den Informationsvergleich während eines Verbindungsaufbaus sequenziell gesendete Meldungen herangezogen werden.

Um die gewonnenen Informationen für den weiteren Betrieb der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung zu erhalten, sieht die Erfindung schließlich vor, daß die einander entsprechenden Kanalnummern und tatsächlichen Kanalfrequenzen in zugeordneter Form gespeichert werden. Dekodiert die erfindungsgemäße Einrichtung demnach zu einem späteren Zeitpunkt einen Kanalbefehl, so ist sie in der Lage, durch Auslesen des Speichers sofort die Frequenzen zu erkennen, auf welche die uplinkseitigen und downlinkseitigen Sende- und Empfangseinrichtungen einzustellen sind.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie anhand der Zeichnung die zeigt in:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung bei Verwendung in einer Funkzelle mit Frequenzumsetzung, sowie

Fig. 2-5 Teile eines Flußdiagramms für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren, sowie

Fig. 6 einen Ausschnitt aus einem Funknetz.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung 1 wiedergegeben, die zur Verbesserung des Signalempfangs einer mobilen Funkstation 2 zwischen dieser und der ortsfesten Sendestation 3 der betreffenden Funkzelle eingefügt ist. Es ergibt sich somit eine Funkschnittstelle 4 zu der ortsfesten Sendestation 3 sowie eine Funkschnittstelle 5 zu der Mobilstation 2. Je nachdem, ob ohne die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung 1 die Mobilstation 2 in der betreffenden Funkzelle direkt mit der ortsfesten Sendestation 3 kommunizieren würde oder über einen dazwischengeschalteten, frequenzumsetzenden Repeater, haben die beiden Funkschnittstellen 4, 5 entweder identische Frequenzen oder voneinander abweichende Frequenzen.

Im einfachsten Fall unterstützt die erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung 1 nur eine Mobilstation 2, deren Identifikationsnummer einprogrammiert wird, wodurch sich der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht zu einem einzigen Sende- und Empfangszweig, auch wenn die Zelle selbst zu mehreren Kanälen ausgewiesen wird (Einkanalrepeater). Im allgemeinen wird jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Verwendung in Bürogebäuden mit mehreren Sendezweigen ausgerüstet sein (Mehrkanalrepeater).

Um sich adaptiv an die Gegebenheiten in einer bestimmten Funkzelle anpassen zu können, sind die Sendezweige der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung 1 kanal- bzw. frequenzmäßig unabhängig voneinander einstellbar. Die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Kanäle werden von einer in der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 integrierten Kanalerkennungseinheit ermittelt und abgespeichert und zur Einstellung der Sendezweige herangezogen. Die Kanalerkennungseinrichtung erhält zu diesem Zweck Informationen über die Frequenz und die Empfangsfeldstärke eines empfangenen Signals sowie über die dekodierten Meldungen.

Die Betriebsweise dieser Kanalerkennungseinrichtung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 erläutert werden.

Nach dem Aufstellen und Einschalten 6 der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung 1 überprüft diese anhand der eingestellten Wahlschalter, welches Funknetz von dem Anwender verwendet wird, und holt aus einem internen Speicher Informationen über die dem betreffenden Funknetz zugewiesenen Sendekanäle. Diese Sendekanäle werden sodann in einem ersten Schritt 7 an einem Empfangszweig nacheinander eingestellt und jeweils die Empfangsfeldstärke gemessen. Die Kanalerkennungseinrichtung speichert hierbei bspw. 10 Nummern von Kanälen, welche mit der höchsten Feldstärke empfangen werden. Diese Kanäle werden sodann demoduliert und ausgewertet, um hieraus sämtliche Funkkanäle bcch auszuwählen.

In Funkzellen mit Frequenzumsetzung ist ferner festzustellen, ob ein ausgewählter bcch-Kanal der uplinkseitigen Funkschnittstelle 4 oder der downlinkseitigen Funkschnittstelle 5 zuzuordnen ist. Zu diesem Zweck werden in einem weiteren Schritt 8 die auf den ausgewählten bcch-Kanälen zur Identifikation gesendeten Kanalnummern mit den empfängerseitig 1 eingestellten Kanälen verglichen. Stimmen diese Kanalnummern überein, so handelt es sich um die downlinkseitige Funkschnittstelle 5 zur Mobilstation, da in jedem Funknetz an eine Mobilstation 2 die richtigen Kanalnummern gesendet werden, während bei einer Frequenzumsetzung die uplinkseitig des Repeaters ausgetauschten Informationen infolge der Frequenzumsetzung nicht die richtigen Kanäle bezeichnen. Im Schritt 8 werden zunächst sämtliche bcch-Kanäle der uplinkseitigen Schnittstelle 4 ermittelt. In einem darauf folgenden Schritt 9 werden sodann die dort gesendeten Kanalinformationen 9 gelesen, um die Kanäle der downlinkseitigen Funkschnittstelle 5 zu ermitteln. Außerdem wird in diesem Schritt 9 aus denk solchermaßen ermittelten Funkkontrollkanälen bcch der downlinkseitigen Funkschnittstelle 5 derjenige Funkkontrollkanal fb mit der höchsten Empfangsfeldstärke ausgewählt. Die Frequenz fb wie auch die zugeordnete Frequenz fa wird in einem Speicherbaustein der Vorrichtung 1 abgespeichert.

In einem darauf folgenden Schritt 10 wird ein Sende- und Empfangszweig der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 downlinkseitig 5 auf die Frequenz fb des aufgefundenen Funkkontrollkanals eingestellt, während uplinkseitig 4 die zugeordnete Frequenz fa eingestellt wird, und bezüglich dieses Kanals kann nun ein erster Betrieb der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung 1 aufgenommen werden.

Durch diese Auswahl eines optimalen Funkkontrollkanals hat sich die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bereits einer Funkzelle des Funknetzes zugeordnet. Da die Kanalzuweisungen innerhalb eines Funknetzes von dem Betreiber unter besonderen Gegebenheiten geändert werden können, führt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 auf dem betreffenden Funkkontrollkanal regelmäßig Feldstärkemessungen und Meldungsauswertungen durch, um Änderungen sofort registrieren zu können.

Das in der Kanalerkennungseinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 abgelegte Programm wird nach Erreichen des Ereignisses A an dem entsprechenden Programmpunkt A in Fig. 3 fortgesetzt. Die Programmsequenz zwischen den Punkten A und B dient der Ermittlung eines der Funkzelle zugeordneten Steuerkanals und kann mehrmals durchlaufen werden, um alle in der betreffenden Funkzelle verwendeten Steuerkanäle herauszufinden.

Zunächst befindet sich das Programm in dem Zustand 11, wo durch Dekodierung des eingestellten Funkkontrollkanals auf einen von der ortsfesten Sendestation 3 gesendeten Kanalbefehl gewartet wird. Sodann wird in einem weiteren Schritt 12 dieser Kanal eingestellt. Bei einer Funkzelle mit einem frequenzumsetzenden Repeater handelt es sich hierbei um die downlinkseitige 5 Frequenz, und es gilt nun, die hierzu passende, uplinkseitige 4 Frequenz zu ermitteln.

Die Kanalerkennungsvorrichtung der Sende- und Empfangsvorrichtung 1 fragt hierzu zunächst unter den zu dem betreffenden Funknetz abgespeicherten Informationen nach, ob dieses Funknetz Informationsmeldungen zur Verfügung stellt oder einen gleichbleibenden Frequenzoffset zwischen up- und downlinkseitigen Funkschnittstellen 4, 5 verwendet (Abfrage 13). In diesen Fällen kann der uplinkseitige Funkkanal 4 aus den gesendeten Meldungen oder aus dem festen Kanaloffset ermittelt werden, und die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann sofort den vollständigen Übertragungsbetrieb 14 bezüglich dieses Steuerkanals 12 aufnehmen.

Werden von dem betreffenden Funknetz weder Informationsmeldungen zur Verfügung gestellt noch ein fester Kanaloffset verwendet, muß zur Ermittlung der uplinkseitigen Sendefrequenz 4 ein weiterer Programmteil zwischen den Programmpunkten C und D durchlaufen werden (Fig. 5). Hierbei wird in einem Schritt 15 die Information des downlinkseitigen 5 Steuerkanals dekodiert. In einem weiteren Schritt 16 werden die weiteren Kanäle durch Feldstärkemessung ausgewählt und die übertragenen Informationen dekodiert 17. Nun wird in einem Schritt 18 kanalweise überprüft, ob die in den Schritten 15, 17 dekodierten Meldungen übereinstimmen. Ist dies der Fall, werden diese Kanäle einander zugeordnet 19 und in dieser Form abgespeichert. Sind die verglichenen Informationen nicht identisch, werden die Informationen weiterer Kanäle dekodiert 17 und abermals mit dem Referenzsignal 15 verglichen.

Mit der gefundenen Zuordnung 19 springt das Programm nach Erreichen des Punktes F wieder in die Programmsequenz A - B gemäß Fig. 3 und ist nun in der Lage, zu dem gefundenen Steuerkanal einen eigenen Sende- und Empfangszweig mit uplinkseitiger und downlinkseitiger Funkschnittstelle 4, 5 einzurichten.

Um auch die für die eigentliche Kommunikation verwendeten Verkehrskanäle zu ermitteln, wird das Programm an dem Punkt D mit dem entsprechenden Programmteil in Fig. 4 fortgesetzt. Hierbei entspricht die Phase 20 weitgehend dem Betriebszustand 14, d. h., die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 überträgt den betreffenden Steuerkanal sdcch und dekodiert diesen gleichzeitig, um einen Kanalbefehl zu erkennen. Solchenfalls wird in dem folgenden Schritt 21 ein Sende- und Empfangszweig auf den betreffenden Verkehrskanal tch eingestellt. Bei einer Funkzelle ohne Frequenzumsetzung müßte dies sowohl für die uplinkseitige 4 als auch für die downlinkseitige 5 Funkschnittstelle erfolgen. Bei einer Funkzelle mit Frequenzumsetzung wird in dem folgenden Schritt 22 abgefragt, ob bei dem betreffenden Funknetz Informationsmeldungen zur Verfügung gestellt werden oder ob ein fester Frequenzoffset zwischen up- und downlinkseitigen Funkschnittstellen 4, 5 eingehalten ist. Ist dies der Fall, kann der uplinkseitige 4 Kanal sofort ermittelt, gespeichert und an dem betreffenden Sende- und Empfangszweig eingestellt 23 werden, womit das Programm einen vorläufigen Endpunkt 24 erreicht. Findet in der betreffenden Funkzelle eine Frequenzumsetzung statt, und wird weder eine Meldung zur Verfügung gestellt noch ein fester Frequenzoffset eingehalten, muß das Programm abermals die Programmsequenz zwischen den Punkten E und F ausführen, um den uplinkseitigen 4 Verkehrskanal tch zu ermitteln.

Fig. 6 stellt einen Ausschnitt aus einem Funknetz dar mit einer ortsfesten Sendestation 3, welche eine Funkzelle 25 versorgt. An drei voneinander unabhängigen Orten, bspw. größeren Bürogebäuden, ist jeweils eine erfindungsgemäße Sende- und Empfangsvorrichtung 1a, 1b, 1c aufgestellt. Diese erzeugen jeweils eine eigene Funkzone 26, 27, 28, in der sich die downlinkseitigen Frequenzen 5 von den uplinkseitigen Anbindefrequenzen 4 zu der zentralen Sendestation 3unterscheiden. Jede dieser von den Nutzern des betreffenden Funknetzes aufgestellten Sende- und Empfangsvorrichtungen 1a, 1b, 1c haben die Möglichkeit, sich einen der von der ortsfesten Sendestation 3 verwendeten bcch-Kanal zuzuordnen. Wird hierbei der bcch-Kanal der Funkzelle 25 verwendet, so müssen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1a, 1b, 1c up- und downlinkseitig mit denselben Frequenzen betrieben werden, was zu Interferenzen führen kann. Es kann deshalb vorgesehen sein, daß der Netzbetreiber eben zu dem Zweck einer kundenspezifischen Verdichtung seines Funknetzes in einer oder mehreren, ortsfesten Funkstationen 3 zusätzliche Kanäle eigens für die Anbindung kundenspezifischer Sende- und Empfangsvorrichtungen 1a, 1b, 1c reserviert, welche einen Betrieb mit Frequenzumsetzung ermöglichen. Da hierbei die von der ortsfesten Sendestation 3 abgestrahlten, tatsächlichen Sendefrequenzen mit den dort gesendeten Kanalnummern nicht übereinstimmen, sind diese Kanäle für eine direkte Kommunikation mit einer Mobilstation 2 ungeeignet. Wird jedoch eine zusätzliche Sende- und Empfangsvorrichtung 1a installiert, kann diese sich wahlweise der bereits bestehenden Funkzelle 25 zuordnen oder sich mit Hilfe eines von der ortsfesten Sendestation 3 reservierten, zusätzlichen Kanals durch Frequenzumsetzung eine eigene Funkzelle 26 schaffen.

Um für eine derartige Auswahl ein ausreichendes Entscheidungskriterium vorzufinden, kann auf den bcch-Kanälen der ortsfesten Sendestation 3 eine Prioritätsmeldung gesendet werden, welche sich an zusätzlich installierte Sende- und Empfangsvorrichtungen 1a-1c wendet und diesen mitteilt, welcher Funkzelle sich diese zuordnen soll, sofern hinsichtlich der Empfangsfeldstärke eine Auswahl möglich ist. Aufgrund dieser Prioritätsempfehlung haben sich bspw. die Sende- und Empfangsvorrichtungen 1a, 1b unter Nutzung desselben bcch-Kanals mit ihren Funkzonen 26, 27 einer frequenzmäßig nicht unterschiedenen, zweiten Funkzelle zugeordnet, die jedoch gegenüber der ursprünglichen Funkzelle 25 mit Frequenzumsetzung, d. h., mit einer frequenzmäßigen Abgrenzung, betrieben wird.

Nun wird auf den Kanälen dieser zweiten Funkzelle 26, 27 vom Netzbetreiber der dort stattfindende Verkehr gemessen und festgestellt, daß diese Kanäle ausgelastet sind. Deshalb wird von der ortsfesten Sendestation 3 nun auf den Funkkontrollkanälen bcch eine zusätzliche Blockierungsmeldung gesendet, welche der weiteren, später zu installierenden Sende- und Empfangsvorrichtung 1c signalisiert, daß diese sich trotz der Empfehlung nicht der bereits überfüllten, zweiten Funkzelle 26, 27 zuordnen soll, sondern unter Nutzung weiterer, zusätzlicher Frequenzen eine eigene, von den bereits bestehenden Funkzellen 25; 26, 27 unterscheidbare Funkzelle 28 schaffen soll.

Auf diesem Weg kann trotz einer weitgehend individuell gestalteten Funknetzgeografie die frequenzmäßige Zuordnung weitgehend von dem Netzbetreiber gesteuert werden, so daß dieser die Kontrolle über sein Funknetz behält.

Durch feldstärke- oder meldungsabhängiges Abschalten eines Sendezweigs der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung 1 kann das Grundrauschen sowie die Interferenzen in der betreffenden Funkzelle weiter reduziert werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Sende- und Empfangsvorrichtung (1) zur Verstärkung der Sendesignale (4, 5) zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Sendestation (3, 2) in einem flächendeckenden Funknetz, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur selbsttätigen Erkennung der in einer Funkzelle (25) des Funknetzes verwendeten Funkkanäle bzw. -frequenzen.
  2. 2. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder mehrere parallele Sende- und Empfangszweige.
  3. 3. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Sende- und Empfangszweige jeweils einen oder mehrere Funkkanäle umfaßt.
  4. 4. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenzen der Sende- und Empfangszweige unabhängig voneinander einstellbar sind.
  5. 5. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen der uplink- und downlinkseitigen Funkschnittstellen eines Sende- und Empfangszweigs unabhängig voneinander einstellbar sind.
  6. 6. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine uplinkseitige und eine downlinkseitige Antenne integriert ist.
  7. 7. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die uplinkseitige und die downlinkseitige Funkschnittstelle eine gemeinsame Antenne vorhanden ist.
  8. 8. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne an einem Fenster befestigbar ist.
  9. 9. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Einrichtungen zur Messung der Empfangsfeldstärke.
  10. 10. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Messung der Empfangsfeldstärke jeweils einem Sende- und Empfangszweig zugeordnet sind.
  11. 11. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Einrichtungen zur Demodulation eines Funksignals.
  12. 12. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Demodulation jeweils einem Sende- und Empfangszweig zugeordnet sind.
  13. 13. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Bausteine zum Vergleich des einer tatsächlich verwendeten Kanalfrequenz zugeordneten Funkkanals mit dem auf der betreffenden Frequenz empfangenen und demodulierten Kanalnummer.
  14. 14. Sende- und Empfangsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsbausteine jeweils einem Sende- und Empfangszweig zugeordnet sind.
  15. 15. Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Speicher zur Abspeicherung der erkannten Funkkanäle bzw. -frequenzen.
  16. 16. Verfahren zum Betrieb der Kanalerkennungsvorrichtung einer Sende- und Empfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt (7) die Empfangsfeldstärke der einem Funknetz zugewiesenen Kanäle ermittelt und aus den Kanälen mit der größten Empfangsfeldstärke einer oder mehrere Funkkontrollkanäle (broadcast control channel) ermittelt werden (8), und daß diese im folgenden decodiert (11, 15) werden, um an Hand der dort gesendeten Informationen die Kanäle bzw. Frequenzen eines oder mehrerer zugeordneter Steuerkanäle (slow dedicated control channel) und/oder Verkehrskanäle (traffic channel) zu ermitteln.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, die Informationen über die in der betreffenden Funkzelle verwendeten Kanäle bzw. Frequenzen enthalten, und daß diese Meldungen von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, die Informationen darüber enthalten, ob in der betreffenden Funkzelle (25) ein frequenzumsetzender Repeater installiert ist, und daß diese Meldungen von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, die bestimmte, in der betreffenden Funkzelle (25) verwendete Frequenzoffsetwerte enthalten, und daß diese Meldungen von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, die Empfehlungen hinsichtlich der Zuordnung zu bestimmten, für die betreffende Funkzelle (25) vorgesehenen Kanälen enthalten, und daß diese Meldungen von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  21. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verkehr auf den Kanälen gemessen wird, und daß auf den Funkkontrollkanälen in vorgegebenen Zeitabständen Meldungen gesendet werden, welche die Aus- oder Überlastung einzelner Kanäle der betreffenden Funkzelle (25) anzeigen und von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  22. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Funkkontrollkanälen gesendete Kanalbefehle von der Kanalerkennungsvorrichtung ausgewertet werden.
  23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch Decodierung der ausgewählten Kanäle deren Kanal ermittelt wird und mit der tatsächlich empfangenen Kanalfrequenz verglichen wird.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nach einem Funkkontrollkanal gesucht wird, dessen tatsächliche Kanalfrequenz nicht mit der gesendeten Kanalnummer übereinstimmt (8).
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die uplinkseitige Sende- und Empfangseinrichtung auf die tatsächliche Kanalfrequenz (fa) eines Kanals, die downlinkseitige Sende- und Empfangseinrichtung auf den Kanal (fb) mit der gesendeten Kanalnummer abgestimmt wird.
  26. 26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Kanalfrequenz (fa) eines zugeordneter Steuerkanals (slow dedicated control channel) und/oder Verkehrskanals (traffic channel), sofern dieser nicht mit der gesendeten Kanalfrequenz (fb) übereinstimmt, durch Vergleich (18) der gesendeten Meldungen (15) mit den auf weiteren, hinsichtlich ihrer Empfangsfeldstärke ausgewählten Kanälen (16) gesendeten Meldungen (17) ermittelt wird.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich während eines Verbindungsaufbaus sequentiell gesendete Meldungen herangezogen werden.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich in einer zweiten Empfangseinrichtung ein Vergleichskanal empfangen und demoduliert wird.
  29. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entsprechenden Kanalnummern (fb) und tatsächlichen Kanalfrequenzen (fa) in zugeordneter Form gespeichert werden.
  30. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei die Anzahl der Sendezweige der erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsvorrichtung (1) kleiner ist als die Anzahl der in der betreffenden Funkzelle (25) verwendeten Frequenzkanäle, dadurch gekennzeichnet, daß die von einer Mobilstation (2) gesendete Identifikationsnummer ausgewertet wird, um eine mobilstationsselektive Kanalumschaltung zu ermöglichen.






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