DE60313741T2

DE60313741T2 - Mobilfunknetzwerksimulator

Info

Publication number: DE60313741T2
Application number: DE60313741T
Authority: DE
Inventors: Steffen Vancouver BEYME; Chris White Rock KILGOUR; Todd Vancouver SANKEY
Original assignee: Dyaptive Systems Inc
Current assignee: Dyaptive Systems Inc
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2023-02-15
Also published as: AU2003206518A8; WO2003069814A2; US7286802B2; AU2003206518A1; EP1474942A2; ATE362287T1; EP1474942B1; DE60313741D1; US20030236089A1; WO2003069814A3

Description

1. Einführung
1.1 Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein das Prüfen und das Optimieren einer Reihe von Bestandteilen von Funknetzwerken und stellt für diesen Zweck eine in sich geschlossene Plattform für mit Softwaregesteuerten Funkverkehr (SDR) vor.
1.2 Allgemeiner Stand der Technik
Drahtlose Kommunikationssysteme bestehen sowohl aus Komponenten der Netzwerk-Infrastruktur (z. B. Basisstationen) als auch mobilen Terminals (MT, typischerweise Handapparate). Währen des Lebenszyklus der Komponenten des Netzwerks und der mobilen Terminals führen die Entwickler und die Hersteller Prüfungen durch, um sich über den einwandfreien Betrieb zu vergewissern, und nehmen Optimierungen vor, um den Betrieb zu verbessern. Während der Installation, der Inbetriebnahme und dem Einsatz der Netzwerkausrüstung und für die laufende Wartung des Netzwerks prüfen und optimieren die Netzwerkbetreiber die installierte Ausrüstung.
Bestimmte signifikante Prüfungen des Funknetzwerks und der mobilen Komponenten erfordern die Verfügbarkeit von einigen steuerbaren Referenz-MTs. Diese MTs werden benutzt, um den Komponenten des Funknetzwerks einen bekannten Satz von Bedingungen aufzuprägen, um die Leistungsfähigkeit des Netzwerks und der Mobilteile in Bezug auf einen vorgegebenen Standard oder ein Leistungsziel zu bestimmen.
Die Technologie, die bei der drahtlosen Kommunikation eingesetzt wird, entwickelt sich immer weiter. Der allgemeine Trend ist der Übergang von der Analog-Technologie zu immer stärker ausgeklügelten Formen der Digital-Technologie, um den Forderungen nach immer höherer Qualität der Sprachübertragung, höherem Durchsatz pro Benutzer, besserer Flächendeckung, robusterem Service und effizienterer Nutzung eines begrenzten Spektrums gerecht zu werden.
Die derzeitige Situation ist gekennzeichnet durch einen ständig wechselnden Satz von Konformitätsbedingungen für die Entwickler von Funknetzausrüstung und Mobilgeräten sowie für die Netzbetreiber.
Die Weiterentwicklung der Funkstandards hat eine erhöhte Komplexität in den Prüfszenarien sowohl für die Ausrüstungsentwickler als auch für die Netzbetreiber zur Folge. Standards der jüngeren Generation werden entwickelt, um mit gegenwärtigen und zurückliegenden Generationen kompatibel zu sein oder wenigstens zu diesen komplementär zu sein. Jedes neue Funknetzwerk ist ausgelegt, dass es eine Gesamtheit von Teilnehmern bedient, die einen Mix von MTs haben, die unterschiedlichen Standards genügen. In diesem Sinne erfordern das Entwickeln und die Überprüfung des Betriebs von neuen Netzwerkskomponenten die Regressionsprüfung gegenüber älteren Standards und das Prüfen hinsichtlich einer bekannten gemischten Gesamtheit von MTs, die unterschiedlichen Standards genügen.
Funkstandards werden auch entwickelt, um den Teilnehmern eine größere Bandbreite zu bieten. Jedoch ist das Funkspektrum, das für Funksysteme zur Verfügung steht, weiterhin begrenzt. Da das Funknetzwerk von der Seite des Spektrums her begrenzt ist, ist auch die Kapazität begrenzt. Die neueren Standards, welche eine größere Bandbreite stützen, gehen zu Lasten der Teilnehmerkapazität hinsichtlich der Geschwindigkeit. Die Abwägung Geschwindigkeit gegenüber Kapazität erfolgt ständig und dynamisch in einem lebendigen System in dem Maße, wie die Teilnehmer nach Service verlangen. Um die Hüllkurve Kapazität/Bandbreite des Funknetzwerks zu prüfen und zu ermitteln, müssen die Grenzwertre der Systembelastung aufgeprägt werden. Die Prüfung und die Ermittlung der innewohnenden Fähigkeiten der MTs in Bezug auf Kapazität/Bandbreite erfordern auch die genaue Kontrolle über die Systembelastung. Derartige Prüfungen erfordern eine bekannte Gesamtheit von MTs mit gemischten Anforderungen an die Bandbreite.
Für die allgemeine Erläuterung des technischen Kontextes dieser Erfindung und für das Einbringen besonders geeigneter Beiträge soll auf die folgenden Standardtexte und Standards Bezug genommen werden.

[1] J. G. Proakis (1995); Digitale Kommunikation, 3. Aufl., McGraw-Hill, New York, 758ff.
[2] A. J. Viterbi (1995); CDMA Prinzipien der Streuspektrumübertragung, Addison-Wesley, Reading, Massachusetts
[3] TIA/EIA/IS-91-1, Spezifikation zur Kompatibilität von Basisstation- Mobilstation für 800-MHz-Mobilfunkdienste, -Sonderfunkdienste und -Wohngebietsfunkdienste
[4] TIA/EIA-95-B; Standard für die Kompatibilität von Basisstation-Mobilstation für Breitband-Streuspektrum-Mobilfunksysteme
[5] TIA/EIA/IS-2000 Series Rev A., CDMA-Serie 2000
[6] 3GPP W-CDMA Standard Rel-1999
[7] 3GPP Globalsystem für Mobilfunkkommunikation 1999
[8] 3GPP General Packet Radio System 1999

Um die Entwicklung der Rundfunkstandards zu veranschaulichen, wollen wir in Betracht ziehen, dass die 1G-Analog-Mobilfunkstandards für Nordamerika (AMPS – Fortgeschrittenes Mobiltelefonsystem [03] bereits um 2G-Digitalstandards wie beispielsweise IS-95 CDMA [04] erweitert worden ist und gegenwärtig Millionen von Teilnehmern bedient. Die Netzwerkbetreiber bieten den Teilnehmern Dienste unter Verwendung von 1G-, 2G- und Hybrid-Handapparaten an. Die 2G-Standards ermöglichen, dass Hybrid-Handapparate Direktrufe von 2G auf 1G abgeben können. Als Folge entwickeln die für die Standards zuständigen Organisationen und die Infrastruktur-Anbieter Erzeugnisse, die der gemischten Basis der Teilnehmer angepasst sind. Der Trend setzt sich fort mit 2.5G- und bevorstehenden 3G-Standards wie CDMA2000 [05] und W-CDMA [06], welche Rückwärts-Kompatibilität mit IS-95 CDMA [04]/AMPS [03] und GSM [07]/GPRS [08] bieten. Es gibt einen klaren Trend in Richtung auf erhöhte Komplexität in den Prüfszenerien, die erforderlich sind, um bevorstehende Ausrüstungen zu entwickeln, aufzubauen und in Betrieb zu nehmen und um die bereits bestehende Ausrüstung instand zu halten und zu optimieren.
Ein Teil dieser Entwicklung der Netzausrüstung geht in Richtung zur Bedienung von größeren Zahlen von aktiven Anschlüssen, um den Umfang an erforderlicher Infrastruktur-Ausrüstung herabzusetzen. Das Prüfen und das Optimieren von derartiger Ausrüstung ist eine Herausforderung, weil der Bereich der Bedingungen, unter denen der Einsatz erfolgt, sehr groß ist. Beispiels haben die Funk-Basisstationen von drahtlosen Netzen zwei skalierbare Faktoren, um die obere Grenze der Anzahl der versorgten Anschlüsse festzulegen: die Aufteilung in Sektoren und die Anzahl der Trägerfrequenzen. Eine Funk-Basisstation mit einem einzelnen Sektor und einem einzelnen Träger IS-95 sollte 30 bis 40 gleichzeitige Verbindungen versorgen. Eine Funk-Basisstation mit 3 Sektoren und 9 Trägern sollte mehr als 800 gleichzeitige Verbindungen versorgen. Das vollständige Prüfen und Optimieren einer Funk-Basisstation, die für einen solchen Bereich imstande ist, erfordert eine Methodologie, die ihre Funktion über diesen gesamten Bereich ausführen kann.
Zusätzlich zum Lastmanagement gibt es zwei Techniken, die für die Leistungsfähigkeit, die Qualität und die Effizienz von Funknetzen kritisch sind: die Fähigkeit eines Mobilterminals, sich in den Versorgungsbereichen von unterschiedlichen Teilen der Netzausrüstung zu bewegen, während eine Verbindung aufrecht erhalten wird (d. h. Weiterreichvorgang, wenn angebracht), und die Fähigkeit der an einem Funkverkehr beteiligten Einheiten, einen Feedback-Mechanismus zu bieten, welcher die Übertragungsleistung auf das Mindestmaß zu senken, das zur Aufrechterhaltung der Verbindung erforderlich ist (d. h. Leistungssteuerung).
Die Leistungssteuerung und die Weiterreichung sind besonders wichtig in Direktfolge-Streuspektrum-Netzen (DS-SS-Netze) (z. B. CDMAOne, CDMA2000, W-CDMA). DS-SS-Netze benutzen auf direktem Wege die Leistungssteuerung der Mobilterminals und des Netzwerks, um Störungen zu begrenzen, und benutzen die Weiterreichung, um die Aufzuverlässigkeit zu erhöhen und die Störungen zu senken.
Diese zwei Techniken können eingesetzt werden, um das Funknetz zugunsten von besonderen Leistungskriterien zu beeinflussen. Wenn man beispielsweise ermöglicht, dass ein besonderes Mobilterminal bei einer relativ höheren Leistung sendet, wird es mit einer Verbindung versehen, welche relativ weniger Bit-Fehlern unterliegt. Die Weiterreichung bedeutet, dass das Netz relativ weniger schwache Verbindungen versorgen kann.
Die Weiterreichung kann dadurch Fehlerraten senken, indem es dem Mobilgerät ermöglicht, zwischen den am besten verfügbaren Funkverbindungen umzuschalten. In DS-SS-Systemen ermöglichen Weiterreichungsvarianten, dass die Mobilterminals Signale von mehreren Quellen ansammeln, um entweder Fehlerraten weiter zu senken oder Leistung zu übertragen oder beides. Die Weiterreichung bedeutet, dass eine umfassende Unterstützung der Weiterreichung ermöglicht, die Netzkapazität zu begrenzen.
Das Optimieren dieser zwei Techniken für ein Nur-Gesprächs-Netz ist wegen der breiten Variabilität hinsichtlich Last, Beweglichkeit, Umgebung und Ausrüstung eine echte Herausforderung. Für ein Nur-Daten-Netz oder ein Gespräch-Daten-Netz wird die Herausforderung durch die Variabilität hinsichtlich des Verkehrstyps, des Nutzungsmusters und des Prioritätsgrades noch schwieriger gestaltet. Das Prüfen von Funknetzen und Mobilgeräten unter Verwendung von multiplen diskreten Mobilterminals und/oder Einbeziehung von multiplen Basisstationen sind auf traditionelle Weise durchgeführt worden, wobei eine relativ kleine Anzahl von diskreten zugeordneten Mobilterminal-Einheiten zum Einsatz gelangt sind. Die automatisierte Steuerung dieser diskreten zugeordneten Mobilterminals ist eine offensichtliche Strategie. Jedoch sind das Sammeln, das Anschließen und die Steuerung einer Gruppe von diskreten Mobilterminals mühevolle, kostenaufwendige und fehlerbehaftete Wagnisse. Da sich die Leistungsfähigkeit der Netzausstattung weiterentwickelt hat, passt darüber hinaus diese Herangehensweise praktisch nicht zu der Anzahl von Mobilterminals, die für das Prüfen auf Maximallast erforderlich sind. Schließlich bieten diskrete Mobilterminals typischerweise keine Steuerung auf dem Nutzer- oder Anwendungsniveau hinsichtlich der Weiterreichung, der Leistungssteuerung oder des Protokollverhaltens, die für die Tiefenprüfung und die Optimierung erforderlich sind.
Um die ineffiziente Natur des Prüfens mit diskreten Mobilterminals zu veranschaulichen, soll eine hypothetische Laborprüfanordnung betrachtet werden. Es wird eine gewisse Anzahl von Mobilterminal-Kandidaten mit beträchtlichen Kosten angeschafft und auf einem Prüfstand angeordnet. Die Antennen werden von den Mobilterminals entfernt und durch Anschlüsse ersetzt, die durch Koaxialkabel an ein HF-Koppelnetzwerk angeschlossen werden. Die Anzahl der Koax-Kabel und Koppelelemente, die für das HF-Netzwerk benötigt werden, über steigt bei weitem die Anzahl der Mobilterminals (z. B. bei Mehrsektoren-Basisstationen), da die sehr große Anzahl der Permutationen der möglichen Vorwärts- und Rückwärts-Kanalverbindungen angenähert werden muss.
Außerdem werden die Batterien aus den Mobilterminals entfernt und durch eine Stammverdrahtung ersetzt, um die elektrische Energie bereitzustellen. Ein geeignetes Stromversorgungsgerät für Gleichstrom ist erforderlich, um die Mobilterminals mit Energie zu versorgen. Schließlich wird jedes Mobilterminal mit einem unabhängigen Steuerkabel, typischerweise einem Serienkabel RS-232, zurück zu einer Steuereinheit verbunden. Jedes Serienkabel enthält mindestens 3, normalerweise bis zu fünfundzwanzig Leiter. Es ist klar, dass diese Herangehensweise eine Verkabelungsdichte mit sich bringt, die bei einer großen Anzahl von Mobilterminals unhandlich wird.
Eine weitere Dimension der ineffizienten Anwendung der monolithisch-mobilen Lösung wird veranschaulicht, indem man die außen durchzuführende Prüftätigkeit, die auf einen Netzbetreiber zukommen kann, unter die Lupe nimmt. In dieser Umgebung wird eine kleine Anhäufung von Mobilterminals benutzt, um die Netzleistungsfähigkeit zu messen und die spezifischen Netzreaktionen zu stimulieren. In einem aktiven Netz liefert diese Tätigkeit wenig Erkenntnisse und fast keine Kontrolle des Gesamtzustandes des Netzes zum Zeitpunkt der Prüfung. In einem neuen Netz stellt diese Aktivität eine äußerst begrenzte Prüfung der Leistungsfähigkeit des Netzes dar, weil die erzeugte Last von den erwarteten Bedingungen sehr weit entfernt ist, die Mobilterminals einen sehr geringen Teil von typischen Bedingungen erfahren und die Mobilterminals einen sehr kleinen Bereich von erwartetem Verkehr zustande bringen. Alternativ kann eine Anhäufung von Mobilterminals an verschiedenen geografischen Stellen innerhalb eines in Betrieb befindlichen Netzes belebt werden. Bedienpersonen handhaben den koordinierten Aufruf dieser Mobilterminals, auf das Netz einen Satz von Bedingungen zu geben. Ein automatisierter Aufruf der Mobilterminals würde ein verteiltes Steuerungsnetzwerk erfordern, das eine Kapazität hat, die gleich der des Funknetzes selbst ist – aus Kostengründen nicht durchführbar. Da die Anzahl der Mobilterminals und der Betreiber zunimmt, übersteigt die Logistik der Koordinierung jede Vernunft und führt zu kostenaufwendigen Fehlern im Prüfverfahren. Nur durch die Begrenzung der Prüfungen auf eine kleine Anzahl von Mobilterminals und einen begrenzten Satz von Merkmalen könnte diese Herangehensweise praktikabel sein (auch wenn sie nicht für eine große Anzahl von Mobilterminals mit unterschiedlichen Fähigkeiten repräsentativ ist).
US-Patent Nr. 6.272.450 offenbart offensichtlich einen Verkehrslastsimulator für ein Mobilfunk-Telekommunikationsnetz, bei welchem die grundlegenden Anruffunktionen über einen Luft-Interface-Link ausgeführt oder simuliert werden können. WO 02/09313 offenbart offensichtlich einen Emulator für Störungen in der Kommunikationsübertragung, der benutzt wird, um Teile eines Kommunikationssystems zu prüfen.
Um die bekannten Fehler der derzeitigen Methodologien aufzuzeigen, liefert diese Erfindung eine einzigartige Plattform und Methodologie zur zusammenwirkenden Simulierung einer Vielzahl von Mobilterminals (Simulierte Mobilterminals) auf Allzweck-SDR-Hardware (Schaffung einer großen Anzahl von virtuellen oder simulierten Mobilterminals SMT). Jedes SMT stützt eine Vielzahl von unabhängigen Vorwärts- und Rückwärts-Funkkanälen zu einer Anzahl von Netzausrüstungen. Die SMT können auf unterschiedlichen Standards von Kommunikationsprotokollen und auf unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Es gibt eine detaillierte und unabhängige Steuerung der Simulation von Vorwärts- und Rückwärts-Funkkanalbedingungen eines jeden SMT im Besonderen, und im Verhalten eines jeden SMT im Allgemeinen, und zwar jeweils auf eine Weise, die jenseits dessen liegt, was ein diskretes Mobilterminal MT leisten kann oder könnte. Diese Merkmale ermöglichen auch eine Koordinierung, damit die SMT zwischen Simulationsplattformen wechseln können zum Zweck der weiteren Prüfung der Weiterreichung und der Optimierung.
Im dem die Simulation betreffenden Kontext dieser Erfindung muss eine gewisse Sensibilität auf den Ausdruck und das Konzept des „simulierten Kanals" (und auf damit zusammenhängende und abgeleitete Ausdrücke und Konzepte wie beispielsweise „Simulierung eines Kanals") aufgebracht werden. Auch wenn im wirklichen Betrieb die Funknetze und die Mobilterminals „reale" HF-Kanäle zwischen sich erzeugen und auch wenn diese Erfindung betrachtet werden kann, als schaffe sie Aspekte von „realen" HF-Kanälen und dann die Aspekte simuliert, die auf die Kanalbedingungen bezogen sind (z. B. Störungen), so kann diese Erfindung, in ihrer Allgemeinheit nicht so sehr in dem Sinne gesehen werden, als simuliere sie Kommunikationskanäle, sondern vielmehr in dem Sinne, dass die „makroskopischen" Wirkungen der Kanalstörungen simuliert und diese auch ausgeführt werden, indem am Basisbandsignal gewisse Berechnungen durchgeführt werden.
2. Darstellung der Erfindung
2.1 Plattform des Softwaredefinierten Funkbetriebs SDR
Gemäß dem ersten umfassenden Aspekt bietet die Erfindung eine mit der wohldefinierten Industriearchitektur im Einklang stehende SDR-Plattform mit dem Ziel, eine Anzahl von SMT einzubeziehen, um die Ausrüstung von Funknetzwerken und von Mobilgeräten zu prüfen und zu optimieren. Die Natur des SDR lässt zu, dass mehrere Software-Programme entwickelt und auf der genannten Hardware-Plattform betrieben werden können. Die Erfindung bietet eine geeignet konfigurierte SDR-Plattform mit der Möglichkeit, derzeitige und künftige Funk-Interface-Standards durch die Anwendung von unterschiedlichen Software-Programmen unterzubringen. Außerdem ermöglicht die flexible Natur der SDR-Plattform, dass multiple Funkstandards gleichzeitig für den Hybridbetrieb untergebracht werden. Schließlich bietet die genannte Plattform eine Architektur, welche skalierbare Hardware und Software zulässt, um einen ganzen Bereich von Anforderungen an die Bearbeitungskapazität zu bedienen. Der geeignete Umfang an Hardware kann entsprechend der Anzahl der SMT, der Bandbreitenkapazität und der Sektorenkapazität eines besonderen Anwendungsfalles oder Prüfszenariums bestückt werden.
Die Plattform beherbergt eine Vielzahl von virtuellen Mobilterminals (MT) oder simulierten mobilen Terminals (SMT). Jedes SMT ist imstande, einer Anzahl von Standards zu entsprechen und unabhängig voneinander mit einer Vielfalt von Netzwerkkomponenten kommunizieren. Jedes SMT unterstützt eine externe Diagnostik- und Steuer-Schnittstelle, welche ermöglicht, dass eine umfangreiche Berichterstattung und Kontrolle des Standardverhaltens erfolgt. Jeder Funkkanal zwischen einem SMT und der Netzwerkkomponente unterstützt die gesteuerte Simulation der Kanalbedingungen.
2.2 Vielzahl der Mobilterminals
Gemäß dem zweiten umfassenden Aspekt bietet die Erfindung wechselnde Methodologien zur Implementierung und Steuerung einer ganzen Anzahl von SMT in der Weise, dass die SDR-Funktionen und -Betriebsmittel unter sich aufgeteilt werden. Diese Methodologien ermöglichen, dass die Anzahl der SMT in dem Maße skaliert wird, wie die Betriebsmittel der SDR-Plattform skaliert werden. Diese Methodologien lassen ein gleichzeitiges Betreiben von SMT zu, die auf unterschiedlichen Schnittstellen-Standards arbeiten, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern arbeiten, die mit einer unterschiedlichen Gruppierung von Netzwerkelementen kommunizieren. Außerdem lassen diese Methodologien die Exposition einer einzelnen externen Schnittstelle für die Erzeugung, Steuerung und Löschung der genannten SMT zu.
2.3 Vielzahl der Nutzungsmöglichkeiten der Netzwerkausrüstung
Gemäß dem dritten umfassenden Aspekt bietet die Erfindung die Fähigkeit und die Methodologie zum gleichzeitigen Prüfen einer Vielzahl von Zugangspunkten zum Funknetz (typischerweise, aber nicht notwendigerweise, Basisstationen BTS). Die Erfindung ermöglicht das Prüfen und die Optimierung der Wechselwirkung der genannten BTS in einem Netz unter einer simulierten, sich zeitlich und räumlich verändernden Gesamtheit von SMT. Durch Nutzung der Erfindung mit spezifischen Kombinationen von BTSs und im Zusammenhang mit der vorhandenen üblichen Prüfausrüstung (z. B. Spektralanalysator) können die Tests an Bereichen der Infrastruktur des Funknetzes durchgeführt werden. Die Erfindung ermöglicht die Wechselwirkung mit einer Vielzahl von BTS. Diese Erfindung ist nicht auf Signale beschränkt, die von nur einer einzigen BTS stammen (z. B. in 8 könnten s₁ und s₂ von einer BTS kommen, während s₃ und s₄ von einer anderen BTS kommen könnten).
Außerdem kann die Erfindung gleichzeitig an BTS genutzt werden, indem unterschiedliche kompatible Standards und Frequenzen benutzt werden, und möglicherweise in den Netzen von unterschiedlichen Betreibern.
Zusätzlich ermöglicht die Erfindung das Prüfen und die Optimierung der Wechselwirkung eines spezifischen, diskreten MT mit einer Anzahl von BTS. Durch die Schaffung von spezifischen Netzbedingungen unter Verwendung einer Kombination von SMT in spezifischen Zuständen kann die Leistungsfähigkeit des diskreten MT gemessen und optimiert werden, um eine Vielfalt von Realweltbedingungen zu erfüllen.
2.4 Kanalsimulation
2.4.1 Momentane Kanalstörungen
Gemäß dem vierten umfassenden Aspekt bietet die Erfindung wechselnde Methodologien, um durch die Anwendung von spezifischen Beeinträchtigungsaktionen in bestimmten Stadien der Basisbandverarbeitung momentane simulierte Kanalstörungen sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung einzubringen. Diese simuliertren Kanalstörungen werden für jeden Funkkanal für jedes SMT getrennt oder in Gruppen festgelegt und auf diese angewendet. Die genannten simulierten Kanalstörungen werden durch eine Gruppe von Gewichten auf verschiedenartige Störungseffekte, die auf ein gegebenes SMT (oder eine Gruppe davon), angewendet werden, festgelegt. Die gegebene Gruppe von Störungsgewichten für alle SMT wird durch Vorgabe fortbestehen, oder sie können schnell geändert werden, um dynamische praxisnahe Kanalbedingungen zu simulieren.
2.4.2 Playback-Maschine für die Kanalsimulation
Gemäß dem fünften umfassenden Aspekt liefert die Erfindung einen Mechanismus und eine Methodologie, um Sequenzen von momentanen Kanalstörungen in Skripts zu spezifizieren und zu speichern und sie in Echtzeit erneut abzuspielen.
2.4.3 Schnittstelle für die Kanalsimulation
Gemäß dem sechsten umfassenden Aspekt liefert die Erfindung eine Schnittstelle für eine externe Steuervorrichtung, um die genannten momentanen Kanalstörungen und ihre Sequenzen zu konfigurieren und zu steuern, und die zugehörige Methodologie. Die genannte Schnittstelle für die Steuerung kann mit der Steuerungsschnittstelle des SMT kombiniert sein.
2.5 Weiterreichvorgang
Gemäß dem siebenten umfassenden Aspekt ermöglicht die Erfindung, dass jedes SMT eine Anzahl von Varianten der Weiterreichung unterstützt, zu denen die weichere, die weiche und die harte Weiterreichung gehören, und dass jedes SMT auf Weiterreich-Anweisungen vom Netz reagieren kann, ohne dass es körperlich in Bewegung ist. Ferner liefert die Erfindung eine zugehörige Methodologie.
2.6 Detaillierte Steuerung
Gemäß dem achten umfassenden Aspekt ermöglicht die Methodologie der Erfindung die detailgetreue Berichterstattung und Steuerung des SMT-Verhaltens. Ein diskretes MT wird typischerweise eine Hochpegel-Steuerung (z. B. eine Nummer rufen) und Hochpegel-Berichterstattung (z. B. Abrufen von Status und Typ) bieten. Die tiefgründige Netzprüfung- und -optimierung erfordern die Fähigkeit, eine kontrollierte Umgebung auf allen Pegeln des anwendbaren Protokolls zu generieren, was mit einem diskreten Verbrauchergerät nicht möglich ist. Die Erfindung ermöglicht, dass eine externe Prüfvorrichtung auf das vorgegebene Verhalten eines SMT aufgeschaltet wird, um das Netz in einen spezifischen Zustand zur Prüfung und Optimierung zu zwingen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung in eine SMT-Reaktion auf die Kontrolle der Netzleistung eingreifen, um die Reaktion des Netzwerks zu messen.
3. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen zu Hilfe genommen wird. Bei diesen Zeichnungen handelt es sich um:
1 zeigt eine Grundanordnung, welche einen einzelnen Mobilterminalsimulator MTS und die Steuervorrichtung umfasst, die an eine kleine Gruppe von Basisstationen BTS angeschlossen sind.
2 zeigt die Funktionsarchitektur eines MTS.
3 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm dieser Erfindung, welches annähernd mit SDR-Funktionen ausgerichtet ist.
4 zeigt eine ideale SDR-Hardware-Plattform zur Beherbergung einer Anzahl von simulierten MT.
5 zeigt die Hardware-Betriebsmittel, die bei der SDR-Hardware-Plattform für einen MTS benutzt werden.
6 zeigt die Vorfeldverarbeitung bei der Vorwärtsverbindung.
7 zeigt eine andere Form der Vorfeldverarbeitung bei der Vorwärtsverbindung.
8 zeigt das Konzept der Kanalsimulation bei der Vorwärtsverbindung mit der Option der Verarbeitung des Chiprate-Signals.
9 zeigt die Details der Implementierung der Kanalsimulation bei der Vorwärtsverbindung mit der Option der Verarbeitung des Chiprate-Signals.
10 zeigt die Kanalsimulation bei der Vorwärtsverbindung mit der Option der Verarbeitung des Signals für die Rate der Leistungssteuerung.
11 zeigt die Kanalsimulation bei der Rückwärtsverbindung und die Signalverarbeitung.
12 zeigt die Topologien für die Kombinierung der Kanäle bei der Rückwärtsverbindung.
13 zeigt die Option 1 für die Aufwärtsmischung bei der Rückwärtsverbindung.
14 zeigt die Option 2 für die Aufwärtsmischung bei der Rückwärtsverbindung.
15 zeigt eine komplexe Veränderung der Anordnung von 1 mit mehreren MTS und Steuervorrichtungen, die an einen großen Satz von Netzausrüstungen auf komplexe und überlappende Weise angeschlossen sind.
4. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
4.1 Abkürzungen und Terminologie
Die weiter unten aufgelisteten Abkürzungen sind diejenigen, die auf dem Fachgebiet üblicherweise benutzt werden (mit der Ausnahme, was die MT betrifft), und sie werden hier lediglich zur Erleichterung des Lesens benutzt. Ein MT ist begrifflich ein mobiles Terminal. Typischerweise handelt es sich dabei um ein handgetragenes Mobilfunkgerät mit den kommerziellen und benutzergerechten Einstellungen, und wenn hier auf diese Einstellungen Bezug genommen wird, dann erfolgt dies mit dem Adjektiv „diskret" (z. B. „diskretes MT") und mit zusätzlichen Adjektiven (wie „kommerziell" oder „benutzergerecht", wenn weitere Unterscheidungen eines diskreten MT gemeint sind). Im Unterschied zu einem diskreten MT wird ein „simulierten MT" gemäß der Erfindung hier mit „SMT" abgekürzt. Derjenige Bestandteil der Erfindung, der ein oder mehrere SMTs beherbergt, wird als „MT-Simulator" bezeichnet oder hier mit „MTS" abgekürzt.
Es gibt veränderliche und geeignete Niveaus, auf denen die vorliegende Erfindung zu betrachten ist, jedes mit seiner zugehörigen Terminologie und damit verbundenen kleinen (nuancierten an Stelle von wesentlichen) Unterschieden in der Bedeutung. Die Begriffe und die Terminologie von {„virtuell", „virtuelles MT", „VMT"}, {„emuliert", „Emulator", „emuliertes MT", „EMT"} sind geeignete Alternativen in vielen Textzusammenhängen dieser Erfindung zu {„simuliert², „Simulator", „simuliertes MT", „SMT"}, die hier gewählt worden sind. Diese anderen Sätze von Begriffen und der Terminologie (oder Untersätze davon) können hier für die Belange der Erfindung fast als Synonyme betrachtet werden.

AGC (AVR): Automatische Verstärkungsregelung
ADC (ADW): Analog-Digital-Wandlung
AWGN: additives weißes Gauss-Rauschen
BTS: Basisstation-Transceiver-Subsystem oder einfach „Basisstation" (die hier 3 Sektoren zur Veranschaulichung hat), die aber je nach dem Textzusammenhang sich auf eine Mobilfunkzelle, einen Sektor innerhalb einer Mobilfunkzelle, eine BTS-Steuervorrichtung oder Schalter oder ein anderes Teil des Zellsystems, das Bezug zu einer beliebigen Nicht-MT-Funktionalität hat, bezieht.
CDMA: Codemultiplex-Vielfachzugriff
CPU: Zentrale Verarbeitungseinheit
CTRL: Steuervorrichtung
DAC (DAW): Digital-Analog-Wandlung
DDC: digitale Abwärtsmischung (von der ZF zum Basisband)
DUC: digitale Aufwärtsmischung (vom Basisband zur ZF)
DLL: laufzeitblockierte Schleife, hier benutzt, um den Zeitablauf einer PN-Sequenz zu verfolgen
E_b/N_t: Verhältnis der kombinierten Energie des empfangenen Bits zur Spektraldichte der effektiven Rauschleistung oder „Energie pro Bit pro Rauschleistungsdichte". Es ist ein wichtiger Maßstab, welcher die Qualität der Verbindung angibt.
E_c/I_c: Verhältnis der durchschnittlichen PN-Chip-Energie zur gesamten spektralen Leistungsdichte einschließlich Signal und aller Quellen von Störungen (Synonym zu „Pilot-Feldstärke")
E_c/I_or: Verhältnis der durchschnittlichen PN-Chip-Energie zur gesamten spektralen Sendeleistungsdichte für einen einzelnen Sender GPS Globales Positionierungssystem (wird als genaues Bezugssystem für Zeit und Frequenz benutzt beispielsweise in IS95/IS2000 CDMA-Netzen)
I₀: gesamte aufgenommene spektrale Leistungsdichte einschließlich Signal und Störspannung
Ī_or: aufgenommene Spektraldichte der Leistung des Vorwärts-CDMA-Kanals ohne Hintergrund oder andere Zellstörspannungen
I_or: gesendete Leistungsspektraldichte des Vorwärts-CDMA-Kanals für einen einzelnen Sender
I_oc: aufgenommene Leistungsspektraldichte einer (bandbegrenzten) Quelle weißen Rauschens, welche andere Störspannungen des Mobilfunknetzes simuliert
IF: Zwischenfrequenz
N_c: Anzahl der CDMA-Träger
N_s: Anzahl der BTS-Sektoren, mit denen ein MTS kommunizieren kann (zur Veranschaulichung hier Ns = 4)
N_m: Anzahl der MT
MT: Mobilterminal
MTS: Simulator für ein Mobilterminal entsprechend dieser Erfindung
PA: Leistungsverstärker
PN: Sequenz des Pseudo-Rauschens
RAM: Direktzugriffspeicher
RF: Hochfrequenz
SDR: Software-definierter Funkbetrieb
SYNC: Synchronisierung von MTS mit externer Frequenz/Zeitbasis
TDM: Zeitmultiplex
SMT: virtuelles oder simuliertes MT gemäß dieser Erfindung
W/R: Gewinn der CDMA-Verarbeitung, ist das Verhältnis von gespreizter Bandbreite zur ursprünglichen Datenübertragungsgeschwindigkeit.

Die MT-Klasse definiert die Attribute eines MT wie beispielsweise die maximale Senderleistung, die bedarfsgesteuerten Betriebsmerkmale, Fähigkeit zum Zwei-Standard-Betrieb CDMA/AMPS.
Chips sind PH-Sequenzen, die gestreut sind. Symbole sind das kleinste Element eines Blocks von Verkehrsdaten, auf welche die Vorwärtsfehlerkorrektur angewendet worden ist.
Verkehrskanäle (im Unterschied zu Steuer- und Verwaltungskanälen) sind Kanäle, welche Benutzerinformationen (beispielsweise Sprache) tragen.
Die Ausdrücke „Träger" und „Trägerfrequenz" werden hier als Synonyme benutzt.
Ein Protokollstapel ist der Satz von Protokollschichten, die zusammen arbeiten, um zwischen zwei Instanzen Ende-Ende-Kommunikationen zu bieten.
SDRs sind Funksysteme, welche die Software-Steuerung einer Vielfalt von Modulationstechniken, Breitband- oder Schmalbandbetrieb, Funktionen der Kommunikationssicherheit (wie beispielsweise Frequenzsprungverfahren) und Anforderungen an die Wellenform des Stromes bieten und Standards über einen weiten Frequenzbereich entwickeln.
Flachschwund ist Schwund, bei welchem alle Frequenzkomponenten eines empfangenen Funksignals sich im selben Anteil gleichmäßig verändern. Rayleigh-Schwund ist eine Form des Flachschwundes, die durch Mehrwegeempfang verursacht wird. Die MT-Antenne nimmt eine große Anzahl von reflektierten und gestreuten Wellen auf. Wegen der Effekte der Wellenauslöschung wird die momentan empfangene Leistung, von einer sich bewegenden Antenne aus gesehen, eine Zufallsveränderliche, die vom Ort der Antenne abhängt.
4.2 Einführung
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bietet eine skalierbare SDR-Plattform, die imstande ist, bis zu (nominell) eintausend virtuelle oder simulierte Mobilterminals SMTs mit individuell simulierten Kanalbedingungen zu simulieren, die nach einem CDMA-Mobilfunkstandard arbeiten und direkt an die Ausrüstung des Mobilfunknetzes angeschlossen sind. Ferner ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung imstande, über ähnlich standardisierte Anschlussmittel (z. B. Ethernet) an ähnliche Geräte angeschlossen zu werden, um eine Erweiterung der Fähigkeiten zu ermöglichen.
Wo dies für Belange der Veranschaulichung speziell erforderlich ist, kann die bevorzugte Ausführungsform betrachtet werden, als sei der Mobilfunkstandard CDMA implementiert. Jedoch ist die bevorzugte Ausführungsform imstande, nur mit gewissen Geradeaus-Modifikationen wohlbekannte Mobilfunkstandards wie beispielsweise GSM, GPRS, EDGE, WCDMA-FDD, WCDMA-TDD, TDS-CDMA oder eine Mischung dieser zu implementieren. Außerdem ist die bevorzugte Ausführungsform imstande, mit gewissen Geradeaus-Modifikationen und Zufügung einer externen Antennenanordnung innerhalb eines Live-Netzwerks zu funktionieren.
4.3 System-Kontext
1 zeigt einen generischen Kontext, in welchem der MTS (100) benutzt wird.
Der MTS (100) ist an die T_x/R_x-Sektorports a, b und c von mindestens einer BTS (101) angeschlossen. Zusätzlich kann er auch an die Ports von Diversity-Antennen angeschlossen werden, falls diese an der BTS (101) vorhanden sind. Der MTS (100) ist an die Steuervorrichtung (102) angeschlossen und unterliegt wahlweise der Synchronisierung (103), die durch ein Referenzsignal erfolgt, welches von einer BTS, einem GPS oder einem anderen externen Zeitbezug bereitgestellt wird, oder intern erfolgt durch Aufprägen auf das HF-Signal der BTS. Die Verbindungen zwischen den Sektorports der BTS (101) und dem MTS (100) können auf vorteilhafte Weise direkt durch Kabelverbindung oder drahtlos erfolgen (im letzteren Fall ist der MTS (100) mit einem Leistungsverstärker PA, einer Antenne und Hilfszubehör ausgestattet) oder durch ein beliebiges anderes Mittel, welches keine oder vernachlässige physikalische Beeinträchtigungen aufweist. Die SMT sind im MTS (100) beherbergt (wie weiter unten noch erläutert wird).
Der MTS (100) wird durch die Steuervorrichtung (102) gesteuert, welche einen Wirt mit Kommando-, Steuer, Überwachungs- und Schnittstellenfunktionen darstellt. Zur Vereinfachung der Erläuterung soll nun weiter unten Bezug lediglich auf die Steuervorrichtung (102) genommen werden mit Ausnahme in dem komplexeren Kontext der 15, wo Bezug auf die Steuervorrichtungen (1302) und (1308) einzeln und im Verbund genommen wird und auf koordinierte Weise vorgegangen wird in Übereinstimmung mit einer „Netzaufwärts"-Management-Intelligenz (z. B. Benutzeranwendung zum Prüfen gemäß dieser Erfindung). Die weiter hinten erläuterten Grundfunktionen der Steuervorrichtung (102) treffen gleichermaßen auf jede der Mehrfach-Steuervorrichtungen (1302) und (1308) zu.
Die Steuervorrichtung (102) wirkt als Server auf externe Benutzeranwendungen, implementiert die Steuerung und Funktionen, die mit dem SMT im Zusammenhang stehen, und steuert insbesondere den MTS. In dieser letzteren Kategorie von Verantwortlichkeiten funktioniert die Steuervorrichtung (102) in der Weise, dass sie alle Aktivitäten des MTS und anderer Elemente (z. B. Transceiver) steuert und die Prüf-Skripts ausführt und die Parameter- und Diagnosedaten sammelt. Die Steuervorrichtung (102) ist auch verantwortlich für: Steuerung der Leistung und des Reset-Zustands des MTS, Bereitstellung der Betriebs-Software und der FPGA-Konfigurationsbilder für den MTS, Verwaltung der Merkmale des MTS und der Software-Lizenzen dafür (zum Beispiel kann diese Erfindung kommerzialisiert werden durch die Lizenzierung der MTS, und zwar mit Lizenzraten, die von Variablen wie den hier beschriebenen aktivierten Merkmale, dem Gebrauch und den Betriebsmitteln abhängen), Steuerung der Aktivität von SMT auf den MTS, Ausführung von Prüfprozeduren und Prüf-Skripts, Sammeln und Koordinieren der Parameterdaten zwischen den MTS, Sammeln, Generieren und Speichern von Diagnosedaten für das gesamte System.
Auch vermittelt die Steuervorrichtung (102) die Basisoperationen des SMT-Management (erzeugen, löschen, starten, stoppen, sichern, wiederherstellen, Parameter laden, Parameter einstellen und Protokollierung steuern) und SMT-Rufverarbeitung (Ruf einleiten, Ruf beantworten, Verkehr senden, Verkehr empfangen, Daten senden, Daten empfangen).
15 zeigt einen stärker komplexen Kontext, bei welchem mehrere MTS (1300), (1305) und (1306) in einer koordinierten Weise unter der koordinierten Steuerung von mehrfachen Steuervorrichtungen (1302) und (1308) wirken. In einem solchen Kontext müssen die MTS nicht alle auf identische Weise konfiguriert sein, um dieselben Protokolle zu unterstützen. Beispielsweise koordinieren in dem komplexen Kontext von 15 die Steuervorrichtungen (1302) und (1308) (zusätzlich zu ihren normalen Verantwortlichkeiten) auch zusammen harte Weiterreichvorgänge zwischen den BTS, die auf verschiedenen Protokollen arbeiten (die vielleicht sogar zu unterschiedlichen Betreibern gehören).
Der MTS (100) ist so ausgelegt, dass er viele (nominell 128) SMT über (nominell vier) BTS-Sektoren beherbergt und unterstützt. Wenn eine einzelne BTS drei Sektoren {a,b,c} aufweist, dann unterstützt in der Anordnung von 15 mit mehreren BTS ein MTS mindestens einen Sektor aus (mindestens) je zwei BTS und weist folglich mehr Sektoren auf, als die kleinste Anzahl von Sektoren in einer BTS. Hier ist für die Belange der Veranschaulichung N_s = 4 (d. h. MTS-Ports a, β, x und δ).
4.4 Systemarchitektur
2 zeigt die generelle funktionelle Architektur des MTS. Der MTS ist dargestellt, als werde er von der Steuervorrichtung (102) und der Simulationsmaschine für Szenarium/Kanal (203) unterstützt („Steuerfluss" mit gestrichelten Pfeilen im Unterschied zum „Datenfluss" mit durchgezogenen Pfeilen). Die näherungsweise Beziehung des MTS (100) relativ zur funktionellen Architektur der 2 ist als gestricheltes Kästchen in 2 ausgedrückt, welches die Blöcke 200 bis 205 und 207 bis 209 umgibt.
Von den BTS-Antennenports tritt das Signal der Vorwärtsverbindung in einen Duplexer (200) und wird im HF-ZF-Abwärtsmischer (201) und im digitalen Abwärtsmischblock (202) verarbeitet. Das Signal tritt dann in die Simulationsmatrix (204) für die Vorwärtskanalmischung, welche das Signal in den SMT-Datenaufbereiter (205) einspeist. Der SMT-Datenaufbereiter (205) ist an die Steuervorrichtung (102) angeschlossen. Das Signal der Rückwärtsverbindung hat seinen Ursprung im SMT-Datenaufbereiter (205), tritt in die Matrix (207) zur Simulation des Rückwärtskanals und wird anschließend im digitalen Aufwärtsmischblock (208) und im ZF/HF-Wandler (209) verarbeitet, von wo es in den Duplexer (200) eingegeben und wahlweise direkt in die Ports der BTS-Diversity-Antenne eingespeist wird. Die Blöcke (204), (207) zur Kanalsimulation werden von der Simulationsmaschine (203) für Szenarium/Kanal gesteuert, die ihrerseits durch die Steuervorrichtung (102) gesteuert wird.
Lediglich aus Gründen einer einfachen Veranschaulichung sind in den 1, 2 und 15 die Leitungen für die Verteilung der Leistung und für die Kommunikationsverbindungen mit hohem Durchsatz zwischen der Steuervorrichtung und den MTS, die Teil der schaltungstechnischen Konfiguration sind, nicht dargestellt. Die Kommunikationsverbindungen für hohen Durchsatz können ein 100-MB/s-Ethernet-Schalter sein und sind in jedem Fall viel schneller als diejenigen von einem typischen diskreten MT (die typischerweise im Bereich von 38 kB/s bis 1 MB/s liegen).
Die Szenarium/Kanal-Simulatormaschine (203) ist lediglich aus Gründen der einfachen Darstellung in den 1 und 15 nicht dargestellt. Die funktionelle Rolle der Maschine (203) bei der Steuerung des MTS (speziell für die Simulationsmatrizen (204) und (207) für den Vorwärts- und Rückwärtskanal) wird weiter unten in Verbindung mit der Steuervorrichtung (102) und dem MTS (100) und den 2, 8, 9 und 11 beschrieben. Die Maschine (203) kann ihrerseits als Teil der Steuervorrichtung (102) für Steuerfunktionen auf hohem Niveau betrachtet (und teilweise implementiert) werden, aber hauptsächlich kann sie als Teil des MTS (100) angesehen (und implementiert) werden, weil die Natur und das niedrige Niveau ihrer Aufgaben eng mit denen des MTS (100) verbunden sind. Das gestrichelte MTS-Kästchen in 2 schneidet die Maschine (203), um die breit gefächertre Rolle, die der MTS spielt, widerzuspiegeln.
Die Basiseinheit der Skalierbarkeit ist der MTS, wie das aus 1 und 15 deutlich wird. In Verbindung mit einer oder mehreren Steuervorrichtungen, weiteren geeigneten kleineren Verarbeitungsblöcken und Steuer-, Leistungs- und Synchronisationsleitungen und einer schnellen Schaltung für Verbindungs- oder Schaltfunktionen ist die Anzahl der MTS, die benutzt werden können, nur durch die Beschränkungen in der Verarbeitungsleistung des Steuerblocks bzw. der Steuerblöcke und die Geschwindigkeit der zugehörigen Schaltung für Verbindungs- und Steuerfunktionen begrenzt. Außerdem ist es möglich, die Kombinationen von MTS (jede Kombination ist dabei eine Mehrfachanordnung wie in 15) zu verknüpfen.
4.4.1 Funktionelle Architektur des SDR
3 zeigt, wie die allgemeine Architektur des MTS mit der recht gut bekannten funktionellen Architektur des SDR ausgerichtet ist.
5 zeigt eine mögliche Hardware-Implementation des MTS (100). Sie enthält eine schnelle CPU mit ihrem RAM-Speicher plus weiteren ROM-Speichern und Prozessoren (wie DSP, FGPA und ASIC)) welche für die ihnen zugewiesenen Aufgaben geeignet sind. Die CPU führt den Maschinenkode aus, der für jedes SMT einen Protokollstape emuliert. Zur Statusinformation eines SMT gehören all die Variablen und Parameter und alle weiteren Informationen, die erforderlich sind, dass das SMT zu einem gegebenen Zeitpunkt im MTS arbeitet (und hat als solche mehr Informationen, als ein Kanalprofil aufweist, wie das an anderer Stelle noch erläutert wird). Die Statusinformationen eines SMT werden in einem (vorzugsweise benachbarten) Block von Datengespeichert, die im RAM des MTS gespeichert werden. Diese Statusinformationen verkapseln den vollen Status des Protokollstapels für das SMT. Auf diese Weise gabelt oder beherbergt ein MTS ein oder mehrere (üblicherweise viele) SMT.
Das Bewegen der Statusinformationen eines SMT beinhaltet das Senden seines Datenblocks vom RAM im Quell-MTS zum (von der Steuervorrichtung (102) ausgewählten) Ziel-RAM über eine Kommunikationsverbindung mit hohem Durchsatz (z. B. 100MB/s Ethernet) und das Initialisieren des Maschinenkodes für einen Protokollstapel auf der CPU des Ziel-MTS unter Verwendung jenes Datenblocks. Das Bewegen der Statusinformation eines SMT ist relevant, wenn Weiterreichvorgänge betrachtet werden (an anderer Stelle erläutert).
5 ist eine lediglich zur Einsparung an Erläuterungen vereinfachte Darstellung. Offensichtliche Alternativen enthalten die gemeinsame Nutzung von RAM und CPU mit anderen MTS, um die Statusinformationen von mehreren SMT zu halten.
Bei einer Implementierung ist der MTS so ausgelegt, dass er nominell 128 SMTs über vier BTS-Sektoren beherbergt und unterstützt. Die BTS-Sektoren können für beliebige Bandklassen und Trägerfrequenzen individuell konfiguriert sein, vorausgesetzt dass alle Bänder und Träger von den jeweiligen Transceivern unterstützt werden und alle Träger innerhalb einer Bandklasse auf ein 15-MHz-Unterband begrenzt sind.
Ein gegebenes SMT kann zu einer gegebenen Zeit nur auf eine Trägerfrequenz „abgestimmt" sein und kann folglich nur an Verkehrskanälen teilnehmen, die von seinem Wirts-MTS unterstützt werden.
Sobald das SMT instanziert ist (und sein Skript aktiviert ist, wie das an anderer Stelle noch erläutert wird), wird dieses SMT an einem MTS im Steady-State existieren und einwandfrei funktionieren, ohne dass jegliche Eingriffe seitens der Steuervorrichtung (102) erforderlich sind. Dies bedeutet, dass das SMT imstande ist, sich selbst zu warten, solange es auf einem gegebenen BTS-Sektor, Bandklasse und Trägerfrequenz (wie das vom MTS gesehen wird) bleibt. Automatisiertre Antworten oder vorbestimmte Operationen können auch auf dem MTS auf einer per-SMT-Basis beherbergt werden, was ferner die Notwendigkeit des Chatter mit der Steuervorrichtung (102) vermindert. Da eine weiche Weiterreichung in starker Maße verarbeitungsintensiv ist, können SMT, deren Wirt ein MTS ist, bei weicher Weiterreichung nur über Kombinationen von BTS- Sektor und Träger auf dem Wirts-MTS einklinken. Daher ist eine weiche Weiterreichung nur auf solchen MTS mit zwei oder mehr als zwei Sektorports, die auf dieselbe Bandklasse und dieselbe Trägerfrequenz konfiguriert sind. möglich. Es ist möglich, jeden MTS-Sektorport unterschiedlich zu konfigurieren. In einem solchen Fall ist die weiche Weiterreichung für solche SMT, deren Wirt der MTS ist, nicht möglich. Eine harte Weiterreichung zwischen Frequenzen, Bändern und CDMA-Systemen ist sowohl innerhalb der MTS als auch zwischen den MTS möglich. Jedoch ist der Anzahl der SMT, die gleichzeitig auf einem gegebenen MTS beherbergt sind, eine harte Grenze auferlegt. Es muss eine Reserveposition im Ziel-MTS für ein SMT vorhanden sein, um eine harte Weiterreichung zu vollziehen, ansonsten wird das SMT am Quell-MTS verbleiben (und so reagieren, als wäre die Weiterreichung fehlgeschlagen). Da die Steuerbandbreite zwischen einem MTS und der Steuervorrichtung (102) festgelegt ist, sind dem Umfang der Diagnose-Protokollierung Beschränkungen auferlegt, sowie der Anzahl der SMT mit extern-beherbergten Nutzeranwendungen, die auf einem gegebenen MTS beherbergt werden können.
4.4.2 SDR-Plattform
Eine ideale Hardware-Plattform ist in 4 dargestellt. Sie besteht aus einer standardagnostischen SDR-Plattform. Ein Transceiver-Vorfeld wandelt die analoge HF des BTS in ZF um (oder wandelt in der anderen Richtung die ZF des MTS in HF um), die dann über AD-Wandlung digitalisiert wird (oder in der anderen Richtung über DA-Wandlung in die analoge Frequenz gewandelt wird). Die Chiprate-Bearbeitung der CDMA-Bitübertragungsschicht ist in die FPGA implementiert, und die Symbolrate-Bearbeitung der Bitübertragungsschicht ist in die DSP implementiert, während der obere Protokollstapel in die CPU implementiert ist.
Das Hauptziel der Hardware-Plattform sind die Dichte und die Skalierbarkeit. Der Umfang der Hardware, die für die verschiedenen Szenarien erforderlich ist, hängt lediglich von der Anzahl der SMT ab, die zusammenwirkend simuliert werden. Wenn das System maßstabsgerecht dimensioniert ist, gibt es keine Redundanz.
Eine Implementierung der idealen Hardware-Plattform von 4 ist in 5 dargestellt. Jeder solche Hardware-Block beherbergt bis zu 128 SMT. Ein ADW/DAW-Paar ist für jeden CDMA-Kanal vorhanden und für die SMT direkt sichtbar. Für kommerzielle Zwecke steht ein Grenzwert von 4 CDMA-Kanälen (4 ADW/DAW-Paare) pro Hardware-Block zur Verfügung.
Da die beschriebene Hardware von Natur aus recht allgemeingültig ist, genügen eine gewisse Anzahl von kommerziellen Optionen der allgemeinen Auslegung. Beispielsweise wird ein übliches Motherboard im ATX-Stil mit einem 2,4-GHz-Pentium-4-Prozessor von Intel benutzt, um die Oberschicht-Protokolldaten zu beherbergen. PCI-Trägerkarten sind an das Motherboard angeschlossen. Die Trägerkarten tragen 2 SMT-365E-Module und 2 SMT-370-Module von Sundance Multiprocessor Technology Ltd. Chesham, UK. Von den Ersteren enthält jeder einen 64-Bit-TMS320C6416 für 600-MHz von Texas Instruments Inc. Dallas, Texas, USA, und einen XC2V6000 Virtex II FPGA von Xilinx Inc. San Jose, California, USA. Jeder von den Letzteren enthält 2 14-Bit-ADW AD6645 und 2 16-Bit DAW AD9777. Die Sundance-Module sind unter Verwendung des schnellen Sundance High-speed Bus untereinander angeschlossen und mit der Wirt-CPU unter Verwendung des PCI-Bus verbunden.
Mit einigen Abänderungen an der Implementierung können die SDR-Plattformen von einer Anzahl von Anbietern benutzt werden (zum Beispiel die Plattform SDR-3000 von Spectrum Signal Processing Inc., Burnaby, BC, Kanada).
Die weiter unten beschriebenen Vorwärtsverbindungen und die Rückwärtsverbindungen werden vom Gesichtspunkt des SMT aus gesehen (d. h. dem Empfangs-Terminal der Vorwärtsverbindungen und dem Sende-Terminal der Rückwärtsverbindungen).
4.5 Vorwärtsverbindungen
Mit allgemeinem Bezug auf die 2 stellt die von jeder BTS kommende HF das zusammengesetzte Signal einer ganzen Anzahl von individuellen HF-Trägern dar. Dieses Sektorsignal wird über eine Zwischenstufe (ZF) zum Basisband abwärtsgemischt. Dieser Vorgang der digitalen Abwärtsmischung trennt das Sektorsignal in seine individuellen Träger, von denen jeder durch einen komplexen Chiprate-Abtastwertstrom dargestellt wird.
Bei der größeren Variante der bevorzugten Ausführungsform treten die Trägersignale in die Kanalmatrix (204) für die Vorwärtsverbindung. Die Kanalsimulatormaschine (203) kontrolliert die Vorwärtskanalmatrix (204), um die Ausbreitungsbedingungen von jedem BTS-Sektor zu jedem SMT gleichzeitig zu modellieren. Vom Ausgang der Vorwärtskanalmatrix (204) werden Signale, welche eine gewichtete Summe von BTS-Sektoren darstellen, in Receiver gegeben, in die sich die SMT teilen. Auch wenn eine Reihen/Parallel-Anordnung vorliegt, existiert eine getrennte Receiverkette für jedes aktive SMT dergestalt, dass die kombinierten und skalierten Träger direkt die Symbolenergie treffen und letztlich die Bitfehlerrate der Vorwärtsverbindung. Zum SMT-Pool (205) von 2 gehören diejenigen SMT, die durch die Steuervorrichtung (102) durch die Festlegung von geeigneten Zustandsinformationen als Teil der Festlegung, Zuordnung und Aktivierung eines (an anderem Ort erläuterten) Prüf-Scripts instanziert worden sind, von welchem sie auf dynamische Weise irgend einer Sektor/Träger-Kombination zugeordnet werden, wodurch die (weiter unten erläuterten) Weiterreichvorgänge ermöglicht werden.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Trägersignale parallel demoduliert, um mehrere Symbolströme zu entwickeln. Diese Symbolströme werden zusammen mit parametrischen Kanaldaten in den SMT-Pool (205) eingespeist, wo eine gemeinsame Dekoderfunktion einen parallelen Satz von Datenrahmen erzeugt. Jedes gegebene SMT wählt nur diejenigen Symbolströme aus und verarbeitet diese, die für ihn bestimmt sind. Durch Verändern der Parameter der Kanalsimulation können Bedingungen für die Weiterreichvorgänge und/oder Qualität der Datenrahmen unabhängig von jedem SMT simuliert werden.
4.5.1 Verarbeitung von HF zum digitalen Basisband
Die HF-Spektren, die zum Gerät für die Vorwärtsverbindung gelangen, werden in einen Satz von Basisbandsignalen umgewandelt, die auf die SMT aufgeteilt sind. Während jedes MT aus einer Gruppe von diskreten MT eine separate Empfängerleitung enthalten würde, die augenblicklich auf ein relativ schmales Band abgestimmt wird, empfängt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein breites Band und bearbeitet mehrere Mobilfunknetz-Funkkanäle parallel.
Die bevorzugten Ausführungsform bietet eine skalierbare Anordnung von Empfangsgeräten, von denen jedes auf einen unterschiedlichen und möglicherweise überlappenden Bereich des Mobilfunkbandes abgestimmt ist und jedes ein Zwischenfrequenzsignal (ZF) von entsprechender Bandbreite erzeugt. Jedes HF-Signal wird durch einen Analog-Digital-Wandler (ADW) aufgenommen, dann in einen digitalen Abwärtsmischer (DDC) eingespeist. Die HF-Trägerfrequenz, die AD-Abtastfrequenz und die Abwärtsmischfrequenzen werden alle hinsichtlich der Kompatibilität mit dem/n Mobilfunk-Standard/s, die durch die Software-Last des Systems implementiert ist/sind, ausgewählt. Das Ausgangssignal der Abwärtsmischung ist eine parallele Darstellung einer ganzen Anzahl von digitalen Basisbandsignalen, von denen jedes als ein überabgetasteter komplexer Abtaststrom einen einzelnen Träger des Mobilfunksystems darstellt.
Indem man die Anzahl und die Bandbreite der/s Empfangsgeräte/s, die Anzahl und die Abtastfrequenz des/r ADW und die Anzahl und die Fähigkeiten der Abwärtsmischer verändert, kann man sich eine ganze Anzahl von möglichen anderen Ausführungsformen vorstellen. An dem einen Extrem ähnelt die Architektur einer Reihe von diskreten MT, wo die Anzahl von Schmalbandempfängern und AD-Wandlern mit niedriger Abtastrate gleich der Anzahl der Kanäle des Mobilfunksystems ist. Für diese Architektur ist kein digitaler Abwärtsmischer erforderlich. Diese alternative Ausführungsform wird wegen der höheren Anzahl der Ausrüstungsgegenstände und deren Kosten nicht bevorzugt. Am anderen Extrem besteht die Architektur aus einem einzelnen Breitbandempfänger, einem einzelnen AD-Wandler mit hoher Abtastfrequenz und einem Satz von digitalen Abwärtsmischern pro Mobilfunkband und pro Sektor und Träger.
Der linke Bereich von 6 zeigt die Generation von 8-fach überabgetasteten komplexen digitalen Abtastströmen, wenn man von einer Ausführungsform ausgeht, in welcher der digitale Abwärtsmischers DDC (401) benutzt wird.
4.5.2 Verarbeitung vom digitalen Basisband zum Chip
Nach dem Hufsplitten und der Abwärtsmischung des Sektorsignals in seine komplexen Abtastströme wird jedes Basisbandsignal des CDMA-Trägers mittels eines automatischen Verstärkungsreglers AVR normiert. Pilotsuche und Verfolgung von Kurz-PN-Kodes werden im Vorfeld durchgeführt, da diese Operationen durch jedes SMT, das diesem Sektor und Träger zugeordnet ist, auf redundante Weise wiederholt würden. Folglich verteilt diese Erfindung 1 × Chipratendaten auf die SMT auf, wodurch die Bandbreite um den Faktor 8 im Vergleich mit den digitalen Basisband-Rohdaten verkleinert wird. An Stelle der Messung der Pilotstärke an jedem Mobilteil kann diese unter Verwendung des Sektorskaliergewinns berechnet werden, wie das weiter unten noch dargelegt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung (6) wird das Signal durch den digitalen Abwärtsmischer DDC (401) abwärtsgemischt, und seine mittlere Leistung wird durch Anwendung des automatischen Verstärkungsreglers AVR (402) normiert. Das Signal wird dann durch den Dezimator (405) auf die Chiprate dezimiert. Die Dezimierphase wird kontinuierlich durch die in der geschlossenen Schleife erfolgende PN-Verfolgung in der Laufzeitschleife DLL (404) eingestellt, die ihrerseits mit einer PN-Phase initialisiert wird, wie sie durch das PN-Suchgerät (403) festgelegt wird. Die Ausgangsabtastwerte werden abgepuffert (406) in Erwartung des Transports (407) zur Vorwärtskanal-Simulationsmatrix (204) (von 2).
Mit dem Zeitgeber der Vorfeldverarbeitung, der auf die angeschlossene BTS oder das GPS genau synchronisiert ist, braucht die PN-Verfolgung in der geschlossenen Schleife nicht erforderlich zu sein. Um jedoch die Taktung des Chips vorzunehmen, muss das Pilotsuchgerät imstande sein, die PN-Kurzphase auf weniger als 1/8 einer Chipzeit festzulegen. Das Abwärtsabtasten erfolgt dann durch Geradeaus-Festverhältnis-Dezimierung des überabgetasteten Chipstroms, wodurch die Dezimierungsphase durch das PN-Suchgerät festgelegt wird. Dies ist in 7 dargestellt. Abermals wird das Signal durch den digitalen Abwärtsmischer DDC (501) abwärtsgemischt, durch den AVR (502) normiert und durch den Fixedrate-Dezimator (503) dezimiert.
Die Systemerfassung des gesamten Satzes von Trägern eines Sektors erfolgt unter Verwendung eines einzelnen, wiederholt zuweisbaren PN-Suchgerätes (504). Dieses PN-Suchgerät wird anfänglich dafür bestimmt, die Kurz-PN des ersten Trägers zu erfassen, wodurch bekannte Parameter wie beispielsweise die zeitliche Versetzung von GPS-Zeit und Sektor-PN benutzt werden können, um beim Suchprozess behilflich zu sein. Bei nachfolgenden Suchvorgängen auf den verbleibenden Trägern desselben Sektors wird Gebrauch von Kenntnissen über die aktuelle PN-Phase des anfänglichen Trägers genutzt.
Das wiederholt zuweisbare Suchgerät wird dann weiterhin sowohl für periodische Einstellungen der PN-Verfolgung und periodische Messungen eines jeden Trägerpiloten E_c/I_or als Voraussetzung zur Bestimmung der Pilotstärke E_c/I₀ des SMT benutzt.
4.5.3 Verarbeitung vom Chip zum Symbol
Bei der Vorwärtsverbindung ist die Kanalsimulation auf die Skalierung des Energiebeitrags eines jeden BTS-Sektors und den Störpegel beschränkt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden zwei Architekturen in Betracht gezogen, um den Vorgang der Kanalsimulation zu implementieren: die Option der Chiprate-Kanalsimulation und die Option der Kanalsimulation durch die Leistungssteuerungsrate-.
Konzept der Sektorskalierung und -kombinierung. Der Arbeitsgang der Sektorskalierung und -kombinierung bei Vorwärtsverbindungen kann durch das folgende Produkt beschrieben werden, wo R die Matrix (N_m, N_c) der empfangenen Signale auf allen MT ist, G_vw, die Matrix (N_m, N_s) der Kanalgewinne ist und S die Matrix (N_s, N_c) der Sektorsignale ist: R = GvwS (1)wobei
Die Kanalgewinne sind generell zeitlich veränderlich, d. h. G_vw = G_vw(t), wenn die Beiträge, die von den beteiligten BTS-Sektoren empfangen werden, simuliert werden und einer Realbewertung unterzogen werden. Dies ist im mathematischen Sinne der Anwendung von Dämpfungsgliedern im HF-Bereich äquivalent. Es ist zu beachten, dass nur diejenigen r_ik tatsächlich berechnet werden müssen, wo k der Träger ist, dem das Mobilgerät i augenblicklich zugeordnet ist.
Berechnung von Sektorgewinnen. Individuelle Pilotstärken, wie sie durch ein SMT erfahren werden, werden sowohl aus gemessenen Parametern als auch aus den Parametern der Kanalsimulation abgeleitet. Speziell werden die Sektorgewinne G_ij so eingestellt, dass ein Ziel-Pilotkanal E_c/I₀ am „Eingang" eines jeden SMT erzielt wird.
Zunächst soll die Pilotstärke (E_c/I₀)_k, ausgedrückt als Funktion des gesendeten Piloten (E_c/I_or)_k und des Verhältnisses von gesamter empfangener Leistung zum Leistungsbeitrag, der auf den Sektor k zurückzuführen ist, betrachtet werden:
Nun wollen wir die empfangene Leistung unter Verwendung der Sektorgewinne G_i < 1, Ĭ_or,i = G_i ²·I_or,i und I_ocr = G² _oc·σ² ausdrücken. Dabei ist für jeden Sektor i zu beachten, dass I_or,i wegen der Wirkung des ARV normiert ist. Der Einfachheit halber wollen wir voraussetzen, dass hier I_or,i = 1 ist (auch wenn es in Wirklichkeit so ist, dass es einen Einstellpunkt zwischen 0 und 1 gibt). Auch soll σ² = 1 die Varianz der normierten AWGN-Quelle sein. Dann gilt:
Unter der Normierungsbedingung G2 oc = ΣG2 i = 1 (4) ist der Ausdruck (E_c/I₀)_k für den Sektor k,. der vom Mobilgerät empfangen wird: (Ec/I0)k = G2 k(Ec/Ior)k (5)
Dies wird wie folgt interpretiert: die Sektorgewinne können willkürlich gewählt werden und unterliegen der Beziehung (4), während G_oc so eingestellt wird, dass die Normierungsbedingung erfüllt wird.
Diese Herangehensweise an die Sektorskalierung und -kombinierung eröffnet die Möglichkeit, die Pilotstärke, die von jedem Mobilgerät erfahren wird, zu berechnen, anstatt dass sie (unter Benutzung der Such-Hardware) gemessen werden muss. Dies ist daran erkennbar, indem man beobachtet, dass die Pilotstärke (E_c/I_or)_k durch das Vorfeld-PN-Suchgerät gemessen wird. Durch Benutzung von (5) kann die simulierte Pilotstärke leicht berechnet werden. Man beachte, wie sich diese Situation von einem diskreten MT unterscheidet, welches stets weiteren Mobilfunkstörungen ausgesetzt ist. Da der MTS direkt an die Sektorports des BTS angeschlossen ist, unterliegt er nicht I_oc, so dass ein gewünschtes E_c/I₀ simuliert werden kann.
Option der Chiprate-Kanalsimulation. Bei einer größeren Variante der bevorzugten Ausführungsform werden die digitalen Basisband-Abtastwertströme individuell skaliert, aufsummiert und mit gewichteten AWGN kombiniert, um einen einzelnen komplexen Chiprate-Abtastwertstrom zu erzeugen, der für das tatsächliche Signal der Vorwärtsverbindung, das durch die simulierte Kanalsituation modifiziert ist, repräsentativ ist. Diese Variante erfordert, dass N_sN_c-Basisbandströme auf die Skalier- und Kombinierblöcke über einen Bus oder einen Kreuzschienenschalter aufgeteilt werden. Die Skalierfaktoren werden getrennt für jedes SMT oder jede Gruppe davon zugeordnet. Ein getrennter und vereinfachter RAKE-Empfänger wird jedem SMT zugeordnet, oder es wird ein Pool von anteiligen RAKE-Empfängern in Zeitmultiplex betrieben, um denselben Effekt zu erzielen.
Wo bei der Vorwärtsverbindung eine Leistungssteuerung benutzt wird, wird das Verhältnis E_t/N_t für jeden Verkehrskanal so abgeschätzt, wie dies ein unabhängiges diskretes MT tun würde. Bei dieser Variante der bevorzugten Ausführungsform wird E_t/N_t für jedes SMT individuell abgeschätzt.
Das Konzept der Option der Chiprate-Kanalsimulation ist in 8 dargestellt. Die Chiprate-Sektordaten werden mit den Sektorgewinnen (601) multipliziert, kombiniert (602), Störungen von anderen Mobilfunkzellen werden addiert (603), wonach das Signal in das SMT (604) eingespeist wird. Die Sektorgewinne und die Störungen werden durch die Sektor/Kanal-Simulationsmaschine (203) bereitgestellt. Eine mögliche Implementierung dieses Konzepts ist in 9 dargestellt. Die Sektordaten werden je nach dem zugeordneten Träger demultiplext, dann skaliert und in einer Multiplizier-Aufsummier-Einheit (704, 705) aufsummiert, Störungen von anderen Mobilfunkzellen werden addiert (706), und das sich ergebende Signal wird in das SMT oder sein zugeordnetes RAKE-Gerät (707) eingespeist.
Option der Kanalsimulation mit Leistungssteuerungsrate. Eine zweite Variante der bevorzugten Ausführungsform liegt vor, wo das Skalieren und Kombinieren der digitalen Basisband-Abtastwertströme nicht erforderlich sind, um die relevanten Effekte der Kanalbedingung zufriedenstellend zu simulieren. Als die „grobere" Version der obigen Option der Chiprate-Kanalsimulation wird bei dieser Variante für jedes SMT nur ein einzelner Basisbandstrom, typischerweise der Strom mit dem höchsten Signal-Rausch-Verhältnis, benutzt, um Kanalsymbole zu liefern. Im Vorfeld-Prozessor wird jeder Chipstrom durch einen einzelnen PN-Entspreizer und eine parallele Reihe von Walsh-Korrelatoren entspreizt. Jeder Walsh-Korrelator erzeugt einen Symbolstrom, der auf eine ganze Anzahl von SMT für die weitere Verarbeitung verteilt werden kann.
Informationen zur Pilotstärke E_c/I₀, wie sie vom (S)MT aus „gesehen" werden, wird auf die weiter oben beschriebene Art berechnet.
Zusätzlich kann für Symbolströme, welche Verkehrskanäle repräsentieren, wo die Vorwärtverbindungs-Leistungssteuerung eingesetzt wird, das Verhältnis E_t/N_t auf der Grundlage von beobachtbaren Größen im Vorgeld-Prozessor berechnet werden, nämlich das E_c/I₀ des Verkehrskanals und die Kanalsimulationsparameter, d. h. die Sektor- und AWGN-Gewinne.
worin S der Satz von Sektoren dieses Verkehrskanals bei weicher Weiterreichung ist und W/R der Verarbeitungsgewinn des Verkehrskanals ist. Wenn man die weiter vorn angegebenen Ausdrücke einsetzt und die Normierungsbedingung (4) beachtet, wird dies zu
Die Option der Kanalsimulation mit Leistungssteuerungsrate ist in 10 dargestellt. Chiprate-Basisbanddaten gelangen in diesen Block (800), werden entspreizt unter Verwendung der Kurz-PN-Folge (801), wonach sie auf die Walsh-Korrelatoren (804, 805) aufgeteilt werden. Der Pilotkanalkorrelator (802) speist in den Kanalbewerter (803) ein, und die konjugierte Kanalbewertung wird mit den Kanalsymbolen multipliziert, die von jedem Walsh-Korrelator (806) ausgegeben werden. Die Kanalsymbole werden dann zu den SMT (in Pool (205) von 2) transportiert (807).
Fehler der Vorwärtsverbindung werden manifestiert durch zweckgerichtetes Verfälschen der decodierten Kanaldaten auf der Grundlage einer erwarteten Fehlerrate für die simulierte Kanalbedingung.
Die obigen zwei Optionen sind nur Beispiele für die gewünschte „Körnigkeit" als Funktion dessen, wo die Verarbeitungsschritte „gerade vorgenommen werden". Weitere Beispiele von anderen Körnigkeiten sind Gruppen von Symbolen und Rahmen.
4.5.4 Verarbeitung von Symbolströmen zu Rahmen
Während bei einer Gruppe von diskreten MT unabhängige Dekoder implementiert werden könnten, benutzt die bevorzugte Ausführungsform eine kleinere Anzahl von schnellen Dekodern und wendet den Dekodiervorgang in einer Art Teilnehmerbetrieb auf eine größere Anzahl von Symbolströmen an. Die Anzahl der bestückten Dekoder ist proportional zur Anzahl von SMT, zur Bandbreite und zu den Typen von Verkehr, die auf dem zutreffenden Mobilfunk-Standard zulässig sind, und ferner zur Verarbeitungskapazität der SDR-Hardware-Plattform.
Die Eingänge der Dekoder sind an die Symbolströme über einen Bus oder eine Kreuzschienenverteilermatrix angeschlossen. Die Ausgänge der Dekoder sind fehlerkorrigierte Datenrahmen. Jeder Datenrahmen hat eine daran angebrachte Angabe zur Rahmenqualität.
Zu den Betriebsmitteln für Dekoder gehören Viterbi- und Turbo-Dekoder, die imstande sind, gemäß den Spezifikationen des zutreffenden Mobilfunk-Standards zu arbeiten. In manchen Fällen erfolgt eine Ratenbewertung, und nur Datenrahmen der wahrscheinlichsten Rate werden zur weiteren Verarbeitung durchgelassen.
Die Datenrahmen werden über einen Bus oder einen Kreuzschienenschalter auf die MTS verteilt, wo sich die Software der MTS für die Anrufverarbeitung befindet. Datenrahmen, die auf gemeinsam benutzten Kanälen (zum Beispiel die SYNC- oder PAGING-Kanäle) dekodiert werden, werden von allen SMT benutzt. Zugewiesene Datenrahmen werden durch individuelle SMT ausgewählt.
In dem Fall, wo dekodierte Kanäle auch Informationen zur Leistungssteuerung enthalten, werden derartige Informationen innerhalb des Dekoders getrennt extrahiert und gemeinsam mit den Datenrahmen verteilt.
4.6 Rückwärtsverbindungen
Jeder SMT-Sender erzeugt ein Basisbandsignal, welches in die Rückwärtskanal-Simulationsmatrix (207) von 2 eingespeist wird. Hier werden die Signale von jedem SMT skaliert, kombiniert und den Fading-Bedingungen unterworfen. Die Rückwärtskanal-Simulationsmatrix (207) wird durch die Szenarium/Kanal-Simulatormaschine (203) gesteuert, um die momentanen Hüllkurven der Ausbreitungskanäle für die Ausbreitungswege von den SMT zu jeder BTS-Sektor-Antenne (und optional zu jeder Diversity-Antenne) zu modellieren. Die Rückwärtskanal-Simulationsmatrix (207) erzeugt aus jedem SMT-Basisbandsignal multiple, unabhängig skalierte Basisbandsignale, eines für jeden angeschlossenen BTS-Sektor. Anschließend werden die Basisbandsignale digital zu einer ZF aufwärtsgemischt, um zusammengesetzte Sektorsignale zu bilden, die aus einer Anzahl von individuellen Trägern bestehen. Schließlich werden die Sektorsignale aufwärtsgemischt zur HF (Blöcke 208 und 209 in 2), die Störung von anderen Mobilfunkzellen wird addiert, und das Signal wird auf die Ports der Hauptempfangsantenne (und optional der Diversity-Antenne) der Basisstation/en gegeben.
Obgleich bei der Vorwärtsverbindung nur Kanalsimulation ausgeführt wird (d. h. die Leistung wird nicht simuliert, weil Leistung „aktuell" ist und vom BTS kommt), erfolgen bei der Rückwärtsverbindung sowohl Kanalsimulation als auch Leistungssimulation.
4.6.1 Verarbeitung von Rahmen zu Symbolen (pro SMT)
Die bevorzugten Ausführungsform verlangt, dass Kanaldaten für jeden SMT unabhängig kanalkodiert werden.
4.6.2 Verarbeitung vom Symbol zum Chip
In 11 sind die Funktionsblöcke abgebildet, die für die Verarbeitung der Rückwärts-Chiprate erforderlich sind. Jeder SMT-Senderabschnitt umfasst den Modulator (903), welcher ein Modulationsschema des geltenden Mobilfunk-Standards implementiert. Der Modulator (903) akzeptiert Symbole vom Kanalkodierer und gibt eine überabgetastete Basisbanddarstellung des Sendesignals der SMT ab. Während ein diskretes MT typischerweise seine Ausgangsleistung unter Verwendung eines HF-Leistungsverstärkers steuert, erfolgt in der bevorzugten Ausführungsform die Leistungssteuerung durch Skalierung des digitalen Ausgangs des Modulators (903) des SMT gemäß einem simulierten Leistungssteuerungssignals, welches als Summe eines logarithmischen Ausdrucks (z. B. in dB ausgedrückt) dargestellt wird, wie beispielsweise Ausdrücke und Parameter (Nennwerte und Korrekturausdrücke) zur Leistungssteuerung in offener und geschlossener Schleife (904 von 11), die vom Oberschichtprotokoll bereitgestellt werden. Während die logarithmische Ausgangsleistung eines Leistungsverstärkers (in dBm) typischerweise dem Leistungsverstärker-Steuersignal auf eine mehr oder weniger lineare Weise folgt, muss das digitale Leistungssteuerungssignal einer Potenzialisierung unterzogen werden, damit die Leistung des Basisbandsignals richtig skaliert wird.
4.6.3 Kanalsimulation, Sektorskalierung und -kombinierung
Der Vorgang der Skalierung und Kombinierung des Rückwärtssektors kann durch das folgende Produkt beschrieben werden, wo S die Matrix (N_s, N_c) der Sektor/Träger-Abtastwerte ist, G_rw die zeitlich veränderliche Matrix (N_s, N_m) der realen oder komplexen Kanalgewinne ist und R die Matrix (N_m, N_c) der leistungsgesteuerten Mobilgerät-Sendesignale ist: S = GrwR (8)wobei
Dabei ist zu beachten, dass in der Matrix R die SMT in zueinander elementfremde Spalten eingruppiert sind, was die Zuordnung der MT zu den Trägern widerspiegelt. Wenn man einfach die transponierte Matrix G_vw für den Vorwärtsgewinn benutzt, würde sie die symmetrische Dämpfung auf die Vorwärts- und Rückwärtsverbindungen beinhalten, die unter den meisten Szenarien nicht realistisch ist. Die Ausgangsabtastwerte der SMT werden mit den Kanalgewinnen gewichtet, welche die zeitlich veränderlichen Ausbreitungswege von jedem SMT zu jedem der BTS-Sektoren darstellen. Die bevorzugte Ausführungsform ermöglicht ferner die Simulation der unkorrelierten Ausbreitungswege zu einem Satz von Diversity-Antennen entweder durch Aufteilung der Gesamtanzahl von unterstützten Sektoren in Sätze von n Diversity-Pfaden pro Sektor oder durch das tatsächliche Duplizieren der Hardware für die Skalierung und die Kombinierung.
Kanalsimulation. In der grundsätzlichsten Konfiguration stellen die Gewinne G_ij(t) die Echtwert-Funkfelddämpfung dar. Im mathematischen Sinne ist dies der Anwendung von Dämpfungsgliedern im HF-Bereich äquivalent, wie das beim Stand der Technik bekannt ist. Die Echtzeitvariation einer großen Anzahl von HF-Dämpfungsgliedern ist eine Herausforderung, während die Steuerung von so gut wie jeder Anzahl von digitalen Gewinnen keine ist. Wenn man zulässt, dass G_ij(t) komplexe Werte annimmt, können realistischere Fading-Hüllkurven simuliert werden, insbesondere Absorptionsschwund (z. B. mit Rayleigh-, Rice-, Nakagami-Verteilung). Der Absorptionsschwund kann als eine multiplikative Störung des Kanals mit dem komplexen Wechselstromzeiger G(t) = a(t)·e^IΦ(t) ausgedrückt werden, welcher sich langsam genug verändert, um als konstant über ein Symbolintervall [1] angesehen zu werden. Die Generierung der Schwundhüllkurven kann völlig off-line erfolgen, während Echtzeit-Wiedergabe durch die Szenarium/Kanal-Simulationsmaschine (203) durchgeführt wird. Zur Simulierung des frequenz-selektiven Schwundes (z. B. Mehrweg-Selektivschwund) wird jetzt jeder komplexe Kanalgewinn G_ij(t) durch ein Kanalmodell mit angezapfter Verzögerungsleitung ersetzt.
Kombinierte Leistungssteuerung und Kanalsimulation. Die Matrix R kann alternativ durch R = K·R0 dargestellt werden, wobei K die momentane Ausgangsleistung der SMT darstellt und R₀ die normierten Ausgangssignale sind. Da S = G·R, können wir eine Matrix G' = K·G dergestalt finden, dass S = G'·R₀. Dabei ist G' die kombinierte Gewichtsmatrix für die Leistungssteuerungs- und Kanalsimulation. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Szenarium/Kanal-Simulationsmaschine (203) und die Leistungssteuerungsimplementierung dergestalt optimal kombiniert, dass eine einzige Gewinnmatrix G' mit einer Update-Rate entwickelt wird, die sowohl für die Simulation der Leistungssteuerung als auch für die Kanalsimulation geeignet ist.
Die Parameter, die zur Berechnung von G' benutzt werden, sind G (d. h. die Funkfelddämpfung), die Leistungssteuerung in der geschlossenen Schleife, die Leistungssteuerung in der offenen Schleife und Konstanten aus dem Protokollstapel, wie sie in 11 dargestellt sind. In allen Fällen werden die Rohdaten, die zur Entwicklung benutzt werden, und hieraus G', von der Bearbeitung der Vorwärtsverbindung bereitgestellt (z. B. Bits zur Leistungssteuerung, Pegel der Eingangsleistung), und die allgemeinen Systemparameter werden durch den Protokollstapel bereitgestellt.
Sektorkombinierung. Wie aus (8) ersichtlich ist, müssen nun an Stelle der inneren Produkte mit der Länge N_s bei der Vorwärtsverbindung diejenigen mit der (viel größeren) Länge N_m, berechnet werden, auch wenn die meisten Ausdrücke Null sein werden, nämlich von den MT, die nicht einem gegebenen Träger zugeordnet sind. An Stelle der tatsächlichen Ausführung von redundanten Berechnungen, kann eine Steuerlogik eingesetzt werden, um diese zu übergehen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Kombinierung des Rückwärtssektors durch die verteilte Akkumulierung durchgeführt, d. h. indem man Sendeabtastwerte von jedem Mobilgerät auf einen Abtastwertestrom gibt. Eine Steuerlogik im Verarbeitungsknoten führt das „Einsetzen" der skalierten Ausgangsabtastwerte eines jeden MT in den Abtastwertstrom zur richtigen Zeit durch, die durch den Träger, auf dem das Mobilgerät sendet, und den Sektor festgelegt wird. Eine Zustandsmaschine im Verarbeitungsknoten generiert die erforderlichen Steuersignale. Das Abtastwertetransportmedium kann auf Zeitschlitzen beruhen wie beispielsweise Zeitmultiplex oder Kreuzschienenwähler.
Die Knotenlogik der Verarbeitung ist in 11 für den Fall eines seriellen Zeitmultiplex-Abtastwertestroms dargestellt. Ein Verarbeitungsknoten (900) kann einen oder mehrere SMT (901) enthalten. Die Kanalsimulationsdaten werden von der Szenarium/Kanal-Simulationsmaschine (203) geliefert. Jedes SMT enthält einen Modulator (903), der an eine Verstärkerstufe (906) angeschlossen ist. Die Verstärkung selbst ist die Summe (904) von Termen der Leistungssteuerung, die durch den Potenzierungsblock (905) verarbeitet werden. Diese Daten werden dann mit dem komplexen Kanalgewinn (907) multipliziert, während der Multiplexer (908) die Eingabe der Daten in den Abtastwertestrom steuert (910), nachdem die Beiträge von anderen SMT (909) zugefügt worden sind.
Es sind alternative verteilte Akkumulationstopologien möglich (z. B. lineare Anordnung von Verarbeitungsknoten gegenüber der Baumstruktur – siehe 12), die von der gewählten Zwischenknoten-Kommunikationstechnologie und der Komplexität der Verarbeitungsknoten abhängen. Die Verarbeitungsknoten (1000–1002) sind als eine lineare Anordnung geschaltet, während (1003–1005) als Baum angeordnet sind.
4.6.4 Verarbeitung von den Chips zum digitalen Basisband zur HF
Nach dem Skalieren und Kombinieren liegt für jeden Sektor und Träger ein separates Basisbandsignal vor. Dieses wäre in den meisten praktischen Szenarien eine Summe von <30 SMT plus Störung. Man beachte, dass die Sendeimpulsformung, die herkömmlich ein Teil eines jeden MT-Modulators und rechnermäßig intensiv ist, auf den kombinierten Sektor/Trägerdaten durchgeführt werden kann, wobei redundante Filtervorgänge innerhalb eines jeden SMT vermieden werden, solange das Kanalmodell G_vw(t) als linear und zeitinvariant betrachtet werden kann oder sich zeitlich langsam verändert in Bezug auf die Sendefilterantwort, wie das bei der Absorptionsdämpfung der Fall ist.
Diese Basisbandsignale werden digital aufwärtsgemischt, und alle Träger, die zu demselben Sektor gehören, werden kombiniert. Schließlich wird das zusammengesetzte digitale ZF-Signal des Sektors über eine DA-Wandleranordnung in ein Analogsignal umgewandelt und über eine letztliche Frequenzübersetzung in das Betriebsband. Störungen von anderen Mobilfunkzellen werden jedem Sektor zugefügt. Dies kann im digitalen Bereich durchgeführt werden oder durch Zufügen der AWGN von einer geeichten Breitband-Rauschquelle zum HF-Signal. Alternative Verwirklichungen sind in 13 und 14 dargestellt.
In 13 werden ankommende Abtastwerte der Rückwärtsverbindung je nach Sektor und Träger (1101) demultiplext, wahlweise einer Basisbandfilterung unterzogen (1102) und aufwärtsgemischt (1103) zur ZF. Bei dieser Option werden der Summe (1104) von ZF-Abtastwerten die Störungen von anderen Mobilfunkzellen zugefügt (1105), und zwar vor der DA-Wandlung (1106). Das sich ergebende zusammengesetzte analoge ZF-Signal wird auf eine Weise verarbeitet, die identisch zu der in 14 ist.
In 14 werden die ankommenden Abtastwerte der Rückwärtsverbindung je nach Sektor und Träger demultiplext (1201), optional einer Basisbandfilterung unterzogen (1202) und aufwärtsgemischt (1203) zur ZF. Jedes individuelle ZF-Signal wird jetzt der DA-Wandlung unterzogen (1204). Die individuellen ZF-Signale werden dann kombiniert (1205). Das zusammengesetzte analoge ZF-Signal wird wahlweise der ZF-Filterung unterzogen (1206), um Abtastbilder zu entfernen, dann wird es im Mischer (1207) aufwärtsgemischt zur HF und wahlweise in (1208) gefiltert. Zum HF-Signal werden die Störungen von andren Mobilfunkzellen aus einer Quelle für weißes Rauschen zugefügt (1209).
4.7 Koordination und Steuerung
4.7.1 Weiterreichung
Die Weiterreichung ist die Aktion der Weitergabe der Verantwortlichkeit für die Funkverbindung von einem Teil des Netzwerks zu einem anderen. Sie ergibt sich gewöhnlich daraus, dass das MT seinen Ort wechselt, sich vom Versorgungsgebiet einer BTS zum Versorgungsgebiet einer anderen BTS wechselt. Die Weiterreichung kann auch wegen sich ändernder Umgebungsbedingungen erfolgen, die, veranlassen, dass das System eine Verbindungsmetrik dadurch ändert, dass die Verantwortlichkeit für das MT einer „besseren" BTS übertragen wird (z. B. extremer Verkehrsstau in der Mobilfunkzelle der Ausgangs-BTS).
Harte Weiterreichung. Alle Funktechnologien, welche die Weiterreichung stützen, unterstützen zumindest die mit „harter Weiterreichung" bezeichnete Variante. Das MT ist angewiesen, seinen Funk auf eine andere BTS abzustimmen, wonach es seine Verbindung zur ursprünglichen BTS abbricht und versucht, die neue BTS ausfindig zu machen und dann mit ihr zu kommunizieren. Das Netzwerk ist dafür verantwortlich, dass beide BTS koordinieren und dass gewährleistet ist, dass die neue BTS die Kommunikation zu genau dem vom MT erwarteten Zeitpunkt aufnimmt.
Weiche Weiterreichung. Die weiche Weiterreichung ist eine Variante der Weiterreichung, die nur bei Streuspektrumtechnologien verfügbar ist, weil sie erfordert, dass die unterschiedlichen BTS auf derselben Frequenz senden. Das MT kommuniziert mit mehreren BTS gleichzeitig. Das MT ist verantwortlich für die Kombinierung der mehreren empfangenen Signale. Die Netzwerkausrüstung „hinter" der BTS (gewöhnlich ein BTS-Steuergerät (1302) oder (1308) oder beide im gemeinsamen Betrieb, wie das in 15 dargestellt ist) ist für die Koordinierung der BTS und die Kombinierung des von jeder BTS erhaltenen Signals verantwortlich. Der Vorteil der weichen Weiterreichung besteht darin, dass das Kombinieren der Signale ermöglicht, dass jedes zu sendende Signal mit einer geringeren Leistung gesendet wird, als dies sonst gesendet würde. In einem Streuspektrumsystem führt dies zu geringeren Störpegeln und daher zu einer höheren Systemkapazität.
Weichere Welterreichung. Die weichere Weiterreichung ist genau so wie die weiche Weiterreichung, jedoch mit der Ausnahme, dass mehrere Sektoren einer einzigen BTS beteiligt sind und nicht mehrere BTS. In einer Weiterreichsituation, an der mehr als zwei Netzwerkelemente beteiligt sind, kann die Weiterreichung eine Kombination von weicher und weicherer Weiterreichung sein, woran mehrere Sektoren einer einzigen BTS und Sektoren von anderen BTS beteiligt sind.
Die Weiterreichung aller Typen ist eine Herausforderung an die Auslegung und die Optimierung von Funksystemen. Sie erfordert die präzise Koordination von mehreren Teilen der Netzausrüstung insbesondere bei der weichen und der weicheren Variante. Die weiche und die weichere Weiterreichung bieten die Möglichkeit einer erhöhten Kapazität infolge der verminderten Störpegel. Die Abwägung besteht darin, dass bei weicher Weiterreichung jeder Link auch logischen Kodeplatz verbraucht und so die Kapazität des Netzwerks herabsetzt.
15 veranschaulicht eine Konfiguration der Erfindung, welche imstande ist, alle Varianten der Weiterreichung auszuführen.
In 15 wird der MTS (1300) durch die Sektoren a, b und c der BTS (1301) und durch Sektor a der BTS (1304) dekodiert; MTS (1305) wird durch die Sektoren der BTS (1301) und (1304) dekodiert; und MTS (1306) wird durch die Sektoren a, b und c der BTS (1307) und durch Sektor c der BTS (1304) dekodiert.
Beim Szenarium der harten Weiterreichung wird ein SMT durch das Netzwerk (d. h. eine BTS oder ein anderes dafür bestimmtes Management höheren Grades, vielleicht gemäß einem Test-Skript) veranlasst, entweder auf einen Träger von einem BTS-Sektor, welcher bereits von dem MTS, der gerade das SMT beherbergt, dekodiert wird, oder zu einem Träger, die dies nicht wird, zu schalten.
Im ersteren Fall würde das SMT beginnen, die Rahmen von dem Kodekanal auf dem neuen Träger zu verarbeiten, wie dies unter 4.5.4 beschrieben ist. Beispielsweise in 15 könnte ein SMT, der auf dem MTS (1300) arbeitet, mit dem Sektor a von BTS (1301) kommunizieren. Es könnte veranlasst werden, eine harte Weiterreichung durchzuführen zu einer anderen Trägerfrequenz auf dem Sektor a von BTS (1304) (oder Sektoren b oder c von BTS (1301)), der gerade vom MTS (1300) dekodiert wird. In diesem Fall würde das SMT die harte Weiterreichung durchführen, indem es beginnt, die Vorwärtskanalrahmen für den neuen Verkehrskanal zu verarbeiten.
Im letzteren Fall ist eine harte Weiterreichung zu einem Träger, der vom MTS nicht dekodiert wird, auch möglich, erfordert aber, dass eine Steuervorrichtung die Weiterreichung koordiniert. In 15 würde eine harte Weiterreichung für ein SMT auf dem MTS (1300) vom Sektor a von der BTS (1301) zum Sektor b von der BTS (1304) erfordern, dass die Steuervorrichtung (1302) die Statusinformation des SMT vom MTS (1300) zum MTS (1305) unversehrt weitergibt. Das SMT würde dann die Ausführung im MTS (1305) wieder aufnehmen und die harte Weiterreichung zum Abschluss bringen, indem es die Vorwärtskanalrahmen für den neuen Verkehrskanal bearbeitet. Wenn bei einer Erweiterung dieses Konzepts die Steuervorrichtung (1302) beispielsweise einen direkt angeschlossenen MTS, welche die Weiterreichung an die BTS (1307) in 15 unterstützen kann, nicht lokalisieren kann, dann wird diese Steuervorrichtung andere Steuervorrichtungen abfragen. Wenn eine andere Steuervorrichtung an einen MTS angeschlossen ist, welcher den neuen Kanal unterstützen kann (z. B. Steuervorrichtung (1308) in 15), dann wird die Statusinformation des SMT zum neuen MTS (1306) über die Steuervorrichtungen (1302) und (1308) unversehrt weitergegeben.
Weiche und weichere Weiterreichungen werden über die Sektorskalierung und-kombinierung, die unter 4,5 und 4.6 beschrieben sind, erzielt. Ein SMT, das auf einem einzelnen MTS (z. B. 1300) arbeitet, kann den dekodierten Vorwärtskanal von einer anderen Trägerfrequenz auf irgend einer direkt angeschlossenen BTS (z. B. (1301), Sektor a, b, c, oder BTS (1304) Sektor a) verarbeiten. Wenn wir annehmen, dass der MTS dieselbe Trägerfrequenz von mindestens zwei der angeschlossenen Sektoren dekodiert, dann ermöglicht die unter 4.5 beschriebene Vorwärtskanalskalierung, dass jeder dieser Vorwärtskanäle dem SMT in einer für die gewünschte Weiterreichbedingung geeigneten Weise erscheint. Auf ähnliche Weise ermöglicht die unter 4.6 beschriebene Rückwärtskanalskalierung, dass jeder BTS-Sektor ein Rückwärtskanalsignal aufnimmt, das für die gewünschte Weiterreichbedingung geeignet ist. Durch die dynamische Steuerung der Vorwärtskanal- und Rückwärtskanalsimulationen und eine Implementierung des Standard-Pilotsatzmanagement (d. h. aktiver Satz, Kandidatensatz, Nachbarsatz, Restsatz) innerhalb eines jeden SMT können alle Verhaltensformen eines diskreten MT bei weicher oder weicherer Weiterreichung mit irgend einem der direkt angeschlossenen BTS-Sektoren simuliert werden.
Ein komplexeres Szenarium umfasst einen Übergang in eine weiche oder weichere Weiterreichung mit einem nicht direkt angeschlossenen BTS-Sektor. Beispielsweise kann in 15 ein SMT auf dem MTS (1300) mit dem Sektor c der BTS (1301) kommunizieren, an den er direkt angeschlossen ist. Das Prüfszenarium kann dann versuchen, geeignetere Bedingungen für eine weichere Weiterreichung für den SMT zwischen dem Sektor c der BTS (1301) und dem Sektor b der BTS (1304) zu schaffen, von denen der Letztere nicht direkt angeschlossen ist. Die Steuervorrichtung (1302) ist dann dafür verantwortlich, einen MTS zu finden, der die erforderlichen Direktverbindungen aufweist, um die gewünschten Bedingungen für die weiche oder weichere Weiterreichung zu unterstützen, in diesem Fall der MTS (1305). Die Steuervorrichtung (1302) ist dann dafür verantwortlich, die Statusinformation des intakten SMT vom MTS (1300) zum MTS (1305) weiterzugeben. Das SMT wird dann auf dem MTS (1305) die Ausführung wieder aufnehmen, und zwar mit den gewünschten Direktverbindungen für die weiche oder weichere Weiterreichungsvariante. Bei einer Erweiterung ähnlich derjenigen für die harte Weiterreichung können mehrere Steuervorrichtungen einbezogen werden, um die Statusinformation des SMT an einen geeignet angeschlossenen MTS weiterzugeben.
In einer Variante des Obigen wird die Statusinformation des SMT nicht an einen neuen MTS weitergegeben, sondern statt dessen werden die Daten des Rückwärtskanals zwischen den MTS übertragen. Die Rückwärtskanal-Verarbeitungsketten auf den unterschiedlichen MTS generieren die erforderlichen HF-Signale, um die Bedingungen für die weiche Weiterreichung zu simulieren. Vorwärtskanaldaten brauchen nicht zwischen den MTS übertragen werden. Wie unter 4.5.3 beschrieben ist, dekodiert die Option der Kanalsimulation mit Leistungssteuerungsrate bei der Verarbeitung von Vorwärtsverbindungen lediglich einen der verfügbaren Vorwärtskanäle. Der von dem zweiten MTS empfangene Vorwärtskanal würde vom SMT nicht benötigt, da er einen identischen Inhalt zu dem Vorwärtskanal trägt, der von dem MTS empfangen wird, welcher das SMT beherbergt.
4.7.2 Ausführliche Berichterstattung und Kontrolle
1 zeigt die Komponenten hohen Grades des Systems. Mindestens ein SMT ist auf dem MTS (100) beherbergt. Zusätzlich zur Koordinierung der Statusinformation des SMT, wie unter 4.4.1 und 4.7.1 beschrieben, hält die Steuervorrichtung (102) eine Kommunikationsverbindung mit hohem Durchsatz mit dem MTS (100) aufrecht. Wie bereits früher erläutert worden ist, überschreiten die Durchsatzfähigkeiten dieser Verbindung jene eines typischen diskreten MT (typischerweise 38 kb/s bis 1 Mb/s) um ein Vielfaches. Diese Fähigkeiten ermöglichen eine Berichterstattung und Kontrolle über das Verhalten des Netzwerks und des SMT, die ausführlicher sind als diejenigen, die mit einem diskreten MT tatsächlich erzielt werden können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform kann jedes SMT unabhängig so konfiguriert werden, dass es verschiedenartige Niveaus und Typen von Aktivität zurückmelden kann, zu denen empfangene und gesendete spezielle schnelle Leistungssteuerungsbefehle (an anderem Ort beschrieben), Kanalrahmen, Kanaldaten und Kennzeichenblöcke und Meldeversuche gehören.
Manchmal sind die Umgebungsbedingungen, die erforderlich sind, um eine spezifische Aktion in der angeschlossenen Infrastruktur durchzusetzen, komplex und machen die Ausführung eines spezifischen Prüffalles zu aufwendig. Dazu könnten die Neukonfigurierung des Netzwerks oder die Erarbeitung der Spezifikation der Kanalsimulation gehören, um die MT (oder SMT) dazu zu bringen, ein gewünschtes Verhalten zu generieren, auf welches die Netzwerkinfrastruktur (z. B. BTS) zur Prüfung reagieren muss.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ermöglicht die Kommunikationsverbindung mit hohem Durchsatz zwischen der Steuervorrichtung (102) und dem MTS (100) die externe Kontrolle über viele Aspekte des Verhaltens eines jeden SMT. Beispielsweise kann die Reaktion „Vorgabe" des SMT auf die von der Infrastruktur (d. h. BTS) gesendeten Leistungssteuerungsbefehle mit „speziellen" Leistungssteuerungsbefehlen „unwirksam gemacht werden" (z. B. in 11 wird die Leistungssteuerung (906) durch solche Befehle ausgeführt, welche an (904) und (905) eingefügt und verarbeitet werden). Dies zwingt das SMT dazu, auf dem gewünschten Leistungspegel zu senden, um die Prüfung der Reaktion des Netzwerks zu ermöglichen. In der anderen Richtung können die Leistungssteuerungsbefehle, die von einem SMT an das Netzwerk gesendet werden, ausgeführt werden durch Senden einer speziellen Nachricht (als Teil eines Test-Skripts) an einen vorbestimmten Kommunikationssockel auf dem MTS (100) (der aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist), welcher den SMT-Identifikator aufweist, über die gewünschten Leistungssteuerungsbefehle, die zu senden sind, und die Zeit, wann sie erfolgen sollen, verfügt.
Bei einem typischen Funknetzwerk werden bestimmte Konfigurationswerte (z. B. anfängliche Sendeleistung) an jeden MT für dessen Benutzung gesendet. Diese Werte werden im SMT „unwirksam gemacht", um die Simulation eines MT „mit Fehlverhalten" zu ermöglichen, um zu sehen, wie der Rest des Netzwerks reagiert, sowie die Prüfung der Wirkung auf das Verhalten des MT, ohne dass das ganzen Netzwerk wieder konfiguriert werden muss. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies wieder durch Senden einer spezifizierten Nachricht mit den gewünschten Konfigurationswerten an den MTS (100) über die Kommunikationsleitung mit hohem Durchsatz.
4.7.3 Mobilitätssimulation
In einem kleinen System wie demjenigen, das in 1 dargestellt ist, haben alle SMT direkte Anschlüsse an alle Kanäle der Vorwärtsverbindungen, und alle BTS-Sektoren können von jedem beliebigen SMT Signale der Rückwärtsverbindungen empfangen. Bei einer solchen Anordnung wird die Mobilitätssimulation gänzlich durch die in den Abschnitten 4.5.3 und 4.6.3 beschriebene Kanalsimulationsmethode erreicht. Die Steuervorrichtung (102) liefert an den MTS (100) die Verstärkungsparameter G_vw und Ges_rw für jedes SMT. Der MTS (100) gibt die entsprechenden Gewinne der Vorwärtsverbindungen und Rückwärtsverbindungen direkt auf die Kanalsignale. Durch das Anlegen der Gewinnparameter G, die von einem geeigneten Mobilitätsmodell abgeleitet sind, können die SMT Signale generieren, welche die gewünschte Mobilität reproduzieren. Die Genauigkeit der Mobilitätssimulation hängt von der Hochwertigkeit des Mobilitätsmodells ab, das benutzt wird, um die Gewinnparameter G abzuleiten, und von einer Anzahl von einfachen Modellen, die bereits existieren. Ein Grundmodell könnte auf direktem Wege den Gewinn mit der virtuellen Entfernung von einer gegebenen BTS in Beziehung setzen. Ein komplexeres Modell könnte dem Grundmodell eine schnelles Schwundprofil überlagern.
In eine komplexeren und realistischere Umgebung, wo mehrere BTS in die Kommunikation und die potenzielle Kommunikation mit mehreren MTS (wie dem einen, das in 15 dargestellt ist) einbezogen sind, kann eine BTS ein Kanalsignal einer Rückwärtsverbindung nur von einem SMT empfangen, das auf einem MTS beherbergt ist, an den die BTS direkt angeschlossen ist. Beispielsweise kann BTS 1301 Signale der Rückwärtsverbindung von solchen SMT empfangen, welche auf den MTS 1300 und 1305 in der Anordnung von 15 beherbergt sind. Auf ähnliche Weise kann ein SMT Vorwärtskanäle von all den BTS dekodieren, die direkt an den MTS angeschlossen sind, in welchem es beherbergt ist und arbeitet.
Die Steuervorrichtungen 1302 und 1308 sind ausgestattet, um begrenzte Kommunikationen zwischen den MTS 1300, 1305 und 1306 zu bieten, die ausreichen, um zu ermöglichen, dass ein SMT auf einem MTS das Vorhandensein von BTS-Signalen auf anderen MTS feststellt. Dies ermöglicht, dass ein SMT auf einem MTS eine Pilotstärke für ein von einem anderen MTS empfangenes Signal meldet, obwohl das SMT dieses Signal gar nicht dekodieren kann.
Um die vorangehenden komplexen Situationen besser einordnen zu können, soll angemerkt werden: die Mobilitätssimulation ist eine Kombination aus den Kanalsimulationsmethoden, die weiter oben für die Vorwärts- und die Rückwärtsverbindungen beschrieben worden sind, und der Weitergabe von SMT-Statusinformationen zwischen Wirts-MTS, wie sie unter 4.4.1 (Funktionelle SDR-Architektur) und 4.7.1 (Welterreichung) beschrieben worden sind. Diese Verbindungen zwischen BTS und MTS werden aufgestellt, um ein geografisches Layout zu modellieren (z. B. wo einige BTS „näher" an einem SMT sind als andere oder „weiter weg" sind als andere). Ein SMT, das auf einem spezifischen MTS arbeitet, kann mit den BTS kommunizieren, die „nahe" sind, und es kann BTS feststellen, die „weit weg" sind. Die Steuervorrichtung (102) kann über geeignete Nachrichten an den MTS ein SMT veranlassen zu berichten, dass eine „entfernt" befindliche BTS „näher" kommt. Wenn das Netzwerk das SMT veranlasst, das Signal der „entfernten" BTS zu benutzen, dann wird die Ausführung des SMT an einen MTS weitergegeben, der „nahe" an der BTS ist, indem die Statusinformation dieses SMT an die des „nahen" MTS weitergegeben wird.
Wenn man zusammenwirkend mit dieser Migration der SMT-Statusinformationen zwischen Wirts-MTS arbeitet, dann liegt die Kanalsimulation für die Mobilität des SMT innerhalb der „nahen" BTS.
4.7.4 Simulation der mobilen Ausrüstung
Innerhalb einer gegebenen Funktechnologie gibt es häufig mehrfache Ausgaben der Standards, welche das akzeptable Verhalten der mobilen Ausrüstung festlegen. Diese Ausgaben sind häufig untereinander kompatibel. Beispielsweise innerhalb der CDMA sind 7 Niveaus der Protokollausgaben festgelegt, und die Netzwerkausrüstung ist typischerweise so ausgelegt, dass MT im Einsatz sind, welche unterschiedlichen Ausgaben entsprechen. Wenn derartige Ausgaben untereinander kompatibel sind, dann können mehrfach Implementierungen innerhalb eines einzigen MTS nebeneinander existieren. So kann beispielsweise ein einzelner für DCMA programmierter MTS mehrere SMT beherbergen, welche auf den verschiedenen Protokollausgaben 1 bis 7 arbeiten.
Wenn die Ausgaben kompatibel sind oder wenn unterschiedliche Technologien simuliert werden müssen, dann können mehrfache und koordinierte MTS eingesetzt werden. Jeder kann für die gewünschten Funktechnologien programmiert sein. Die Steuervorrichtungen (1302) und (1308) in 15 würden gewährleisten, dass die SMT auf den MTS arbeiten, die für die jeweilige Technologie konfiguriert wurden.
4.8 Kanalsimulation mit Test-Skripts
Die Kanalsimulation wird auf einer Sektorträgerbasis per-SMT und per-BTS innerhalb des/r Wirt-MTS in Echtzeit ausgeführt. Eine Nutzeranwendung über die Steuervorrichtung (102) erzeugt oder instanziert mehrfache SMT in den Wirt-MTS in Verbindung mit der Szenarium/Kanal-Simulationsmaschine (203), wie das in den 2, 8, 9 und 11 dargestellt ist, und ein Test-Skript.
Zusammenfassend wird ein Test-Skript festgelegt durch die Benutzeranwendung, die über die Steuervorrichtung (102) unter Benutzung einer Bibliothek von Kanalprofilen wirkt. Gemäß Festlegung wird ein Test-Skript durch die Steuervorrichtung (102) einem SMT auf einem Wirt-MTS zugeordnet und dann gemäß der Nutzeranwendung aktiviert. Nach der Aktivierung wird das Test-Skript durch den Wirt-MTS für das zugeordnete SMT ausgeführt und erzeugt dadurch die Echtzeit-Kanalbedingung, die auf der zeitweiligen Einstellung der Parameter für die Kanalsimulation gemäß dem dann „unter Steuerung" stehenden Kanalprofil beruht, und das alles gemäß Test-Skript.
Diese Ausdrücke und Konzepte in der vorangehenden Zusammenfassung sollen anschließend erläutert werden.
Ein Test-Skript ist eine Folge von Kanalprofilen plus Leistungssteuerungsbefehlen, (S)MT-Konfigurationsparametern und allgemeinen Simulationsfestlegungen (z. B. die Anzahl der SMT). Ein Test-Skript legt die Kanalsimulation für ein SMT in Bezug auf jeden Kanal, gesehen von jedem MTS, fest. Ein Test-Skript kann in jeder beliebigen geeigneten und herkömmlichen Programmiersprache geschrieben sein.
Ein Kanalprofil ist ein zeitlich veränderlicher Vektor der Kanalsimulationsparameter. Ein Kanalprofil kann eine einfache Simulation (z. B. einen Absorptionsschwund) oder eine komplexe enthalten. Ein Kanalprofil ist eine Teilmenge einer SMT-Statusinformation (welche beispielsweise Kontext-Informationen enthält, welche das SMT über seine Betriebsumgebung im Wirt-MTS hat (oder haben muss). Eine Bibliothek von Kanalprofilen ist der Steuervorrichtung (102) und den MTS bekannt.
Kanalsimulationsparameter sind per-SMT- und per-BTS-Sektorträger festgelegt. Bestimmte statische Parameter sind erforderlich (z. B. der Umwandlungsgewinn des kalibrierten Transceivers und die Anschlussverluste zwischen jedem BTS-Sektor und den MTS im CDMA2000-Kontext). Darüber hinaus enthält für jede SMT-BTS-Sektorkombination die Kanalsimulation vorteilhafterweise Parameter für: (a) mittlere Funkfelddämpfung (MFD-MPL), (b) großdimensionale Schwundverluste, (c) kleindimensionale Schwundverluste und (d) Phasendrehung von konzentrierten Parametern.
Die MFD(MLP) ist durch Konfigurationsparameter und Echtzeitparameter festgelegt. Zu den MFD-Konfigurationsparametern gehören: SMT-Antennengewinn, augenblickliche Bandklasse des SMT, augenblickliche Trägerfrequenz des SMT und die zutreffende MT-Klasse. Zu den MFD-Parametern gehören: Antennengewinn des BTS-Sektors, BTS-SMT-Geradeausentfernung, grobe Pilotstärke(n) des BTS-Sektors und grobe Ausgangsleistung des BTS-Sektors.
Der großdimensionale Schwund ist auf Ausbreitungsstörungen zurückzuführen, die im Vergleich zur Wellenlänge des Trägers groß sind. Beispiele für großdimensionalen Schwund sind Auswirkungen von Gebäuden oder vom Gelände. Kleindimensionaler Schwund ist auf Ausbreitungsstörungen zurückzuführen, die im Vergleich zur Wellenlänge des Trägers klein sind und Effekte umfassen wie Mehrwegestörungen und Doppler-Effekt.
Diese Kanalsimulationsparameter ermöglichen, dass die Unterstützung von verschiedenartigen, nicht frequenzselektiven Schwundmodellen als optionale Merkmale eingeführt werden kann. Ein Schwundmodell kann Parameter enthalten, die statisch sind und in Realzeit vorliegen. Sie liefern einen Mechanismus, um ein Schwundmodell, wie es auf unabhängige Weise einem jeden SMT zugeordnet wird, zu beschreiben, auszuwählen und „wiederzugeben".
Eine Bibliothek von Kanalprofilen kann entwickelt werden, um einen Wirt von Kanalstörungen zu simulieren, so wie das Skripts können, die solche Kanalprofile umfassen, und dies in Verbindung mit geeigneter Hardware und Software, die gemäß dieser Erfindung eingesetzt wird, kann die Kommerzialisierung über Lizenzerteilung erfolgen.
Die Zuordnung eines Test-Skript bringt eine beträchtliche Datenübertragung von der Steuervorrichtung (102) zum Wirt-MTS oder zu den Wirt-MTS über die Szenarium/Kanal-Simulationsmaschine (203) in 2 mit sich. Auch wenn die Übertragung über eine Kommunikationsverbindung mit hohem Durchsatz erfolgt, erlauben die derzeitigen Realisierungstechnologien doch keine Echtzeit-Wiedergabe eines Test-Skript direkt von der Steuervorrichtung (102) zum Wirt-MTS. Ein Test-Skript muss zuerst festgelegt werden und dann einem Wirt-MTS (für einen besonderen beherbergten SMT) über die Maschine (203) zugeordnet/übertragen werden, und kann nur an dieser Stelle aktiviert werden. Aber prinzipiell gibt es nichts in dieser Erfindung, was künftige Realisierungstechnologien ausschließt, um eine solche direkte Echtzeit-Wiedergabe zu ermöglichen, und diese Erfindung sollte dadurch nicht eingeschränkt werden.
Auch wenn das Verfahren und die Apparatur der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden sind, so bedeutet dies nicht, dass die Erfindung auf die hier dargestellte spezielle Form beschränkt ist, sondern im Gegensatz, sie deckt alle alternativen Lösungen, Modifikationen und Gleichwertiges ab, was zum Schutzumfang der Erfindung gehört, wie er durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.
Ohne die Allgemeingültigkeit der vorangehenden Erklärung hinsichtlich der Beschränkungen einzuschränken, sollen die folgenden Feststellungen getroffen werden.
Während die bevorzugte Ausführungsform, die hier offenbart wird, einen MTS für den CDMA2000-1×-Standard implementiert, können andere bekannte oder bevorstehende Standards wie beispielsweise GSM, UMTS und 3× auf ähnliche Weise implementiert werden. Die Erfindung wendet Konzepte des SDR, insbesondere die Wiederkonfigurierbarkeit, auf das Problem der in sich geschlossenen Simulation von MTS mit hoher Dichte und großem Umfang an. Darüber hinaus ist das Konzept der Simulation aller möglichen HF-Ausbreitungswege zwischen einer Anzahl von BTS und ihren Sektoren und einer Anzahl von SMT im Basisband ein allgemeines Konzept dieser Erfindung, das auf beliebige gegenwärtige oder künftige Mobilfunk-Standards anwendbar ist. Durch die Wiederkonfigurierung der Algorithmen für die Basisbandverarbeitung und der Protokollmaschinen von allen SMT oder einer Teilmenge der SMT ist die Erfindung unverzüglich an einen anderen Mobilfunk-Standard anpassbar.
Auch wenn die bevorzugten Ausführungsform den Anschluss an eine „reale" BTS (z. B. Ausrüstung des Betreibers) offenbart, können die relevanten Signale von ihr von einer Ausrüstung geliefert werden, welche all die Funktionalität einer „realen" BTS bietet, die für die Benutzeranwendung (z. B. durch einen Personal-Computer) oder einen Teil dieser Funktionalität relevant sind (z. B. Personal-Computer und/oder Peripheriegeräte, die an die BTS angeschlossen sind). Auf diese Weise können BTS-Funktionen, die für die Benutzeranwendung relevant sind, ganz oder teilweise simuliert werden.
Auch wenn die bevorzugten Ausführungsform den Anschluss an eine BTS (101) offenbart, gibt es dennoch keine Beschränkung auf ein derartiges Infrastrukturgerät. Die Erfindung ist gleichermaßen anwendbar auf Netzzugriffstellen in Kommunikationsparadigmen wie IEEE 802.11 oder Bluetooth.
Auch wenn sowohl die Vorwärtsverbindung als auch die Rückwärtsverbindung in der bevorzugten Ausführungsform beschieben worden sind, so ist es doch auch für manche Prüfbelange von Bedeutung, nur die Vorwärtsverbindung (z., B, Prüfkapazität für BTS, um Pilotsignale auszusenden) oder nur die Rückwärtsverbindung zu simulieren.

Claims

System zum Prüfen eines Bereichs (101) eines Mobilfunknetzes, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine Vielzahl von HF-Vorwärtszeichen bereitstellt, und welches umfasst: Mittel (100) zur Annahme der genannten Vielzahl von HF-Vorwärtszeichen in einer vom geprüften Netzbereich (101) ausgehenden HF-Vorwärtsverbindung und zur Rückführung einer Vielzahl von HF-Rückwärtszeichen in einer zum geprüften Netzbereich (101) führenden HF-Rückwärtsverbindung, wobei diese Zeichen auf direktem Wege in diese eingegeben werden; wobei die genannte Vielzahl von HF-Rückwärtszeichen die Eigenschaften eines äquivalenten HF-Signal gemäß einem bekannten Übertragungsprotokoll aufweist, welches von einer Vielzahl von mobilen Terminals, MT genannt, erzeugt werden, die mit dem geprüften Netzbereich (101) über eine Vielzahl von unabhängigen HF-Vorwärtsverbindungskanälen und HF-Rückwärtsverbindungskanälen kommunizieren.
System nach Anspruch 1, bei welchem das genannten Annahme- und Rückführmittel (100) Mittel (205) aufweist, um eine Vielzahl von MTs zu simulieren zwecks Erzeugung einer Vielzahl von simulierten MTs, SMT genannt, die sich auf einer generischen übertragungsprotokoll-agnostischen SDR-Hardware-Plattform befinden; die genannte Vielzahl von SMTs (205) so angeordnet ist, dass diese sich so verhalten, wie das echte MTs in Gegenwart der genannten HF-Vorwärtsverbindung, welche die makroskopischen Auswirkungen von HF-Beeinträchtigungen enthalten, tun würden; und die genannte HF-Rückwärtsverbindung die makroskopischen Auswirkungen von HF-Beeinträchtigungen enthält, die erzielt werden, indem bestimmte Berechnungen auf dem Basisbandsignal ausgeführt werden.
System nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der genannte HF-Vorwärtsverbindungskanal beeinflusst wird durch die Simulation der Auswirkungen der Beeinträchtigungen auf jedes genannte HF-Vorwärtszeichen, wie sich das dem empfangenden Bereich eines jeden genannten SMT (205) zeigt.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem der genannte HF-Rückwärtsverbindungskanal beeinflusst wird durch die Simulation der Auswirkungen der Beeinträchtigungen auf jedes genannte HF-Rückwärtszeichen, wie sich das vom sendenden Bereich eines jeden genannten SMT (205) her zeigt.
System nach Anspruch 1 bis 4, bei welchem der geprüfte Netzbereich Mittel zur Herstellung von Funktionen für Netzzugangsstellen enthält.
System nach Anspruch 1 bis 4, bei welchem der geprüfte Netzbereich Mittel zur Herstellung von Funktionen einer ersten Basisstation (101) enthält.
System nach Anspruch 1 bis 6, bei welchem HF-Signale, die auf zwei der genannten HF-Verbindungskanäle (jeder zu einem anderen MT gehörig) übertragen werden, auf unterschiedlichen Übertragungsprotokollen arbeiten.
System nach Anspruch 1 bis 7, bei welchem HF-Signale, die auf zwei der genannten HF-Verbindungskanäle (jeder zu einem anderen MT gehörig) übertragen werden, unterschiedlichen Kodierverfahren unterliegen.
System nach Anspruch 1 bis 8, bei welchem HF-Signale, die auf zwei der genannten HF-Verbindungskanäle (jeder zu einem anderen MT gehörig) übertragen werden, unterschiedliche Frequenzen als Träger haben.
System nach Anspruch 1 bis 9, bei welchem HF-Signale, die auf zwei der genannten HF-Verbindungskanäle (jeder zu einem anderen MT gehörig) übertragen werden, unterschiedliche Bandbreiten aufweisen.
System nach Anspruch 1 bis 10, bei welchem die genannten makroskopischen Auswirkungen teils durch die bewusste Anwendung einer Beeinträchtigung auf einen der genannten HF-Vorwärtszeichen oder genannten HF-Rückwärtszeichen bewirkt werden.
System nach Anspruch 2 bis 11, bei welchem zu den genannten makroskopischen Auswirkungen die Simulation der Beweglichkeit von mindestens einem SMT entsprechend der körperlichen Bewegung eines MT gehört.
System nach Anspruch 2 bis 11, bei welchem die genannten makroskopischen Auswirkungen die Merkmale der körperlichen Umgebung eines MT widerspiegeln.
System nach Anspruch 2 bis 13, bei welchem für jede Kombination von SMT-Sektoren zu den makroskopischen Auswirkungen die Simulation einer der folgenden Erscheinungen gehört: (a) mittlere Funkfelddämpfung ,MPL', (b) Großsignal-Schwunddämpfung, (c) Kleinsignal-Schwunddämpfung, (d) Phasendrehung durch konzentrierte Parameter und (e) Zeitverzögerung.
System nach Anspruch 14, bei welchem die mittlere Funkfelddämpfung MPL durch Konfigurationsparameter oder Echtzeitparameter festgelegt wird.
System nach Anspruch 15, bei welchem zu den Konfigurationsparametern für die mittlere Funkfelddämpfung MPL einer der folgenden Parameter gehört: SMT-Antennengewinn, momentane SMT-Bandklasse, momentane SMT-Trägerfrequenz und die zutreffende MT-Klasse.
System nach Anspruch 15, bei welchem zu den Echtzeitparametern für die mittlere Funkfelddämpfung MPL einer der folgenden Parameter gehört: Gewinn der Sektorantenne der Funk-Basistation BTS, Linie der Sichtentfernung BTS-SMT, Ursprungsfeldstärke(n) des Piloten des BTS-Sektors und Ursprungsausgangsleistung des BTS-Sektors.
System nach Anspruch 14, bei welchem die Kleinsignal-Schwunddämpfung auf Ausbreitungsbeeinträchtigungen zurückzuführen ist, die im Vergleich zur Trägerwellenlänge klein sind, um Effekte wie den Mehrwegeeffekt und den Doppler-Effekt hineinzubringen.
System nach Anspruch 6–18, bei welchem der geprüfte Netzbereich Mittel enthält, um die Funktionen einer zweiten Basisstation (101, 1301, 1304, 1307) bereit zu stellen, und ferner Mittel umfasst, um Zweiwegkommunikation zwischen dem genannten Funktionsmittel der zweiten Basisstation und einem der genannten Vielzahl von SMTs (205) zu führen.
System nach Anspruch 19, welches ferner Mittel (1302, 1308) umfasst, um die genannten Funktionsmittel (1301, 1304, 1307) der ersten und zweiten Basisstation zu koordinieren/steuern.
System nach Anspruch 7–20, wo eines der Protokolle ein FDMA-Protokoll, ein CDMA-Protokoll oder davon abgeleitete Protokolle sind.
System nach Anspruch 1–21, welches Mittel umfasst, um die folgende Verarbeitung an der genannten HF-Vorwärtsverbindung vorzunehmen: (a) Verarbeitung der HF zum digitalen Basisband (b) Verarbeitung des digitalen Basisbandes zum Schnipsel (c) Verarbeitung der Schnipsel zu Symbolen (I) Sektorskalierung und Sektorenverbindung (II) Generierung der Schnipselrate für die Beeinträchtigungen (III) Generierung der Leistungssteuerungsrate für die Beeinträchtigungen (d) Verarbeitung von Symbolen zu Rahmen.
System nach Anspruch 1–22, welches Mittel umfasst, um die folgende Bearbeitung an der genannten HF-Rückwärtsverbindung durchzuführen: (a) Verarbeitung von Rahmen zu Symbolen (b) Verarbeitung von Symbolen zu gespreizten Signalen (d) Generierung von Beeinträchtigungen, Sektorskalierung und -kombination (I) Generierung von Beeinträchtigungen (II) Kombinierte Leistungssteuerung und Generierung von Beeinträchtigungen (III) Sektorskalierung und -kombination (e) Verarbeitung gespreizter Signale zur HF.
System nach Anspruch 2–23, welches Mittel umfasst, um ein Kanalprofil zu erzeugen, das aus einem zeitlich veränderlichen Vektor von Beeinträchtigungsparametern besteht.
System nach Anspruch 24, beiwelchem zu den Beeinträchtigungsparameter Parameter für einfachen und komplexen Schwund gehören.
System nach Anspruch 24–25, welches Mittel umfasst, um Beeinträchtigungsparameter auf der Basis pro-SMT bzw. pro-BTS-Sektor zu erzeugen.
System nach Anspruch 24–26, bei welchem zu den statischen Beeinträchtigungsparametern einer der folgenden Parameter gehört: kalibrierter Mischungsgewinn des kalibrierten Transceivers und Anschlussdämpfung zwischen jedem BTS-Sektor und dem SMT.
System nach Anspruch 2–27, bei welchem für jede SMT-Sektor-Kombination zur Generierung von Beeinträchtigungen eine von folgenden Größen gehört: (a) mittlere Streckendämpfung (MPL), (b) Großsignal-Schwunddämpfung, (c) Kleinsignal-Schwunddämpfung, (d) Phasendrehung durch konzentrierte Parameter und (e) Zeitverzögerung.
System nach Anspruch 28, bei welchem die mittlere Streckendämpfung MPL durch Konfigurationsparameter und Echtzeitparameter festgelegt wird.
System nach Anspruch 29, bei welchem zu den Konfigurationsparametern für die mittlere Streckendämpfung MPL einer der folgenden Parameter gehört: Gewinn der SMT-Antenne, momentane SMT-Bandklasse, momentane SMT-Trägerfrequenz und die zutreffende MT-Klasse.
System nach Anspruch 29, bei welchem zu den Echtzeitparametern für die mittlere Streckendämpfung MPL einer der folgenden Parameter gehört: Gewinn der Sektorantenne der Mobilfunk-Basisstation BTS, Geradeausentfernung BTS-SMT, Ursprungsfeldstärke(n) des Piloten des BTS-Sektors und Ursprungsausgangsleistung des BTS-Sektors.
System nach Anspruch 31, bei welchem die Kleinsignal-Schwunddämpfung auf Ausbreitungsbeeinträchtigungen zurückzuführen ist, die im Vergleich zur Wellenlänge des Trägers klein sind, und die solche Effekte wie den Mehrwegeeffekt und den Doppler-Effekt hineinbringen.
System nach Anspruch 2–32, welches ferner eine Szenario/Beeinträchtigungs-Generierungsmaschine zwecks Schaffung einer Echtzeitsimulation einer Vielzahl von SMTs (205) umfasst, welche mit dem geprüften Netzbereich in Wechselwirkung stehen.
System nach Anspruch 33, welches Mittel umfasst, um ein Skript der Beeinträchtigungen für die genannte Szenario/Beeinträchtigungs-Generierungsmaschine festzulegen.
System nach Anspruch 34, welches ferner Mittel umfasst, um das genannte festgelegte Skript einem SMT/MTS (205/100) zuzuordnen.
System nach Anspruch 35, welches ferner Mittel umfasst, um das genannte zugeordnete Skript zu aktivieren.
System nach Anspruch 36, in welchem für Gruppen von SMTs (205) Skripts erstellt werden, so dass sie ähnlich funktionieren.
System nach Anspruch 2–37, welches ferner Mittel für das Anschließen der Schnittstellen an die Prüfausrüstung umfasst.
System nach Anspruch 2–37, welches ferner Mittel für Schnittstellenanschluss an einen PC umfasst.
System nach Anspruch 2–39, welches ferner eine Antenne umfasst und das genannte SMT (205) an die genannte Antenne angeschlossen ist.
System nach Anspruch 2–40, bei welchem die genannte Simulation von MTs (SMTs (105)) Mittel enthält, um die Aufteilung der Funktionen und der Verarbeitung von SMTs (205) während der Basisband-Verarbeitung durchzuführen.
System nach Anspruch 2–41, bei welchem die genannte Simulation Mittel umfasst, um alle HF-Pfade zwischen der genannten Basisstation und einer Vielzahl von SMTs (205) durch die Kombinierung und die Skalierung aller individuellen HF-Träger zu simulieren.
System nach Anspruch 42, bei welchem die genannte erste Basisstation Mittel für sektorierte Funktionen umfasst und wo in der Richtung der Vorwärtsverbindung der Wert R der empfangenen Signale an einem SMT (205) das Produkt aus der Verstärkung G und dem Wert S der Sektorsignale ist, worin G so eingestellt ist, dass Beeinträchtigungen im HF-Bereich reflektiert werden.
System nach Anspruch 43, bei welchem in der genannten HF-Vorwärtsverbindung zur genannten Generierung von Beeinträchtigungen das mathematische Approximieren von HF-Beeinträchtigungen gehört.
System nach Anspruch 44, welches Mittel umfasst, um die Approximation durch Abtastung bei der Granularität der Schnipselrate durchzuführen.
System nach Anspruch 43, welches Mittel umfasst, um die Approximation durch Abtastung bei der Granularität der Leistungssteuerungsrate durchzuführen.
System nach Anspruch 43, welches Mittel umfasst, um die Approximation durch Abtastung bei der Granularität der Rahmen oder Gruppen von Symbolen durchzuführen.
System nach Anspruch 44–47, welches Mittel umfasst, um die Approximation durch Abtastung bei der Rate der Leistungssteuerung für einen Kanal und bei der Simulation der Schnipselrate für einen anderen Kanal durchzuführen.
System nach Anspruch 2–48, wo bei dem genannten Vorwärtszeichen zur genannten Generierung von Beeinträchtigungen die Skalierung des Energiebeitrags eines jeden Basisstationssektors und der Störpegel gehört.
System nach Anspruch 2–49, wo bei dem genannten Vorwärtszeichen zur genannten Generierung von Beeinträchtigungen Mittel zur Berechnung von Elementen eines der genannten Übertragungsprotokolle und dessen Absenden an alle SMTs (205) gehören.
System nach Anspruch 50, bei welchem die Berechnung durch geeignete Sektorenskalierung G erfolgt oder dadurch, dass die gewünschte Pilotstärke Echo an jedem SMT (205) berechnet wird.
System nach Anspruch 51, wo bei dem genannten HF-Rückwärtszeichen zur genannten Generierung von Beeinträchtigungen Mittel gehören, um die Leistungssteuerung und die HF-Beeinträchtigungen in einem Schritt dadurch zu kombinieren, dass für jeden SMT(R₀) die genormte Ausgangsleistung generiert wird und diese mit einer Matrix multipliziert wird, welche die kombinierten Auswirkungen der protokollinduzierten Leistungssteuerung und Kanalbeeinträchtigungen (G') darzustellen, um die Abtastwerte für jeden Sektor zu erhalten (S = G'R₀).
System nach Anspruch 2–52, welches ein einzelnes, gemeinsam genutztes Hardware/Firmware-Betriebsmittel für die gesamte Demodulation und Dekodierung der gemeinsam genutzten Kanäle für alle SMTs (205) umfasst.
System nach Anspruch 53, welches Mittel umfasst, um die Verteilung von Symbolen in allen SMTs (250) als Bitfehlerrate BER zu simulieren, und wo die relative Sektorleistung sich nicht ändert, wenn ein weicher(er) Kanalwechsel simuliert wird.
System nach Anspruch 54, welches Mittel für die Kombinierung der HF-Rückwärtszeichen der Basisband-Sendesignale einer Vielzahl von SMTs (205), die auf demselben Träger arbeiten, umfasst, und Mittel für das darauffolgende Filtern der Signalsumme und die digitale Aufwärtsmischung zur ZF oder HF umfasst.
System nach Anspruch 55, welches Mittel umfasst, um SMTs (205) mit Signalverarbeitungsfunktionen (204, 207) durch einen Multiplex-Bus oder eine Baumstruktur zu verbinden.
System nach Anspruch 56, bei welchem zum genannten Simulationsmittel (205) für die Simulation einer Anzahl von MTs eine Software/Hardware-Gabel zur Beherbergung eines SMT (eines MT-Simulators [MTS (100)]) gehört.
System nach Anspruch 57, welches ferner in einer Kommunikationsverbindung mit dem genannten MTS (100) Steuerungsmittel (102) umfasst, um in dem genannten MTS (100) ein SMT (205) zu instanzieren.
System nach Anspruch 58, bei welchem der genannte MTS (100) mit den BTS-Sektorports direkt verbunden ist.
System nach Anspruch 59, bei welchem ein MTS (100) mindestens n + 1 Anschlüsse aufweist, wenn die BTS n Sektoren aufweist.
System nach Anspruch 57–60, bei welchem die genannte SMT-Statusinformation solche Informationen enthält, welche erforderlich sind, dass es innerhalb eines MTS (100) arbeitet.
System nach Anspruch 57–61, bei welchem die genannte Kommunikationsverbindung zwischen dem genannten MTS (100) und dem genannten Steuerungsmittel (102) eine solche innewohnende Fähigkeit für einen Durchsatz aufweist, die wesentlich größer ist als diejenige bei typischen MT/BTS-Kommunikationen.
System nach Anspruch 57–62, bei welchem das genannte Steuerungsmittel (102) an die SMT/MTS (205, 100) „Aufschalt"-Kommandos senden kann, um Bedingungen zu schaffen, welche für den eigentlichen MT-Betrieb anormal sind.
System nach Anspruch 12–63, bei welchem die genannte Mobilitätssimulation Mittel umfasst, um die Funktionen einer zweiten Basisstation (1301, 1304, 1307) bereit zu stellen, und die genannten zwei Basisstationen in Verbindung mit einem genannten SMT koordiniert werden, dessen simulierte Signale in dem HF-Bereich als ein MT gekennzeichnet sind, das sich im effektiven Übertragungsbereich von zwei Basisstationen befindet, wobei die genannte (Vorwärts- und Rückwärts-) Generierung von Beeinträchtigungen und das Pilotmanagement dergestalt erfolgen, dass eine Kanalumschaltung zwischen den genannten Basisstationen bewirkt wird.
System nach Anspruch 12–63, bei welchem der genannte MTS (1300, 1305, 1306) sich in direkter Kommunikation mit den genannten zwei Basisstationen (1301, 1304, 1307) befindet.
System nach Anspruch 12–64, welches eine Anzahl von MTS (1300, 1305, 1306) und eine Anzahl von Basisstationen (1301, 1304, 1307) umfasst, bei denen jeder genannte MTS sich mit mindestens zwei der genannten Basisstationen in direkter Kommunikation befindet und wo die genannte Mobilitätssimulation dadurch erfolgt, dass man ein genanntes SMT von einem genannten MTS (1300) zu einem genannten zweiten MTS (1305) bewegt (durch die Instanzierung des SMT im zweiten MTS (1305) durch das Kopieren der Zustandsinformation aus dem ersten MTS (1300) auf den zweiten MTS (1305)).
System nach Anspruch 43, bei welchem die genannten Beeinträchtigungen diejenigen HF-Ausbreitungspfade betreffen, die sich ändern, einschließlich derer, die sich hinsichtlich Zeit oder Frequenz ändern.
Verfahren zur Durchführung der Schritte zum Betreiben eines Systems nach Anspruch 1 bis 67.