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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation in einem Funkkommunikationssystem. Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Funkstation zur Kommunikation mit anderen
Funkstationen in einem Funkkommunikationssystem.
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In
Funkkommunikationssystemen werden Informationen (beispielsweise
Sprache, Bildinformation, Videoinformation, SMS (Short Message Service), MMS
(Multimedia Messaging Service) oder andere Daten) mit Hilfe von
elektromagnetischen Wellen über
eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Funkstation übertragen.
Bei den Funkstationen kann es sich hierbei je nach konkreter Ausgestaltung
des Funkkommunikationssystems um verschiedenartige Teilnehmerstationen,
Funkzugangspunkte oder Basisstationen handeln. Das Abstrahlen der
elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System
vorgesehenen Frequenzband liegen.
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Der
Zugriff von Funkstationen auf das gemeinsame Übertragungsmedium wird bei
Funkkommunikationssystemen durch Vielfachzugriffsverfahren/Multiplexverfahren
(Multiple Access, MA) geregelt. Bei diesen Vielfachzugriffen können die Funkressourcen
im Zeitbereich (Time Division Multiple Access, TDMA), im Frequenzbereich
(Frequency Division Multiple Access, FDMA), im Codebereich (Code
Division Multiple Access, CDMA) oder im Raumbereich (Space Division
Multiple Access, SDMA) zwischen den Funkstationen aufgeteilt werden. Auch
Kombinationen mehrerer dieser Verfahren werden angewendet. Häufig (zum
Beispiel bei GSM (Global System for Mobile Communication), TETRA (Terrestrial
Trunked Radio), DECT (Digital European Cordless Telephone), UMTS
(Universal Telecommunications System)) findet eine Unterteilung
des Übertragungsmediums in
Frequenz- und/oder Zeitkanäle statt.
Bei der Funkressource handelt es sich dann um ein Zeitschlitz-Frequenz-Paar.
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Funkkommunikationssysteme
sind oftmals als zellulare Systeme z.B. nach dem Standard GSM oder
UMTS mit einer Netzinfrastruktur bestehend z.B. aus Basisstationen,
Einrichtungen zur Kontrolle und Steuerung der Basisstationen und
weiteren netzseitigen Einrichtungen ausgebildet. Für das zellulare GSM-Mobilfunksystem werden
Frequenzen bei 900, 1800 und 1900 MHz genutzt. Außer diesen
weiträumig
organisierten (supralokalen) zellularen, hierarchischen Funknetzen
gibt es auch drahtlose lokale Netze (WLANs, Wireless Local Area
Networks) mit einem in der Regel räumlich deutlich stärker begrenzten
Funkabdeckungsbereich. Die von den WLAN-Funkzugangspunkten (AP:
Access Point) abgedeckten Zellen sind mit einem Durchmesser von bis
zu einigen hundert Metern im Vergleich zu üblichen Mobilfunkzellen klein.
Beispiele verschiedener Standards für WLANs sind HiperLAN, DECT,
IEEE 802.11, Bluetooth und WATM.
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In
einem Adhoc-Modus eines Funkkommunikationssystems übertragen
Funkstationen Nachrichten zueinander, ohne dass es der Weiterleitung
dieser Nachrichten durch eine zentrale Einrichtung, wie etwa einen
Funkzugangspunkt oder eine Basisstation, bedarf. Die Verbindung
zwischen zwei Funkstationen erfolgt dabei entweder direkt oder bei
größeren Entfernungen über weitere
Funkstationen, die für
diese Verbindung Relaisstationen bilden. Die Funkstationen eines
solchen selbstorganisierenden Netzes können mobile Funkstationen (beispielsweise
Mobilstationen von Personen oder in Verkehrsfahrzeugen) und/oder
vorwiegend stationäre
Funkstationen (beispielsweise Computer, Drucker, Haushaltsgeräte) sein.
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Vorteile
eines Adhoc-Modus bestehen darin, dass eine Kommunikation von Funkstationen
auch in Bereichen möglich
ist, in welchen keine Funkabdeckung durch eine Netzeinrichtung besteht.
Weiterhin kann durch die Weiterleitung von Nachrichten durch Funkstationen
die von den Funkstationen verwendete Sen deleistung verringert werden.
Schließlich
werden bei der direkten Kommunikation zwischen gleichberechtigten
Funkstationen (peer to peer) Verzögerungen, welche durch eine
Versendung von Informationen über
eine Basisstation entstehen, verringert werden. Überdies werden dadurch, dass
die Basisstation bei der Nachrichtenübertragung nicht beteiligt ist,
Netzwerkressourcen eingespart.
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Während bei
zentral gesteuerten Funkzugriffsverfahren eine Zuordnung von Funkressourcen an
Funkstation durch eine übergeordnete
Einheit wie z.B. eine Basisstation erfolgt, findet in einem Adhoc-Modus
eines Funkkommunikationssystems ein dezentraler Zugriff auf die
Funkressourcen bzw. eine dezentrale Zuordnung von Funkressourcen
zu Funkstationen statt. Die Koordinierung des Zugriffs auf die zur
Verfügung
stehenden Funkressourcen findet daher in einem Adhoc-Modus selbstorganisierend
statt. Existiert keine zentrale Einrichtung, welche die Funkstationen über die
ihnen zugeordneten Funkressourcen informiert, so besteht das Problem,
dass die Funkstationen keine Kenntnis darüber haben, welche Funkressourcen
aktuell unbelegt bzw. keiner Funkstation zugeordnet sind und somit
zur Kommunikation zur Verfügung
stehen. Dies kann dazu führen, dass
mehrere Funkstationen die gleichen Funkressourcen benutzen, woraus
Paketkollisionen resultieren. Weiterhin ist es aufgrund der mangelhaften Kenntnis
der Funkstationen über
unbelegte Funkressourcen möglich,
dass eine Funkstation eine Funkressource zur Versendung einer Nachricht
an eine andere Funkstation verwendet, welche die andere Funkstation
aktuell nicht zum Empfang nutzen kann.
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Das
Dokument US 2002/0141375 A1 beschreibt ein WLAN, in welchem den
Stationen von einem Funkzugangspunkt Zeitspannen zur Kommunikation
zugewiesen werden. Zusätzlich
existiert eine Zeitspanne, während
welcher die Stationen asynchron miteinander kommunizieren können, ohne dass
ihnen Funkressourcen von dem Funkzugangspunkt zugewiesen werden.
Um Kollisionen während dieser
Zeitspanne zu vermeiden, wird ein CSMA/CA (Car rier Sense Multiple
Access/Collision Avoidance) Verfahren in Kombination mit RTS (Ready
To Send) und CTS (Clear To Send) Nachrichten eingesetzt. Das Dokument
US 2002/0080768 A1 beschreibt verschiedene empfänger-initiierte Verfahren zur
Vermeidung von Kollisionen bei der Datenübertragung. Hierbei senden
Knoten Signalisierungspakete, welche ihre benachbarten Knoten auffordern,
Daten zu versenden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kommunikation
in einem Funkkommunikationssystem aufzuzeigen, welches bei einem dezentral
organisierten Funkzugriffsverfahren das Problem der mangelhaften
Kenntnis der Funkstationen über
die Belegung von Funkressourcen umgeht. Weiterhin soll eine Funkstation
zur Durchführung
des Verfahrens aufgezeigt werden.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Kommunikation betrifft ein Funkkommunikationssystem umfassend
eine Mehrzahl von Funkstationen, wobei in dem Funkkommunikationssystem
Nachrichten von Funkstation zu Funkstation direkt oder über eine
oder mehrere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen unter
Verwendung von Funkressourcen gesendet werden. Für die Versendung der Nachrichten
erfolgt eine dezentrale Zuordnung von Funkressourcen zu Funkstationen.
Erfindungsgemäß versendet
mindestens eine Funkstation Informationen über die für die Versendung von mindestens
einer Nachricht an die mindestens eine Funkstation verwendeten ersten Funkressourcen,
wobei die Versendung der Informationen über die ersten Funkressourcen
unter Verwendung von der mindestens einen Funkstation zugeordneten
zweiten Funkressourcen erfolgt.
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In
dem Funkkommunikationssystem erfolgt keine zentrale Vergabe von
Funkressourcen durch eine Instanz wie z.B. eine Basisstation, welche
für eine
Mehrzahl von zu versendenden Nachrichten über die Zuordnung der Funkressourcen
zu Funkstationen entscheidet. Vielmehr wird ein Verfahren zur dezentralen
Vergabe von Funkressourcen angewandt, mittels welchem unter Mitwirkung
der Funkstationen darüber
entschieden wird, welcher Funkstation welche Funkressourcen zur
Versendung von Nachrichten zugeordnet werden. Beispiele hierfür sind verschiedenartige
ALOHA-Verfahren. Die dezentrale Vergabe von Funkressourcen ist charakteristisch
für einen
Adhoc-Modus eines Funkkommunikationssystems. Es ist möglich, dass
neben dem Adhoc-Modus weitere Modi des Funkkommunikationssystems
mit zentraler Zuordnung von Funkressourcen existieren. Das Verfahren
zur dezentralen Vergabe von Funkressourcen wird sowohl auf die Zuordnung
der ersten als auch der zweiten Funkressourcen angewandt.
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Bei
den Funkstationen kann es sich um mobile oder stationäre teilnehmerseitige
Funkstationen oder auch um Funkzugangspunkte handeln. Das Verfahren
ist besonders vorteilhaft anwendbar auf ein Funkkommunikationssystem,
in welchem die Kommunikation in in Zeitschlitze unterteilten Zeitrahmen
erfolgt. Weiterhin entfaltet das erfindungsgemäße Verfahren eine Vielzahl
von Vorzügen
in einem Funkkommunikationssystem, in welchem eine Mehrzahl von
Frequenzbändern
zur Versendung von Nachrichten zwischen Funkstationen verwendet
werden.
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Mindestens
eine Funkstation versendet eine Nachricht, deren Inhalt Informationen
darüber,
auf welchen Funkressourcen diese Funkstation Nachrichten empfängt, umfasst.
Informationen über
die Funkressourcen sind somit nicht lediglich implizit in Parametern
der Nachricht enthalten, sondern expliziter Inhalt der Nachricht.
Mit Vorteil handelt es sich bei der Nachricht, zu deren Übertragung
die ersten Funkressourcen verwendet werden, um eine Nachricht mit
Nutzinformationen. Die Informationen über die ersten Funkressourcen
können
einen Teil der Funkressourcen, auf welchen die jeweilige Funkstation
Nachrichten empfängt,
betreffen, oder auch alle Funkressourcen, auf welchen Nachrichten
empfangen werden. Die Nennung von Funkressourcen kann die Angabe
von Frequenz, Zeit, Code oder Raumrichtung, oder auch eine beliebige
Kombination dieser Angaben, gegebenenfalls in kodierter Form, beinhalten.
Die Versendung der Nachrichten mit den Informationen über die
ersten Funkressourcen erfolgt vorteilhafterweise per Broadcast,
so dass alle benachbarten Funkstationen die Nachricht empfangen und
auswerten können.
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Die
der mindestens einen Funkstation zugeordneten zweiten Funkressourcen
werden dieser über
die dezentrale Vergabe von Funkressourcen gemäß dem Adhoc-Modus zugeordnet.
Bei den zweiten Funkressourcen kann es sich zum Beispiel um einen de dizierten
Signalisierungskanal oder einen dedizierten Kanal, welcher für die Übertragung
von Nutzinformationen verwendet wird, handeln. Die Zuordnung der
zweiten Funkressourcen kann mit dem Ziel der Versendung der Informationen über die
ersten Funkressourcen erfolgen, so dass die Funkstation z.B. ab
dem Zeitpunkt, zu welchem sie erfahren hat, dass eine Versendung
der Informationen über
die ersten Funkressourcen ansteht, einen Zufallszugriff auf Funkressourcen
vornimmt, um die zweiten Funkressourcen für sich zu belegen. Bei den
zweiten Funkressourcen kann es sich jedoch auch um Funkressourcen
handeln, welche der Funkstation bereits unabhängig von der Versendung der
Informationen über
die ersten Funkressourcen zugeordnet sind. Die zweiten Funkressourcen
sind somit nicht den ersten Funkressourcen, betreffend welcher die Informationen
versendet werden, zugeordnet bzw. mit diesen verknüpft, sondern
sie sind der Funkstation zugeordnet. Dies bedeutet, dass die Funkstation die
zweiten Funkressourcen auch anderweitig zur Versendung von Nachrichten
nutzen kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der mindestens einen
Nachricht, für
welche die ersten Funkressourcen verwendet werden, um eine Mehrzahl
von Nachrichten von verschiedenen Funkstationen. Somit informiert
die Funkstation nicht nur über
einer Funkstation zugeordnete Funkressourcen, sondern über einer
Mehrzahl von Funkstationen zugeordneten Funkressourcen. Insbesondere kann
eine Information über
alle Funkressourcen erfolgen, welche zum Empfang von Nachrichten
von verschiedenen Funkstationen verwendet werden. Dadurch, dass
die Informationen über
die ersten Funkressourcen eine verschieden große Anzahl an Funkstationen
betreffen kann, welchen die ersten Funkressourcen zugeordnet sind,
weist das erfindungsgemäße Verfahren
ein hohes Maß an
Flexibilität
auf.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Versendung
der Informationen über
die für
die Versendung einer Nachricht an die mindestens eine Funkstation
verwendeten ersten Funkressourcen vor oder nach der Versendung der Nachricht.
Dies kann sich auf alle oder auch nur auf einen Teil der empfangenen
oder zu empfangenden Nachrichten beziehen, so dass eine Funkstation
zum Beispiel grundsätzlich
vor oder nach dem Empfang einer jeden Nachricht Informationen über die
hierzu genutzten Funkressourcen versenden kann, oder auch bei manchen
Nachrichten vor und bei anderen Nachrichten nach dem Empfang. Eine
Versendung der Informationen über
zukünftig
für den
Empfang verwendete Funkressourcen ist besonders effektiv in einem
Funkkommunikationssystem mit einer TDMA-Komponente.
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Mit
Vorzug erfolgt die Versendung von Informationen über die ersten Funkressourcen
periodisch. Der Inhalt der gesendeten Information kann sich hierbei
mit der Zeit ändern.
Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn sich die Zusammensetzung
der ersten Funkressourcen ändert.
Auch ist es möglich, dass
bei manchen Versendungen eine vollständige Information über alle
Funkressourcen, auf welchen Nachrichten empfangen wurden oder werden,
erfolgt, während
bei anderen Versendungen nur eine Änderung der zum Empfang genutzten
ersten Funkressourcen gegenüber
der letzten Versendung der Informationen über die ersten Funkressourcen angezeigt
wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung versenden alle Funkstationen des Funkkommunikationssystems,
an welche mindestens eine Nachricht versendet wird, Informationen über die
für die
Versendung der mindestens einen Nachricht verwendeten ersten Funkressourcen.
Diese Regel, wonach alle empfangenden Funkstationen Informationen über die
zum Empfang verwendeten Funkressourcen versenden, kann gegebenenfalls
eingeschränkt
werden hinsichtlich der Art der empfangenen bzw. zu empfangenden Nachrichten.
So ist es zum Beispiel möglich,
dass nur diejenigen Funkstationen, welche Nutzinformationen empfangen,
Informationen über
die ersten Funkressourcen, welche für die Übertragung der Nutzinformationen
verwendet werden, aussenden. Eine weitere mögliche Einschränkung betrifft
die Art der ersten Funkressourcen, so kann zum Beispiel eine Versendung von
Informationen über
erste Funkressourcen von bestimmten Signalisierungskanälen unterbleiben.
Eine weitere Einschränkung
betrifft die Art der Funkstation, von welcher die Nachricht stammt.
So ist es z.B. möglich,
dass betreffend Nachrichten, welche von einem Funkzugangspunkt stammen,
keine Informationen über
die verwendeten Funkressourcen versendet werden.
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Einer
Ausgestaltung der Erfindung gemäß werden
die gesendeten Informationen über
die ersten Funkressourcen bei der dezentralen Zuordnung von dritten
Funkressourcen zu Funkstationen berücksichtigt. So können Funkstationen,
welche die Informationen über
die ersten Funkressourcen empfangen haben, diese speichern und bei
einem eigenen Zugriff auf Funkressourcen einen Zugriff auf diese
Funkressourcen vermeiden.
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Die
oben genannte Aufgabe hinsichtlich einer Funkstation wird durch
eine Funkstation mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Funkstation
eignet sich zur Kommunikation mit anderen Funkstationen in einem
Funkkommunikationssystem, wobei in dem Funkkommunikationssystem
Nachrichten von Funkstation zu Funkstation direkt oder über eine
oder mehrere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen unter
Verwendung von Funkressourcen gesendet werden, und wobei für die Versendung
der Nachrichten eine dezentrale Zuordnung von Funkressourcen zu
Funkstationen erfolgt. Erfindungsgemäß weist die Funkstation Mittel
zum Versenden einer Nachricht mit Informationen über die für die Versendung von mindestens
einer Nachricht an die Funkstation verwendeten ersten Funkressourcen
auf, wobei die Versendung der Nachricht mit Informationen über die ersten
Funkressourcen unter Verwendung von der Funkstation zugeordneten
zweiten Funkressourcen erfolgt.
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Die
oben genannte Aufgabe hinsichtlich einer Funkstation wird weiterhin
durch eine Funkstation mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Funkstation
eignet sich zur Kommunikation mit anderen Funkstationen in einem
Funkkommunikationssystem, wobei in dem Funkkommunikationssystem
Nachrichten von Funkstation zu Funkstation direkt oder über eine
oder mehrere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen unter
Verwendung von Funkressourcen gesendet werden, und wobei für die Versendung
der Nachrichten eine dezentrale Zuordnung von Funkressourcen zu
Funkstationen erfolgt. Erfindungsgemäß weist die Funkstation Mittel
zum Empfangen einer Nachricht von einer anderen Funkstation mit
Informationen über
die für
die Versendung von mindestens einer Nachricht an die andere Funkstation
verwendeten ersten Funkressourcen unter Verwendung von der anderen
Funkstation zugeordneten zweiten Funkressourcen auf, und weiterhin
Mittel zum Berücksichtigen
der empfangenen Informationen über die
ersten Funkressourcen bei einem funkstationsseitigen Initiieren
einer Zuordnung von dritten Funkressourcen zu der Funkstation.
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Die
erfindungsgemäßen Funkstationen
eignen sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei dies auch auf die Weiterbildungen und Ausgestaltungen zutrifft.
Hierfür können die
erfindungsgemäßen Funkstationen
weitere geeignete Mittel aufweisen. Vorteilhaft ist insbesondere
eine Funkstation mit einer Kombination der Merkmale der beiden erfindungsgemäßen Funkstationen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigen
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1:
eine Anordnung von drei Funkstationen,
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2:
schematisch die Verwendung von Funkressourcen in einem UTRA-TDD
LCR System,
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3:
eine erfindungsgemäße Funkstation.
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Das
Ausführungsbeispiel
behandelt ein Mobilfunkkommunikationssystem mit einem Adhoc-Modus,
in welchem die Mobilstationen direkt miteinander kommunizieren können, ohne
dass die zwischen den Mobilstationen ausgetauschten Nachrichten
von einer netzseitigen Einrichtung weitergleitet werden. Der Zugriff
der Mobilstationen auf die Funkressourcen erfolgt dezentral. Ein
Beispiel hierfür
ist die Verwendung eines R-ALOHA-Verfahrens
(Reserved ALOHA) zur Reservierung von Funkressourcen.
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1 zeigt
eine Anordnung von drei Mobilstationen A, B und C mit ihren jeweiligen
Funkabdeckungsbereichen RA, RB und RC. Die Mobilstation B befindet
sich sowohl im Funkabdeckungsbereich RA der Mobilstation A als auch
im Funkabdeckungsbereich RC der Mobilstation C, so dass sowohl die
Mobilstationen A und B, als auch die Mobilstationen B und C direkt
miteinander kommunizieren können.
Im Gegensatz hierzu befindet sich die Mobilstation C außerhalb
des Funkabdeckungsbereiches der Mobilstation A. Versendet die Mobilstation
A eine Nachricht MESSAGE an die Mobilstation B, so kann der korrekte
Empfang der Nachricht MESSAGE in der Mobilstation B durch die Versendung
einer Nachricht durch die Mobilstation C gestört werden, wenn die Mobilstation
C die gleiche Funkressource verwendet wie die Mobilstation A. Somit
handelt es sich bei der Mobilstation C im Bezug auf die Mobilstation
A um eine versteckte Station. Das gleiche Problem besteht auch in
dem Fall, dass es sich bei der Mobilstation A um einen Funkzugangspunkt
eines WLAN handelt.
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Um
zu vermeiden, dass die Mobilstation C auf der gleichen Funkressource,
welche von der Mobilstation A zur Versendung der Nachricht MESSAGE an
die Mobilstation B verwendet wird, eine Nachricht versendet, benötigt die
Mobilstation C Informationen darüber,
dass die von der Mobilstation A verwendeten Funkressourcen nicht
zur Verfügung
stehen. Möglich
ist, dass diejenigen Mobilstationen, welche die Versendung einer
Nachricht planen, eine Nachricht versenden, welche die Belegung
der für
die geplante Versendung verwendeten Funkressourcen indiziert. Hierdurch
lässt sich
jedoch nicht das Problem der versteckten Stationen umgehen.
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Erfindungsgemäß versendet
die Mobilstation B eine Signalisierungsnachricht INFO, welche anzeigt,
auf welchen Funkressourcen sie eine Nachricht von der Funkstation
A empfängt.
Die Signalisierungsnachricht INFO wird von der Mobilstation B per Broadcast
ausgestrahlt, so dass alle Mobilstationen innerhalb ihres Funkabdeckungsbereiches
RB die Signalisierungsnachricht INFO empfangen. Die Signalisierungsnachricht
INFO kann vor oder nach dem Empfang der Nachricht MESSAGE der Funkstation
A versendet werden. Die Mobilstation C entnimmt der Signalisierungsnachricht
INFO der Mobilstation B, dass die entsprechenden Funkressourcen
für eine Kommunikation
innerhalb ihres Funkabdeckungsbereiches RC nicht zur Verfügung stehen.
Erfolgt die Versendung der Signalisierungsnachricht INFO vor der
Versendung der Nachricht MESSAGE der Mobilstation A, so ist bereits
für die
Nachricht MESSAGE ein Empfang in der Mobilstation B gewährleistet,
welcher nicht durch Störsignale
der Mobilstation C beeinträchtigt
ist. Erfolgt hingegen die Versendung der Signalisierungsnachricht
INFO nach der Versendung der Nachricht MESSAGE der Mobilstation
A, so entspricht dies einem Schutz zukünftiger Nachrichten von der
Mobilstation A an die Mobilstation B gegenüber Störsignalen der Mobilstation
C.
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Der
Mobilstation A sind die Funkressourcen, welche sie für die Versendung
der Nachricht MESSAGE verwendet, gemäß dem dezentralen Funkzugriffsverfahren
zugeordnet. Ebenso sind der Mobilstation B die Funkressourcen, welche
sie für
die Versendung der Nachricht INFO verwendet, gemäß dem dezentralen Funkzugriffsverfahren
zugeordnet. Vorteilhafterweise erfolgt die Zuordnung von Funkressourcen
für die
Versendung der Nach richten MESSAGE und INFO nach dem gleichen Funkzugriffs-Verfahren, so dass
die Mobilstationen A und B analoge Verfahrensschritte ausführen müssen, um die
jeweiligen Funkressourcen zu belegen.
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Alternativ
oder auch ergänzend
zur Anzeige von belegten Funkressourcen durch die empfangende Mobilstation
können
die Mobilstationen, welche an einer Reservierung von Funkressourcen
interessiert sind, die jeweiligen Funkressourcen abhören und
somit entscheiden, ob diese frei oder belegt sind. Dieses Vorgehen
ist jedoch insbesondere dann von Nachteil, wenn mehrere Frequenzen
zur Kommunikation verwendet werden. In diesem Fall benötigen die
Mobilstationen mehrere Transceiver, d.h. mehrere Sende-/Empfangsvorrichtungen,
welche jeweils auf einem der verwendeten Frequenzkanäle arbeiten.
Dies erfordert eine erhöhte
Komplexität
der Hardware und resultiert somit in gesteigerten Kosten für die Mobilstationen.
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Bei
den Funkressourcen, welche in der Signalisierungsnachricht INFO
indiziert werden, kann es sich um eine beliebige Kombination aus
z.B. Frequenz, Zeit, Code und Raumrichtung handeln. Die Informationen über die
Funkressourcen können
effizient kodiert übertragen
werden, so dass kein großer Umfang
an Funkressourcen zur Übermittlung
der Informationen über
die Funkressourcen benötigt
wird. Im Gegensatz zu anderen Systemen werden keine vollständigen Informationen
darüber übertragen,
welche Funkressourcen des gesamten Funkkommunikationssystems aktuell
belegt oder frei sind. Ebenso müssen
keine Angaben einer geplanten Nutzung von Funkressourcen durch die
Versendung von Nachrichten durch die sendende Funkstation ausgestrahlt werden.
Vielmehr erfolgt eine Versendung von Informationen darüber, auf
welchen Funkressourcen Nachrichten empfangen wurden bzw. in Zukunft empfangen
werden. Insbesondere existiert keine vorgegebene Kopplung zwischen
der Funkressource, auf welcher Nachrichten empfangen werden, und
der Funkressource, welche zur Versendung der Signalisierungsnachricht
INFO verwendet wird. Eine solche Kopplung ist dann nö tig, wenn
die Signalisierungsnachricht INFO keine expliziten Informationen über die
für die
empfangenen bzw. zu empfangenden Nachrichten verwendeten Funkressourcen
enthält, sondern
aus lediglich impliziten Informationen in Form einer bloßen Empfangsbestätigungs-
oder Empfangsbereitschaftsmeldung besteht.
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Die
Mobilstationen, welche die Signalisierungsnachricht INFO mit Informationen über die Funkressourcen
empfangen haben, speichern diese. Der Empfang mehrerer dieser Signalisierungsnachrichten
von verschiedenen Mobilstationen sorgt für einen kontinuierlichen Aufbau
einer Wissensbasis über
die Gesamtbelegung von Funkressourcen innerhalb des Funkabdeckungsbereiches
einer Mobilstation. Bei einem Zugriff auf Funkressourcen berücksichtigen
die Mobilstationen die gespeicherten Informationen über belegte
Funkressourcen, indem auf diese als belegt gespeicherten Funkressourcen nicht
zugegriffen wird.
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Die
Signalisierungsnachricht INFO können periodisch
ausgestrahlt werden, so dass das Wissen über den aktuellen Belegungszustand
auch bei sich ändernder
Netzwerktopologie, d.h. bei Positionswechseln von Mobilstationen,
automatisch aktualisiert wird.
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In
der Signalisierungsnachricht INFO kann eine Nennung aller Funkressourcen
erfolgen, auf welchen Nachrichten von einer oder mehreren Mobilstationen
empfangen werden. Das Verfahren kann jedoch auch mit einer kumulativen
Informationsübertragung
angewandt werden, so dass nicht bei jeder Versendung einer Signalisierungsnachricht
INFO der vollständige
Satz an zum Empfang verwendeten Funkressourcen angegeben wird, sondern
nur eine Änderung
gegenüber
dem Inhalt der letzten versendeten Signalisierungsnachricht INFO.
Dies verringert den Overhead an Signalisierung gegenüber der
vollständigen Übertragung.
Damit sich eine Mobilstation jedoch dennoch gegen Störsignale
von versteckten Stationen aufgrund einer zeitlich veränderlichen Netzwerktopologie
schützen
kann, sollte in be stimmten Zeitabständen die vollständige Information übertragen
werden.
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Die
Erfindung kann z.B. im Rahmen eines Adhoc-Modus eines UTRA-TDD (UMTS
Terrestrial Radio Access Time Division Duplex) Systems realisiert
werden. Hierbei handelt es sich um ein auf Zeitschlitzen basierendes
System, bei welchem ein Superrahmen 4 Zeitrahmen umfasst, wobei
ein Zeitrahmen der Länge
von 10 ms in 15 Zeitschlitze unterteilt ist. In jedem der Zeitschlitze
können
bis zu 16 Kodes verwendet werden. Somit stehen pro Superrahmen 960
Einheiten von Funkressourcen zur Verfügung. Gemäß einer dezentralen Zuordnung
von Funkressourcen zu den Mobilstationen können die Mobilstationen einen
Zeitschlitz eines Superrahmens als CSBC (Circuit Switched Broadcast
Connection) für sich
reservieren, der ihnen dadurch alle 40 ms zur Verfügung steht.
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Die
Reservierung erfolgt dadurch, dass die Mobilstationen, welche an
einer Reservierung interessiert sind, die Zeitschlitze abhören, und
auf einen Zeitschlitz, welchen sie als unbelegt erkannt haben, zugreifen.
In der Nachricht, mit welcher die Mobilstationen auf einen Zeitschlitz
zugreifen, wird mitgeteilt, an welche Empfänger eine Versendung von Nachrichten
in dem oder den entsprechenden Zeitschlitzen des nächsten Superrahmens
geplant ist.
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Die
erfolgte Reservierung eines Zeitschlitzes bzw. einer Zeitschlitz/Kode
Kombination wird nach dem R-ALOHA Verfahren dadurch aufrecht erhalten, dass
die anderen Mobilstationen durch Abhören des Funkverkehrs während der
Zeitschlitze erkennen, dass der betreffende Zeitschlitz benutzt
ist, und diese Nutzung auch für
folgende Superrahmen respektieren, indem sie nicht auf die reservierten
Zeitschlitze zugreifen. Die Reservierung gilt dann für jeden
Superrahmen, solange die reservierten Funkressourcen benötigt werden.
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Um
das Wissen über
aktuell belegte bzw. zur Verfügung
stehende Funkressourcen zu verbreiten, sendet jede Mobilstation,
welche Nachrichten von einer oder von mehreren anderen Mobilstationen
empfängt,
innerhalb ihres CSBC eine Reservierungstabelle aus, welche die Zeitschlitze,
in welchen sie Nachrichten empfangen hat bzw. empfangen wird, beinhaltet.
Diese Mitteilung kann sich auf zukünftig zu empfangende Nachrichten
beziehen, da den Mobilstationen aufgrund des Inhaltes der Zugriffsnachricht
bekannt ist, dass die Versendung der entsprechenden Nachricht geplant
ist. Hat eine Mobilstation bislang keinen CSBC reserviert, so versucht
sie, einen solchen zu reservieren, um die Reservierungstabelle innerhalb
ihres CSBC ausstrahlen zu können.
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Von
Vorteil bei der Versendung von Reservierungstabellen durch den Empfänger der
jeweiligen Nachrichten erweist sich, dass der hierdurch entstehende
Signalisierungsaufwand im Vergleich zur Versendung von vollständigen Reservierungstabellen mit
Informationen über
alle belegten Funkressourcen gering ist. Durch den Empfang der Reservierungstabellen
aller benachbarten Mobilstationen baut sich für die Mobilstationen die vollständige Belegungsinformation
aller Funkressourcen innerhalb ihres Funkabdeckungsbereiches mit
der Zeit auf. Die versendeten Reservierungstabellen dienen auch
als Bestätigung,
dass eine Mobilstation zum Empfang von Nachrichten von einer anderen
Mobilstation bereit ist: reserviert die Mobilstation A einen Zeitschlitz
zur Übertragung
von Nachrichten an die Mobilstation B, und enthält die Reservierungstabelle
der Mobilstation B nicht den entsprechenden von der Mobilstation
A reservierten Zeitschlitz, so ist die Mobilstation B nicht zum
Empfang einer Nachricht in dem jeweiligen Zeitschlitz bereit. Die
Mobilstation A sollte in diesem Fall auf die Versendung der Nachricht
an die Mobilstation B in dem betreffenden Zeitschlitz verzichten.
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Die
Alternative, wonach die Reservierungstabelle nicht von dem Empfänger, sondern
von dem Sender einer Nachricht gesen det wird, hätte diesen positiven Effekt
der Bestätigung
einer erfolgten Reservierung bzw. der Empfangsbereitschaft nicht.
Vielmehr entspräche
eine derartige Versendung einer Reservierungstabelle durch den Sender
einer Wiederholung von bereits gesendeten Informationen. Diese Wiederholung
hätte nur
begrenzte Wirkung, da eine Mehrfachreservierung von Funkressourcen
zur Versendung einer Nachricht an die gleiche Mobilstation durch
verschiedene Sender durch dieses Vorgehen im Fall von versteckten
Stationen nicht ausgeschlossen werden kann.
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Weiterhin
weist die Versendung der Reservierungstabelle durch den Empfänger den
Vorteil auf, dass andere Mobilstationen, welche einen Zeitschlitz zur
Versendung einer Nachricht an einen Empfänger, von welchem sie eine
Reservierungstabelle empfangen haben, reservieren wollen, durch
die Auswertung der Reservierungstabelle Kenntnis davon erhalten, innerhalb
welcher Zeitschlitze der Empfänger
empfangsbereit ist.
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Zusätzlich zeigen
die Reservierungstabellen den anderen Mobilstationen auch an, wann
Funkressourcen von einer Mobilstation, welche diese zuvor benutzt
hat, nicht mehr benötigt
werden bzw. freigegeben wurden. Hierdurch kann gegebenenfalls auf eine
Freigabemeldung durch die die Funkressourcen reservierende Funkstation
verzichtet werden. In dem Fall, dass eine Freigabemeldung versendet
wird, kann eine versteckte Station diese nicht empfangen, so dass
diese in Bezug auf die Freigabe der Funkressourcen von den Informationen
der Reservierungstabelle profitiert.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Realisation der Erfindung besteht im Rahmen eines Adhoc-Modus der
LCR (Low Chip Rate) Variante von UTRA-TDD. Hierbei wird ein Superrahmen
in vier Zeitrahmen von jeweils 14 Zeitschlitzen aufgeteilt. Pro
Zeitschlitz können
bis zu 16 Kodes verwendet werden. Zusätzlich wird eine FDMA-Komponente
eingeführt,
indem die gesamte Frequenzbandbreite von 5 MHz in drei Frequenzbänder aufgeteilt wird.
Somit stehen 2688 Einheiten von Funkressourcen zur Verfügung, über deren
Belegung Informationen in Reservierungstabellen durch die Empfänger von
Nachrichten gesendet werden. Gegenüber dem oben beschriebenen
UTRA-TDD System bedeutet die Einführung der FDMA-Komponente eine
Erhöhung
der Komplexität
bezüglich
der dezentralen Zuordnung von Funkressourcen.
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2 zeigt
nach rechts aufgetragen die vier Zeitrahmen Z1, Z2, Z3 und Z4 eines
Superrahmens. Es existieren drei unterschiedliche Umschaltmuster M1,
M2 und M3. Die Mobilstationen werden in drei Gruppen aufgeteilt,
welche den drei Umschaltmustern M1, M2 und M3 zugewiesen sind. In
jedem der vier Zeitrahmen Z1, Z2, Z3 und Z4 existiert für jedes Umschaltmuster
die Möglichkeit
der Kommunikation entweder auf einer festgelegten Koordinationsfrequenz
fcoord oder auf den restlichen nicht für die Koordination
genutzten Frequenzen f. Das erste Umschaltmuster M1 verwendet im
ersten Zeitrahmen Z1 die Koordinationsfrequenz fcoord in
dem zweiten und dritten Zeitrahmen Z2 und Z3 die jeweils nicht zur
Koordination genutzten Frequenzen f, und in dem vierten Zeitrahmen
wieder die Koordinationsfrequenz fcoord.
Das zweite Umschaltmuster M2 verwendet die Koordinationsfrequenz
fcoord im ersten und im dritten Zeitrahmen
Z1 und Z3, während
das dritte Umschaltmuster M3 die Koordinationsfrequenz fcoord im dritten und vierten Zeitrahmen Z3
und Z4 einsetzt. Eine mehreren Umschaltmustern gemeinsame Nutzung der
Koordinationsfrequenz fcoord findet somit
im ersten Zeitrahmen Z1 durch das erste und das zweite Umschaltmuster
M1 und M2, im dritten Zeitrahmen Z3 durch das zweite und das dritte
Umschaltmuster M2 und M3, und im vierten Zeitrahmen Z4 durch das
erste und das dritte Umschaltmuster M1 und M3 statt. Während dem
zweiten Zeitrahmen Z2 nutzen alle Umschaltmuster M1, M2 und M3 alle
drei Frequenzen, so dass im zweiten Zeitrahmen Z2 keine Frequenz
zu Koordinationszwecken verwendet wird.
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Die
Zeitrahmen, innerhalb derer die Umschaltmuster M1, M2 und M3 die
Koordinationsfrequenz fcoord verwenden,
werden als ET- Phase
(Exchange Phase) des jeweiligen Umschaltmusters M1, M2 und M3 bezeichnet.
Für das
erste Umschaltmuster M1 befindet sich die ET-Phase somit in dem
ersten und dem vierten Zeitrahmen Z1 und Z4, für das zweite Umschaltmuster
M2 in dem ersten und dem dritten Zeitrahmen Z1 und Z3, und für das dritte
Umschaltmuster M3 in dem dritten und dem vierten Zeitrahmen Z3 und
Z4. Die jeweiligen anderen Zeitrahmen werden als AT-Phase (Arbitrary
Transmission) bezeichnet. Während
die ET-Phase zur Reservierung von Funkressourcen der AT-Phasen und
zum Austausch anderer Signalisierungsnachrichten verwendet wird,
dient die AT-Phase der Versendung von Nachrichten auf reservierten
Funkressourcen.
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Um
zu gewährleisten,
dass Mobilstationen, welche verschiedenen Umschaltmustern M1, M2
und M3 zugeordnet sind, untereinander Signalisierungsnachrichten
austauschen können,
stehen jeder Mobilstation pro ET-Phase ein CSBC, d.h. innerhalb
eines Superrahmens somit insgesamt zwei CSBCs, zur Verfügung. Diese
CSBCs werden unter den kommunizierenden oder an einer Kommunikation
interessierten Mobilstationen gemäß einem dezentralen Zugriffsverfahren
verteilt.
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Eine
Reservierung von Funkressourcen der AT-Phasen erfolgt durch dezentralen
Zugriff auf das Funkmedium innerhalb der CSBCs der ET-Phasen. Diese
Funkressourcen der AT-Phasen gelten für die anderen Mobilstationen
als reserviert gemäß den Prinzipien
von R-ALOHA. Dies bedeutet, dass die anderen Mobilstationen nicht
versuchen, eine Reservierung der jeweiligen Funkressourcen vornehmen,
solange sie diese für
reserviert erachten. Die Entscheidung darüber, ob Funkressourcen für reserviert
zu erachten sind, kann anhand der Beobachtung der Reservierungsnachrichten
innerhalb der ET-Phasen oder auch durch ein Abhören des Funkverkehrs der jeweiligen
Funkressourcen während
der AT-Phasen erfolgen.
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Die
Versendung der Reservierungstabellen durch die Empfänger von
Nachrichten erfolgt innerhalb der CSBCs während der ET- Phasen. Somit wird z.B.
eine Mobilstation des ersten Umschaltmusters M1 während des
ersten Zeitrahmens Z1 über
die Reservierungstabellen der Mobilstationen des ersten und des
zweiten Umschaltmusters M1 und M2 und während des vierten Zeitrahmens
Z4 über
die Reservierungstabellen der Mobilstationen des ersten und des
dritten Umschaltmusters M1 und M3 informiert. Somit ergibt sich
für Mobilstationen,
welche die Koordinationsfrequenz fcoord beobachten,
mit der Zeit ein vollständiger Überblick
darüber,
welche Funkressourcen aktuell genutzt sind bzw. zur Verfügung stehen.
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Da
sich die ET-Phasen von Mobilstationen unterschiedlicher Umschaltmuster
zu verschiedenen Zeitpunkten ereignen, besteht die Gefahr, dass
Mobilstationen unterschiedlicher Umschaltmuster identische Funkressourcen
der AT-Phasen für
sich reservieren, da sie ihre jeweiligen Reservierungssignale gegenseitig
unter Umständen
nicht empfangen. Dies kann durch die erfindungsgemäße Versendung
von Reservierungstabellen vermieden werden. Reserviert z.B. eine
Mobilstation A der dritten Umschaltgruppe M3 in dem dritten Zeitrahmen
Z3 Funkressourcen des zweiten Zeitrahmens Z2 zur Versendung einer
Nachricht an eine Mobilstation B der zweiten Umschaltgruppe M2,
so sendet die Mobilstation B im ersten Zeitrahmen Z1 des nächsten Superrahmens
eine Reservierungstabelle aus, welche Informationen über diese
reservierten Funkressourcen des zweiten Zeitrahmens Z2 beinhaltet.
Eine weitere Mobilstation C der ersten Umschaltgruppe M1, welche
auch Funkressourcen des zweiten Zeitrahmens Z2 für die Versendung einer Nachricht
an die Mobilstation B reservieren will, empfängt die Reservierungstabelle
der Mobilstation B und berücksichtigt die
Reservierung von Funkressourcen der Mobilstation A bei ihrer eigenen
Reservierung von Funkressourcen, um Überschneidungen zu vermeiden.
So kann die Mobilstation C versuchen, Funkressourcen auf der gleichen
Frequenz zu reservieren, auf welcher die Versendung der Nachricht
durch die Mobilstation A erfolgt, so dass für die Mobilstation B keine Umschaltung
zwischen zwei Empfangsfrequenzen nötig ist.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Mobilstation
MS mit Mitteln M1 zum Versenden einer Nachricht mit Informationen über Funkressourcen, welche
zur Versendung von Nachrichten an die Mobilstation MS verwendet
werden. Hierbei erfolgt die Versenden der Nachricht mit den Informationen über die
Funkressourcen auf Funkressourcen, welche der Mobilstation MS aufgrund
eines dezentralen Zugriffsverfahrens zugeordnet sind. Die Mittel
M1 werden somit von der Mobilstation MS eingesetzt, wenn sie der Empfänger von
Nachrichten ist. Weiterer Bestandteil der Mobilstation MS sind die
Mittel M2 zum Empfangen einer solchen Nachricht von einer anderen
Mobilstation und die Mittel M3 zum Berücksichtigen der empfangenen
Informationen über
die Funkressourcen bei einem eigenen Zugriff auf Funkressourcen. Die
Mittel M2 und M3 sind somit für
die Mobilstation relevant, wenn sich innerhalb ihres Funkabdeckungsbereiches
Mobilstationen aufhalten, welche Informationen von anderen Mobilstationen
empfangen.