AT398146B - Verfahren zum zugriff in vielfach-zugriff-systemen - Google Patents

Description

AT 398 146 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Zugriffsversuchen einer von mehreren Teilnehmerstationen auf eine Basisstation in einem Vielfach-Zugriff-System, wobei jede Teilnehmerstation eine Signalisierung auf dem Signalisierungskanal, zeitlich mit unterschiedlichem Signalpegel abgibt.

Vielfach-Zugriff-Systeme sind beispielsweise in der Zeitschrift Elektrotechnik und Informationstechnik, Zeitschrift des Österreichischen Verbandes für Elektrotechnik, Heft 9, 1990, auf den Seiten 430 - 438 beschrieben. Sie werden insbesondere zum Aufbau von Satellitenkommunikationssystemen, Mobilfunksystemen oder zur Vernetzung von Computern verwendet.

Ein Charakteristikum der Vielfach-Zugriff-Systeme ist ein gemeinsamer Signalisierungskanal für alle Teilnehmerstationen über den sie durch Senden einer Signalisierung zu einer Basisstation beispielsweise eine Anforderung zum Verbindungsaufbau mit einer Basisstation anzeigen.

Dabei ist es möglich, daß mehrere Teilnehmerstationen gleichzeitig eine Signalisierung senden und sich diese überlagern.

Die Erkennung einer der überlagerten Signalisierungen durch die Basisstation ist in diesem Fall nur möglich, wenn eine der Signalisierungen mit ausreichend höherem Leistungspegel als die Summe der übrigen Signalisierungen empfangen wird.

Die Wahrscheinlichkeit dafür kann beispielsweise dadurch erhöht werden, daß jede Teilnehmerstation ihre Sendeleistung mittels Zufallsgenerator unter mehreren möglichen Sendeleistungspegeln auswählt, wie es in IEEE Transactions on Communications, vol. 36, No. 3, March 1988, "Erasure, Capture, and Random Power

Level Selection in Multiple-Access-Systems” vorgeschlagen wird.

Dieses bekannte Verfahren hat allerdings den Nachteil, daß jede Teilnehmerstation einen Zufallsgenerator benötigt.

Im Gegensatz dazu erfolgt nach der Erfindung die Auswahl der Sendeleistung gemäß Anspruch 1.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine deutliche Erhöhung des Durchsatzes eines Signalisie-rungskanaies in einem Vielfach-Zugriff-System erzielt. Ein erhöhter Durchsatz bedeutet aber größere Leistungsfähigkeit des Systems unter anderem bei der Verbindungsaufnahme und somit geringere Wartezeiten für den Teilnehmer. Bei Vorgabe einer bestimmten mittleren Wartezeit erhöht sich die Zahl der möglichen Teilnehmerstationen. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit einem nur geringen schaltungstechnischen Aufwand verbunden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 ist besonders günstig bei einer hohen Auslastung des Vielfach-Zugriff-Systems. Durch die Absenkung des Sendeleistungspegels nach jedem vergeblichen Zugriffsversuch und das Verharren auf einem niedrigsten, möglichen Sendeleistungspegel wird zwar die Chance eines Teilnehmers, erkannt zu werden, mit steigender Anzahl der Fehlversuche geringer. Gleichzeitig steigt aber aufgrund des erhöhten Durchsatzes des Signalisierungskanales die Wahrscheinlichkeit, daß der Teilnehmer sofort erkannt wird, d.h. die durchschnittlich notwendige Anzahl von Zugriffsversuchen wird verringert. Damit wird im Schnitt der Teilnehmer schneller erkannt als bei einem Vielfach-Zugriff-System ohne das erfindungsgemäße Zugriffsverfahren.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung eines Vielfach-Zugriff-Systems gemäß Anspruch 3, da bei Einsatz einer Mikroprozessoreinrichtung das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzlichen Hardwareaufwand durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird anhand dreier Figuren näher erläutert.

Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1 ein Vielfach-Zugriff-System, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Zugriff angewendet wird, und

Fig. 2 die Durchsatzcharakteristik eines Signalisierungskanals in einem Vielfach-Zugriff-System mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Zugriff in Abhängigkeit von der Anzahl der verschiedenen Sendepegel.

Das in Fig. 1 dargestellte Multiple-Access-System umfaßt eine Basisstation BS, sowie Teilnehmerstationen T1, T2, T3.....Tn.

Die Anzahl der Teilnehmerstationen Ti, T2,...Tn pro Basisstation BS ist grundsätzlich nicht begrenzt. Eine Einschränkung besteht jedoch darin, daß nur eine begrenzte Anzahl von .Übertragungskanälen zur Verfügung steht. Es ist daher auch nur eine begrenzte Anzahl von gleichzeitigen Verbindungen zwischen den Teilnehmerstationen T1, T2, ... Tn und der Basisstation BS, über die alle Verbindungen wie zB. zwischen den Teilnehmerstationen T1 und T3 geführt werden, möglich.

Die möglichen Verbindungen sind nicht auf die Verbindungen zwischen zwei dargestellten Teilnehmer-Stationen T1, T2,... Tn beschränkt.

Besonders bei Mobilfunksystemen wird als Regelfall eine Verbindung zwischen einer Teilnehmerstation im Empfangsbereich einer ersten Basisstation und einem Teilnehmer eines verdrahteten Telefonnetzes oder 2

AT 398 146 B einer Teilnehmerstation im Empfangsbereich einer weiteren Basisstation anzusehen sein.

Alle Verbindungen benötigen jedoch zumindest eine Basisstation. Hier besteht eine weitere Einschränkung darin, daß für den Zugriff der Teilnehmerstationen T1, T2, ... Tn auf die Basisstation BS nur ein einziger Signalisierungskanal zur Verfügung steht, über den die Teilnehmerstationen TI, T2, ... Tn eine 5 Signalisierung zum Zugriff senden.

Bei beispielsweise gleichzeitigen Zugriffsversuchen der ersten Teilnehmerstation T1 und der n-ten Teilnehmerstation Tn überlagern sich die entsprechenden Signalisierungen und sind, sofern sie mit gleichem Signalpegel empfangen werden, daher für die Basisstation BS unkenntlich (Erasure-Effekt).

Der Erasure-Effekt kann jedoch vermieden werden, wenn gewährleistet ist, daß der Empfang der io einzelnen Signalisierungen durch die Basisstation BS mit unterschiedlichen Leistungspegeln erfolgt, sodaß die Signalisierung mit dem höchsten Leistungspegel die anderen Signalisierungen überdeckt und so von der Basisstation erkannt wird (Capture-Effekt). Dies ist bei Mobilfunksystemen durch geographische Gegebenheiten des Empfangsgebietes der Basisstation BS und die dadurch unterschiedlichen Übertragungsbedingungen für die einzelnen Teilnehmerstationen T1, T2,...Tn auch bei gleicher Sendeleistung der Fall. 15 Bei Anwendungsfällen, in denen alle Teilnehmerstationen T1, T2,...Tn im wesentlichen gleiche Übertragungsbedingungen vorfinden, können diese unterschiedlichen Empfangsbedingungen nur durch Variation der Sendeleistung der einzelnen Teilnehmerstationen T1, T2,...Tn erreicht werden.

Um eine dauernde Benachteiligung einzelner Teilnehmerstationen zu vermeiden, werden dabei keine festen Sendeieistungspegel (Hierarchie) vorgegeben, sondern die zugreifende, beispielsweise die erste 20 Teilnehmerstation T1 sendet nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jeweils ihre erste Signalisierung mit voller Sendeleistung (höchster Sendeleistungspegel). Wenn diese von der Basisstation BS aufgrund von gleichzeitig gesendeten Signalisierungen anderer, beispielsweise der n-ten Teilnehmerstation Tn nicht erkannt wird, sendet die erste Teilnehmerstation T1 ihre Signalisierung mit verringerter Sendeleistung (zweithöchster Sendeleistungspegel) ein zweitesmal aus. Bei jedem weiteren notwendigen Zugriffsversuch 25 wird der Sendeleistungspegel verringert, bis zu einem minimalen Sendeleistungspegel, der notwendig ist, damit der Empfang durch die Basisstation BS gewährleistet bleibt.

Das Verharren auf dem niedrigsten Sendeieistungspegel ist aber nicht die einzig mögliche Ausgestaltung des Verfahrens. Denkbar ist es auch, nach Erreichen des niedrigsten Sendeleistungspegels wieder mit dem höchsten Sendeieistungspegel zu beginnen und die "Sendeleistungspegeltreppe" zyklisch zu wieder-30 holen. Möglich ist aber auch ein Pegelverlauf in Form einer Dreiecksfunktion bei der die Sendeleistungspegel abwechselnd in Stufen verringert bzw. erhöht werden.

Eine erkannte Signalisierung, d.h. einen erfolgreichen Zugriff quittiert die Basisstation BS mit einem entsprechenden Quittungssignal.

Fig. 2 zeigt den wahrscheinlichen Durchsatz d.h. die durchschnittliche Erkennungsrate in einem System 35 nach Fig. 1 in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten unterschiedlichen Sendeieistungspegel. Auf der Abszisse des Diagrammes ist der Durchsatz Dn des Signalisierungskanales aufgetragen. Ein Durchsatz von 100 %, d.h. eine optimale Nutzung des Signalisierungskanales ergäbe den Wert 1.

Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bei nur einem einzigen Sendeieistungspegel (Kurve n = 1) der Durchsatz des Signalisierungskanals mit 0,368 begrenzt ist, die Übertragungskapazität des Signalisierungs-40 kanals kann also nur zu etwa einem Drittel genutzt werden. Auf der Ordinate des Diagrammes ist die Zahl der Wiederholungen Wn aufgetragen, die im Schnitt notwendig sind, damit ein erfolgreicher Zugriff zustande kommt. Bei einer vorgegebenen Zahl von Zugriffsversuchen pro Zeiteinheit kann der Durchsatz des Signalisierungskanales nun mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Abhängigkeit von der Zahl der verwendeten Sendeieistungspegel deutlich erhöht werden (Kurven 2, 3, 4). 45 So erhöht sich der wahrscheinliche Durchsatz des Signalisierungskanales bei der Verwendung zweier Sendeieistungspegel (Kurve n = 2) auf 0,528, bei Verwendung von vier Sendeieistungspegel (Kurve n = 4) auf ca. 0,633.

Ein erhöhter Durchsatz des Signalisierungskanales bedeutet aber, daß die Erfolgschance eines Zugriffsversuches steigt bzw. daß bei einer vorgegebenen Anzahl von Teilnehmerstationen die durchschnittliche so Anzahl der für einen erfolgreichen Zugriff notwendigen Versuche gesenkt wird. Das Vielfach-Zugriff-System wird somit leistungsfähiger und für den Teilnehmer komfortabler.

Der Erhöhung der Zahl der unterschiedlichen Sendeieistungspegel sind allerdings Grenzen gesetzt. Um den bereits beschriebenen Capture-Effekt zu erreichen, müssen-die Sendeieistungspegel deutlich abgestuft sein. Diese Abstufung ist abhängig von dem minimalen Signal-Störabstand, den der Empfänger der 55 Basisstation BS erfordert, und von der Vorgabe, wieviele Signalisierungen mit einem bestimmten Sendeleistungspegel von einer Signalisierung mit dem nächsthöheren Sendeieistungspegel überdeckt werden sollen. 3

Claims (3)

1. AT 398 146 B Bei einer beispielhaften Annahme eines minimalen Signal-Störabstandes von 8 dB und der Vorgabe, daß 16 Signalisierungen, deren Summenpegel 12 dB über dem Einzel-Sendeleistungspegel liegt, überdeckt werden sollen, erhält man einen Leistungsabstand von 20 dB zwischen zwei benachbarten Sendeleistungspegeln. Wenn weiterhin berücksichtigt wird, daß alle Sendeleistungspegel innerhalb eines durch die übertragungstechnischen Bedingungen des Vielfach-Zugriff-Systemes bestimmten Pegel-Bereichs liegen müssen der beispielsweise 50 dB umfaßt, dann beträgt die Anzahl der möglichen Sendeleistungspegel gleich 3. Aus dem Diagramm ist allerdings ersichtlich, daß der "Auslastungsgewinn", der durch Hinzufügen eines weiteren Sendeleistungspegels entsteht, mit zunehmender Anzahl von unterschiedlichen Sendeleistungspe-gein abnimmt, d.h. daß die vorgenannten Einschränkungen in der Praxis keine wesentliche Bedeutung haben. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von der Art des Übertragungsmediums des Vielfach-Zugriff-Systems. Es ist daher sowohl bei drahtgebundenen als auch bei drahtlosen Systemen vorteilhaft einsetzbar. Patentansprüche 1. Verfahren zu Durchführung von Zugriffsversuchen einer von mehreren Teilnehmerstationen (T1, T2,...Tn) auf eine Basisstation (BS) über einen dafür vorgesehenen Signalisierungskanal in einem Vielfach-Zugriff-System, wobei jede Teilnehmerstation eine Signalisierung auf dem Signalisierungskanal, zeitlich mit unterschiedlichem Signalpegei, abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ersten Zugriffsversuch die Teilnehmerstation (T1) eine Signalisierung mit dem größten von mehreren möglichen Sendeleistungspegeln aussendet und daß, falls der erste Zugriffsversuch nicht erfolgreich ist, die Teilnehmerstation (T1) in weiteren Zugriffsversuchen die Signalisierung mit dem jeweils nächstniedrigeren der möglichen Sendeleistungspegel aussendet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Wiederholung eines Zugriffsversuches der Sendeleistungspegel auf den nächstniedrigeren Wert verringert wird, bis der kleinste der möglichen Sendeleistungspegel erreicht ist, mit dem alle weiteren Zugriffsversuche erfolgen.
3. 3. Vielfach-Zugriff-System, bei dem die Zugriffsversuche zwischen einer Teilnehmerstation (T1, T2,... Tn) und einer Basisstation (BS) nach dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche erfolgen,. dadurch gekennzeichnet, daß in einer Teilnehmerstation (T1, T2, ... Tn) des Vielfach-Zugriff-Systems eine Mikroprozessoreinrichtung mit einem Programm zur Steuerung des Verfahrens an eine Sendeeinrichtung mit mehreren wählbaren Sendeleistungspegeln angeschlossen ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4