DE10038668C2 - Verfahren zur Datenkommunikation mit Teilnehmerstationen und Funk-Kommunikationsnetz zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

In einem Funk-Kommunikationsnetz wird für die Datenkommunikation mit Teilnehmerstationen innerhalb eines Versorgungsbereiches von zwei zentralen Stationen des Netzes die Zeit in eine Abfolge von Rahmen aufgeteilt. Eine erste zentrale Station (AP1) sendet in einer ersten Broadcastphase jedes Rahmens eine erste Rahmenformatinformations (BCH), die eine erste Downlink-Phase des Rahmens (DL phase) und eine erste Uplink-Phase (UL phase) definiert, und eine zweite zentrale Station sendet in dem gleichen Rahmen auf der gleichen Frequenz eine zweite Rahmenformationsinformation (BCH), die eine zweite Downlink-Phase und eine zweite Uplink-Phase für die Kommunikation von Teilnehmerstationen (MS) mit der zweiten zentralen Station (AP2) definiert, wobei die Phasen innerhalb eines Rahmens nicht überlappen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Datenkommunikation mit Teilnehmerstationen in Funk-Kommunikationsnetzen. Genauer ge­ sagt betrifft sie das Problem der gemeinsamen Nutzung von Funk-Ressourcen durch mehrere zentrale Stationen eines sol­ chen Funk-Kommunikationsnetzes.

Um in Kommunikationsystemen beliebiger Art mehreren Stationen den Zugriff auf ein gemeinsames Übertragungsmedium zu ermög­ lichen, werden Zugriffsverfahren (Multiple Access, MA) einge­ setzt, die das Recht einer einzelnen Station, auf das Medium zuzugreifen, definieren. Dabei wird unterschieden, ob das Me­ dium im Zeitbereich (Time Division Multiple Access, TDMA), im Frequenzbereich (FDMA), im Codebereich (CDMA) oder Raumbe­ reich (SDMA) zwischen den Stationen aufgeteilt wird.

Wird die gemeinsame Nutzung im Zeitbereich durchgeführt, be­ steht das Problem, die Zeitdauer festzulegen, während der eine Station das Übertragungsmedium exklusiv zur Verfügung hat, damit keine Kollisionen auftreten. Greifen mehrere Sta­ tionen unkoordiniert auf das gemeinsame Medium zu, kann es häufig zu Kollisionen kommen, sobald mehr als eine Station gleichzeitig sendet. Überwacht eine zentrale Station (z. B. eine Basisstation) den zeitlichen Zugriff einer Gruppe von Stationen (z. B. Mobilstationen), können für diese Stationen Kollisionen ausgeschlossen werden.

Falls eine Fläche versorgt werden soll, die größer als die maximale Reichweite einer zentralen Station ist, müssen meh­ rere zentrale Stationen eingesetzt werden. Diesen zentralen Stationen werden üblicherweise unterschiedliche Frequenzbän­ der für die Kommunikation mit in ihrer Reichweite befindlichen Teilnehmerstationen zugewiesen, um so Kollisionen zwi­ schen den Zugriffen der zentralen Stationen zu vermeiden. Wird ein Versorgungsbereich in Zellen unterteilt, die durch ortsfeste Stationen (Basisstationen) versorgt werden, und dürfen die Basisstationen nur eine begrenzte Anzahl von Fre­ quenzbändern nutzen, entsteht ein zellulares Funksystem.

Die Zahl der Frequenzbänder, die für ein Funkkommunikations­ system zur Verfügung stehen, ist begrenzt. Dies bedeutet, daß es in einem Funk-Kommunikationsnetz mit einer großen Zahl von Zellen mehrere zentrale Stationen geben muß, die ein und das­ selbe Frequenzband gemeinsam benutzen. Üblicherweise ist man bemüht, die Zellen geographisch so anzuordnen, daß Zellen, die das gleiche Frequenzband nutzen, so weit von einander entfernt sind, daß in einer dieser Zellen ausgestrahlte Funksignale die Kommunikation in einer anderen, bei der glei­ chen Frequenz arbeitenden nicht mehr stören.

Bei einer ständig steigenden Dichte von Teilnehmerstationen und einem entsprechend wachsenden Kommunikationsaufkommen in den Mobilfunknetzen stößt dieses Prinzip jedoch an seine Grenzen, denn die Zahl der Verbindungen, die über ein gegebe­ nes Frequenzband gleichzeitig abgewickelt werden können, und damit die Zahl der Teilnehmer, die in einer Zelle gleichzei­ tig bedient werden können, ist begrenzt. Um die Übertragungs­ kapazität zu steigern, könnte man zwar die Möglichkeit in Be­ tracht ziehen, eine Zelle zu teilen und den zwei resultieren­ den Teilzellen jeweils unterschiedliche Frequenzbänder zur Nutzung zuzuweisen; dies führt jedoch in der Regel zu dem Problem, daß die in einer der neugeschaffenen Zellen zu ver­ wendende Frequenz bereits von einer anderen Zelle in der Um­ gebung benutzt wird, die nicht so weit entfernt ist, daß ge­ genseitige Störungen ausgeschlossen werden könnten.

Ähnliche Probleme können sich ergeben, wenn innerhalb einer gegebenen Zelle nicht alle Orte mit einem Funksignal von hin­ reichender Intensität versorgt werden können, um eine problemlose Mobilkommunikation zu ermöglichen. Da die Sendelei­ stung einer zentralen Station nicht heraufgesetzt werden kann, ohne Gefahr zu laufen, Störungen in anderen, auf der gleichen Frequenz arbeitenden Zellen des Funk-Kommunikations­ systems hervorzurufen, und die Sendeleistung der zumeist netzunabhängig betriebenen Teilnehmerstationen ohnehin be­ grenzt ist, kann eine Verbesserung der Signalversorgung nur durch eine "Aufteilung" der zentralen Station auf zwei ver­ schiedene Standorte innerhalb der Zelle erreicht werden, mit der Schwierigkeit, daß die "Teilstationen" an den verschiede­ nen Standorten ihren Funkverkehr koordinieren müssen, um ein­ ander nicht gegenseitig zu stören.

Ein Ansatz zur Lösung des Problems der Koordination von ein gleiches Frequenzband nutzenden Basisstationen ist in DE 198 24 961 A1 vorgestellt worden. Bei diesem bekannten Verfahren wird der Übertragungsrahmen eines TDMA-Funksignals in mehrere Container aufgeteilt, wobei ein Container eine bestimmte Menge von Zeitschlitzen des TDMA-Rahmens darstellt, und die Container werden jeweils unterschiedlichen Basisstationen zur Nutzung zugeteilt. Eine Basisstation verfügt somit nicht über sämtliche Zeitschlitze des Rahmens, sondern nur über eine Teilmenge von ihnen, die sie nach einem beliebigen bekannten Verfahren jeweils Kommunikationen von Endgeräten zuteilen kann.

Ein solches Verfahren ist für Kommunikationen mit gleichblei­ bendem Übertragungsaufkommen wie insbesondere für die Sprach­ kommunikation geeignet; seine Anwendung für die Datenkommuni­ kation, wo die Anforderungen an das Zeitverhalten der Über­ tragung zumeist geringer sind, wo aber häufig in kurzen Zeit­ räumen erhebliche Datenmengen zur Übertragung anstehen, ist jedoch problematisch. Die Möglichkeit, Pakete, die in einem synchronen Kanal für die Sprachübertragung frei bleiben, für Datenübertragung zu nutzen, ist eingeschränkt, da jede zen­ trale Station nur über diejenigen synchronen Kanäle verfügen kann, die den ihr zugeteilten Containern entsprechen. Eine Zuteilung zusätzlicher Container an eine zentrale Station, die kurzfristig eine große Datenmenge zu übertragen hat, ist oft unökonomisch, oder sie ist nicht möglich, weil alle in­ nerhalb des Rahmens zur Verfügung stehenden Container bereits von einer zentralen Station benutzt werden.

Moderne Mobilfunkstandards, die auch für die mobile Datenkom­ munikation ausgelegt sind, wie etwa GPRS oder HIPERLAN/2, rü­ cken ab von dem Konzept der in einem Übertragungsrahmen durch feste Zeitschlitze vorgegebenen synchronen Kanäle und verwen­ den statt dessen Rahmen, deren Aufbau nicht fest vorgegeben ist, sondern die jeweils eine Formatinformation enthalten, die einem angeschlossenen Empfänger Auskunft über das Format des jeweils aktuellen Rahmens gibt und die insbesondere die Lage von Uplink- und Downlink-Phasen in dem Rahmen festlegt. In einem solchen System können Teilnehmerstationen und zent­ rale Station jeweils von Rahmen zu Rahmen unterschiedliche Datenmengen austauschen; für die Kommunikation mit einer be­ stimmten Teilnehmerstation ist nicht mehr ein bestimmter vor­ gegebener und zeitlich unveränderlicher Bruchteil der Über­ tragungskapazität reserviert, sondern jede Teilnehmerstation nutzt von Rahmen zu Rahmen genau die Übertragungskapazität, die sie benötigt, und Übertragungskapazität, die nicht für zeitkritische Dienste wie Sprachübertragung benötigt wird, steht in vollem Umfang für asynchrone Datenübertragung zur Verfügung.

Aus der DE 195 35 329 A1 ist ein Verfahren zum drahtlosen, breitbandigen Anschluß mobiler Stationen mit ATM-Schnittstel­ len an ein ATM-Netz bekannt, bei dem Frequenzen für eine Auf­ wärts- und eine Abwärtsrichtung von zwei Basisstationen ab­ wechselnd genutzt werden können.

Aus der EP 1 037 484 A1 ist ein Verfahren zur gemeinsamen Nutzung von Ressourcen in einem zellularen Kommunikationssy­ stem mit einem TDD-basierten Übertragungsverfahren bekannt. Dabei werden von einer ersten Basisstation Rahmeninformatio­ nen einer zweiten Basisstation empfangen, aus denen freie Zeitschlitze ermittelt und eine Rahmenstruktur erstellt wer­ den, die nachfolgend für eine Kommunikation mit Mobilstatio­ nen genutzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Datenkommunika­ tion mit Teilnehmerstationen in einem Funk-Kommunikationsnetz anzugeben, das die Nutzung eines gleichen Frequenzbandes durch mehrere zentrale Stationen ermöglicht, und dabei die Vorteile voll erschließt, die Kommunikationssysteme ohne eine synchrone Rahmenstruktur wie etwa HIPERLAN/2 oder GPRS bie­ ten.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. das Funk-Kommunikationsnetz gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.

Da bei einem Kommunikationssystem mit variabler Rahmenstruk­ tur eine Rahmenformatinformation jeweils zu Beginn des Rah­ mens ausgesendet werden muß, um es Teilnehmerstationen zu er­ möglichen, die Lage von für sie bestimmten Blöcken innerhalb des Rahmens oder die ihnen für die Uplinkübertragung inner­ halb des Rahmens zugeteilte Zeit zu erkennen, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, von einer zentralen Station eine Formatinformation aussenden zu lassen, die jeweils einen Teil der Zeitspanne bis zum Beginn des nächsten Rahmens ohne Zu­ ordnung zu der einen oder anderen Phase des Rahmen läßt. Auf diese Weise bleiben eine oder mehrere Zeitspannen innerhalb des Rahmens frei, die von einer zweiten zentralen Station, die im gleichen Frequenzband wie die erste sendet, genutzt werden können, um ihrerseits eine Rahmenformatinformation auszustrahlen und diese verbleibenden Zeitintervalle oder zu­ mindest einen Teil davon für die Übertragung zu oder von ihr zu beanspruchen.

Um die zwei oder mehr eine gleiche Frequenz nutzenden zentra­ len Stationen zu koordinieren, wird zweckmäßigerweise eine gemeinsame Verwaltungseinheit eingesetzt, die den zentralen Stationen die Uplink- und Downlink-Phasen nach ihrem Übertra­ gungsbedarf zuteilt. Diese Zuteilung erfolgt wie die Übertra­ gung der Rahmenformatinformation jeweils von einem Rahmen zum nächsten von neuem, was ein schnelles Reagieren auf wechseln­ den Übertragungsbedarf der zentralen Stationen bzw. der mit ihnen kommunizierenden Teilnehmerstationen erlaubt.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die zentralen Stationen der Steuereinheit ihren Übertragungsbedarf nach Prioritäten auf­ geschlüsselt melden. Dies erlaubt es der Steuereinheit, bei der Zuteilung von Übertragungszeit an die zentralen Stationen zunächst den Übertragungsbedarf zu berücksichtigen, der für zeitkritische Anwendungen unbedingt befriedigt werden muß und dann noch verbleibende Übertragungszeit je nach Dringlichkeit zu vergeben. Anders als beim Containerverfahren kann somit eine zentrale Station, die kurzfristig eine große Datenmenge zu übertragen hat, hierfür nicht nur einen ihr standardmäßig zugeteilten Bruchteil der Rahmenperiode nutzen, sondern sie erhält Zugriff auf die gesamte Übertragungszeit, die inner­ halb eines gegebenen Rahmens von ihr selbst oder von anderen an die Steuereinheit angeschlossenen zentralen Stationen noch nicht für Kommunikationsaufgaben höherer Priorität in An­ spruch genommen wird.

Es gibt diverse Möglichkeiten, einen Übertragungsrahmen vor­ gegebener Dauer auf zwei oder mehrere zentrale Stationen auf­ zuteilen. Eine erste Möglichkeit ist, jeder zentralen Station ein kontinuierliches Zeitintervall innerhalb des Rahmens zu­ zuteilen, das eine Broadcast-Phase, in der die zentrale Sta­ tion eine Rahmenformatinformation überträgt, die die Nutzung der ihr zugeteilten Übertragungszeit definiert, eine Uplink- Phase für die Übertragung von den Teilnehmerstationen an die zentrale Station und eine Downlink-Phase für die Übertragung in Gegenrichtung umfaßt. Eine solche Aufteilung hat den Vor­ teil, daß sie mit geringem Aufwand realisierbar ist, weil sie die Aufteilung des Rahmens in nur eine geringe Zahl von sich nicht überschneidenden Teilintervallen erfordert. Da die Rah­ menformatinformation aber jeweils zu Beginn eines Rahmens übertragen werden muß und der Beginn des einer zentralen Sta­ tion zugeteilten Zeitintervalls je nach Übertragungsbedarf der einzelnen Stationen variieren kann, ist es hierfür erfor­ derlich, daß zentrale Stationen und Teilnehmerstationen in der Lage sind, Rahmen mit einer veränderlichen Dauer zu ver­ arbeiten.

Dieses Problem läßt sich vermeiden durch eine Aufteilung der Übertragungsrahmen, bei der die Broadcast-Phasen der zentra­ len Stationen unmittelbar aufeinander folgen. Dies ermöglicht es jeder zentralen Station, die Rahmenformatinformation zu festgelegten Zeitpunkten mit gleichbleibender Periode an die an sie angeschlossenen Teilnehmerstationen zu übertragen, was den Teilnehmerstationen die Überwachung der Rahmenformatin­ formation erleichtert.

Auch hier kann der Verwaltungsaufwand in der Steuereinheit beschränkt werden, indem jeder zentralen Station ein kontinu­ ierliches Zeitintervall zugeteilt wird, das jeweils eine Uplink-Phase und eine Downlink-Phase der Station umfaßt.

Die Aufteilung des zugeteilten kontinuierlichen Zeitinter­ valls in Uplink- und Downlink-Phase kann von den betreffenden zentralen Stationen jeweils selbständig vorgenommen werden, da eine zeitliche Kollision mit den anderen zentralen Statio­ nen bereits durch die Zuteilung der kontinuierlichen Zeitin­ tervalle ausgeschlossen ist.

Einer weiteren Variante zufolge sind innerhalb eines Rahmens jeweils Broadcast- und Downlink-Phasen der zentralen Statio­ nen zu einem ersten kontinuierlichen Zeitintervall und die Uplink-Phasen zu einem zweiten kontinuierlichen Zeitintervall zusammengefaßt. Diese Variante hat den Vorteil, daß beim Wechsel zwischen Uplink und Downlink aufgrund von Signallauf­ zeiten notwendigerweise einzuhaltende Zeitverzögerungen redu­ ziert werden und damit die Nutzung der zur Verfügung stehen­ den Übertragungszeit effizienter gemacht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Funk-Kommunikationssystems mit einer Zelle, in der das erfindungsgemäße Ver­ fahren angewendet wird; und

Fig. 2-5 Beispiele von Rahmenstrukturen, die bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren Anwendung finden.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines HIPERLAN/2-Netzes als Beispiel für ein Funk-Kommunikationsnetz, bei dem die vorlie­ gende Erfindung anwendbar ist. Das Netz umfaßt eine Mehrzahl von Funkversorgungsbereichen, von denen drei C1, C2, C3 in der Figur dargestellt sind. Jeder Versorgungsbereich eines HIPERLAN/2-Funk-Kommunikationsnetzes besitzt herkömmlicher­ weise einen sogenannten Access Point (AP), falls ein Zugang zum Festnetz existiert, oder Central Controller (CC) als eine zentrale Station, die mit einer Mehrzahl von Teilnehmersta­ tionen MT kommuniziert, die sich in Reichweite ihrer Funksi­ gnale befinden, Verbindungen zwischen Teilnehmerstationen desselben Versorgungsbereiches oder unterschiedlicher Versor­ gungsbereiche oder zu einem (nicht dargestellten) Festnetz vermittelt. Die zentralen Stationen benachbarter Versorgungs­ bereiche kommunizieren mit ihren Teilnehmerstationen in je­ weils verschiedenen Frequenzbändern, so daß die Kommunikation innerhalb eines Versorgungsbereiches die der Nachbarversor­ gungsbereiche nicht stört.

Der Versorgungsbereich C1 unterscheidet sich von den herkömm­ lichen Versorgungsbereichen C2, C3 dadurch, daß er zwei zen­ trale Stationen AP1, AP2 aufweist, die ein gleiches Frequenz­ band für die Kommunikation mit in der Reichweite ihrer Funksignale befindlichen Teilnehmerstationen MT benutzen. Die Ausdehnung des Versorgungsbereiches C1 entspricht somit der Vereinigung der von den zwei zentralen Stationen AP1, AP2 je­ weils einzeln abgedeckten Gebiete. Eine Steuereinheit, als APC (für Access Point Controller) bezeichnet, koordiniert die Sende- und Empfangstätigkeit der zwei zentralen Stationen AP1, AP2. Zu diesem Zweck meldet in jedem der jeweils zwei Millisekunden dauernden Übertragungsrahmen, auch als MAC-Rah­ men bezeichnet, der HIPERLAN/2-Norm ihren Kommunikationsbe­ darf an die Steuereinheit APC, die anhand dieser Information den nächstfolgenden MAC-Rahmen auf die zwei zentralen Statio­ nen aufteilt und eine Meldung an sie überträgt, welche die Zeitintervalle innerhalb des nächsten MAC-Rahmens definiert, die jeder einzelnen zentralen Station AP1, AP2 zum Senden bzw. Empfangen zur Verfügung stehen.

Teile der Übertragungszeit können für die einzelnen zentralen Stationen fest reserviert sein, z. B. um Signalisierungsin­ formationen zu übertragen, die für ein ordnungsgemäßes Funk­ tionieren des Netzes unverzichtbar sind. Es kann vorgesehen werden, daß die Steuereinheit APC diese reservierten Übertra­ gungszeiten bei der Vergabe der Zeitintervalle eines MAC-Rah­ mens von sich aus berücksichtigt, ohne daß die zentralen Sta­ tionen ihr den Bedarf nach dieser Zeit eigens signalisieren. Alternativ kann die fest reservierte Übertragungszeit auch zusammen mit der Zeit für den zeitlich veränderlichen Über­ tragungsbedarf von Rahmen zu Rahmen bei der Steuereinheit APC angefordert werden. Dies ermöglicht es einer zentralen Sta­ tion, in dem Fall, daß sie keine Teilnehmerstationen zu ver­ sorgen hat, den Funkverkehr mit den Teilnehmerstationen ihres Versorgungsbereiches auf dem betreffenden Frequenzband zeit­ weilig zu unterbrechen bzw. einen solchen Funkverkehr nur im Bedarfsfalle aufzunehmen. Dadurch ergibt sich z. B. in einem zellularen Funk-Kommunikationssystem die Möglichkeit, daß eine zentrale Station, wenn das ihr zugeteilte Frequenzband überlastet ist, zeitweilig Übertragungszeit in einem Fre­ quenzband einer Nachbarstation "ausleiht", um über das norma­ lerweise in einem einzelnen Frequenzband mögliche Maß hinaus Teilnehmerstationen zu versorgen.

Bei bei der Meldung des Kommunikationsbedarfs an die Steuer­ einheit werden verschiedene Prioritätsstufen unterschieden. Die höchste Prioritätsstufe ist die von bereits etablierten zeitkritischen Verbindungen, insbesondere von Sprechverbin­ dungen, die, um eine einwandfreie Dienstqualität gewährlei­ sten zu können, darauf angewiesen sind, daß in jedem MAC-Rah­ men Übertragungsbandbreite für sie zur Verfügung steht. Der Kommunikationsbedarf der zentralen Stationen, der durch diese Art von Verbindungen bedingt ist, muß von der Steuereinheit in jedem Falle befriedigt werden. Kommunikationsbedarf von geringerer Priorität ergibt sich durch Datenübertragungsver­ bindungen, bei denen Schwankungen der pro Rahmen übertragenen Datenmenge und kurzfristige Unterbrechungen in gewissem Um­ fang tolerierbar sind. Kommunikationsbedarf von Verbindungen, deren Etablierung von Teilnehmerstationen neu angefordert wird, kann auf der gleichen oder einer anderen Prioritäts­ stufe angesiedelt sein. Derjenige Anteil der Übertragungszeit eines Rahmens, der von der Steuereinheit nicht für Verbindun­ gen der höchsten Prioritätsstufe zugeteilt worden ist, kann anteilig entsprechend dem Bedarf an die zwei zentralen Sta­ tionen AP1, AP2 vergeben werden. Auf diese Weise wird ein ho­ hes Maß an Flexibilität bei der Verteilung der Übertragungs­ zeit erreicht; falls eine der Stationen schlagartig einen er­ höhten Bedarf an Übertragungszeit hat, kann ihr von einem Rahmen auf den nächsten die gesamte Übertragungszeit zuge­ teilt werden, die noch nicht für Verbindungen mit höherer Priorität fest vergeben ist.

Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel für eine Rahmenstruktur, die von den zentralen Stationen AP1, AP2 des Versorgungsbe­ reiches C1 im Funkverkehr mit ihren Teilnehmerstationen MT verwendet werden kann. Die zwei zentralen Stationen AP1, AP2 nutzen jeweils abwechselnd das gemeinsame Frequenzband, wobei das von einer zentralen Station genutzte kontinuierliche Zeitintervall den an sich bekannten Aufbau eines HIPERLAN/2- Rahmens hat, in dem auf eine Broadcast-Phase, in der eine Rahmenformatinformation und andere für alle sich in der Zelle aufhaltenden Teilnehmerstationen relevante Informationen ge­ sendet werden, eine Downlink-Phase DL phase, in der die zen­ trale Station Nutzdaten an die Teilnehmerstationen sendet, eine Uplink-Phase UL phase, in der die Teilnehmerstationen an die zentrale Station senden sowie ein Random Access-Kanal RCH folgen, der unter anderem von Teilnehmerstationen genutzt wird, um der zentralen Station den Wunsch nach Herstellung einer Verbindung zu signalisieren. Zur Unterscheidung vom MAC-Rahmen wird die einer zentralen Station zugeteilte Zeitspanne eines solchen MAC-Rahmens hier als "Stationsrahmen" bezeichnet.

Im Gegensatz zum herkömmlichen MAC-Rahmen gemäß HIPERLAN/2 sind jedoch hier Downlink- und Uplink-Phase verkürzt, so daß die erwähnten Stationsrahmen die standardgemäß für einen MAC- Rahmen vorgesehene Zeitspanne von 2 ms nicht ausfüllen. Ge­ meinsam können die Stationsrahmen der verschiedenen zentralen Stationen einen MAC-Rahmen ausfüllen; es kann aber auch vor­ gesehen werden, daß Zeit, die von keiner zentralen Station für die Übertragung benötigt wird, keinem Stationsrahmen zu­ geteilt wird.

Während eine erste der zwei zentralen Stationen ihre Broad­ cast-Phase stets im üblichen Rhythmus von 2 ms ausführen kann, können bei der anderen zentralen Station Änderungen der Zuteilung der Übertragungszeit an die Stationen eine Ver­ schiebung des Beginns des ihr zugeteilten Stationsrahmens und damit eine Abweichung des Zeitabstandes zwischen zwei Broadcast-Phasen vom Wert von 2 ms erforderlich machen. Beim Rahmenformat der Fig. 2 ist es daher zweckmäßig, wenn wenig­ stens die von der zweiten zentralen Station AP2 übertragene Rahmenformatinformation auch eine Information für die Teil­ nehmerstationen darüber enthält, wann die nächste Rahmenfor­ matinformation übertragen wird.

Eine alternative Lösung besteht darin, die Änderung der Län­ gen der den zwei zentralen Stationen zugeteilten Stationsrah­ men von einem 2 ms-Rahmen zum nächsten auf einige 10 µs zu begrenzen, so daß Teilnehmerstationen, wenn sie eine Rahmen­ formatinformation empfangen haben, davon ausgehen können, daß die nächste Rahmenformatinformation in einem Zeitabstand von 2 ms zuzüglich oder abzüglich dieser maximal zulässigen Ände­ rung zu empfangen sein wird.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Rahmenstruktur senden die zwei zentralen Stationen die Rahmenformatinformation im Broadcast Channel BCH jeweils unmittelbar nacheinander zu Beginn eines MAC-Rahmens. Auf diese Weise erhält jede Teilnehmerstation genau im Takt der MAC-Rahmen die Rahmenformatinformation, die sie benötigt, um den Beginn des für sie bestimmten Frame Con­ trol Channel FCH und Associated Control Channel zu erkennen, aus denen sie entnehmen können, welche der in der sich an­ schließenden Downlink-Phase übertragenen Daten für sie be­ stimmt sind bzw. zu welcher Zeit in der Uplink-Phase des Sta­ tionsrahmens der ihr zugeordneten zentralen Station AP1 oder AP2 sie senden darf.

Bei dem Rahmenformat von Fig. 3 unterliegt die mögliche Än­ derung der Dauer der den verschiedenen zentralen Stationen zugeteilten Stationsrahmen von einem MAC-Rahmen zum nächsten keinen Beschränkungen.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Rahmenstruktur aus Fig. 2, bei der den einzelnen zentralen Stationen kein kontinuierli­ ches Zeitintervall zum Senden und zum Empfangen zugeteilt ist, sondern ein Sendezeitintervall (BCH, FCH, ACH, DL phase) jeder zentralen Station von einem Empfangszeitintervall (UL phase, RCH) der gleichen Station durch ein jeweils der ande­ ren Station zugeteiltes Zeitintervall getrennt ist. Wenn diese Rahmenstruktur-Variante verwendet wird, entscheidet die Steuereinheit APC nicht nur über den jeder einzelnen zentra­ len Station zugeteilten Anteil eines MAC-Rahmens, d. h. über die Länge der Stationsrahmen, sondern sie legt auch innerhalb jedes Stationsrahmens die Grenzen des Sende- bzw. Empfangs­ zeitintervalls fest. Ein Vorteil dieser Variante ist die ef­ fektivere Nutzung der Sendezeit. Bei dem Wechsel zwischen Senden und Empfang muß nämlich ein Sicherheitszeitintervall eingeschoben werden, in dem weder gesendet noch empfangen wird, wobei die Länge dieses Zeitintervalls durch die Signal­ laufzeit zwischen der zentralen Station und einer Teilnehmer­ station am entferntesten Ort der Zelle festgelegt ist. Wäh­ rend bei der Rahmenstruktur gemäß Fig. 2 pro MAC-Rahmen vier solcher Wechsel auftreten, sind es bei der Rahmenstruktur nach Fig. 4 nur noch zwei. Ein weiterer Vorteil der Rahmen­ struktur von Fig. 4 ist der im Vergleich zu der Struktur von Fig. 3 vergrößerte Zeitabstand zwischen dem Associated Con­ trol Channel ACH einer zentralen Station und der Uplink-Phase dieser Station. Eine Teilnehmerstation, die in der Uplink- Phase zu der betreffenden zentralen Station senden muß, hat daher bei der Rahmenstruktur von Fig. 4 im Mittel genauso viel Zeit wie bei einem herkömmlichen HIPERLAN/2-Rahmen, um die im ACH-Kanal übertragene Steuerinformation, z. B. Timing Advance oder Leistungsregelung zu verarbeiten. Somit ist jede herkömmliche HIPERLAN/2-Teilnehmerstation in der Lage, mit einer zentralen Station zu kommunizieren, die eine Rahmen­ struktur gemäß Fig. 4 einsetzt.

Die veränderlichen Zeitdauern der Phasen der oben beschriebe­ nen Rahmenstrukturen können selbstverständlich für einzelne Phasen und Rahmen auch Null werden. Auf diese Weise kann z. B. die erste AP1 der zwei zentralen Stationen zeitweilig die ge­ samte Sende-/Empfangszeit eines MAC-Rahmens zugeteilt bekom­ men, wenn die zweite zentrale Station AP2 keine Daten zu übermitteln hat oder nur Daten zu übermitteln hat, die eine Unterbrechung der Übertragung für einzelne MAC-Rahmen tole­ rieren können, um so die schnelle Übertragung großer Mengen von zeitkritischen Daten durch die erste Station AP1 zu er­ möglichen.

Fig. 5 zeigt eine weitere abgewandelte Rahmenstruktur, bei der die Abfolge von Sende- und Empfangsphasen der Struktur von Fig. 4 auf zwei MAC-Rahmen, also auf eine Zeitspanne von 4 ms, verteilt ist. Auch diese Struktur erlaubt die Zuteilung von langen zusammenhängenden Phasen für Uplink oder Downlink an eine der zwei zentralen Stationen AP1 oder AP2, so daß große Datenmengen zusammenhängend übertragen werden können und die theoretische Übertragungskapazität eines Frequenzban­ des, die beim HIPERLAN/2-Netz 54 Mb/s beträgt, praktisch un­ geschmälert für die Nutzdatenübertragung eingesetzt werden kann.

Selbstverständlich sind die oben beschriebenen Rahmenstruktu­ ren auch für Zellen anwendbar, in denen sich mehr als zwei zentrale Stationen ein Frequenzband teilen, indem Sende- bzw. Empfangsphasen für die weiteren Stationen jeweils zwischen solche der oben erwähnten zwei Stationen eingeschoben werden.

Des weiteren ist die Erfindung nicht auf ein HIPERLAN/2-Netz beschränkt sondern anwendbar auf beliebige Funk-Kommunika­ tionsnetze, die eine dynamische Festlegung des Rahmenformats unterstützen.

Insbesondere brauchen diese Funknetze keine zellulare Struk­ tur aufzuweisen; das Prinzip der Erfindung ist auch ohne Schwierigkeiten bei drahtlosen LANs (Local Area Networks) und Ad-hoc-Netzen (selbstkonfigurierenden Netzen) anwendbar. Ein Beispiel für einen Ad-hoc-Netz-Standard, wo die Erfindung un­ ter gewissen Erweiterungen des Standards anwendbar ist, ist der Bluetooth-Standard; auch bei HIPERLAN/2 werden Entwick­ lungen betrieben, die zu einer Selbstkonfigurationsfähigkeit, insbesondere bei Anwendungen im haustechnischen Bereich, füh­ ren sollen.

Claims (15)

1. Verfahren zur Datenkommunikation mit Teilnehmerstationen (MT) eines Funk-Kommunikationsnetzes, bei dem die Zeit in eine Abfolge von Rahmen aufgeteilt wird, bei dem eine er­ ste zentrale Station (AP1) in einer ersten Broadcast- Phase jedes Rahmens eine erste Rahmenformatinformation (BCH, FCH und ACH) aussendet, die eine erste Downlink- Phase des Rahmens (DL phase), in der eine Übertragung von Nutzdaten von der ersten zentralen Station (AP1) an die Teilnehmerstationen (MT) stattfindet, und eine erste Uplink-Phase (UL phase) definiert, in der eine Übertra­ gung von den Teilnehmerstationen (MT) an die erste zen­ trale Station (AP1) erlaubt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen wenigstens eine zweite Broadcast-Phase umfaßt, in der wenigstens eine zweite zentrale Station (AP2) eine zweite Rahmenformatinformation (BCH, FCH und ACH) aussendet, die eine zweite Downlink-Phase (DL phase) und eine zweite Uplink-Phase (UL phase) für die Kommuni­ kation von Teilnehmerstationen mit der zweiten zentralen Station (AP2) definiert, wobei die Phasen innerhalb eines Rahmens nicht überlappen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (APC) den zentralen Stationen (AP1, AP2) die Uplink- und Downlink-Phasen nach ihrem Übertra­ gungsbedarf zuteilt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Stationen (AP1, AP2) der Steuereinheit (APC) ihren Übertragungsbedarf melden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Stationen (AP1, AP2) der Steuereinheit (APC) ihren Übertragungsbedarf nach Prioritätsniveaus, festen Reservierungen oder einer Kombination aus beidem aufgeschlüsselt melden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zuteilung jeweils von einem zu ei­ nem oder mehreren der darauf folgenden Rahmen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß in einem Rahmen jeder zentralen Station (AP1, AP2) ein kontinuierliches Zeitintervall zu­ geteilt wird, das eine Broadcast-Phase, eine Uplink-Phase und eine Downlink-Phase der Station umfaßt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Broadcast-Phasen der zentralen Sta­ tionen unmittelbar aufeinander folgen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rahmen jeder zentralen Station ein kontinuierliches Zeitintervall zugeteilt wird, das eine Uplink-Phase und eine Downlink-Phase der Station umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zentrale Station (AP1, AP2) die Aufteilung des kontinuierlichen Zeitintervalls in Uplink- und Downlink-Phase selbständig vornimmt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Broadcast- und Downlink-Phasen der zen­ tralen Stationen (AP1, AP2) einerseits und Uplink-Phasen andererseits jeweils ein kontinuierliches Zeitintervall bilden.

11. Funk-Kommunikationsnetz mit einer Mehrzahl von zentralen Stationen (AP1, AP2) für die Datenkommunikation mit Teil­ nehmerstationen (MT), dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens zwei eine gleiche Frequenz verwendende zentrale Stationen (AP1, AP2) mit einer Steuereinheit (APC) ver­ bunden sind, die ihnen innerhalb eines Übertragungsrahmens jeweils getrennte Zeitintervalle für Uplink- bzw. Downlink-Phasen zuteilt.

12. Funk-Kommunikationsnetz nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zentralen Stationen (AP1, AP2) einge­ richtet sind, um eine Meldung über ihren Übertragungsbe­ darf an die Steuereinheit (APC) zu senden.

13. Funk-Kommunikationsnetz nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meldung nach Prioritäten der zu über­ tragenden Daten aufgeschlüsselt ist.

14. Funk-Kommunikationsnetz nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine zellulare Struk­ tur aufweist.

15. Funk-Kommunikationsnetz nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es ein drahtloses LAN oder ein Ad-hoc-Netz ist.