DE10040820A1 - Verfahren zur Zugriffssteuerung in einem Funk-Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Zugriffssteuerung in einem Funk-Kommunikationssystem senden mehrere Teilnehmerstationen (MS1, MS2) auf einem Kanal zum willkürlichen Zugriff (RACH) eine jeweilige Zugriffssequenz (s1, s3) zu einer Basisstation (BS) des Funk-Kommunikationssystems. Von dem Funk-Kommunikationssystem wird nachfolgend auf einem weiteren Kanal (FPACH) ein Empfang der Zugriffssequenzen (s1, s3) mittels einer Nachricht bestätigt, wobei in der Nachricht eine Teilnehmerstation (MS1) ausgewählt wird, die nachfolgend auf einem physikalischen Zugriffskanal (PRACH) weitere Sequenzen zu der Basisstation (BS) senden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugriffssteuerung in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere in einem Mobil­ funksystem.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Funkstation (Ba­ sisstation bzw. Mobilstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnitt­ stelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommu­ nication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

Zur Teilnehmerseparierung wird z. B. beim GSM-Mobilfunksystem ein Zeitlagenmultiplex-Verfahren(TDMA) zur Unterscheidung der Signalquellen verwendet. In einem Zeitschlitz wird ein Funk­ block übertragen, der empfangsseitig getrennt von anderen Funkblöcken auswertbar ist. Aus dem GSM-Mobilfunksystem ist es ferner bekannt, zur Ressourcenzuteilung einen Zugriffs­ block in Aufwärtsrichtung zu senden. Damit signalisiert eine Mobilstation dem Netz, daß es einen Verbindungsaufbau wünscht. Der Zugriff auf den Zeitschlitz, der für die Zu­ griffsblöcke reserviert ist, erfolgt jedoch willkürlich. Falls mehrere Mobilstationen gleichzeitig in diesem Zeitschlitz senden, überlagern sich die Zugriffsblöcke und sind somit bei der empfangenden Basisstation nicht detektierbar.

Nach einer Kollision versuchen die Mobilstationen erneut, ei­ nen Zugriffsblock zu senden. Je häufiger der Zugriff wieder­ holt werden muß, um so länger ist die Wartezeit und um so mehr sinkt die Effektivität dieses Zugriffsverfahrens.

Eine besondere Ausprägung des Zeitlagenmultiplex (TDMA) ist ein TDD (time division duplex) Übertragungsverfahren, bei dem in einem gemeinsamen Frequenzkanal die Übertragung sowohl in Aufwärtsrichtung, d. h. von der Mobilstation zur Basisstation, als auch in Abwärtsrichtung, d. h. von der Basisstation zur Mobilstation, erfolgt. Die minimal zu vergebende Ressourcen­ einheit ist durch die Zahl der in einem Zeitschlitz übertrag­ baren Bits angegeben.

Von großer Bedeutung bei Funk-Kommunikationssystemen der be­ schriebenen Art ist der erste Zugriff der Teilnehmerstation auf physikalische Resourcen. Vor dieser Anmeldung der Teil­ nehmerstation an das Netzwerk ist es dem Funk-Kommunikations­ system nicht möglich, der Teilnehmerstation Resourcenzuzu­ weisen, die ausschließlich von der jeweiligen Teilnehmersta­ tion verwendet werden dürfen. Daher wird dieser erste Zugriff auf das Netzwerk mit Hilfe von zufallsbasierten Prozeduren entsprechend obiger Beschreibung realisiert. In neueren Funk- Kommunikationssystemen, wie beispielsweise dem TD-SCDMA-Sy­ stem, werden dafür zweistufige Prozeduren verwendet. Dabei sendet die Teilnehmerstation in einem ersten Schritt eine kurze Datensequenz, die von der Teilnehmerstation zufallsba­ siert aus einem vorgegebenen Satz von Datensequenzen ausge­ wählt wird. Diese kurzen Datensequenzen werden auch als Si­ gnatur bezeichnet. Wird diese Signatur von der empfangenen Basisstation des Funk-Kommunikationssystems detektiert, so sendet das Netzwerk eine meist kurze Antwort auf einem der Teilnehmerstation bekannten physikalischen Kanal, um der Teilnehmerstation nachfolgend einen weiteren Zugriff zu ge­ statten, der dann auf einem ebenfalls der Teilnehmerstation bekannten physikalischen Übertragungskanal erfolgt.

Vorteilhaft sollte die Anzahl der Resourcen für die Antwort des Netzwerkes an die Teilnehmerstation möglichst niedrig ge­ wählt werden, da diese Resourcen ansonsten dem System nicht zur Verfügung stehen. Liegen keine Zugriffsversuch vor, so bleiben diese Resourcen ungenutzt. Wird also eine geringe An­ zahl Resourcen für die Netzantwort zugewiesen und kommt es zu einem bestimmten Zeitpunkt zu einer hohen Anzahl von Zu­ griffsversuchen durch mehrere Teilnehmerstationen, so kann das Netzwerk nicht allen diesen Teilnehmerstationen den Zu­ griff erlauben, da nicht genügend physikalische Resourcen zur Verfügung stehen. Die Teilnehmerstationen, denen der Zugriff auf das System innerhalb einer bestimmten Zeit nicht erlaubt wurde, werden annehmen, daß die jeweilige Verbindungsanfrage von der Basisstation nicht korrekt empfangen wurde und werden von neuem die Prozedur beginnen, d. h. sie werden noch einmal eine Signatur auswählen und sie an die Basisstation senden. Üblicherweise werden solche Folgeübertragungen mit einer hö­ herer Leistung gesendet, um die Empfangswahrscheinlichkeit bei der Basisstation zu erhöhen. Diese Folgeübertragungen er­ höhen einerseits nachteilig die Anzahl der Verbindungsanfra­ gen an das System insgesamt, und andererseits die Wahrschein­ lichkeit, daß zwei Teilnehmerstationen gleichzeitig eine gleiche Signatur auswählen und aussenden, wodurch Zugriffs­ kollisionen auftreten und das Netzwerk die Verbindungsanfra­ gen nicht detektieren kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz der Zugriffssteuerung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß wird sind in jeder Antwort des Netzwerkes auf einen Zugriffsversuch einer Teilnehmerstation zusätzlich In­ formationen über die ebenfalls detektierten weiteren Signatu­ ren enthalten. Dabei ist beispielsweise vorteilhaft für jede Signatur des erlaubten Signatursatzes nur ein Bit erforder­ lich, das anzeigt, daß das Netzwerk diese Signatur ebenfalls erfolgreich detektiert hat. Die Antwort des Netzwerkes wird von allen Teilnehmerstationen, die eine Zugriffsanfrage ge­ stellt haben, gelesen. Anhand der Informationen in der Nach­ richt kann jede Teilnehmerstation feststellen, ob ihre An­ frage erfolgreich waren. Erkennt die Teilnehmerstation, daß ihr Zugriffsversuch bzw. ihre ausgesendete Signatur detek­ tiert wurde und ist die empfangene Bestätigungsnachricht nicht für sie selbst, so weiß sie, daß sie in einer der fol­ genden Nachrichten eine an sie gerichtete Antwort erwarten kann. Daher kann auf Folgeübertragungen der Signatur verzich­ tet werden. Dies wirkt sich positiv auf die Gesamtleistungs­ fähigkeit der Zufallszugriffsprozedur aus, da die Anzahl der Zugangsversuche verringert wird.

Teilnehmerstationen, deren Signatur nicht vom Netzwerk er­ kannt worden ist, können dagegen sehr schnell einen weiteren Zugriffsversuch unternehmen, da sie sehr bald das Scheitern ihres Verbindungswunsches erkennen können. Dadurch wird zu­ sätzlich die Zugangsdauer zum Netzwerk verkürzt.

Eine Mobilstation, deren Signatur erfolgreich detektiert wor­ den ist, die jedoch nach einer bestimmten Zeit noch immer keine positive Antwort vom Netzwerk erhalten hat, kann dar­ aus folgern, dass die Leistung für eine nochmalige Übertragung nicht zu erhöhen ist, da die erste Übertragung detek­ tiert worden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie­ genden Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Funk-Kommunikationssystem,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Zu­ griffssteuerung, und

Fig. 3 eine Struktur einer Bestätigungsnachricht.

Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems besteht aus einer Vielzahl von Mo­ bilvermittlungsstellen MSC (Mobile Switching Center), die un­ tereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstel­ len MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNC (Radio Network Controller) zur Steuerung der Basisstationen BS (Base Station) und zum Zuteilen von funktechnischen Resourcen, d. h. einem Funkresourcenmanager, verbunden. Jede dieser Einrich­ tungen RNC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu einer Teilnehmer­ station, z. B. Mobilstationen MS (Mobile Station) oder ander­ weitigen mobilen und stationären Endgeräten, aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle gebildet.

Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmer­ zugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß und für im un­ lizensierten Frequenzbereich betriebene Basisstationen und Teilnehmerstationen.

In der Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen zur Übertragung von Signalisierungsinformationen als Punkt-zu-Punkt-Verbin­ dungen zwischen Teilnehmerstationen MS1, MS2 und einer Basis­ station BS und ein Organisationskanal BCCH (Broadcast Control Channel) als Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung dargestellt. Der Organisationskanal BCCH wird mit einer bekannten konstanten Sendeleistung von der Basisstation BS ausgesendet, und ent­ hält unter anderem Angaben über die in der Funkzelle ange­ botenen Dienste und über die Konfiguration der Kanäle der Funkschnittstelle. In Aufwärtsrichtung UL wird für die Teil­ nehmerstationen MS1, MS2 ein Kanal RACH (Random Access Chan­ nel) zum willkürlichen Zugriff angeboten.

Basierend auf dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird in der Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ablaufdia­ gramms beschrieben.

Eine erste Teilnehmerstation MS1 wählt für einen Zugriffsver­ such auf die Basisstation BS bzw. das Netzwerk des Funk-Kom­ munikationssystems eine erste Signatur s1 aus einem zur Ver­ fügung stehenden Satz von Signaturen aus, und sendet die aus­ gewählte Signatur s1 in dem Kanal zum willkürlichen Zugriff RACH zu der Basisstation BS. Mit einem geringen Zeitversatz bzw. zur gleichen Zeit - vorausgesetzt, daß das Netzwerk par­ allel zwei Zugriffsversuche detektieren kann - wählt eine zweite Teilnehmerstaton MS2 eine weitere zur Verfügung ste­ hende Signatur s3 aus, und sendet diese ebenfalls in dem BACH zu der Basisstation BS.

Das Netzwerk, bestehend aus der Basisstation BS und dem RNC, empfängt die beiden Signaturen s1, s3 und wertet diese aus. Anschließend signalisiert das Netzwerk in einem physikali­ schen Bestätigungskanal, beispielsweise dem sogenannten FPACH (Forward Physical Access Channel), der ersten Teilnehmersta­ tion MS1 mittels einer Nachricht, daß sie nachfolgend auf ei­ nem individuellen physikalischen Kanal, beispielsweise dem sogenannten PRACH (Physical Random Access Channel), weitere für den Verbindungsaufbau relevante Nachrichten zu dem Netz­ werk senden kann. Die Adressierung erfolgt dabei nicht di­ rekt, sondern aufgrund der Kenntnis der Teilnehmerstationen, welche Signatur sie zu dem Netzwerk gesendet haben.

In der gleichen Nachricht signalisiert das Netzwerk weiterhin erfindungsgemäß, daß ebenfalls die weitere Signatur s3 der zweiten Teilnehmerstation MS2 empfangen wurde. Durch diese Empfangsbestätigung weiß die zweite Teilnehmerstation MS2, daß sie in einer der nachfolgenden Nachrichten eine Zugriffs­ bestätigung erwarten kann. Vorteilhaft wird hierdurch vermie­ den, daß die zweite Teilnehmerstation MS2 weitere Zugriffs­ versuche unternimmt. Dieses kann sie jedoch nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne tun, wenn innerhalb dieses Zeitraums keine Bestätigungsnachricht.

Bemerkt die zweite Teilnehmerstation MS2, daß der Empfang ih­ rer gesendeten Signatur nicht von dem Netzwerk bestätigt wird, so führt sie, vorteilhaft ohne weitere Verzögerung, ei­ nen weiteren Zugriffsversuch durch, da sie annehmen kann, daß das Netzwerk die Signatur nicht empfangen kann. Der nochma­ lige Zugriff kann dabei beispielsweise mit einer höheren Sen­ deleistung erfolgen.

In der Fig. 3 ist beispielhaft die Struktur einer Bestäti­ gungsnachricht dargestellt. In einem ersten Feld der Nach­ richt wird die Signatur s1 angegeben, deren Teilnehmerstation nachfolgend auf den individuellen physikalischen Übertra­ gungskanal zugreifen soll. Diese Signatur s1 identifiziert eindeutig die ausgewählte Teilnehmerstation MS1. Ein zweites Feld beinhalten beispielsweise Informationen über die Sende­ leistung pc (Power Control), mit der die ausgewählte Teilneh­ merstation MS1 nachfolgend senden soll. Ein drittes Feld be­ inhaltet beispielsweise Informationen über eine Zeitsteuerung ti (Timing Information) bzw. Informationen über einen Sende­ zeitpunkt. Weitere Felder enthalten Informationen über den jeweiligen Status der Signaturen s1, s2, s3. Dieses kann bei­ spielsweise in Form eines Bitmaps signalisiert werden. Das Beispiel der Fig. 3 zeigt, daß die Signaturen s1 und s3 emp­ fangen wurden (gekennzeichnet durch eine binäre 1), wobei von drei möglichen Signaturen ausgegangen wird. In gleicher Weise können diese Felder auch nur die weiteren empfangenen Signa­ turen enthalten, wobei die ausgewählte Signatur und die nicht empfangenen Signaturen nicht gekennzeichnet werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Zugriffssteuerung in einem Funk-Kommunikati­ onssystem, bei dem
mehrere Teilnehmerstationen (MS1, MS2) auf einem Kanal zum willkürlichen Zugriff (RACH) eine jeweilige Zugriffssequenz (s1, s3) zu einer Basisstation (BS) des Funk-Kommunikationssy­ stems senden,
von dem Funk-Kommunikationssystem auf einem weiteren Kanal (FPACH) ein Empfang der Zugriffssequenzen (s1, s3) mittels ei­ ner Nachricht bestätigt wird, und
in der Nachricht eine Teilnehmerstation (MS1) ausgewählt wird, die nachfolgend auf einem physikalischen Zugriffskanal (PRACH) weitere Sequenzen zu der Basisstation (BS) senden kann.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Auswahl der Teilnehmerstation (MS1) durch eine Signali­ sierung der Zugriffssequenz (s1) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Empfang der Zugriffssequenzen (s1, s3) mittels eines binä­ ren Zustandsanzeigers (1,0) erfolgt.