DE10127737A1 - Verfahren zur Signalisierung in einem Kommunikationssystem und Einrichtung hierfür - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalisierung in einem Kommunikationssystem mit einer Basiseinrichtung (Node-B) und zumindest einer Teilnehmereinrichtung (UE1 bis UEn), insbesondere Mobilfunksystem, wobei die Teilnehmereinrichtung (UE) eine Signalsequenz (Burst) mit zumindest einer Trainingssequenz (Midamble) sendet. Erfindungsgemäß werden der Teilnehmereinrichtung (UE) zumindest zwei unterschiedliche Trainingssequenzen zugeordnet. Durch Senden einer der Trainingssequenzen oder einer Kombination der zugeordneten Trainingssequenzen kann die Teilnehmereinrichtung einen Zustand signalisieren, ohne daß dabei auf die Ressourcen der Datensequenz zurückgegriffen werden muß.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Signalisierung in einem Kommunikationssystem mit einer Basiseinrichtung und zu­ mindest einer Teilnehmereinrichtung, insbesondere ein Mobil­ funksystem, bei dem die Teilnehmereinrichtung eine Signalse­ quenz mit einer Trainingssequenz sendet, sowie eine Teilneh­ mereinrichtung, eine Basiseinrichtung und ein Softwarepro­ gramm hierfür.

Bei einem Mobilfunksystem nach dem UMTS-Standard (Universal Mobile Telecommunications System) erfolgt die Signalübertra­ gung unter anderem im TDD-Modus (Time Division Duplex). Beim TDD-Modus wird zur Datenübertragung zwischen einem Sender (Node-B) und einer Teilnehmereinrichtung (UE = User Equip­ ment), wie z. B. einem Handy, das gleiche Frequenzband ge­ nutzt. Um zwischen Sendersignalen und Teilnehmersignalen kei­ ne Kollision zu erhalten, legt der TDD-Modus fest, daß in der Hinrichtung (Downlink), d. h. wenn der Sender der Teilnehmer­ einrichtung Signale sendet, ein anderer Zeitschlitz (Times­ lot) verwendet wird, als wenn die Teilnehmereinrichtung in Rückrichtung (Uplink) sendet, d. h. wenn die Teilnehmerein­ richtung Signale an den Sender aussendet. Alternierend folgt somit ein Timeslot für den Sender und ein Timeslot, der den Teilnehmern in der Zelle des Senders zur Verfügung steht. Oder es können auch mehrere Timeslots hintereinander für einen Uplink bzw. Downlink zur Verfügung stehen. Die Länge eines solchen Timeslots beträgt beispielsweise 0,667 Millisekunden. Ein Timeslot ist wiederum in 2.560 Blöcke unterteilt, den so­ genannten Chips.

Ein Timeslot wird somit entweder vom Sender oder von den Teilnehmern der zelle genutzt und in dieser Zeit wird von den jeweiligen Einheiten eine Signalsequenz als sogenannter Burst ausgesendet. Die von den Teilnehmern ausgesendete Signalse­ quenz bzw. der Burst ist in zwei Datenblöcke, eine Trainings- bzw. Testsequenz (Midamble) und eine Schutzperiode (Guard Pe­ riod) unterteilt, siehe Fig. 1. Die zwei Datenblöcke können von maximal 16 verschiedenen Teilnehmern (User Equipment oder UE) mit Hilfe von orthogonalen Spreizungscodes gleichzeitig genutzt werden. Durch die Verwendung der Spreizungscodes wird das Signal von den Teilnehmern gespreizt, so daß es anschlie­ ßend vom Sender wieder entspreizt werden kann. Dieses Verfah­ ren wird als CDMA-Verfahren (Code Division Multiple Access) bezeichnet. Dabei werden die Datensymbole verschiedener Teil­ nehmer mit zueinander orthogonalen Spreizungscodes multipli­ ziert und überlagert. Auf der Empfängerseite kann dann das Datensymbol eines bestimmten Teilnehmers anhand seines Sprei­ zungscodes, der dem Teilnehmer vorher fest zugewiesen wurde, aus dem überlagerten Gesamtsignal, das am Sender (Node-B) empfangen wird, zurückgerechnet werden. Einzelheiten zum TDD- Modus und zum CDMA-Verfahren sind z. B. in "Mobilfunknetze und ihre Protokolle, Band 1" von B. Walke im Teubner-Verlag, von H.D. Lüke: "Signalübertragung, 6. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 1995, und John G. Proakis "Digital Signal Proces­ sing", 3^rd Edition, Kapitel 2.6, Prentice-Hall, 1996, veröf­ fentlicht worden.

Da der Mobilfunkkanal die Datenübertragung zwischen Teilneh­ mern und Sender verzerrt (z. B. durch Mehrwegeausbreitung und Signaldämpfung), muß diese Verzerrung am Empfänger erkannt und zur Signalaufbereitung zurückgerechnet werden. D. h. es muß erkannt werden, wie die Daten verzerrt wurden, um diese durch Entzerrung vollständig regenerieren zu können. Dies ist nur möglich, wenn die momentanen Eigenschaften des Mobilfunk­ kanals, die sich vor allem bei hohen Geschwindigkeiten eines bewegten Teilnehmers sehr schnell ändern, bekannt sind. Dazu wird in jedem Timeslot eine sogenannte Trainingssequenz (Mi­ damble) mitgesendet, die dem Empfänger bekannt ist. Anhand des Unterschiedes zwischen dem theoretisch erwarteten Signal­ verlauf und dem tatsächliche empfangenen Signalverlauf der Trainingssequenz kann der Empfänger dann die momentanen Ei­ genschaften des Mobilfunkkanals berechnen (die sogenannte Ka­ nalschätzung) und somit aus den verzerrt empfangenen Signal­ daten die gesendeten Signaldaten regenerieren bzw. ermitteln. Einzelheiten zu den Trainingssequenzen sind z. B. veröffent­ licht unter 3G TS 25.221, V3.3.0 "Physical Channels and Map­ ping of Transport Channels onto Physical Channels", Kapitel 5.2.3 ("Training Sequences for Spread Burst").

Im UMTS-TDD-Modus sind 128 Basic Midambles festgelegt. Der Netzbetreiber weist einmalig bei der Funkzellenplanung jeder Mobilfunkzelle, d. h. jedem Sender (Node-B), eine Basic Midamble zu. Dabei dürfen zwei benachbarte Mobilfunkzellen nicht die gleiche Basic Midamble zugewiesen bekommen, um gegenseitige Interferenzen der Signale von den Sendern bzw. der Signale von den Teilnehmern zu vermeiden. Aus jeder der zugewiesenen Basic Midambles einer Mobilfunkzelle können nach einem festgelegten Schlüssel bis zu 16 verschiedene Midambles generiert werden. Im Uplink (Rückrichtung) sendet jeder Teilnehmer in dieser Mobil­ funkzelle einen dieser 16 Midambles zwischen seinen beiden Datenblöcken mit, siehe Fig. 1. Nachdem eine Teilnehmerein­ richtung in einer Mobilfunkzelle eine Uplink-Verbindung auf­ baut, wird dieser Teilnehmereinrichtung (UE) eine der 16 Mi­ dambles für die Dauer dieser Verbindung fest zugewiesen, die diese Teilnehmereinrichtung beim Senden der Daten im Timeslot der Teilnehmereinrichtung mitsendet. Auf der Seite der Node-B's erfolgt die Detektion der gesendeten Midambles z. B. mittels Matched-Filtern.

Dabei werden bei diesem Kommunikationsmodus in den Timeslots die bei der Teilnehmereinrichtung erzeugten Daten zum Sender (Node-B) abgesetzt, so daß dieser sie zu einer dritten Ein­ richtung weiterleitet. Oder es werden umgekehrt Informationen von einer dritten Einrichtung vom Sender an die Teilnehmer­ einrichtung übertragen. Neben dem reinen Datenaustausch zwi­ schen der dritten Teilnehmereinrichtung und der Teilnehmer­ einrichtung in der Zelle des Senders werden jedoch auch Da­ tenressourcen zur Kommunikation zwischen dem Sender und dem Teilnehmer von in der Regel wenigen Bits benötigt, um z. B. die Zuweisung der Midambles an den Teilnehmer oder die Zuwei­ sung der Spreizungscodes an den Teilnehmer mitzuteilen. Eine weitere Anwendung ist z. B., wenn die Teilnehmereinrichtung einen Bedarf an höheren Datenraten oder dergleichen anmelden will.

Zur Signalisierung solcher Daten wurden Uplink-Kanäle defi­ niert, wie der Dedicated Channel (DCH), der Random Access Channel (RACH) und der Uplink-Shared Channel (USCH). Diese weisen jedoch Nachteile darin auf, daß die oben erwähnte Sig­ nalisierung zwischen Teilnehmer und Sender in geringen Raten (jeweils wenige Bits) und evtl. auch unregelmäßig erfolgt und daher die Belegung der Ressourcen in einem Timeslot (Daten­ blöcke) möglichst effizient erfolgen sollte.

Dagegen ist jedoch der Dedicated Channel ein Kanal, der hauptsächlich für Daten, aber auch zur Signalisierung genutzt wird, und dabei zum Auf- und Abbau einen hohen Signalisie­ rungsaufwand zwischen Sender und Teilnehmer benötigt, d. h. nicht schnell ist, und daher für regelmäßige Datenaufkommen mit höheren Raten gedacht ist (z. B. Telefonie). Der Random Access Channel kann von allen Teilnehmern ad hoc, d. h. ohne Signalisierung, für kleine Datenpakete genutzt werden. Bei Kollision mit anderen Teilnehmern muß jedoch erneut gesendet werden, was bei einer hohen Zahl von aktiven Teilnehmern in einer Mobilfunkzelle zu Verzögerungen führt. Der Uplink- Shared-Channel kann nur nach einer Anfrage des Teilnehmers beim Netzwerk genutzt werden. Da das Netzwerk über die Res­ sourcenzuteilung entscheidet, kann es auch hier bei gleich­ zeitiger Anfrage von verschiedenen Teilnehmern zu Verzögerun­ gen kommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Signa­ lisierung in einem Kommunikationssystem und Einrichtungen für ein solches Systems vorzusehen, die eine schnelle und verzö­ gerungslose Signalisierung der Einrichtungen des Kommunikati­ onssystems untereinander ermöglichen und die auch bei unre­ gelmäßiger Signalisierung und bei geringen Datenraten eine möglichst gute Ressourcenausnutzung erlauben.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, der Teilnehmereinrichtung nach Anspruch 9, der Basiseinrichtung nach Anspruch 12 bzw. dem Softwareprogramm nach Anspruch 16 oder 17 gelöst.

Das Verfahren gemäß Anspruch 1 wird bei einem Kommunikations­ system angewandt, bei dem ein Datenaustausch zwischen einer Basiseinrichtung und zumindest einer Teilnehmereinrichtung, in der Regel jedoch einer Vielzahl von Teilnehmereinrichtun­ gen, erfolgt. Die Teilnehmer senden in den ihnen zugewiesenen Timeslots bei Bedarf alle gleichzeitig oder zumindest ein Teil der Teilnehmereinrichtung gleichzeitig eine Signalse­ quenz (sogenannter Burst). Dieser Burst umfaßt regelmäßig zu­ mindest eine Trainingssequenz. Vorteilhaft wird im Burst zu­ sätzlich zumindest eine Datensequenz ausgesendet, wobei die Datensequenzen normalerweise zur Datenübertragung genutzt werden. Nach dem UMTS-TDD-Standard umfaßt ein solcher Burst z. B. zwei Datensequenzen, in deren Mitte die Trainingssequenz angeordnet ist und bei der auf die letzte Datensequenz zu­ sätzlich eine Guard Period (GP) folgt, die dem Ausgleich von Laufzeitdifferenzen und Verzögerungen der Bursts in dem den Teilnehmereinrichtungen zugewiesenen Timeslot dient. Datense­ quenzlänge, Trainingssequenzlänge und ggf. Länge der Guard Period sind im Prinzip beliebig, richten sich jedoch bei ei­ ner UMTS-Mobilfunkzelle nach fest vorgegebenen Standards.

Eine Teilnehmereinrichtung ist dabei regelmäßig ein Handy, das beispielsweise nach dem UNTS-Standard arbeitet, ein Note­ book mit einer Sende- und Empfangseinrichtung, oder bei­ spielsweise eine stationäre Einrichtung, die mit in das Kom­ munikationssystem eingebunden ist.

Eine Basiseinrichtung ist dabei regelmäßig eine Sende- und Empfangseinrichtung, die im Datenaustausch mit mehreren, der Basiseinrichtung zugeordneter Teilnehmereinrichtungen steht. Die Basiseinrichtung empfängt und detektiert eine von mehre­ ren Teilnehmern gleichzeitig gesendete Signalsequenz und ord­ net diese den einzelnen Teilnehmern zu. Bevorzugt ist die Ba­ siseinrichtung eine Funkstation einer Mobilfunkzelle.

Herkömmlicherweise wird dabei jeder Teilnehmereinrichtung le­ diglich eine Trainingssequenz zugeordnet, mit der wie oben beschrieben eine Signalregeneration bei der Basiseinrichtung durchgeführt wird. Dagegen werden gemäß Anspruch 1 zumindest einer der Teilnehmereinrichtungen zumindest zwei unterschied­ liche Trainingssequenzen zugeordnet, wobei sich die beiden, der Teilnehmereinrichtung zugewiesenen Trainingssequenzen, von allen Trainingssequenzen, die in der Mobilfunkzelle ver­ wendet werden, unterscheiden. Dies ermöglicht es der Teilneh­ mereinrichtung beide Trainingssequenzen beim Aussenden ihres Burst zu verwenden, so daß von der Teilnehmereinrichtung durch die Wahl der Trainingssequenz(en) eine Signalisierung ermöglicht wird.

Dabei wird entweder die Trainingssequenz in der Teilnehmer­ einrichtung hinterlegt oder die Trainingssequenz wird durch einen der Teilnehmereinrichtung von der Basiseinrichtung mit­ geteilten Code innerhalb der Teilnehmereinrichtung generiert. Beispielsweise greift hierzu die Teilnehmereinrichtung auf ein Codierungsschema zurück und produziert aus dem ihr zuge­ wiesenen Codeschlüssel für die Trainingssequenzen die jeweils zugewiesene Trainingssequenz. Die so generierte Trainingsse­ quenz oder Vielzahl von Trainingssequenzen wird wiederum in der Teilnehmereinrichtung hinterlegt und beim Aussenden des Burst abgerufen oder bei jeder Aussendung des Burst erneut generiert.

Die Teilnehmereinrichtung kann zur Signalisierung dann für die nächste oder nächsten Signalsequenzen eine der ihr zuge­ wiesenen Trainingssequenzen auswählen und senden, vorzugswei­ se kann die Teilnehmereinrichtung eine Kombination von mehre­ ren, zugewiesenen Trainingssequenzen senden, so daß sich durch die Zuordnung der möglichen Kombinationen der zugeord­ neten Trainingssequenzen eine Vielzahl von Signalzuständen generieren läßt.

Durch diese Signalisierung im Uplink-Kanal wird eine schnelle Übermittlung von Signalisierungsdaten, die in geringen Raten und eventuell unregelmäßig anfallen, mit möglichst guter Re­ sourcen-Effizienz ermöglicht. Die Übermittlung der Daten er­ folgt schnell, da ohne jegliche Vorbereitung bzw. Abstimmung mit dem Netzwerk bzw. der Basiseinrichtung im nächsten Uplink-Timeslot gesendet werden kann. Es entstehen keine Kol­ lisionen mit anderen Teilnehmereinrichtungen und es muß nicht auf die Resourcenfreigabe von Seiten des Netzwerks gewartet werden, womit keine Verzögerungen auftreten können. Die Da­ tensignalisierung kann in unregelmäßigen Abständen erfolgen, ohne daß eine permanente Bereitstellung von Datenübertra­ gungs-Kapazitäten, z. B. in den Datenblöcken, notwendig ist. Durch den Einsatz unterschiedlicher Trainingssequenzen werden Interferenzen minimiert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sendet die Teilnehmer­ einrichtung mit jedem Burst eine Grundtrainingssequenz mit und die weiteren, zugewiesenen Trainingssequenzen werden dann zur Signalisierung verwendet. Dadurch, daß die Grundtrai­ ningssequenz von der Teilnehmereinrichtung regelmäßig gesen­ det wird, läßt sich eine Erfassung der Kanalschätzung zu der Teilnehmereinrichtung vereinfachen, so daß bei der Basisein­ richtung auf die herkömmliche Software zur Verwaltung der Teilnehmereinrichtung zurückgegriffen werden kann. Durch eine separate Auswertung der zusätzlichen Trainingssequenzen kann dann unabhängig von der Kanalschätzung eine Signalzustandser­ fassung und Auswertung vorgenommen werden.

Prinzipiell kann eine Kombination von Trainingssequenzen von der Teilnehmereinrichtung sequentiell an die Basiseinrichtung übermittelt werden. D. h., daß die Teilnehmereinrichtung zeit­ lich aufeinander folgende Timeslots verwendet, um nach und nach die Kombination der Trainingssequenzen zu übermitteln. Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch eine Kombination der zugeordneten Trainingssequenzen in einem einzigen Burst übermittelt. Beispielsweise werden hierzu die zugeordneten Trainingssequenzen, die als Kombination übermit­ telt werden sollen, durch Überlagerung der zu sendenden Trai­ ningssequenzen erhalten. Wie bei der Trennung von zwei ein­ zelnen Teilnehmereinrichtungen kann hier die Basiseinrichtung durch Trennung der beiden Trainingssequenzen von der einen Teilnehmereinrichtung die Kombination von Trainingssequenzen und daraus den Signalisierungszustand ermitteln. In diesem Fall erfolgt eine unmittelbare Signalisierung durch einen Burst in lediglich einem einzigen Timeslot.

Bei einer weiteren Ausgestaltung wird die zeitlich hinterein­ ander gesendete Abfolge der Kombination von Trainingssequen­ zen nach einem festgelegten Muster analysiert, bei dem je­ weils eine bestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden Signal­ sequenzen bzw. Timeslots auf eine Kombination von Trainings­ sequenzen analysiert wird. Beispielsweise werden fünf aufein­ anderfolgende Timeslots verwendet, um daraus die Kombination der übermittelten Trainingssequenzen festzustellen.

Bei einer besonders vorteilhaften Anwendung der Signalisie­ rung wird von der Teilnehmereinrichtung mittels verschiedener Trainingssequenzen eine Empfangszustands-Information übermit­ telt. Mit dieser Information zeigt die Teilnehmereinrichtung der Basiseinrichtung die Qualität und den Zustand der empfan­ genen Daten bei der Teilnehmereinrichtung an. Beispielsweise den empfangenen Leistungspegel und/oder eine Bestätigung für den korrekten Erhalt eines Datensignals.

Die Teilnehmereinrichtung gemäß Anspruch 9 ermöglicht die Verarbeitung und Verwaltung von zumindest zwei Trainingsse­ quenzen, die mit einer Signalsequenz von einer Sende- und Empfangseinrichtung der Teilnehmereinrichtung aussendbar sind. Damit muß die Teilnehmereinrichtung zur Signalisierung von Zuständen, die nur wenige Bits erforderlich machen, nicht auf die Ressourcen der Datensequenzen zurückgreifen. Für eine einfache Signalisierung können z. B. die in oder von einer Mo­ bilfunkzelle herkömmlicherweise ungenutzten Trainingssequen­ zen der Teilnehmereinrichtung zugewiesen und von dieser zur Signalisierung verwendet werden.

Die Bereitstellung und Verwaltung der Trainingssequenzen er­ folgt dabei durch eine Steuereinrichtung der Teilnehmerein­ richtung, die als separater Baustein in der Teilnehmerein­ richtung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Steuereinrich­ tung in einen ohnehin vorhandenen Mikroprozessor integriert, z. B. durch eine Software-Implementation.

Damit ist es der Teilnehmereinrichtung unter Verwendung einer der zugewiesenen Trainingssequenzen oder einer Kombination der Trainingssequenzen möglich, der Basiseinrichtung unter Verwendung eines abgestimmten Signalisierungsschlüssels be­ stimmte Zustände zu signalisieren. Bei Verwendung einer sol­ chen Teilnehmereinrichtung lassen sich die oben zum Verfahren beschriebenen Vorteile realisieren.

Mit dem Softwareprogramm nach Anspruch 16 wird das Verfahren zur Signalisierung von Informationen auf einer Teilnehmerein­ richtung implementiert. Damit wird es einer Teilnehmerein­ richtung ermöglicht, mit einer Signalsequenz zusätzliche Sig­ nalzustände an eine Basiseinrichtung zu übertragen.

Mit dem Softwareprogramm nach Anspruch 17 wird das Verfahren zur Aufteilung und Zuordnung der Midambles an einzelne Teil­ nehmereinrichtungen durch eine Basiseinrichtung an der Basis­ einrichtung implementiert. Damit wird es einer Basiseinrich­ tung ermöglicht, die von einer Teilnehmereinrichtung signali­ sierten Zustände zu erfassen.

Anhand von Figuren werden Ausgestaltungen der Erfindung er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Timeslots im TDD-Modus des UMTS-Standards und eine Signalsequenz eines Burst,

Fig. 2 die idealisierte Zelistruktur eines Mobilfunknet­ zes,

Fig. 3 verschiedene User Equipments in einer Mobilfunkzel­ le und

Fig. 4 Beispiele für die Überlagerung mehrerer Midambles.

Fig. 2 veranschaulicht die idealisierte Annahme der Struktur benachbarter Mobilfunkzellen Node-B0 bis B6, bei denen eine hexagonale Zelistruktur angenommen wird. Jeder Mobilfunkzelle wird eine eigene Basic Midamble zugewiesen und die Basic Mi­ damble einer Mobilfunkzelle muß sich von allen benachbarten Mobilfunkzellen unterscheiden. Daher werden für einen Cluster aus einer zentralen Mobilfunkzelle Node-B0 und den sechs be­ nachbarten Mobilfunkzellen Node-B1 bis B6 insgesamt sieben Basic Midambles benötigt. Im Idealfall kann von der zentralen Mobilfunkzelle Node-B0 aus gesehen bereits hinter den benach­ barten Mobilfunkzellen Node-B1 bis B6 bereits wieder die glei­ che Basic Midamble verwendet werden. D. h. in Zellen, die außen an die in Fig. 2 dargestellten Nachbarzellen Node-B1 bis B6 angrenzen. Die Basic Midamble unterscheidet sich dann von den in den benachbarten, ohne daß Überschneidungen auftreten. Ins­ gesamt sind jedoch nach dem UMTS-Standard 128 Basic Midambles definiert. Damit stehen abzüglich der tatsächlich benötigten sieben Basic Midambles 128 - 7 = 121 Basic Midambles als frei verfügbare Basic Midambles für die zentrale Mobilfunkzelle Node-B0 zur Verfügung. Aus jeder Basic Midamble lassen sich nach einem Generierungsschema 16 Midambles erzeugen und den User Equipments bzw. Teilnehmern UE in einer Mobilfunkzelle zur Nutzung zur Verfügung stellen. Die theoretisch redundant zur Verfügung stehenden 121 Basic Midambles erlauben daher insge­ samt eine Ausschöpfung von 121 × 16 = 1.936 Midambles, die von den Teilnehmern, die sich in der zentralen Node-B0 aufhalten, zusätzlich nutzbar sind.

Der folgenden Beschreibung einer Signalisierung von Zuständen zwischen einem Teilnehmer UE und einer Node-B einer Mobilfunk­ zelle liegt die Annahme zugrunde, daß die redundanten Midambles zur Signalisierung herangezogen werden. Der Umfang der Redun­ danz ist jedoch stark abhängig von der tatsächlichen Teilneh­ merdichte und der Anzahl der benachbarten Mobilfunkzellen, so daß die Anzahl der tatsächlich redundant zur Verfügung stehen­ den Midambles für jede Mobilfunkzelle angepaßt werden muß. Eine solche Anpassung kann z. B. auch während des Tagesverlaufs er­ folgen. Z. B. wird aufgrund einer steigenden oder fallenden Anzahl von Teilnehmern die Redundanz der Midanbles dadurch reduziert oder erhöht, daß zumindest jedem Teilnehmer eine Midamble, die im folgenden als Grundmidamble M0 bezeichnet wird, zugewiesen werden muß. Bei einer geringen Teilnehmerzahl ist es im Prinzip auch möglich, daß die Node-B einem Teilnehmer mehrere aus ihrer Basic Midamble abgeleitete Midambles zuweist, soweit verfügbar.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer einzelnen Mobilfunkzelle Node-B0. Bei dieser Mobilfunkzelle ist hier mittig ein Node-B0 dargestellt, der beispielsweise eine Sende- und Empfangseinrichtung der Mobilfunkzelle ist. Von diesem werden im Timeslot des Node-B0 im Downlink die Daten und Mi­ dambles im Burst für die einzelnen Teilnehmer UE1 bis UEn ver­ sendet. Umkehrt senden die Teilnehmer im Uplink in ihrem Times­ lot den jeweiligen Burst an den Node-B zurück. Wie oben be­ schrieben, setzt sich der Burst beispielsweise aus den in Fig. 1 dargestellten Signalsequenzen zusammen. Länge der Datense­ quenz, des Midambles und der Guard Period GP sind jedoch in einer Mobilfunkzelle zwischen der Node-B und den Teilnehmern fest vereinbart. Ebenso die orthogonalen Spreizungscodes zum Spreizen und Entspreizen der Datensequenzen.

Sollen in einem Zellcluster, d. h. bei einer zentralen Mobil­ funkzelle Node-B0 und deren sechs Nachbarn Node-B1 bis B6, die redundanten, zur Verfügung stehenden 1936 Midambles (s. o.) gleichmäßig für jede Zelle zur Verfügung stehen, so reduziert sich die Anzahl der pro Zelle zur Verfügung stehenden Midambles auf 1936 : 7 = 276.

Die redundanten Midambles werden nun von der Node-B0 verwaltet und den einzelnen Teilnehmern UE1 bis UEn zur Verfügung ge­ stellt. Zusätzlich wird zwischen dem Node-B0 und den Teilneh­ mern die Codierung für die Signalisierung vereinbart. Dabei kann die Signalisierung in verschiedenen Modi unter Verwendung der Grundmidamble M0 des Teilnehmers UE und mindestens einer dem Teilnehmer zugewiesenen, zusätzlichen Midamble M1, M2 rea­ lisiert werden. Im folgenden sollen Beispiel der Modi darge­ stellt werden.

Sporadic Rapid Signalling Channels (SRSCH)

In diesem Signalisierungsmodus wird von der Teilnehmereinrich­ tung UE die Grundmidamble M0 bei jedem Burst mitgesendet. Die Grundmidamble M0 wird zur Kanalschätzung verwendet. Zur Signa­ lisierung wird im Bedarfsfall zusätzlich neben der Grundmi­ damble M0 zumindest eine der zugewiesenen, zusätzlichen Mi­ dambles M1, M2 gesendet.

Der Teilnehmer kann dann im Uplink, d. h. beim Senden des Burst vom Teilnehmer zum Node-B, eine n-Bit Information übertragen. Hierzu sind dem Teilnehmer n zusätzliche Midambles zugeteilt und dürfen nicht mit einer der Midambles der eigenen oder einer umliegenden Mobilfunkzelle Node-B1 bis B6 übereinstimmen, wobei dies sowohl für die Grundmidamble M0 als auch die zusätzlichen Midambles M1, M2 gilt.

Will nun die Teilnehmereinrichtung im Uplink ein n-Bit-Signal übermitteln, sc sendet es eine entsprechende Kombination von der ihm zugewiesenen, zusätzlichen Midambles M1, M2 (bei n = 2). Dies kann im nächsten Timeslot für einen Uplink geschehen. Dabei bleiben für diese n-Bit-Signalisierung die Datenblöcke (Datensequenzen) unverändert, während lediglich die zu senden­ den Midambles im mittleren Bereich der Signalsequenz (siehe Fig. 1) überlagert werden. Die Überlagerung ist in Fig. 4 beispielsweise dargestellt und wird unten näher beschrieben. Beim Uplink sollte die Sendeleistung für die Midambles des Teilnehmers UE1 so klein gewählt werden, daß einerseits eine möglichst geringe Interferenz für die anderen Midambles der anderen Teilnehmer UE2 bis UEn entsteht, aber andererseits noch eine Detektion auf der Empfängerseite (Node-B) möglich ist. Empfangsseitig wird zur Erkennung der Midambles deren gute Autokorrelations (AKF)- und Kreuzkorrelation (KKF)-Eigenschaft ausgenutzt.

Im SRSCH-Modus kann mit einem n-Bit-Datum, bei dem n zusätzli­ che Midambles zur Signalisierung benötigt werden, eine Informa­ tion mit 2^n-1 Zuständen übermittelt werden. Gegenüber den aus n-Bits zu erzeugenden 2n Zuständen ist hier die Zustandszahl im SRSCH-Modus reduziert, da das Senden der Midamble-Kombination "keine zusätzliche Midamble M1 und/oder M2' (entspräche einer Bitfolge von n-vielen Nullen) nicht möglich ist. Es muß daher mindestens eine zusätzliche Midamble M1, M2 gesendet werden, d. h. mindestens 1 Bit gesetzt sein, damit auf der Empfängersei­ te (Node-B) erfaßt werden kann, daß überhaupt eine Signalisie­ rung erfolgt. Sobald dieser Zustand erfaßt ist, wird dann die tatsächliche Codierung verwendet, um das signalisierte Signal zu ermittelt.

Soll im SRSCH beispielsweise eine 4-Bit-Information signali­ siert werden, wobei bei gleichmäßiger Verteilung der redundan­ ten Midambles pro Zelle nur die oben genannten 276 Midambles zur Verfügung stehen, so wären pro Teilnehmer vier zusätzliche Midambles M1, M2, M3, M4 nötigt. Damit ergibt sich eine durch­ schnittliche Anzahl von Teilnehmer, die gleichzeitig im SRSCH- Modus arbeiten können, von 276 : 4 = 69 Teilnehmer. Bei gleich­ mäßiger Verteilung der redundanten Midambles unter den Zellen ergibt sich somit: Die durchschnittliche Anzahl der Teilnehmer, die gleichzeitig im SRSCH-Modus mit n-Bit-Signalisierung arbei­ ten können, ist durch 276 : n festgelegt. Bei voller Ausschöp­ fung der redundanten Midambles dürfte jedoch aufgrund der guten Korrelationseigenschaften der Midambles eine Datenregenerierung trotz der entstehenden Interferenzen der Midambles untereinan­ der gewährleistet sein.

Rapid Signalling Channels (RSCH)

Im RSCH-Modus wird die im Falle des SRSCH-Modus als Grundmi­ damble M0 bezeichnete Midamble ebenfalls zur Signalisierung verwendet. Dabei ist es zugelassen, daß die Grundmidamble M0 bei einem Burst oder einer Abfolge von vorgegebenen Bursts nicht gesendet wird. Für eine 3-Bit Information werden drei Midambles M0, M1 und M2 benötigt. Jedoch ist auch in diesem Fall beim Uplink zumindest eine der zugewiesenen Midambles M0, M1 oder M2 notwendig, da bei nicht vorhandener Midamble die Datenwiedergewinnung des Bursts nicht möglich ist.

Tabelle 1 zeigt ein Beispiel der Signalisierung von 3-Bit- Daten, bei denen die Grundmidamble M0 mit verwendet wird. In diesem Fall sind dem Teilnehmer UE1 zwei zusätzliche Midambles M1 und M2 zugewiesen. Da die Grundmidamble M0 nicht mitgesendet werden muß, sind in diesem Fall insgesamt sieben Zustände sig­ nalisierbar, wobei der Grundzustand durch Setzen lediglich des Midambles M0 übermittelt wird. D. h. bei Übermittlung der Grund­ midamble M0 ist von der Node-B keine Aktion oder Reaktion not­ wendig. Die zusätzlichen Midambles M1 oder M2 können auch al­ leine gesendet werden, da der Node-B0 auch diese beiden, vorher zugewiesenen Midambles M1, M2 dem speziellen Teilnehmer UE1 zuordnen kann.

Tabelle 1

Zuordnung zwischen Signal und Midambles

Die Sendung der Kombination der Midambles kann entweder dadurch erfolgen, daß die Midambles in einem Timeslot überlagert sind (siehe unten), oder dadurch, daß eine fest vorgegebene Abfolge von Midambles, z. B. eine Anzahl von fünf aufeinander folgenden Midambles, verwendet wird, um die Kombination in der Abfolge jeweils durch Setzen oder Nichtsetzen eines einzigen Midambles zu übertragen. Hier kann die Initialisierung des Starts der Abfolge z. B. anhand einer Systemzeit erfolgen. Wenn in der Mobilfunkzelle mehrere Teilnehmer vorhanden sind, die zusätzli­ che Midambles zur Signalisierung verwenden, so können diese während einer Zeitabfolge von Timeslots ihre Kombination paral­ lel zu den anderen Teilnehmern mitsenden. Die Abfolge bzw. Kombination der Midambles wird dann im Node-B zu der gewünsch­ ten Signalfolge für jeden Teilnehmer zusammengesetzt.

Es folgen nun Beispiele für die Anwendung der Signalisierungs­ modi, wie des SRSCH- und des RSCH-Modus.

Im UMTS-Standard wird ein HSDPA-Modus (High Speed Downlink Packet Access) eingeführt, der es im Downlink (vom Node-B zum Teilnehmer) erlauben soll, Daten mit sehr hohen Datenraten zu senden. Dies soll durch mehrere verbesserte Verfahren erreicht werden, die noch nicht exakt spezifiziert wurden. Alle hierzu benötigten Signalisierungen in Gegenrichtung (Uplink) vom Teil­ nehmer werden schnell benötigt, wobei wenige Bits ausreichen, d. h. bei geringer Datenrate.

Eines der möglichen Verfahren, bei dem die oben beschriebene Signalisierung zum Einsatz kommt, ist der Adaptive Modulation and Coding Scheme (AMSCS), der je nach Empfangsqualität verän­ dert werden soll. Hierzu wird ein Uplink-Kanal benötigt, der die Übermittlung der Empfangsqualität auf der Teilnehmerseite erlaubt.

Ein weiteres mögliches Verfahren ist das n-Stop-and-wait H-ARQ- Verfahren. Hierzu wird zu jedem Datenpaket, das im Downlink versendet wird, eine positive oder negative Empfangsbestätigung im Uplink signalisiert. Die positive Empfangsbestätigung wird gesendet, nachdem ein vom Node-B versendetes Datenpaket fehler­ frei empfangen wurde. Andernfalls wird eine negative Empfangs­ bestätigung gesendet.

Ein weiterer Anwendungsfall ist beim UMTS-Multicast-Verfahren gegeben. Hierbei empfangen mehrere Teilnehmer in einer Zelle die gleichen Daten, die von der Zelle (Node-B) jedoch nur ein­ malig gleichzeitig für alle Teilnehmer gesendet werden. Um hierbei eine optimale Leistungskontrolle bzw. Power-Control (PC) zu erreichen, müßte jeder Teilnehmer, der diesen Multicast empfangen will, jederzeit die Möglichkeit haben, über einen Uplink-Signalisierungs-Kanal eine 1-Bit-Information zu senden. Mit der 1-Bit-Information wird, sobald diese gesetzt ist, dem Node-B signalisiert, daß dieser seine Leistung erhöhen muß. Hierbei ist es jedoch auch möglich, daß eine Gruppe von Teil­ nehmern UE gemeinsam lediglich eine zusätzliche Midamble (z. B. M0) nutzen, die sich von den Grundmidambles jedes Teilnehmers unterscheiden. Bei dieser Multicast-Anwendung ist es an sich beliebig, welcher Teilnehmer die höhere Leistung anfordert, so daß eine Teilnehmerzuordnung entfallen kann.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Überlagerung von Midambles durch eine Teilnehmereinrichtung, die hier durch Überlagerung erfolgt und hier durch Addition veranschaulicht wird. Ausschnitte der zeitlichen Signalfolge der Midambles M0, M1 und M2 sind darge­ stellt, wobei das Signal zu den Pegeln ±1 normiert ist. Der kombinierte Signalverlauf der Kombination M0 + M1, die dem Datum "011" von Tabelle 1 entspricht, ist dargestellt, wobei der normierte Signalpegel die Werte +2, 0 und -2 einnimmt. Weiterhin ist der kombinierte Signalverlauf der Kombination M0 + M1 + M2, die dem Datum "111" von Tabelle 1 entspricht, darge­ stellt, wobei der normierte Signalpegel die Werte +3, +1, -1 und -3 einnimmt.

Bei dem überlagerten Signal bleiben die AKF- und KKF- Eigenschaften erhalten und die Detektion beim Node-B erfolgt so, als läge ein überlagertes Signal von drei Teilnehmern UE vor. Über die zuvor vereinbarte Zuweisung der Midambles M0, M1 und M2 kann jedoch in jedem Fall eine Kanalschätzung durchgeführt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zur Signalisierung in einem Kommunikationssystem mit einer Basiseinrichtung (Node-B) und zumindest einer Teilnehmereinrichtung (UE), insbesondere Mobilfunksystem, wobei die Teilnehmereinrichtung eine Signalsequenz (Burst) mit zumindest einer Trainingssequenz (M1) sendet, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilnehmereinrichtung (UE) zumindest zwei unterschiedliche Trainingssequenzen (M0, M1, M2) zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmereinrichtung (UE) die Signalsequenz (Burst) wahl­ weise unter Verwendung einer der zugeordneten Trainingsse­ quenzen oder einer Kombination der zugeordneten Trainings­ sequenzen sendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne der zugeordneten Trainingssequenzen (M0, M1, M2) eine Grundtrainingssequenz (M0) ist, die von der Teilnehmerein­ richtung (UE) bei jeder Signalsequenz (Burst) mitgesendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination der zugeordneten Trainingssequenzen durch Überlagerung der gleichzeitig zu sendenden Trai­ ningssequenzen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination von Trainingssequen­ zen aus der zeitlichen Abfolge von Trainingssequenzen ab­ geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Abfolge der Trainingssequenzen (M0, M1, M2) aus einer festgelegten Anzahl aufeinanderfolgender Signalse­ quenzen (Burst) abgeleitet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnehmereinrichtung (UE) der Ba­ siseinrichtung (Node-B) unter Verwendung von zumindest zwei verschiedenen Trainingssequenzen (M0, M1, M2) eine Empfangszustands-Information übermittelt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangszustands-Information einen Leistungspegelzustand und/oder eine Empfangsbestätigung umfaßt.

9. Teilnehmereinrichtung für ein Kommunikationssystem, insbe­ sondere Mobilfunksystem, mit einer Empfangs- und Sendeein­ richtung und einer Steuereinrichtung, wobei mittels der Steuereinrichtung eine zugewiesene erste Trainingssequenz (M0) abrufbar oder generierbar und durch die Empfangs- und Sendeeinrichtung in einer Signalsequenz (Burst) aussendbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuer­ einrichtung zumindest eine zugewiesene weitere Trainings­ sequenz (M1, M2) abrufbar oder generierbar und über die Empfangs- und Sendeeinrichtung in einer Signalsequenz (Burst) aussendbar ist, wobei sich jede der weiteren Trai­ ningssequenzen (M1, M2) von den anderen zugewiesenen Trai­ ningssequenzen (M0, M1, M2) unterscheidet.

10. Teilnehmereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch die Steuereinrichtung wahlweise die erste, eine der weiteren Trainingssequenz (M1, M2) oder eine Kombination der zugewiesenen Trainingssequenzen (M0, M1, M2) für eine Signalsequenz (Burst) abrufbar oder gene­ rierbar ist.

11. Teilnehmereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit der Steuereinrichtung das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.

12. Basiseinrichtung für ein Kommunikationssystem, insbeson­ dere Mobilfunksystem, mit einer Empfangs- und Sendeein­ richtung und einer Steuereinrichtung, wobei durch die Steuereinrichtung der Basiseinrichtung (Node-B) jeder Teilnehmereinrichtung (UE) jeweils eine vorgegebene erste Trainingssequenz (M0) zuweisbar und durch die Empfangs- und Sendeeinrichtung der Teilnehmereinrichtung (UE) über­ mittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Steuereinrichtung der Basiseinrichtung (Node-B) zumindest einer der Teilnehmereinrichtungen (UE1) zumindest eine vorgegebene, weitere Trainingssequenz (M1, M2) zuweisbar ist, die sich von allen anderen Trainingssequenzen der Teilnehmereinrichtungen unterscheidet, und die Steuerein­ richtung eine Erfassungseinrichtung aufweist zum Erfassen, ob die zumindest eine Teilnehmereinrichtung (UE1) Signal­ sequenzen mit der ersten, einer der weiteren oder einer Kombination der Trainingssequenzen (M0, M1, M2) sendet.

13. Basiseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß mit der Steuereinrichtung der Basiseinrichtung das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführbar ist.

14. Kommunikationssystem, insbesondere Mobilfunksystem, mit einer Basiseinrichtung (Node-B) nach einem der Ansprüche 12 bis 13 und zumindest einer Teilnehmereinrichtung (UE) nach einem der Ansprüche 9 bis 11.

15. Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 implementierbar ist.

16. Softwareprogramm zur Implementierung auf einer Teilneh­ mereinrichtung eines Kommunikationssystems, insbesondere auf einer Teilnehmereinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Softwareprogramm die von der Teilnehmer­ einrichtung auszuführenden Verfahrensschritte des Verfah­ rens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 implementiert.

17. Softwareprogramm zur Implementierung auf einer Basisein­ richtung eines Kommunikationssystems, insbesondere auf ei­ ner Basiseinrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Softwareprogramm die von der Basiseinrichtung auszuführenden Verfahrensschritte des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 implementiert.