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Funkkommunikationssysteme dienen
der Übertragung
von Informationen, Sprache oder Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen
Wellen über
eine Funkschnittstelle, auch Luftschnittstelle genannt, zwischen
einer sendenden und einer empfangenden Funkstation. Ein Beispiel
für ein
Funkkommunikationssystem ist das bekannte GSM-Mobilfunknetz, dessen
Architektur zum Beispiel in B. Walke, "Mobilfunknetze und ihre Protokolle", Band 1, Teubner-Verlag
Stuttgart, 1998, Seite 139 bis 151 und Seite 295 bis Seite 311,
beschrieben ist. Dabei ist zur Übertragung
eines Teilnehmersignals jeweils ein durch einen schmalbandigen Frequenzbereich und
einen Zeitschlitz gebildeter Kanal vorgesehen. Da sich ein Teilnehmersignal
in einem Kanal in Frequenz und Zeit von den übrigen Teilnehmersignalen unterscheidet,
kann die empfangende Funkstation eine Detektion der Daten des Teilnehmersignals
vornehmen. In neueren Funkkommunikationssystemen, wie zum Beispiel dem
UMTS-System, werden die einzelnen Teilnehmer darüber hinaus durch unterschiedliche
Spreizcodes unterschieden.
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Ein Funkkommunikationssystem, zum
Beispiel ein GSM-Mobilfunknetz,
umfasst eine Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen (MSC), die untereinander
vernetzt sind, und die den Zugang zu einem Festnetz herstellen.
Ferner sind diese Mobilvermittlungsstellen mit mindestens einer
Basisstationssteuerung (Base Station Controller, BSC) verbunden.
Die Basisstationssteuerung ermöglicht
eine Verbindung zu mindestens einer Basisstation (Base Transceiver
Station, BTS) und nimmt die Verwaltung der funktechnischen Ressourcen
der angeschlossenen Basisstationen vor. Eine solche Basisstation
ist eine Funkstation, die über
eine Funkschnittstelle eine Nachrichtenverbindung zu Mobilstationen
aufbauen kann.
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Ist in dem Funkkommunikationssystem
ein Paketdatendienst vorgesehen, wie zum Beispiel GPRS oder auch
EGPRS im Rahmen der Weiterentwicklung des GSM-Mobilfunknetzes, so
ist die Basisstationssteuerung zur Übertragung von paketvermittelten
Daten darüber
hinaus mit einem Paketdatendienstknoten (Serving GPRS Support Note)
verbunden, der den Zugang zu einem Festdatennetz herstellt. In der
Basisstationssteuerung oder evtl. auch in der Basisstation ist eine
Paketdatensteuereinheit (Packet Control Unit, PCU) vorgesehen, die
die paketvermittelten Daten verwaltet und deren Signalisierung steuert.
Ein Operations- und Wartungszentrum realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen
für das
Mobilfunknetz beziehungsweise für
Teile davon.
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Aus
EP 0 472 511 B1 (=
DE 691 25 227 T2 ) ist bekannt,
beim Aufbau einer Verbindung zwischen einer Mobilstation und einer
Basisstation in einer Zelle eines Funkkommunikationssystems anhand
des Aufenthaltsortes der Mobilstation in der Zelle, eine Erstzuweisung
zu einem Halfrate-Modus oder Fullrate-Modus vorzunehmen. Anhand von Messungen
der Bitfehlerwahrscheinlichkeit und des Signal-Zu-Störverhältnisses
wird entschieden, ob ein Handover zwischen dem Fullrate-Modus und
dem Halfrate-Modus in Frage kommt, oder ob ein Handover in eine
benachbarte Zelle erforderlich ist.
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Aus
DE 196 49 653 A1 ist ein Verfahren zur Zuteilung
von Ressourcen in einem Funkkommunikationssystem bekannt, bei dem,
falls die erforderlichen Ressourcen für den Aufbau einer Verbindung
zu einer Mobilstation nicht vorhanden sind, die Mobilstation nur
dann in eine Warteschlange einer aktuellen Zelle aufzunehmen, wenn
die Entfernung der Mobilstation von der Basisstation, die Geschwindigkeit
der Mobilstation und das gemessene Signal-Zu-Störverhältnis erwarten lassen, dass
die Verbindung zwischen der Mobilstation und der Basisstation einige
Zeit in dieser Zelle bedient werden kann. Andernfalls wird die Verbindungsanfrage
an eine Nachbarzelle verwiesen.
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Aus
DE 195 34 156 C1 ist ein Verfahren zur Übertragung
von Datenpaketen zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation
bekannt, bei dem eine Bestimmung der Vorhaltezeit des Sendezeitpunktes
der Mobilstation nur dann erfolgt, wenn eine vorgegebene Bedingung
erfüllt
ist. Die vorgegebene Bedingung ist beispielsweise die Tatsache,
dass beim Senden eines Datenpakets die letzte Bestimmung der Vorhaltezeit
eine vorbestimmte Zeitspanne zurückliegt.
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Aus WO 99/44305 A2 ist ein Verfahren
zur Leistungsregelung in einem Funkkommunikationssystem unter Verwendung
eines PID-Reglers
bekannt. Der PID-Regler umfasst eine Parallelschaltung, bestehend
aus einem Differenziator, einem Proportionalverstärker und
einem Integrator.
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Bei der paketvermittelten Datenübertragung
erfolgt die Datenübertragung
für mehrere
Teilnehmer über ein-
und denselben physikalischen Kanal. Jeder Teilnehmer kann dabei
auch mehrere physikalische Kanäle gleichzeitig
belegen (multislot Fall). Je Teilnehmer wird ein Paketdatenfluss
(temporary block flow, TBF) dabei in zeitlich begrenzte Funkblöcke zerlegt,
die übertragen
werden. Bei GPRS koennen diese Funkblöcke bei gleicher Laenge (ein
Funkblock umfasst 4 bursts alle 20ms) unterschiedliche Nutzlast
haben je nach eingestelltem Modulations-/Kodierschema. Dabei werden
die zeitlich begrenzten Funkblöcke
von unterschiedlichen Teilnehmern (dynamic allocation des medium
access-Protokoll MAC) bzw. die zeitlich begrenzten Paketdatenflüsse verschiedener
Teilnehmer (fixed allocation des medium access-Protokoll MAC) zeitlich
verschachtelt über
den Kanal übertragen.
Messwerte über
die Qualität
des Kanals für
den einzelnen Teilnehmer sind daher nur während der Übertragung der einzelnen zeitlich
begrenzten Funkblöcke
des Teilnehmers verfügbar
sowie durch periodisch uebertragene Messprotokolle (measurement
reports). Diese Messwerte werden zur Einstellung verschiedener Funkparameter
verwendet. Als Messwerte dienen die Empfangsfeldstaerke, die Blockfehlerrate, der
Interferenzpegel des Kanals sowie die Bitfehlerwahrscheinlichkeit.
Bei der Übertragung
eines Paket datenflusses koennen die Funkparameter wie beispielsweise
die Sendeleistung sowie das Modulations-/Kodierschema den Kanalbedingungen
dynamisch angepasst werden. Bei der Übertragung des nächsten Paketdatenflusses
desselben Teilnehmers müssen
die Funkparameter neu eingestellt werden.
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Aus 0. Queseth et al, Algorithms
for link adaption in GPRS, 1999 IEEE, ist bekannt, zur Einstellung des
Funkparameters Modulations- und Codierschema zu Beginn der Übertragung
eines Paketflusses ein Modulations- und Codierschema fest vorzugeben.
Anschliessend wird der mittlere C/I-Wert (das ist das Signal-Stör-Verhältnis) waehrend
der Übertragung
der Funkblöcke
gemessen und das Modulations- und Codierschema entsprechend dieses
Wertes angepasst. Die Auswahl des Modulations- und Codierschemas
entsprechend der Auslastung des Funksystems, wird als vorteilhaft
angesehen.
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In diesem bekannten Verfahren wird
zu Beginn der Übertragung
eines Paketdatenflusses das Modulations- und Codierschema auf einen
vorgegebenen Wert eingestellt.
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Simulationen zeigen jedoch, dass
gerade in typischen ruralen Zellen Teilnehmer nahe der Basisstation sehr
hohe Modulations- und Kodierschemas fahren koennen und Teilnehmer
am Zellrand nur kleine. Damit ist die feste Voreinstellung des Modulations-
und Kodierschemas nicht optimal und verringert die Zellkapazitaet. Wird
das Schema zu hoch eingestellt, müssen Teilnehmer am Zellrand
einen Grossteil der Daten mehrfach verschicken (sogenannte Retransmissionen),
weil die Bloecke als fehlerhaft dekodiert werden. Wird das Schema
zu niedrig eingestellt, koennen Teilnehmer nahe an der BTS nicht
den optimalen Durchsatz erzielen.
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Während
der Übertragung
wird das verwendete Modulations- und Codierschema in Abhängigkeit
einer Messgröße, insbesondere
des Träger
zu Interferenzverhältnisses
(C/I) bzw. der Blockfehlerrate, den aktuellen Funkverhältnissen
angepasst. Die ser Anpassungsmechanismus ist träge, da erst mehrere Bloecke
uebertragen werden müssen,
um eine korrekte Anpassung vornehmen zu können.
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Das ist der kritische Punkt. Bei
typischen Paketdiensten wie WAP und HTTP werden meist kurz hintereinander
im Abstand von wenigen Sekunden Lesezeit Paketdatenfluesse mit Laengen
von 10 – 100
Funkblöcken übertragen.
Bis eine langsam reagierende Ratenanpassung das bestmögliche Kodierschema
eingestellt hat, ist der Paketdatenfluss meist schon zum Grossteil
vorüber.
Zu Beginn des naechsten Paketdatenflusses wird wieder der fest vorgegebene
Wert verwendet.
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Der Erfindung liegt daher das Problem
zugrunde, ein Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung
in einem Funkkommunikationssystem mit mehreren Funkzellen anzugeben,
bei dem mindestens ein Funkparameter besser an gegebene Funkverhältnisse
angepasst wird.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren gemäß Anspruch
1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In dem Verfahren zur paketvermittelten
Datenübertragung
in einem Funkkommunikationssystem mit mehreren Funkzellen wird ein
Paketdatenfluss zwischen einer sendenden Funkstation und einer empfangenden
Funkstation in Form von aufeinanderfolgenden, zeitlich begrenzten
Funkblöcken übertragen.
Für die Übertragung
eines ersten zeitlich begrenzten Funkblockes eines ersten Paketdatenflusses
wird mindestens ein Funkparameter in Abhängigkeit einer Entfernung – beispielsweise
gegeben durch die Vorhaltezeit (Timing Advance) – zwischen der sendenden Funkstation
und der empfangenden Funkstation und in Abhängigkeit einer Signalqualität bzw. eines
Empfangspegels eines von der sendenden Funkstation gesendeten und
der empfangenden Funkstation empfangenen Signals bestimmt. In dem
Verfahren wird ausgenutzt, dass innerhalb einer Funkzelle die Funkver hältnisse
von der Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der empfangenden
Funkstation abhängen.
Weitere Einflüsse
auf die Funkverhältnisse
werden über
die Signalqualität
des von der sendenden Funkstation gesendeten und der empfangenden
Funkstation empfangenen Signals berücksichtigt. Die Signalqualität kann zum
Beispiel anhand eines Signal- zu Interferenzverhältnisses oder anhand eines
Empfangssignalspegels bewertet werden. Als Signal ist zum Beispiel
der sogenannte Access Burst, das heisst, das Signal, mit dem eine
sendende Funkstation einer empfangenden Funkstation mitteilt, dass
eine Verbindungsaufnahme durchgeführt werden soll, geeignet.
Ferner koennen die periodisch von Teilnehmern im idle sowie im transfer
Modus gesendeten Mess-Berichte verwendet werden.
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Für
die Übertragung
weiterer zeitlich begrenzter Paketdatenflüsse liegt es im Rahmen der
Erfindung, den mindestens einen Funkparameter jeweils in Abhängigkeit
der Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der empfangenden
Funkstation und der Abhängigkeit
der Signalqualität
eines von der sendenden Funkstation gesendeten und von der empfangenden
Funkstation empfangenen Signals, sowie in Abhängigkeit von einem vorherigen
wert des Funkparameters, bei der Übertragung eines vorherigen
zeitlich begrenzten Paketdatenflusses zu bestimmen, sofern der zeitliche
Abstand zwischen dem Ende der vorherigen Übertragung und der aktuellen Übertragung
eine vorgegebene Maximalzeit, welche z.B. durch einen Timer gesteuert
ist, nicht überschreitet.
Bei sogenannten "Concurrent" Paketdatenflüssen, d.h.
beim Aufbau einer Aufwaertsverbindung waehrend eine Abwaertsverbindung
besteht (bzw. umgekehrt) wird vorzugsweise ebenfalls der mindestens
eine Funkparameter der bereits bestehenden Verbindung verwendet.
Zu diesem Zweck wird vorzugsweise im Netzwerk für jede Teilnehmerstation eine
Datenstruktur angelegt, welche den mindestens einen Funkparameter
enthaelt und deren Gültigkeit
von obigem Timer abhaengt. Bei dieser Vorgehensweise wird angenommen,
dass sich die Funkverhältnisse
zwischen der vorherigen Übertragung
und der aktuellen Übertragung
nicht allzu sehr verändert
haben. Durch Berücksichtigung
des vorherigen Wertes des mindestens einen Funkparameters wird in
das Verfahren eine Erinnerungsfunktion eingeführt. Dadurch werden Anpassungen des
Funkparameters während
des vorherigen zeitlich begrenzten Paketdatenflusses in die aktuelle Übertragung übernommen.
Das hat den Vorteil, dass die Erfahrungen aus dem letzten Paketdatenfluss
berücksichtigt werden
und ein optimaler Wert des Funkparameters schneller eingestellt
werden kann.
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Vorzugsweise nimmt der Einfluss des
vorherigen Wertes des Funkparameters mit zunehmendem zeitlichen
Abstand zwischen der letzten Übertragung
des vorherigen Paketdatenflusses und des neuen Paketdatenflusses
ab. Dadurch wird berücksichtigt,
dass sich die Funkverhältnisse
mit zunehmendem zeitlichen Abstand zwischen der vorherigen Übertragung
und der aktuellen Übertragung
zunehmend ändern
können,
etwa auf Grund einer Bewegung einer der Funkstationen oder auf Grund
von Laständerungen
in der Zelle durch neuhinzukommende bzw. sich abmeldende Teilnehmer.
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Als Funkparameter kommen beispielsweise
das Modulations-/Kodierschema,
die Parameter fuer die aufwärts
und abwärts
Leistungsregelung, die Zeitschlitz-Allokierung (Multislots) usw.
in Frage. Zusaetzlich abgespeichert werden koennen in der obigen
Datenstruktur beispielsweise auch der Empfangspegel und der Signal-Stör-Abstand.
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Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung wird ein Funkparameter FP bestimmt, für den n
Werte mit der Bezeichnung FP-x, x = 1,...,n zur Verfügung stehen.
Als Beispiel sei als Funkparameter FP das EGPRS Modulations-/Kodierschema
MCS-1,..., MCS-9 bzw. das GPRS Kodierschema CS-1,...,CS-4 genannt.
Falls der zeitliche Abstand zwischen dem Ende der Übertragung
des vorherigen Paketdatenflusses und der Übertragung des weiteren Paketdatenflusses
größer als
die Maximalzeit ist, wird dem Funkparameter FP der Wert FP-x zugewiesen
mit
x = Integer(a·y + (1-a)·z), (1)wobei
a
ein beliebig einstellbarer Gewichtsfaktor mit 0<a<1,
FP-y
ein für
die gegebene Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der
empfangenden Funkstation vorgegebener Wert für den Funkparameter FP mit
Index y und
FP-z ein für
die gegebene Signalqualität
bzw. Empfangspegel eines von der sendenden Funkstation gesendeten
und von der empfangenden Funkstation empfangenen Signals vorgegebener
Wert für
den Funkparameter FP mit Index z ist.
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Falls der zeitliche Abstand zwischen
dem Ende der Übertragung
des vorherigen Funkblocks und der Übertragung des weiteren Funkblocks
geringer als die Maximalzeit T_max_last ist, wird dem Funkparameter der
Wert FP-x zugewiesen mit x = Integer(b·y + c·z + d·(w-y)·T/T_max_last), (2)wobei
b,
c, d beliebig einstellbare Gewichtsfaktoren sind mit b + c + d =
1 und 0<b,c,d<1,
FP-y ein
für die
gegebene Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der empfangenden
Funkstation vorgegebener Wert für
den Funkparameter ist,
FP-z ein für die gegebene Signalqualität bzw. Empfangspegel
eines von der sendenden Funkstation gesendeten und von der empfangenden
Funkstation empfangenen Signals vorgegebener Wert für den Funkparameter ist,
FP-w
der vorherige Wert des Funkparameters beim Ende des letzten Paketdatenflusses
ist,
T der zeitliche Abstand zwischen dem Ende der Übertragung
des vorherigen zeitlich begrenzten Paketdatenflusses und der Übertragung
des neuen zeitlich begrenzten Paketdatenflusses ist.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung,
dass die verwendeten Gewichtsfaktoren zeitlich abhängig sind
bzw. sein können.
Das hat den Vorteil, dass der Einfluss der verschiedenen Randbedingungen,
zum Beispiel der Entfernung zwischen sendender und empfangender
Funkstation oder der Signalqualität mit zunehmender Dauer des
Abstandes vom letzten Paketdatenfluss zum neuen Paketdatenfluss
unterschiedlich sein kann. Damit kann zum Beispiel dem Einfluss
des vorherigen Wertes ein höheres
Gewicht als dem Einfluss der Signalqualität des Access Burstes gegeben
werden, bei zunehmender Dauer der idle Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Paketdatenflüssen.
Ferner kann anstelle des linearen Zusammenhangs in Gleichung 1 auch
eine beliebig andere Funktionalität erzeugt werden.
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Zusaetzlich können auch die Parameter a,b,c
und d in Gleichung 1 bzw. 2 zeitlich variabel sein und sich automatisch
den optimalen Verhältnissen
in einer Zelle anpassen.
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Vorzugsweise wird am Ende der Übertragung
jedes zeitlich begrenzten Paketdatenflusses der aktuelle Wert des
Funkparameters in Abhängigkeit
der momentanen Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und
der empfangenden Funkstation fuer jeden Teilnehmer gespeichert und
es werden beispielsweise entsprechende Mittelwerte berechnet. Dabei
wird jeweils aus dem aktuellen Wert des Funkparameters und dem gespeicherten
vorgegebenen Wert des Funkparameters ein neuer vorgegebener Wert
des Funkparameters für die
gegebene Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der empfangenden
Funkstation berechnet und gespeichert. Auf diese Weise wird der
für die
gegebene Entfernung zwischen der sendenden Funkstation und der empfangenden
Funkstation vorgegebene Wert des Funkparameters aktualisiert und
an die funktechnischen Gegebenenheiten angepasst. Damit bildet sich
automatisch für
jede Zelle ein entfernungsabhängiges Profil
des mindestens einen Funkparameters aus, welches bei neu beginnenden
zeitlich begrenzten Paketdatenflüssen
sofort eine zelltypische, bestmögliche
Einstellung erlaubt.
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Desgleichen kann am Ende eines Paketdatenflusses
auch ein Update der Parameter a,b,c und d erfolgen, je nachdem welcher
Parameterwert am Anfang des Paketdatenflusses die bestmögliche Schätzung des
Endzustandes des Funkparameters am Ende des Paketdatenflusses erzielt
hätte.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft,
den neuen vorgegebenen Wert des Funkparameters durch Mittelwertbildung
aus dem aktuellen Wert des Funkparameters und dem gespeicherten
vorgegebenen Wert des Funkparameters zu berechnen. Die Mittelwertbildung
ist mit geringem Rechenaufwand durchführbar.
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Vorzugsweise wird bei der Bestimmung
des Funkparameters zusätzlich
berücksichtigt,
in welcher Art von Funkzelle sich die sendende Funkstation und/oder
die empfangende Funkstation befindet. Dadurch werden die unterschiedlichen
funktechnischen Gegebenheiten, zum Beispiel im dicht oder weniger
dicht bebauten Gebiet, bergigem Terrain oder auf einem offenen Gelände berücksichtigt.
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Die Verwaltung der Werte für den mindestens
einen Funkparameter erfolgt vorzugsweise in einem Operations- und
Wartungszentrum des Funkkommunikationssystems.
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Als Funkparameter, der nach diesem
Verfahren bestimmt wird, ist sowohl ein Modulations und Codierschema
als auch ein Parameter zur Sendeleistungsregelung, ein Parameter
zur Steuerung einer richtungsselektiven Antenne und/oder einer adaptiven
Antenne und/oder ein netzwerkgesteuertes Messprotokoll zur Neuauswahl
von Funkzellen geeignet.
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Während
der Übertragung
eines zeitlich begrenzten Paketdatenflusses wird die empfangende
Funkstation von der sendenden Funkstation durch sogenanntes "Polling" aufgefordert, Messwerte
(beispielsweise die Blockfehlerrate, Empfangspegel, Interferenzpegel,
etc.) zu senden, die die Qualität
des empfangenen Datenflusses widerspiegeln. Zusaetzlich koennen
periodische Mess-Berichte von der Teilnehmerstation an das Netzwerk
angefordert werden. Anhand dieser Messwerte wird der mindestens
eine Funkparameter an aktuelle Funkverhältnisse angepasst. Vorzugsweise
ist der Abstand, zwischen zwei aufeinander folgenden Anforderungen
zur Übersendung
eines Messwertes nicht konstant. Vorzugsweise nimmt der Abstand
zwischen aufeinander folgenden Anforderungen von kleinen Werten
zu Beginn des Datenflusses ausgehend mit zunehmender Dauer des zeitlich
begrenzten Funkblocks zu. Dadurch wird gerade zu Beginn des Datenflusses
eine beschleunigte Anpassung des Funkparameters an die funktechnischen
Gegebenheiten erzielt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
und der Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
die Einstellung und Anpassung des Modulations- und Codierschemas während der Übertragung dreier aufeinander
folgender zeitlich begrenzter Paketdatenflüsse (TBFs), die jeweils aus
mehreren Funkblöcken
bestehen.
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2 und 3 zeigt Beispiele für die zeitliche
Verteilung von Anforderungen für
Messsignale zur Bewertung der Qualität einer Funkverbindung.
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Zur paketvermittelten Datenübertragung
in einem Funkkommunikationssystem, das zum Beispiel nach dem GPRS
bzw. EGPRS-Standard
arbeitet, wird eine Paketdatenübertragung
in zum Beispiel drei aufeinander folgenden, zeitlich begrenzten
Paketdatenflüssen
TBF1, TBF2, TBF3 übertragen
(siehe 1), die wiederum
aus mehreren Funkblöcken
bestehen. Die Datenübertragung
erfolgt zum Beispiel von einer Basisstation als sendender Funkstation
zu einer Mobilstation als empfangender Funkstation oder umgekehrt.
Dabei wird die Senderichtung von der Basisstation zur Mobilstation
als Abwärtsrichtung,
auch Down Link, DL bezeichnet. Die Senderichtung von der Mobilstation
zur Basisstation wird als Aufwärtsrichtung,
auch Up Link, UL bezeichnet.
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Zu Beginn der Funkverbindung sendet
die Basisstation ein Funkrufsignal PAS, auch Pagingsignal genannt.
Daraufhin antwortet die Mobilstation mit einem Anforderungssignal
AS, auch Accesssignal genannt, zum Aufbau einer Funkverbindung.
Die Basisstation ordnet der Mobilstation mit Hilfe eines Zuordnungssignals ASS
in einem sogenannten Assignment einen Verkehrskanal zu. Daraufhin
beginnt die Übertragung
eines ersten zeitlich begrenzten Paketdatenflusses TBF1. Für die Übertragung
wird ein Anfangswert MCS-x1 für ein Modulations-
und Codierschema bestimmt nach folgender Vorschrift: MCS-x1 mit
x1 = Integer (a·y1 +
(1-a) z1). (3)
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Dabei ist MCS-y1 ein
Wert für
das Modulations- und Codierschema, der für die gegebene Entfernung zwischen
der Mobilstation und der Basisstation vorgegeben ist. Die gegebene
Entfernung zwischen der Mobilstation und der Basisstation ist zum
Beispiel über
den Zeitvorhalt, auch Timing Advance genannt, parametrisiert. Der
Wert MCS-z1 für das Modulations- und Codierschema
ist in Abhängigkeit
der Signalqualität/Empfangspegel
des Zugangssignals AS vorgegeben. a ist ein Gewichtsfaktor mit einem
Wert zwischen 0 und 1, der zum Beispiel im Operations- und Wartungszentrum
des Funkkommunikationssystems gespeichert ist.
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Während
der Übertragung
des ersten zeitlich begrenzten Funkblocks TBF1 werden von der Basisstation
regelmäßig Anforderungen
an die Mobilstation gesandt, ein Messsignal über die Qualität der Datenübertragung
zu übermitteln.
Dieser Vorgang wird als Polling bezeichnet. Die Basisstation sendet
jeweils ein Pollingsignal POS an die Mobilstation, auf das die Mobilstation
mit einem Control Acknowledgment-Signal CAS antwortet. Das Control
Acknowledgment-Signal CAS gibt an, welcher Prozentsatz an Paketdaten
als lesbar empfangen wurde sowie macht Angaben über Empfangspegel und Interferenzlevel
am Ort der Teilnehmerstation. Es stellt somit ein Maß für die Qualität der Funkverbindung
dar. Anhand dieser Messgröße wird
der aktuelle Wert MCS-x des Modulations- und Codierschemas von dem
Anfangswert MCS-x1 angepasst. Bei guter
Qualität
der Funkverbindung wird ein höheres
Modulations- und Codierschema, bei dem x>x1 ist, zugewiesen.
Dieser Vorgang wiederholt sich über
die gesamte Dauer des zeitlich begrenzten Funkblocks TBF1. Am Ende
der Übertragung
weist das Modulations- und
Codierschema einen ersten Endwert MCS-w1 auf.
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Die Übertragung eines zweiten zeitlich
begrenzten Paketdatenflusses TBF2 wird wiederum durch ein Zuordnungssignal
ASS der Basisstation an die Mobilstation eingeleitet. Die Mobilstation
antwortet wiederum mit einem Zugangssignal AS bzw. mit einem control
acknowledge bestehend aus Access-Signalen. Da der zeitliche Abstand
zwischen dem Ende der Übertragung
des ersten zeitlich begrenzten Paketflusses TBF1 und dem Beginn
der Übertragung
des zweiten zeitlich begrenzten Paketflusses TBF2 kleiner einer
Maximalzeit T max last ist, wird ein zweiter Startwert MCS-x2 für
das Modulations- und Codierschema nach folgender Vorschrift bestimmt: MCS-x2 mit
x2 = Integer(b·y2 +
c·z2+d·(w1 – (w1 – y2)·T/T_max_last). (4)
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Dabei ist y2 durch
den Wert MCS-y2 bestimmt, der durch Mittelung
aus dem Endwert MCS-w1 für das Modulations- und Codierschema
und dem im System vorgegebenen, von der Entfernung zwischen der
Mobilstation und der Basisstation abhängigen Wert MCS-y1 gewonnen
wird. z2 bestimmt sich aus dem Wert MCS-z2 für das Modulationsschema,
der von der Signalqualität
des Zuordnungssignals AS für
den zweiten zeitlich begrenzten Funkblock TBF2 abhängt. b,
c, d sind Gewichtsfaktoren, deren Summe gleich 1 ist und die jeweils zwischen
0 und 1 liegen.
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Während
der Übertragung
des zweiten zeitlich begrenzten Paketflusses TBF2 werden wiederum
von der Basisstation Pollingsignale POS zur Mobilstation gesendet,
die diese mit Control Acknowledgement-Signale CAS beantwortet.
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Aus dem Control Acknowledgement-Signalen
CAS wird wiederum eine Anpassung des aktuellen Wertes MCS-x des
Modulations- und
Codierschemas MCS an die aktuellen Funkverhältnisse abgeleitet. Verbessern
sich die Funkbedingungen, so wird der Wert x vergrößert, verschlechtern
sich die Funkbedingungen, so wird der Wert x verkleinert.
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Am Ende der Übertragung des zweiten zeitlich
begrenzten Funkblockes TBF2 wird ein zweiter Endwert für das Modulations- und Codierschema
MCS-w2 erreicht, aus dem durch Mittelwertbildung
ein neuer, von der Entfernung zwischen der Basisstation und der
Mobilstation abhängiger
Wert MCS-y3 bestimmt wird.
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Die Übertragung eines dritten zeitlich
begrenzten Paketdatenflusses TBF3 wird wiederum durch ein Zuordnungssignal
ASS der Basisstation an die Mobilstation eingeleitet. Da der zeitliche
Abstand zwischen dem Zuordnungssignal ASS und dem Ende der Übertragung
des zweiten zeitlich begrenzten Paketdatenflusses TBF2 größer als
die Maximalzeit T max last ist, wird der dritte Startwert MCS-x3 für
das Modulations- und Codierschema MCS nach folgender Vorschrift
bestimmt: MCS-x3 mit x3 = Integer
(a·y3 + (1-a)z3). (5)
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Dabei bestimmt sich z3 aus
dem Wert MCS-z3 für das Modulations- und Codierschema
MCS, der in Abhängigkeit
der Signalqualität
des Zugangssignales AS für
den dritten zeitlich begrenzten Funkblock TBF3 vorgegeben ist. Während der Übertra gung
des dritten zeitlich begrenzten Funkblockes TBF3 wird wiederum mit
Hilfe von Pollingsignalen POS der Basisstation und Control Acknowledgement-Signalen
CAS der Mobilstation eine Anpassung des aktuellen Wertes MCS-x des
Modulations- und Codierschemas MCS vorgenommen. Aus dem dritten
Endwert MCS-w3 tritt wiederum durch Mittelwertbildung ein aktualisierter
Wert MCSy4, der für die gegebene Entfernung zwischen
Mobilstation und Basisstation verwendet wird, ermittelt.
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Die Mittelwertbildung erfolgt zum
Beispiel in einer Paketdatensteuereinheit (auch Packed Control Unit genannt)
in der Basisstationssteuerung (auch Base Station Controller genannt).
Dazu wird für
jede Funkzelle eine Tabelle angelegt, die für jede Mobilstation MS1, MS2
unter anderem folgende Informationen enthält:
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Als Kennung der Mobilstation ist
zum Beispiel die 32 Bit TLLI-Kennung (Temporary Logical Link Identifier)
geeignet, die aus der internationalen Mobilteilnehmeridentität IMSI ableitbar
ist. In der Spalte DL_TBF wird vermerkt, ob in Abwärtsrichtung
ein zeitlich begrenzter Paketdatenfluss gesendet wird oder nicht.
In der Spalte UL_TBF wird vermerkt, ob in Aufwärtsrichtung ein zeitlich begrenzter
Paketdatenfluss gesendet wird. Die Spalte MCS DL enthält das in
Abwärtsrichtung
verwendete Modulations- und Codierschema. Die Spalte MCS_UL enthält das in
Aufwärtsrichtung
verwendete Modulations- und Codierschema. Der Eintrag Tend = FN1
steht für
den Endzeitpunkt des letzten Paketdatenflusses, gekennzeichnet z.B.
durch die TDMA-Frame-Nummer FN1. Zusaetzlich ist das gültige Kodierschema
am Ende des letzten Paketdatenflusses gespeichert.
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Um zu vermeiden, dass die Tabelle
zuviel Speicherplatz in der Paketdatensteuerungseinheit PCU benötigt, können die
Spalten gelöscht
werden, sofern der zuletzt gesendete zeitlich begrenzte Funkblock
einer Mobilstation vor einer Zeit, die größer ist als eine Zurücksetzungszeit
T_DELETE, geendet hat. Für
T_DELETE können
zum Beispiel 20-60 Sekunden oder auch 5 Minuten eingesetzt werden.
UMTS Verkehrsmodelle für HTTP-Verkehr haben gezeigt,
dass die mittlere Lesezeit zwischen dem Download zweier Seiten ca.
40 Sekunden dauert. Der Timer T_Delete sollte daher in diesen Grössenordnungen
einstellbar sein.
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Das Ausführungsbeispiel wurde anhand
des Funkparameters Modulations- und Codierschema beschrieben. Es
lässt sich
ohne Weiteres auf die Funkparameter Sendeleistungsregelung (Power
Control), Steuerung einer richtungsselektiven Antenne und/oder einer
adaptiven Antenne (Smart Antenna/Switch Beam Control) oder netzwerkgesteuerte
Neuauswahl von Funkzellen (Network Control Cell Reselection) übertragen. Desweiteren
kann bei der Einführung
der Ortsbestimmungsdienste (Location Services) auch der Ort des
Teilnehmers zwischengespeichert werden. Dazu muss die obige Tabelle
durch entsprechende weitere Einträge ergänzt werden.
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Im Fall der Sendeleistungssteuerung
wird in der Paketdatensteuerungseinheit die abschließende Sendeleistungseinstellungen
des zuletzt gesendeten Funkblocks des letzten zeitlich begrenzten
Paketdatenflusses der Mobilstation in Aufwärtsrichtung sowie der Basisstation
in Abwärtsrichtung
gespeichert. Bei der Übertragung
des nächsten
zeitlich begrenzten Funkblocks eines neuen Paketdatenflusses kann
diese Endeinstellung verwendet werden oder es kann in Abhängigkeit
der verstrichenen Zeit ein Sendeleistungswert aus der Endeinstellung
und einer maximalen Sendeleistung berechnet werden. Da mit muss das
Netzwerk bzw. die Teilnehmerstation nicht mit maximaler Sendeleistung
zu Beginn des Paketdatenflusses starten und warten, bis geeignete
Messwerte zur Sendeleistungsreduzierung vorliegen. Das macht die
Leistungsregelung effizienter und erhöht die Zellkapazität.
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Im Fall der Steuerung einer richtungsselektiven
oder adaptiven Antenne kann die Endrichtungsinformation der Mobilstation
in der Zelle während
des zuletzt gesendeten zeitlich begrenzten Funkblocks des letzten
Paketdatenflusses gespeichert werden. Ist die Richtung des Zugangssignals
und die Richtung des ersten empfangenen Funkblocks beim nächsten zeitlich
begrenzten Funkblock eines neuen Paketdatenflusses ähnlich der
gespeicherten alten Richtungsinformation, so kann das Funknetz sofort
in dieselbe Richtung senden, ohne langwierige Richtungsmessungen
durchführen
zu müssen.
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Die netzwerkgesteuerte Neuauswahl
von Funkzellen basiert auf Messdaten, die von der Mobilstation zur
Basisstation während
eines zeitlich gesendeten Paketdatenflusses in einem Netzwerkprotokoll
(Network Controlled Cell Reselection, Measurement Report) gesendet
werden. Es wird der Empfangspegel der Zelle sowie der Nachbarzellen
und auch der Interferenzpegel am Ort der Teilnehmerstation übertragen.
In dem Netzwerk werden diese Werte pro Teilnehmer gespeichert oder
es wird ein Mittelwert gebildet, der sich auf Messungen über mehrere
zeitlich begrenzte Funkblöcke
in einem periodischen Messzeitraum bezieht. Damit kann das Netzwerk
entscheiden, ob der Teilnehmer im Fall von Kapazitätsengpässen in
der jetzigen Zelle in eine Nachbarzelle verschoben werden soll.
Desgleichen gilt im Fall von Nachbarzellen, in denen die Verbindung besser
als zur jetzigen Zelle ist. In der Tabelle können die Messwerte gespeichert
werden, so dass das Netzwerk über
einen längeren
Zeitraum über
die Verbindungsqualität
zum Teilnehmer informiert ist. Ausserdem werden evtl. Zellwechsel
und deren Grund (Signalpegel, Kapazität, etc.) gespeichert.
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Diese Messergebnisse koennen auch
in den Gleichungen (1) bis (4) als Eingangsparameter verwendet werden.
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Bei den Ortsbestimmungsdiensten (Location
Services) wird die Position des Teilnehmers mittels standardisierter
Verfahren ermittelt, beispielsweise ueber Signallaufzeiten zu mehreren
Basisstationen im Funkbereich des Teilnehmers. Dieser Positions-Wert
wird ebenfalls periodisch ermittelt und zwischengespeichert, um Anfragen
(location request) von nachfolgenden Netzeinheiten zur Position
eines Teilnehmers schnell befriedigen zu können.
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Der zeitliche Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Pollingsignalen während
der Übertragung
eines zeitlich begrenzten Paketdatenflusses kann unterschiedlich
eingestellt werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
(siehe 2) beträgt der zeitliche
Abstand zwischen einem ersten Pollingsignal POS1 und einem zweiten
Pollingsignal POS2 T_Start. Die darauf folgenden Pollingsignale
POST folgen mit zunehmenden zeitlichen Abständen, für die beispielsweise gilt: T = Bi-1·T start (6)
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Dabei ist T der zeitliche Abstand
zwischen benachbarten Pollingsignalen i und i+1 und B ein konstanter,
frei wählbarer
Faktor. Sobald der zeitliche Abstand zwischen benachbarten Pollingsignalen
POSi, POSi+1 einen Maximalwert T_max erreicht hat, wird dieser beibehalten.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel
(siehe 3) werden die
ersten N Pollingsignale POS in einem konstanten Zeitabstand T_start
gesendet. Anschließend
wird der zeitliche Abstand zwischen aufeinander folgenden Pollingsignalen
POS entsprechend einem exponentiellen Gesetz vergrößert: T = Bi-1·T start, (7)
wie anhand
der 2 erläutert. Bei
Erreichen eines Maximalwerts T_max für den zeitlichen Abstand werden die
folgenden M Pollingsignale jeweils im zeitlichen Abstand T_max gesendet.
Danach wird der zeitliche Abstand aufeinander folgender Pollingsignale
für die
nächsten
N Pollingsignale wiederum auf den Startwert T_start gesetzt. Diese
zeitliche Verteilung der Pollingsignale POS eignet sich besonders
zur Einstellung von richtungsselektiven/adaptiven Antennen.
