DE10137502A1 - Verfahren zum Einstellen der Datenübertragunsrate in einem Mehr-Träger-System - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Datenübertragungsrate in einem Mehr-Träger-System, bei dem mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers eines Protokollmodells des Mehr-Träger-Systems dem PHY-Layer des Protokollmodells eine feste Datenübertragungsrate vorgibt und der PHY-Layer Parameter einer adaptiven Modulation der Träger bzw. Trägerfrequenzen bestimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Datenübertragungsrate in einem Mehr-Träger-System nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing (im folgenden kurz als OFDM bezeichnet) ist ein Multiplex- oder Mehrfachzugriffsverfahren auf einen Übertragungskanal, bei dem ein zu übertragender, digitaler Datenstrom in mehrere parallele, digitale Datenströme aufgeteilt wird, die auf orthogonale Träger(frequenzen) moduliert werden.
• Das zur Übertragung zur Verfügung stehende Frequenzspektrum des Übertragungskanals wird bei OFDM in mehrere Teilfrequenzbereiche aufgeteilt, die den Trägern (auch als Subcarrier bezeichnet) zugeordnet sind. Jeder Träger wird bei OFDM unabhängig von anderen Trägern mit dem ihm zugewiesenen, digitalen Datenstrom moduliert. Hierzu können beispielsweise digitale Modulationsverfahren, wie PSK (Phase-Shift-Keying) oder Abwandlungen davon eingesetzt werden.
• Ein wesentlicher Vorteil von OFDM gegenüber anderen breitbandigen Modulationsverfahren, wie die Spreizband-Verfahren, Frequence-Hopping und Direct-Sequence-Spread-Spectrum (FHSS bzw. DSSS) besteht darin, dass eine aufwendige Kanalentzerrung entfallen kann. Da Daten mittels einer Vielzahl von Trägerfrequenzen parallel übertragen werden und jede Trägerfrequenz nur einen kleinen Teilbereich des zur Übertragung zur Verfügung stehenden Frequenzspektrums beansprucht, kann eine Kanalmodellierung wesentlich einfacher als bei einem System ausfallen, bei dem ein oder nur wenige Träger über einen großen Frequenzbereich gespreizt werden.
• OFDM wird beispielsweise in Wireless-LANs (Local-Area-Networks) eingesetzt, die auf dem HiperLAN/2-Standard der ETSI (European Telecommunications-Standard-Institute) basieren. HiperLAN steht für High-Performance-Radio-LAN. Hierbei sind insgesamt 52 Trägerfrequenzen vorgesehen, wovon 48 als Nutzträgerfrequenzen und 4 als Pilotträgerfrequenzen genutzt werden. Es steht ein Frequenzbereich von 5,15-5,3 GHz für die Übertragung zur Verfügung. Abhängig vom Modulationsverfahren der einzelnen Träger können Datenübertragungsraten von 6, 12, 27 bis 54 Mbit/s erzielt werden.
• Aufgrund der Unempfindlichkeit gegenüber Impulsstörern, die ein breitbandiges Störspektrum erzeugen, eignet sich OFDM auch für die Powerline-Communication (PLC).
• Der Protokoll-Stack von HiperLAN/2-Systemen umfasst die beiden Layer PHY (Physical-Layer) und DLC (Data-Link-Control), die für die Datenübertragungsrate eine wesentliche Rolle spielen. Der PHY-Layer und die Basic-Data-Transport-Functions des DLC-Layers sind in den ETSI-Dokumenten TS 101 475 bzw. TS 101 761-1 beschrieben.
• Der PHY-Layer stellt grundlegende Datentransportfunktionen für den DLC-Layer bereit. Er entspricht im wesentlichen der Bitübertragungsschicht des ISO-OSI-Referenzmodells. Wichtige Elemente des PHY-Layers sind u. a. Basisband-Modem und RF (Radio-Frequency)-Modul. Aufgabe des PHY-Layers ist es, insbesondere Funktionen zum Abbilden bzw. Zuweisen von DLC-PDUs (Protocol-Data-Units) auf bzw. zu PHY-Bursts bereitzustellen, mit denen Daten übertragen werden. Der DLC-Layer umfasst MAC(Medium-Access-Control)-Funktionen zum Zugriff auf das Übertragungsmedium.
• Die oben erwähnten Datenübertragungsraten von 6, 12, 27 bis 54 Mbit/s werden durch den DLC-Layer, insbesondere dessen MAC-Funktionen, vorgegeben. Die Einstellung erfolgt bei HiperLAN/2 über die in der Tabelle 1 definierten PHY-Modi.
• Hierbei sind für den Frame-Channel (FHC) ein Modus, für den Short-Transport-Channel (SCH) drei und für den Long-Transport- Channel (LCH) 7 Modi vorgesehen. In Tabelle 2 sind die Übertragungsraten der Datenbits pro Symbol für die unterschiedlichen PHY-Modi in Tabelleform aufgeführt. Tabelle 1
  
  Tabelle 2
  
  
• Um nun eine Anpassung an die Eigenschaften eines Übertragungskanals vorzunehmen, muss über die MAC-Funktionen des DLC-Layers der PHY-Modus umgestellt werden. Dieses Verfahren ist erforderlich, da die MAC-Funktionen die Länge eines Zeitschlitzes (Slots) berechnen müssen, in dem Daten übertragen werden können. Allerdings ist dies nur möglich, wenn der DLC- Layer auch die Datenübertragungsrate bestimmen kann.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Einstellen der Datenübertragungsrate in einem Mehr-Träger- System vorzuschlagen, das flexibler als das eingangs erläuterte Verfahren ist und gleichzeitig einen geringeren Implementierungsaufwand erfordert.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Ein der Erfindung zugrunde liegender, wesentlicher Punkt ist es, eine adaptive Modulation der einzelnen Träger in dem Mehr-Träger-System einzuführen, die innerhalb des PHY-Layers selbständig vorgenommen wird, also unabhängig von restriktiven Vorgaben des DLC-Layers, insbesondere von dessen MAC- Funktionen.
• Die Erfindung betrifft also ein Verfahren zum Einstellen der Datenübertragungsrate in einem Mehr-Träger-System, bei dem mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers eines Protokollmodells des Mehr-Träger-Systems dem PHY-Layer des Protokollmodells eine feste Datenübertragungsrate vorgibt und der PHY- Layer Parameter einer adaptiven Modulation der Träger bzw. Trägerfrequenzen bestimmt.
• Von MAC-Funktionen des DLC-Layers wird somit lediglich eine feste Datenübertragungsrate vorgegeben, nicht aber der spezielle PHY-Modus zur Übertragung, der - wie eingangs erläutert - auch das Modulationsverfahren bestimmt. Hierdurch wird der DLC-Layer entlastet, da er nicht mehr die Einstellung der Parameter für die Datenübertragung und insbesondere Modulation vornehmen muss. Er wird dadurch leichter implementierbar.
• Zudem kann er durch die Vorgabe der Datenübertragungsrate weiterhin die Länge der Zeitschlitze zur Datenübertragung berechnen. Zusammenfassend legt also der DLC-Layer für eine adaptive Modulation nur noch die Datenübertragungsrate fest, während der PHY-Layer die Parameter der adaptiven Modulation selbstständig festlegt. Dadurch wird eine wesentlich flexiblere Lösung als die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen erhalten.
• Insbesondere kann der PHY-Layer die zu übertragenden Daten auf die Träger bzw. Trägerfrequenzen verteilen, indem er Modulation und Coderate der Träger bestimmt.
• Vorzugsweise basiert der PHY-Layer auf OFDM. Bei OFDM können Daten auf Träger, beispielsweise mittels BPSK, QPSK und 16/64-QAM, aufmoduliert werden. Dem PHY-Layer stehen damit mehrere Modulationsverfahren zur Verfügung, die durch unterschiedliche Coderaten verschiedenste Datenübertragungsraten für unterschiedliche Übertragungskanäle ermöglichen.
• In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform wird das Mehr- Träger-System in einem auf dem HiperLAN/2-Standard basierendem Wireless LAN eingesetzt.
• Durch den HiperLAN/2-Standard sind derzeit erste 7 PHY-Modi mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten definiert. Grundsätzlich sind weitere Modi frei, da noch nicht spezifiziert. Vorzugsweise werden nun zweite 7 Modi mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten definiert, denen jeweils nur eine vorgegebene Datenübertragungsrate zugeordnet ist, nicht aber eine bestimmte Modulation und Coderate wie bei den definierten, ersten 7 PHY-Modi. Die zweiten 7 PHY-Modi können somit idealerweise für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden.
• Vorzugsweise werden nach Auswahl eines der zweiten 7 Modi durch mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers die Parameter der adaptiven Modulation der Träger durch den PHY-Layer bestimmt. Mit anderen Worten wählt der DLC-Layer einen der zweiten 7 Modi aus, bestimmt dadurch aber lediglich die Datenübertragungsrate. Anhand dieser Information kann der DLC- Layer dann die Länge der Zeitschlitze bzw. Slots berechnen. Anschließend kann nach einer Signalisierung des ausgewählten Modus der PHY-Layer die Parameter der adaptiven Modulation bestimmen, also insbesondere Coderate und Modulationsverfahren.
• Da weiterhin die ersten 7 Modi zur Verfügung stehen, kann bei einem Verbindungsaufbau in dem Mehr-Träger-System einer dieser ersten 7 Modi verwendet werden; danach schaltet mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers auf eine feste Coderate um, signalisiert dies dem PHY-Layer, der daraufhin die Parameter zur adaptiven Modulation bestimmt.
• Schließlich kann bei einer Zunahme der Fehlerrate von Daten, die vom Mehr-Träger-System über einen Übertragungskanal übertragen werden, mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers dem PHY-Layer signalisieren, andere Parameter einer adaptiven Modulation der Träger zu bestimmen. Vereinfacht ausgedrückt, wird dadurch bei einer Veränderung der Eigenschaften des Übertragungskanals auf eine andere Datenübertragungsrate umgeschaltet. Bei einer Verschlechterung der Eigenschaften kann auf eine niedrigere, bei einer Verbesserung auf eine höhere Datenübertragungsrate umgeschaltet werden.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines auf HiperLAN/2 basierenden Systems kurz beschrieben. Standardgemäß sind 7 verschiedene Modi definiert, die 7 unterschiedlichen Datenübertragungsraten entsprechen. Jeder Modus ist definiert durch eine vom PHY-Layer zu verwendende Modulation und Coderate, die für alle Träger bzw. Subcarrier verwendet werden müssen. Mit diesen Informationen kann der DLC/MAC-Layer die Zeitschlitz- bzw. Slotlänge eines zu übertragenden Datenpaketes berechnen. Zu diesen 7 Modi können weitere 7 Modi definiert werden, die jeweils eine feste Datenübertragungsrate beinhalten, die Modulation und Coderate aber nicht spezifizieren. Wählt der DLC/MAC-Layer einen von diesen Modi aus, kann er weiterhin problemlos die Slotlänge eines Datenpaketes bestimmen, da die Datenübertragungsrate ja festgelegt ist. Die Parameter der adaptiven Modulation werden anschließend vom PHY-Layer selbst bestimmt.
• Da weiterhin auch die standardgemäß definierten Modi verwendet werden können, ist auch ein Verbindungsaufbau kein Problem. Bei einem Verbindungsaufbau wird ein "Standard"-Modus verwendet, so dass keine Zusatzinformationen über Träger bzw. Subcarrier übertragen werden müssen. Nach dem Verbindungsaufbau kann der DLC/MAC-Layer dann auf eine feste Coderate umschalten, und der PHY-Layer übernimmt die Signalisierung der Parameter. Falls durch Veränderungen des Übertragungskanals die Bitfehlerrate zunimmt, kann der DLC-Layer einen anderen Modus definieren, auf den der PHY-Layer dann reagieren muss.

Claims (8)

1. Verfahren zum Einstellen der Datenübertragungsrate in einem Mehr-Träger-System, bei dem mindestens eine MAC- Funktion des DLC-Layers eines Protokollmodells des Mehr- Träger-Systems dem PHY-Layer des Protokollmodells eine feste Datenübertragungsrate vorgibt und der PHY-Layer Parameter einer adaptiven Modulation der Träger bzw. Trägerfrequenzen bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der PHY-Layer die zu übertragenden Daten auf die Träger bzw. Trägerfrequenzen verteilt, indem er Modulation und Coderate der Träger bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der PHY-Layer auf OFDM basiert.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehr-Träger- System in einem auf dem HiperLAN/2-Standard basierenden Wireless-LAN eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den durch den HiperLAN/2- Standard definierten, ersten 7 PHY-Modi mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten zweite 7 Modi mit unterschiedlichen Datenübertragungsraten definiert werden, denen jeweils nur eine vorgegebene Datenübertragungsrate zugeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auswahl eines der zweiten 7 Modi durch mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers die Parameter der adaptiven Modulation der Träger durch den PHY-Layer bestimmt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbindungsaufbau in dem Mehr-Träger-System einer der ersten 7 Modi verwendet wird und danach mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers auf eine feste Coderate umschaltet und der PHY-Layer die Signalisierung von Parametern zur adaptiven Modulation übernimmt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Zunahme der Fehlerrate von Daten, die vom Mehr-Träger-System über einen Übertragungskanal übertragen werden, mindestens eine MAC-Funktion des DLC-Layers dem PHY-Layer signalisiert, andere Parameter einer adaptiven Modulation der Träger zu bestimmen.