-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine
Vorrichtung, eine Sende- und/oder Empfangseinheit und ein
Kommunikationssystem zur Durchführung einer räumlich selektiven
Paketdatenübertragung in einem Mobilfunksystem nach dem
Universal Mobile Telecommunications System-Standard UMTS.
-
Die aktuelle Version des UMTS-Standards, bezeichnet als
Release 4, Stand 09/2001, beinhaltet drei
Funkübertragungstechnologien: den Frequenzbereichsduplex bzw. FDD-Mode, den 3.84 Mcps
Zeitbereichsduplex bzw. TDD-Mode und den 1.28 Mcps TDD-
Mode, siehe [1]-[5]. Beim 1.28 Mcps TDD-Mode handelt es sich
um das chinesische Mobilfunksystem TD-SCDMA, das ebenso wie
der 3.84 Mcps TDD-Mode die Techniken TDMA und CDMA
kombiniert. In TD-SCDMA erfolgt die Datenübertragung von Up- und
Downlink auf einer Frequenz bei einer Trennung per
Zeitmultiplex. Unter dem Begriff Uplink wird die Übertragung der Daten
von einem mobilen Teilnehmer-Endgerät, beispielsweise einem
Handy o. ä., zu einer Basisstation verstanden. Das mobile
Teilnehmer-Endgerät wird nachfolgend UE genannt, die
Basisstation wird als NodeB bezeichnet. Entsprechend wird die
Übertragung der Daten von der NodeB zur UE als Downlink
bezeichnet. Die Trennung der Kanäle erfolgt über orthogonale
Spreizcodes.
-
In TD-SCDMA ist die Anwendung von intelligenten
Antennensystemen, s. g. Smart Antennas, in den NodeBs vorgesehen. Diese
Antennentechniken sind neu und dienen dazu, die
Teilnehmerkapazität zu erhöhen und neue Dienste mit hohem
Bandbreitebedarf zu ermöglichen. Ein intelligentes Antennensystem stellt
im Prinzip eine Gruppenantenne dar, in der mehrere
Einzelantennen zusammengeschaltet sind. Mit der Gruppenantenne kann
sowohl im Sende- als auch im Empfangsfall gleichzeitig
mehrere Richtcharakteristika gebildet werden. Dadurch ist eine
räumlich selektive Abstrahlung zu und/oder der räumlich
selektive Empfang von verschiedenen UEs möglich. Auf diese
Weise können störende Effekte, wie z. B. die
Mehrfachzugriffsinterferenz bzw. Multiple Access Interference, beträchtlich
gemindert werden.
-
Die Verwendung von Smart Antennas führt dazu, dass die
Sendeleistungen sowohl der NodeBs als auch der UEs reduziert
werden können. Damit lässt sich der Energieverbrauch senken, was
beispielsweise bei Handys im Sinne einer längeren
Betriebsdauer wünschenswert ist. Die Vorteile von Smart Antennas
müssen aber durch einen relativ hohen Aufwand bei der
Realisierung der NodeBs erkauft werden. Neben den nun mehrfach
benötigten analogen Sende- und Empfangskomponenten muss sehr viel
Signalverarbeitung eingesetzt werden: Aus dem Empfangssignal
müssen Parameter, wie z. B. die Einfallsrichtung, bestimmt
werden, das Antennendiagramm muss durch ein s. g. Beamforming
richtig geformt und den UEs im Zuge des s. g. Beamtracking
nachgeführt werden. Da sowohl eine angepaßte Ausformung des
Antennendiagramms und im Fall beweglicher mobiler Teilnehmer-
Endgeräte auch eine Nachführung der Antennencharakteristik
erforderlich sind, so werden nachfolgend stets Beamforming
und/oder Beamtracking betrachtet werden. Eine Konzentration
auf eine der beiden Techniken allein ist damit nicht
ausgeschlossen.
-
Derzeit ist das Beamforming und/oder Beamtracking für eine
Paketdatenübertragung in TD-SCDMA sowohl mit Dedicated
Channels als auch mit Shared Channels möglich. Auf jeden Fall
benötigt die NodeB hierzu immer einen Rückkanal vom jeweiligen
UE.
-
Zur Übertragung insbesondere von unregelmässig anfallenden
Paketdatenverkehr in DL- und UL-Richtung sind in TD-SCDMA die
Transportkanäle Downlink Shared Channel DSCH und Uplink
Shared Channel USCH spezifiziert. Der DSCH wird auf den
physikalischen Kanal Physical Downlink Shared Channel PDSCH
abgebildet, während der USCH auf den physikalischen Kanal Physical
Uplink Shared Channel PUSCH abgebildet wird. Das besondere an
diesen Kanälen ist, dass das UMTS-Funknetz diese Ressourcen
innerhalb einer Zelle reservieren kann und diese Ressourcen
für eine gewisse Zeit einer bestimmten UE zuweisen kann, so
dass es in der angegebenen Zeit eine nur dieser einen UE
gewidmete Ressource ist. Dadurch lässt sich unregelmässig
anfallender Paketdatenverkehr in effizienter Weise an das UE
senden.
-
Das Beamforming und/oder Beamtracking mit den Shared Channels
wird folgendermassen durchgeführt: Die NodeB teilt dem UE
über die Nachricht Physical Shared Channel Allocation mit,
welche und für welchen Zeitraum PDSCH- und PUSCH-Ressourcen
für die folgenden Paketdatenübertragungen allokiert sind.
Diese Nachricht wird über einen s. g. Forward Access Channel
bzw. FACH-Transportkanal an das UE gesendet, wobei der FACH
auf einen physikalischen Kanal abgebildet wird, den s. g.
Secondary Common Control Physical Channel S-CCPCH. Der S-CCPCH
wird dabei von der NodeB in die gesamte Zelle übertragen, da
diese zum diesem Zeitpunkt noch nicht weiss, wo sich das UE
in der Zelle befindet. Wenn das betreffende UE die Nachricht
empfängt, sendet es als Antwort den PUSCH zur NodeB. Anhand
dieser Antwort kann die NodeB die Position der UE in der
Zelle bestimmen. Mit dieser Information sendet die NodeB jetzt
die zu übertragenen Paketdaten über die PDSCH-Ressourcen
räumlich gerichtet zum UE. Nach jedem Empfang der PDSCH
sendet dann das UE als Antwort den PUSCH, den die NodeB
ebenfalls räumlich gerichtet empfängt. Anhand dieses Rückkanals
kann die NodeB das Beamforming und/oder Beamtracking während
der gesamten Dauer der Paketdatenübertragung korrekt
durchführen.
-
Nach dem derzeitigen Stand der Technik ist auch eine rein
unidirektionale Paketdatenübertragung im Downlink über die
PDSCH ohne entsprechende PUSCH-Ressourcen möglich. Allerdings
ist in diesem Fall kein Beamforming und/oder Beamtracking
durchführbar.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren, eine Vorrichtung, eine Sende- und/oder
Empfangseinheit und ein Kommunikationssystem vorzuschlagen, die eine
räumlich selektive Paketdatenübertragung auf effizienter
Weise ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Ferner sind eine Sende-
und/oder Empfangseinheit nach Anspruch 4 und ein
Kommunikationssystem mit den Merkmalen von Anspruch 5 eine Lösung dieser
Aufgabe. Die Unteransprüche definieren jeweils bevorzugte und
vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
-
Die vorliegende Erfindung offenbart mithin ein Verfahren, mit
dem eine räumlich selektive Paketdatenübertragung zu einer
Mobilfunkstation im UMTS 1.28 Mcps TDD-Mode, TD-SCDMA,
durchgeführt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren beinhaltet
dabei folgende drei Merkmale:
- - Verwendung des Uplink Pilot Channels UpPCH als Rückkanal
für den Physical Downlink Shared Channel PDSCH;
- - Übertragung eines Uplink-Synchronisationscodes SYNC-UL
Code als Antwort für den empfangenen PDSCH und
- - Signalisierung des zu übertragenden SYNC-UL Codes durch
einen PDSCH-spezifischen Midamble.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur räumlich selektiven
Paketdatenübertragung ermöglicht das Beamforming oder
Beamtracking auch im Falle einer unidirektionalen
Paketdatenübertragung über den Physical Downlink Shared Channel PDSCH, indem
auf Ressourcen-effizienter Weise der Uplink Pilot Channel
UpPCH als Rückkanal verwendet wird. Auf diese Weise können
störende Effekte, wie z. B. die Mehrfachzugriffsinterferenz
bzw. Multiple Access Interference, beträchtlich gemindert
werden. Es werden damit also nicht länger alle sendenden UEs
von einem NodeB empfangen, sondern nur noch die, die auch
möglichst gut gehört bzw. empfangen und verarbeitet werden
sollen. Daraus ergibt sich eine wesentlich vereinfachte
Signalaufbereitung und Selektion der einzelnen gemeinsam
empfangenen Signale. Ferner können damit auch die
Sendeleistungen der NodeBs und UEs reduziert werden.
-
Die Signalisierung der PDSCH- und UpPCH-Ressourcen wird als
SYNC-UL Code im Downlink über die Nachricht Physical Shared
Channel Allocation vorgenommen.
-
Zur Darstellung weiterer Vorteile wird auf die Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels verwiesen.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung unter detaillierter Darstellung
des Standes der Technik anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels erläutert.
-
Fig. 1 zeigt eine skizzierte Darstellung einer
Mobilfunkzelle bei räumlich selektiver Paketdatenübertragung
einer Basisstation NodeB zu mehreren Mobilstationen
UE1, UE2, UE3 als vereinfachtes Blockschaltbild zur
Realisierung einer bekannten Leistungsregelung;
-
Fig. 2 stellt einen zeitlichen Ablauf einer bidirektionalen
Paketdatenübertragung mit PDSCH und PUSCH dar;
-
Fig. 3 zeigt eine Rahmenstruktur in TD-SCDMA;
-
Fig. 4 stellt eine Struktur eines Traffic-Bursts dar;
-
Fig. 5 zeigt eine Burststruktur des
Downlink-Synchronisationsbursts;
-
Fig. 6 zeigt eine Burststruktur des
Uplink-Synchronisationsbursts und
-
Fig. 7 zeigt einen zeitlichen Ablauf einer unidirektionalen
Paketdatenübertragung mit PDSCH und UpPCH.
-
Ferner sind der Zeichnung zwei Tabellen beigefügt, von denen
Tabelle 1 eine Übersicht über eine Zusammensetzung der
Codegruppen in TD-SCDMA und
Tabelle 2 eine Assoziation von Midamble und SYNC-UL Codes für
Beamforming und/oder Beamtracking wiedergibt.
-
Bei schon im vorstehenden Text werden auch nachfolgend im
wesentlichen die Fachbegriffe verwendet, wie sie für den
Fachmann in diesem Gebiet der Technik geläufig sind. Dabei muß in
Kauf genommen werden, dass es sich hierbei vor allem um
englisch sprachige Begriffe handelt, für die es jedoch keine
geläufige deutsche Übersetzung gibt.
-
In Fig. 1 ist ein Beispiel dargestellt, in der eine
Basisstation NodeB zu mehreren Teilnehmer-Endgeräten UE1, UE2, UE3
eine räumlich selektive Datenübertragung durchführt. Dazu ist
die NodeB mit einer Gruppenantenne versehen, die sowohl im
Sende- als auch im Empfangsfall gleichzeitig mehrere
Richtcharakteristika ausbildet. Dadurch ist eine räumlich
selektive Abstrahlung zu bzw. der räumlich selektive Empfang von den
verschiedenen UEs möglich. Auf diese Weise können störende
Effekte, wie z. B. die Mehrfachzugriffsinterferenz bzw.
Multiple Access Interference, beträchtlich gemindert werden.
-
In der Abbildung von Fig. 2 ist der Ablauf einer räumlich
selektiven Paketdatenübertragung über die Shared Channels als
eine derzeit gegebene Möglichkeit für Beamforming und/oder
Beamtracking für eine Paketdatenübertragung in TD-SCDMA
dargestellt. Auf jeden Fall benötigt die NodeB hierzu immer
einen Rückkanal vom jeweiligen UE, wie die
Datenübertragungspfeile andeuten, die über den Physical Uplink Shared Channel
PUSCH vom UE an die NodeB übertragen werden.
-
Zum besseren Verständnis eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nun kurz die Rahmen- und Zeitschlitzstruktur in TD-SCDMA
beschrieben. In TD-SCDMA ist ein Frequenzkanal in 10
Zeitschlitzen bzw. Time slots eingeteilt, die wiederum in Rahmen
bzw. Frames und Unter-Rahmen bzw. Subframes zusammengefasst
sind. In der Abbildung von Fig. 3 ist die entsprechende
Rahmenstruktur vereinfacht dargestellt. Ein Frame hat eine Länge
von 10 ms, während ein Subframe 5 ms lang ist. Innerhalb der
Zeitschlitze werden die zu übertragenden Daten in einer fest
vorgegebenen Struktur, den sog. Bursts, übertragen. Dabei
gibt es drei Typen von Zeitschlitzen mit den entsprechenden
Bursts: traffic burst, downlink synchronisation burst und
uplink synchronisation burst.
-
Der traffic burst wird in den Zeitschlitzen Ts0, Ts1, . . .,
Ts6 verwendet und besteht aus zwei Datenblöcken, einem
Midamble-Teil zur Kanalschätzung und einer Schutzzeit, die sog.
Guard Period GP. Insgesamt besteht der Burst aus 864 chips,
siehe Fig. 4. Jeder Datenblock besteht aus 352 chips. Die
Midamble hat eine Länge von 144 chips und die GP ist 16 chips
lang.
-
Mit der im TD-SCDMA definierten Chipfrequenz von 1.28 Mcps,
das entspricht einer Chipdauer von Tc = 781.25 ns, hat der
Traffic-Burst eine Länge von 675 µs. In den Zeitschlitzen
Ts0, Ts1, . . ., Ts6 lassen sich bis zu 16 Traffic-Bursts
unterbringen, die sich durch ihren Spreizcode unterscheiden.
Entsprechend dem Spreizfaktor kann pro Burst eine
unterschiedliche Anzahl von Daten übertragen werden.
-
Der downlink synchronisation burst wird nur im Downlink Pilot
Time Slot DwPTS verwendet und besteht aus einer Guard Period
der Länge 32 chips und einem SYNC-DL-Block der Länge 64
chips, siehe die Abbildung von Fig. 5. Entsprechend wird der
uplink synchronisation burst nur im Uplink Pilot Time Slot
UpPTS verwendet und besteht aus einem SYNC-UL-Block der Länge
128 chips und einer Guard Period GP der Länge 32 chips, wie
in der Abbildung von Fig. 6 skizziert. Zwischen diesen
beiden Synchronisationsbursts ist ein Zeitschlitz mit einer
Guard Period GP von 96 chips Länge vorgesehen, um eine
gegenseitige Störung zu vermeiden.
-
In TD-SCDMA sind alle Zell-spezifischen Codes, also SYNC-DL
Codes, SYNC-UL Codes, Scrambling Codes und Basic Midamble
Codes, in insgesamt 32 Codegruppen zusammengefasst. Tabelle 1
gibt hierzu einen Überblick. Jede Funkzelle wird mit einer
bestimmten Codegruppe konfiguriert. Wenn beispielsweise eine
Zelle mit der Codegruppe 1 konfiguriert wird, dann verwendet
es einen Downlink-Synchronisationscode SYNC-DL Code mit der
ID 0, acht Uplink-Synchronisationscodes SYNC-UL Codes mit den
IDs 0 bis 7, einen von vier möglichen Scrambling Codes mit
den IDs 0 bis 3, sowie einen von vier möglichen Basic
Midamble Codes mit den IDs 0 bis 3.
-
Um nun Beamforming und/oder Beamtracking auch im Falle einer
unidirektionalen Paketdatenübertragung im Downlink über den
PDSCH durchführen zu können, wird als Rückkanal der UpPCH
gewählt, über der die Zell-spezifischen SYNC-UL Codes im UpPTS
übertragen werden. Die Verwendung des UpPCHs hat den Vorteil,
dass dieser eine Ressourcen-effiziente Lösung darstellt: Die
Übertragung eines SYNC-UL Codes repräsentiert prinzipiell
eine 1-Bit-Information. Ferner werden für den UpPCH keine
Spreizcodes, Scrambling Codes oder Midamble Codes benötigt.
-
Wie bereits erwähnt, gibt es insgesamt 256 SYNC-UL Codes.
Jeweils acht Codes sind jedoch in der jeweiligen Zelle für die
Uplink Synchronisation reserviert und kommen daher für
Beamforming und/oder Beamtracking nicht in Frage. Die restlichen
256 - 8 = 248 Codes kann man prinzipiell für Beamforming
und/oder Beamtracking verwenden, wobei jedoch maximal acht
Codes genügen. Wenn also die NodeB über die PDSCH Paketdaten
an das UE senden will, dann soll diese vorher per FACH bzw.
S-CCPCH dem UE signalisieren, welche acht von den 248 in
Frage kommenden SYNC-UL Codes hierfür verwendet werden sollen.
Nach jedem Empfang des PDSCH sendet dann das UE als Antwort
einen von den acht möglichen SYNC-UL Codes über den UpPCH.
Die Signalisierung des zu übertragenden SYNC-UL Codes erfolgt
dabei durch den PDSCH-spezifischen Midamble. In Tabelle 2 ist
die Zuordnung der jeweiligen Midamble Codes und den SYNC-UL
Codes in Abhängigkeit von der Codegruppe definiert.
-
Die Daten über den PDSCH sowie S-CCPCH werden in Form des
Traffic-Bursts übertragen. Aufgrund des in TD-SCDMA maximalen
Spreizfaktors von 16 kann man also pro Zeitschlitz 16
verschiedene physikalische Kanäle übertragen. Insgesamt stehen
damit auch 16 verschiedene Midamble Codes zur Verfügung, die
aus dem Zell-spezifschen Basic Midamble Code generiert
werden.
-
Wenn nun beispielsweise die NodeB dem UE per FACH bzw. S-
CCPCH signalisiert, dass für Beamforming/Beamtracking die
Uplink-Synchronisationscodes der Codegruppe 32 verwendet
werden sollen, dann stehen hierfür die SYNC-UL Codes mit den IDs
248 bis 255 zur Verfügung. Als Antwort für den empfangenen S-
CCPCH bzw. PDSCH überträgt das UE den SYNC-UL Code, welches
durch den PDSCH-spezifischen Midamble im S-CCPCH bzw. PDSCH
signalisiert wird. Wenn also der S-CCPCH bzw. PDSCH mit dem
Midamble m(1) oder m(9) übertragen wird, dann sendet das UE
über den UpPCH den SYNC-UL Code 248.
-
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird angenommen,
dass die Funkzelle mit der Codegruppe 1 konfiguriert ist,
sowie mit der Codegruppe 32 zur Durchführung von Beamforming
und/oder Beamtracking für unidirektionale
Paketdatenübertragung im Downlink mit PDSCH. Ferner soll der S-CCPCH sowie der
PDSCH in Form des Traffic-Bursts mit der Midamble m(9)
übertragen werden. In der Abbildung von Fig. 7 ist der zeitliche
Ablauf der räumlich selektiven unidirektionalen
Paketdatenübertragung mit PDSCH und UpPCH dargestellt, also von der
NodeB zu dem UE:
Die NodeB will Paketdaten auf Ressourcen-effizienter Weise
und mit Beamforming und/oder Beamtracking über den PDSCH zum
UE senden. Hierzu teilt die NodeB dem UE zuerst über die
Nachricht Physical Shared Channel Allocation mit, welche
PDSCH- und UpPCH-Ressourcen als SYNC-UL Codes der gewählten
Codegruppe 32 für die folgenden Paketdatenübertragungen im
Downlink allokiert sind. Ferner wird mitgeteilt, für welchen
Zeitraum diese Ressourcen allokiert sind. Diese Physical
Shared Channel Allocation-Nachricht wird über den FACH bzw. S-
CCPCH an das UE gesendet. Der S-CCPCH wird dabei von der
NodeB in die gesamte Zelle übertragen, da diese zum diesem
Zeitpunkt noch nicht weiss, wo sich das UE in der Zelle
befindet. Wenn das betreffende UE die Nachricht empfängt,
sendet es als Antwort den UpPCH zur NodeB. Das UE sendet hierzu
aufgrund der Signalisierung durch die Übertragung des
Midambles m(9) im S-CCPCH im UpPCH den SYNC-UL Code 248,
vergleiche Tabelle 2.
-
Anhand dieser Antwort kann die NodeB die Position der UE in
der Zelle bestimmen. Mit dieser Information sendet die NodeB
jetzt die zu übertragenen Paketdaten über die PDSCH-
Ressourcen mit dem Midamble m(9) räumlich gerichtet zum UE.
Nach jedem Empfang der PDSCH sendet dann das UE als Antwort
den UpPCH mit SYNC-UL Code 248, den die NodeB ebenfalls
räumlich gerichtet empfängt. Anhand dieses Rückkanals kann die
NodeB das Beamforming und/oder Beamtracking während der
gesamten Dauer der Paketdatenübertragung korrekt durchführen.
-
Hintergrundangaben zu UMTS 1.28 Mcps TDD-Mode TD-SCDMA finden
sich zusammengefaßt insbesondere an folgenden im vorstehenden
Text referenzierten Stellen:
[1] 3GPP TS 25.221 V4.2.0 (2001-09): Physical channels and
mapping of transport channels onto physical channels
(TDD)
[2] 3GPP TS 25.222 V4.1.0 (2001-09): Multiplexing and
channel coding (TDD)
[3] 3GPP TS 25.223 V4.2.0 (2001-09): Spreading and
modulation (TDD)
[4] 3GPP TS 25.224 V4.2.0 (2001-09): Physical layer
procedures (TDD)
[5] 3GPP TS 25.225 V4.2.0 (2001-09): Physical layer -
Measurements (TDD)
Bezugszeichenliste
CDMA Codemultiplex/Code Division Multiple Access
DL Downlink
DSCH Downlink Shared Channel
DwPTS Downlink Pilot Timeslot
FACH Forward Access Channel
FDD Frequenzbereichsduplex/Frequency Division Duplex
GP Überwachungsperiode/Guard Period
Mcps Mega chips per second
PDSCH Physical Downlink Shared Channel
PUSCH Physical Uplink Shared Channel
S-CCPCH Secondary Common Control Physical Channel
TDD Zeitbereichsduplex/Time Division Duplex
TDMA Zeitbereichsvielfachzugriff/Time Division Multiple
Access
TD-SCDMA Time Division Synchronous CDMA
UE Teilnehmer-Endgerät/User Equipment
UL Uplink
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
UpPCH Uplink Pilot Channel
UpPTS Uplink Pilot Timeslot
USCH Uplink Shared Channel