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Die Erfindung betrifft eine Technik zur Weiterleitung von Daten in einem Mobilfunknetzwerk. Insbesondere betrifft die Erfindung die Weiterleitung von Daten mittels einer drahtlosen Relaisstation.
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Mobilfunknetzwerke umfassen üblicherweise eine Anzahl von Basisstationen, von denen jede mit einer Anzahl von Endgeräten kommunizieren kann. Während die Kommunikation zwischen den Endgeräten und den Basisstationen generell drahtlos erfolgt, verwenden die Basisstationen üblicherweise ein drahtgebundenes Netzwerk, um miteinander oder mit anderen Netzwerken zu kommunizieren. Da die drahtlosen Verbindungen zwischen den Endgeräten und den Basisstationen jeweils nur begrenzte Reichweite und begrenzte Bandbreite aufweisen, ist es häufig erforderlich, in Gebieten, in denen eine große Anzahl von Endgeräten betrieben werden sollen, beispielsweise im Bereich von Ballungszentren, eine Anzahl von Basisstationen in geringem Abstand voneinander aufzustellen. Andererseits lohnt der wirtschaftliche Aufwand, der mit dem Aufstellen einer Basisstation verbunden ist, in Gebieten, in denen nur eine geringe Anzahl von Endgeräten versorgt werden soll, häufig nicht. Die Abstände zwischen benachbarten Basisstationen können also höchst unterschiedlich sein.
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Aus der
EP 1 804 430 Al ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem die Bandbreitenanforderungen einer Mehrzahl von Endgeräten in einer Relaisstation gebündelt werden. Sodann sendet die Relaisstation eine einzige Bandbreitenanforderung an eine Basisstation. Nach der Zuweisung der nachgefragten Bandbreite richtet die Relaisstation die Kommunikationsverbindung ein und weist den nachfragenden Endgeräten jeweils einen Teil der von der Basisstation zugewiesenen Gesamtbandbreite zu.
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Die
EP 1 912 390 A1 offenbart ein drahtloses Kommunikationsverfahren, bei dem Teilnehmerstationen mit einer Basisstation kommunizieren. Die Kommunikation zwischen den Teilnehmerstationen und der Basisstation erfolgt teilweise oder vollständig über mindestens eine Relaisstation. Das Verfahren umfasst in der Relaisstation das Erkennen von von mehreren Teilnehmerstationen ausgegebenen Kapazitätsanfragen, das Verwenden der erkannten Anfragen zum Bilden mindestens einer kombinierten Kapazitätsanfrage und das Übertragen der kombinierten Kapazitätsanfrage an die Basisstation.
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Die
US 7 299 005 B1 zeigt einen drahtlosen Repeater zum Empfangen, Verstärken und Senden eines oder mehrerer drahtloser Signale. Der Repeater umfasst ein Signalverarbeitungsgerät zum Bestimmen eines oder mehrerer Attribute eines von einem mobilen Gerät empfangenen drahtlosen Signals und einen Speicher zum Speichern einer Referenzliste, die eine oder mehrere zu wiederholende bevorzugte Frequenzbandbreiten enthält.
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Aus der
US 2005/0048914 A1 ist bekannt, Datenverkehr von einer entfernten Einheit, die sich bereits im Empfangsbereich einer Basisstation befindet, dennoch durch die Zuweisung einer oder mehrerer Relaisressourcen zu erleichtern. Hierdurch soll die Servicequalität erhöht werden.
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Die
US 2007/0202897 A1 offenbart ein drahtloses Internet-Gateway, das die Lücke zwischen dem Internet und drahtlosen Geräten schließt. Das offenbarte drahtlose Internet-Gateway stellt ein Portal zu SMPP-, HTTP-, TNPP- oder anderen Protokollnachrichten unter Verwendung von RMI-Techniken bereit.
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Aus der
US 6 956 832 B1 ist ein drahtloses Telekommunikationssystem bekannt. Dieses implementiert die Zustellung von Nachrichten über dasselbe Nachrichtendienstzentrum unabhängig vom Inhaltstyp und die Verwendung desselben Protokolls zwischen dem Terminal und dem Nachrichtendienstzentrum für alle Nachrichten.
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Die
US 2004/0114574 A1 offenbart zur Unterstützung der Kommunikation einen temporären dedizierten Kanal zu verwenden. Der temporäre DCH-Kanal ist ein Kanal, der einem Benutzer mit einer festgelegten Dauer zugewiesen wird.
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Um auf kostengünstige Weise die Reichweite einer vorhandenen Basisstation zu erhöhen, können sogenannte Relaisstationen verwendet werden. Solche Relaisstationen werden innerhalb der Reichweite einer Basisstation aufgestellt und verfügen über keine drahtgebundene Anbindung an das Netzwerk der Basisstationen. Eine Relaisstation wird auch als „multi-hop relay“ bezeichnet, da sie einen zusätzlichen Zwischenpunkt in einer Verbindung definiert, eine Verbindung also wenigstens zwei Teilverbindungen („hops“) umfasst. Die Aufgabe einer Relaisstation besteht darin, dass sie den Datenverkehr zwischen der Basisstation und einem oder mehreren Endgeräten jeweils drahtlos empfängt und wieder sendet. Auf diese Weise werden Nachrichten eines Endgerätes in einem ersten Schritt an die Relaisstation und in einem zweiten Schritt von dieser an die Basisstation übermittelt. In umgekehrter Richtung erfolgt eine entsprechende Weiterleitung. Durch den Einsatz von Relaisstationen kann auf relativ einfache und kostengünstige Weise die effektive Signalstärke und damit die Reichweite einer Basisstation erhöht werden. Auch sich ändernde Anforderungen an eine Versorgung eines Gebietes mit einem Mobilfunk-Dienst können mit Relaisstationen adressiert werden, beispielsweise indem eine temporäre Relaisstation in einem Gebiet aufgestellt wird, in welchem mit einem kurzfristig hohen Bedarf an mobiler Kommunikation gerechnet wird, etwa auf einem Areal einer Messeveranstaltung oder eines Festivals.
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Durch den Einsatz von Relaisstationen können Betreiber von Mobilfunknetzen unter Vermeidung des Aufstellens vieler Basisstationen für eine Abdeckung eines größeren Areals mit einem Mobilfunkdienst sorgen. Die Erfüllung von Abdeckungskriterien ist in einigen Ländern eine Voraussetzung für eine Zulassung zum Betrieb eines Mobilfunknetzes.
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Der Organisationsaufwand für Relaisstationen kann gering gehalten werden, indem die Relaisstation selbst gegenüber der Kommunikation zwischen einem Endgerät und einer Basisstation transparent ist. Daten, die beispielsweise von einem Endgerät versandt werden, sind unmittelbar an eine Basisstation adressiert, auch wenn sie zunächst von einer Relaisstation entgegengenommen werden. Die Relaisstation decodiert die empfangenen Daten nur auf einer unteren Netzwerkschicht (Radio Link Control-Schicht) und sendet sie unverändert an die Basisstation weiter. Eine entsprechende Weiterleitung unveränderter Daten erfolgt bei der Übermittlung einer Nachricht von der Basisstation an das Endgerät über die Relaisstation. Prinzipiell müssen weder das Endgerät noch die Basisstation Kenntnis davon haben, dass ihre Kommunikation über eine Relaisstation abgewickelt wird. Einen solchen Arbeitsmodus bezeichnet man auch als „transparent“.
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Es ist jedoch auch möglich, Teile oder den gesamten Datenverkehr in der Relaisstation zu terminieren, also an die Relaisstation zu adressieren. Beispielsweise können Gesprächsdaten zwischen einem Endgerät und einer Basisstation transparent von einer Relaisstation weitergeleitet werden, während ein erster Kontrollkanal zwischen dem Endgerät und der Relaisstation besteht, und ein zweiter Kontrollkanal zwischen der Relaisstation und der Basisstation. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn der jeweilige Kontrollkanal ausschließlich die entsprechende Teilverbindung betrifft, also lediglich die Strecke zwischen dem Endgerät und der Relaisstation bzw. zwischen der Relaisstation und der Basisstation. Mittels der Kontrollkanäle können beispielsweise ein Auf- und Abbauen von Verbindungen (welche einen oder mehrere Kanäle umfassen können), die Qualität und Bandbreite von Verbindungen und weitere Funktionen realisiert werden. Dabei ist es nicht von Belang, ob die einzelnen Kanäle bzw. Verbindungen zeitlich, per Modulation, Frequenz, Phase, mittels eines Protokolls oder anderweitig voneinander getrennt sind.
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Durch die Verwendung von in der Relaisstation terminierten Kanälen bzw. Verbindungen steigt die Belastung der Relaisstation mit Verwaltungsaufgaben und die verfügbaren Bandbreiten zwischen dem Endgerät und der Relaisstation bzw. zwischen der Relaisstation und der Basisstation werden unter Umständen nicht optimal ausgenützt.
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In jedem Fall ist zu beachten, dass eine Bandbreite, welche für eine erste Kommunikation zwischen der Relaisstation und Endgeräten verwendet wird, nicht für eine zweite Kommunikation zwischen der Basisstation und der Relaisstation zur Verfügung steht, da sich beide Kommunikationen im Bereich der Relaisstation gegenseitig stören würden. Es müssen also für beide Kommunikationen voneinander unabhängige Verbindungen verwendet werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Technik bereitzustellen, mittels derer eine verfügbare Bandbreite durch eine Relaisstationen in einem Mobilfunknetzwerk optimal genutzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Relaisstation in einem Mobilfunknetzwerk, wobei die Relaisstation Daten zwischen einer Basisstation und mehreren Endgeräten drahtlos übermittelt, die Schritte des Empfangens von Bandbreiten-Anforderungen von den Endgeräten durch die Relaisstation, des Bestimmens einer aggregierten Bandbreiten-Anforderung durch die Relaisstation, des Sendens der aggregierten Bandbreiten-Anforderung an die Basisstation, und des Empfangens einer aggregierten Bandbreiten-Bewilligung von der Basisstation durch die Relaisstation.
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Die Kommunikation zwischen der Relaisstation und der Basisstation bzw. zwischen der Relaisstation und den Endgeräten kann analog oder digital erfolgen. Dabei können beliebige bekannte Modulations- und Codierungsverfahren Verwendung finden. Das Bestimmen einer aggregierten Bandbreiten-Anforderung kann beispielsweise das Bilden einer Summe mehrerer einzelner Bandbreiten-Anforderungen umfassen. In einer weiteren Ausgestaltung wird davon ausgegangen, dass jede von einem Endgerät empfangene Bandbreiten-Anforderung den gleichen Betrag einer Bandbreite betrifft, und das Bestimmen der aggregierten Bandbreiten-Anforderung umfasst das Multiplizieren der Anzahl der empfangenen Bandbreiten-Anforderungen mit dieser Bandbreite. Es können auch noch weitere Faktoren bzw. Variablen in den Schritt des Bestimmens der aggregierten Bandbreiten-Anforderung einfließen.
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Zusätzlich kann das Verfahren die Schritte des Bestimmens von Bandbreiten-Bewilligungen durch die Relaisstation für die Endgeräte auf Basis der empfangenen Bandbreiten-Bewilligung und des Sendens der Bandbreiten-Bewilligungen an die Endgeräte umfassen.
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Entspricht der Betrag der aggregierten bewilligten Bandbreite nicht dem Betrag der aggregierten angeforderten Bandbreite, so kann ein beliebiges von mehreren bekannten Verfahren verwendet werden, um die aggregierte bewilligte Bandbreite auf mehrere Verbindungen zwischen den Endgeräten und der Relaisstation aufzuteilen. Ist beispielsweise der Betrag der aggregierten bewilligten Bandbreite geringer als der Betrag der aggregierten angeforderten Bandbreite, so kann jedem Endgerät eine Bandbreite bewilligt werden, die der aggregierten Bewilligten Bandbreite geteilt durch die Anzahl der Endgeräte entspricht. In einer anderen Ausgestaltung kann beispielsweise einer Teilmenge von Endgeräten die jeweils angeforderte Bandbreite bewilligt werden, so dass die aggregierte bewilligte Bandbreite im Wesentlichen von dieser Teilmenge von Endgeräten verwendet wird. Einer anderen Teilmenge von Endgeräten kann in diesem Fall erst zu einem späteren Zeitpunkt, wenn Endgeräte der ersten Teilmenge keine Bandbreite mehr benötigen, die angeforderte Bandbreite bewilligt werden.
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Das Verfahren kann zusätzlich die Schritte des Übertragens von Daten von der Basisstation zur Relaisstation und des Übertragens von Daten von der Relaisstation zu den Endgeräten umfassen.
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Das Übertragen von Daten von der Basisstation zu den mehreren Endgeräten kann dabei eine Bandbreite einnehmen, die im Wesentlichen der bewilligten Bandbreite entspricht oder kleiner als diese ist.
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Der Schritt des Bestimmens einer aggregierten Bandbreiten-Anforderung kann das Miteinbeziehen einer Bandbreite umfassen, die für eine Übertragung von Daten erforderlich ist, welche die Relaisstation als Ziel haben.
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Insbesondere kann eine Bandbreite berücksichtigt werden, die für eine Übermittlung von Steuerinformationen von der Basisstation an die Relaisstation erforderlich ist. In einer weiteren Ausgestaltung kann eine gewisse Bandbreite pauschal für einen solchen Datenverkehr angefordert werden, unabhängig davon, ob zu übermittelnde Daten vorliegen oder nicht.
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Das Verfahren kann zusätzlich die Schritte des Bestimmens einer Qualitätsrückmeldung durch die Relaisstation, welche auf eine Qualität von zwischen der Relaisstation und den Endgeräten bestehenden Verbindungen hinweist und des Sendens der Qualitätsrückmeldung an die Basisstation umfassen.
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Die Qualitätsrückmeldung kann beispielsweise eine Kennzahl umfassen, welche auf eine verfügbare Bandbreite zwischen den Endgeräten und der Relaisstation hinweist. Es können auch weitere Parameter, wie beispielsweise ein Signal-Rausch-Verhältnis, eine Anzahl von bestehenden Verbindungen zwischen Endgeräten und der Relaisstation, sowie weitere Parameter, welche beispielsweise eine drahtlose Kommunikation zwischen den Endgeräten und der Relaisstation betreffen, umfassen.
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Die Basisstation kann die aggregierte Bandbreiten-Bewilligung auf Basis der aggregierten Bandbreiten-Anforderung und der Qualitätsrückmeldung bestimmen.
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Es können auch weitere Parameter in die Bestimmung der Bandbreiten-Bewilligung einfließen, wie beispielsweise ein Auslastungsgrad der Basisstation oder Parameter, welche das drahtlose Übermitteln von Daten zwischen der Basisstation und der Relaisstation betreffen, wie beispielsweise ein Signal-Rausch-Verhältnis.
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Das Verfahren umfasst weiterhin ein Versehen der aggregierten Bandbreiten-Anforderung, der Bandbreiten-Bewilligung und/oder der Qualitätsrückmeldung mit einer Gültigkeitsdauer.
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Auf diese Weise kann während der Gültigkeitsdauer darauf verzichtet werden, eine neue entsprechende Nachricht zu versenden.
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Die Gültigkeitsdauer kann durch eine Anzahl von Rahmen angegeben sein. Dazu kann die Übertragung von Daten zwischen den Endgeräten und der Relaisstation bzw. zwischen dieser und der Basisstation in Rahmen aufgeteilt sein. Die Rahmen können feste oder variable Größe aufweisen. Alternativ kann die Gültigkeitsdauer auch beispielsweise durch ein Zeitmaß, wie beispielsweise eine Dauer in Sekunden oder Millisekunden, angegeben sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Gültigkeitsdauer einen Anfangs- und einen Endzeitpunkt einer Gültigkeit definieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinheit läuft.
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Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt auf einem beweglichen Datenträger, wie beispielsweise einer Diskette, einer Festplatte, einer CD oder einer DVD, oder auf einem festen Datenträger, wie beispielsweise einem Halbleiterspeicher (etwa ein RAM, ROM, EPROM, EEPROM, NovRAM oder Flash) gespeichert sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Relaisstation für ein Mobilfunknetzwerk, welche Daten zwischen einer Basisstation und mehreren Endgeräten drahtlos übermittelt, umfassend eine erste Empfangseinrichtung zum Empfangen von Bandbreiten-Anforderungen von den Endgeräten, eine erste Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung einer aggregierten Bandbreiten-Anforderung, eine erste Sendeeinrichtung zum Senden der aggregierten Bandbreiten-Anforderung an die Basisstation, und eine zweite Empfangseinrichtung zum Empfangen einer aggregierten Bandbreiten-Bewilligung von der Basisstation.
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Die erste Empfangseinrichtung und die zweite Empfangseinrichtung können identisch oder auch voneinander verschieden sein.
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Die Relaisstation kann ferner eine zweite Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen von Bandbreiten-Bewilligungen für die Endgeräte auf Basis der von der Basisstation empfangenen aggregierten Bandbreiten-Bewilligung und eine zweite Sendeeinrichtung zum Senden der Bandbreiten-Bewilligungen an Endgeräte umfassen.
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Die erste und die zweite Bestimmungseinrichtung können identisch oder verschieden voneinander sein. Ebenso können die erste und die zweite Sendeeinrichtung identisch oder voneinander verschieden sein. Beliebige Sende- und Empfangseinrichtungen können in einer oder mehreren Sende-Empfangseinrichtungen kombiniert sein. Insbesondere kann eine einzige kombinierte Sende-Empfangseinrichtung beide Empfangseinrichtungen und beide Sendeeinrichtungen umfassen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine erste und eine zweite Relaisstation wie oben ausgeführt, wobei eine Kommunikation zwischen der ersten Relaisstation und einer Basisstation über die zweite Relaisstation verläuft und die erste Relaisstation gegenüber der zweiten Relaisstation funktional ein Endgerät darstellt.
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Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Technik in Verbindungen innerhalb eines Mobilfunk-Netzwerks verwendet werden, welche zwei Relaisstationen beinhalten. In entsprechender Weise können noch weitere Relaisstationen jeweils funktional als Endgerät mit einer der anderen beiden Relaisstationen verbunden werden, so dass die Technik in beliebiger Weise mit sich selbst verkettet werden kann. Eine Verkettung mehrerer erfindungsgemäßer Relaisstationen mit einer weiteren Relaisstation kann dabei ebenso erfolgen wie eine Verkettung bereits verketteter Relaisstationen mit einer weiteren Relaisstation. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Technik auch in großen und komplexen Mobilfunknetzwerken mit beliebig vielen Relaisstationen eingesetzt werden.
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Weitere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem Mobilfunknetze darstellt;
- 2 eine schematische Darstellung von Kommunikationskanälen einer Relaisstation wie der in 1 darstellt;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt;
- 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Relaisstation darstellt; und
- 5 ein mehrere erfindungsgemäße Relaisstationen umfassendes System zeigt.
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In den 1 bis 5 bezeichnen gleiche Referenzzeichen gleiche Elemente.
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1 zeigt einen Ausschnitt 100 aus einem Mobilfunknetzwerk. Die Basisstationen 110 und 120 sind mit einem drahtgebundenen Netzwerk 130 verbunden. Das Netzwerk 130 stellt darüber hinaus eine Verbindung zu weiteren Basisstationen und/oder Netzwerken (nicht gezeigt) bereit, wie durch die Pfeile rechts und links angedeutet ist. Eine Relaisstation 140 besitzt keine drahtgebundene Verbindung zum Netzwerk 130. Kreise um die Stationen 110, 120 und 140 deuten die Reichweite der jeweiligen Station an. Ein Endgerät oder eine Station, welche sich innerhalb eines Kreises um eine Station befindet, kann Daten von dieser Station empfangen.
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Beispielsweise kann ein Endgerät 150 Daten von der Basisstation 120 empfangen, nicht aber von der Basisstation 110 oder der Relaisstation 140. In analoger Weise kann ein Endgerät 160 Daten von der Basisstation 110, nicht aber von der Basisstation 120 oder der Relaisstation 140 empfangen. Ein Endgerät 170 kann ausschließlich Daten von der Relaisstation 140 empfangen. Die Basisstation 110 und die Relaisstation 140 können einander gegenseitig empfangen. Da die Relaisstation 140 keine drahtgebundene Verbindung mit dem Netzwerk 130 hat, müssen Daten, die von dem Netzwerk 130 zum Endgerät 170 transportiert werden sollen, von der Basisstation 110 an die Relaisstation 140, und von dort weiter zum Endgerät 170 übermittelt werden. Solche Daten könnten beispielsweise von dem Endgerät 150 stammen und mittels der Basisstation 120 und das Netzwerk 130 zur Basisstation 110 übermittelt werden. Eine Übermittlung in umgekehrter Richtung findet auf entsprechende Weise statt. So können die Endgeräte 150 und 170 miteinander Daten austauschen. In einem alternativen Szenario kann auch das Endgerät 160 Daten an die Basisstation 120 übermitteln, welches diese ohne weitere Benutzung des Netzwerks 130 an die Relaisstation 140 zur Weiterleitung an das Endgerät 170 übermittelt. In entsprechender Weise kann jedes der Endgeräte 150, 160 und 170 mit einem anderen Endgerät (nicht dargestellt) kommunizieren, welches in anderer Weise mit dem Netzwerk 130 verbunden ist, beispielsweise mittels einer drahtgebundenen Verbindung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung 200 von Kommunikationskanälen einer Relaisstation 140. Die Relaisstation 140 steht mittels einer Uplink-Verbindung (UL_R-BS) 210 und einer Downlink-Verbindung (DL_BS-R) 220 mit einer Basisstation 110 in Verbindung. Über die Uplink-Verbindung 210 werden Daten von der Relaisstation 140 zur Basisstation 110 übermittelt, während Daten von der Basisstation 110 zur Relaisstation 140 über die Downlink-Verbindung 220 übermittelt werden.
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Weiterhin steht die Relaisstation 140 mittels einer Downlink-Verbindung (DL_R-T) 230 und einer Uplink-Verbindung (UL_T-R) 240 mit einem Endgerät (bzw. Terminal) 170 in Verbindung. Daten von der Relaisstation 140 zum Endgerät 170 werden über die Downlink-Verbindung 230 übertragen, während Daten vom Endgerät 170 zur Relaisstation 140 über die Uplink-Verbindung 240 übertragen werden.
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Soll das Endgerät 170 mit der Basisstation 110 über die Relaisstation 140 kommunizieren, so umfassen die Daten, welche zwischen dem Endgerät 170 und der Basisstation 110 ausgetauscht werden, allgemein neben Nutzdaten auch Steuerungsdaten, welche die Steuerung einer Verbindung zwischen dem Endgerät 170 und der Basisstation 110 betreffen. Nutzdaten (ohne Steuerungsdaten), die beispielsweise vom Endgerät 170 zur Basisstation 110 übermittelt werden, werden in einem ersten Schritt mittels der Uplink-Verbindung 240 an die Relaisstation 140, und in einem zweiten Schritt mittels der Uplink-Verbindung 210 von der Relaisstation 140 zur Basisstation 110 übermittelt. Der Inhalt der Nutzdaten, welche das Endgerät 170 und die Basisstation 110 miteinander austauschen, ist für die Relaisstation 140 nicht relevant; eine Analyse der Daten durch die Relaisstation 140 ist daher nicht erforderlich.
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Steuerungsdaten, welche die Relaisstation 140 vom Endgerät 170 empfängt, können entweder ebenfalls unverändert an die Basisstation 110 weitergeleitet, oder von der Relaisstation 140 ausgewertet werden. Eine Verbindungssteuerung zwischen dem Endgerät 170 und der Relaisstation 140 verläuft also getrennt von einer Verbindungssteuerung zwischen der Relaisstation 140 und der Basisstation 110. Üblicherweise steht die Relaisstation 140 mit einer Vielzahl von Endgeräten 170 (nur eines dargestellt) gleichzeitig in Verbindung. Die Relaisstation kann daher gewisse Kontrollinformationen, welche die einzelnen Verbindungen zwischen den Endgeräten 170 und der Relaisstation 140 betreffen, geeignet logisch zusammenfassen und so eine Mehrfachübertragung von Steuerungsdaten von der Relaisstation 140 an die Basisstation 110 vermeiden. Da die Relaisstation lediglich Daten zwischen Endgeräten 170 und der Basisstation 110 vermittelt, betreffen alle Bandbreitenanforderungen an die Relaisstation 140 auch eine Bandbreitenanforderung an die Basisstation 110. Insbesondere können Anforderungen, welche eine Bandbreite zwischen der Relaisstation 140 und den Endgeräten 170 betreffen, von der Relaisstation 140 in einer aggregierten Anforderung zusammengefasst und an die Basisstation 110 gesandt werden, und eine aggregierte Bewilligung von Bandbreite durch die Basisstation 110 an die Relaisstation 140 kann durch die Relaisstation 140 in einer geeigneten Weise in einzelne Bewilligungen umgesetzt und an die einzelnen Endgeräte 170 gesendet werden, wie nachfolgend ausführlicher ausgeführt wird.
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Die Vorgehensweise kann verwendet werden, um ein bestehendes Mobilfunk-Protokoll um Nachrichten zu erweitern, die eine verbesserte Ausnutzung von zur Verfügung stehender Bandbreite ermöglichen. Insbesondere kann beispielsweise das 3GPP-Protokoll um eine erste Nachricht erweitert werden, welche auf der Uplink-Verbindung (UL_R-BS) 210 transportiert wird, und aggregierte Bandbreiten-Anforderungen bezüglich einer Datenübertragung von einer Basisstation 110 an Endgeräte 170 betrifft. Ferner kann das Protokoll um eine zweite Nachricht erweitert werden, welche ebenfalls auf der Uplink-Verbindung (UL_R-BS) 210 transportiert wird, und eine Qualitätsrückmeldung, welche auf eine Qualität mehrerer zwischen der Relaisstation 140 und Endgeräten 170 verlaufender Verbindungen hinweist, umfasst. Schließlich kann das Protokoll um eine dritte Nachricht erweitert werden, welches auf der Downlink-Verbindung (DL_BS-R) 220 transportiert wird und eine aggregierte Bandbreiten-Bewilligung zur Übertragung von Daten von der Basisstation 110 an mehrere Endgeräte 170 betrifft.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines Verfahrens zum Steuern einer Relaisstation in einem Mobilfunknetzwerk. Das dargestellte Verfahren behandelt eine Anforderung und Bewilligung von Bandbreite bezüglich einer Datenübertragung zwischen einer Basisstation 110 und mehreren Endgeräten 170. Die in der Darstellung jeweils links dargestellten Schritte des Verfahrens laufen dabei auf einer Relaisstation 140 ab, während die jeweils rechts dargestellten Schritte des Verfahrens auf einer Basisstation 110 ablaufen. In den folgenden Ausführungen zu 3 wird ein Ablauf von Schritten auf der Relaisstation vorausgesetzt, falls nicht anders angegeben.
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In Schritt 310 befindet sich das Verfahren im Startzustand. In Schritt 315 empfängt die Relaisstation 140 eine erste Bandbreiten-Anforderung von einem Endgerät 170. In Schritt 320 empfängt die Relaisstation 140 eine weitere Bandbreiten-Anforderung eines anderen Endgerätes 170. Zwischen den Schritten 315 und 320 kann die Relaisstation 140 noch beliebig viele weitere Bandbreiten-Anforderungen von Endgeräten 170 empfangen. Alle Bandbreiten-Anforderungen betreffen eine Übertragung von Daten von der Relaisstation 140 an die Endgeräte 170. In Schritt 325 bestimmt die Relaisstation 140 eine aggregierte Bandbreiten-Anforderung. Sie bildet hierfür die Summe der angeforderten Bandbreiten der einzelnen Endgeräte 170 und addiert gegebenenfalls noch eine Bandbreite hinzu, welche sie selbst für die Übermittlung von Steuerungsdaten zwischen sich und der Basisstation vorsieht. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass für eine Übertragung von Steuerungsdaten zwischen der Basisstation 110 und der Relaisstation 140 keine Bandbreite mehr vorhanden ist und eine Verbindungssteuerung zwischen den beiden erschwert oder verunmöglicht wird. In Schritt 330 sendet die Relaisstation 140 die aggregierte Bandbreiten-Anforderung an die Basisstation 110.
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In Schritt 335, welcher auf der Basisstation ausgeführt wird, empfängt die Basisstation 110 die aggregierte Bandbreiten-Anforderung von der Relaisstation 140.
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Im Schritt 340 bestimmt die Relaisstation 140 eine Qualitätsrückmeldung, welche Parameter enthält, welche die Übermittlung von Daten zwischen der Relaisstation 140 und mehreren Endgeräten 170 betrifft. Beispielsweise kann die Qualitätsrückmeldung Daten über eine aktuell ungenutzte Bandbreite und/oder ein Signal-Rausch-Verhältnis umfassen. In Schritt 345 sendet die Relaisstation 140 die Qualitätsrückmeldung an die Basisstation 110.
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Schritt 350 wird auf der Basisstation 110 ausgeführt; in ihm empfängt die Basisstation 110 die Qualitätsrückmeldung von der Relaisstation 140. In Schritt 355, welcher ebenfalls auf der Basisstation 110 ausgeführt wird, bestimmt die Basisstation 110 eine aggregierte Bandbreiten-Bewilligung bezüglich einer Übermittlung von Daten zwischen der Relaisstation 110 und den Endgeräten 170. Es ist erforderlich, dass diese Bandbreiten-Bewilligung durch die Basisstation 110 bestimmt wird, da eine für eine Datenübertragung zwischen der Relaisstation 140 und Endgeräten 170 verwendete Bandbreite nicht mehr für eine Datenübertragung zwischen der Basisstation 110 und der Relaisstation 140 zur Verfügung steht. Durch Zentralisieren der Bandbreiten-Bewilligung in der Basisstation 110 kann diese Bandbreiten-Anforderungen von (unmittelbar verbundenen) Endgeräten 170, einer Relaisstation 140 und Anforderungen zwischen der Relaisstation 140 und weiteren Endgeräten 170 in optimal ausgewogener Weise bewilligen.
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Das Bestimmen der aggregierten Bandbreiten-Bewilligung erfolgt auf Basis der empfangenen aggregierten Bandbreiten-Anforderung und der (aggregierten) Qualitätsrückmeldung von der Relaisstation 140. Es können auch noch weitere Parameter in die Bestimmung der Bandbreiten-Bewilligung einfließen, wie beispielsweise Informationen über die Netzwerk-Topographie des Mobilfunk-Netzwerks, über geplante Datenübertragungen oder über Vorgaben einer einzuhaltenden Übertragungsqualität. In Schritt 360, welcher ebenfalls auf der Basisstation 110 ausgeführt wird, sendet die Basisstation 110 die aggregierte Bandbreiten-Bewilligung an die Relaisstation 140.
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In Schritt 365, welcher wieder auf der Relaisstation 140 ausgeführt wird, empfängt die Relaisstation 140 die aggregierte Bandbreiten-Bewilligung von der Basisstation 110. In Schritt 370 bestimmt die Relaisstation 140 aus der empfangenen Bandbreiten-Bewilligung der Basisstation 110 einzelne Bandbreiten-Bewilligungen für die Endgeräte 170. Dabei kann eine beliebige einer Vielzahl von bekannten Heuristiken verwendet werden, um die bewilligte Bandbreite auch dann auf die Endgeräte aufzuteilen, wenn sie nicht der Summe der von den Endgeräten 170 empfangenen Bandbreiten-Anforderungen entspricht. Im einfachsten Fall entspricht die von der Basisstation 110 bewilligte Bandbreite jedoch mindestens der aggregierten Bandbreiten-Anforderung aus Schritt 325, so dass jedem Endgerät 170 unmittelbar die Bandbreite bewilligt werden kann, welche es in den Schritten 315 bis 320 angefordert hat. Schließlich sendet die Relaisstation 140 in Schritt 375 die einzelnen Bandbreiten-Bewilligungen an die Endgeräte 170. In Schritt 380 befindet sich das Verfahren im Endzustand.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Relaisstation 140 in einem Mobilfunknetzwerk wie dem in 1 ausschnittsweise dargestellten. Die Relaisstation 140 umfasst eine Verarbeitungseinrichtung 410, welche mit einem Sendeverstärker 420 verbunden ist, der seinerseits mit einer Antenne 430 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 410 ist darüber hinaus mit einem weiteren Sendeverstärker 440 verbunden, welcher seinerseits mit einer weiteren Antenne 450 verbunden ist.
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Eine weitere Antenne 460 ist mit einem Empfangsverstärker 470 verbunden, welcher mit der Verarbeitungseinheit 410 verbunden ist. Noch eine weitere Antenne 480 ist mit noch einem weiteren Empfangsverstärker 490 verbunden, welcher ebenfalls mit der Verarbeitungseinheit 410 verbunden ist.
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Die auf der rechten Seite der Verarbeitungseinheit 410 dargestellten Sendeverstärker 420, Antenne 430, Empfangsverstärker 470 und Antenne 460 sind zur drahtlosen Kommunikation mit einer Basisstation 110 (nicht dargestellt) vorgesehen. Daten, welche von der Verarbeitungseinheit 410 an die Basisstation 110 übermittelt werden sollen, werden mittels des Sendeverstärkers 420 verstärkt und mittels der Antenne 430 drahtlos gesendet. Daten, die von der Basisstation 110 im Empfangsbereich der Relaisstation 140 drahtlos ausgesendet wurden, werden mittels der Antenne 460 empfangen, mittels des Empfangsverstärkers 470 verstärkt, und anschließend von der Verarbeitungseinheit 410 verarbeitet.
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In entsprechender Weise sind die links von der Verarbeitungseinheit 410 dargestellten Sendeverstärker 440, Antenne 450, Empfangsverstärker 490 und Antenne 480 zur Kommunikation mit einem oder mehreren Endgeräten 170 vorgesehen. An ein Endgerät 170 (nicht dargestellt) zu sendende Daten werden von der Verarbeitungseinheit 410 an den Sendeverstärker 440 übermittelt, welcher die Daten verstärkt und mittels der Antenne 450 drahtlos aussendet. Daten, welche ein Endgerät 170 im Empfangsbereich der Relaisstation 140 aussendet, werden mittels der Antenne 480 empfangen, von dem Empfangsverstärker 490 verstärkt und schließlich von der Verarbeitungseinheit 410 verarbeitet.
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Die Verarbeitungseinheit 410 ist geeignet, die auf einer Relaisstation 170 ablaufenden Verfahrensschritte des in 3 dargestellten Verfahrens auszuführen. Die Antennen 430, 450, 460 und 480 können in geeigneter Weise zusammengefasst werden. Beispielsweise kann eine einzige Antenne verwendet werden, oder es kann eine Empfangsantenne verwendet werden, welche die Funktion der Antennen 460 und 480 umfasst, und eine Sendeantenne, welche die Funktion der Antennen 430 und 450 umfasst. In einer anderen Ausführungsform kann beispielsweise eine erste kombinierte Sende-Empfangs-Antenne für eine Kommunikation mit der Basisstation vorgesehen werden und die Funktion der Antennen 460 und 430 umfassen. In diesem Fall kann eine zweite Sende-Empfangs-Antenne für die Kommunikation mit Endgeräten 170 vorgesehen sein und die Funktion der Antennen 450 und 480 umfassen. In entsprechender Weise wie die Antennen können die Sendeverstärker 440 und 420 bzw. die Empfangsverstärker 470 und 490 zusammengefasst werden. In einer Variante können alle Sende- und Empfangsverstärker 420, 440, 470 und 490 in einem einzigen Sende-Empfangsverstärker zusammengefasst werden, der mit nur einer einzigen Sende-Empfangs-Antenne verbunden ist.
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5 zeigt ein mehrere erfindungsgemäße Relaisstationen umfassendes System 500. Eine erste Relaisstation 140 steht mit einer Anzahl Endgeräte 170 und einer Basisstation 110 in Verbindung. Die Endgeräte 170, welche mit der ersten Relaisstation 140 verbunden sind, stellen Bandbreiten-Anforderungen bezüglich einer Datenübertragung zwischen der Basisstation 110 und dem jeweiligen Endgerät 170, welche die erste Relaisstation 140 zu einer aggregierten Bandbreiten-Anforderung zusammenfasst und an die Basisstation 110 sendet. Außerdem bestimmt und sendet die Relaisstation 140 eine aggregierte Qualitätsrückmeldung, welche Verbindungen zwischen den Endgeräten 170 und der Relaisstation 140 betrifft, an die Basisstation 110. Die Basisstation 110 bestimmt auf Basis der empfangenen Anforderung und der Qualitätsrückmeldung daraufhin eine gewisse zu bewilligende Bandbreite, und sendet eine entsprechende aggregierte Bandbreiten-Bewilligung an die erste Relaisstation 140. Nachdem die erste Relaisstation 140 die aggregierte Bandbreiten-Bewilligung der Basisstation 110 empfangen hat, bestimmt sie daraus einzelne Bandbreiten-Bewilligungen für die Endgeräte 170 und sendet entsprechende Bewilligungen an die einzelnen Endgeräte 170. Bis zu diesem Punkt entspricht die Funktionsweise der ersten Relaisstation 140 der oben mit Bezug auf die 1 bis 4 beschriebenen Funktionsweise einer Relaisstation 140.
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Zusätzlich besteht eine Verbindung von der ersten Relaisstation 140 zu einer zweiten Relaisstation 510, welche ihrerseits mit einer Anzahl Endgeräten 520 verbunden ist. Die Funktionsweise der zweiten Relaisstation 510 entspricht derjenigen der ersten Relaisstation 140, mit dem Unterschied, dass die zweite Relaisstation 510 die von ihr bestimmten aggregierten Bandbreiten-Anforderungen bezüglich einer Datenübertragung von der zweiten Relaisstation 510 an die Endgeräte 520 nicht unmittelbar an die Basisstation 110, sondern zunächst an die erste Relaisstation 140 sendet, welche die aggregierte Anforderung in einem Folgeschritt an die Basisstation 110 weiterleitet. Eine Qualitätsrückmeldung, welche eine Übertragung zwischen Endgeräten 520 und der zweiten Relaisstation 510 betrifft, wird ebenfalls über die erste Relaisstation 140 an die Basisstation 110 gesendet.
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Eine aggregierte Bandbreiten-Bewilligung der Basisstation 110 als Reaktion auf die von der zweiten Relaisstation 510 empfangene aggregierte Bandbreiten-Anforderung und Qualitätsrückmeldung wird in ähnlicher Weise von der Basisstation 110 über die erste Relaisstation 140 an die zweite Relaisstation 510 weitergeleitet. Die zweite Relaisstation 510 bestimmt auf Basis der empfangenen aggregierten Bandbreiten-Bewilligung einzelne Bandbreiten-Bewilligungen für die Endgeräte 520 und versendet sie an diese.
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Bezüglich der ersten Relaisstation 140 verhält sich die zweite Relaisstation 510 wie ein Endgerät, das heißt, dass es für die erste Relaisstation 140 grundsätzlich nicht relevant ist, ob es mit einem Endgerät 170 oder der zweiten Relaisstation 510 kommuniziert. Ein Unterschied besteht hauptsächlich darin, dass eine aggregierte Bandbreiten-Anforderung, welche die zweite Relaisstation 510 an die erste Relaisstation 140 sendet, höher als eine einzelne Bandbreiten-Anforderung eines Endgerätes 170 ausfallen kann, und darin, dass die zweite Relaisstation 520 Qualitätsrückmeldungen über die erste Relaisstation 140 an die Basisstation 110 sendet.
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Auf diese Weise kann die Erfindung in einem komplexen Netzwerk kaskadiert eingesetzt werden. Eine Kaskadierung kann, wie in 5 gezeigt, durch eine lineare Verkettung von Relaisstationen 140 und 510 erfolgen, oder auch durch eine Verbindung mehrerer zweiter Relaisstationen 510 mit einer ersten Relaisstation 140, wobei die zweiten Relaisstationen 510 von der ersten Relaisstation 140 jeweils wie oben ausgeführt funktional wie Endgeräte 170 behandelt werden. Eine beliebige, auch mehrfache, Kombination der beiden Varianten der Kaskadierung ist ebenfalls möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann im Fall einer Kaskadierung von Relaisstationen eine erste Relaisstation 140 über die Anzahl von mit einer zweiten Relaisstation 510 verbundenen Endgeräte 520 informiert sein, und diese Information verwenden, um ihrerseits eine verbesserte aggregierte Bandbreiten-Anforderung zu bestimmen und an die Basisstation 110 zu übermitteln.
