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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens aus einer Menge von verfügbaren Datenübertragungsverfahren in einem Kommunikationssystem. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems.
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Ein Kommunikationssystem umfasst mehrere Basisstationen und Endgeräte, zwischen denen drahtlose Kommunikationsverbindungen über Funkkanäle existieren. Bekannte Kommunikationssysteme basieren beispielsweise auf dem 5G-Mobilfunkstandard, welcher insbesondere auch in modernen Mobilfunknetzen Anwendung findet. In einem solchen Kommunikationssystem werden zu übertragende Datenpakete von einem Sender über zwei getrennte Funkkanäle zu zwei Empfängern gesendet, was auch als Packet-Duplication bezeichnet wird.
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Die Qualität der Datenübertragung über die einzelnen Funkkanäle ist dabei schwankend. Die Qualität der Datenübertragung ist beispielsweise in Form einer Paketfehlerrate beschreibbar. Die Paketfehlerrate wird beispielsweise als Verhältnis von in einem definierten Zeitraum nicht oder fehlerhaft empfangenen Datenpaketen zu einer Gesamtzahl von gesendeten Datenpaketen bestimmt.
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In einem solchen Kommunikationssystem existieren verschiedene Datenübertragungsverfahren, welche unterschiedliche Arten der Packet-Duplication sowie unterschiedliche Arten von Modulationsverfahren und Kodierungsverfahren umfassen. Durch Auswahl eines geeigneten Datenübertragungsverfahrens kann die Qualität der Datenübertragung über die Funkkanäle verbessert werden.
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Das Dokument
EP 2 645 474 A1 offenbart ein Kommunikationssystem zur Datenübertragung zwischen mehreren Übertragungseinheiten und Benutzergeräten. Die Datenübertragung erfolgt dabei über Funksignale mit verschiedenen Polarisationen.
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Aus der
US 2021/022073 A1 ist ein Verfahren zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens in einem drahtlosen Kommunikationssystem bekannt. Dabei wird beispielsweise dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt, welches eine optimale Paketfehlerrate aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens in einem Kommunikationssystem, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Es wird ein Verfahren zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens aus einer Menge von verfügbaren Datenübertragungsverfahren in einem Kommunikationssystem vorgeschlagen. Das Kommunikationssystem umfasst eine erste Basisstation, eine zweite Basisstation und ein Endgerät, wobei zwischen der ersten Basisstation und dem Endgerät eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen ersten Funkkanal existiert, und wobei zwischen der zweiten Basisstation und dem Endgerät eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen zweiten Funkkanal existiert, und wobei ein zu übertragendes Datenpaket von dem Endgerät über den ersten Funkkanal zu der ersten Basisstation und über den zweiten Funkkanal zu der zweiten Basisstation gesendet wird.
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Erfindungsgemäß wird mindestens ein Wertepaar vorgegeben, welches eine Dekorrelationsdistanz eines ersten Rauschens des ersten Funkkanals und einen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem ersten Rauschen des ersten Funkkanals und einem zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals umfasst. Für das vorgegebene Wertepaar wird eine Paketfehlerrate für jedes der verfügbaren Datenübertragungsverfahren ermittelt. Es wird dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt und dem vorgegebenen Wertepaar zugeordnet, welches eine optimale Paketfehlerrate aufweist. Die optimale Paketfehlerrate hängt von der jeweiligen Anwendung ab und beträgt für Breitbandanwendungen wie Mobilfunk beispielsweise 10-1, für industrielle Anwendungen beispielsweise zwischen 10-3 und 10-7.
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Das erste Rauschen des ersten Funkkanals weist eine Autokorrelation auf, die durch einen Autokorrelationskoeffizienten beschreibbar ist. Der Autokorrelationskoeffizient ist ein Maß für eine Ähnlichkeit eines Signals, vorliegend des ersten Rauschens, mit sich selbst in einer zeitlichen Verschiebung. Die Dekorrelationsdistanz ist eine zeitliche Verschiebung, bei welcher der Autokorrelationskoeffizient auf 1/e abgefallen ist. Der Kreuzkorrelationskoeffizient ist ein Maß für eine Ähnlichkeit zwischen einem ersten Signal, vorliegend dem ersten Rauschen des ersten Funkkanals, und einem zweiten Signal, vorliegend dem zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Auswahl eines geeigneten Datenübertragungsverfahrens und die Übertragung von Datenpaketen mittels des ausgewählten Datenübertragungsverfahrens. Bei der Übertragung von Datenpaketen ist dabei die Paketfehlerrate optimiert, insbesondere minimiert. Die Qualität der Datenübertragung ist dadurch signifikant verbessert, und die Effizienz des Kommunikationssystems ist erhöht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird für das vorgegebene Wertepaar die Paketfehlerrate für jedes der verfügbaren Datenübertragungsverfahren durch einen Simulator ermittelt. Der Simulator gestattet eine umfangreiche Untersuchung vieler denkbarer Wertepaare.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Paketfehlerrate durch den Simulator ermittelt, indem ein erstes Teilrauschen, das durch Mehrwegeausbreitung verursacht wird, ein zweites Teilrauschen, das durch Hindernisse verursacht wird, ein drittes Teilrauschen, das durch andere Sender verursacht wird, und ein Signalstärkeabfall über eine Distanz des Funkkanals vorgegeben werden. Ein Rauschabstand wird aus einer Nutzsignalstärke und den Teilrauschen und dem Signalstärkeabfall berechnet. Die Paketfehlerrate wird einer Tabelle entnommen, welche einen Zusammenhang zwischen Rauschabstand und Paketfehlerrate beschreibt.
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Beispielsweise wird der Rauschabstand als Differenz aus der Signalstärke und den Teilrauschen sowie dem Signalstärkeabfall berechnet. Beispielsweise wird der Rauschabstand als Verhältnis aus einer Leistung der Signalstärke und einer Leistung der Teilrauschen sowie dem Signalstärkeabfall berechnet. Das dritte Teilrauschen, das durch andere Sender verursacht wird, wird dabei durch eine Gaußverteilung dargestellt, bei der die Standardabweichung, und damit die Stärke des Rauschens, angebbar ist. Das erste Teilrauschen, das durch Mehrwegeausbreitung verursacht wird, ist Rayleigh-verteilt im linearem Bereich. Das zweite Teilrauschen, das durch Hindernisse verursacht wird, ist normalverteilt auf einer dB-Skala.
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Die Teilrauschen werden vorgegeben, indem autokorrelierte, normalverteilte und/oder rayleighverteilte Arrays durch eine Überlagerung von Kosinusschwingungen sowie Sinusschwingungen erstellt werden. Dabei wird eine Dekorrelationsdistanz bei normalverteilten Arrays über eine Formel aus der Literatur eingestellt und bei rayleighverteilten Arrays über den höchsten Wert des Input Arrays. Dabei ist die Standardabweichung der Verteilungen einstellbar. So kann die Rauschstärke festgelegt werden. Bei der Erstellung jeweils korrelierter Arrays werden die Zufallsparameter beim Erstellen der ersten Arrays gespeichert. Für das korrelierte Array wird eine Gleichverteilung über die gespeicherten Zufallsparameter gelegt und aus dieser Verteilung die Zufallsparameter für das korrelierte Array erzeugt. Über die Breite der Gleichverteilung ist der Korrelationskoeffizient einstellbar. Die Rauschwerte werden als Elemente in Arrays gespeichert. Jedes Element steht dabei für das Rauschen eines Zeitschrittes. Die Dekorrelationsdistanz entspricht einem Element in dem Array, an dem die Autokorrelationsfunktion auf 1/e abgesunken ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere Wertepaare vorgegeben, welche jeweils eine Dekorrelationsdistanz eines ersten Rauschens des ersten Funkkanals und einen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem ersten Rauschen des ersten Funkkanals und einem zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals umfassen. Dabei wird für jedes vorgegebene Wertepaar jeweils eine Paketfehlerrate für jedes der verfügbaren Datenübertragungsverfahren ermittelt, und es wird jeweils dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt und dem vorgegebenen Wertepaar zugeordnet, welches die optimale Paketfehlerrate aufweist. Somit ist je nach aktuellen Eigenschaften des ersten Rauschens und des zweiten Rauschens der Funkkanäle jeweils das geeignete Datenübertragungsverfahrens auswählbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden für jedes vorgegebene Wertepaar die Dekorrelationsdistanz, der Kreuzkorrelationskoeffizient und das jeweils zugeordnete Datenübertragungsverfahren in einer Tabelle gespeichert. Die besagte Tabelle ist dabei in Form eines dreidimensionalen Arrays oder Kennfeldes ausgebildet.
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Vorzugsweise umfasst die Menge von verfügbaren Datenübertragungsverfahren eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten der Packet-Duplication. Bei einer Art der Packet-Duplication wird das zu übertragendes Datenpaket von dem Endgerät beispielsweise über eine erste Trägerfrequenz über den ersten Funkkanal zu der ersten Basisstation gesendet, und über eine zweite Trägerfrequenz, die von der ersten Trägerfrequenz verschieden ist, über den zweiten Funkkanal zu der zweiten Basisstation gesendet. Bei einer anderen Art der Packet-Duplication wird das zu übertragendes Datenpaket von dem Endgerät beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt über den ersten Funkkanal zu der ersten Basisstation gesendet, und zu einem zweiten Zeitpunkt, der von dem ersten Zeitpunkt verschieden ist, über den zweiten Funkkanal zu der zweiten Basisstation gesendet.
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Vorzugsweise umfasst die Menge von verfügbaren Datenübertragungsverfahren eine Mehrzahl von unterschiedlichen Arten der Modulation. Die unterschiedlichen Arten der Modulation beziehen sich auf den notwendigen Rauschabstand und mögliche Datenübertragung in einem Zeitslot. In 5G sind die Modulationsverfahren und Codierungsverfahren im Standard beispielsweise in Abhängigkeit der Signalqualität festgelegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mindestens ein zusätzliches Wertepaar vorgegeben, welches eine Dekorrelationsdistanz des zweiten Rauschens des zweiten Funkkanals und einen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem ersten Rauschen des ersten Funkkanals und dem zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals umfasst. Für das vorgegebene zusätzliche Wertepaar wird eine Paketfehlerrate für jedes der verfügbaren Datenübertragungsverfahren ermittelt. Es wird dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt und dem vorgegebenen zusätzlichen Wertepaar zugeordnet, welches die optimale Paketfehlerrate aufweist. In der Regel ist die Berücksichtigung der Dekorrelationsdistanz des zweiten Rauschens des zweiten Funkkanals nicht erforderlich. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass das zweite Rauschen dem ersten Rauschen ähnlich ist. Die Berücksichtigung der Dekorrelationsdistanz des zweiten Rauschens des zweiten Funkkanals verbessert jedoch gegebenenfalls die Qualität der Datenübertragung sowie die Effizienz des Kommunikationssystems.
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Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kommunikationssystems vorgeschlagen. Das Kommunikationssystem umfasst eine erste Basisstation, eine zweite Basisstation und ein Endgerät, wobei zwischen der ersten Basisstation und dem Endgerät eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen ersten Funkkanal existiert, und wobei zwischen der zweiten Basisstation und dem Endgerät eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen zweiten Funkkanal existiert, und wobei ein zu übertragendes Datenpaket von dem Endgerät über den ersten Funkkanal zu der ersten Basisstation und über den zweiten Funkkanal zu der zweiten Basisstation gesendet wird.
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Dabei wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens aus einer Menge von verfügbaren Datenübertragungsverfahren ein Datenübertragungsverfahren ausgewählt. Das zu übertragende Datenpaket wird mit dem ausgewählten Datenübertragungsverfahren von dem Endgerät über den ersten Funkkanal zu der ersten Basisstation und über den zweiten Funkkanal zu der zweiten Basisstation gesendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Übertragung von Datenpaketen, wobei die Paketfehlerrate optimiert, insbesondere minimiert, ist. Die Qualität der Datenübertragung ist dadurch signifikant verbessert, und die Effizienz des Kommunikationssystems ist erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein erstes Rauschen des ersten Funkkanals gemessen, und es wird ein zweites Rauschen des zweiten Funkkanals gemessen. Eine Dekorrelationsdistanz des gemessenen ersten Rauschens des ersten Funkkanals wird berechnet, ein Kreuzkorrelationskoeffizient zwischen dem gemessenen ersten Rauschen des ersten Funkkanals und dem gemessen zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals wird berechnet, und es wird dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt, welches in einer zuvor erstellten Tabelle demjenigen Wertepaar zugeordnet ist, dessen Dekorrelationsdistanz der berechneten Dekorrelationsdistanz entspricht, und dessen Kreuzkorrelationskoeffizient dem berechneten Kreuzkorrelationskoeffizienten entspricht. Die besagte Tabelle ist dabei in Form eines dreidimensionalen Arrays oder Kennfeldes ausgebildet. Die Messung des ersten Rauschens des ersten Funkkanals und des zweiten Rauschens des zweiten Funkkanals mit der Berechnung der Dekorrelationsdistanz und des Kreuzkorrelationskoeffizienten ermöglicht eine Auswahl eines Datenübertragungsverfahrens unter den jeweils aktuellen Bedingungen.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kommunikationssystems 10. Das Kommunikationssystem 10 basiert auf dem 5G-Mobilfunkstandard, welcher insbesondere auch in modernen Mobilfunknetzen Anwendung findet. Das Kommunikationssystem 10 umfasst vorliegend eine erste Basisstation 11, eine zweite Basisstation 12, ein Kernnetz 25 und ein Endgerät 15.
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Die erste Basisstation 11 und die zweite Basisstation 12 sind vorliegend stationär und räumlich voneinander entfernt angeordnet. Es ist auch denkbar, dass die Basisstationen 11, 12 benachbart zueinander angeordnet sind. Die Basisstationen 11, 12 sind dabei mit dem Kernnetz 25 verbunden. Bei dem Kernnetz 25 handelt es sich um ein Datennetz, welches vorliegend kabelgebunden ausgeführt ist. Die Basisstationen 11, 12 weisen jeweils eine Kommunikationseinheit zur Datenübertragung auf. Die Kommunikationseinheiten umfassen dabei jeweils eine Antenne.
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Das Endgerät 15 ist vorliegend mobil und beispielsweise als Fahrzeug oder als Mobiltelefon ausgebildet. Das Endgerät 15 ist somit relativ zu den Basisstationen 11, 12 beweglich. Auch das Endgerät 15 weist eine Kommunikationseinheit zur Datenübertragung auf. Die Kommunikationseinheit des Endgeräts 15 umfasst ebenfalls eine Antenne.
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Zwischen der ersten Basisstation 11 und dem Endgerät 15 existiert eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen ersten Funkkanal 41. Zwischen der zweiten Basisstation 12 und dem Endgerät 15 existiert eine drahtlose Kommunikationsverbindung über einen zweiten Funkkanal 42. Zur Datenübertragung über die Funkkanäle 41, 42 werden jeweils die Antennen der Kommunikationseinheiten der Basisstationen 11, 12 sowie des Endgeräts 15 genutzt.
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Ein von dem Endgerät 15 zu übertragendes Datenpaket wird von dem Endgerät 15 über den ersten Funkkanal 41 zu der ersten Basisstation 11 und über den zweiten Funkkanal 42 zu der zweiten Basisstation 12 gesendet. Das zu übertragende Datenpaket wird also von dem Endgerät 15 als Sender über zwei getrennte Funkkanäle 41, 42 zu zwei Basisstationen 11, 12 als Empfänger gesendet. Diese Art der Datenübertragung wird auch als Packet-Duplication bezeichnet.
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Zunächst werden mehrere Wertepaare vorgegeben, welche jeweils eine Dekorrelationsdistanz eines ersten Rauschens des ersten Funkkanals (41) und einen Kreuzkorrelationskoeffizienten zwischen dem ersten Rauschen des ersten Funkkanals (41) und einem zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals (42) umfassen. Die Dekorrelationsdistanzen und die Kreuzkorrelationskoeffizienten werden in einer Tabelle gespeichert.
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Für jedes vorgegebene Wertepaar wird jeweils eine Paketfehlerrate für jedes der verfügbaren Datenübertragungsverfahren durch einen Simulator ermittelt. Es wird jeweils dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt und dem vorgegebenen Wertepaar zugeordnet, welches die optimale Paketfehlerrate aufweist. Die optimale Paketfehlerrate ist beispielsweise die geringste Paketfehlerrate. Die Paketfehlerrate ist dabei als Verhältnis von in einem definierten Zeitraum nicht oder fehlerhaft empfangenen Datenpaketen zu einer Gesamtzahl von gesendeten Datenpaketen definiert. Das dem vorgegebenen Wertepaar jeweils zugeordnet zugeordnete Datenübertragungsverfahren wird ebenfalls in der Tabelle gespeichert.
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Im Betrieb des Kommunikationssystems wird ein erstes Rauschen des ersten Funkkanals (41) gemessen, und ein zweites Rauschen des zweiten Funkkanals (42) wird gemessen. Es wird eine Dekorrelationsdistanz des gemessenen ersten Rauschens des ersten Funkkanals (41) berechnet, und es wird ein Kreuzkorrelationskoeffizient zwischen dem gemessenen ersten Rauschen des ersten Funkkanals (41) und dem gemessen zweiten Rauschen des zweiten Funkkanals (42) berechnet.
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Es wird dasjenige Datenübertragungsverfahren ausgewählt, welches in der zuvor erstellten Tabelle demjenigen Wertepaar zugeordnet ist, dessen Dekorrelationsdistanz der berechneten Dekorrelationsdistanz entspricht, und dessen Kreuzkorrelationskoeffizient dem berechneten Kreuzkorrelationskoeffizienten entspricht. Zu übertragende Datenpakete werden mit dem zuvor ausgewählten Datenübertragungsverfahren von dem Endgerät (15) über den ersten Funkkanal (41) zu der ersten Basisstation (11) und über den zweiten Funkkanal (42) zu der zweiten Basisstation (12) gesendet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kommunikationssystem
- 11
- erste Basisstation
- 12
- zweite Basisstation
- 15
- Endgerät
- 25
- Kernnetz
- 41
- erster Funkkanal
- 42
- zweiter Funkkanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2645474 A1 [0005]
- US 2021022073 A1 [0006]
