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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Aufrechterhaltung paketorientierter Datenverbindungen
in einem Funk-Kommunikationssystem
mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein
Funk-Kommunikationssystem zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
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Moderne Mobilfunksysteme, wie z.B.
das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), werden zunehmend
auf die Übertragung
von Paketdaten ausgelegt. Ein wesentlicher Unterschied zu klassischen
Sprachdiensten mit fester Leitungsvermittlung zwischen zwei kommunizierenden
Teilnehmern besteht darin, dass die benötigten Übertragungsressourcen vielen
Teilnehmern quasi gleichzeitig zur Verfügung stehen und Daten nur bei
Bedarf übertragen
werden. Ein besonderes Problem entsteht hierbei, falls der Datenverkehr
sehr asymmetrisch erfolgen soll, z. B. vor allem in Abwärtsrichtung von
einer netzseitigen Basisstation zu einer teilnehmerseitigen Teilnehmerstation,
da dann zur Aufrechterhaltung der Verbindung mit möglichst
guten Übertragungseigenschaften
bei gleichzeitig minimaler Sendeenergie in der Regel eine geschlossene
Regelschleife etabliert werden muss. Dazu ist es erforderlich, einen
Kanal in Aufwärtsrichtung
von den Teilnehmerstationen zu der zugeordneten netzseitigen Basisstation
einzurichten, und zwar auch dann, wenn keine Daten vom Endteilnehmer
zur Basisstation übertragen
werden sollen.
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Dieses Problem manifestiert sich
vor allem beim TDD-Modus (TDD: Time Division Duplex) von UMTS. Bei
TDD-Übertragungsverfahren
ist ein Datenübertragungsrahmen
in Zeitschlitze aufgeteilt, die den einzelnen Teilnehmerstationen
zugewiesen werden, und außerdem
sind in einem Frequenzband Auf- und Abwärtsrichtung für die Übertragung
lediglich zeitlich ge trennt. Es kann also in dem Frequenzband nur
entweder empfangen oder gesendet werden. Bei TDD gibt es im Gegensatz
zum FDD-Modus (FDD: Frequency Division Duplex) eine relativ grobe
Granularität
der verfügbaren Übertragungsressourcen
Zeitschlitz und Code. Zur Codierung ist das CDMA (Code Division
Multiple Access) als Teilnehmer-Separierungsverfahren allgemein
bekannt. Bei CDMA ist eine Sendeleistungseinstellung notwendig,
um die Interferenz gering zu halten und Fadingeffekte bei der Empfangsleistung
auszuregeln. Eine schnelle und genaue Sendeleistungseinstellung
ist wünschenswert,
setzt aber voraus, dass permanent sowohl gesendet als auch empfangen
wird.
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Für
Teilnehmerstationen, die bei einer netzseitigen Basisstation angemeldet
sind, ist die Allokierung bzw. Zuweisung dieser Übertragungsressourcen Zeitschlitz
und Code trotz zeitweiliger Inaktivität zur Aufrechterhaltung einer
Verbindung erforderlich, wodurch unnötig knappe Ressourcen gebunden
werden und damit die Zellkapazität
verringert wird.
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Der derzeitige UTRA-TDD-Standard
(UTRA: Universal Terrestrial Radio Access) ermöglicht es, für Paketdaten Übertragungsressourcen
zeitlich begrenzt für
Aufwärts-
(Uplink) bzw. Abwärtsrichtung (Downlink)
getrennt zu allokieren. Falls der Kanal hinreichend gute Übertragungseigenschaften
aufweist, ist es ebenfalls bereits möglich, sogenannte "Fractional Channels", also geteilte Kanäle zuzuweisen. Hierbei
teilen sich mehrere Teilnehmer in Aufwärtsrichtung denselben Code
in einem Zeitschlitz, wobei jeder Nutzer nur jeden n-ten Rahmen
(n = 1 bis 64) auf die entsprechende Ressource zugreift. Die Zuweisung
dieser "Fractional
Channels" ist allerdings nur
statisch über
eine Signalisierung in höheren
Systemebenen bzw. Layern möglich,
und muss stets so erfolgen, dass der jedem Nutzer zugeordnete Teil dieses
Rückkanals
den individuellen Anforderungen unter Berücksichtigung von zeitlich möglicherweise stark
schwankenden Kanalqualitäten
genügt.
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Aus der
DE 19543845 A1 ist ein
Verfahren zur dynamischen Zuordnung eines Funkübertragungsumfangs bekannt,
bei dem eine bestimmte Grundanzahl von Zeitschlitzen für Paketfunkdienst und
der Rest für
leitungsvermittelten Dienst reserviert wird,
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Aus der
DE 19950005 A1 ist ein
Verfahren zum Betrieb drahtloser Basisstationen für paketvermittelnde
Funksysteme mit garantierter Dienstgüte bekannt.
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Die
DE 19956318 A1 beschreibt ein Verfahren zur
Steuerung einer ersten und einer zweiten Funkstation, bei dem die
erste Funkstation mit wenigstens einem Endgerät gemäß eines rahmenstrukturierten
Funkübertragungsprotokolls
mit Paketvermittlung kommuniziert. Mittels einer das Kommunikationsprotokoll
verwendenden zusätzlichen
Protokollschicht werden Steuernachrichten zur Steuerung der wenigstens
einen Verbindung und/oder zur Verwaltung der Funkstationen definiert.
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Aus der
DE 19938747 A1 ist weiterhin
ein Verfahren zur Kanalschätzung
in einem Funk-Kommunikationssystem bekannt, bei dem eine Menge von
Kanalmesssequenzen durch Nutzung von zeitinversen Kanalmesssequenzen
erweitert wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zur Rückkanalallokierung
zur Aufrechterhaltung paketorientierter Datenverbindungen in einem
Kommunikationssystem bzw. ein Kommunikationssystem zum Durchführen eines
solchen Verfahrens zu verbessern, so dass weniger Ressourcen belegt
werden.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren
zur Aufrechterhaltung paketorientierter Datenverbindungen in einem
Funk-Kommunikationssystem und durch das Funk-Kommunikationssystem
mit den jeweiligen Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einem Verfahren zur Aufrechterhaltung paketorientierter,
insbesondere unsymmetrischer Datenverbindungen in einem Funk- Kommunikationssystem,
bei dem eine netzseitige Basisstation mit einer einzelnen oder einer
Vielzahl teilnehmerseitiger Stationen über eine Funk-Schnittstelle
kommuniziert und zur Aufrechterhaltung der Datenverbindungen von
der bzw. den Teilnehmerstationen über eine Ressource zur Basisstation
gesendet wird, wobei die Basisstation die von der jeweiligen Teilnehmerstation belegte
Ressource jeweils dieser Teilnehmerstation zuordnet, ist es vorteilhaft,
dass jede der Teilnehmerstationen die Ressource nach eigenem Bedarf
dynamisch belegt, weil dadurch im Gegensatz zur statischen Belegung
von Ressourcen die Ressourcen auf der Funk-Schnittstelle eingespart
werden können. Basisstation
kann dabei neben z.B. einer zentralen Station eines eigenständigen Kommunikationssystems
insbesondere eine vernetzte Station eines komplexen Kommunikationssystems
sein, insbesondere eines Mobilfunk- oder Daten-Kommunikationssystems.
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Dass als Ressource eine oder mehrere
unbelegte Mittambeln verwendet werden, bietet eine besonders einfach
handhabbare Umsetzung des Verfahrens. Besonders einfach können Zeitschlitze verwendet
werden, in denen eine unbelegte Mittambel zur Verfügung steht,
obwohl für
die jeweilige Teilnehmerstation keine Codes für Datenübertragungen mehr zur Verfügung stehen.
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in einem
gemischten System einsetzbar, in dem die Basisstation mit herkömmlichen,
durchgehend auf die Ressource zugreifenden Teilnehmerstationen und
neuen Teilnehmerstationen mit eigenständiger Verwaltung des Ressourcenzugriffs
parallel kommunizieren kann.
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Wenn die Belegung der Ressource durch
die jeweilige Teilnehmerstation abhängig von den individuellen
Kanalbedingungen von von der Basisstation empfangenen Signalen durchgeführt wird,
so muss die Teilnehmerstation nur so oft ein Signal senden, wie
mindestens erforderlich ist, um bei der Basissta tion eingebucht
zu bleiben. Dadurch ergibt sich in den Teilnehmerstationen insbesondere
eine Energieeinsparung, so dass die Bereitschaftszeit erhöht wird.
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Dass die einzelnen Teilnehmerstationen
die Ressource je häufiger
belegen, desto schlechter die individuellen Kanalbedingungen für die jeweiligen Stationen
sind, ermöglicht
eine indirekte Signalisierung der Stationen zur Basisstation, um
dieser indirekt zur Anpassung an die tatsächlichen Bedingungen die Kanalqualität mitzuteilen.
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Dass die Basisstation den jeweiligen
Teilnehmerstationen jeweils eine oder mehrere bestimmte Ressourcen
vorgibt, gibt den Teilnehmerstationen einerseits eindeutige Anweisungen,
wann sie auf die Ressourcen zugreifen dürfen und auf welche Ressourcen,
und lässt
andererseits den Teilnehmerstationen trotzdem die Freiheit, nur
bei Bedarf zuzugreifen. Die Vorgabe der bestimmten Ressource bzw. Ressourcen
muss nicht mehr wie beim Stand der Technik fortwährend während der aktiven Verbindung erfolgen.
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Dass von einer zeitlichen Abfolge
von Ressourcenanteilen jeder der Teilnehmerstationen in Art einer
Basiszuteilung je weils zumindest ein Ressourcenanteil zugeordnet
wird, bietet eine einfach handhabbare Anweisung bei z.B. 16 verfügbaren Mittambeln
als Ressourcen in 16 aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen oder Rahmen 16 Teilnehmerstationen zu
verwalten.
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Dass einer Teilmenge der Teilnehmerstationen
jeweils zumindest zwei Ressourcenanteile zugeordnet werden, wobei
diese Ressourcenanteile aus einer Mittambel bestehen und/oder eine
andere Codierung aufweisen, als der zumindest eine Ressourcenanteil,
ermöglicht
neben einer solchen Basiszuteilung für Teilnehmerstationen mit besonders
kritischen Kanalbedingungen die Zuordnung weiterer Ressourcen für Aufwärtssignalisierungen,
auf welche die Teilnehmerstationen nach Bedarf zugreifen können. Unter
einer Codierung ist dabei auch die verschiedenartige Struktur von
z.B. 16 typischen Mittambeln zu verstehen, die parallel in einem
Zeitschlitz liegen können.
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Dass zumindest einer der Teilnehmerstationen
zumindest ein weiterer Ressourcenanteil in der zeitlichen Abfolge
zugeordnet wird, der zeitlich gegenüber dem bzw. den anderen von
zugeordneten Ressourcenanteilen versetzt ist, erhöht ebenfalls
die Zugriffsmöglichkeiten
für einzelne
Teilnehmerstationen.
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Dass der eine Ressourcenanteil aus
einer anderen Mittambel besteht und/oder eine andere Codierung aufweist,
als der zumindest eine weitere Ressourcenanteil, ermöglicht z.B.
die Verwendung von zwei oder mehr Mittambeln.
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Dass die Teilnehmerstation zur Aufrechterhaltung
der Datenverbindung zumindest in zeitlichen Mindestabständen auf
die zugewiesene Ressource zugreift und eine Information oder ein
Signal zur Basisstation sendet, verhindert den von der Basisstation
ansonsten einzuleitenden Verbindungsabbau. Der zeitliche Mindestabstand
entspricht somit einer Dauer, die kürzer ist als die Zeit, nach
der die Basisstation entsprechend ihren Systemvorgaben den Verbindungsabbau
einleiten würde,
wenn sich die Teilnehmerstation nicht zuvor gemeldet hat.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schema zur Zuteilung von Ressourcen zu verschiedenen Teilnehmern;
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2 schematisch
eine für
sich bekannte Anordnung miteinander kommunizierender Stationen und
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3 schematisch
eine für
sich bekannte Unterteilung der Übertragungsressource
einer Luftschnittstelle.
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Das in 2 dargestellte
Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems besteht
aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen MSC, die untereinander
vernetzt sind bzw. den Zugang zu z.B. einem Festnetz PSTN herstellen.
Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest
einer Einrichtung RNC zur Steuerung von Basisstationen BS und zum
Zuteilen von funktechnischen Ressourcen, d.h. einem Funkressourcenmanager,
verbunden. Jede dieser Einrichtungen RNC ermöglicht wiederum eile Verbindung
zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS
kann über
eine Funkschnittstelle V1, V10 eine Verbindung zu einer oder mehreren
Teilnehmerstationen, z.B. Mobilstationen MS0, MS10 oder anderweitigen
mobilen und stationären
Endgeräten, aufbauen.
Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle Z gebildet.
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In 2 sind
beispielhaft Verbindungen V1, V10 zur Übertragung von Nutzinformationen
und Signalisierungsinformationen als Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
zwischen Mobilstationen MS0, MS10 und einer Basisstation BS und
ein Organisationskanal BCCH (BroadCast CHannel) als Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung
von der Basisstation BS zu den Teilnehmerstationen MS0, MS10 dargestellt.
Zudem gibt es einen Zugriffskanal (BACH – Random Access CHannel), über den
mobile Teilnehmerstationen eine Anforderung zur Ressourcenzuteilung übermitteln können. Alternativ
zur Ressourcenanforderung sind auch kurze Bestätigungsmeldungen im Zugriffskanal übertragbar.
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Ein Operations- und Wartungszentrum
OMC realisiert Kontroll- und
Wartungsfunktionen für
das Mobilfunksystem bzw. für
Teile davon. Die Funktionalität
dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar,
insbesondere auf Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß und auf
im unlizensierten Frequenzbereich betriebene Basisstationen und
Teilnehmerstationen.
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Eine beispielhafte Rahmenstruktur
einer TDD-Funkübertragung
(Time Division Duplex) ist aus 3 ersichtlich.
Innerhalb eines breitbandigen Frequenzbereichs, beispielsweise der
Bandbreite B = 5 MHz, findet gemäß einer
TDMA-Komponente (Time Division Multiple Access) eine Aufteilung
in mehrere Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze
ts0 bis ts15 pro Rahmen fr statt. Mehrere Rahmen fr bilden einen
Multirahmen usw. Somit entsteht eine Kanalstruktur. Es kann dabei
prinzipiell auch vorgesehen sein, dass die Zeitschlitze ts eines Rahmens
fr nicht nur von einer Basisstation BS genutzt werden, sondern jeder
Zeitschlitz ts eines Rahmens fr einer anderen Basisstation zugeteilt
ist. Zusätzlich
oder alternativ können
die Zeitschlitze auf eine Vielzahl verschiedener Teilnehmerstationen
verteilt werden. In jedem Fall wird ein Teil der Zeitschlitze ts
jeweils in Abwärtsrichtung
DL und ein Teil der Zeitschlitze in Aufwärtsrichtung UL benutzt.
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Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht
das Frequenzband für
die Aufwärtsrichtung
UL dem Frequenzband für
die Abwärtsrichtung DL.
Gleiches wiederholt sich für
weitere Trägerfrequenzen.
Durch die variable Zuteilung der Zeitschlitze ts für Auf- oder
Abwärtsrichtung
UL, DL können vielfältige asymmetrische
Ressourcenzuteilungen und durch die beliebige Zuteilung der Zeitschlitze ts0–ts15 auf
Teilnehmerstationen MS0, MS10 und/oder Basisstationen BS eine lastabhängige Anpassung
der einer Basisstation BS zugeteilten funktechnischen Ressourcen
vorgenommen werden.
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Die Zuteilung der Zeitschlitze ts
erfolgt in der Einrichtung RNC zur Zuteilung von funktechnischen Ressourcen,
wobei im Falle benachbarter Basisstationen und einer Zeitclusterung
ein Zeitschlitz ts nur einer einzigen Basisstation BS zugeteilt
wird. Die der Basisstation BS zugeteilten Zeitschlitze ts werden dieser
durch die Einrichtung RNC signalisiert.
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Innerhalb der Zeitschlitze ts werden
Informationen mehrerer Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Die Daten sind verbindungsindividuell
mit einer Feinstruktur, einem Spreizkode c, gespreizt, so dass empfangsseitig
beispielsweise n Verbindungen durch diese CDMA-Komponente (CDMA:
Code Division Multiple Access) separierbar sind. Die CDMA-Komponente
schafft eine variable Kapazitätserweiterung
der Funkschnittstelle durch Einstellung von Spreizfaktoren bzw.
Vergabe einer variablen Anzahl von Spreizkodes. Es sind kurze Schutzzeiten – die Differenz
der Funkblocklänge
zur Länge
eines Zeitschlitzes ts – vorgesehen,
die als Toleranz für
die Zeitsynchronisation dienen. Innerhalb der Funkblöcke werden
sogenannte Mittambeln m übertragen, die
in die Daten tragenden Signalanteile eingebettet sind oder allein
gesendet werden.
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Ist ein zu übertragender Informationsblock zu
groß,
um mit einem Spreizkode c und in einem Zeitschlitz ts übertragen
zu werden, so werden mehrere Spreizkodes c in mehreren Zeitschlitzen
ts in Form eines Kanals für
kodierte zusammengesetzte Daten (CCTrCH – Coded Composite Transport
Channel) gebündelt.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
der Rückkanal
zur Aufrechterhaltung z. B. von Leistungsregelung bzw. Power Control,
Synchronisierung der Aufwärtsverbindung
oder Antennensteuerung dynamisch allokiert, wobei die u. U. sehr schnell
veränderlichen
Kanaleigenschaften berücksichtigt
werden können.
Eine hohe Dynamik kann dadurch realisiert werden, dass nicht mehr
eine feste Zuordnung der UL-Ressourcen zu bestimmten Teilnehmerstationen
MS0, MS10 durch die Basisstation erfolgt, sondern jede Teilnehmerstation
MS0, MS10, d.h. jedes Endgerät
selbständig
auf bestimmte Aufwärtsverbindungs-
bzw. UL-Ressourcen zugreift. Dabei kann die variable Zugriffsperiode
aus Kanalmessungen gewonnen werden. Als Ressourcen können insbesondere
Rahmen fr–n+0,
...fr–n+15,
Codes c oder Zeitschlitze ts0–ts15
und Mittambeln m dienen. Die Belegung der Ressource kann entsprechend
z.B. durch das Senden einer bestimmten Mittambel m in einem bestimmten
Rahmen fr, in einem bestimmten Zeitschlitz, mit einem bestimmten
Code und/oder auch das Senden eines beliebigen für diesen Zweck durch die Basisstation
BS zuordbaren Signals sein.
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Durch diese Vorgehensweise ergibt
sich der Vorteil, dass jeder Mobilfunkteilnehmer bzw. jede Teilnehmerstation
MS0, MS10 nur gerade soviel UL-Kapazitäten belegt, wie zur Aufrechterhaltung
der zugeordneten individuellen Verbindung benötigt werden. Während bei
sehr stark veränderlichen
Kanälen nach
dem Stand der Technik ein sehr hochratiger Rückkanal allokiert werden muss,
um den ungünstigsten
Fall zu berücksichtigen,
ist dies mit der hier beschriebenen dynamischen Allokierung nicht
mehr erforderlich.
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Wird der durch eine Teilnehmerstation
MS0, MS10 verwendete Kanal z. B. quasi-stationär, indem das Endgerät beispielweise
zum Stillstand kommt, so wird automatisch die Allokierungsrate des
Rückkanals
auf das Minimum reduziert, ohne dass eine zeitaufwendige Signalisierung
mit der Basisstation BS erfolgen müsste. Bewegt sich das Endgerät plötzlich wieder,
könnte
eine nach dem Stand der Technik erforderliche Higher-Layer-Signalisierung sogar
zum Verbindungsabbruch führen,
falls die fix allokierte Rückkanalkapazität für sehr schlechte
Kanalbedingungen nicht mehr ausreicht. Auch ein solcher Verbindungsabbruch
kann durch die von der Teilnehmerstation MS0, MS10 aus veranlasste
dynamische Allokierung des Rückkanals
verhindert werden.
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Zur Übertragung der Rückkanalinformation bieten
sich insbesondere Mittambel-Ressourcen an, da diese bei Verwendung
einer üblichen
Codierung ein festes Chipmuster aufweisen, leicht und sicher zu detektieren
sind und sowohl für
die UL-Synchronisierung,
Leistungsregelung (PC – Power
Control) als auch zur Steuerung von adaptiven Antennen verwendet
werden können.
Dies bedeutet, zur Übertragung der
UL-Information wird bei der hier beschriebenen Verfahrensweise kein
vollständiger
Burst benötigt, sondern
lediglich eine isoliert gesendete Mittambel, wodurch ein zusätzlicher
Vorteil dadurch entsteht, dass die erforderliche Sendeleistung der
Teilnehmerstation MS0, MS10 gegenüber dem bisher üblichen Aussenden
eines vollständigen
Bursts verringert wird.
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In besonders vorteilhafter Weise
können
für diesen
Zweck Mittambeln in solchen Zeitschlitzen verwendet werden, die
zwar vollständig
mit Codes belegt sind, in denen jedoch zumindest eine Mittambel
nicht belegt ist. Dieser Fall tritt z. B. immer dann ein, wenn ein
Teilnehmer in einem Zeitschlitz eine UL-Übertragungsrate belegt und
hierfür
ein Spreizfaktor mit einer Codezahl < 16 allokiert wird.
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Um die vorstehend postulierte dynamische Allokierung
der UL-Ressourcen
anzuwenden, ist es zweckmäßig, dass
zum einen ein Mehrfachzugriff auf die vorhandenen Ressourcen vermieden
wird und zum anderen die Basisstation BS die empfangenen Signale
eindeutig einem Endgerät,
d.h. einer der allokierten Teilnehmerstationen MS0, MS10 zuordnen kann.
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Um dies zu realisieren, ist eine
hierarchische Zuweisung von Mittambeln für den Rückkanal vorteilhaft, bei der
jede Teilnehmerstation MS0, MS10 in Form einer Superframe-Struktur
einen vorher festgelegten Anteil der Ressource erhält und die
Mittambeln in einer ebenfalls vordefinierten Reihenfolge ge sendet
werden, wie dies am nachfolgend beschriebenen detaillierten Beispiel
ersichtlich ist. Eine Superframe-Struktur besteht z.B. aus einer
zyklischen Abfolge von 16 Rahmen n+0 i n+15. Die Rahmen können z.B.
wiederum jeweils aus Zeitschlitzen mit Mittambeln und einer Codierung
bestehen. Auch die Mittambeln können
ihrerseits aus einer bestimmten Signalfolge bzw. Bitfolge bestehen,
so dass verschiedene mögliche
Mittambeln MA1–MA4
verfügbar
sein können.
Für die
Umsetzung des Konzeptes steht somit eine Vielzahl verschiedenartiger
einzeln oder in Kombination verwendbarer Ressourcen zur Verfügung.
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Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensweise,
bei der die Basisstation BS aus der Frequenz der UL-Emissionen einer
einzelnen Teilnehmerstation MS0, MS10 Rückschlüsse auf die gemessenen Kanaleigenschaften
ziehen kann, ohne dazu explizit Signalisierungsnachrichten austauschen
zu müssen.
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Bei dem nachfolgend anhand 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird eine dynamische Belegung der UL-Ressourcen statt einer statischen
Belegung von UL-Ressourcen vorgenommen. Dies erfolgt unabhängig durch
das Mobilfunkgerät selber
abhängig
von individuellen Kanalbedingungen. Dabei gibt die Basisstation
lediglich bestimmte Ressourcen für
mehrere Teilnehmer vor, dies aber ohne eine Signalisierung der Belegung
von spezifischen Ressourcen während
der aktiven Verbindung.
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Anstelle einer Vorgabe einer bestimmten Ressource
bzw. Ressourcenabfolge können
auch andere Verfahren verwendet werden, damit die Basisstation BS
erkennt, von welcher Teilnehmerstation MS0, MS10 ein Signal empfangen
wurde. Neben statistischen Auswertungen können auch Faktoren, wie die
Richtung, aus der ein Signal empfangen wurde, verwendet werden.
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Vorteilhafterweise werden dabei als
spezielle UL-Ressourcen Mittambeln, also uncodierte Pilotsequenzen
für eine
Kanalschätzung
ohne einen eigentlichen Datenanteil für diese UL- Signalisierung verwendet. Diese Mittambeln
MA1–MA4
werden besonders bevorzugt in solchen Rahmen verwendet, in denen
zwar unbelegte Mittambeln aber keine Codes mehr zur Verfügung stehen.
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Bevorzugt wird also ein Zuteilungsverfahren der
UL-Ressourcen, insbesondere. der Mittambeln, verwendet, das sowohl
eine variable Rate seitens der Teilnehmerstationen MS0, MS10 als
auch eine eindeutige Identifizierung durch die Basisstation BS ermöglicht.
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Je schlechter die in der Teilnehmerstation MS0,
MS10 gemessene Kanalqualität
ist, desto häufiger
sendet diese Teilnehmerstation MS0, MS10 in der Aufwärtsverbindung.
Von der Basisstation BS kann daher die Häufigkeit bzw. Frequenz der UL-Emissionen durch
eine Teilnehmerstation MS0, MS10 vorteilhafterweise zur Bestimmung
der in der Teilnehmerstation MS0, MS10 gemessenen Kanalqualität verwendet.
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Wie aus 1 ersichtlich, wird bei dem Ausführungsbeispiel
von einer Mittambel MA1 ausgegangen, wobei jede von z.B. maximal
16 Stationen nur alle 16 Rahmen fr auf eine Mittambel zugreifen darf.
In der 1 dargestellt
sind symbolisch die Rahmennummern n+0, n+1, ... n+15 eines Zyklus, wobei
n eine ganze Zahl ist. Wenn insgesamt 16 Teilnehmerstationen MS0,
MS10 mit jeweils einem eigenen zugeordneten Code c, einer bestimmten
Bit- bzw. Signalfolge der Mittambeln MA1, MA2, MA3, MA4 in dem System
senden, können
dabei theoretisch pro Rahmen. 16 Mittambeln m für diese 16 Teilnehmerstationen
zur Verfügung
stehen.
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Bei dem TDD-System, als einem möglichen speziellen
System gibt es pro Zeitschlitz nur eine Mittambel im Grundcode,
wobei 16 Teilnehmerstationen orthogonal verschiedene CDMA-Codes
haben, so dass letztendlich pro Teilnehmerstation maximal 16 verschiedene
Mittambeln verfügbar
sind. Der Grundcode ist bei TDD zyklisch verschiebbar bzw, shiftbar.
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Für
den Fall einer einzigen Teilnehmerstation MS0 im Bereich einer Basisstation
BS im anderen Extremfall könnte
diese alle 16 Codes verwenden und würde dabei aber nur eine einzige
Mittambel m benötigen.
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Jedoch können neben dieser einen Teilnehmerstation
MS0 auch weitere Teilnehmerstationen MS10 existieren, die jedoch
momentan passiv bei der Basisstation BS angemeldet sind und keine Übertragungskapazitäten für eine Datensendung
benötigen. Damit
diese weiteren Teilnehmerstationen MS10 mit der Basisstation BS
verbunden bleiben, müssen
sie sich regelmäßig bei
der Basisstation BS melden. Dazu werden die freien, von der ersten
Teilnehmerstation MS0 nicht benötigten
Ressourcen, also hier 15 Mittambeln verwendet, so dass neben der
ersten, aktiven Teilnehmerstation MS0 noch weitere 15 Teilnehmerstationen
MS10 passiv aber mit einer jederzeit voll aktivierbaren Verbindung
zur Basisstation BS bestehen können.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen
beschrieben, eine, bei der einzelne Zeitschlitze ts0–ts15 eines
Rahmens fr jeweils einer der Teilnehmerstation MS0, MS10 eineindeutig
zugeordnet werden, und eine andere besonders bevorzugte und einfach
umsetzbare Ausführungsform,
bei der eine Rahmennummer n+0, ... n+15 einer Abfolge 16 vollständiger Rahmen
fr jeweils einer der Teilnehmerstation MS0, MS10 eineindeutig zugeordnet
werden.
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Bei einem ersten Beispiel, das z.B.
im FDD-System (FDD: Frequency Division Duplex) einsetzbar ist, wird
die in 1 in der ersten
Zeile dargestellte Zuteilung als einfaches Zuordnungsschema für eine erste
Mittambel MA1 der 16 möglichen
Mittambeln verwendet. Die Berechtigung für den Zugriff der theoretisch
16 möglichen
Teilnehmerstationen MS0, MS10 erfolgt dabei auf 16 aufeinanderfolgende Rahmen
n+0, n+1, n+2, ... n+15 eines sogenannten Super-Rahmens. Dabei darf
die erste der Teilnehmerstationen MS0 auf jeweils den ersten Rah men n+0
der 16 aufeinanderfolgenden Rahmen n+0, n+1, n+2, ... n+15 zugreifen.
Die weitere dargestellte, elfte der Teilnehmerstationen MS10 darf
z.B. auf jeweils den elften Rahmen n+10 von 16 der aufeinanderfolgenden
Rahmen n+0, n+1, n+2, ... n+15 zugreifen. Über eine Abfolge von jeweils
sechzehn Rahmen n+0, n+1, n+2, ... n+15 bekommt somit jede der maximal
16 Teilnehmerstationen einmal die Möglichkeit, eine Mittambel m
zu der Basisstation BS zu senden, um einen vollständigen Verbindungsabbau
verhindern zu können.
Dabei reicht insbesondere die Verwendung einer einzigen bestimmten
Mittambel MA1 aus einer Vielzahl von Mittambeln MA1, MA2, ... mit verschiedenem
Code bzw. verschiedener Bitfolge aus.
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Somit werden 16 Teilnehmer so auf
die erste Mittambel MA1 verteilt, dass jeder Teilnehmer diese Mittambel
in jedem x-ten der
16 Rahmen exklusiv belegen kann. Falls der Kanal so stabil ist,
dass keine Übertragung
benötigt
wird, kann die Übertragung auch
nur in jedem x-ten Rahmen jedes m-ten Super- bzw. über-Rahmens einer Superrahmen-Struktur
erfolgen, wodurch sich ein geringst möglicher Energieverbrauch in
der Teilnehmerstation MS1, MS10 ergibt. Alle wieviel Rahmen zumindest
eine Übertragung
erforderlich ist, hängt
dabei davon ab, alle wie viele Rahmen fr von der Basisstation BS
eine Zusendung durch eine Teilnehmerstation MS1, MS10 erwartet wird,
um nicht auf einen Ausfall dieser Teilnehmerstation MS1, MS10 zu
schließen
und die Verbindung zu dieser abzubauen.
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Um auf einen schlechter werdenden
Kanal reagieren zu können,
wird eine zweite Mittambel MA2 verwendet, wobei vorteilhafterweise
wieder eine Periode von 16 Rahmen mit den Rahmennummern n+8, n+9,
n+10, ..., n+15, n+1, ... n+7 für
alle Teilnehmer bereitgestellt bzw. allokiert wird. Allerdings findet
dabei bei der Zuordnung der Teilnehmerstationen MS1, MS10 zu den
Rahmen n+8, n+9, n+10, ..., n+15, n+1, ... n+7 eine Verschiebung
um 8 Rahmen statt. Dadurch wird erreicht, dass zwischen zwei Aussendungen
einer Teilnehmerstation MS0, MS10 nie mehr als 8 Rahmen liegen müssen, da
jede Teilnehmerstation MS0, MS10 nun zu zwei Zeitpunkten bzw. in
zwei Rahmen senden kann. Beispielsweise darf die erste Teilnehmerstation
MS1 in dem ersten Rahmen n+0 der Mittambel MA1 und dem zeitlich
neunten Rahmen n+0 der zweiten Mittambel MA2 senden. Die elfte Teilnehmerstation
MS10 darf entsprechend in dem elften Rahmen n+10 der Mittambel MA1
und dem zeitlich dritten Rahmen n+10 der zweiten Mittambel MA2 senden.
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Reicht diese UL-Übertragungsrate immer noch
nicht aus, z.B. aufgrund sehr schlechter Werte bei der Kanalabschätzung durch
eine der Teilnehmerstationen MS0, MS11, können weitere Mittambeln MA3
und MA4 belegt werden. Diesen beiden weiteren Mittambeln MA3 und
MA4 werden dabei jeweils acht der sechzehn Teilnehmerstationen MS0, MS10
zugeordnet. Den ersten acht Teilnehmerstationen MS0 wird bei der
ersten der beiden weiteren Mittambeln MA3 jeweils der Zugriff auf
zwei zulässige Rahmennummern
innerhalb der Periode von 16 Rahmen erlaubt, um wiederum äquidistante
Teilperioden zu ermöglichen.
Den zweiten acht Teilnehmerstationen MS10 wird bei der zweiten der
beiden weiteren Mittambeln MA4 jeweils der Zugriff auf zwei zulässige Rahmennummern
innerhalb der Periode von 16 Rahmen erlaubt, um wiederum äquidistante
Teilperioden zu ermöglichen.
Dabei wird die zeitliche Verteilung so vorgenommen, dass jede Teilnehmerstation
MS0, MS10 bei der Verwendung dieser 4 Mittambeln MA1–MA4 alle
4 Rahmen eine Möglichkeit
erhält
zu der Basisstation BS zu übertragen.
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Bei diesem Beispiel werden somit
16 Teilnehmer (MS0–MS15)
auf insgesamt 4 zur Verfügung stehende
Mittambeln MA1 bis MA4 so aufgeteilt, dass jeder Teilnehmer je nach
seinen individuellen Kanalbedingungen eine variable UL-Transmissionsrate
mit äquidistanten
Aussendeintervallen einstellen kann.
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Die vierte Mittambel MA4 kann z.B.
auch nur dann eingesetzt werden, falls mehr als 8 Teilnehmerstationen
MS0, MS11 eine hohe UL-Rate benötigen. Andernfalls
können
auch bis zu acht ausgewählte
der sechzehn Teilnehmerstationen MS0, MS11 der Mittambel MA3 zugeordnet
werden. Die Verwendung einer vierten Mittambel ist z.B. dann nicht
erforderlich, wenn bereits beim Aufbau einer Verbindung die Schwankungsbreite
der Kanaleigenschaften für
jede Teilnehmerstation MS0, MS10 geschätzt werden kann und eine individuelle
maximale Rate der Mittambel-Allokierung
in Abhängigkeit
der schlechtesten zu erwartenden Kanalbedingungen erfolgt. Deshalb sollte
das Pooling der Teilnehmer auf die zur Verfügung stehenden UL-Mittambeln
in sinnvoller Weise so erfolgen, dass die minimal und maximal zu
erwartende Rate für
die UL-Emissionen zur Aufrechterhaltung einer Verbindung berücksichtigt
wird.
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Bei der anderen Ausführungsform,
die z.B. bei TDD einsetzbar ist, wird die in 1 in der ersten Zeile dargestellte Zuteilung
als einfaches Zuordnungsschema für
eine erste Mittambel MA1 der z.B. 16 möglichen Mittambeln verwendet.
Die Berechtigung für
den Zugriff der theoretisch 16 möglichen Teilnehmerstationen
MS0, MS10 erfolgt dabei auf 16 aufeinanderfolgenden Zeitschlitze
ts = n+0, n+1, n+2, ... n+15 eines Rahmens fr. Dabei darf die erste
der Teilnehmerstationen MS0 auf jeweils den ersten Zeitschlitz ts
= n+0 der 16 aufeinanderfolgenden Zeitschlitze n+0, n+1, n+2, ...
n+15 zugreifen. Die weitere dargestellte, elfte der Teilnehmerstationen
MS10 darf z.B. auf jeweils den elften Zeitschlitz ts10 bzw. n+10 von
16 der aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen n+0, n+1, n+2, ... n+15
zugreifen. Über
eine Abfolge von jeweils sechzehn Zeitschlitzen n+0, n+1, n+2, ... n+15
bekommt somit jede der maximal 16 Teilnehmerstationen einmal die
Möglichkeit,
eine Mittambel m zu der Basisstation BS zu senden, um einen vollständigen Verbindungsabbau
verhindern zu können.
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Man erkennt an diesen Beispielen
leicht, dass das vorgeschlagene Übertragungsschema
eine sehr große
Flexibilität
aufweist und an verschiedenste Teilnehmerzahlen als auch Kanalbedingungen
adoptiert werden kann. Während
bei dem hier dargestellten Beispiel immer eine exklusive Zuordnung
einer Mittambel in einem Rahmen fr bzw. n+i zu genau einem Teilnehmer bzw.
einer Teilnehmerstation MS0, MS10 erfolgt, könnte hiervon in einer anderen
vorteilhaften Ausgestaltung auch abgewichen werden, falls die Basisstation
BS auf andere Art die eindeutige Zuordnung des Empfangssignals zu
einer bestimmten der Teilnehmerstationen MS0, MS10 gewährleisten kann.
Dies kann zum Beispiel durch räumliche
Signatur bei Einsatz von adaptiven Antennen ermöglicht werden.
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Eine Überlappung der Allokierung
kann aber auch bewusst eingesetzt werden, um statistische Effekte
auszunutzen, etwa, dass für
zwei Teilnehmerstationen MS0, MS10 in verschiedenen Zeitschlitzen oder
mit verschiedenen räumlichen
Signaturen das gleichzeitige Auftreten von sehr schlechten Kanalbedingungen
extrem unwahrscheinlich ist, denn beim Zulassen von Überlappungen
können
natürlich
mit der gleichen Anzahl von zur Verfügung stehenden Mittambeln wesentlich
mehr Teilnehmer unterstützt werden.
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Falls die ersten zwei Mittambeln
MA1, MA2 exklusiv den Teilnehmerstationen zugeordnet werden und
eine dritte Mittambel MA3 immer gleichzeitig von zwei bestimmten
Teilnehmerstationen belegt werden kann, ist eine eindeutige Teilnehmererkennung
auch immer dann möglich,
falls der eine Teilnehmer temporär
einen sehr schlechten Kanal erkennt und deshalb sämtliche
ihm zur Verfügung
stehenden drei Mittambeln belegt, während der zweite Teilnehmer
gar keine oder lediglich eine Mittambel benötigt. Dies ist so, da in diesem
Fall die Nichtbelegung einer exklusiven Ressource anzeigt, dass
auch die geteilte Mittambel MA3 von dieser Teilnehmerstation aktuell
nicht belegt wird.