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Die Erfindung betrifft Verbesserungen
in einem Funk-Kommunikationssystem, inbesondere ein Verfahren und
ein Funk-Kommunikationssystem zur Synchronisation und/oder zur Sendeleistungsregelung
in einem Funk-Kommunikationssystem.
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In Funk-Kommunikationssystemen, beispielsweise
dem europäischen
Mobilfunksystem der zweiten Generation GSM (Global System for Mobile Communications),
werden Informationen (beispielsweise Sprache, Bildinformation oder
andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle übertragen.
Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Verbindung zwischen
einer Basisstation (NB – Node
B) und Teilnehmerstationen (UE – User
Equipment), wobei die Teilnehmerstationen beispielsweise Mobilstationen
oder ortsfeste Funkstationen sein können. Das Abstrahlen der elektromagnetischen
Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen,
die in einem für
das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme,
beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunication System)
oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband
von ca. 2000 MHz vorgesehen. Für
die dritte Mobilfunkgeneration sind zwei Modi vorgesehen, wobei
ein Modus einen FDD-Betrieb (frequency division duplex) und der
andere Modus einen TDD-Betrieb (time division duplex) bezeichnet.
Diese Modi finden in jeweils unterschiedlichen Frequenzbändern ihre
Anwendung. Beide Modi unterstützen
ein sogenanntes CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren (Code Division
Multiple Access).
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Im Rahmen der 3GPP Standardisierung
des UMTS ist der TDD-Modus in einen hochdatenratigen Modus, der
so genannten High Chiprate-Option mit 3,84 Mcps, und in einen niederbitratigen
Modus, der so genannten Low Chiprate-Option mit 1,28 Mcps, unterteilt.
Die Struktur der Übertragungsschicht
der Low Chiprate-Option ist dabei eng an dem in China standardisierten
so genannten TD-SCDMA-System angelehnt.
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Bei der 1.28 Mcps-Option des UMTS-TDD-Standards
wird sowohl für
eine Synchronisierung der Übertragung
in Aufwärtsrichtung
(engl. Uplink), d.h, von der Teilnehmerstation zu der Basisstation,
als auch für
eine Sendeleistungsregelung (engl. Transmit Power Control) eine
schnelle Signalisierung auf der physikalischen Übertragungsschicht (Schicht
1 des ISO/OSI-Schichtenmodells)
verwendet. Dabei werden beispielsweise bei Übertragungen der Basisstation
in Abwärtsrichtung
(engl. Downlink) zu den Teilnehmerstationen so genannte SS- (Synchronisation
Shift) und TPC- (Transmit Power Control) Kommandos integriert, die
nachfolgende Aussendungen der Teilnehmerstationen beeinflussen. Hierbei
gibt es beispielsweise die Möglichkeit,
der Teilnehmerstation zu signalisieren, dass sie die Sendeleistung
um einen Schritt erhöhen
oder erniedrigen soll, bzw. dass sie das Timing der Aussendung in
Aufwärtsrichtung
um einen Schritt zeitlich nach vorn oder nach hinten verändern soll
oder nicht.
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Die richtige Interpretation dieser
Kommandos in der Abwärtsrichtung
und die daraus resultierende Reaktion ist für die Teilnehmerstation nur
möglich,
wenn es eine eindeutige Beziehung des Kommandos in der Abwärtsrichtung
mit dem entsprechenden von der Teilnehmerstation in Aufwärtsrichtung
verwendeten Zeitschlitz gibt.
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Diese Beziehung ist in dem Dokument
des 3GPP-Standards 3GPP TS 25.221, V4.5.0 (2002-6), "Physical channels
and mapping of transport channels onto physical channels (TDD) (Release
4)", in den Kapiteln 6.2.2.2 und 6.2.2.3 (cf. Annex G) festgeschrieben.
Nach diesem Verfahren wird aus den zur Verfügung stehenden Kommandos und
der zu kontrollierenden Anzahl von Uplink-Zeitschlitzen jeweils ein
Pool gebildet. Danach werden die zur Verfügung stehenden Kommandos der
Reihe nach den zu kontrollierenden Zeitschlitzen für die Aufwärtsrichtung zugeteilt.
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Die 2 und 3 zeigen ein entsprechendes
Beispiel für
dieses Verfahren. Es sei angenommen, dass einer Teilnehmerstation
UE in der Aufwärtsrichtung
UL innerhalb eines Subrahmens (engl. Subframe) zwei Zeitschlitze
UL1 und UL2 zur Übertragung
von Daten und/oder Signalisierungsinformationen zugewiesen sind.
Aus Messungen der Basisstation NB bezüglich des Empfangs in diesen Uplink-Zeitschlitzen
UL1, UL2 generiert die Basisstation NB zeitschlitzindividuelle Synchronisationskommandos
SSl, SS2 (Synchronisation Shift), die in den nachfolgenden Downlink-Zeitschlitzen
(durch einen abwärts
gerichteten Pfeil gekennzeichnet) zu der Teilnehmerstation UE gesendet
werden. In gleicher Weise erfolgt die in diesem Beispiel nicht dargestellt Übertragung
von Sendeleistungssteuerungs-Kommandos (TPC).
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Nach der derzeit im Standard unterstützten Regel
steuert das Kommando SS1 in jedem Subrahmen das Timing für den Uplink-Zeitschlitz UL1,
und das Kommando SS2 immer den Uplink-Zeitschlitz UL2.
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Aufgrund verschiedener im Standard
verankerter Mechanismen, wie beispielsweise die Möglichkeit
der Änderung
der Kodierung oder das so genannte Rate Matching, kann der Fall
auftreten, dass die zur Kommunikation von zu einer Teilnehmerstation
verwendeten Ressourcen zeitweise nicht genutzt bzw, abgeschaltet
werden, um die Interferenzbeeinflussung von parallelen Datenübertragungen
zu verringern. Dabei kann beispielsweise auch ein für die Übertragung
in Abwärtsrichtung
verwendeter Code temporär
abgeschaltet werden, der ein SS und TPC Kommando für die Teilnehmerstation
UE überträgt. In diesem
Fall wird die Synchronisation und/oder die Sendeleistungsregelung
der Übertragung
in dem korrespondierende Uplink-Zeitschlitz für den gleichen Zeitraum solange
nicht gesteuert, bis die Datenrate in dem Downlink-Zeitschlitz wieder
ansteigt und der entsprechende Code wieder aktiviert wird, der dann wiederum
die Kontrollinformationen für
den Uplink-Zeitschlitz enthält.
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Die 3 zeigt
ein entsprechendes Beispiel, in dem die zu der Teilnehmerstation
zu übertragende Datenrate
so klein geworden ist, dass der Downlink-Zeitschlitz, der vormals
das SS2-Kommando trug, für
zwei Subrahmen abgeschaltet wird. Wie aus der 3 ersichtlich, kann während dieser zwei Subrahmen
(Subframe #i+1 und Subframe#i+2) keine Übertragung der Kommandos SS2
für die
Steuerung der Synchronisierung in dem Uplink-Zeitschlitz UL2 erfolgen.
Dieses kann nachteilig zu im schlimmsten Fall unkontrollierbaren
Situationen und einer allgemeinen Verschlechterung der Systemleistung
führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher,
ein Verfahren anzugeben, dass eine gesicherte Übertragung von Kommandos in
derartigen Situationen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen entnehmbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Dabei
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild eines Funk-Kommunikationssystems,
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4 eine
Abfolge von Subrahmen mit der Übertragung
von Kommandos nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, 5 eine weitere Abfolge von Subrahmen
mit einer beispielhaften Unterbrechung der Übertragung von Kommandos in
Abwärtsrichtung,
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6 Abfolgen
von Subrahmen für
ein statisches Verfahren gemäß dem Stand
der Technik und ein dynamisches Verfahren gemäß der Erfindung,
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7 eine
Tabelle mit der Zuordnung von Kommandos zu Uplink-Zeitschlitzen
nach dem Stand der Technik, und
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8 eine
Tabelle mit der Zuordnung von Kommandos zu Uplink-Zeitschlitzen
nach der Erfindung.
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Die 1 zeigt
einen Teil eines Mobilfunksystems als Beispiel für die Struktur eines Funk-Kommunikationssystems.
Ein Mobilfunksystem besteht jeweils aus einer Vielzahl von Mobilvermittlungsstellen
(MSC – Mobile
Switching Center), die zu einem Vermittlungsnetz (SSS – Switching
Subsystem) gehören
und untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz
herstellen (PSTN – Public Switched
Telephone Network), und aus jeweils einem oder mehreren mit diesen
Mobilvermittlungsstellen verbundenen Basisstationssystemen (BSS – Base Station
Subsystem). Ein Basisstationssystem weist wiederum zumindest eine
Einrichtung zum Zuweisen von funktechnischen Ressourcen (RNC – Radio
Network Controller) sowie zumindest eine jeweils damit verbundene
Basisstation NB (Node B) auf.
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Eine Basisstation NB kann über eine
Funkschnittstelle Verbindungen zu Teilnehmerstationen UE (User Equipment)
aufbauen und unterhalten. Durch jede Basisstation NB wird zumindest
eine Funkzelle gebildet. Die Größe der Funkzelle
wird in der Regel durch die Reichweite eines allgemeinen Signalisierungskanals,
der von den Basisstationen NB mit einer jeweils konstanten Sendeleistung
gesendet wird, bestimmt. Bei einer Sektorisierung oder bei hierarchischen
Zellstrukturen können
pro Basisstation NB auch mehrere Funkzellen Z versorgt werden. Die Funktionalität dieser
Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar,
in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann.
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Das Beispiel der 1 zeigt eine Teilnehmerstationen UE1,
UE2, die sich in der Funkzelle einer Basisstation NB befinden. Die
Teilnehmerstationen UE1, UE2 haben Kommunikations verbindungen zu
der Basisstation NB aufgebaut, auf denen in Aufwärts-UL und Abwärtsrichtung
DL eine Signalübertragung
eines gewählten
Dienstes erfolgt. Die Kommunikationsverbindungen werden durch einen
oder mehrere der jeweiligen Teilnehmerstation zugeteilte Spreizkodes
und/oder Zeitschlitze von parallel in der Funkzelle aufgebauten
Kommunikationsverbindungen separiert.
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In der 4 wird
die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahren
dargestellt. Nach der Erfindung wird das einleitend beschriebene
starre Abbilden eines ein Kommando übertragenden Downlink-Zeitschlitz
auf einen korrespondierenden Uplink-Zeitschlitz durch ein randomisiertes
und somit dynamisches Abbilden ersetzt. Dies führt zu einer Wahl der Zugehörigkeit
eines Kommandos in einem Downlink-Zeitschlitz zu einem Uplink-Timeslot in der Weise,
dass es ausgeschlossen ist, dass ein Kontrollkommando, beispielsweise
SS1, immer den gleichen Uplink-Zeitschlitz (UL1 in 2 und 3)
steuert. Vielmehr erfolgt die Zuordnung der Kommandos in Downlink-Zeitschlitzen
derart, dass die ensprechenden Kontrollkommandos in den Downlink-Zeitschlitzen
möglichst
gleichmäßig den
Uplink-Zeitschlitzen zugeordnet werden. In dem Beispiel der 4 wird hierzu in jedem ungeraden
Subrahmen die Zuordnung der Kontrollkommandos SS1, SS2 zu den Uplink-Zeitschlitzen
UL1, UL2 getauscht, und hierdurch eine Gleichverteilung der Fehlerwahrscheinlichkeit
aufgrund der gewonnenen Diversität
erzielt.
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Bei einem der in 3 dargestellten Situation entsprechenden
temporären
Abschalten (oder beispielsweise auch einer durch Interferenz bedingten
Nicht-Empfangbarkeit der Kommandos) des zweiten Downlink-Zeitschlitzes
sind weiterhin beide Uplink-Zeitschlitze
UL1, UL2 durch entsprechende Kommandos SS1 und SS2, die abwechselnd
in dem ersten Downlink-Zeitschlitz übertragen werden, bezüglich der
Synchronisierung steuerbar. Gleiches gilt entsprechend für eine Übertragung
von Sendeleistungsregelungs-Kommandos (TPC).
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In der 7 ist
beispielhaft die Zuordnung von drei Kommandos SS1, SS2, SS3 zu drei Uplink-Zeitschlitzen
UL1, UL2, UL3 entsprechend dem im Standard definierten Verfahren
dargestellt. Sollte hierbei der Fall auftreten, dass die Aussendung des
Kommandos SS3 beispielsweise aufgrund eines Rate Matchings unterbrochen
wird, so ist es nicht möglich,
die Synchronisation des dritten Uplink-Zeitschlitzes UL3 zu steuern.
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In der 8 ist
die Zuordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.
Im Falle eines Fehlers oder des Weglassens Kommandos SS3 ist weiterhin
eine gute Steuerung der Synchronisation aller Uplink-Zeitschlitze
möglich.
Auch der Ausfall von zwei Kommandos garantiert noch eine Steuerung
aller korrespondierender Uplink-Zeitschlitze. Wenn alle Kommandos
weiterhin gesendet werden, so führt
die Diversität
allgemein zu einem besseren Schutz der Kommandos.
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In der 6 ist
beispielhaft eine Abfolge der Verteilung der von der Teilnehmerstation
empfangenen Synchronisierungs-Kommandos (Received SS command#) auf
die zu steuernden Uplink-Zeitschlitze (Controlled
UL TS#) in Abhängigkeit
von der System-Zeitrahmennummer (SFN – System Frame Number) dargestellt.
Ein Zeitrahmen ist dabei in zwei Subzeitrahmen (Subframe) unterteilt.
In diesem Beispiel steuern zwei Kommandos (0,1)
vier Uplink-Zeitschlitze (0,1,2,3).
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Die obere Figur zeigt eine statische
Verteilung (Static Distribution) entsprechend der folgenden Formel
in dem derzeitigen Standard-Dokument TS 25.221, V4.5.0: ULpos = (SFN'⋅NSSsymbols + SSpos)mod(NULslot) Die untere Figur zeigt hingegen
eine dynamische Verteilung (Dynamic Distribution) entsprechend der folgenden
Formel gemäß der Erfindung:
ULpos = (SFN'⋅NSSsymbols + SSpos +
((SFN'⋅NSSsymbols + SSpos)div(NULslot)))mod(NULslot) Definition der
einzelnen Elemente der Formeln können
dem Standard-Dokument entnommen werden.
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Wie aus der oberen Figur ersichtlich
ist, erfolgt keine Steuerung der Uplink-Zeitschlitze 1 und 3, wenn
das Kommando SS1 beispielsweise aufgrund eines Rate Matchings nicht übertragen
bzw. empfangen wird. Bei der dynamischen Verteilung gemäß der unteren
Figur tritt dieser nachteilige Verlust der Steuerung nicht auf.
Die obige Formel zu der dynamischen Verteilung ermöglicht weiterhin
vorteilhaft eine Minimierung des größten Intervalls zwischen zwei Steuerungsperioden
eines Uplink-Zeitschlitzes.
Das Länge
des Intervall hängt
hängt von
dem Verhältnis zwischen
der Anzahl Kommandos und zu kontrollierenden Zeitschlitzen ab. Für den Fall,
dass eine gleiche Anzahl Kommandos und zu kontrollierende Zeitschlitze
existieren, erfolgt eine Steuerung in jedem Subrahmen.
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Die vorausgehend beschriebenen Verfahren lassen
sich in gleicher Weise auf die Steuerung der Sendeleistung mittels
TPC-Kommandos, sowie
in der umgekehrten Übertragungsrichtung
anwenden.