-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Übertragung
mindestens einer Gruppennachricht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, ein zugehöriges
Funkkommunikationsgerät
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 9 sowie Netzwerkkontrolleinheit gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
-
In modernen Mobilfunksystemen wie
beispielsweise einem nach dem UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System) Standard funktionierenden System sowie Mobilfunksystemen,
die fortgeschrittene Datenübertragungsdienste,
wie beispielsweise das GPRS (General Paket Radio Service) oder das
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Environment), bereitstellen, sind
Anwendungen vorstellbar, bei denen Nachrichten nicht nur zu einem
einzelnen, sondern zu zwei oder mehreren Mobilfunkteilnehmern übertragen
werden sollen. Beispiele für
solche Anwendungen sind sogenannte News-Groups, Video-Konferenzen,
Video-On-Demand
oder verteilte Anwendungen.
-
Grundsätzlich ist es möglich, hierzu
bei der Übertragung
der Nachrichten zu den verschiedenen Teilnehmern jedem Empfänger eine
Kopie der Daten zuzusenden. Diese Technik ist zwar einfach zu implementieren,
sie benötigt
jedoch, insbesondere für
große
Gruppen, eine sehr hohe Bandbreite, da die Nachrichten über eine
Anzahl N von Einzelverbindungen (Unicast-Verbindungen) übertragen
und dabei mehrfach über
gemeinsame Verbindungswege gesendet wird, wobei mit N die Anzahl
der Empfänger
der Nachricht bestimmt ist.
-
Daher kommt in modernen Mobilfunksystemen
eine sogenannte Punkt-zu-Mehrpunkt Übertragung (Multicast-Übertragung)
zum Einsatz, welche sich dadurch auszeichnet, dass verschiedene Teilnehmer,
denen dieselbe Nachricht übermittelt
werden soll, zu einer Gruppe (Multicast-Gruppe) zusammengefasst
sind, wobei dieser Gruppe eine Adresse (Multicast-Adresse) zugeordnet
wird, so dass zu übertragende
Daten nur einmal an diese Multicast-Adresse gerichtet und im Idealfall
nur einmal über
gemeinsame Verbindungswege vom Sender zu den Empfängern gesendet
werden. Der Sender muss nicht notwendigerweise Kenntnis über die
Anzahl der sich hinter der Multicast Adresse verbergenden Empfänger haben.
Um Nachrichten einer bestimmten Multicast Gruppe empfangen zu können, muss
sich ein Teilnehmer lediglich zu dieser Multicast-Gruppe einschreiben.
-
Nachteilig hierbei ist, dass zur
Implementierung dieser Punkt zu Mehrpunkt Kommunikation Eingriffe in
die gesamte Architektur notwendig sind, da nicht nur Teilnehmerendgeräte (Funkkommunikationsgeräte, sondern
auch übergeordnete
Einrichtungen, wie Basisstation oder andere Netzwerkkontrolleinrichtungen
notwendig sind.
-
Eine weit weniger aufwendige Implementierung
wäre durch
die Etablierung und Verwendung eines Ad-Hoc Netzwerkes möglich, welches
neben Punkt zu Punkt Verbindungen zudem Punkt zu Mehrpunkt Verbindungen
besonders effizient und wirkungsvoll realisiert.
-
Ad-Hoc Netzwerke basieren auf einer
direkten Verbindung einzelner bzw. einer Gruppe von mobilen Endgeräten (Funkkommunikationsgeräten). Direkte
Verbindung bedeutet, dass die Funkkommunikationsgeräte nicht
unter Einbeziehung einer ortsfesten Netzwerkkontrolleinrichtung,
bei einem UMTS System das UTRAN/CN, miteinander kommunizieren, sondern
zu übertragende
Daten werden ohne Vermittlung einer ortsfesten Netzwerkkontrolleinrichtung
unmittelbar zwischen zwei oder mehreren in diesem sogenannten "Direkt Mode" genannten Modus
miteinander verbundenen bzw. kommunizierenden Funkkommunikationsgeräten ausgetauscht.
-
Ad-Hoc Netzwerke, sind jedoch in
den bekannten, das Richtungstrennungsverfahren Frequenzduplex (Frequency
Division Duplex, FDD) verwendenden, Mobilfunkkommunikationssystemen
nicht realisiert, da diese Mobilfunksysteme auf eine Kommunikation
unter Vermittlung durch eine Basisstation ausgerichtet sind. Zur Übertragung
von Daten wird im Allgemeinen zwischen zwei Übertragungsrichtungen unterschieden – wobei üblicherweise
die Daten-Übertragung
von einer Basisstation zu den Mobilfunkstationen als Übertragung
in Downlink-Richtung und in der Gegenrichtung von einer Mobilfunkstation
zu der Basisstation als Übertragung in
Uplink-Richtung bezeichnet wird.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe ist es, die Bildung von spontanen, sogenannten Ad-Hoc Netzwerken
in einem Mobilfunknetz, insbesondere einem solchen der sogenannten
dritten Generation (3G) zu ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird ausgehend vom
Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden
Merkmale, durch das Funkkommunikationsgerät nach Anspruch 9 sowie die
Netzwerkkontrolleinrichtung nach Anspruch 11 gelöst.
-
Bei dem Verfahren zur Realisierung
einer Kommunikationsverbindung von einem ersten Funkkommunikationsgerät und mindestens
einem zweiten Funkkommunikationsgerät eines zumindest eine Netzwerkkontrolleinheit
(NODE-B), insbesondere Basisstation, aufweisenden, insbesondere
nach dem UMTS-Standard funktionierenden, ein Verfahren zur Richtungstrennung
nutzenden Funkkommunikationsnetzwerks, bei dem zumindest ein erster
Kanal für
eine Übertragung
in Downlink-Richtung und ein zweiter Kanal für eine Übertragung in Uplink-Richtung,
insbesondere nach dem "Frequency
Division Duplex Verfahren, FDD",
bereitgestellt werden. Gemäß Anspruch
1 wird das erste Funkkommunikationsgerät bei Eintreten einer ersten
vorgegebenen Bedingung in einen Zustand versetzt, der derart ausgestaltet
ist, dass es den ersten Kanal für
ein direktes Senden von Daten an das zweite Funkkommunikationsgerät und den
zweiten Kanal für ein
direktes Empfangen von Daten vom zweiten Funkkommunikationsgerät nutzt,
wobei durch das erste Funkkommunikationsgerät und das zweite Funkkommunikationsgerät ein von
der Netzwerkkontrolleinheit autonomes Netzwerk gebildet wird.
-
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Realisierung einer direkten, d.h. ohne Vermittlung durch
eine dem Funkkommunikationssystem zugeordnete Basisstation funktionierenden, Verbindung
in einem System mit fester Zuordnung von Frequenzkanälen für die Down-
bzw. Uplinkrichtung, so dass des Weiteren die Bildung spontaner
Netzwerke möglich
wird. Zudem zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass es die
beschriebenen Wirkungen sehr kostengünstig und einfach in bestehende
Funkkommunikationssysteme integriert.
-
Vorzugsweise tritt die vorgegebene
Bedingung durch das Detektieren eines Umschaltsignals und/oder einer
Umschaltinformation ein.
-
Wird das Umschaltsignal und/oder
die Umschaltinformation. durch das erste Funkkommunikationsgerät selbst
erzeugt, läuft
das Verfahren weitestgehend autonom im Funkkommunikationsgerät ab, so
dass sich das Verfahren ohne Anpassung von Funktionen in Netzwerkkontrolleinrichtungen
realisieren lässt.
In Szenarien, wo eine zentrale Steuerung erwünscht ist, kann ergänzend oder
ersatzweise die Netzwerkkontrolleinrichtung zumindest teilweise
an Erzeugung bzw. Übermittlung
des Umschaltsignals und/oder der Umschaltinformation beteiligt sein.
-
Vorzugsweise erfolgt das Erzeugen
des Umschaltsignals aufgrund einer Nutzereingabe. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass eine direkte Verbindung, beispielsweise
zur Erzeugung eines spontanen (ad hoc) Netzwerks durch einen Nutzer
und/oder einer zentralen Instanz (Netz-Provider) bewusst zugelassen
bzw. unterbunden wird.
-
Alternativ erfolgt das Erzeugen des
Umschaltsignals bei Eintritt zumindest des zweiten Funkkommunikationsgerätes in einen
Funksende-/Funkempfangsbereich des ersten Funkkommunikationsgerätes. Dies hat
den Vorteil, dass sich die Bildung eines spontanen Netzes gewissermaßen automatisch
im Hintergrund abspielt, so dass ein Nutzer sich nicht hierum kümmern muss.
-
Die Erzeugung des Umschaltsignals
kann hierbei beispielsweise mit der Einleitung einer lokalen Konferenzschaltung
oder der Auswertung einer Information korrelieren, die angibt, dass
eine direkte Verbindung zwischen den beteiligten Kommunikationspartnern
möglich
ist, so dass dies dem Erzeugen des Umschaltsignals zur Einleitung
einer Punkt zu Mehrpunktverbindung, zwischen dem ersten Funkkommunikationsgerät, dem zweiten
Funkkommunikationsgerät
sowie mindestens einem dritten Funkkommunikationsgerät entspricht,
wobei das erste Funkkommunikationsgerät den ersten Kanal für ein direktes
Senden von Daten an das zweite Funkkommunikationsgerät sowie
das dritte Funkkommunikationsgerät
und den zweiten Kanal für
ein direktes Empfangen von Daten vom zweiten Funkkommunikationsgerät sowie
vom dritten Funkkommunikationsgerät unter Anwendung eines Verfahrens
zur Teilnehmertrennung, insbesondere dem "Code Division Multiple Access" CDMA oder "Time Division Multiple
Access" TDMA Verfahren,
nutzt. Mit dieser vorteilhaften Weiterbildung wird ein ad hoc Netzwerk
größeren Ausmaßes, d.h.
mit mindestens drei Funkkommunikationsgeräten möglich, die eine Vermittlung
durch eine Basisstation dadurch unterbinden bzw. unnötig machen,
indem das erste Funkkommunikationsgerät eine Art Verteilerfunktion übernimmt
und alle beteiligten weiteren Funkkommunikationsgeräte durch
eine geeignete, durch das erste Funkkommunikationsgerät ausgeführte, Frequenzumsetzung
zumindest indirekt miteinander kommunizieren können, wobei dies unter Umständen simultan
erfolgt, was durch eine Teilnehmertrennung mit Hilfe eines geeigneten,
vorzugsweise ein in dem jeweiligen Funkkommunikationssystem gültigen,
Verfahren realisiert wird. Hierbei kann die erste Funkkommunikationseinrichtung
darüber
hinaus eine Verbindung zu der dem Funkkommunikationssystem zugeordneten
Netzwerkkontrolleinrichtung unterhalten, beispielsweise um eine
durch die ortsfeste Netzwerkkommunikationseinrichtung vermittelte
Verbindung zu entfernteren Funkkommunikationsgeräten aufrecht zu erhalten.
-
Alternativ oder ergänzend wird
durch die Netzwerkkontrolleinheit eine Authentifizierungs-, Tarifierungs-
und/oder Sicherheitsfunktion bereitgestellt und durch entsprechende
Verfahren zumindest teilweise gesteuert. Vorteilhaft an dieser Weiterbildung
ist, dass durch eine zentrale übergeordnete
Instanz sichergestellt ist, dass auf die oben genannte Funktionen
der einzelne Nutzer keinen Einfluss hat bzw. haben soll.
-
Das Funkkommunikationsgerät gemäß Anspruch
9 weist erfindungsgemäß Mittel
zur Durchführung des
Verfahrens auf, wobei es vorzugsweise insbesondere einen Frequenzlagenumsetzer
aufweist, der derart ausgestaltet ist, dass bei Eintreten der ersten
Bedingung der erste Kanal zum Senden und der zweite Kanal zum Empfangen
genutzt werden.
-
Die Netzwerkkontrolleinheit gemäß Anspruch
11 weist erfindungsgemäß Mittel
zur Durchführung
des Verfahrens auf.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung, werden anhand der in den 1a bis 6 gezeigten Darstellungen
erläutert.
Davon zeigt
-
1a eine
schematische Darstellung einer gemäß dem Stand der Technik definierten
Luftschnittstelle,
-
1b Zuordnung
von Frequenz und Übertragungsrichtung
in einem Funkkommunikationsgerät
zur Richtungstrennung gemäß dem Stand
der Technik,
-
1c Zuordnung
von Frequenz und Übertragungsrichtung
zur Richtungstrennung bei einem Funkkommunikati onsgerät und einer
ortsfesten Netzwerkkontrolleinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
-
2 erfindungsgemäße direkte
Kommunikation zwischen zumindest zwei Funkkommunikationsgeräten,
-
3 erfindungsgemäße direkte
Kommunikation zwischen zumindest zwei Funkkommunikationsgeräten mit
Einbeziehung der ortsfesten Netzwerkkontrolleinrichtung für Sonderfunktionen,
-
4 Zuordnung
von Frequenz und Übertragungsrichtung
zur Richtungstrennung bei einem Funkkommunikationsgerät gemäß der Erfindung,
-
5a Ad
hoc Netzwerk unter Anwendung der erfindungsgemäßen direkten Kommunikation,
-
5b Nachrichtenfluss
innerhalb des Ad hoc Netzwerks,
-
6 schematische
Darstellung des erfindungsgemäßen Einsatzes
eines Frequenzumsetzers in einem Funkkommunikationsgerät.
-
Zum leichteren Verständnis der
Problematik ist in 1a bis 1c das aus dem Stand der Technik bekannte
Prinzip, welches in einem UMTS-FDD Mobilfunkkommunikationssystem
zum Einsatz kommt, dargestellt. Aus der Darstellung in 1 wird deutlich, dass in einem derartigen
Mobilfunkkommunikationssystem bei der Übertragung von Daten zwischen
zwei Übertragungsrichtungen
unterschieden wird.
-
Hierbei wird eine Datenübertragung
von einer Netzwerkkontrolleinrichtung, die im Allgemeinen als ortsfeste
Basisstation NODE-B bezeichnet wird, zum einem ersten mobilen Endgerät (Funkkommunikationsgerät UE1) als Übertragung
in Downlink-Richtung DL bezeichnet. Bei einer Datenübertragung
von dem ersten Funkkommunikationsgerät zur Basisstation spricht
man von Übertragung
in Uplink-Richtung UL.
-
Wie aus der Darstellung in 1a des Weiteren ersichtlich wird, erfolgt
die Übertragung
der Daten über
die durch den UMTS Standard definierte Luftschnittstelle.
-
Bei einer derartigen Übertragung
besteht die Gefahr, dass sich Datenübertragungen in den beiden Richtungen
DL, UL gegenseitig beeinflussen, so dass gemäß dem UMTS Standard Maßnahmen
getroffen werden, um diese gegenseitige Beeinflussung der beiden Übertragungsrichtungen
zu verhindern.
-
Hierfür sind Verfahren zur Richtungstrennung
vorgesehen, wobei für
ein System gemäß dem UMTS Standard
grundsätzlich
zwei Prinzipien – eine
zeitliche Trennung und eine Trennung nach Übertragungsfrequenzen – zum Einsatz
kommen.
-
Die 1b zeigt
schematisch die Anwendung der Trennung nach Übertragungsfrequenzen gemäß dem "Frequency Division
Duplex Verfahren",
FDD, durch das erste Funkkommunikationsgerät UE1. Dargestellt ist – stellvertretend
für alle
Kanäle
eines ersten Satzes von Frequenzen bzw. Kanälen – ein durch eine erste Frequenz
f1 gegebener erster Übertragungskanal
sowie – stellvertretend
für alle
Kanäle
eines zweiten Satzes von Frequenzen bzw. Kanälen – ein durch eine zweite Frequenz
f2 gegebener zweiter Kanal. FDD wird gemäß UMTS im sogenannten UMTS
FDD-Mode verwendet. Daneben besteht auch die Möglichkeit, das TDD Verfahren
(im sogenannten UMTS TDD-Mode) zur Richtungstrennung einzusetzen.
Gemäß FDD erfolgt
die Richtungstrennung, d.h. das Senden Tx und das Empfangen Rx einer
modulierten hochfrequenten Trägerschwingung,
in der Frequenzebene, wobei in 1b der
nach oben gerichtete Pfeil das Senden Tx eines Signals der ersten
(Träger-)Frequenz
f1 und der nach unten gerichtete Pfeil den Empfang Rx eines Signals
der zweiten (Träger-)Frequenz
f2 symbolisiert.
-
Ein gemäß 1b arbeitendes
erstes Funkkommunikationsgerät
UE1 kann somit nur mit einem dazu „spiegelbildlich" aufgebauten Netzwerkelement
kommunizieren, wie es aus der schematischen Darstellung in 1c deutlich wird. Im Mobilfunkstandard
UMTS wird dieses Netzwerkelement, welches auf der Frequenz f1 empfängt und
auf der Frequenz f2 sendet, als "Node-B" bezeichnet.
-
In 1c ist
ersichtlich, dass gemäß UMTS-FDD
vorgesehen ist, dass der erste Kanal, d.h. jeder Kanal des ersten
Satzes der Kanäle,
dem Uplink UL und der zweite, d.h. jeder Kanal des zweiten Satzes
der Kanäle,
dem Downlink DL zugeordnet ist. Standardgemäß wird der erste Kanal f1 durch
ein mobiles Endgerät UE1
nur zum Senden Tx von Daten verwendet, während der zweite Kanal f2 nur
für den
Empfang Rx von Daten genutzt wird. Dagegen wird der erste Kanal
f1 von der Basisstation NODE-B nur für den Empfang Rx von Daten
genutzt, während
der zweite Kanal f2 nur für
ein Senden Tx von Daten verwendet wird. Eine direkte Kommunikation
zwischen einem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 und einem weiteren Funkkommunikationsgerät ist gemäß UMTS aufgrund
des FDD Richtungstrennungsverfahrens nicht möglich.
-
Zur Teilnehmertrennung wird in UMTS
das CDMA (Code Division Multiple Access) Verfahren verwendet. CDMA-Systeme
trennen die Teilnehmer, indem dem datentragenden Signal eines Teilnehmers
ein nutzer- bzw. teilnehmerspezifischer Code mit speziellen Eigenschaften
(z.B. orthogonale Codes) aufgeprägt
wird. Auf diese Weise kann ein Interferieren der einzelnen Nutzersignale,
zumindest theoretisch, vollständig
verhindert werden, so dass die Sendesignale verschiedener Nutzer
gleichzeitig im selben Frequenzband übertragen werden können.
-
Für
die folgenden Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird die Anwendung der Erfindung im UMTS-FDD Mode
betrachtet.
-
Hiervon ausgehend zeigt die 2 ein erstes Ausführungsbeispiel,
welches im Folgenden mit "Direct Mode" DM-Verbindung bezeichnet
werden soll. Dieser Modus bezeichnet die direkte Verbindung, d.h.
das Senden Tx und Empfangen Rx von Daten zwischen Funkkommunikationsgeräten ohne
Vermittlung durch eine ortsfeste Basisstation NODE-B.
-
Zur Realisierung einer direkten physikalischen
Verbindung zwischen dem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 und
einem zweiten Funkkommunikationsgerät UE2 wird erfindungsgemäß ein neuer
Betriebsmodus für
Funkkommunikationsgeräte
eingeführt.
Dieser Betriebsmodus ist erfindungsgemäß unter anderem dadurch gekennzeichnet,
dass in diesem Mode die Sende- und Empfangsfrequenzen des ersten
Funkkommunikationsgerätes
UE1 derart vertauscht werden, dass es auf der ersten Frequenz f1
empfangen und auf der zweiten Frequenz f2 senden kann. Grundsätzlich kann
ein konstanter Frequenzversatz zwischen den Sende- und Empfangsfrequenzen
des FDD Modes des UMTS und den Sende- und Empfangsfrequenzen des
Direct Modes eingeführt
werden. Daraus resultiert, dass der Direct Mode in einem anderen
Frequenzband als der FDD Mode des UMTS betrieben werden kann. Dies
hat jedoch keinerlei Einfluss auf das erfindungsgemäße Grundprinzip,
dass das erste Funkkommunikationsgerät UE1 seine Sende- und Empfangsfrequenzen
relativ zu jedem anderen, im Direct Mode mit dem UE1 kommunizierenden,
Funkkommunikationsgerät,
z.B. UE2, vertauscht.
-
Dieser neue Betriebsmodus des ersten
Funkkommunikationsgerätes
UE1 wird im folgenden als Node-B-Mode bezeichnet, da das erste Funkkommunikationsgerät UE1 in
diesem Betriebsmodus die Frequenzlagen, u.U. in ihrer Gesamtheit
verschoben um einem konstanten Frequenzversatz, einer Basisstation
NODE-B annimmt.
-
Der Modus kann durch Auswahl eines
entsprechenden Menüpunktes
oder aber Betätigen
einer Funktionstaste ausgelöst
werden, in dem dadurch ein Umschaltsignal bzw. eine Umschaltinformation erzeugt
und einer Steuereinrichtung als Eingangssignal zur Verfügung gestellt
wird.
-
Alternativ lässt sich dieser Modus auch
durch eine automatische Umschaltung realisieren, die getriggert
durch die Abfrage bestimmter Bedingungen, wie beispielsweise dem
Eintritt des zweiten Funkkommunikationsgerätes UE2 in den Funksende-/Funkempfangsbereich
des ersten Funkkommunikationsgerätes
UE1, erfolgt.
-
Zudem kann, wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
in 3 durch die gestrichelten
Funkverbindungen angedeutet, mindestens eine der ortsfesten Basisstationen
NODE-B, die das gemäß dem UMTS
funktionierende Mobilfunknetz UTRAN/CN repräsentieren, auf vorteilhafte
Weise zur Authentifizierung, Tarifierung und/oder zur Umsetzung
von Sicherheitsaspekten herangezogen werden bzw. das Ad-Hoc Netzwerk
in. der Realisierung dieser Aufgaben zumindest teilweise unterstützen.
-
Zudem kann die Basisstation NODE-B
die Aktivierung des Node-B-Betriebsmodus
zumindest teilweise unterstützen,
in dem es beispielsweise steuernd eingreift. Dies hat den Vorteil,
dass die Basisstation als eine übergeordnete
Instanz der Architektur gemäß UMTS über hierzu
notwendige bzw. nützliche
Informationen verfügt.
-
Möchte
ein Funkkommunikationsgerät
eine Verbindung zu einem anderen Funkkommunikationsgerät mittels
Direct Mode aufnehmen, so muss das die Verbindung initiierende Funkkommunikationsgerät in den
Node-B Mode wechseln, wie in 4 dargestellt.
Dies ist zwingend erforderlich, da erst damit ein Datenaustausch
zwischen den beiden mobilen Endgeräten physikalisch möglich wird.
-
In 5a und 5b ist ein weiteres Ausführungsbeispiels
dargestellt. Diese Variante der Erfindung wird bei Folgendem Szenario
vorteilhaft eingesetzt: Solange nur zwei Funkkommunikationsgeräte im DM
kommunizieren, d.h. lediglich eine Punkt-zu-Punkt Verbindung vorliegt,
ist eine direkte Kommunikation der Funkkommunikationsgeräte UE1,
UE2 unter Verwendung von FDD zur Richtungstrennung erfindungsgemäß problemlos
möglich.
Kommt jedoch mindestens ein drittes Funkkommunikationsgerät UE3 – wie in 5a dargestellt – hinzu, so kann allein unter
Verwendung von FDD prinzipbedingt gleichzeitig keine direkte physikalische
Verbindung zwischen allen Funkkommunikationsgeräten UE1..UE3 hergestellt werden.
Dies resultiert aus denselben Tx und Rx Frequenzlagen der Funkkommunikationsgeräte UE2 und
UE3, die sich nicht im Node-B Mode befinden. Das heißt, dass
sich eine Konferenzschaltung bzw. eine Punkt-zu-Mehrpunkt Verbindung
im DM nicht auf „herkömmliche" Weise realisieren
lässt.
Hierzu wird anhand der 5a und 5b ein Verfahren erläutert, das unter Verwendung
der oben beschriebenen Methode zur Realisierung des Direct Mode
(basierend auf den UMTS-FDD Mode) auf vorteilhafte Weise eine Punkt-zu-Mehrpunkt
Verbindung ermöglicht.
-
Wie ausgeführt wurde, ist eine direkte
Kommunikation von mehr als zwei Funkkommunikationsgeräten UE1..UE3
physikalisch nicht möglich,
sofern FDD zur Richtungstrennung verwendet wird. Für verschiedene Dienste
ist es jedoch oftmals wünschenswert,
wenn nicht sogar erforderlich, dass mehr als zwei Funkkommunikationsgeräte UE1..UE3
gleichzeitig kommunizieren, wie beispielsweise bei einer Telefonkonferenz,
bei interaktiven Spielen sowie unterschiedlichen (Nachrichten-)
Verteildiensten (Broadcasting, Multicast etc.).
-
Das Problem der Punkt-zu-Mehrpunkt
Verbindung wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das erste Funkkommunikationsgerät, welches sich im Node-B Mode
befindet, die Verteilung der Nutzerdaten übernimmt, wie in der Anordnung
in 5a angedeutet. 5a verdeutlicht
dabei das erfindungsgemäße Realisierungsprinzip
einer Punkt-zu-Mehrpunkt Verbindung im Direct Mode.
-
Im dem dargestellten Beispiel möchte das
zweite Funkkommunikationsgerät
UE2 Daten an alle Teilnehmer des dargestellten Ad-Hoc Netzwerkes
senden. Dies wird durch eine vorteilhafte Weiterbildung beispielsweise
dadurch gelöst,
dass hierzu eine Signalisierung der beteiligten Funkkommunikationsgeräte erfolgt.
-
Dazu sendet im Weiteren das zweite
Funkkommunikationsgerät
UE2 im DM die Daten zum ersten Funkkommunikationsgerät UE1 im
Node-B Mode, welches diese Daten wiederum im DM an alle anderen
Teilnehmer UE3..UE4 verteilt. Selbstverständlich kennt das erste Funkkommunikationsgerät UE1 damit
auch die von dem zweiten Funkkommunikationsgerät UE2 gesendeten Daten. Weiterhin
tauschen in dem hier angegebenen Beispiel das erste Funkkommunikationsgerät UEl und
ein viertes Funkkommunikationsgerät UE4 gleichzeitig im DM Daten
aus bzw. kommunizieren miteinander. Zur Trennung von simultanen
Datenübertragungen,
wie in diesem Beispiel zwischen dem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 und
dem vierten UE4, dient die in UMTS vorhandene CDMA Komponente oder
alternativ ein anderes Verfahren zur Teilnehmertrennung.
-
In
5b wird
der Ablauf einer Punkt-zu-Mehrpunkt Verbindung im UMTS Direct Mode
detaillierter dargestellt, wobei die in der Darstellung verwendete
Terminologie sich gemäß folgenden
Regeln ergibt:
-
Es zeigt, wie die Daten durch das
sich im Node-B Mode befindende erste Funkkommunikationsgerät UEl, im
folgenden als Master bezeichnet, auf eine definierte Gruppe von
anderen Funkkommunikationsgeräten UE2,
UE3 die alle Teilnehmer des gebildeten Ad-Hoc Netzwerkes sind, im
DM verteilt werden. Die sich nicht im Node-B Mode befindenden Funkkommunikationsgeräte UE2,
UE3 werden im folgenden als Clients bezeichnet.
-
Im DM ist es generell nur dem ersten
Funkkommunikationsgerät
UE1, welches sich im Node-B Mode befindet, möglich, eine Verbindung zu initiieren.
Dies ist dadurch bedingt, dass sich alle DM Funkkommunikationsgeräte ohne
aktive Verbindung bzw. ohne Verbindungswunsch im normalen DM Betriebsmodus
befinden. Eine essenziell zu erfüllende
Aufgabe dieser Funkkommunikationsgeräte ist es, auf eine Verbindungsanfrage (engl.
Paging) zu warten. Im dargestellten Beispiel möchte das erste Funkkommunikationsgerät UE1 eine
Verbindung zum zweiten Funkkommunikationsgerät UE2 und dritten Funkkommunikationsgerät UE3 aufbauen und
wechselt daher in den Node-B Mode. Damit verbunden ist – wie bereits
beschrieben – der
Wechsel der TX und Rx Frequenzlagen. Das erste Funkkommunikationsgerät UE1 initiieret
den Verbindungsaufbau mit dem Aufbau einer physikalischen und logischen
Verbindung zum zweiten Funkkommunikationsgerät UE2. Dies wird in 5b durch VA für Verbindungsaufbau symbolisiert.
Nachdem diese Verbindung etabliert ist, baut das erste Funkkommunikationsgerät UE1 eine
physikalische und logische Verbindung zum dritten Funkkommunikationsgerät UE3 auf.
Dabei kann der Verbindungswunsch des durch das zweite Funkkommunikationsgerät UE2 und
ersten Funkkommunikationsgerät
UE1 gebildeten Ad-Hoc Netzwerkes zum dritten Funkkommunikationsgerät UE3 direkt
vom ersten Funkkommunikationsgerät UE1
ausgehen oder alternativ vom zweiten Funkkommunikationsgerät UE2.
-
Davon unabhängig stellt das erste Funkkommunikationsgerät UE1, im
Node-B Mode, die physikalische Verbindung her. Das erste Funkkommunikationsgerät UEl kann
somit als verbindendes und koordinierendes Element im Ad-Hoc Netzwerk
angesehen werden.
-
Da das erste Funkkommunikationsgerät UE1 als „Master" des Ad-Hoc Netzwerkes angesehen
werden kann und zu allen Mitgliedern des Ad-Hoc Netzwerkes (sogenannte „Clients") eine physikalische
Verbindung unterhält,
kann das erste Funkkommunikationsgerät UE1 mit allen anderen Funkkommunikationsgeräten UE2..UE3
direkt kommunizieren. Dies wird in 5b durch
die dem Verbindungsaufbau nachfolgenden vier Aktionen D12, D21,
D23; D32 veranschaulicht. Dabei erfolgt zuerst ein Datenaustausch
zwischen dem zweiten Funkkommunikationsgerät UE2 und dem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 und
anschließend
zwischen dem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 und dem dritten Funkkommunikationsgerät UE3. Charakterisiert wird
die Art des Datentransfers durch die entsprechende Beschriftung
der Pfeile in 5a. Der Datentransfer zwischen
den Clients, im Beispiel zwischen dem zweiten Funkkommunikationsgerät UE2 und
dem dritten Funkkommunikationsgerät UE3, kann aufgrund identischer
Tx und Rx Frequenzen nicht direkt erfolgen.
-
Eine Kommunikation der Clients ist
daher nur über
den Master, also dem ersten Funkkommunikationsgerät UE1 möglich. Im
Beispiel sendet das dritte Funkkommunikationsgerät UE3 seine Daten, die u.a.
für den zweiten
Client UE2 im skizzierten Ad-Hoc
Netzwerk bestimmt sind, in einem ersten Schritt D(31)12 zum Master UE1.
Dieser leitet die Daten in einem zweiten Schritt D(31)21 wiederum
mittels seiner physikalischen Verbindung zum dritten Funkkommunikationsgerät UE3 weiter.
Der Datentransfer in entgegengesetzter Richtung verläuft nach
demselben Prinzip. Sind die Daten nicht nur für einen Client sondern für eine definierte
Gruppe von Clients UE2..UE3 oder für alle Mitglieder UE1..UE3
des Ad-hoc Netzwerkes bestimmt, so sorgt der Master UE1 für eine ressourceneffiziente
Verteilung der Daten, wobei die gleichzeitige physikalische Verbindung
des Masters UE1 zu mehreren Clients UE2..UE3, d.h. die dazu notwendigen
simultanen Funkverbindungen, durch das im UMTS Standard verwendete
Verfahren zur Teilnehmertrennung realisiert werden. Alternativ werden
die Clients zu einer Multicast-Gruppe zusammengefasst, so dass eine
besonders ressourceneffiziente Übertragung möglich ist.
Dies kann durch Zuweisung eines CDMA-Codes an die Multicast-Gruppe
erfolgen. Auf diese Weise müssen
die Daten physikalisch nur einmal übertragen werden.
-
Zur Durchführung des Verfahrens wird erfindungsgemäß ein neuer
Funktionsblock für
das erste Funkkommunikationsgerät
eingeführt,
wie in der 6 dargestellt.
Der Frequenz-Konverter FK kann dabei logisch dem Hochfrequenz Front-End
zugeordnet werden und sorgt im Node-B Betriebsmodus für das notwendige Vertauschen
der Sende- und Empfangsfrequenzen im Frequenzband des Direct Modes,
während
er außerhalb des
Node-B-Modus, d.h.
also im bekannten UMTS-FDD Mode des ersten Funkkommunikationsgerätes UEl ohne
Funktion ist. Die Anordnung dieser Einheit in dem in 6 angegebenen Blockschaltbild
ist allerdings nur als Beispiel anzusehen und soll die Erfindung
nicht allein auf die Einführung
dieses Funktionsblocks FA einschränken. Vielmehr weist das erfindungsgemäße Funkkommunikationsgerät weitere
zur Umsetzung bzw. Unterstützung
des Verfahrens erforderliche Mittel auf.
-
Die Erfindung soll nicht allein auf
die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt
sein, vielmehr umfasst die Erfindung alles, was ein Fachmann in
Betracht zieht, um das Wesen der Erfindung (Realisierung einer direkten
physikalischen Verbindung zwischen mobilen Endgeräten (Direct
Mode), beispielsweise basierend auf dem FDD-Mode des Mobilfunkstandards
UMTS und Anwendung des Direct Mode in UMTS zur Realisierung einer
Punkt-zu-Mehrpunkt Verbindung als Ad-Hoc Netzwerk), insbesondere
bei der Anwendung der Erfindung auf andere Funkkommunikationssysteme,
umsetzen zu können.
