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Verfahren zum Synchronisieren von
Funksende-/Empfangseinrichtungen eines Mehrträgersystems sowie ein Mehrträgersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren von Funksende-/Empfangseinrichtungen
eines Mehrträgersystems
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Mehrträgersystem
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 8.
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Mehrträgersysteme, wie gemäß dem "orthogonal frequency
devision multiplexing" OFDM
funktionierende, drahtlose lokale Netzwerke ("wireless local area network") WLAN sind allgemein
bekannt. Diese Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie für Übertragung
mit einer sehr hohen Datenrate ausgelegt sind, einen großen Bandbreitenbedarf
aufweisen und somit eine sehr komplexe Verarbeitung im Basisband,
wie beispielsweise eine "fast
fourier transforamtion" FFT
höherer
Ordnung oder höhere Abtastraten,
erfordern. Gleichzeitig sollen derartige Systeme in der Lage sein,
Anwendungen zu unterstützen,
die eine vergleichsweise niedrige Datenrate, wie sie beispielsweise
bei der Sprachdatenübertragung
benötigt
wird, zu unterstützen.
Dies wird beispielsweise in einem OFDM-WLAN System gemäß Frequenzlagengetrenntverfahren
("frequency division"), wie dem OFMD-Vielfachzugriffsverfahren
OFDMA ("orthogonal
frequency devision multiplexing multiple access"), realisiert.
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Bei diesen Systemen ist jedoch die
Synchronisation von – vergleichsweise
preiswerten – Endgeräten, die
für Anwendungen
geringer Datenübertragungsrate
ausgestaltet sind, und komplexen teueren Endgeräten zur Übertragung mit hoher Datenrate, problematisch,
im allgemeinen selbst für
Endgeräte mit
niedriger Übertragungsrate,
für die
Synchronisation die volle Bandbreite des Systems benötigt wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Synchronisieren von Funksende-/Empfangseinrichtungen
eines Mehrträgersystem
sowie ein Mehrträgersystem
anzugeben, bei dem eine Synchronisation im Hinblick auf eine effiziente
Nutzung der Ressourcen realisiert wird.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von
dem Verfahren zum Synchronisieren von Funksende-/Empfangseinrichtungen
eines Mehrträgersystems
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst sowie
einem Mehrträgersystem
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 8 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst.
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Das erfindungsgemäßen Verfahren zum Synchronisieren
von Funksende-/Empfangseinrichtungen eines Mehrträgersystems,
mit zumindest einer ersten Klasse von ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen,
die für
eine Datenübertragung
mittels einer hohen Datenrate ausgestaltet sind, sowie einer zweiten
Klasse von zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen, die für eine Datenübertragung
mittels niedriger Datenrate ausgestaltet sind, wobei zum Synchronisieren
den ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen erste Synchronisationsfolgen
zugeordnet werden und den zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen
eine zweite Synchronisationsfolge zugeordnet wird, zeichnet sich
dadurch aus, dass die erste Synchronisationsfolge durch eine Verknüpfung zumindest
einer der zweiten Synchronisationsfolgen generiert wird, bei einem
Synchronisationsvorgang seitens der ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen
die erste Synchronisationsfolge ausgewertet wird, bei einem Synchronisationsvorgang
seitens der zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen, die zweiten
Synchronisationsfolgen auf Basis einer Zuordnung der zweiten Synchronisationsfolgen
zu den zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen aus der ersten Synchronisationsfolge
extrahiert und ausgewertet werden.
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Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die starke Vereinfachung des Synchronisationsvorgangs. Zudem
wird der Bandbreitenbedarf von Anwendungen, die eine niedrige Datenrate
benötigen,
bzw. den Funksende- /Empfangseinrichtungen im wesentlichen auf das
für sie
ausreichende Maß reduziert,
so dass die vorhandenen Ressourcen effektiv genutzt werden.
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Vorzugsweise wird die Verknüpfung als
eine Summation der zweiten Synchronisationsfolgen durchgeführt. Diese
Vorgehensweise zeichnet sich durch seine Einfachheit aus und ist
dadurch auch leicht zu implementieren. Zudem ermöglicht es ein einfaches Extrahieren
der auf die Art verknüpften Synchronisationsfolgen.
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Gemäß einer Weiterbildung erfolgt
die Zuordnung derart, dass die jeweilige zweite Synchronisationsfolge
einer der zweiten Funksende-/Empfangseinrichtung gemäß einem
durch die zweite Funksende-/Empfangseinrichtung genutzten Frequenzband
zugeordnet wird, dies erlaubt, insbesondere in Anwendung mit der
eingangs erläuterten Summation,
eine einfache Implementierung des Verfahrens, insbesondere der Extraktion,
wobei durch eine Filterung der ersten Synchronisationsfolge derart,
dass das der zweiten Funksende-/Empfangseinrichtung zugeordnete
Frequenzband gefiltert wird, dieser vorteilhafte Effekt noch verstärkt wird.
Zudem sind hierfür
sehr günstige
Filtereinrichtungen verwendbar.
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Vorzugsweise wird das Mehrträgersystem aus
zumindest einem drahtlosen, insbesondere als lokales, beispielsweise
nach dem IEEE802.11 Standard und/oder Derivaten funktionierenden,
Kommunikationsnetzwerk gebildet, da insbesondere in solchen Netzwerken
Applikationen mit unterschiedlichstem Datenbedarf zum Einsatz kommen,
so dass das erfindungsgemäße Verfahren
hier besonders wirkungsvoll eingesetzt werden kann, wobei für die drahtlose
Kommunikation in solcherlei Kommunikationsnetzwerken vorzugsweise
ein "Orthogonal
Frequency Division Multiplex" Verfahren
vorteilhaft verwendet wird.
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Vorzugsweise sendet eine zentrale
Einrichtung, insbesondere drahtloser Zugangspunkt des lokalen drahtlosen
Netzwerks, unabhängig
von der Klasse einer Funksende-/Empfangseinrichtung zur Synchronisation
stets die erste Synchronisationsfolge, wobei die zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen
ihnen zugeordnete zweite Synchronisationsfolge aus der ersten Synchronisationsfolge
filtern und zur Synchronisation nutzen und wobei die ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen
stets die erste Synchronisationsfolge zur Synchronisation nutzen, so
dass zentrale Einrichtung bestehender Systeme ohne besondere Vorkehrungen,
insbesondere kein spezieller Algorithmus, zur Umsetzung des Verfahrens
verwendet werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Mehrträgersystem,
mit zumindest einer ersten Klasse von ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen,
die für
eine Datenübertragung
mittels einer hohen Datenrate ausgestaltet sind, sowie einer zweiten
Klasse von zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen, die für eine Datenübertragung
mittels niedriger Datenrate ausgestaltet sind, wobei zum Synchronisieren
den ersten Funksende-/Empfangseinrichtungen erste Synchronisationsfolgen
zugeordnet werden und den zweiten Funksende-/Empfangseinrichtungen
eine zweite Synchronisationsfolge zugeordnet wird, sind Mittel zur
Durchführung
des Verfahrens, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen,
so dass eine Umsetzung des Verfahrens ermöglicht wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung werden anhand der 1 bis 3 erläutert. Davon zeigt
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1 eine
Darstellung eines Mehrträger
Anwendungsszenarios,
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2 eine
Darstellung eines Beispiels für eine
Rahmenstruktur eines dem Medienzugriffsverfahren (Medium Accesss
Control, MAC) zugeordneten Rahmens,
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3 eine
schematische Darstellung der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgehend von der Rahmenstruktur des Anwendungsszenarios.
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Die 1 zeigt
als beispielhafte Anordnung ein Anwendungsszenario in einem gemäß OFDM (orthogonal
frequency division multiplex) funktionierenden Mehrträgersystem,
welches als drahtloses lokales Netzwerk WLAN mit fünf Funksende-/Empfangseinrichtungen
MT1..MT4, AP dargestellt ist, wobei vier Funksende-/Empfangseinrichtungen
als mobile Terminals MT1..MT4 ausgestaltet sind, während eines
der Funksende/Empfangseinrichtungen als Netzzugangspunkt (access
point) AP eines drahtlosen lokalen Netzwerks ausgestaltet ist.
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Für
das Anwendungsszenario sei angenommen, dass das erste, zweite und
dritte mobile Terminal MT1..MT3 zur Übertragung von Daten mit niedriger
Bandbreite, beispielsweise reine Sprachdatenübertragung, ausgestaltet ist.
Des Weiteren sei angenommen, dass das vierte mobile Terminal MT4
zur Übertragung
von Daten höherer
Bandbreite bis hin zu einem Bandbreitenbedarf von 20 MHz ausgestaltet ist.
Daher wird das erste, zweite und dritte Terminal MT1..MT3 einerseits
sowie das vierte Terminal MT4 anderseits als zu einer eigenen Geräteklasse
zugehörig
eingestuft.
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Beispielsweise wird das vierte Terminal
MT4 als ein eine hohe Bandbreite benötigendes Klasse 1 Gerät und das
erste, zweite und dritte Terminal MT1..MT3 einer eine niedrige Bandbreite, beispielsweise
lediglich bis zu 5 MHz, benötigendes
Klasse 2 Gerät
eingestuft.
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Aufgrund des niedrigen Bandbreitenbedarfs von
5 MHz, was einem Viertel der Gesamtbandbreite (20 MHz) des betrachteten
Systems entspricht, ist des Weiteren anzunehmen, dass die Klasse
2 Terminals MT1..MT3 eine geringere Komplexität in der für das betrachtete System zur
Anwendung kommenden Transformation (fast fourier transformation,
FFT) sowie Signalverarbeitung (radio frequency processing, RF processing)
aufweisen, als das Klasse 1 Terminal MT4.
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Ein in dem betrachteten Szenario
gültiges Rahmenformat
ist in der 2 dargestellt.
An diesem Rahmen lassen sich grundsätzlich drei logisch zusammenhängende Blöcke unterscheiden.
Einen ersten Block BCI für "Broadcast Information", einen zweiten Block
für die
Zugriffsabwicklung "Access
Request" sowie den
dritten Block, der den Up- und Downlink für eine Übermittlung von Nutzdaten beinhaltet,
wobei in den jeweiligen Blöcken
Anteile der einzelnen mobilen Terminals MT1..MT4 gemäß dem in
dem System eingesetzten Mehrträgerzugriffsverfahren
verquickt sind. Dabei ist zu erkennen, dass in jedem der drei Blöcke die
Daten Klasse 2 Terminals parallel übertragen werden, da diese
ja nur einen Teil der Datenrate benötigen und daher im jeweiligen Zeitschlitz
unterschiedlichen Subträgern
(Unterfrequenzbändern
fl..f3) zugeordnet werden können. Das
Klasse 1 Terminal kann dagegen seine Daten nur sequentiell senden,
da es aufgrund seiner hohen Datenrate das gesamte Frequenzband benötigt.
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Bei dem betrachteten System ist es
somit auch üblich,
dass jeder Übertragung
von Daten, sei es in Uplink- oder Downlinkrichtung, eine Anzahl
von Unterträgern
(Frequenzen) für
eine Synchronisation – beim
betrachteten System Zeit- und Frequenzsynchronisation – mit der
jeweils empfangenden Station vorangestellt wird.
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Hierzu wird aus der Anzahl von Unterträgern jeweils
eine bestimmte Synchronisationsfolge bzw. -sequenz erstellt.
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Hiervon ausgehend zeigt die 3 eine schematische Darstellung
der erfindungsgemäßen Umsetzung
der jeweiligen Synchronisationsfolgen A..C, S anhand des betrachteten
Systems. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
wird für
Klasse 1 Terminal MT4 eine erste Synchronisationsfolge S genutzt.
Für Klasse
2 Terminals MT1..MT3 dagegen werden zweite Synchronisationsfolgen
A..C in einem dem jeweiligen Klasse 2 Terminal MT1..MT3 zugeordneten
Frequenzband fl..f3, welches jeweils die Bandbreite von 5 MHz aufweist,
generiert.
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Dabei wird je nach genutztem Band
eine der zweiten Synchronisationsfolgen A, B oder C verwendet, wie
im mittleren Abschnitt der 3 verdeutlicht ist.
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Die erste Synchronisationsfolge S,
ergibt sich erfindungsgemäß durch
Aufsummieren der zweiten Synchronisationsfolgen A..C. Im Frequenzband
des Systems wird dann im Downlink durch den Zugangspunkt lediglich
die erste Synchronisationsfolge S gesendet.
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Die Synchronisation läuft in diesem
Fall dann beispielsweise so ab, dass, wenn es sich bei der empfangenden
Station um ein Klasse 2 Terminal MT1..MT3 handelt, dieses in dem
ihm zugeordneten Frequenzband fl..f3 die jeweilige zweite Synchronisationsfolge
A, B oder C ausfiltert und diese zur Synchronisation nutzt. Wenn
es sich um ein Klasse 1 Terminal MT1 handelt, ist dagegen keine
derartige Filterung der Sub-Bänder
notwendig, da es die erste Synchronisationsfolge unmittelbar für die Synchronisation
nutzen kann.
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Im Uplink Fall empfängt der
Zugangspunkt AP eine Synchronisationssequenz S, die sich durch die
Summation der einzeln Sequenzen in der Luft ergibt, welche die Terminals
MT1..MT3 gesendet haben. Der Zugangspunkt AP kann mit Hilfe der
eintref fenden Synchronisationsfolge eine Synchronisation durchführen. Wenn
es sich bei dem empfangenen Signal um eine von einem Klasse 1 Terminal
MT4 versendete erste Synchronisationsfolge S handelt, dann erfolgt
die Synchronisation, wie es aus gängigen OFDM Systemen bekannt
ist. Sendet dagegen ein oder mehrere der Klasse 2 Terminals MT1..MT3,
trifft eine erste Synchronisationsfolge S, als Summe der einzelnen
ersten Synchronisationsfolgen A..C, beim Zugangspunkt AP ein. Hierbei
spielt es keine Rolle, ob alle Synchronisationsfolgen A..C oder
einzelne Synchronisationsfolgen A, B oder C gesendet werden, da
im Ergebnis beim Zugangspunkt AP stets eine periodische Synchronisationsfolge
eintrifft, so dass der Zugangspunkt AP sich auch mit Klasse 2 Terminals
MT1..MT3 synchronisieren kann.
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Die Erfindung ermöglicht daher die Nutzung von
bereits auf dem Markt befindlichen Klasse 2 Terminals, da diese
lediglich auf dem ihnen zugeordneten Sub-Band, die ihnen zugeordnete
Synchronisationsfolge empfangen. Auch bereits bestehende Zugangspunkte
kommen ohne komplexe Algorithmen zur Synchronisation aus, da sie
in Downlink lediglich die erste Synchronisationsfolge emittieren
müssen und
im Uplink aufgrund der parallelen Übertragung der Synchronisationsfolgen
von Klasse 2 Terminals sich die zweiten Synchronisationsfolgen überlagern. Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht hierbei
sogar darin, dass geringe, sich durch Kanaleigenschaften ergebende,
Verzögerungen
durch das erfindungsgemäße Synchronisationsverfahren
absorbiert werden. Zudem werden seitens des Zugangspunktes keine
speziellen Algorithmen zur Differenzierung der Geräteklassen
benötigt.