DE10315044A1

DE10315044A1 - Verfahren zur Übertragung, Terminal,Basisstation und Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE10315044A1
Application number: DE10315044A
Authority: DE
Inventors: Mark Beckmann; Hyung-Nam Choi; Michael Eckert; Martin Hans
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten auf einem gemeinsamen Funkkanal, der zwischen einer Basisstation (BS) und einer Vielzahl von Terminals (UE1, UE2) in einem Kommunikationssystem bereitgestellt wird. Genauer gesagt, soll der Zugriff auf den gemeinsam benutzten Funkkanal durch Einführung neuer Parameter derart geregelt werden, dass eine Zugriffskollision mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt. Als neue Parameter kommen insbesondere solche in Frage, welche den zeitlichen Ablauf von Zugriff und Datenübertragung regeln, sowie solche, welche die Priorität bei einem Zugriff bzw. bei der Datenübertragung regeln. Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für ein UMTS-Kommunikationssystem mit einer Erweiterung des physikalischen Zufallszugriffskanals PRACH, welcher hierin als HS-PRACH bezeichnet wird und Hochgeschwindigkeitsübertragungen zulässt. Die dort verwendeten Parameter für eine zeitliche Regelung können in einer Übertragungsrahmenlänge, also die Zeitdauer, welche zur Übertragung eines Nachrichtenteils des erweiterten PRACH benötigt wird, einer Übertragungsstartzeit für den PRACH und einer Wahrscheinlichkeitsangabe, dass die Übertragung des Nachrichtenteils zum Startzeitpunkt stattfindet, bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten auf einem gemeinsamen Funkkanal gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft sie ein Terminal, eine Basisstation sowie ein Kommunikationssystem.
Wird in einem Kommunikationssystem eine Verbindung zwischen zwei Terminals bzw. zwischen einem Terminal und einer Basisstation über eine gemeinsam benutzte Ressource hergestellt, so können Zugriffskollisionen zwischen verschiedenen Terminals auftreten, wenn mehrere Terminals auf dieselbe Verbindungsressource zugreifen.
Abhängig vom Kommunikationssystem werden daher geeignete Übertragungsverfahren konzipiert, welche besondere Vorkehrungen hinsichtlich der Bereiche treffen, bei denen derartige Kollisionen auftreten können.

Zunächst soll das Problem jedoch anhand eines Beispiels aus UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) für eine Paketdatenübertragung geschildert werden. Für eventuelle Begriffsklärungen bzw. eine ausführlichere Darstellung sei auf die Figurenbeschreibung sowie die Abkürzungsliste verwiesen.

Der physikalische Zufalls-Zugriff Kanal bzw. "Physical Random Access Channel" PRACH ist ein sogenannter gemeinsamer Kanal bzw. "Common Channel", auf den prinzipiell alle Terminals innerhalb einer Zelle gemeinsam zur Übertragung von Signalisierungsinformationen sowie von Nutzdaten zugreifen können. Ma ximal sind derzeit auf einer Zelle bis zu 16 verschiedene PRACHs konfiguriert. Der Zugriff eines Terminals auf den PRACH ist nach dem zufälligen Zugriffsverfahren "Slotted ALOHA" geregelt, bei dem jedes Terminal nur zu Beginn von festgelegten Zeitintervallen Daten auf den zufällig gewählten PRACH senden darf. Dabei können Kollisionen durch zeitgleich sendende Terminals auftreten, d.h. deren Datenpakete stören sich gegenseitig, so dass diese fehlerhaft im terrestrischem Zugriffsnetz für UMTS bzw. "Universal Terrestrial Radio Access Network" UTRAN empfangen werden. Im Falle einer zu bestätigenden Paketdatenübertragung, welche über den PRACH angefragt wird, wartet das sendende Terminal auf eine Bestätigung vom UTRAN über den sekundären gemeinsamen physikalischen Steuerungskanal bzw. "Secondary Common Control Physical Channel" S-CCPCH als separaten Rückkanal. Das UTRAN prüft alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und sendet dem Terminal das jeweilige Prüfungsergebnis über den S-CCPCH, wobei für ein fehlerfrei empfangenes Datenpaket eine positive Bestätigung oder ACK (Acknowledgement) übertragen wird, bzw. für ein fehlerhaft empfangenes Datenpaket eine negative Bestätigung NACK (Negative Acknowledgement). Erhält das Terminal eine Mitteilung, dass ein bestimmtes Datenpaket fehlerhaft übertragen wurde, so wiederholt das Terminal nach zufällig gewählten Wartezeiten die Übertragung für das fehlerhaft gesendete Datenpaket auf dem PRACH. Durch die Zufälligkeit wird das Risiko erneuter Zugriffskollisionen minimiert. Solange die Anzahl der auf denselben PRACH zugreifenden Terminals in einer Zelle moderat ist, arbeitet das "Slotted ALOHA"-Zugriffsverfahren gut. Sobald aber die Anzahl von Terminals steigt, erhöht sich mit der Verkehrslast in der Zelle auch die Gefahr eines steigenden Kollisionsrisikos, das weiterhin durch die Retransmission infolge fehlerhafter Datenübertragungen zusätzlich gesteigert wird. Dies führt zu einer Verzögerung der Datenübertragung bzw. zu einer Verschlechterung des Datendurchsatzes und zu einer zusätzlichen Interferenz im Uplink. Im schlimmsten Fall werden über den Kanal nur noch kollidierte Datenpakete übertragen, so dass der Datendurchsatz auf Null sinkt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Effizienz der Paketdatenübertragung für einen gemeinsam benutzten Funkkanal auch im Fall höherer Verkehrslasten weiter zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Es ist Kern der Erfindung, den Zugriff auf den gemeinsam benutzten Funkkanal durch Einführung neuer Parameter derart zu regeln, dass eine Zugriffskollision mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt.

Es hat sich herausgestellt, dass als neue Parameter insbesondere solche in Frage kommen, welche den zeitlichen Ablauf von Zugriff und Datenübertragung regeln, sowie solche, welche die Priorität bei einem Zugriff bzw. bei der Datenübertragung regeln.

Das Verfahren ist insbesondere anwendbar für ein UMTS-System mit einer Erweiterung des physikalischen Zufalls-Zugriffskanals PRACH, welcher im folgenden als HS-PRACH bezeichnet wird und Hochgeschwindigkeitsübertragungen zulässt. Die dort verwendeten Parameter für eine zeitliche Regelung können in einer Übertragungsrahmenlänge, also die Zeitdauer, welche zur Übertragung eines Nachrichtenteils des erweiterten PRACH benötigt wird, einer Übertragungsstartzeit für den PRACH und einer Wahrscheinlichkeitsangabe, dass die Übertragung des Nachrichtenteils zum Startzeitpunkt stattfindet, bestehen.

Letztere Wahrscheinlichkeit kann durch Systemgegebenheiten oder/und Übertragungsbedingungen bestimmt sein. Durch Berücksichtigung dieser jeweils zugrundeliegenden Bedingungen kann eine geeignete Wahrscheinlichkeitsverteilung verwendet werden. So können durch die Einführung dieses Parameters die realen zeitlichen Abläufen gut modelliert werden, wodurch dann durch entsprechende Parameterwahl das Kollisionsrisiko sinkt.

Weiterhin kann der HS-PRACH neben dem PRACH betrieben werden oder nur für den Fall, dass die Verkehrslast ein bestimmtes Aufkommen bzw. einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

Durch eine Verwendung von Kontrolleinheiten zur Übermittlung von Informationen zwischen verschiedenen Schichten des OSI Modells kann die Datenverarbeitung vereinfacht werden.

Insbesondere ist das Verfahren vorteilhaft, wenn die Übertragungsrahmenformate bei dem gemeinsam benutzten Kanal variabel verkürzbar sind. Dadurch kann eine Datenübertragung auf den gemeinsam benutzten Funkkanal vom jeweiligen Kanalzustand adaptiv angepasst werden, so dass das Kollisionsrisiko auch bei schlechter werdenden Kanalbedingungen nicht übermäßig steigt.

In anderen Worten wird ein neues Übertragungsverfahren zur Kollisionsvermeidung mit der erweiterten Parameterstruktur für den PRACH Nachrichtenteil mit der neuen Unterrahmen-Struktur vorgeschlagen. Des weiteren wird insbesondere die Konfiguration der existierenden gemeinsamen Kanäle bzw. "common channels" PRACH bzw. S-CCPCH zu einem HS-PRACH bzw. HS-SCCPCH erweitert.

Ferner wird eine Basisstation oder ein Terminal vorgeschlagen, welches für die Durchführung eines der oben beschriebenen Verfahren geeignet sind und neben einer Sende/Empfangseinrichtung eine entsprechend eingerichtete Prozessoreinheit aufweisen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1: Ein Schema der UMTS Protokollarchitektur (Stand der Technik);
2: den Ablauf einer Zufalls-Zugriffsübertragung im UMTS FDD-Mode (Stand der Technik);
3: die zeitliche Abstimmung des PRACH und S-CCPCH (Stand der Technik);
4: eine Zufalls-Zugriffsübertragung für den HS-PRACH;
5: die zeitliche Abstimmung von HS-PRACH und HS-S-CCPCH;
6: die zeitliche Abstimmung von HS-PRACH und HS-SCCPCH;
7: die Protokoll-Architektur für den RACH-Transportkanal;
8: die Protokoll-Architektur für den FACH-Transportkanal;
9: die neue MAC-Architektur auf der Terminal-Seite;
10: die 9 entsprechende neue MAC-Architektur auf der UTRAN-Seite, bestehend aus NodeB und RNC;
11: die MAC-c/sh-hs Instanz auf der Terminal-Seite, wobei sich die entsprechende Instanz auf der Netzwerk-Seite in der Basisstation befindet.
12: die neue UMTS-Protokoll-Architektur und deren Position in den einzelnen Netzwerkelementen Zunächst sollen zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung folgende Begriffserklärungen gegeben werden.
1. Begriffsklärungen
Bei einem Kommunikationssystem oder Kommunikationsnetzwerk handelt es sich um eine Struktur zum Austausch von Daten. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein zellulares Mobilfunk-Netzwerk handeln, wie etwa das GSM-Netzwerk (Global System of Mobile Communications) oder das UMTS-Netzwerk (Universal Mobile Telecommunications System). In einem Kommunikationssystem sind allgemein Terminals und Basisstationen vorgesehen. Im UMTS weist das Kommunikationssystem oder Funkübertragungsnetzwerk zumindest Basisstationen, hier auch "NodeB" genannt, sowie Radio Netzwerk Steuerungseinheiten bzw. Radio Network Controller (RNC) zum Verbinden der einzelnen Basisstationen auf. Das terrestrische Radio Zugriffsnetz bzw. "Universal Terrestrial Radio Access Network" UTRAN ist der funktechnische Teil eines UMTS-Netzes, in dem beispielsweise auch die Funkschnittstelle zur Verfügung gestellt wird. Eine Funk-Schnittstelle ist genormt und definiert die Gesamtheit der physikalischen und protokollarischen Festlegungen für den Datenaustausch, beispielsweise das Modulationsverfahren, die Bandbreite, den Frequenzhub, Zugangsverfahren, Sicherungsprozeduren oder auch Vermittlungstechniken. Das UTRAN umfasst also zumindest Basisstationen sowie zumindest einen RNC.
Bei zellulären Mobilfunksystemen können verschiedene Funk-Übertragungstechnologien vorgesehen sein, die definieren, wie die physikalischen Verbindungsressourcen aufgeteilt werden. Im Falle von UMTS ist momentan ein Frequenzmehrfachzugriffs-Modus bzw. Frequency Division Duplex (FDD)-Modus vorgesehen, sowie unterschiedliche Zeitmehrfachzugriffs-Modi bzw. Time Division Duplex (TDD)-Modi. Beim FDD-Modus erfolgt die Datenübertragung von sogennanten "Up-" und "Downlink" Verbindungen auf unterschiedlichen Frequenzen per Frequenzmultiplex, während bei den beiden TDD-Modi die Datenübertragung von Up- und Downlink auf der gleichen Frequenz per Zeitmultiplex erfolgt.
Eine Basisstation ist eine zentrale Einheit in einem Kommunikationsnetzwerk, die im Falle eines zellulären Mobilfunknetzwerks Terminals oder Kommunikationsendgeräte innerhalb einer Zelle des Mobilfunknetzwerks über einen oder mehrere Funkkanäle bedient. Die Basisstation stellt die Luftschnittstelle zwischen Basisstation und Terminal bereit. Sie übernimmt die Abwicklung des Funkbetriebs mit den mobilen Teilnehmern und überwacht die physikalische Funkverbindung. Darüber hinaus überträgt sie die Nutz- und Statusnachrichten an die Terminals. Die Basisstation hat keine Vermittlungsfunktion, sondern lediglich eine Versorgungsfunktion. Eine Basisstation umfasst zumindest eine Sende/Empfangseinheit.
Ein Terminal kann ein beliebiges Kommunikationsendgerät sein, über das ein Benutzer in einem Kommunikationssystem kommuniziert. Es fallen beispielsweise Mobilfunkendgeräte oder tragbare Computer mit einem Funkmodul darunter. Ein Terminal wird oft auch als "Mobilstation" (MS) oder in UMTS "User Equipment" (UE) bezeichnet.
Im Mobilfunk wird zwischen zwei Verbindungsrichtungen unterschieden. Die Vorwärtsrichtung bzw. "Downlink" (DL) bezeichnet die Übertragungsrichtung von der Basisstation zum Termi nal. Die Rückwärtsrichtung (Uplink UL) bezeichnet die entgegengesetzte Übertragungsrichtung vom Terminal zur Basisstation.
In Breitbandübertragungssystemen, wie beispielsweise einem UMTS-Mobilfunknetz ist ein Kanal ein Teilbereich einer zur Verfügung stehenden Gesamtübertragungskapazität. Als Funkkanal wird im Rahmen dieser Anmeldung ein drahtloser Kommunikationsweg bezeichnet.
In einem Mobilfunksystem, beispielsweise gemäß dem UMTS, gibt es für die Übertragung von Daten zwei Arten von physikalischen Kanälen: festzugeordnete Kanäle bzw. "Dedicated Channels" und ge-meinsam benutzte bzw. "Common Channels". Bei den Dedicated Channels wird eine physikalische Ressource nur für die Übertragung von Informationen für ein bestimmtes Terminal reserviert. Bei den Common Channels können Informationen übertra-gen werden, die für alle Terminals gedacht sind, beispielsweise der primäre gemeinsame physikalische Steuerungskanal bzw. "Primary Common Control Physical Channel" (P-CCPCH) im Downlink, oder aber alle Terminals teilen sich eine physikalische Ressource, indem jedes Terminal diese nur kurzzeitig nutzen darf. Dies ist beispielsweise beim physikalischen Zufalls-Zugriffs Kanal bzw. "Physical Random Access Channel" (PRACH) im Uplink der Fall.
Bei der Übertragung über einen Common oder Dedicated Channel werden die Daten neben einer Bandbreitenspreizung mittels eines Spreiz-Codes bzw. "Channelisation Codes" zur robusteren Übertragung zusätzlich einer Verwürfel bzw. "Scrambling" Prozedur zur Kennzeichnung einer spezifischen Verbindung unterzogen. Dazu werden in Abhängigkeit der Übertragungsrichtung, des Kanaltyps und der Funkübertragungstechnologie verschiede ne Typen von Verwürfel-Codes bzw. "scrambling codes" eingesetzt.
Während ein Bit aus einer Datensequenz meist als Symbol bezeichnet wird, wird ein Bit einer bandbreiten-gespreizten Sequenz als Chip bezeichnet.
In Mobilfunksystemen wie beispielsweise gemäß UMTS, sind neben leitungsvermittelten bzw. "circuit switched" Diensten auch paketorientierte bzw. "packet switched" Dienste vorgesehen.
Insbesondere in Mobilfunksystemen der 2. bzw. 3. Generation, wie gemäß dem GSM bzw. UMTS, erfolgt die Datenübertragung über den Funkkanal allgemein in einer fest vorgegebenen Struktur, dem Übertragungsrahmen, welcher oft auch nur als Rahmen oder Frame bezeichnet wird. Ein Übertragungsrahmen stellt also die periodische Basis-Zeitstruktur dar, mit der Daten physikalisch übertragen werden. In UMTS beträgt ein Rahmen 10 ms. Zur Durchführung von bestimmten Funktionen wie Kanalschätzung und Leistungskontrolle ist ein Rahmen in Zeitschlitze unterteilt, beispielsweise in UMTS in 15 Zeitschlitze. Ein Zeitschlitz ist also ein fest zugeordneter Zeitabschnitt innerhalb eines Übertragungsrahmens.
Auf Basis der zeitlichen Struktur, bestehend aus Rahmen und Zeitschlitzen, kann man weitere zeitliche Unterstrukturen, beispielsweise Unterrahmen bzw. "Subframes", definieren. Beispielsweise könnte man in UMTS einen Unterrahmen definieren, der drei Zeitschlitze umfassen soll, so dass sich ein Rahmen dann aus 5 Unterrahmen zusammensetzt.
Ein Übertragungszeitintervall bzw. "transmission time interval" (TTI) bezeichnet die Zeitlänge, über die Daten, welche zusammen kodiert wurden aufgrund einer Verwürfelung, z.B. einem sogenannten "Scrambling" oder "Interleaving", zeitlich aufgespreizt werden. Ein TTI kann beispielsweise in Bezug auf Zeitschlitze angegeben werden.
Damit kann insbesondere das Übertragungszeitintervall, in dem Daten von der Medium-Zugangs-Schicht bzw. Medium-Access-Schicht (MAC) (OSI-Schicht 2, OSI: Open System Interconnection) zur physikalischen Schicht(OSI-Schicht 1) in Form von sog. Transportblöcken (=Verbund von Datenpaketen fester Länge) übertragen werden, bezeichnet sein. Weiterhin kann damit beispielsweise das Übertragungszeitintervall, in dem die Daten dann physikalisch über die Luftschnittstelle übertragen werden, bezeichnet sein.
Beispielsweise im Fall, für den gilt TTI = 40ms, werden zum einen alle 40ms Daten von der MAC-Schicht zur physikalischen Schicht gesendet. Zum anderen werden diese Daten dann von der physikalischen Schicht innerhalb von 4 Rahmen übertragen.
2. Systemarchitektur
Wie bereits weiter oben erwähnt, wird im Rahmen der Anmeldung das effizientere Zufallzugriffverfahren auch durch eine entsprechend angepasste Netzinfrastruktur unterstützt. Dem besseren Verständnis wegen wird zunächst auf die UMTS-Protokoll-Architektur eingegangen.
2.1. UMTS-Systemarchitktur (Stand der Technik)
1 zeigt die UMTS-Protokoll-Architektur mit der Schicht 1 bzw. "Physical Layer" PHY, Schicht 2 bzw. "Radio Link Layer" und der unteren Schicht 3 des OSI (Open System Interconnection) Modells, welche die Protokolle der UMTS-Luftschnittstelle beinhalten. Diese Architektur liegt sowohl im mobilen Endgerät (User Equipment, UE) als auch im UMTS-Funknetz (UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN) vor, welches, wie unter Punkt 1 beschrieben eine Basisstation und RNC umfassen kann.
Die jeweiligen Peer-to-Peer, d.h. zwischen zwei gleichwertigen Einheiten, Protokolle im Terminal UE und UTRAN tauschen Protokoll-Dateneinheiten (Protocol Data Units, PDUs) miteinander aus, indem sie die Dienste der unter ihnen liegenden Protokoll-Schichten für den Transport der PDUs benutzen. Jede Protokoll-Schicht bietet der über ihr liegenden Schicht ihre Dienste an sogenannten Dienstzugangspunkten an.
Diese Dienstzugangspunkte werden zum besseren Verständnis der Architektur mit allgemein gebräuchlichen und eindeutigen Namen versehen, z.B. logische Kanäle, Transportkanäle oder "Radio Bearer", das ist der Dienst, den die Schicht 2 für die Übertragung von Nutzerdaten vom Terminal UE zum UTRAN zur Verfügung stellt.
Für den Datentransfer nehmen Protokolle an ihren Dienstzugangspunkten Dienst-Dateneinheiten bzw. "Service Data Units" SDU auf und geben daraus erzeugte PDUs an die unter ihnen liegende Schicht ab; PDUs von oberen Schichten sind somit identisch mit den SDUs der darrunterliegenden Schicht.
Die in 1 dargestellten Protokoll-Schichten sind:

– die Radio Resource Kontrollschicht bzw. "Radio Resource Control layer" RRC
– die Packetdaten Konvergenzprotokollschicht bzw. "Packet Data Convergence Protokoll-Layer" PDCP
– die Funk- oder Vielfachfunk-Kontrollschicht bzw "Broadcast / Multicast Control-layer" BMC
– die Radioverbindungskontrollschicht bzw. "Radio Link Control Layer" RLC
– die Mediums-Zugangsschicht bzw. "Medium Access Control Layer" MAC
– und die physikalische Schicht PHY.

Im folgenden werden die Funktionen der im Rahmen der Anmeldung relevanten Protokoll-Entitäten erläutert.
Im Terminal UE, insbesondere UMTS-Mobilfunkendgerät, können Daten von verschiedenen Applikationen erzeugt werden. Für Sprachverbindungen erzeugt beispielsweise ein Sprach-Codierer bzw. "speech coder" einen oder mehrere Sprach-Datenströme oder ein HTML (Hyper Text Markup Language)-Browser erzeugt unregelmäßige Paket-Datenströme. Diese Daten werden zunächst eventuell von Protokollen höherer Schichten modifiziert und für den Datentransfer in verschiedenen Netzen vorbereitet, beispielsweise für das Transmissionskontrollprotokoll bzw. "tranmission controll protocoll" TCP und das Internetprotokoll IP. Für den Transport über die UMTS-Luftschnittstelle müssen diese Daten in den verschiedenen Protokollen der Schicht 2 (PDCP, RLC und MAC) optimiert werden.
Die in 1 dargestellte Protokoll-Architektur ist dabei nicht nur horizontal in die schon erwähnten Schichten und Einheiten aufgeteilt, sondern auch vertikal in die Kontroll-Ebene bzw. C-Ebene bzw. "C-plane" CP und die Nutzer-Ebene bzw. U-Ebene bzw. "U-plane" UP. Über die C-Ebene werden ausschließlich Kontroll-Daten, die zum Aufbau und zur Aufrechterhaltung einer Verbindung benötigt und im RNC oder Terminal UE selbst erzeugt werden, übertragen, wogegen über die U-Ebene die eigentlichen Nutzdaten von höheren Schichten transportiert werden.
Im Bereich der U-Ebene wird der Dienstzugangspunkt, an dem nicht-UMTS-spezifische Protokolle den Übertragungsdienst der UMTS-Luftschnittstelle nutzen können, als Radio Bearer RB bezeichnet. RBs werden also oberhalb der Schicht 2, je nach genutzten Protokollen oberhalb von PDCP, BMC oder RLC angeboten und übertragen Daten transparent vom Terminal UE über die UMTS-Luftschnittstelle zum RNC und umgekehrt. Für diese Übertragung wird beim Aufbau eines solchen RBs eine bestimmte Ü bertragungsdienstqualität bzw. "Quality of Service" QoS festgelegt, die sich beispielsweise durch eine bestimmte garantierte Datenrate oder eine maximale Übertragungsverzögerung auszeichnet.
Im Bereich der C-Ebene bezeichnet man die Dienstzugangspunkte, an denen das RRC-Protokoll der unteren Schicht 3 den Übertragungsdienst der UMTS-Luftschnittstelle nutzen kann, als Signalisierungsradioträger bzw. "Signalling Radio Bearer" SRB. SRBs transportieren Nachrichten von höheren Instanzen der Schicht 3 vom Sender zum Empfänger oder umgekehrt oder in beide Richtungen. Ferner handeln die RRC-Einheiten von Sender und Empfänger über die SRBs die Übertragungsparameter für eine Verbindung aus, anhand derer die Einheiten der Schicht 2 und die Schicht 1 konfiguriert oder umkonfiguriert werden.
Da die Datenströme eines RBs entweder kontinuierlich oder in Paketen beliebiger Länge vorliegen, ist es Aufgabe des RLC-Protokolls den Datenstrom in Pakete zu teilen oder zusammenzufügen. Es werden also die RLC-SDUs in RLC-PDUs zerteilt oder die RLC-SDUs zu RLC-PDUs zusammengesetzt. In Abhängigkeit vom jeweiligen RLC-Übertragungsmodus, dem transparenten Modus bzw. "Transparent Mode" TM, dem rückbestätigungsfreien Modus bzw. "Unacknowledged Mode" UM oder dem Rückbestätigungsmodus bzw. "Acknowledged Mode" AM wird den RLC-PDUs gegebenenfalls noch ein RLC-Datenkopf bzw. "header", der RLC-spezifische Kontrolldaten enthält, hinzugefügt. Kontrolldaten können insbesondere Steuerungsdaten sein. Darüber hinaus speichert die RLC-Schicht die an einem RB anliegenden Daten solange in einem RLC-Buffer, bis sie von der unter RLC liegenden Schichten über die Luftschnittstelle transportiert werden können. Die RLC-Schicht übergibt die nach der Teilung oder dem Zusammenfügen entstandenen RLC-PDUs der MAC-Schicht zur weiteren Übertragung. Die RLC-Schicht ist dabei so modelliert, dass es eine eigenständige RLC-Entität bzw. "RLC-entity" pro RB gibt.
Die Dienstzugangspunkte, an denen die MAC-Schicht ihre Dienste anbietet, werden logische Kanäle genannt. Logische Kanäle unterscheiden sich durch die Art der Daten, die auf ihnen übertragen werden. Man unterscheidet deshalb logische Kanäle, auf denen Terminal-spezifische Nutzdaten über den zugeordneten Verkehrskanal bzw. "Dedicated Traffic Channel" DTCH, Terminal-spezifische Kontrolldaten über den zugeordneten Kontrollkanal bzw. "Dedicated Control Channel" DOCH oder allgemeine Kontrolldaten über den allgemeinen Kontrollkanal bzw. "Common Control Channel" CCCH, übertragen werden.
Für die Übertragung der Daten über die Luftschnittstelle ist nicht in erster Linie relevant was übertragen wird, sondern wie die Daten übertragen werden. Deshalb stellt die physikalische Schicht, welche die Kodierung der Daten, die Modulation, die Hochfrequenztechnik und die Antenne enthält, der MAC-Schicht Dienstzugangspunkte zur Verfügung, die sich dadurch auszeichnen, wie die Daten übertragen werden: die sogenannten Transportkanäle.
Es findet auf den Transportkanälen keine Unterscheidung mehr zwischen Nutz- und Kontrolldaten statt. Bei den Transportkanälen unterscheidet man prinzipiell zwischen Terminalspezifischen Kanälen bzw. "Dedicated Channels", DCH und gemeinsamen Kanälen bzw. "Common Channels", wie z.B. der Vorwärtszugriffskanal bzw. "Forward Access Channel" FACH und der Zufalls-Zugriffskanal bzw. "Random Access Channel" RACH. Als Common Channels sind der FACH und RACH keinem bestimmten Terminal UE zugeordnet und können daher von allen Terminals UE genutzt werden.
Die Aufgabe der MAC-Schicht im Sender ist es, die Daten, die an einem logischen Kanal oberhalb der MAC-Schicht anliegen, auf die Transportkanäle der physikalischen Schicht abzubilden, bzw. im Empfänger auf Transportkanälen empfangene Daten auf logische Kanäle zu verteilen. Jeder Transportkanal ist dazu mit einem Satz von festen Parametern, beispielsweise dem Übertragungsrahmenlänge TTI oder dem Codierungsschema für die Übertragung der Daten vorkonfiguriert.
Aus einem weiteren Satz von variablen Parametern (Länge einer RLC-PDU, Anzahl der Transportblöcke) kann die MAC-Schicht die jeweils für die aktuelle Übertragung günstigsten aussuchen und so die Datenübertragung dynamisch beeinflussen. Eine gültige Einstellung aller Parameter für einen Transportkanal wird dabei Transport Format TF genannt. Die Menge aller möglichen Einstellungen für einen Transportkanal heißt Transport Format Set TFS. In einem TFS sind die einzelnen TF durch einen Indikator gekennzeichnet. Dieser Indikator wird als Transport Format Indikator TFI bezeichnet. Nur die variablen bzw. dynamischen Parameter des TFs variieren innerhalb eines TFS. Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist für jeden Transportkanal nur ein Transportformat eingestellt. Die Menge der zu einem bestimmten Zeitpunkt für alle vorhandenen Transportkanäle eingestellten Transportformate heißt Transport Format Kombination bzw. "Combination" TFC.
Aus den für jeden Transportkanal gültigen Transportformaten ergibt sich eine große Vielzahl von möglichen Kombinationen für alle Transportkanäle und theoretisch könnte jede dieser Kombinationen eine TFC ergeben. Praktisch ist die Anzahl der tatsächlich gleichzeitig erlaubten Kombinationen von Transportformaten aber eingeschränkt. Die Menge aller erlaubten TFCs wird Transportformatkombinationssatz bzw. "Transport Format Combination Set" TFCS genannt.
Für den Auf-, Abbau und die Umkonfiguration von Transportkanälen, logischen Kanälen und RBs bzw. SRBs und das Aushandeln aller Parameter der Schicht 2-Protokolle ist das RRC-Protokoll verantwortlich. Dieses Protokoll ist ebenfalls im Terminal UE und in der Basisstation bzw. RNC vorhanden, und es nutzt die Übertragungsdienste, welche die RLC-Schicht zur Verfügung stellt, also die SRBs, um RRC-Nachrichten zu versenden.
Mit den zwischen den RRC-Protokollen ausgehandelten Übertragungs-Parametern werden dann die verschiedenen Protokolle der Schicht 2 konfiguriert. Beispielsweise wird für jeden Transportkanal beim Aufbau oder der Umkonfiguration zwischen den RRC-Protokollen ein TFS ausgehandelt und es wird das für alle Transportkanäle gültige TFCS übertragen. Beides wird dann in die MAC-Schicht konfiguriert, so dass MAC die Abbildung der logischen Kanäle auf die Transportkanäle vornehmen kann.
Über die dynamische Auswahl einer TFC für jede Übertragungsrahmenlänge hinaus hat die MAC-Schicht die Aufgabe, die auf den verschiedenen RBs ankommenden Daten unter Berücksichtigung des für die RB eingestellten QoS auf die Transportkanäle zu verteilen. Dabei wird von der RRC-Schicht beispielsweise beim Aufbau und der Rekonfiguration von RBs ausgehandelt, welche logischen Kanäle auf welche Transportkanäle abzubilden sind, wobei jedem Transportkanal mehrere logische Kanäle zugeordnet werden können.
Die sendende MAC-Schicht sucht sich also für jede Übertragungsrahmenlänge und für jeden Transportkanal ein Transportformat aus, also insgesamt eine TFC, und bestimmt von welchen logischen Kanälen Daten in dem betrachteten TTI übertragen werden. Dann teilt die MAC-Schicht den entsprechenden RLC-Einheiten die zum jeweiligen TF gehörende RLC-PDU-size (sofern sie nicht für die Dauer der Verbindung konstant ist) und die Anzahl der erwarteten RLC-PDUs mit. RLC segmentiert daraufhin die Daten aus dem RLC-Buffer entsprechend der RLC-PDU-Größe und übergibt die entsprechende Anzahl an RLC-PDUs auf dem entsprechenden logischen Kanal an die MAC-Schicht. Diese fügt den Daten gegebenenfalls einen MAC-Datenkopf bzw. MAC-"header", der MAC-spezifische Kontrolldaten enthält, hinzu und übergibt die generierten MAC-PDUs, also Transportblöcke, für einen Transportkanal weiter an die physikalische Schicht, die dann für den Transport der Daten über die UMTS-Luftschnittstelle innerhalb eines TTI sorgt.
Des weiteren hat die MAC-Schicht noch folgende Funktionen:

– Handhabung der Übertragung von Datenpaketen mit unterschiedlichen Prioritäten eines Teilnehmers über den gemeinsamen Transportkanal,
– Übertragung von Datenpaketen unterschiedlicher Teilnehmer über denselben gemeinsamen Kanal entsprechend ihrer Prioritäten,
– Identifikation von Teilnehmern auf gemeinsamen Kanälen,
– Multiplexen/De-Multiplexen von Datenpaketen,
– Messung des Datenaufkommens.

Im Detail besteht die MAC-Protokollschicht aus den folgenden drei Funktionseinheiten, abhängig vom Typ der Transportkanäle:

– MAC-b ist die Funktionseinheit, die für die Handhabung des Broadcastkanals zuständig ist. Hierüber werden Systeminformationen zu allen Teilnehmern einer Funkzelle übertragen.
– MAC-d ist die Funktionseinheit, die für die Handhabung von dedizierten Kanälen, d.h. solchen Kanälen, die Daten für einen speziellen Teilnehmer übertragen, zuständig ist. Im MAC-d werden die Daten von den logischen Kanälen DOCH und/oder DTCH auf dem DCH-Transportkanal abgebildet und umgekehrt.
– MAC-c/sh ist für die Handhabung von gemeinsamen Kanälen (Common und Shared Channels) zuständig, über die Daten von bzw. zu verschiedenen Teilnehmern übertragen werden. Im MAC-c/sh werden die Daten von den logischen Kanälen CCCH, DCCH oder DTCH auf den Transportkanal FACH im Downlink bzw. auf den RACH im Uplink abgebildet und umgekehrt. In 7 ist die Protokoll-Architektur für den RACH-Transportkanal dargestellt. Dabei wird mit "Uu" die Schnittstelle zwischen dem Terminal UE und der Basisstation sowie mit "Iub" die Schnittstelle zwischen der Basisstation und RNC bezeichnet. Die Basisstation besteht Terminal-seitig nur aus der physikalischen Schicht. Die empfangenen Daten vom PRACH werden über dem RACH Rahmen Protokoll bzw. "Bach Frame Protocol" RachFP weiter zur RNC weitergeleitet. Je nach Typ der logischen Kanäle verhält sich die RNC entweder als kontrollierendes RNC bzw. "Controlling RNC" CRNC oder als bedienendes RNC bzw. "Serving RNC" SRNC. Die CRNC kontrolliert die Daten auf dem CCCH, während die SRNC die Daten auf den DOCH/DTCH kontrolliert. In 8 ist die Protokoll-Architektur für den FACH-Transportkanal dargestellt, die äquivalent zur Architektur vom RACH-Transportkanal ist. Der einzige Unterschied ist, dass die Daten vom RNC über den FachFP zur Basisstation geleitet werden, wo sie dann auf den physikalischen S-CCPCH abgebildet und weiter an das Terminal UE gesendet wird.

Im Hinblick auf die weitere Standardisierung von UMTS kommen sinnvolle Verbesserungen zur effizienten Paketdatenübertragung über die Common Channels in Betracht. Hierzu sind innerhalb der UMTS-Protokoll-Architektur verschiedene zusätzliche Funktionen und Änderungen bzw. Anpassungen, insbesondere der MAC-Protokollschicht, vorteilhaft. Diese werden im folgenden ausgeführt.
2.2. Bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine Systemarchitektur gemäß verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine neue Einheit MAC-c/sh für sogenannte Hochgeschwindigkeitsübertragungen bzw. "High Speed" HS eingeführt, welche im folgenden mit MAC-c/sh-hs bezeichnet wird.
Im folgenden Ausführungsbeispiel wird die Funktionsweise der neuen MAC-Funktionseinheit MAC-c/sh-hs im Sendefall dargestellt. Die Funktionsweise im Empfangsfall ist entsprechend. MAC-c/sh-hs erhält seine Daten, das sind die MAC-SDUs, in Abhängigkeit vom Typ der logischen Kanäle von der MAC-d- bzw. der MAC-c/sh-Entität.
Im Falle des CCCH werden die teilnehmerspezifischen Daten von MAC-c/sh an MAC-c/sh-hs weitergeleitet.
Im Fall von DCCH oder DTCH werden die teilnehmerspezifischen Daten von MAC-d an MAC-c/sh-hs weitergeleitet.
Diese werden dann im MAC-c/sh-hs auf die Common Channels HS-FACH im Downlink bzw. HS-RACH im Uplink abgebildet bzw. "mapped".
9 zeigt die neue MAC-Architektur auf der Terminal UE-Seite, während 10 die entsprechende MAC-Architektur auf der UTRAN-Seite, bestehend aus Basisstation und RNC, zeigt. Bevor MAC-c/sh-hs die MAC-PDUs (MAC-SDUs und MAC-Datenkopf) auf die jeweiligen Transportkanäle abbildet, werden noch spezielle Funktionen vorher ausgeführt.
Diese Funktionen sind in den Funktionsblöcken in 11 beispielhaft dargestellt. Die 11 zeigt dabei die MAC-c/sh-hs Instanz auf der Terminal-Seite, wobei sich die entsprechende Instanz auf der Netzwerk-Seite in der Basisstation befindet. Zu den Funktionen gehören das Anfügen ("MAC-c/sh-hs header addition") MHA oder das Entfernen eines spezifischen Kontroll- bzw. Steuerungsdatenkopfes("MAC-c/sh-hs header removal") MHR und die Durchführung und Kontrolle bzw. Steuerung eines automatischen Wiederholungsverfahrens bzw. "Automatic Repeat Request" ARQ- Verfahrens. Auf diese Funktionen wird im folgenden eingegangen.
2.2.1 Generieren und Anfügen eines MAC-c/sh-hs spezifischen Kontrolldatenkopfes:
In Abhängigkeit vom Typ der logischen Kanäle soll MAC-c/sh-hs für die Übertragung der einzelnen Datenpakete (MAC-PDUs) notwendige MAC-c/sh-hs-spezifische Kontroll- bzw. Steuerungsdaten generieren und an die entsprechenden MAC-PDUs anhängen.
Diese MAC-c/sh-hs spezifischen Kontrolldaten bestehen in einer Ausgestaltung aus einer Übertragungssequenznummer SN der Länge n Bits und einer Terminal-Identität (UE-Id) der Länge ≤ 16 Bits. Im Fall von CCCH besteht der MAC-c/sh-hs Datenkopf aus SN + UE-Id, während im Fall von DCCH oder DTCH der Datenkopf nur aus der SN besteht. Dadurch wird erreicht, dass teilnehmer-spezifische Daten, die auf den Common Channels HS-FACH und HS-RACH übertragen werden, eindeutig zugeordnet werden können. Auf diese Weise ist es gegenüber dem Stand der Technik möglich, auch Daten im RLC-Mode TM, also dem "Transparent Mode" effizient zu übertragen.
2.2.2. Durchführung und Kontrolle bzw. Steuerung des ARQ-Verfahrens:
Aufgrund von Übertragungsfehlern auf dem Mobilfunkkanal kann es bei der Übertragung der Datenpakete zum Verlust einzelner Pakete kommen. Um dem entgegenzuwirken soll die ARQ-Entität im MAC-c/sh-hs für jedes richtig empfangene Datenpaket eine positive Empfangsbestätigung ACK und für jeden fehlerhaft empfangenen Datenpaket eine negative Empfangsbestätigung NACK zum Sender zurückschicken. Dadurch wird eine zuverlässige Datenübertragung gewährleistet. Als ARQ-Verfahren eignen sich die bekannten Verfahren wie "Go-back-N" oder "Selective Repeat". Auf der Terminal Seite verfügt die MAC-c/sh-hs-Instanz über eine ARQ-Entität. Auf der Basisstation-Seite verfügt die MAC-c/sh-hs-Instanz über ein Anzahl M von ARQ-Entitäten ARQE, in Abhängigkeit von der maximalen Anzahl von Terminals UE, die das Netzwerk bei der Datenübertragung über HS-FACH bzw. HS-RACH unterstützt. Die Anwendung eines ARQ-Verfahrens erfordert entsprechende Speichereinheiten im Sender und Empfänger. Im Sendespeicher wird jeweils eine Kopie von jedem zu sendenden Datenpaket solange zwischengespeichert, bis das Datenpaket erfolgreich übertragen wurde oder der Versuch einer erfolgreichen Übertragung nach einer maximalen Anzahl von Wiederholungen aufgegeben wird. Danach wird die Kopie des Pakets wieder aus dem Speicher gelöscht. Im Empfangsspeicher wird entsprechend jeweils eine Kopie vom jedem empfangenen Paket zumindest solange zwischengespeichert, bis das Datenpaket erfolgreich empfangen wurde oder der Versuch eines er folgreichen Empfangs nach einer bestimmten Zeit aufgegeben wird.
2.2.3. Durchführung und Kontrolle des neuen RACH-Übertragungsverfahrens mit Kollisionsvermeidung:
Bei der Uplink-Übertragung von Teilnehmer-spezifischen Daten auf dem HS-RACH kontrolliert bzw. steuert eine entsprechende Funktion im MAC-c/sh-hs den jeweiligen Sendezeitpunkt.
Das RACH-Übertragungsverfahren gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung basiert auf einen Zufallsverfahren, um Kollisionen von Daten verschiedener Teilnehmer zu vermeiden.
12 zeigt die neue UMTS-Protokoll-Architektur und deren Position in den einzelnen Netzwerkelementen. Die neuen MAC-c/sh-hs Protokollinstanzen befinden sich im Terminal UE und Basisstation. Dadurch wird eine effiziente Paketdatenübertragung gewährleistet. Basisstation und RNC tauschen sich die Daten von/für Mac-c/sh-hs über das HS-RACH bzw. HS-FACH Frame Protocol aus.
2.2.4 Weitere Anpassungen der Netzinfrastruktur Bevor unter Punkt 3 auf die Ausführungsformen bezüglich des
Zufalls-Zugriffsverfahrens eingegangen wird, werden zunächst dafür geeignete Anpassungen der Netzinfrastruktur aufgezeigt, welche die Effektivität des Zufallsverfahrens weiter erhöhen:
Zur weiteren Unterstützung des Zufalls-Zugriffsverfahrens kann eine Einführung und funktionale Beschreibung einer neuen Entität in der Medium Access Control (MAC) Protokoll-Schicht, die das neue Konzept auch von der Protokoll-Seite unterstützt, erfolgen.
Diese Entität wird im folgenden als MAC-c/sh-hs (MAC common/shared high speed) bezeichnet und soll sowohl im Terminal UE als auch in der Basisstation NodeB vorhanden sein.
Allgemein soll diese neue MAC-Entität für die Handhabung der gemeinsamen Transportkanäle HS-FACH und HS-RACH zuständig sein, über die Daten von bzw. zu verschiedenen Teilnehmern in der Funkzelle effizient übertragen werden können. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung unterstützt MAC-c/sh-hs nur Daten, die von der entsprechenden RLC-Entität über die logischen Kanäle CCCH, DOCH oder DTCH kommen. Im Sendefall werden im MAC-c/sh-hs die Daten von den logischen Kanälen CCCH, DOCH oder DTCH auf den Transportkanal HS-FACH im Downlink bzw. auf den HS-RACH im Uplink abgebildet und weiter an die physikalische Schicht geleitet. Im Empfangsfall werden die auf HS-FACH bzw. HS-RACH empfangenen Daten auf die entsprechenden logischen Kanäle CCCH, DOCH oder DTCH verteilt und weiter an die entsprechenden RLC-Entitäten weitergeleitet.
Die Grundfunktionen der MAC-c/sh-hs sind prinzipiell dieselben wie auch beim existierenden MAC-c/sh:

– Auswahl des Transportformates für jede Übertragungsrahmenlänge
– Handhabung der Übertragung von Datenpaketen mit unterschiedlichen Prioritäten eines Teilnehmers über den gemeinsamen Transportkanal,
– Handhabung der Übertragung von Datenpaketen unterschiedlicher Teilnehmer über denselben gemeinsamen Transportkanal entsprechend ihrer Prioritäten,
– Identifikation von Teilnehmern auf den gemeinsamen Transportkanälen,
– Multiplexen/De-Multiplexen von Datenpaketen,
– Messung des Datenaufkommens.

Vorzugsweise beinhaltet die MAC-c/sh-hs-Entität folgende neue Funktionalitäten:

– Generieren und Anfügen eines MAC-c/sh-hs spezifischen Kontrolldatenkopfes, bestehend aus einer Sequenznummer und gegebenenfalls einer Terminal UE-Identität
– Durchführung und Kontrolle bzw. Steuerung des ARQ-Verfahrens
– Durchführung und Kontrolle bzw. Steuerung des neuen RACH-Übertragungsverfahrens mit Kollisionsvermeidung

Weiterhin wird die Signalisierung zwischen der neuen MAC-c/sh-hs und den existierenden MAC-c/sh bzw. MAC-d Entitäten, sowie RLC und RRC beschrieben, welche im einzelnen beinhaltet:

– Inter-MAC-Signalisierung zwischen MAC-c/sh-hs und MAC-c/sh bzw. MAC-d.
– Interlayer-Signalisierung zwischen MAC-c/sh-hs und RRC: Für den Auf-, Abbau und die Umkonfiguration der Transportkanäle HS-FACH und HS-RACH, sowie Mapping der logischen Kanälen DCCH, DTCH oder CCCH auf HS-RACH und HS-FACH.
– Interlayer-Signalisierung zwischen MAC-c/sh-hs und RLC: MAC-c/sh-hs teilt der entsprechenden RLC-Einheit die zum jeweiligen TF gehörende RLC-PDU-size und die Anzahl der erwarteten RLC-PDUs mit. RLC segmentiert daraufhin die Daten aus dem RLC-Buffer entsprechend der RLC-PDU-size und übergibt die entsprechende Anzahl an RLC-PDUs auf dem entsprechenden logischen Kanal an die MAC-Schicht.

Der Vorteil einer derartigen Vorrichtung MAC-c/sh-hs ist die ganzheitliche Handhabung oder/und Unterstützung der effizienten Paketdatenübertragung über HS-RACH und HS-FACH, welche sämtliche notwendigen Funktionen und Signalisierungen beinhaltet.
Durch die Vornahme der aufgezeigten Änderungsmöglichkeiten erfolgt eine Anpassung der UMTS-Protokoll-Architektur an ein neues Konzept zur effizienten Paketdatenübertragung über die gemeinsamen Kanäle HS-RACH und HS-FACH, welches im folgenden beschrieben wird.
3. Zufalls-Zugriffsverfahren
3.1 Probleme bisheriger Zufalls-Zugriffsverfahren
Nachdem bisher auf die Ausgestaltungen in Bezug auf die Netzseite eingegangen wurde, werden nun spezifische Ausgestaltun gen der Zufalls-Zugriffsverfahren selbst aufgezeigt. Dazu werden zunächst Nachteile der bisherigen Ausführungen bei PRACH und S-CCPCH betrachtet.
a) PRACH
Im folgenden wird die Zufalls-Zugriffs-Übertragungsprozedur nach dem aktuellen UMTS-Standard Release 5 beschrieben.
Die zugrundeliegende Protokoll-Architektur ist die in 1 dargestellte. Diese Architektur liegt – wie bereits dargelegt – sowohl im Terminal oder mobilen Endgerät UE (User Equipment) als auch im UMTS-Netzwerk UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network), bestehend aus Basisstation (=Basisstation) und RNC (Radio Network Controller), vor.
Im UMTS FDD-Mode ermöglicht der gemeinsame Kanal PRACH die Uplink-Übertragung von burstartigen Datenverkehr, welcher Signalisierungsinformationen oder Nutzerdatene enthalten kann, bis 120 kilo bits pro Sekunde (kbps) als Bruttodatenrate. Maximal können bis zu 16 PRACHs in einer Zelle konfiguriert werden. Die Konfiguration der PRACHs wird in den Systeminformationsblöcken bzw. "system information blocks" (SIB) 5 bzw. 6 über dem Broadcast-Kanal BCH in der Zelle übertragen. Innerhalb von SIB 5/SIB 6 wird die Konfiguration für jeden PRACH im Informationselement bzw. "information element" (IE) „PRACH system information list" festgelegt.
Tabelle 1 zeigt die Liste der Informationselemente in der "PRACH system information list".
Tabelle 1: Informationselemente der „PRACH system information list" nach Release 5
Die Funktion bzw. Bedeutung der einzelnen Informationselemente ist wie folgt:

– PRACH info: Hierbei wird die Konfiguration des PRACHs hinsichtlich der verfügbaren Signaturen, Zugriffszeitschlitze bzw. "Access Slots" AS, Spreizfaktoren SF für den Datenteil sowie des für die Präambel verwendeten Verwürfel- bzw. "Scrambling"-Codes signalisiert;
– Transport channel identity: Gibt die Identität des RACH-Transportkanals an, welcher auf den PRACH abgebildet ist;
– RACH TFS: Gibt die Menge der erlaubten Transportformate für den konfigurierten RACH an;
– RACH TFCS: Gibt die Menge der erlaubten Transportformat-Kombinationen für den konfigurierten RACH an;
– PRACH partitioning: Basierend auf die im IE "PRACH Info" konfigurierten Signaturen und Zugriffszeitschlitze AS werden in diesem Informationselement bis zu acht Zugriffsserviceklassen ASC signalisiert. In jeder ASC kann jeweils eine Untermenge von den insgesamt verfügbaren Signaturen und Access Slots konfiguriert werden, so dass eine ASC eine Unterteilung bzw. Partition der PRACH-Ressourcen darstellt;
– Persistence scaling factors: Gibt die Übertragungswahrscheinlichkeiten an, mit der eine RACH-Übertragungsprozedur von der MAC-Protokollschicht gestartet wird;
– AC-to-ASC mapping table: Hiermit wird die Abbildung der Access Classes zu den Access Service Classes signalisiert, mit der ein idle mode Terminal UE in der Lage ist, eine initiale Nachricht im Uplink zu senden;
– Primary CPICH DL TX power: Die Leistung mit der der P-CPICH in der Funkzelle gesendet wird, wird zur Berechnung der initialen Ausgangsleistung der PRACH Präambel herangezogen;
– Constant value: Konstanter Wert, der zur Berechnung der initialen Ausgangsleistung der PRACH Präambel herangezogen wird;
– PRACH power offset: Gibt die Parameter für die PRACH Präambelübertragung an, wie die Schrittweite für die Leistungseinstellung und die maximale Anzahl der Präambel-Retransmissionen;
– RACH transmission parameters: Gibt die Parameter zur Kontrolle bzw. Steuerung der RACH-Übertragung auf der MAC-Protokollschicht-Ebene an, weitere Details sind im Zusammenhang mit Tabelle 4 näher erläutert;
– AICH info: Gibt die Parameter für den jeweiligen PRACH assozierten AICH an.

Prinzipiell können alle Terminals UE innerhalb einer UMTS-Zelle gemeinsam die PRACHs zur Datenübertragung verwenden. Der Zugriff der Terminals UE auf einen PRACH ist nach dem Slotted ALOHA-Verfahren geregelt, bei der jedes Terminal UE einen passenden PRACH zufällig auswählt und diesen nur zu Beginn von festen Zeitintervallen, den sogenannten Zugriffszeitschlitzen bzw. "access slots" (AS), sendet. Dabei hängt die Nutzung des zufällig ausgewählten PRACHs von den Zugriffsserviceklassen ASCs (Access Service Classes) ab, die im IE „PRACH partitioning" spezifiziert werden. Tabelle 2 zeigt die Parameter, mit der jeder ASC konfiguriert wird. Durch die ASCs wird eine priorisierte PRACH-Nutzung geregelt.
Tabelle 2: Informationselemente des „PRACH partitioning" zur ASC-Konfiguration nach Release 5
Der PRACH besteht bzw. die auf ihm übertragenen Daten bestehen aus einem Präambelteil (preamble part) und einem Nachrichtenteil (message part). Der PRACH Nachrichtenteil wiederum besteht aus einem Kontroll- bzw. Steuerungsteil und einem Datenteil. Die Random Access-Übertragung besteht aus einem oder mehreren Präambeln der Länge 4096 Chips und der eigentlichen Nachricht. In den Präambeln wird eine zufällig gewählte Signatur s übertragen. Nach einer positiven Bestätigung (ACK) für den korrekten Empfang der Präambel auf dem Aquisition Indicator Channel (AICH) durch die Basisstation, sendet das Terminal UE die Daten auf dem PRACH Nachrichtenteil zu einem festgelegten Zeitpunkt auf Basis der Zugriffszeitschlitze AS. In 2 ist ein Beispiel für eine Random Access-Übertragung dargestellt, in der das Terminal UE erst bei der zweiten Präambel PA ein ACK von der erhält. Dabei ist τ_p- _p der Zeitversatz bzw. "timing offset" zwischen zwei Präambeln PA , τ_p-m der Zeitversatz zwischen Präambel PA und PRACH Nachrichtenteil PRACH NT und τ_p-a der Zeitversatz zwischen dem Beginn des Uplink Zugriffszeitschlitz bzw. "Access Slot" AS, in dem das Terminal UE eine Präambel PA sendet und dem Beginn des korrespondierenden Downlink AS, in dem die Basisstation den AICH sendet. Im Beispiel nach 2 wurde für den PRACH Nachrichtenteil eine Übertragungszeitlänge von TTI = 10 ms gewählt. Für die jeweiligen Zeitversätze wurden folgende Werte gesetzt: τ_p- _p = τ_p-m = 3 AS und τ_p-a = 1.5 AS, wobei die Länge eines Zugriffszeitschlitzes AS 5120 Chips beträgt.
Der PRACH Nachrichtenteil PRACH NT enthält einen Datenteil D und einen Steuerteil/Kontrollteil C.
Die Sendeleistung des PRACH Nachrichtenteils wird dabei auf Basis der Sendeleistung des erfolgreich gesendeten Präambels eingestellt. Des weiteren werden die OVSF-Channelisation Codes für den PRACH Nachrichtenteil aus der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur bestimmt. Maximal gibt es 16 dieser Signaturen, die auf einen der 16 Knoten im OVSF-Codebaum zeigen. Die Signaturen korrespondieren mit einem Code mit Spreizfaktor SF = 16. Abhängig von der Signatur s wird der darunterliegende Code-Subbaum für den PRACH Nachrichtenteil verwendet.
Die Anzahl der Signaturen und Uplink Zugriffszeitschlitze AS, die einem Terminal UE zur Datenübertragung über den PRACH zur Verfügung stehen; wird durch die Priorität der ASCs festgelegt. Maximal können bis zu 8 ASCs für ein PRACH spezifiziert werden, wobei diese ASCs so numeriert sind, so dass die Zugriffsdienstklasse mit der Nr. 0 bzw. "ASC#0" die höchste Priorität und die Zugrfiffsdienstklasse mit der Nr. 7 bzw. "ASC#7" die niedrigste Priorität hat. Je höher die Priorität ist, desto grösser kann die Anzahl der verfügbaren Signaturen und der Uplink Zugriffszeitschlitze AS (zusammengefasst in den sogenannten RACH-Unterkanälen bzw. "RACH-Subchannels") im ASC konfiguriert sein. Im inaktiven Übertragungsmodus bzw. im "Idle Mode" wählt die Radio Ressourcen Kontroll/Steuerungs -Schicht bzw. "Radio Ressource Control" RRC-Schicht im Termi nal UE die Zugriffsdienstklasse ASC auf Basis der Zugriffsklassen bzw. "Access Classes" (AC) aus. Bei den Zugriffsklassen bzw. "Access Classes" handelt es sich hierbei um einen Mechanismus, mit dem ein Netzwerkbetreiber den Zugriff von im Untätigkeitsmodus bzw. "Idle Mode Terminals in seiner Funkzelle kontrollieren kann. Im UMTS-Standard sind insgesamt 16 ACs spezifiziert, beispielsweise erlaubt die Zugriffsklasse AC15 nur einen Zugriff von Terminals, die zu Mitarbeitern des Netzwerkbetreibers gehören.
Im verbundenen Modus bzw. "Connected Mode" hingegen entscheidet die Medium Zugangs-Kontroll- bzw. "medium access control" MAC-Schicht im Terminal UE über die Zugriffsserviceklasse ASC auf Basis der jeweiligen Priorität der logischen Kanäle, wie der gemeinsame Kontrollkanal bzw. "common control channel" CCCH, der spezifische Kontrollkanal bzw. "dedicated control channel" DCCH oder der spezifische Verkehrskanal bzw. "dedicated traffic channel" DTCH, die auf den RACH-Transportkanal abgebildet sind und über den die Daten dann letztlich auf dem physikalischen Zufalls-Zugriffskanal bzw. "physical random access channel" PRACH über die Luftschnittstelle zum UTRAN übertragen werden.
Die Daten auf dem Datenteil des PRACH Nachrichtenteils können in drei verschiedenen Modi übertragen werden, die von der Radio Verbindungskontroll- bzw "radio link control" RLC-Schicht im Terminal UE konfiguriert werden:

– Der transparente Modus bzw "transparent mode" TM,
– Der unbestätigte Modus bzw. "unacknowledged mode" UM sowie
– Der bestätigte Modus bzw. "acknowledged mode" AM.

a) Im Fall einer zu bestätigenden Paketdatenübertragung, also im Modus AM durchgeführten Übertragung wartet das Terminal UE nach dem Senden des PRACH Nachrichtenteils auf eine Bestätigung von der über den Secondary Common Control Physical Channel (S-CCPCH) als separaten Rückkanal. Innerhalb des UTRAN prüft die RLC-Schicht im RNC alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und gibt das Terminal UE das jeweilige Prüfergebnis bekannt. Für jedes fehlerfrei empfangene Datenpaket wird eine positive Bestätigung (ACK) über den Rückkanal übertragen. Entsprechend wird für jedes fehlerhaft empfangene Datenpaket eine negative Bestätigung (NACK) über den Rückkanal übertragen.
Protokollmäßig werden die ACKs/NACKs vom RLC im RNC generiert und über den Vorwärts-Zugriffskanal bzw. "forward access channel" bzw. FACH-Transportkanal von der MAC-Schicht zur physikalischen Schicht übertragen, wo der FACH-Transportkanal dann auf den S-CCPCH abgebildet bzw. "mapped" wird und von der über die Luftschnittstelle zum Terminal UE gesendet wird.
Erreicht das Terminal UE die Mitteilung, dass ein bestimmtes Datenpaket fehlerhaft übertragen wurde, so wiederholt das Terminal UE nach zufällig gewählten Wartezeiten die Übertragung bzw. "retransmission" für das fehlerhaft gesendeten Datenpaket auf dem PRACH Nachrichtenteil, wobei die gesamte Zufalls-Zugriffs-Prozedur bzw. "random access procedure" bestehend aus Präambel- und Nachrichten-Übertragung neu gestartet wird.
3 zeigt ein Beispiel für das Timing von PRACH Nachrichtenteil PRACH NT und S-CCPCH mit TTI = 10 ms. Es werde der Fall einer zu bestätigenden Paketdatenübertragung (AM) angenommen. Nachdem die RLC-Schicht im Terminal UE die Datenpakete über einen der logischen Kanäle DCCH oder DTCH zu den unteren Pro tokollschichten abgeschickt hat, wird im RLC der Zeitgeber bzw. "timer" bzw. "timer poll" gestartet. Innerhalb der vom Timer gesetzten Zeit erwartet das Terminal UE eine positive oder negative Bestätigung auf dem S-CCPCH vom UTRAN. Falls der Timer abläuft, ohne dass weder ein ACK noch NACK empfangen wurde, wird dies vom Terminal UE wie ein NACK interpretiert und somit eine Retransmission ausgelöst bzw. getriggered.
b) Alternativ hierzu kann eine zu bestätigende Paketdatenübertragung, also im AM, auch von der Basisstations-Seite her, also vom UTRAN initiiert werden, indem Signalisierungsinformationen oder Nutzerdaten zu einem Terminal UE über dem S-CCPCH gesendet werden. Nach Senden der Daten auf dem S-CCPCH wartet UTRAN auf eine Bestätigung (ACK/NACK) vom Terminal UE über den PRACH als separaten Rückkanal.
b) S-CCPCH
Die S-CCPCHs sind wie die PRACHs sogenannte common channels. Maximal können bis zu 16 S-CCPCHs in einer Zelle konfiguriert werden, und deren Konfiguration wird ebenfalls im SIB 5 bzw. SIB 6 über dem Broadcast-Kanal BCH in der Zelle übertragen. Auf den S-CCPCHs sendet UTRAN über die Basisstation BS Signalisierungsinformationen oder Nutzerdaten zu den Terminals. Damit die Terminals UE wissen auf welchen S-CCPCH das Netzwerk Daten zu Ihnen sendet, erfolgt ein Mapping von S-CCPCHs zu Terminals auf Basis von Identitäten. Im Idle Mode erfolgt dieses Mapping auf Basis der IMSI. Beim Übergang von Idle Mode zu Connected Mode erfolgt das Mapping auf Basis einer „Inital UE identity", und im Connected Mode ist das Mapping auf Basis der vom UTRAN vergebenen temporären U-RNTI festgelegt. Da UTRAN nicht ständig Daten zu einem Terminal über den korrespondierenden S-CCPCH sendet, muss prinzipiell jedes Terminal ihren S-CCPCH kontinuierlich detektieren und überprüfen, ob relevante Daten für es vorliegen oder nicht. Dabei wird ein k-ter S-CCPCH mit einem timing offset τ_S-CCPCH,k relativ zum Systemrahmen-Nummer Spreizfaktor SFN des P-CCPCH von der gesendet. Auf dem P-CCPCH ist der BCH-Transportkanal abgebildet, über der alle Terminals in der Zelle die relevanten Systeminformationen empfangen können.
Bei der derzeitigen Random Access-Prozedur können Kollisionen des PRACH Nachrichtenteils durch zeitgleich sendende Terminals auftreten, wenn diese denselben PRACH mit der gleichen Signatur und Uplink Access Slot bei der Präambel-Übertragung verwendet haben und ein korrespondierender ACK vom AICH empfangen wurde. In diesem Fall verwenden die Terminals UE jeweils die gleichen OVSF-Channelisation Codes für ihre PRACH Nachrichtenteile, so dass diese sich gegenseitig stören und nur fehlerhaft im UTRAN empfangen werden können. Solange die Anzahl der auf denselben PRACH zugreifenden Terminals in der Zelle moderat ist, arbeitet das derzeitige Slotted ALOHA-Zugriffsverfahren gut. Sobald aber deren Anzahl steigt, erhöht sich die Verkehrslast in der Zelle und die Gefahr eines steigenden Kollisionsrisikos, die durch Retransmissionen infolge fehlerhafter Datenübertragungen zusätzlich gesteigert wird. Dies führt zu einer Verzögerung der Datenübertragung bzw. zu einer Verschlechterung des Datendurchsatzes und zu zusätzlicher Interferenz im Uplink. Im schlimmsten Fall kann die Folge sein, dass der Kanal schließlich nur noch kollidierte Datenpakete überträgt und der Datendurchsatz auf Null sinkt.
Daher machen Verbesserungen für die derzeitige Random Access-Prozedur Sinn, die im Fall höherer Verkehrslasten in einer Zelle die Verzögerung der Datenübertragung infolge von Kollisionen und die Interferenz im Uplink durch Retransmissionen reduzieren.
3.2 Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf das Zufalls-Zugriffsverfahren
Sämtliche nun behandelten Ausführungsformen beinhalten ein neues Zufalls-Zugriff bzw. "Random Access"-übertragungsverfahren zur Kollisionsvermeidung für den PRACH Nachrichtenteil bzw. "message part" mit einer neuen, verkürzten Unterrahmen bzw. "Subframe"-Struktur, auf die im folgenden einfach als HS-PRACH Nachrichtenteil bezug genommen wird.
Auf Ausgestaltungen des S-CCPCH im Rahmen der Erfindung wird als HS-SCCPCH bezug genommen.
Dieses neue Übertragungsverfahren kann auf beiden Übertragungsrichtungen zwischen Terminal und UTRAN angewendet werden. Zum einen, wenn ein Terminal über HS-PRACH Signalisierungsinformationen oder Nutzerdaten zum UTRAN sendet und über S-CCPH bzw. HS-SCCPCH auf evtl. Bestätigungen wartet. Zum anderen, wenn UTRAN seinerseits über S-CCPCH bzw. HS-SCCPCH Signalisierungsinformationen oder Nutzerdaten zum Terminal sendet und über HS-PRACH auf evtl. Bestätigungen wartet.
Folgende Aspekte werden von verschiedenen Ausführungsformen wahlweise oder zugleich angesprochen:
3.2.1 Erweiterung der Zugriffsdienstklasse bzw. "Access Service Class" ASC mit neuen Parametern
sJede Zugriffsdienstklasse stellt jeweils eine Untermenge der insgesamt für einen PRACH zur Verfügung stehenden Signaturen und Zugriffszeitschlitze AS dar.
Innerhalb des Informationselementes „PRACH system information list" wird im Informationselement „PRACH partitioning" die ASC-Konfiguration um folgende drei Parameter erweitert:

– Übertragungsrahmenlänge bzw. "Transmission Frame Length" (TFL): Stellt ein Zeitintervall dar, innerhalb der die Übertragung eines HS-PRACH Nachrichtenteils durchgeführt werden soll. Die Länge dieses Übertragungsrahmens ist ein geradzahliges Vielfache N der Unterrahmen-Länge eines HS-PRACH Nachrichtenteils, d.h. N × HS-PRACH TTI.
– Übertragungsstartzeit bzw. "Transmission Start Time" TST: Stellt die Anzahl von festen Zeitpunkten innerhalb der Übertragungsrahmenlänge TFL dar, an der das Senden eines HS-PRACH Nachrichtenteils beginnen kann. Die Anzahl der Sendezeitpunkte N ergibt sich aus der Übertragungsrahmenlänge und der Unterrahmen-Länge eines HS-PRACH Nachrichtenteils.
– Übertragungszeitwahrscheinlichkeit bzw. "Transmission Start Time Probability" TSTP: Diese stellt die Übertragungswahrscheinlichkeit für das Senden eines HS-PRACH Nachrichtenteils an den festen Sendezeitpunkte TST innerhalb der Übertragungsrahmenlänge dar. Diese Übertragungswahrscheinlichkeiten können dabei statistisch gleichverteilt oder nach einer bestimmten Verteilungsfunktion vorgegeben sein. Diese Übertragungswahrscheinlichkeiten sind reelle Werte im Bereich {0...1}, und für jeden Sendezeitpunkt wird ein Wert definiert.

Nachfolgende Tabelle 3 zeigt das erweiterte IE „PRACH partitioning" zur ASC-Konfiguration mit den entsprechenden Wertebereiche der neuen Parameter. Durch die Erweiterung der ASC mit den neuen Parametern ist eine priorisierte Nutzung der HS-PRACHs auf Basis der Access Classes (AC) bzw. Priorität der logischen Kanäle CCCH, DCCH oder DTCH möglich, d.h. in Abhängigkeit der ASC-Priorität können die Werte für TFL, TST und TSTP variabel eingestellt werden.
Tabelle 3: Informationselemente des „PRACH partitioning" zur ASC-Konfiguration der HS-PRACHs
Der Vorteil liegt darin, dass durch die flexiblere Handhabung der Übertragung mehr Möglichkeiten bestehen, Kollisionen zu vermeiden.
Alternativ können die drei neuen Parameter auch innerhalb des Informationselementes Zufalls-Zugriffskanal Übertragungs-Parametern bzw. „RACH transmission parameters" eingefügt werden, wie in Tabelle 4 dargestellt. In diesem Fall ist aber eine priorisierte Nutzung der HS-PRACHs nicht mehr möglich.
Tabelle 4: Informationselemente des "RACH transmission parameters" für HS-PRACHs
Wie bereits erwähnt, werden durch das Informationselement IE „RACH transmission parameters" die Parameter konfiguriert, die zur Kontrolle bzw. Steuerung der RACH-Übertragung auf der MAC-Schicht erforderlich sind. Die Bedeutung bzw. Funktion der einzelnen Parameter ist wie folgt:

– Mmax: Gibt die maximale Anzahl der Präambel-Ramping-Zyklen an, d.h. wenn bei der Präambel-Übertragung ein NACK von AICH signalisiert wird, dann wird die RACH-Prozedur auf der physikalischen Schicht beendet. Auf MAC-Ebene wird dann der Timer T B01 gestartet. Der Wert dieses Timers wird innerhalb eines Zeitintervalls zufällig ausgewählt. Die untere bzw. obere Intervallgrenze ist durch die Parameter NB01min bzw. NB01max gegeben. Nach Ablauf des Timers erfolgt der Persistence Check. Ist dieser Check positiv, dann wird die RACH-Prozedur in Abhängigkeit des Mmax-Parameters neu, d.h. mit einer Präambel-Übertragung, gestartet.
– NB01min: Gibt die untere Intervallgrenze für den Timer T B01 an.
– NB01max: Gibt die obere Intervallgrenze für den Timer T B01 an.

3.2.2 Konfiguration und Auswahl der HS-PRACHs
Die Konfiguration der in der Zelle verfügbaren HS-PRACHs soll die im System Informations Block bzw. "System Information Block" SIB 5 bzw. 6 über den Rundfunk- bzw. "Broadcast" – Kanal BCH in der Zelle übertragen werden. Innerhalb von SIB 5/SIB 6 wird die Konfiguration für jeden HS-PRACH, wie Übertragungszeitlänge (TTI = 1, 2, 3, 4 oder 5 Zeitschlitze, wobei ein Zeitschlitz die Länge 2560 Chips hat), Spreizfaktor (SF), ASCs etc., im Informationselement „PRACH system Information list" festgelegt.
Prinzipiell können alle Terminals innerhalb einer UMTS-Zelle gemeinsam die HS-PRACHs zur Datenübertragung verwenden. Der Zugriff der Terminals auf einen HS-PRACH ist nach dem Slotted ALOHA-Verfahren geregelt, bei der jedes Terminal einen passenden HS-PRACH zufällig auswählt. Der HS-PRACH besteht aus einem Präambel-Teil (preamble part) und einem Nachrichtenteil (message part). Der HS-PRACH Nachrichtenteil besteht aus einem Kontrollteil und einem Datenteil. Die Präambel-Übertragung erfolgt nur zu Beginn von festen Zeitintervallen auf Basis der Zugriffszeitschlitze AS (AS), und die Message Part-Übertragung erfolgt nur zu Beginn von festen Zeitpunkten auf Basis der Transmission Start Time (TST) innerhalb der Transmission Frame Length (TFL).
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird angenommen, dass die Ressourcen für die HS-PRACHs (Scrambling codes, Präambel-Signaturen, RACH-Subchannels) so allokiert sind, dass es bei der Datenübertragung zu keinen Kollisionen mit den PRACHs nach Release 5 kommen kann. Dies kann dadurch realisiert werden, indem UTRAN verschiedene Scrambling Codes für PRACHs und HS-PRACHs allokiert. Eine andere Möglichkeit ist auch, dass PRACHs und HS-PRACHs jeweils die gleichen Scrambling Codes nutzen, aber unterschiedliche Mengen von Präambel-Signaturen und RACH-Subchannels. Des weiteren kann UTRAN die Anzahl der in einer Zelle verfügbaren PRACHs bzw. HS-PRACHs in Abhängigkeit der jeweiligen Verkehrslast steuern. Im Fall niedriger Verkehrslast bspw. kann die Zelle nur mit PRACHs nach Release 5 konfiguriert sein, während im Fall hoher Verkehrslast nur HS-PRACHs in der Zelle zur Verfügung stehen.
3.2.3 Neues Übertragungsverfahren mit Kollisionsvermeidung
Die neue Random Access-Prozedur mit Kollisionsvermeidung besteht wie bisher auch aus einer Präambel- und einer Nachrich ten-Ubertragung. Der Ablauf der neuen Random Access-Übertragung stellt sich im einzelnen wie folgt dar:

1. Ein Terminal UE wählt sich einen passenden HS-PRACH zufällig aus, der insbesondere mittels der System Informationsblöcke SIB5 oder/und SIB6 angezeigt wird.
2. RRC bzw. MAC im Terminal UE wählen den ASC auf Basis der Access Classes (AC) bzw. Priorität der logischen Kanäle aus.
3. In Abhängigkeit der gewählten ASC, wählt die MAC im Terminal UE eine Signatur und Uplink Access Slot zufällig aus und sendet eine Präambel über die Luftschnittstelle zu UTRAN.
4. Die Basisstation sendet ein ACK über dem AICH, falls sie die Präambel korrekt detektieren konnte. Ansonsten sendet sie kein AICH. Im Falle eines NACKs bricht das Terminal UE die Random Access-Prozedur ab, und startet die Prozedur nach einer zufälligen Zeit wieder neu. Der Fall NACK tritt dann auf, wenn die Basisstation zwar die Präambel korrekt detektieren konnte, aber aufgrund ausgelasteter HW-Kapazitäten im Empfänger nicht will, dass das Terminal UE den HS-PRACH Nachrichtenteil sendet.
5. Falls kein ACK auf dem AICH empfangen wurde, so wiederholt das Terminal UE die Präambel-Übertragung nach einer zufällig gewählten Zeit τ_P- _P, wobei das Terminal UE wieder eine neue Signatur und Uplink Access Slot zufällig auswählt.
6. Falls ein ACK auf dem AICH, empfangen wurde, sendet das Terminal UE die Nachricht auf dem HS-PRACH Nachrichtenteil. Die Sendeleistung für den Nachrichtenteil wird auf Basis der Sendeleistung der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur eingestellt. Des weiteren werden die OVSF- Channelisation Codes für den HS-PRACH Nachrichtenteil aus der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur bestimmt. Der Sendebeginn für den Nachrichtenteil kann dabei frühestens τ_p-m Zugriffszeitschlitze AS nach der erfolgreichen Präambel-Übertragung erfolgen. Neu ist nun, dass das Terminal UE nicht sofort nach τ_p-m den Nachrichtenteil sendet, sondern den Sendezeitpunkt zufällig auswählt auf Basis der durch die im ASC vorgegebenen Parameter TFL, TST und TSTP. Auf diese Weise wird das Kollisionsrisiko bei zeitgleich sendenden Terminals UE reduziert.
7. Für die folgenden Datenübertragungen wählt das Terminal UE die jeweiligen Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge TFL zufällig aus.

Im oben beschriebenen Ablauf sind die Schritte 1 bis 5 konform zur Random Access-Prozedur nach UMTS-Release 5. In 4 ist ein Beispiel für die neue Random Access-Übertragung illustriert, in der zwei Terminals UE 1 und UE 2 denselben HS-PRACH und ASC mit der gleichen Signatur und Uplink Access Slot bei der Präambel-Übertragung ausgewählt haben. In diesem Beispiel empfangen beide ein ACK auf dem AICH und senden ihre HS-PRACH Nachrichtenteils mit den gleichen OVSF-Channelisation Codes. Anhand der im ASC vorgegebenen Parameter wählen sich UE1 und UE2 die Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge (TFL) für ihre HS-PRACH Nachrichtenteils zufällig aus, so dass es hier zu keiner Kollision kommt. In diesem Beispiel wurde TFL = TST = 4 und TSTP = (¼, ¼, ¼, ¼) angenommen.
Der Vorteil des neuen Random Access-Übertragungsverfahrens im Vergleich zum bisherigen Verfahren ist, dass bei einem derzeitigen Kollisionsrisiko von x%, durch das neue Verfahren das Risiko auf x/N % reduziert werden kann. Andererseits nimmt die Verzögerung bei der Datenübertragung mit grösserer Übertragungsrahmenlänge N zu, so dass in der praktischen Realisierung ein Optimum zwischen Kollisionswahrscheinlichkeit und Verzögerung gefunden werden muss.
3.2.4 Automatisches Wiederholungsanfrage bzw. "Automatic Repeat Request" ARQ-Verfahren zwischen Terminal UE und Basisstation BS
Unabhängig vom RLC-Modus wird zur effizienten Paketdatenübertragung über den HS-PRACH neben dem neuen Random Access-Übertragungsverfahren noch ein zusätzliches ARQ-Fehlersicherungsprotokoll zwischen Terminal UE und Basisstation BS angewendet. Als ARQ-Verfahren eignen sich prinzipiell u.a. Stop&Wait, N-Channel Stop&Wait, Selective Repeat oder Go-Back-N. Es werden zwei Alternativen betrachtet: Eine Lösung basiert auf den S-CCPCH nach UMTS-Release 5, und die andere Lösung basiert auf S-CCPCHs mit kürzeren Übertragungszeitlängen.. Diese S-CCPCHs mit der neuen Unterrahmen-Struktur werden im folgenden als HS-SCCPCH bezeichnet.
3.2.5 ARQ-Verfahren auf Basis von HS-PRACH und S-CCPCH
Unabhängig vom RLC-Modi TM, UM oder AM soll die Basisstation BS den Empfang jedes HS-PRACH Nachrichtenteils von einem Terminal UE auf dem S-CCPCH bestätigen. Ein ARQ-Verfahren in der Basisstation BS prüft alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und gibt das Terminal UE das jeweilige Prüfergebnis bekannt. Für jedes fehlerfrei empfangene Datenpaket wird eine positive Bestätigung (ACK) über den S-CCPCH übertragen. Entsprechend wird für jedes fehlerhaft empfangene Datenpaket eine negative Bestätigung (NACK) über den S-CCPCH übertragen. Protokollmässig werden die ACKs/NACKs in der neuen MAC-Schicht im Basisstation BS generiert und über einen FACH-Transportkanal von der MAC-Schicht zur physikalischen Schicht übertragen, wo der FACH dann auf den S-CCPCH abgebildet und von der BS über die Luftschnittstelle zum Terminal UE übertragen wird. Erreicht das Terminal UE die Mitteilung, dass ein bestimmtes Datenpaket fehlerhaft übertragen wurde, so wiederholt das Terminal UE zum nächstmöglichen Zeitpunkt die Übertragung für den fehlerhaft gesendeten Datenpaket auf den HS-PRACH Nachrichtenteil.
Damit die Terminals UE wissen auf welchen S-CCPCH das Netzwerk Daten zu Ihnen sendet, wählen sie ihren S-CCPCH auf Basis von Identitäten aus. Im Idle Mode erfolgt die Auswahl auf Basis ihrer IMSI. Beim Übergang von Idle Mode zu Connected Mode erfolgt die Auswahl auf Basis ihrer „Inital UE identity", und im Connected Mode erfolgt die Auswahl auf Basis der vom UTRAN vergebenen temporären Identität im UTRAN Radio Netzwerk bzw. "UMTS radio network temporary identity" U-RNTI.
5 zeigt ein Beispiel für das Timing von HS-PRACH Nachrichtenteil und S-CCPCH, in der zwei Terminals UE denselben HS-PRACH zur Datenübertragung ausgewählt haben. Anhand der im ASC vorgegebenen Parametern wählen sich UE1 und UE2 die Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge (TFL) für ihre HS-PRACH Nachrichtenteils zufällig aus. In diesem Beispiel senden beide Terminals UE ihre Daten im zweitem TFL zum denselben Zeitpunkt, so dass in diesem Fall eine Kollision COL auftritt. Des weiteren wird angenommen, dass beide Terminals UE auf denselben k-ten S-CCPCH die Bestätigungen von der BS erwarten. Jedes Terminal UE muss diesen S-CCPCH kontinuierlich detektieren und überprüfen, ob relevante Daten für es vorliegen oder nicht. Aufgrund der unterschiedlichen Übertragungszeitlängen von HS-PRACH Nachrichtenteil und S-CCPCH kann es erforderlich sein, dass in einer, insbesondere spezifischen bzw. "dedicated" FACH-Übertragung zu einem Terminal UE mehrere ACKs/NACKs gleichzeitig gesendet werden. Dabei wird der k-ter S-CCPCH mit einem timing offset τ_S-CCPCH,k relativ zum Systemrahmen-Nummer Spreizfaktor SFN des P-CCPCH von der BS übertragen.
3.2.6 ARQ-Verfahren auf Basis von HS-PRACH und HS-SCCPCH
Unabhängig vom RLC-Modi TM, UM oder AM soll die Basisstation BS den Empfang jedes HS-PRACH Nachrichtenteils von einem Terminal UE auf dem HS-SCCPCH bestätigen. Ein ARQ-Verfahren im Basisstation BS prüft alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und gibt das Terminal UE das jeweilige Prüfergebnis bekannt. Der HS-SCCPCH unterscheidet sich gegenüber dem S-CCPCH im wesentlichen dadurch, dass kürzere Übertragungszeitlängen von TTI = 1, 2, 3, 4 oder 5 Zeitschlitze verwendet werden, wobei die Länge eines Zeitschlitzes 2560 Chips beträgt. 6 zeigt ein Beispiel für das Timing von HS-PRACH Nachrichtenteil und HS-SCCPCH, in der zwei Terminals UE denselben HS-PRACH zur Datenübertragung ausgewählt haben. Wie im Beispiel nach 5 wählen sich die Terminals UE1 und UE2 die Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge (TFL) für ihre HS-PRACH Nachrichtenteils anhand der im ASC vorgegebenen Parametern zufällig aus.
Damit die Terminals UE wissen, auf welchen HS-SCCPCH das Netzwerk Daten zu Ihnen sendet, wählen sie ihren HS-SCCPCH auf Basis von Identitäten aus. Im Idle Mode erfolgt die Auswahl auf Basis ihrer IMSI. Beim Übergang von Idle Mode zu Connected Mode erfolgt die Auswahl auf Basis ihrer „Inital UE identity", und im Connected Mode erfolgt die Auswahl auf Basis der vom UTRAN vergebenen temporären U-RNTI.
Des weiteren wird angenommen, dass beide Terminals UE auf denselben HS-SCCPCH die Bestätigungen von der BS erwarten. Jede UE muss diesen HS-SCCPCH kontinuierlich detektieren und überprüfen, ob relevante Daten für es vorliegen oder nicht. Im Gegensatz zum S-CCPCH wird der HS-SCCPCH mit einem timing offset τ_HS-SCCPCHrelativ zum TFL gesendet. Im Beispiel nach 6 wird dieser HS-SCCPCH nicht nach jedem TFL übertragen.
3.2.7 Konfiguration und Auswahl der HS-SCCPCHs
Im Falle einer Anwendung von HS-SCCPCHs als Rückkanal im Rahmen des neuen Random Access-Übertragungsverfahrens soll die Konfiguration der in der Zelle verfügbaren HS-SCCPCHs in SIB 5 bzw. 6 über dem Broadcast-Kanal BCH in der Zelle übertragen werden. Innerhalb von SIB 5/SIB 6 wird die Konfiguration für jeden HS-SCCPCH, wie Übertragungszeitlänge (TTI = 1, 2, 3, 4 oder 5 Zeitschlitze), Spreizfaktor (SF), Scrambling Code etc., im Informationselement „Secondary CCPCH system Information" festgelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird angenommen, dass die Ressourcen für die HS-SCCPCHs so allokiert werden, so dass bei der Datenübertragung zu keinen Kollisionen COL mit den S-CCPCHs nach UMTS-Release 5 vorkommen können. Dies kann dadurch realisiert werden, indem UTRAN jeweils verschiedene Scrambling und Channelisation Codes für S-CCPCHs und HS-SCCPCHs allokiert. Damit die Terminals UE wissen auf welchen HS-SCCPCH das Netzwerk Daten zu Ihnen sendet, erfolgt ein Mapping von HS-SCCPCH zu Terminal UE auf Basis von Identitäten. Im Idle Mode erfolgt dieses Mapping auf Basis der IMSI. Beim Übergang von Idle Mode zu Connected Mode erfolgt das Mapping auf Basis einer „Inital UE identity", und im Connected Mode ist das Mapping auf Basis der vom UTRAN vergebenen temporären U-RNTI festgelegt. Des weiteren kann UTRAN die An zahl der in einer Zelle verfügbaren S-CCPCHs bzw. HS-SCCPCHs in Abhängigkeit der jeweiligen Verkehrslast steuern. Im Fall niedriger Verkehrslast bspw. kann die Zelle nur mit S-CCPCHs nach Release 5 konfiguriert sein, während im Fall hoher Verkehrslast nur HS-SCCPCHs in der Zelle zur Verfügung stehen.
4. Weitere Ausführungsformen der Erfindung
4.1. Vorteile
Ausgewählte Vorteile der Erfindung sind wie nachfolgend aufgeführt:

– Durch das neue Übertragungsverfahren kann das Timing der Random Access-Übertragung für den HS-PRACH Nachrichtenteil so eingestellt werden, so dass das Risiko von Zugriffskollisionen weiter reduziert werden kann.
– Durch das neue Übertragungsverfahren kann die Verzögerung der Datenübertragung infolge von Kollisionen und die Interferenz im Uplink durch Retransmissionen reduziert werden.
– Die neuen Parameter Übertragungszeitlänge, Übertragungszeitpunkte sowie die Übertragungswahrscheinlichkeiten für den HS-PRACH Nachrichtenteil können in Abhängigkeit vom Kanalzustand bzw. Verkehrslast der Zelle flexibel angepasst werden.
– Unabhängig vom RLC-Mode kann ein zusätzlicher ARQ-Fehlersicherungsprotokoll zwischen UE und Basisstation BS angewendet werden, der zu einer effizienten Paketdatenübertragung beiträgt.
– Die Ressourcen für HS-PRACH und HS-SCCPCH können so konfiguriert werden, so dass diese nicht mit den PRACHs bzw. S-CCPCHs nach UMTS-Release 5 kollidieren.
– Des weiteren kann UTRAN die Anzahl der in einer Zelle verfügbaren PRACHs und HS-PRACHs bzw. S-CCPCHs und HS-SCCPCHs in Abhängigkeit der jeweiligen Verkehrslast steuern. Im Fall niedriger Verkehrslast bspw. kann die Zelle nur mit PRACHs und S-CCPCHs nach Release 5 konfiguriert sein, während im Fall hoher Verkehrslast nur HS-PRACHs und HS-SCCPCHs in der Zelle zur Verfügung stehen.

Die Erfindung ermöglicht also für den UMTS FDD-Mode die effiziente Paketdatenübertragung über den HS-PRACH Nachrichtenteil durch Kollisionsvermeidung.
4.2 Weitere Ausführungsbeispiele
Für die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen folgende Annahmen gelten:

– In einer UMTS-Zelle stehen sowohl PRACHs und HS-PRACHs bzw. S-CCPCHs und HS-SCCPCHs via SIB5/SIB6 zur Verfügung.
– Die Ressourcen für die HS-PRACHs wurden von UTRAN so allokiert, dass bei der Datenübertragung keine Kollisionen mit den PRACHs vorkommen.
– Entsprechendes gilt auch für die HS-SCCPCHs und S-CCPCHs.
– Es werden zwei Terminals UE im Connected Mode betrachtet, die sich denselben HS-PRACH und S-CCPCH bzw. HS-SCCPCH ausgewählt haben.
– Beide Terminals UE wählen sich zufällig dieselbe Signatur und Uplink Access Slot für die Präambel-Übertragung aus.
– Für den HS-PRACH wurden die neuen Parameter im ASC wie folgt konfiguriert: - Transmission Frame Length (TFL) = 4 – Transmission Start Time (TST) = 4 – Transmission Start Time Probability (TSTP) = {¼, ¼, ¼, ¼}
– Für den HS-PRACH und HS-SCCPCH ist die TTI = 3 Zeitschlitze.
– Für den S-CCPCH ist die TTI = 10 ms.
– Unabhängig vom RLC-Modi wird ein zusätzliches ARQ-Fehlersicherungsprotokoll zwischen UE und Basisstation BS angewendet.

Ausführungsbeispiel 1: Random Access-Übertragung auf Basis von HS-PRACH und S-CCPCH
Der Ablauf der neuen Random Access-Übertragung mit Kollisionsvermeidung stellt sich nach 4 und 5 im einzelnen wie folgt dar:

– Die Terminals UE wählen sich zufällig denselben HS-PRACH aus, der via SIB5/SIB6 angezeigt wird.
– Die Terminals UE wählen sich denselben S-CCPCH auf Basis ihrer U-RNTI aus, der via SIB5/SIB6 angezeigt wird.
– Die MAC-Schicht im jeweiligen UE wählt den ASC auf Basis der Priorität der logischen Kanäle aus.
– In Abhängigkeit der gewählten ASC, wählt die MAC im jedem UE eine Signatur und Uplink Access Slot zufällig aus und sendet eine Präambel über die Luftschnittstelle zu UTRAN.
– Basisstation BS sendet für jeden Präambel ein ACK über dem AICH für die korrekte Detektion.
– Nach Empfang des ACKs auf dem AICH senden die Terminals UE die Nachricht auf dem HS-PRACH Nachrichtenteil. Die Sendeleistung für den Nachrichtenteil wird auf Basis der Sende leistung der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur eingestellt. Des weiteren werden die OVSF-Channelisation Codes für den HS-PRACH Nachrichtenteil aus der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur bestimmt. Die Terminals UE starten den Sendebeginn für den Nachrichtenteil τ_p-m Zugriffszeitschlitze AS nach der erfolgreichen Präambel-Übertragung. Dabei wählen sie den Sendezeitpunkt auf Basis der durch die im ASC vorgegebenen Parameter TFL, TST und TSTP zufällig aus.
– Für die folgenden Datenübertragungen wählen die Terminals UE die jeweiligen Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge TFL zufällig aus.
– Unabhängig vom RLC-Modi TM, UM oder AM bestätigt die Basisstation BS den Empfang jedes HS-PRACH Nachrichtenteils von einem UE auf dem korrespondierenden S-CCPCH, der relativ zum Systemrahmen-Nummer des P-CCPCH gesendet wird. Ein ARQ-Verfahren im Basisstation BS prüft alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und gibt der UE das jeweilige Prüfergebnis bekannt. Für jedes fehlerfrei empfangene Datenpaket wird eine positive Bestätigung (ACK) über den S-CCPCH übertragen. Entsprechend wird für jedes fehlerhaft empfangene Datenpaket eine negative Bestätigung (NACK) über den S-CCPCH übertragen.
– Erreicht eine UE die Mitteilung, dass ein bestimmtes Datenpaket fehlerhaft übertragen wurde, so wiederholt das Terminal UE zum nächstmöglichen Zeitpunkt die Übertragung für den fehlerhaft gesendeten Datenpaket auf den HS-PRACH Nachrichtenteil.

Ausführungsbeispiel 2: Random Access-Übertragung auf Basis von HS-PRACH und HS-SCCPCH
Der Ablauf der neuen Random Access-Übertragung mit Kollisionsvermeidung stellt sich nach 4 und 6 im einzelnen wie folgt dar:

– Die Terminals UE wählen sich zufällig denselben HS-PRACH aus, der via SIB5/SIB6 angezeigt wird.
– Die Terminals UE wählen sich denselben HS-SCCPCH auf Basis ihrer U-RNTI aus, der via SIB5/SIB6 angezeigt wird.
– Die MAC-Schicht im jeweiligen UE wählt den ASC auf Basis der Priorität der logischen Kanäle aus.
– In Abhängigkeit der gewählten ASC, wählt die MAC im jedem UE eine Signatur und Uplink Access Slot zufällig aus und sendet eine Präambel über die Luftschnittstelle zu UTRAN.
– Basisstation BS sendet für jede Präambel ein ACK über dem AICH für die korrekte Detektion.
– Nach Empfang des ACKs auf dem AICH, senden die Terminals UE die Nachricht auf dem HS-PRACH Nachrichtenteil. Die Sendeleistung für den Nachrichtenteil wird auf Basis der Sendeleistung der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur eingestellt. Des weiteren werden die OVSF-Channelisation Codes für den HS-PRACH Nachrichtenteil aus der erfolgreich übertragenen Präambel-Signatur bestimmt. Die Terminals UE starten den Sendebeginn für den Nachrichtenteil τ_p-m Zugriffszeitschlitze AS nach der erfolgreichen Präambel-Übertragung. Dabei wählen sie den Sendezeitpunkt auf Basis der durch die im ASC vorgegebenen Parameter TFL, TST und TSTP zufällig aus.
– Für die folgenden Datenübertragungen wählen die Terminals UE die jeweiligen Sendezeitpunkte innerhalb der vorgegebenen Übertragungsrahmenlänge TFL zufällig aus.
– Unabhängig vom RLC-Modi TM, UM oder AM bestätigt die Basisstation BS den Empfang jedes HS-PRACH Nachrichtenteils von einem UE auf dem korrespondierenden HS-SCCPCH, der relativ zur Übertragungsrahmenlänge TFL gesendet wird. Ein ARQ-Verfahren in der Basisstation BS prüft alle empfangenen Datenpakete auf mögliche Übertragungsfehler und gibt der UE das jeweilige Prüfergebnis bekannt. Für jedes fehlerfrei empfangene Datenpaket wird eine positive Bestätigung (ACK) über den HS-SCCPCH übertragen. Entsprechend wird für jedes fehlerhaft empfangene Datenpaket eine negative Bestätigung (NACK) über den HS-SCCPCH übertragen.
– Erreicht eine UE die Mitteilung, dass ein bestimmtes Datenpaket fehlerhaft übertragen wurde, so wiederholt das Terminal UE zum nächstmöglichen Zeitpunkt die Übertragung für den fehlerhaft gesendeten Datenpaket auf den HS-PRACH Nachrichtenteil.

6. Anwendungsbereiche
Ein derartiges neues Konzept zur effizienten Paketdatenübertragung ist insbesondere auf Datenübertragung im UMTS FDD-Mode über die Common Channels RACH/PRACH im Uplink sowie FACH/S-CCPCH im Downlink vorgeschlagen. Dieses Konzept kann folgende Merkmale aufweisen, die miteinander in beliebiger Auswahl und Reihenfolge kombinierbar sind:

– Neue kürzere Übertragungsrahmenlängen TTI der Länge = 1, 2, 3, 4 oder 5 Zeitschlitze der Länge 2560 chips für die Transportkanäle RACH und FACH. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als HS-RACH und HS-FACH bezeichnet
– Anwendung von Multicode-Übertragung auf die physikalischen Kanäle PRACH und S-CCPCH. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als HS-PRACH und HS-SCCPCH bezeichnet
– Verbesserte Leistungskontrolle auf dem HS-PRACH
– Neues HS-RACH-Ubertragungsverfahren zur Kollisionsvermeidung
– Anwendung eines zusätzlichen ARQ-Verfahrens zwischen Terminal UE und Basisstation BS unabhängig vom RLC-Modus

Die o.g. Lösungen ermöglichen eine effiziente Paketdatenübertragung im Hinblick auf die Reduzierung der Verzögerung bei der Datenübertragung sowie der Erhöhung des Datendurchsatzes.

Auch wenn die Problematik anhand eines spezifischen Beispiels aus dem UMTS-System erläutert wurde, ist die Erfindung in verschiedenen Ausgestaltungen in weiten Bereichen, wie sie auch aus den Begriffsklärungen hervorgehen anwendbar. 7. Abkürzungen

AC	Access Class
ACK	Acknowledgement
AICH	Acquisition Indicator Channel
AM	Acknowledged Mode
ARQ	Automatic Repeat Request
AS	Access Slot
ASC	Access Service Class
BCH	Broadcast Channel
BMC	Broadcast / Multicast Control
CRNC	Controlling RNC
CCCH	Common Control Channel
CPICH	Common Pilot Channel
DCCH	Dedicated Control Channel
DL	Downlink
DTCH	Dedicated Traffic Channel
FACH	Forward Access Channel
FDD	Frequency Division Duplex
HS-PRACH	High Speed PRACH
HS-SCCPCH	High Speed S-CCPCH
HTML	Hyper Text Markup Language
IMSI	International Mobile Subscriber Identity
IP	Internet Protocol
kbps	kilo bits per second
MAC	Medium Access Control
MAC-b	MAC broadcast
MAC-c/sh	MAC common/shared
MAC-c/sh-hs	MAC common/shared high speed
MAC-d	MAC dedicated
NACK	Negative Acknowledgement
OVSF	Orthogonal Variable Spreading Factor
P-CCPCH	Primary Common Control Physical Channel
PDU	Protocol Data Unit

PDCP	Packet Data Convergence Protocol
PHY	Physical layer
PRACH	Physical Random Access Channel
QoS	Quality of Service
RB	Radio Bearer
RACH	Random Access Channel
RLC	Radio Link Control
RNC	Radio Network Controller
RRC	Radio Resource Control
S-CCPCH	Secondary Common Control Physical Channel
SDU	Service Data Unit
SF	Spreading Factor
SFN	System Frame Number
SIB	System Information Block
SN	Sequence Number
SRB	Signalling Radio Bearer
SRNC	Serving RNC
TCP	Transmission Control Protocol
TF	Transport Format
TFC	Transport Format Combination
TFCS	Transport Format Combination Set
TFI	Transport Format Indicator
TFL	Transmission Frame Length
TFS	Transport Format Set
TM	Transparent Mode
TST	Transmission Start Time
TSTP	Transmission Start Time Probability
TTI	Transmission Time Interval
TX	Transmit
UE	User Equipment
UM	Unacknowledged Mode
UMTS	Universal Mobile Telecommunications System
U-RNTI	UTRAN Radio Network Temporary Identity
UTRAN	UMTS Terrestrial Radio Access Network

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten auf einem gemeinsamen Funkkanal, der jeweils zwischen einer Basisstation (BS) und einer Vielzahl von Terminals (UE) in einem Kommunikationssystem bereitgestellt wird, – wobei die Daten zeitlich nacheinander übertragen und dabei auf vorgegebene Zeitschlitze des Funkkanals aufgeteilt werden und wobei jeweils ein oder mehrere Zeitschlitze zu einem Übertragungsrahmen zusammengefasst werden, – wobei für jeden Zeitschlitz die Daten in einen Steuerungsteil und einen Nachrichtenteil aufgeteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – ausgehend von einem UMTS-Kommunikationssystem der Zugriff und die Übertragung von Daten auf einem physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH) erfolgt, der in einen durch eine Präambelsignatur charakterisierten Präambelteil und einen Nachrichtenteil aufgeteilt ist, und bei dem die Übertragung von Daten – durch die Wahl einer Übertragungsrahmenlänge (TFL), welche den Zeitraum kennzeichnet, innerhalb dessen die Übertragung des Nachrichtenteils des physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH) stattfindet, – durch die Wahl einer Übertragungsstartzeit (TST), welche aus einer Menge von festgesetzten Übertragungsstartzeitpunkten einen Übertragungsstartzeitpunkt (TST) innerhalb der Übertragungsrahmenlänge (TFL) für das Senden des Nachrichtenteils des physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH) angibt, und – unter Einbeziehung einer Übertragungszeitwahrscheinlichkeit (TSTP), welche die Wahrscheinlichkeit angibt, dass zu einem bestimmten festen Sendezeitpunkt (TST) mit dem Senden des Nachrichtenteils des physikalischen Hochgeschwin digkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH)begonnen wird, geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Werte, welche die Übertragungszeitwahrscheinlichkeit (TSTP) annehmen kann, statistisch gleichverteilt oder entsprechend nach anderen statistischen Funktionen verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Konfiguration der in einer UMTS-Zelle vorhandenen physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanäle (HS-PRACH)über einen Rundfunkkanal BCH übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Konfiguration in einem System Informationsblock (SIB) des Rundfunkkanals (BCH) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Konfiguration durch eine Übertragungsrahmenlänge oder durch einen Spreizfaktor oder durch andere Parameter einer Zugriffsdienstklasse festgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH)) neben einem physikalischen Zufalls-Zugriffskanal (PRACH) betrieben wird, wenn eine Kondition erfüllt ist, wobei unterschiedliche Spreizcodes für den physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH)) und den physikalischen Zufalls-Zugriffskanal (PRACH) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, bei dem der physikalische Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH)) ne ben einem physikalischen Zufalls-Zugriffskanal (PRACH) betrieben wird, wenn eine Kondition erfüllt ist, wobei dieselben Spreizcodes für den physikalischen Hochgeschwindigkeits-Zufalls-Zugriffskanal (HS-PRACH)) und den physikalischen Zufalls-Zugriffskanal (PRACH) verwendet werden und unterschiedliche Präambelsignaturen oder/und Unterkanäle.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem es sich bei der Kondition um das Überschreiten einer bestimmten Verkehrslast handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Systemarchitektur für UMTS durch eine erste Kontrolleinheit (MAC -c/hs-sh) für die Behandlung gemeinsamer Kanäle, welche für eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung ausgelegt sind, erweitert ist, wobei die erste Kontrolleinheit (MAC-c/hs-sh) in Abhängigkeit vom jeweiligen Typ der verwendeten logischen Kanäle, welche zur Übermittlung von Information zwischen der zweiten und der dritten Schicht des OSI-Modells dienen, nutzerspezifische Daten entweder – von einer zweiten Kontrolleinheit (MAC-d) zur Behandlung dedizierter Kanäle erhält oder – von einer dritten Kontrolleinheit (MAC-c/sh) zur Behandlung gemeinsamer Kanäle erhält.
Terminal mit einer Sende/Empfangseinrichtung und einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 durchführbar ist.
Basisstation mit einer Sende/Empfangseinrichtung und einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführbar ist.
Kommunikationssystem umfassend ein Terminal nach Anspruch 10 und eine Basisstation nach Anspruch 11.