DE10315062A1

DE10315062A1 - Verfahren zum Codieren von Daten

Info

Publication number: DE10315062A1
Application number: DE2003115062
Authority: DE
Inventors: Mark Beckmann; Hyung-Nam Choi; Achim Luft
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 zum Codieren von Daten, welche auf einem gemeinsamen Funkkanal übertragen werden, welcher zwischen mehreren Terminals und einer Basisstation in einem Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt wird, DOLLAR A - wobei die Daten zeitlich nacheinander auf vorgegebene Zeitschlitze aufgeteilt, übertragen werden, wobei mindestens ein Zeitschlitz zu einem Übertragungsrahmen zusammengefasst wird, so dass ein Übertragungsrahmen n Zeitschlitze enthält, wobei n eine natürliche Zahl darstellt, DOLLAR A - wobei jeder Zeitschlitz zumindest zwei Teile enthält, nämlich einen Datenteil und einen Kontrollteil, DOLLAR A - wobei jeder der Teile hinsichtlich seiner Bandbreite gespreizt wird, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, dass DOLLAR A - zur Bandbreitenspreizung eines Teils des Zeitschlitzes mindestens zwei Spreizcodes verwendet werden und die Zahl n der Zeitschlitze einen Wert von 1 bis 5 annimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Codieren von Daten, welche auf einem gemeinsamen Funkkanal übertragen werden, welcher zwischen mehreren Terminals und einer Basisstation in einem Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Terminal und eine Basisstation sowie ein Kommunikationssystem.
Bei der Übertragung von Daten über eine gemeinsam genutzte Ressource, beispielsweise einen Funkkanal, tritt das Problem auf, wie diese Daten möglichst effizient übertragen werden können. Steht als gemeinsam benutzte Resource bei einer drahtlosen Übertragung ein Funkkanal zur Verfügung, auf den mehrere Terminals zugleich Zugriff haben, so ist dessen Gesamtkapazität im Allgemeinen vom Kommunikationssystem festgelegt.
Möchte nun ein Terminal mit einer höheren Datenrate senden, so würde sich, bei unveränderter Beanspruchung der Sendekapazität durch andere Terminals, nur die Möglichkeit ergeben, einen Spreizfaktor, mit dem die Daten hinsichtlich ihrer Bandbreite aufgespreizt werden, zu reduzieren. Allerdings zieht dies Probleme hinsichtlich eines schmalbandigen Ausblendens bzw. "Fadings" nach sich. Bei einem CDMA-System (Code Division Multiple Access) liegt ein weiteres Problem darin, dass die Funktionsweise des dort verwendeten speziellen Empfängers, dem "Rake Receiver", bei der Verwendung von kleinen Spreizfaktoren eingeschränkt ist.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu schaffen, die Effizienz einer Datenübertragung für einen gemeinsam benutzten Funkkanal zu steigern.
Diese Aufgabe wird durch ein Codier- bzw. Übertragungsverfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 15 gelöst, durch ein Terminal gemäß Anspruch 17, eine Basisstation gemäß Anspruch 18 sowie ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 19. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Es ist Kern der Erfindung, für eine Datenübertragung bei gegenüber dem Stand der Technik verkürzten Übertragungsrahmen mehr als einen Spreizcode für zumindest einen Teil des Übertragungsrahmens vorzusehen. Dabei wird die Anzahl der Spreizcodes auch in Abhängigkeit vom Spreizfaktor festgelegt. Dies hat auch den Vorteil, dass die Datenmenge in Abhängigkeit vom Kanalzustand flexibel angepasst werden kann.
Ein Übertragungsrahmen umfasst einen oder mehrere Zeitschlitze.
Ein Zeitschlitz ist von den hier betrachteten die kleinste Zeiteinheit und beträgt beispielsweise im UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) 2/3 ms. Jeder Zeitschlitz umfasst zumindest einen Datenteil und einen Kontrollteil. Allgemein ist also bei einer beliebigen Anzahl von Teilen bzw. Untereinheiten eines Übertragungsrahmens vorgesehen, dass zumindest für einen Teil des Übertragungsrahmens mehrere Spreizcodes allokiert sind.
Demnach können beispielsweise für einen Datenteil des Übertragungsrahmens mehrere Spreizcodes vorgesehen sein, für einen Kontrollteil dagegen nur ein Spreizcode. Ebenso kann dies auch umgekehrt erfolgen. Auch der Fall, dass für mehrere oder alle Teile mehrere Spreizcodes allokiert sind, ist vorgesehen.
Insbesondere eignet sich das Verfahren für eine paketorientierte Datenübertragung, da hier die Datenübertragungsrate variieren kann, ohne dass dies in jedem Fall negative Effekte beim Benutzer hervorruft.
Auch die Anzahl der Spreizcodes für jeden Teil des Übertragungsrahmens individuell oder insgesamt für den Übertragungsrahmen kann, um eine Anpassung an die Übertragungsbedingungen zu erzielen, an die Kanalqualität angepasst werden.
Ferner ist ein optionales mehrmaliges Verwenden ausgewählter Spreizcodes in Abhängigkeit von einer möglichen Aufteilung eines Signals in phasenverschobene Bestandteile vorgesehen. Oft wird in diesem Zusammenhang auch auf ein I/Q-Codemultiplexing-Schema Bezug genommen. Die phasenverschoben zu übertragenden Bestandteile können beispielsweise ein Datenteil oder ein Steuerteil bzw. Kontrollteil eines Datenpaketes sein. Welcher Bestandteil welchem Zweig zugeordnet wird, kann system- oder übertragungsbedingt ausgewählt werden.
Es können also einzelne oder alle Spreizcodes, welche für einen Bestandteil des Signals zur Bandbreitenspreizung verwendet werden, auch für den oder die anderen Bestandteile verwendet werden.
Der Spreizfaktor eines Spreizcodes kann insbesondere durch die Länge eines Übertragungsrahmens bestimmt werden. Somit kann beispielsweise für kurze Übertragungsrahmen ein niedriger Spreizfaktor gewählt werden, um etwa annähernd viele Daten wie in einem langen Übertragungsintervall mit hohem Spreizfaktor unterzubringen.
Insbesondere sind die angegebenen Verbesserungen bei einer erweiterten Fassung des gemeinsamen Zufallszugriffskanals PRACH, nämlich dem Hochgeschwindigkeits PRACH bzw. dem HS-PRACH, in einem UMTS-Kommunikationssystem nach dem FDD-Modus anwendbar. Der Nachrichtenteil des HS-PRACH enthält einen Datenteil und einen Kontrollteil.
In einer Ausführungsform dazu ist eine neue Signalisierung der für den HS-PRACH-Nachrichtenteil verwendeten Spreizcodes bezüglich sogenannter Transportformatkombinationsindikatoren dargestellt, welche zur effizienten Codierung aller Informationen über den verwendeten Spreizfaktor und Spreizcodes dienen.
Eine effektive Kommunikation der verwendeten Spreizcodes insbesondere mittels der Transportformatsindikatoren kann über einen Rundfunkkanal realisiert werden.
Besonders geeignet ist dieses Verfahren für variabel längenveränderliche Übertragungsrahmen, welche im Zusammenspiel mit anderen Parametern, wie etwa dem Spreizfaktor, eine Anpassung an den Kanalzustand ermöglichen.
Infolge der kürzeren Rahmenlängen ist eine Multicode-Übertragung auf dem PRACH-Nachrichtenteil durchführbar, um zum einen eine bestimmte Datenmenge in Uplink senden zu können; zum anderen kann die Anzahl der auf dem PRACH-Datenteil verwendeten Spreizcodes in Abhängigkeit vom jeweiligen Kanalzustand flexibel angepasst werden.
Um die Detektion der gesendeten Daten im Empfänger der Basisstation effizient zu gestalten, ist die im Rahmen der Anmeldung vorgeschlagene Lösung einer vordefinierten Spreizcode-Allokierung und einer dazugehörigen Signalisierung, beispielsweise mittels der Transportformatsindikatoren besonders vorteilhaft. Unter vordefiniert wird beispielsweise verstanden, dass die zu verwendenden Spreizcodes durch einen Parameter, beispielsweise einen Präambelparameter S, festgelegt sind.
Im Folgenden werden anhand von Figuren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
Es zeigen:
1: Eine Rahmenstruktur für den PRACH-Nachrichtenteil gemäß dem Stand der Technik;
2: Einen Spreizcode-Unter-Baum gemäss dem Stand der Technik für den Fall, dass die Präambelsignatur S, welche bestimmt, welcher Spreizcode-Unter-Baum verwendet wird, 0 ist;
3: Die Subrahmenstruktur für den HS-PRACH-Nachrichtenteil im Falle einer Multicodeübertragung;
4: Eine Aufteilung von Transportformat-Kombinationsindikator-Bits;
5: Eine schematische Darstellung des I/Q-Codemultiplexings für den HS-PRACH-Nachrichtenteil im Falle einer Multicodeübertragung.
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 Mobilfunknetzwerk 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 Basistationen vorgesehen, die über eine Funkschnittstelle miteinander in Verbindung treten. 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 Funkschnittstelle ist stets genormt und definiert die Gesamtheit der physikalischen und protokollarischen Festlegungen für den Datenaustausch, beispielsweise das Modulationsverfahren, die Bandbreite, den Frequenzhub, Zugangsverfahren, Si cherungsprozeduren oder auch Vermittlungstechniken. Das UTRAN umfasst also zumindest Basisstationen sowie zumindest einen RNC.
Bei zellulären Mobilfunksystemen können verschiedene Funkübertragungstechnologien 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 öder 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 wie Mobiltelefone 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 Abwärtsverbindung bzw. "Downlink" (DL) bezeichnet die Übertragungsrichtung von der Basisstation zum Terminal. Die Aufwärtsverbindung bzw. "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 UMTS, gibt es für die Übertragung von Daten zwei Arten von physikalischen Kanälen: festzugeordnete Kanäle bzw. "Dedicated Channels" und gemeinsam 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 übertragen 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 Ubertragungsrichtung, des Kanaltyps und der Funkübertragungstechnologie verschiedene 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 UMTS sind neben leitungsvermittelten bzw. "circuit switched" Diensten auch paketorientierte bzw. "packet switched" Dienste vorgesehen.
Insbesondere in Mobilfunksystemen der 2. bzw. 3. Generation, wie dem GSM bzw. UMTS, erfolgt die Datenübertragung über den Funkkanal allgemein in einer fest vorgegebenen zeitlichen 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.
Eine Übertragungsrahmenlänge bzw. 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 er-den. 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. Im Stand der Technik verwendete Strukturen
2.1 Im Stand der Technik verwendete Rahmenstruktur des PRACH-Nachrichtenteils
Zum besseren Verständnis seien zunächst die im Stand der Technik verwendeten Strukturen für den PRACH in UMTS erläutert.
In 1 ist eine Rahmenstruktur für den PRACH-Nachrichtenteil abgebildet, wie sie auch bisher angewandt wird. Ein Radiorahmen bzw. "Radioframe" RF umfasst eine Zeit von 10 ms (Millisekunden), welche in 1 mit T_RACH gekennzeichnet ist. Dieser Radiorahmen ist in 15 Zeitschlitze S#0-S#14 aufgeteilt. Jeder Zeitschlitz enthält einen Datenteil D und einen Kontrollteil C. Der Datenteil D enthält N_data Bits, der Kontrollteil C ist wiederum in einen Pilotabschnitt mit N_pilot bits zur Kanalschätzung und N_TFCI bits als Transportformat-Kombinationsindikator Bits für den Datenteil D unterteilt. Auf dem Datenteil D wird die eigentliche Nachricht gesendet. Die Anzahl der auf dem Kontroll- und Datenteil D übertragenen Datenbits pro Rahmen bzw. pro Zeitschlitz ergibt sich aus dem Spreizfaktor des verwendeten OVSF Spreizcodes (orthogonal variable spreading factor) und der im Uplink verwendeten Modulationsart BPSK ("Binary Phase Shift Keying").
2.2 Stand der Technik-Spreizcode-Unterbauam
Ein Spreizcode wird mit C_CH,SF,N bezeichnet, wobei CH für "Channelisation Code", also Spreizcode, steht, SF den Spreizfaktor und N die Nummer des allokierten Spreizcodes festlegt. Die allgemeine Formel für die Spreizcode-Allokierung oder Festlegung für den Kontrollteil C lässt sich dann als C_C = C_CH,256,N schreiben mit N = 16·S + 15, wobei die Präambelsignatur S die Werte von 0 bis 15 annehmen kann.
Die Präambelsignatur legt fest, welche Teilmenge aus einer Gesamtmenge von Spreizcodes verwendet werden soll. Werden die Spreizcodes in Form eines Spreizcode-Baums dargestellt, legt also die Präambelsignatur S den Spreizcode-Unter-Baum fest.
Der PRACH-Datenteil wird mit einem Spreizcode C_D des oberen Teils des in 2 dargestellten Spreizcode-Unter-Baumes gespreizt.
Die Spreizfaktoren SF können 32, 64, 128 oder 256 betragen, so dass pro Zeitschlitz mindestens 10 Bits bei einem Spreizfaktor SF von 256 bis maximal 80 Bits bei einem Spreizfaktor SF von 32 übertragen werden können. Dieser Zusammenhang ist auch in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt. Allgemein lässt sich in oben festgelegter Nomenklatur für die Spreizcodefestlegung oder Allokierung für den Datenteil D ausdrücken durch c_D = C_CH,SF,N mit N = SF·S /16, wobei die Präambelsignatur S Werte zwischen 0 und 16 annehmen kann.
Tabelle 1: Anzahl Bits (#Bits)pro Rahmen bzw. Zeitschlitz in Abhängigkeit vom SF
Derzeit wird der Kontrollteil C des PRACH-Nachrichtenteils nur mit einem Spreizcode C_c mit einem Spreizfaktor von 256 gespreizt, so dass pro Zeitschlitz 10 Bits übertragen werden.
2 zeigt als ein Beispiel einen Teil des gesamten Spreizcode-Baumes bzw. einen Spreizcode-Subbaum oder Spreizcode-Unter-Baum, den Ausschnitt, für den die Präambelsignatur S den Wert 0 annimmt. In diesem Fall wird der Kontrollteil C des PRACH-Nachrichtenteils mit dem Spreizcode C_C = C_CH,256,N gespreizt. Entsprechend wird der PRACH-Datenteil mit einem Spreizcode C_D = C_CH,SF,0 gespreizt, wobei gilt SF = 32, 64, 128, 256. Nach der Spreizung mit den jeweiligen Spreizcodes wird der PRACH-Nachrichtenteil mit einem PRACH-spezifischen Verwürfelcode bzw. "Scrambling Code" der Länge 38.400 Chips, was 10 ms (Millisekunden) entspricht, verwürfelt bzw. "scrambled".
3. Ausführungsformen der Erfindung
Zunächst sollen verschiedene Aspekte thematisch gegliedert dargestellt werden. Unter 3.6. wird dann eine beispielhafte Kombination von technischen Realisierungen zu den einzelnen Aspekten detailliert geschildert.
3.1. Spreizcode-Allokierung
Es ist in sämtlichen Ausführungsformen vorgesehen, dass bei einem gemeinsam benutzten Funkkanal, welcher zeitlich in Übertragungsrahmen aufgeteilt ist, welche einen Datenteil D und einen Kontrollteil C umfassen, zumindest für einen der beiden Teile, Daten- oder Kontrollteil, mehr als ein Spreizcode verwendet wird.
Dadurch können bei einer Übertragung höhere Datenraten erzielt werden, ohne den Spreizfaktor heruntersetzen zu müssen.
In einer Ausgestaltung werden für Daten- und Kontrollteil jeweils mehr als ein Spreizcode verwendet. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn im Fall kürzerer Rahmenlängen für beide Teile eine bestimmte Datenmenge zu übertragen ist.
Der Spreizfaktor zur Bandbreitenspreizung des Datenteils D ist nicht notwendigerweise gleich dem des Kontrollteils C. Die jeweiligen Spreizfaktoren können an die im betreffenden Teil zu übertragenden Datenmenge angepasst werden.
Für den Datenteil D bzw. den Kontrollteil C steht eine Anzahl N bzw. M von Spreizcodes zu Verfügung. N bzw. M werden flexibel angepasst, indem ausgewählte Teile eines Spreizcode-Unter-Baums für den Datenteil D bzw. den Kontrollteil C reserviert werden.
Welcher Spreizcode wann und wo und für welchen Teil verwendet wird, kann von einer Basisstation, insbesondere über den primären gemeinsamen physikalischen Steuerungskanal bzw. "Primary Common Control Physical Channel" P-CCPCH signalisiert werden.
Insbesondere für den HS-PRACH-Kontrollteil hat es sich als günstig herausgestellt, Spreizfaktoren von 64, 128 oder 256 zu verwenden.
3.2. Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der Übersendung eines HS-PRACH Nachrichtenteils
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden der Datenteil D und der Kontrollteil C, von denen jeweils zumindest ein Teil mittels mehrerer Spreizcodes gespreizt wird, mittels eines sogenannten I/Q-Code-Multiplexings übertragen. Der Datenteil D wird auf dem I-Zweig (Real-Zweig übertragen, während der Kontrollteil C auf dem Q-Zweig (Imaginär-Zweig) übertragen wird, d.h. beide Anteile werden phasenverschoben zueinander übertragen, so dass die gegenseitige Beeinträchtigung gering ist. Dabei wird der verwendete OVSF-Spreizcode mittels einer erfolgreich zum UMTS-Netzwerk übertragenen Präambelsignatur S bestimmt. Es gibt derzeit maximal 16 dieser Präambelsignaturen S. Werden die OVSF-Spreizcodes in einer Baumstruktur aufgezeichnet, so zeigt jede dieser Signaturen auf einen von 16 Knoten. Die Präambelsignaturen S korrespondieren mit einem Spreizcode mit einem Spreizfaktor von 16. Abhängig von der übermittelten Präambelsignatur S wird der von einem Knoten ausgehende Teil des Spreizcode-Unterbaums für die Spreizung des HS-PRACH-Nachrichtenteils verwendet.
3.3. neuartige Unterrahmenstruktur
Hierbei wird ein Ansatz verfolgt, bei dem die Rahmenformate in Bezug auf die Übertragungsrahmen – auf physikalischer Schicht (d.h. nicht in höheren Schichten) im Vergleich zu den bisher verwendeten verkürzt werden. Ihre Übertragungsrahmenlänge wird wie bereits weiter oben erläutert, auch als Übertragungszeitintervall oder "transmission time interval" TTI bezeichnet. Auf diesen verkürzten Rahmen werden zumindest für Daten- oder Kontrollteil C mehrere Spreizcodes angewandt. Insbesondere wird bei einer derartigen Ausgestaltung der Spreizfaktor auch in Abhängigkeit von der Länge des derart verkürzten Rahmens bestimmt. Auch eine variable Anpassung von Spreizfaktor und Übertragungsrahmenlänge ist vorgesehen.
Damit können beispielsweise im Falle einer Zugriffskollision kleinere kürzere Zeitrahmen wiederholt übertragen werden, wodurch auch weniger Datenbits erneut vom Sender übertragen werden müssen. Dies senkt das Verkehrsaufkommen, wodurch die Ressource, also der Funkkanal, kapazitätseffizienter eingesetzt werden kann. Somit können mehr Terminals in eine zuverlässige Kommunikation mit der Basisstation treten. Weiterhin kann auch Energie beim Terminal eingespart werden, wenn kürzere Rahmen versendet werden und auch wenn weniger Re-Transmissionen erfolgen.
Insbesondere hat sich bei den derart verkürzten Rahmenformaten eine Übertragungsrahmenlänge TTI von 1 bis 5 Zeitschlitze als vorteilhaft dargestellt.
Es hat sich hierbei herausgestellt, dass sich die Effizienz der Transmission durch die Verwendung von mehreren Spreizcodes auf einem derartig verkürzten Rahmen steigern lässt.
Welcher Spreizcode in einem bestimmten TTI verwendet wird, lässt sich über einen Rundfunk- bzw. Sammelrufkanal, im Falle eines UMTS Systems beispielsweise über den "Broadcast Channel" BCH, signalisieren.
In 3 ist die Unterrahmen- bzw. "Subframe" -Struktur für den HS-PRACH-Nachrichtenteil im Falle einer Multicodeübertragung dargestellt. Die Länge des Unterrahmens UR ist mit T_F bezeichnet. Sowohl für den Datenteil D als auch den Kontrollteil C können eine Anzahl N bzw. eine Anzahl M von Spreizcodes vorgesehen sein, wobei diese Anzahl für Datenteil D bzw. Kontrollteil C gleich oder verschieden sein kann.
3.4. Signalisierung der Spreizcodes, Verwendung der Spreizcodes bei einer phasenverschobenen Übertragung
Aufgrund des I/Q-Codemultiplexing-Prinzips im Uplink kann für die spätere Übertragung der gesamte, in einem Übertragungsrahmen enthaltene Informationsgehalt bzw. das Signal auf zwei Teilsignale abgebildet werden, die phasenverschoben übertragen werden. Infolgedessen kann ein Spreizcode mehrmals, nämlich für jedes Teilsignal maximal zweifach verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nur ein Spreizcode für den Kontrollteil C des HS-PRACH-Nachrichtenteils allokiert, während mehrere für den Datenteil D allokiert werden. Der betreffende Spreizfaktor wird hierbei zusammen mit sonstigen allgemeinen Konfigurationsinformationen zum HS-PRACH an bestimmten Positionen eines Broadcast-Kanals BCH bekannt gegeben. Als besonders vorteilhaft haben sich die Positionen der System Information Blöcke bzw. "system information block" SIB5 oder/und SIB6 erwiesen.
Der signalisierte Spreizcode kann dann in Abhängigkeit von der Länge des Unterrahmens UR maximal zweimal verwendet werden, nämlich für jeden phasenverschobenen Zweig bzw. Q- oder I-Zweig einmal.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere Spreizcodes für den Datenteil D allokiert. Hier erfolgt die Signalisierung der mehreren Spreizcodes für den Datenteil D des HS-PRACH-Nachrichtenteils vorzugsweise innerhalb von sonstigen allgemeinen Konfigurationsinformationen des HS-PRACHs an den Positionen SIB5 oder/und SIB6 über den Broadcast-Kanal BCH.
Diese Spreizcodes können dann in Abhängigkeit von der Unterrahmenlänge und der zu übertragenden Datenmenge wiederum maximal zweimal verwendet werden, nämlich einmal auf dem I und einem auf dem Q-Zweig.
3.5. Transportformat-Kombinationsindikatoren
Für die Signalisierung des bzw. der auf dem HS-PRACH-Datenteil verwendeten Spreizcodes oder Spreizfaktors bzw. Spreizfaktoren hat sich die in Tabelle 2 gezeigte Codierung der Information als günstig erwiesen. Sogenannte Transport Format Kombinationsindikatoren TFCI werden hierbei in einen ersten Teil TFCI 1, und einen zweiten Teil TFCI 2 unterteilt, wobei TFCI 1 Informationen zum Transportformat und TFCI 2 Codierungsinformationen enthält. In Abhängigkeit der verwendeten Präambelsignatur S wird mittels des TFCI 2 der Basisstation der Spreizfaktor signalisiert, also wie weit man sich auf dem Spreizcode-Unter-Baum nach rechts bewegt, und weiter welche Spreizcodes genau auf dem Datenteil D verwendet werden, das heißt, es wird die Anzahl spezifiziert sowie der oder die individuellen Spreizcodes.
In den folgenden Tabellen sind die Spreizcodenummern aus Platzgründen stets mit "Code-Nr." bezeichnet.
Tabelle 2: Beispiel-Konfiguration für das TFCI-2-Feld
Wie bereits beschrieben, sind für jeden HS-PRACH 16 Präambelsignaturen S definiert, die jeweils auf einen von 16 Knoten im OVSF-Spreizcode-Unter-Baum zeigen. Abhängig vom Wert S wird der von diesem Knoten ausgehende Spreizcode-Unter-Baum für die Spreizung des HS-PRACH-Nachrichtenteils eindeutig festgelegt. In Tabelle 3 ist die Codierung der TFCI 2-Information für den Fall S = 0 dargestellt. Die Nummern der Spreizcodes korrespondieren mit dem Spreizcode-Unter-Baum nach 2.
Tabelle 3: Beispiel-Konfiguration für das TFCI-2-Feld im Fall s = 0
In einer vorteilhaften Ausgestaltung signalisiert das Terminal UE die tatsächlich für den Datenteil D allokierten Spreizcodes über die TFCI-Bits auf dem Kontrollteil C. Hierzu werden die insgesamt zur Verfügung stehenden 10 TFCI Bits a_o bis a₉ zwei Teile TFCI-1 und TFCI-2 aufgesplittet, wie in 4 dargestellt. Diese Aufsplittung kann bei gleichzeitiger Standardkonformität wahlweise in einem "Logical-" oder "Hardsplit"-Mode erfolgen. Im Falle einer harten Aufteilung bzw. "Hardsplit" werden die zwei Felder TFCI-1 und TFCI-2 einzeln durch separate Blockcodes codiert. Blockcodes sind hierbei spezielle Codes, bei denen jedes Codewort dieselbe Anzahl von Zeichen hat. Im Falle einer logischen Aufteilung bzw. "logical" Split werden die Felder TFCI-1 und TFCI-2 zusammengefügt und als Ganzes durch einen einzelnen Blockcode codiert. Die Länge der einzelnen TFCI-Felder ist insbesondere variabel und abhängig von der Signalisierungsmenge, d.h. von der Anzahl der verschiedenen Kombinationen von Spreizfaktoren und Spreizcodes, die für den HS-PRACH-Datenteil konfiguriert sind.
Das Feld TFCI-1 enthält Informationen zum Transportformat des RACH-Transportkanals, wie etwa die Transportblocklänge, die Anzahl der Transportblöcke, das verwendete TTI, den Typ der Kanalcodierung, Codierungsraten etc. Das Feld TFCI-2 enthält Informationen zur Multicodeübertragung auf dem Datenteil D. Dabei werden in einer vorteilhaften Ausgestaltung folgende Parameter signalisiert:

a) der Spreizfaktor
b) die Anzahl und die relative Nummer des verwendeten Spreizcodes im betreffenden Teil des Spreizcode-Unter-Baumes in Abhängigkeit der Präambelsignatur S

Das UMTS-Netzwerk kann nach einer Rückspreizung des Kontrollteils C die TFCI-Informationen lesen und entsprechend zu den darin enthaltenen Informationen anschließend den Datenteil D korrekt detektieren. Dies hat den Vorteil, dass hierdurch eine effiziente Paketdatenübertragung üben den HS-PRACH-Nachrichtenteil auf Basis einer neuen Unterrahmen-Struktur unterstützt wird.
3.6. Detailliert dargestellte Ausführungsformen
Im Folgenden wird noch eine Ausfüjrungsform detailliert dargestellt, bei der die bisher aufgeführten Merkmale zwar vorteilhaft aber nur beispielhaft miteinander kombiniert wurden. Es sind jedoch durchaus beliebige Kombinationen der beschriebenen Merkmale möglich in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung.
Es sei davon ausgegangen, dass in einer UMTS-Zelle steht ein HS-PRACH zur Verfügung steht, dessen Konfiguration in SIB-5 oder/und SIB6 über einen Broadcast Channel BCH in der UMTS-Zelle bekannt gegeben wird. Im einzelnen sei folgende Konfiguration angenommen.

– der Spreizfaktor SF für den Spreizcode des Kontrollteils C sei SF = 64
– für den Datenteil D seien die Spreizfaktoren SF = 32, 64, 128 und 256 sowie die jeweils maximale Anzahl von Spreizcodes erlaubt, es ist die maximale Anzahl von Kombinationen von Spreizfaktor und Anzahl der Spreizcodes auf dem Datenteil D erlaubt.
– die möglichen Spreizcode-Kombinationen für den Datenteil D sollen vom UE über das Feld TFCI-2 innerhalb der Transportformatkombinationsindikatoren TFCI auf dem Kontrollteil C der Basisstation signalisiert werden. Es wird eine logische Aufteilung für die TFCI-Informationsbits angewendet. Dabei wird die Länge des TFCI-1-Feldes zu 6 Bits festgelegt und die Länge des TFCI-2-Feldes zu 4 Bits, vgl. 4. Diese Konfiguration für das TFCI-2-Feld ist in Tabelle 2 dargestellt.
– die Unterrahmenlänge beträgt einen Zeitschlitz. In Tabelle 3 sind in der Spalte "TFCI" die möglichen Werte des TFCI-2-Feldes dargestellt. In der Spalte "Konfiguration" sind die möglichen Spreizcode-Konfigurationen für den Fall, dass der Präambelparameter S = 0 ist, dargestellt. So ergibt sich beispielsweise für den Wert von TFCI2 = 0 nur ein Spreizcode mit der Nummer 0 sowie dem Spreizfaktor 256. Im Falle, dass der TFCI-2-Wert 7 beträgt, sind 8 Spreizcodes mit den Nummern von 0-7 vorgesehen, ebenfalls mit einem Spreizfaktor von 256. Bei höheren Werten des TFCI-2-Wertes sind niedrigere Spreizfaktoren vorgesehen. Die Werte in der Tabelle 3 sind aus der Struktur des Spreizcode-Unter-Baums, der in 2 dargestellt ist, ersichtlich.

Ein Terminal UE wählt sich nun den in SIB5 oder/und SIB6 konfigurierten HS-PRACH zur Paketdatenübertragung aus. Die Zufallszugriffsübertragung bzw. "Random Access"-Übertragung beginnt mit der Übersendung der Präambel, wobei nun zufällig die Präambelsignatur S = 0 ausgewählt sei. Das Terminal UE empfängt eine positive Bestätigung für den korrekten Empfang der Präambel auf dem Aquisitionsindikatorkanal über das UMTS-Netzwerk. Anschließend sendet das Terminal UE zu einem festgelegten Zeitpunkt die Daten des HS-PRACH-Nachrichtenteils, welche auf den RACH-Transportkanal abgebildet werden.
Die Sendeleistung des HS-PRACH-Nachrichtenteils wird auf Basis der Sendeleistung der erfolgreich übermittelten Präambel F eingestellt. Die Spreizcodes für den HS-PRACH-Nachrichtenteil werden nun auf Basis des Wertes der empfangenen Präambelsignatur S allokiert. Hier werde S = 0 angenommen, der entsprechende Spreizcode-Unterbaum ist in 2 dargestellt.
Die Konfiguration für den Kontrollteil C sei folgendermaßen angenommen.

– für den Kontrollteil C wird der Spreizcode C_C = C_ch,64,3 allokiert. Aufgrund der Unterrahmenlänge von einem Zeitschlitz und der gesamten zu übertragenden Menge von Kontrollinformationen aus der physikalischen Schicht kann dieser Spreizcode zweimal verwendet werden, etwa zuerst auf dem Q-Zweig als Spreizcode C_C,1 = C_ch,64,3 und dann auf dem I-Zweig als Spreizcode C_C,2 = C_CH,64,3
– Aufgrund der Unterrahmenlänge und der zu übertragenden Datenmenge auf dem RACH-Transportkanal wird für den Datenteil D der Spreizcode cD = C_ch,32,0 allokiert. Auch dieser kann zweimal verwendet werden, beispielsweise zuerst auf dem I-Zweig als Spreizcode c_d,1 und dann auf dem Q-Zweig als Spreizcode c_d,2. Gemäß Tabelle 3 signalisiert das Terminal diese Spreizcode-Allokierung durch den TFCI-2-Wert 14 auf dem Kontrollteil C.

Das UMTS-Netzwerk kann nach einer Rückspreizung des Kontrollteils C den TFCI-2-Wert 14 lesen und dementsprechend anschließend den Datenteil D korrekt detektieren.
In 5 ist das I-/Q-Codemultiplexing für dieses Ausführungsbeispiel illustriert. Ganz rechts ist das zu übertragende Signal dargestellt, welches sich durch die Beiträge I + j·Q zusammensetzt. I bezeichnet in diesem Falle den Realzweig, Q den Beitrag des Imaginärzweiges, und j den komplexen Zeiger. Die Beiträge des Imaginärzweiges und des Realzweiges setzen sich jeweils aus einem Datenteil D und einem Kontrollteil C zusammen, wobei die verwendeten Spreizcodes, wie oben dargelegt, für den Datenteil D des Imaginärzweiges bzw. Realzweiges stets die gleichen sind.
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.
Abkürzungen

AICH Acquisition Indicator Channel
BCH Broadcast Channel
FDD Frequency Division Duplex
HS-PRACH High Speed PRACH
kbps kilo bits per second
OVSF Orthogonal Variable Spreading Factor
PRACH Physical Random Access Channel
RACH Random Access Channel
RRC Radio Resource Control
SF Spreading Factor
SIB System Information Block
TFCI Transport Format Combination Indicator
TTI Transmission Time Interval
UE User Equipment
UMTS Universal Mobile Telecommunications System

Claims

Verfahren zum Codieren von Daten, welche auf einem gemeinsamen Funkkanal übertragen werden, welcher zwischen mehreren Terminals und einer Basisstation in einem Kommunikationssystem zur Verfügung gestellt wird, – wobei die Daten zeitlich nacheinander auf vorgegebene Zeitschlitze aufgeteilt, übertragen werden, wobei mindestens ein Zeitschlitz zu einem Übertragungsrahmen zusammengefasst wird, so dass ein Übertragungsrahmen n Zeitschlitze enthält, wobei n eine natürliche Zahl darstellt – wobei jeder Zeitschlitz zumindest zwei Teile enthält, nämlich einen Datenteil und einen Kontrollteil, – wobei jeder der Teile hinsichtlich seiner Bandbreite gespreizt wird dadurch gekennzeichnet, dass – zur Bandbreitenspreizung eines Teils des Zeitschlitzes mindestens zwei Spreizcodes verwendet werden und die Zahl – n der Zeitschlitze einen Wert von 1 bis 5 annimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem für Datenteil und Kontrollteil je mindestens zwei Spreizcodes verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der aus der Anzahl von Bits in einer Datensequenz vor der Spreizung und nach der Spreizung bestimmte Spreizfaktor für die Spreizung des Datenteils und die des Kontrollteils verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der aus der Anzahl von Bits in einer Datensequenz vor der Spreizung und nach der Spreizung bestimmte Spreizfaktor für den Datenteil und den Kontrollteil gleich ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Spreizfaktor für alle Spreizcodes die für den Datenteil oder den Kontrollteil verwendet werden je gleich ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der für den Datenteil zur Verfügung stehenden Spreizcodes N gleich oder ungleich der zur Verfügung stehenden Anzahl M von Spreizcodes für den Kontrollteil ist, wobei N und M natürliche Zahlen bezeichnen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem für den Datenteil die Anzahl N der zur Verfügung stehenden Spreizcodes mit der zur übertragenden Datenmenge korreliert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein zu verwendender Spreizfaktor für den Kontrollteil von der Basisstation signalisiert wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, wobei über den Kontrollteil eines Nachrichtenteils der Basisstation signalisiert wird, welcher Spreizfaktor und welche Spreizcodes auf dem Datenteil verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Spreizcode für den Kontrollteil einen Spreizfaktor von 256, 128 oder 64 aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Spreizfaktor bedingt, dass ausgewählte Werte von n für die Anzahl der Zeitschlitze in einem Übertragungsrahmen zugelassen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei dem der Spreizfaktor durch die Länge des Übertragungsrahmens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der gemeinsame Funkkanal durch Abbildung auf ein erstes Signal und ein dazu phasenverschobenes zweites Signal abgebildet wird und jedem Signal aus einer Menge vorhandener Spreizcodes ein oder mehrere Spreizcodes zugeordnet werden, wobei jedem Signal abwechselnd ein Spreizcode zugeordnet wird und die Zuordnung wahlweise beim ersten oder beim zweiten Signal begonnen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei dem der Spreizfaktor des im betreffenden Übertragungsrahmens jeweils verwendeten Spreizfaktors über einen Rundfunkkanal bekannt gegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem es sich bei dem Kommunikationssystem um UMTS handelt und die Zeitschlitzlänge 10/15 ms beträgt.
Übertragungsverfahren für Daten, welche nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14 codiert wurden, bei dem Teileinheiten des Datenteils oder des Kontrollteils jeweils zueinander phasenverschoben übertragen werden.
Übertragungsverfahren nach Anspruch 15, bei dem die Spreizcodes für die Spreizung des Nachrichtenteils abwechselnd einer ersten oder einer zweiten Phasenlage zugeordnet werden, wobei bei der Zuordnung mit der ersten oder der zweiten Phasenlage begonnen wird.
Terminal mit einer Sende/Empfangseinheit und einer Prozessoreinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Übertragungsverfahren nach Anspruch 15 oder 16 durchzuführen.
Basisstation mit einer Sende/Empfangseinheit und einer Prozessoreinheit, welche dazu eingerichtet. ist, ein Übertragungsverfahren nach Anspruch 15 oder 16 durchzuführen.
Kommunikationssystem mit einer Basisstation nach Anspruch 18 und einem Terminal nach Anspruch 17 insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16.