DE10320176B3 - Verfahren zur Selektion der Frequenzkanäle eines ein Frequenzsprungverfahren verwendenden Funksystems - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Selektion der Frequenzkanäle eines drahtlosen Kommunikationssystems werden Daten auf verschiedenen Frequenzkanälen durch ein adaptives Frequenzsprungverfahren übertragen. Das Senden und Empfangen wird in Zeitschlitzen eines dem Funkstandard zugrunde liegenden Zeitschlitzverfahrens durchgeführt. Zur Qualifizierung der Übertragungsqualität der Frequenzkanäle werden Datenpaket-Fehlerraten und/oder Bit-Fehlerraten und die Feldstärke des empfangenen Datensignals gemessen und für eine Selektionsentscheidung wird die gemessene Feldstärke mit einer Schwellwertfeldstärke verglichen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selektion der Frequenzkanäle eines ein Frequenzsprungverfahren verwendenden Funksystems, insbesondere eines drahtlosen Kommunikationssystems, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Bei Funksystemen, insbesondere bei drahtlosen Kommunikationssystemen, welche eine Frequenzspreizung durch Übertragen von Daten auf verschiedenen Frequenzkanälen ermöglichen (z.B. Frequency Hopping bei Bluetooth), besteht die Möglichkeit, bestimmte Frequenzkanäle auszublenden, um hierdurch Störungseinflüsse bei der Übertragung zu vermeiden. Bei sogenannten adaptiven Frequenzsprungverfahren (AFH: Adaptive Frequency Hopping) wird das Ausblenden der Frequenzkanäle automatisiert und an den Frequenzkanal angepasst. Für eine derartige Klassifizierung bzw. Qualifizierung eines Frequenzkanals wird im Allgemeinen zwischen zwei Ansätzen unterschieden bzw. einer dieser zwei Ansätze für das Ausblenden eines Frequenzkanals gewählt. Bei einem ersten Ansatz wird die zu adaptierende Verbindung (z.B. Bluetooth) so verändert, dass eine weitere Verbindung (z.B. WLAN = Wireless Local Area Network) nicht gestört wird. Bei dem zweiten Ansatz ist die Vorgehensweise derart, dass die zu adaptierende Verbindung (z.B. Bluetooth) so verändert wird, dass eine mögliche Störung durch eine andere Verbindung einen möglichst geringen Störeinfluss hat. In diesem zweiten Ansatz kann hierzu z.B. eine Bewertung der Bit- oder Datenpaket-Fehlerrate auf den Kanälen verwendet werden. Im ersten oben dargestellten Ansatz, kann die Feldstärke zu Zeitpunkten bestimmt werden, zu denen die zu adaptierende Verbindung nicht aktiv ist, um hierdurch eine Information über die Aktivität bzw. die Nutzung der Frequenzkanäle durch ein anderes Funksystem zu erhalten.
• Bei dem oben erwähnten zweiten Ansatz kann beispielsweise für die Qualifizierung eines Frequenzkanals vorgesehen werden, dass immer während des Empfangs von Daten bzw. Datenpaketen eine Bit- oder Datenpaket-Fehlerratenmessung durchgeführt wird. Ergibt die Bit- oder Datenpaket-Fehlerratenmessung einen relativ zu einem Vergleichswert hohen Wert, wird dieser Frequenzkanal nachfolgend gesperrt bzw. für eine Datenübertragung auf diesen Frequenzkanal ausgeblendet, wodurch keine Kommunikation mehr auf diesem Frequenzkanal stattfindet, da ein Störer anzunehmen ist bzw. der Störungsanteil dieses Frequenzkanals zu hoch ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorgehensweise ist es, dass nicht mit hinreichender Sicherheit entschieden werden kann, inwieweit wirklich ein Störer bzw. ein zu großer Störungsanteil des Frequenzkanals vorhanden ist. Es kann nämlich auch vorkommen, dass eine hohe Bit- bzw. Datenpaket-Fehlerrate aufgrund dessen gemessen wird, weil sich die beiden kommunizierenden Einheiten des Funksystems (z.B. zwei Bluetooth-Geräte) relativ weit voneinander entfernt befinden und aufgrund dieser Tatsache das empfangene Signal bzw. Datensignal nicht mehr fehlerfrei abgetastet werden kann. Somit würde in diesem Fall fälschlicherweise ein zu hoher Störungsanteil des Frequenzkanals ermittelt werden und somit eventuell ein Frequenzkanal gesperrt werden, obwohl nicht wirklich ein Störer bzw. ein zu hoher Störungsanteil vorhanden ist. Da besonders diese Ursache für eine erhöhte Bit- bzw. Datenpaket-Fehlerrate nicht frequenzselektiv wirkt, wäre in diesem Fall eine Häufung von Fehlentscheidungen hinsichtlich eines Ausblendens von Frequenzkanälen die Folge und würde somit zu einer deutlich erhöhten Anzahl von nicht mehr benutzten Frequenzen bzw. Frequenzkanälen führen.
• Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 23 639 A1 ist ein Verfahren zur Kanalauswahl und zur digitalen Datenübertragung über eine drahtlose Kommunikationsverbindung bekannt. Für eine Datenübertragung sind dabei mehrere Kanäle bereitgestellt, über die eine erste und eine zweite Sende/Empfängereinheit drahtlos kommunizieren. Die digitale Datenkommunika tion über eine drahtlose Kommunikationsverbindung wird durch sequentiell über mehrere Frequenzkanäle übertragene Datenpakete realisiert. Die Kommunikationsqualität jedes Frequenzkanals wird erfasst und mit einem vorgebbaren Qualitätskriterium verglichen. Kanäle mit unzureichender Kommunikationsqualität werden durch zuvor ungenutzte Kanäle ersetzt, und/oder es wird die Menge an in jedem Datenpaket enthaltenen Steuerdaten abhängig von der erfassten Gesamtqualität der Kommunikationsverbindung gewählt. Bei den in einem schnurlosen Telefonsystem eingesetzten Verfahren wird lediglich eine allgemeine Qualitätsgütezahl eines Frequenzkanals ermittelt, welche mit einem Qualitätskriterium verglichen wird. Die Entscheidung, ob ein Frequenzkanal somit für eine Datenübertragung herangezogen wird oder ausgeblendet wird, kann daher nur sehr unzureichend und unsicher getroffen werden. Darüber hinaus erfolgt bei diesem bekannten Verfahren zunächst eine Auswahl eines oder mehrerer Frequenzkanäle und erst nachfolgend wird der Datenpaket-Typ gewählt, mit dem die entsprechenden Daten übertragen werden. In der Qualitätsgütezahl eines Frequenzkanals werden daher keine Informationen über Datenpaket-Strukturen und Datenpaket-Charakteristika herangezogen. Die Ermittlung eines Störanteils eines Frequenzkanals bzw. ob der Frequenzkanal als Störer erkannt und klassifiziert ist, kann daher bei diesen bekannten Verfahren nur sehr ungenügend festgestellt werden.
• Aus der Druckschrift EP 1 119 112 A2 ist ein Verfahren zur Qualifizierung der Übertragungsqualität der Frequenzkanäle eines Bluetooth-Funksystems bekannt, bei welchem ein Frequenzsprungverfahren verwendet wird. Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung der Qualität der einzelnen Frequenzkanäle angedeutet, darunter unter anderem die Verwendung der Bit-Fehlerrate sowie der Messung der Feldstärke des empfangenen Datensignals. Es wird ebenfalls angesprochen, dass gemessene Signalcharakteristiken mit vorbestimmten Signalcharakteristiken verglichen werden können.
• Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Selektion der Frequenzkanäle eines ein Frequenzsprungverfahren verwendenden Übertragungsverfahrens zu schaffen, mit dem die Entscheidungssicherheit, ob ein Frequenzkanal für eine Datenübertragung verwendet wird oder nicht, verbessert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• In bevorzugter Weise wird zur Bestimmung der Feldstärke des empfangenen Datensignals eine an sich im Stand der Technik bekannte RSSI-Messung (Radio Signal Strength Indicator-Wertes) durchgeführt. Dadurch kann in einfacher, zuverlässiger und schneller Weise eine Feldstärke-Information gewonnen werden.
• Vorteilhaft ist es auch, wenn das Messen der Datenpaket-Fehlerrate und/oder der Bit-Fehlerrate und der Feldstärke des empfangenen Datensignals gleichzeitig durchgeführt wird. Dadurch kann eine weiter verbesserte Bewertung der Störung eines Frequenzkanal gewährleistet werden und eine sicherere Auswahlentscheidung getroffen werden. Die Feldstärke wird hier zum gleichen Zeitpunkt wie eine Fehlerrate gemessen, wodurch genau festgestellt werden kann, ob die gemessene Fehlerrate die tatsächliche Störung charakterisiert oder ob diese gemessene Fehlerrate aufgrund eines zu großen Abstands zwischen zwei Einheiten des Funksystems entstanden ist. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere deshalb vorteilhaft gegenüber dem Messen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, da in letzterem Fall eine zwischenzeitliche Relativbewegung zwischen den Einheiten die Bewertung und Auswahlentscheidung verfälschen kann.
• In vorteilhafter Weise wird das Messen der Datenpaket-Fehlerrate und/oder der Bit-Fehlerrate und der Feldstärke des empfangenen Datensignals in einem Sende-Zeitschlitz einer messenden Einheit durchgeführt. Dadurch kann gewährleistet werden, dass zum Zeitpunkt des Messens und im Zeitintervall des Messens keine Datenübersendung an die messende Einheit des Funksystems von einer weiteren Einheit des Funksystems erfolgt.
• In vorteilhafter Weise wird ermittelt, ob die gemessene Feldstärke des empfangenen Datensignals einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. Wird dieser vorgebbare Schwellwert der Feldstärke unterschritten, wird die Entscheidung, ob ein Frequenzkanal für das Übertragen von Daten verwendet wird, unabhängig von den Informationen über die Datenpaket-Fehlerraten und/oder die Bit-Fehlerraten durchgeführt. In besonders vorteilhafter Weise kann dadurch ermittelt werden, ob eine gemessene Fehlerrate wirklich aufgetreten ist oder lediglich daraus resultiert, dass zwei kommunizierende Einheiten des Funksystems weit voneinander entfernt sind und sich daraus ein nicht mehr fehlerfrei abtastbares empfangenes Signal ergibt. Die Entscheidungssicherheit, ob ein Frequenzkanal ausgeblendet oder für eine Kommunikation herangezogen wird, kann dadurch deutlich verbessert werden. Darüber hinaus kann die Ursache des Störungsanteils bzw. generell ein Störungsanteil sicher ermittelt und klassifiziert werden.
• Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein adaptives Frequenzsprungverfahren, bei dem mehrere Frequenzkanäle für das Übertragen von Daten bereitgestellt werden und die Selektion der Frequenzkanäle mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Selektion eines Frequenzkanals gemäß den oben genannten Ausführungen und gegebenenfalls vorteilhaften Erweiterungen bestimmt wird.
• In vorteilhafter Weise wird bei dem Frequenzsprungverfahren das Senden oder Empfangen der Daten in Zeitschlitzen eines einem Funkstandard zugrunde liegenden Zeitrasters durchgeführt. Als Funkstandard kann hierbei beispielsweise Bluetooth, DECT usw. genannt werden. Prinzipiell ist das erfindungsgemäße Verfahren aber auch auf Mobilfunkstandards wie bspw. GSM (Global System for Mobile Communications) oder GSM/EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) anwendbar.
• Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
• Ein drahtloses Kommunikationssystem, welches einen oder mehrere der oben genannten Funkstandards unterstützt, ermöglicht eine Frequenzspreizung durch Übertragen von Daten auf verschiedenen Frequenzkanälen. Das Kommunikationssystem arbeitet mit einem adaptiven Frequenzsprungverfahren, welches weiterhin mit einem Zeitmultiplex arbeitet. Dies bedeutet, dass für das Senden und Empfangen von Daten ein Zeitschlitzverfahren zugrunde liegt, welches das Senden und Empfangen nur zu dafür vorgesehenen Zeitschlitzen ermöglicht. Wird ein Datensignal empfangen, so wird eine Datenpaket-Fehlerrate und eine Bit-Fehlerrate gemessen. Zusätzlich wird die Feldstärke des empfangenen Datensignals gemessen. Das Messen wird in einem Zeitintervall durchgeführt, in dem die messende Einheit zum Senden berechtigt ist, also in einem Zeitintervall eines Sende-Zeitschlitzes. Das Messen von Datenpaket-Fehlerraten und Bit-Fehlerraten sowie zusätzlich der Feldstärke des Empfangs signals ermöglicht die eindeutige Detektierung von Störern in dem Kommunikationssystem bzw. von Frequenzkanälen, deren Störungsanteil zu hoch ist. Resultiert eine hohe Bit- und/oder Datenpaket-Fehlerrate daraus, dass sich Einheiten eines Funksystems, beispielsweise in einem Bluetooth-Systems, weit voneinander entfernt befinden, so ist die Empfangsfeldstärke an der Einheit des Funksystems bzw. an dem Bluetooth-Gerät, das die Bit- und/oder Datenpaket-Fehlerratenmessung vornimmt, im Vergleich zu einem Schwellwert zu gering. Die Bestimmung der Feldstärke-Information wird durch Messen des RSSI-Wertes durchgeführt. Ferner wird diese Messung des RSSI-Wertes und der Datenpaket-Fehlerrate sowie der Bit-Fehlerrate nahezu zeitgleich ausgeführt. Falls der RSSI-Wert und damit die Feldstärke unterhalb eines vorgebbaren definierten Schwellwertes liegt, ist dies ein Anzeichen dafür, dass sich die beiden in dem Funksystem kommunizierenden Sende/Empfangseinheiten weit voneinander entfernt befinden. Aufgrund dieser zusätzlichen Feldstärke-Information kann nunmehr verhindert werden, dass ein Frequenzkanal für das Übertragen von Daten ausgeblendet wird, obwohl er eigentlich als Störer zu charakterisieren wäre.
• Wird nun im Ausführungsbeispiel festgestellt, dass gleichzeitig eine hohe Datenpaket-Fehlerrate und/oder eine hohe Bit-Fehlerrate gemessen wird und ein niedriger RSSI-Wert gemessen wird, sollte die Datenpaket-Fehlerrate und/oder die Bit-Fehlerrate nicht zur Selektionsentscheidung des Frequenzkanals herangezogen werden. D.h. in diesem Falle werden diese Fehlerraten nicht herangezogen bzw. sie haben keinen Einfluss auf die Auswahlentscheidung, ob ein Frequenzkanal ausgeblendet wird oder ob über ihn eine Datenübertragung stattfinden soll. Wird hingegen eine hohe Datenpaket-Fehlerrate und/oder eine hohe Bit-Fehlerrate und zugleich ein hoher RSSI-Wert gemessen, sollte der Frequenzkanal ausgeblendet werden bzw. die Fehlerraten werden in diesem Fall zur Entscheidung, ob ein Frequenzkanal ausgeblendet wird oder nicht, als wesentliche Kenngrößen herangezogen.
• Wird bereits für die Leistungsregelung des Mobilfunksystems eine RSSI-Messung während des Empfangs durchgeführt, können diese RSSI-Werte auch für das adaptive Frequenzsprungverfahren verwendet werden. Dies bedeutet, es müssen keine weiteren zusätzlichen Messungen vorgenommen werden, sondern es muss lediglich die Auswertung der vorhandenen Daten durchgeführt werden.
• Als Datenpaket-Typen können beispielsweise Strukturen verwendet werden, die 128 Bit an Sprachdaten und 16 Bit als Steuerdaten umfassen. Es können auch Strukturen verwendet werden, die ein 80 Bit umfassendes Steuerdatenpaket ohne Sprachdaten darstellen. Ein derartiges Steuerdatenpaket besteht aus 80 Bit an Daten, von denen 16 Bit für eine Synchronisation, 8 Bit für den Paket-Kopfteil, 40 Bit Inhalt und 16 Bit CRC (Cyclic Redundancy Check) vorgesehen sind.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Qualifizierung eines Frequenzkanals und einer Selektionsentscheidung, ob ein Frequenzkanals zur Datenübertragung geeignet ist, wird somit neben einer Fehlerrate oder Fehlerraten auch eine weitere Kenngröße, die Feldstärke des empfangenen Datensignals, ermittelt. Falls die gemessene Empfangsfeldstärke kleiner als ein vorgebbarer definierter Schwellwert ist, werden die gleichzeitig ermittelten Bit- und Datenpaket-Fehlerratenmessungen verworfen und nicht für eine Entscheidungsfindung, ob der entsprechende Frequenzkanal als Störer identifiziert ist oder nicht, berücksichtigt. Ein Messen der für eine Auswahlentscheidung wesentlichen Informationen wird von einer Einheit des Funksystems zu Zeitintervallen durchgeführt, zu denen gewährleistet werden kann, dass keine Übersendung von Daten von einer anderen Einheit des Funksystems an diese messende Einheit erfolgt. Dadurch ist es vorteilhaft, wenn derartige Messungen in Zeitschlitzen vorgenommen werden, die für das Senden der messenden Einheit vorgesehen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Selektion der Frequenzkanäle eines ein Frequenzsprungverfahren verwendenden Funksystems, insbesondere eines drahtlosen Kommunikationssystems, bei welchem Verfahren – die Übertragungsqualität der Frequenzkanäle bewertet wird, indem eine Datenpaket-Fehlerrate und/oder eine Bit-Fehlerrate und die Feldstärke eines empfangenen Datensignals gemessen werden und die gemessene Feldstärke mit einer Schwellwertfeldstärke verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Entscheidung, ob ein Frequenzkanal für das Übertragen von Daten verwendet wird, unabhängig von den Informationen über die Datenpaket-Fehlerrate und/oder die Bit-Fehlerrate durchgeführt wird, falls die Feldstärke des empfangenen Datensignals die Schwellwertfeldstärke unterschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Feldstärke des empfangenen Datensignals eine RSSI (Radio Signal Strength Indication)-Messung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Datenpaket-Fehlerrate und/oder der Bit-Fehlerrate und der Feldstärke des empfangenen Datensignals gleichzeitig durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Datenpaket-Fehlerrate und/oder der Bit-Fehlerrate und der Feldstärke des empfangenen Datensignals in einem Sende-Zeitschlitz eines für das Senden und Empfangen zugrunde gelegten Zeitrasters eines Zeitschlitzverfahrens einer messenden Einheit durchgeführt wird.
5. Adaptives Frequenzsprungverfahren, bei dem mehrere Frequenzkanäle für das Übertragen von Daten in einem Funksystem bereitgestellt werden und eine Selektion eines Frequenzkanals mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt wird.
6. Frequenzsprungverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden oder Empfangen der Daten in Zeitschlitzen eines einem Funkstandard zugrunde liegenden Zeitrasters durchgeführt wird.