DE19921111C2 - Pulsen des Sendebetriebs zur Leistungsreduktion bei Übertragung mit Redundanz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungs­ reduzierung bei einer Datenübertragung in einem Kommunikationssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Kommunikationssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei­ spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnitt­ stelle zwischen sendender und empfangender Station (Basissta­ tion bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen­ zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Fre­ quenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnitt­ stelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommu­ nication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.

Sendeschaltungen in Funk-Kommunikationssystemen haben zumeist nur einen begrenzten Dynamikbereich, in dem sie funktionieren oder leistungseffizient arbeiten. Bai einigen Anwendungen, insbesondere im Mobilfunk, wird jedoch wegen des während des Betriebs oftmals stark schwankenden Abstands zwischen Sender und Empfänger eine Anpassung der Sendeleistung über bis zu mehrere Größenordnungen gewünscht, um das Verhältnis Energie pro Bit/Rauschleistungsdichte (Eb/No) oder das Verhältnis Signal/Störer bzw. Trägerleistung/Interferenzleistung (C/I) im Grenz- bzw. Zielbereich zu halten. Einerseits muß die Empfangsleistung eine Mindeststärke aufweisen, die für die gewünschte Servicequalität (QoS) erforderlich ist, anderer­ seits soll aber so wenig Interferenz wie möglich erzeugt werden.

Neben dem Abstand kann zusätzlich auch die Datenrate verän­ derlich sein. Für ein konstantes Eb/No muß die mittlere Sendeleistung daher sowohl bei einer Änderung des Wege­ verlustes (Pathloss), als auch bei einer Änderung der Datenrate angepaßt werden.

Bei Systemen, die eine Spreizbandtechnik verwenden, ändert sich mit der Datenrate auch der Spreizfaktor. Je niedriger die Datenrate ist, um so höher ist der Prozeßgewinn und um so niedriger muß bei konstantem Eb die mittlere Sendeleistung sein. Niedrige Datenraten treten beispielsweise bei Sprach­ übertragung auf, wenn in Sprachpausen lediglich eine Silence Description übertragen wird.

Die Leistungsaufnahme einer Sendeschaltung ist dabei in der Regel nicht proportional zur Sendeleistung. Je niedriger die Sendeleistung gewählt wird, um so schlechter wird der Wirkungsgrad. Dies stellt insbesondere bei Mobilfunksystemen ein Problem dar, da einerseits die Bestrebung besteht, die Sendeleistung der mobilen Sende- und Empfangs-Stationen (MS) immer weiter zu verringern, was zu einem verhältnismäßig großem Stromverbrauch der Geräte führt. Andererseits sollen diese mobilen Stationen aber immer kleiner, leichter und handlicher werden. Mit der Verkleinerung steht jedoch immer weniger Raum für Batterien bzw. Akkumulatoren zur Verfügung, also vergleichsweise weniger Kapazität. Beide Faktoren führen somit zu einer Verringerung der Bereitschafts- und Übertra­ gungszeit. Zwar werden parallel zur Verkleinerung der mobilen Stationen auch die Akkumulatoren weiterentwickelt, jedoch ist deren Zugewinn an Kapazität zu den vorstehend aufgeführten Kapazitätseinbußen vergleichsweise gering.

Zur Lösung des vorstehend genannten Problems sind verschie­ dene Ansätze bekannt.

Bei der Spreizbandtechnik wird im Mobilfunk üblicherweise bei geringem Pathloss und bei niedriger Datenrate (d. h. hohem Spreizfaktor) mit geringer Leistung gesendet. Durch die Drosselung des Senders ergibt sich jedoch ein ungünstiger Wirkungsgrad der Sendeschaltung.

Bei der Multislottechnik wird die Datenrate dadurch gestei­ gert oder gesenkt, daß mehr oder weniger Zeitschlitze belegt werden. Dadurch verringert sich bei einer Reduzierung der Datenrate das Tastverhältnis (Duty Cycle) des Senders und damit die mittlere Sendeleistung. Der Wirkungsgrad sinkt dadurch jedoch vorteilhafterweise nicht oder nur in gerin­ gerem Maß als beim Senden mit gleichem Tastverhältnis und geringerer Amplitude. Diese Technik ist aus "Enhanced Slotted DL transmission mode", ETSI SMG2 Layer 1 Expert Group Meeting, April 1998, Oslo, Norwegen, bekannt.

Bei einem Verfahren mit Leistungsregelung (Power Control) soll der Sender seine Sendeleistung auf einen Bruchteil der Maximalleistung reduzieren können - bei GSM (Global System for Mobile Communication) z. B. um rund 30 dE und bei UMTS um rund 80 dB. Nachteilhafterweise sinkt die Leistungsaufnahme der Sendeschaltung dabei zumeist deutlich weniger als die Leistungsabgabe. Dies ist insbesondere bei batteriebetrie­ benen Sendern unbefriedigend, weil sich die Übertragungs- und Sprechzeit durch eine Verringerung der Sendeleistung nur sehr begrenzt verlängert. Eine solche Technik ist aus "Mobile station TX power", ETSI SMG2 UMTS L1 Expert Group Meeting, September 1998, Helsinki, Finnland, bekannt.

Mit anderen Worten wird dabei eine Leistungsregelung durch eine Eb-Regelung (Eb: Energy per coded bit) ersetzt, wobei letztere nicht nur durch eine Regelung der Sendeleistung, sondern auch durch eine Regelung der Rate der Kanalkodierung möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur verbesserten Leistungsreduzierung bei einer redundanten Datenübertragung und ein Kommunikationssystem vorzuschlagen, das ein solches Verfahren ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.

Durch das Reduzieren der zu übertragenden Datenmenge und das Übertragen mit einer vergleichsweise erhöhten Sendeleistung kann dadurch Energie gespart werden, daß das Senden einer geringeren Datenmenge mit erhöhter Leistung weniger Energie verbraucht, als das Senden einer größeren Datenmenge mit einer geringeren Sendeleistung. Dadurch kann z. B. die Bereitschaftszeit und/oder die Sprechzeit einer mobilen Station verlängert oder bei gleichbleibender Zeit die Größe des Akkumulators und damit des gesamten Geräts verringert werden. Das Reduzieren der Datenmenge kann dabei durch Auslassen von Daten und/oder durch Absenken des Tastver­ hältnisses (duty cycle) erfolgen. Vorteilhaft ist dabei auch, daß je nach erforderlicher Dienstgüte unterschiedliche Anforderungen an die Rekonstruierbarkeit bestehen. Diese Anforderungen sind bei z. B. Sprachübertragung geringer als bei Datenübertragung.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere für ein TDD- System (TTD: Time Division Duplex) vorteilhaft, zumal beim GSM-System alle Talktime-Angaben durch DTX schöngerechnet werden, was bei der zukünftig angestrebten UTRA-Regelung nicht mehr möglich ist.

Bei UMTS ist das vorgeschlagene Verfahren aber auch im FDD- Modus einsetzbar. Aus der sogenannten uplink slotted mode (Betriebsart, die beim Aufwärtsbetrieb - von einer mobilen Station zu einer Basisstation - im Gegensatz zum kontinuier­ lichen Betrieb mit Zeitschlitzen arbeitet) ist dies für eine Nachbarkanalsuche bereits für sich genommen bekannt, wobei dabei dann allerdings typischerweise eine Übergabe (Handover) auf ein TDMA-System (TDMA: Time Division Multiple Access) erfolgt, so daß es nichts ausmacht, schon kurz zuvor burstartig zu senden.

Besonders energiesparend ist die Übertragung der reduzierten Datenmenge in kurzen Zeitschlitzen mit einer entsprechend geringen Sendedauer mit höherer Energie. Da dieses Verfahren im Vergleich zur Leistungsregelung die Kapazität einer Zelle reduziert, wird es vorzugsweise nur dann eingesetzt, wenn die Zelle nicht voll ausgelastet ist bzw. bevorzugt für solche mobilen Stationen eingesetzt, die nahe der Basisstation sind und daher weniger Interferenz (insbesondere bei Nachbarba­ sisstationen) erzeugen.

Die Bestimmung der Kapazitätsauslastung einer Zelle ist daher insbesondere bei einer automatischen Umschaltung zwischen der bekannten Betriebsart und der vorgeschlagenen Betriebsart mit dem Auslassen von Daten bei der Übertragung vorteilhaft, um einerseits eine optimale Ausnutzung der Zelle für möglichst viele mobile Stationen bei vielen gleichzeitigen Verbin­ dungsanforderungen und andererseits einen möglichst geringen Energieverbrauch bei wenigen Verbindungsanforderungen zu gewährleisten.

Die empfangende Station muß nicht notwendigerweise Kenntnis von der Reduzierung der Daten in der sendenden Station haben, da die empfangenen Daten wie Daten behandelt werden können, von denen ein Teil während der Funkübertragung verloren gegangen ist.

Die zufällige Auswahl der auszulassenden Daten bietet die Vorteile der Interferenzmittelung, die regelmäßige Auswahl eine bessere Zeitdiversität.

Das gezielte Einsetzen eines Interleavers zur zusätzlichen Übertragung von Informationen, die der empfangenden Station das Auslassen von Daten oder das Herabsetzen des Tastver­ hältnisses anzeigt, vereinfacht die Rechenprozedur im dortigen Kanaldekoder. Besonders nützlich ist die Informa­ tionsübertragung zur verwendeten Lochung bzw. Punktierung in Bezug auf den verwendeten Faltungskode.

Die Beschränkung des Verfahrens auf nahegelegene mobile Stationen reduziert Interferenzprobleme mit benachbarten empfangenden bzw. Basisstationen. Im Fall von Stationen, die bereits mit der niedrigst zulässigen Leistung senden, wie z. B. nahegelegenen Stationen, kann eine weitere Datenredu­ zierung ebenfalls zu einer Energieeinsparung führen.

Das Verfahren ist im Sprachmodus, insbesondere in Sprach­ pausen besonders vorteilhaft anwendbar, da dabei die Anforderungen an die Rest-Fehlerbitwahrscheinlichkeit zur Rekonstruierung einer ausreichenden Datenmenge nicht allzu hoch sind.

Je kürzer die einzelnen Auslassungen gegenüber der Inter­ leavingtiefe sind und je kleiner das Verhältnis der Auslas­ sungen zur Gesamtdatenmenge ist, desto geringer muß die Erhöhung der Sendeenergie sein, damit das Verfahren stabil abläuft.

Für die Auslassung von Daten gibt es eine Vielzahl von Durchführungsmöglichkeiten, die für verschiedene Sendever­ fahren anwendbar sind.

Vorteilhaft ist insbesondere auch die Nachführung der Sende­ leistung bei sich ändernden Umgebungsbedingungen.

Neben dem Funk-Kommunikationsbereich für Mobilfunk ist dieses Verfahren auch bei anderen Kommunikationssystemtypen anwend­ bar, beispielsweise optischen, wellenoptischen, akustischen und/oder auch leitungsgebundenen Systemen.

Nachfolgend werden ein Ausführungsbeispiel und Modifikationen davon anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Mobilfunksystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur des TDD-Übertragungsverfahrens,

Fig. 3 einen Ablaufplan eines Verfahrens zur Leistungs­ reduktion,

Fig. 4 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Basisstation.

Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines bekannten Funk-Kommunikationssystem besteht aus einer Viel­ zahl von Mobilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN her­ stellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Jede dieser Einrich­ tungen RNM ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu Teilnehmersta­ tionen, z. B. mobilen Stationen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle Z gebildet. Bei einer Sek­ torisierung oder bei hierarchischen Zellstrukturen werden pro Basisstation BS auch mehrere Funkzellen Z versorgt.

In Fig. 1 sind beispielhaft bestehende Verbindungen V1, V2, V3 zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisie­ rungsinformationen zwischen mobilen Stationen MS und einer Basisstation BS und eine Anforderung zur Ressourcenzuteilung oder eine kurze Bestätigungsmeldung in einem Zugriffskanal RACH durch eine weitere mobile Station MS dargestellt. Weiterhin ist ein Organisationskanal (BCCH: Broadcast Control CHannel) dargestellt, der zur Übertragung von Nutz- und Signalisierungsinformationen mit einer definierten Sende­ leistung von jeder der Basisstationen (BS) für alle mobilen Stationen bereitgestellt wird.

Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.

Die Rahmenstruktur der Funkübertragung ist aus Fig. 2 er­ sichtlich. Gemäß einer TDMA-Komponente (TDMA: Time Division Multiple Access) ist eine Aufteilung eines breitbandigen Frequenzbereichs, beispielsweise der Bandbreite B = 5 MHz, in mehrere Zeitschlitze ts gleicher Zeitdauer, beispielsweise 16 Zeitschlitze ts0 bis ts15, vorgesehen. Ein Frequenzband erstreckt sich über einen Frequenzbereich B. Ein Teil der Zeitschlitze ts0 bis ts8 wird in Abwärtsrichtung DL (Downlink von BS zu MS) und ein Teil der Zeitschlitze ts9 bis ts15 wird in Aufwärtsrichtung UL (Uplink von MS zu BS) benutzt. Da­ zwischen liegen ein oder mehrere Umschaltpunkte SP - in Fig. 2 nur ein Umschaltpunkt. Bei diesem TDD-Übertragungsverfahren entspricht das Frequenzband für die Aufwärtsrichtung UL dem Frequenzband für die Abwärtsrichtung DL. Gleiches wiederholt sich für weitere Trägerfrequenzen.

Innerhalb der Zeitschlitze ts werden Informationen mehrerer Verbindungen in Funkblöcken übertragen. Funkblöcke zur Nutz­ datenübertragung bestehen aus Abschnitten mit Daten d, in denen empfangsseitig bekannte Trainingssequenzen mal bis man eingebettet sind. Die Daten d mit 1. .N Symbolen sind verbin­ dungsindividuell mit einer Feinstruktur, einem Teilnehmerkode c, gespreizt, so daß empfangsseitig beispielsweise n Verbin­ dungen durch diese CDMA-Komponente (CDMA: Code Division Multiple Access) separierbar sind. Ein physikalischer Kanal wird dabei durch ein Frequenzband B, einen Zeitschlitz, z. B. ts6, und einen Teilnehmerkode c gebildet. Zur Übertragung von Services mit hohen Datenraten werden in der Regel mehrere physikalische Ressourcen zu einem logischen Kanal verknüpft. Zum Beispiel werden für den Service 144 kbit/s in Uplink und Downlink jeweils 8 physikalische Ressourcen benötigt.

Die Spreizung von einzelnen Symbolen der Daten d bewirkt, daß innerhalb der Symboldauer Tsym Q Chips der Dauer Tchip über­ tragen werden. Die Q Chips bilden dabei den verbindungs­ individuellen Teilnehmerkode c. Weiterhin ist innerhalb des Zeitschlitzes ts eine Schutzzeit gp (guard period) zur Kompensation unterschiedlicher Signallaufzeiten der Signale der Verbindungen vorgesehen.

Die verwendeten Parameter der UMTS/TDD-Funkschnittstelle sind vorteilhafterweise:
Chiprate: 4096 Mcps
Rahmendauer: 10 ms
Anzahl Zeitschlitze: 16
Dauer eines Zeitschlitzes: 625 µs
Spreizfaktor: 16
Modulationsart: QPSK
Bandbreite: 5 MHz
Frequenzwiederholungswert: 1

Diese Parameter ermöglichen auch eine besonders geeignete Harmonisierung mit einem FDD-Modus (FDD: Frequency Division Duplex) für die 3. Mobilfunkgeneration.

Im TDD-Modus wird die teilnehmerindividuelle Unterscheidung durch einen entsprechend zugewiesenen Spreizkode c gegeben. Eine mobile Station MS, die eine Verbindung aufbauen möchte, erhält auf ihre über den RACH gesendete Anforderung u. a. die Information, welcher Spreizkode c für den Zugriff bzw. Ver­ bindungsaufbau zu verwenden ist.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 wird von der Überlegung aus­ gegangen, daß bei einer Übertragung mit Kanalkodierung nur ein Teil der empfangenen Symbole richtig erfaßt und erkannt werden muß, um eine ausreichende Rekonstruktion des Signals gewährleisten zu können. Überall dort, wo wie im Mobilfunk mit Kanalinterleaving übertragen wird, können bei der Verwendung redundanter Kodes auch Bündelfehler korrigiert werden, wie sie zum Beispiel bei GSM mit dem sogenannten Slow Frequency Hopping auftreten, wenn also z. B. ganze Bursts durch frequenzselektiven Schwund oder Gleichkanalstörung unbrauchbar werden.

In einer empfangenden Station, in der Regel der Basisstation BS, wird beim TDD-System nach dem Empfang einer Verbindungs­ anfrage durch eine andere Station, insbesondere durch eine mobile Station MS, in einem ersten Schritt bestimmt, wie groß die Kapazität der zugeordneten Zelle ist. Falls die Kapazität der Zelle erschöpft oder zu gering ist, wird der übliche Verfahrensablauf zur Verbindungseinleitung oder Verbindungs­ ablehnung gestartet. Hat die Zelle eine verfahrensabhängig ausreichende Kapazität frei, so wird in einem nächsten bei­ spielhaften Schritt bestimmt, ob sich die anfragende Station, hier die mobile Station MS, in der Nähe der empfangenden Station BS befindet. Falls nicht, wird der übliche Verbin­ dungsaufbau eingeleitet. Falls ja, wird bestimmt, ob für die angeforderte Verbindung der Sprachmodus gewählt wurde. Falls nein, wird der übliche Verbindungsaufbau eingeleitet. Falls der Sprachmodus gewählt wurde, wird der einen Verbindungs­ aufbau anfordernden Station MS von der empfangenden Station mitgeteilt, daß sie für die Übertragung das folgende Sendeverfahren mit Daten- bzw. Leistungsreduktion verwenden soll.

Anstelle die vollständigen kodierten Daten mit der üblichen, geringen Sendeleistung zu übertragen, wird bei diesem Sende­ verfahren ein Teil dieser Daten ausgelassen und nur der restliche Teil dieser Daten gesendet. Beim Senden der derart reduzierten Daten wird die Sendeleistung im Gegenzug so hoch gewählt, daß die Übertragung entsprechend fehlerfreier er­ folgt und die Fehlerbitwahrscheinlichkeit ausreichend gering ist, die Daten zu rekonstruieren. Allgemein ist die Fehler­ bitwahrscheinlichkeit nämlich bei mit ausreichend hoher Leistung abgestrahlten Symbolen geringer als bei vollstän­ diger Datenübertragung mit niedriger Sendeleistung. Der auszulassende Teil der Daten wird so gewählt, daß eine Datenrekonstruktion möglichst sicher erfolgen kann.

Bei der Datenreduktion muß die Dauer einer jeden Auslassung von Daten kürzer, vorzugsweise deutlich kürzer sein als die Interleavingtiefe, und das Verhältnis von Auslassung zu Gesamtdatenmenge muß kleiner, insbesondere deutlich kleiner sein als 1 minus die Koderate. Bei Kanalkodierung können i. d. R. um so mehr Übertragungsfehler korrigiert werden, je mehr Fehlerorte bekannt sind. Für die ausgelassenen Ab­ schnitte kann der Kanaldekoder bestenfalls Auslöschungen annehmen.

Insbesondere der Sprachmodus eignet sich für dieses Verfah­ ren, da bei der Rekonstruktion von Sprachdaten noch eine relative hohe Rest-Fehlerbitwahrscheinlichkeit akzeptierbar ist. Aber auch bei anderen Modi ist dieses Verfahren ein­ setzbar, wobei die jeweils akzeptierbare Rest-Fehlerbitwahr­ scheinlichkeit das Ausmaß der Datenreduktion und die Höhe der erforderlichen Sendeleistung bestimmt.

Die vorstehend beschriebenen Verfahrensschritte sind nicht alle erforderlich und auch untereinander austauschbar. Ent­ scheidend ist, daß bei reduzierter Datenübertragung sicher­ gestellt wird, daß die übertragenen Daten mit einer ent­ sprechend verringerten Fehlerbitwahrscheinlichkeit übertragen werden. Vorzugsweise wird dazu die Sendeleistung beim ge­ pulsten Betrieb entsprechend dem Reduktionsgrad bei den Daten festgelegt.

Mit anderen Worten, es wird der Umstand ausgenutzt, daß bei gleicher Fehlerbitrate BER Strom (elektrische Energie) ge­ spart werden kann, wenn gepulst und mit hoher Leistung statt kontinuierlich und mit niedriger Leistung gesendet wird. Dies erfolgt in Verbindung mit der Ausnutzung des Kanalinter­ leavers, gegebenenfalls - aber nicht notwendig - mit einer Markierung fehlender Datenabschnitte als Auslöschung für den Kanaldekoder, um mit oder ohne Kenntnis des Empfängers zu sendende Daten auszulassen.

Auf ähnliche Weise läßt sich auch die mittlere Sendeleistung weiter reduzieren, wenn der Sender schon am unteren Rand des Bereichs seiner Leistungsregelung betrieben wird: Je nach Koderate kann auch in diesem Fall ein mehr oder weniger großer Teil der kodierten Daten weggelassen werden. Besonders vorteilhaft ist also die Anwendung zur Interferenzreduktion, wenn der Sender selbst bei geringst möglicher Sendeamplitude mit besserem Störabstand als nötig empfangen wird.

Bei Spreizbandsystemen kann dazu der Spreizfaktor reduziert und dadurch das Tastverhältnis gesenkt werden. Dies führt im Normalfall zu einer geringeren Fehlerbitrate BER als das Auslassen kodierter Daten.

Bei Systemen mit einer schnellen Leistungsregelung (Fast Power Control) werden die Dauern der aktiven und inaktiven Phasen vorzugsweise festgelegt und/oder zwischen Sender und Empfänger dynamisch vereinbart. Die inaktiven Phasen sollten dabei kürzer als die Kohärenzzeit das Kanals sein, um in ausreichend kurzen Zeitabständen aktuelle Informationen über den Pathloss gewinnen und letzteren ausregeln zu können. Bei Systemen mit langsamer Leistungsregelung ist es ebenfalls vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig, Sende- und Ruhephasen festzulegen oder dynamisch zu vereinbaren. Die Dauer der inaktiven Phasen sollte klein sein gegen die Dauer, über die bei der Berechnung des Pathloss die Empfangsleistung gemittelt wird.

Bei einer langsamen Leistungsregelung mit geschlossener Schleife (Closed-Loop) teilt der Empfänger (BS) dem Sender (MS) die Fehlerbitrate BER oder ein anderes geeignetes Maß für die Empfangsqualität mit. Dadurch kann der Empfänger die Sendeleistung des Senders i. d. R. so steuern, daß die Über­ tragung auch dann glückt, wenn ein Teil der kodierten Daten ausgelassen wird.

Wenn die Empfangsqualität wegen der weggelassenen Bursts sinkt, fordert der Empfänger in der Regel eine höhere Sendeleistung an. Diese Möglichkeit, mit höherer Leistung senden zu dürfen, braucht der Sender, um in jedem Fall eine ausreichend sichere Datenübertragung bieten zu können. Daher braucht der Sender bei der Leistungsregelung nicht unbedingt die Vorgabe des Empfängers bei den übertragenen Bursts zu überschreiten, um die Fehlerbitrate BER im Zielbereich zu halten.

Wenn beim Verbindungsaufbau oder später, z. B. nach dem Freiwerden ausreichender Zellenkapazitäten, von der bekannten vollständigen Übertragung zum Verfahren des Auslassens von Sendedaten übergegangen wird, wird der Übergang zu einem geringeren Tastverhältnis (Duty Cycle) vorzugsweise langsamer durchgeführt, als dies von der üblichen Leistungsregelung bekannt ist, damit die Sendeleistung bei den übertragenen Daten ohne zu große Verzögerung nachgeführt (bei dieser Richtung erhöht) wird.

Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für das derzeit in der Standardisierung befindliche TDD-System nach dem JD-CDMA Prinzip für UMTS, da dort die Schwierigkeiten der schnellen Leistungsregelung und auch die Abhängigkeit des Systems von der schnellen Leistungsregelung entfallen. Das Auslassen von Daten kann dabei über verschiedene Auswahlverfahren erfolgen. So kann beim TDD-System die Burstdauer reduziert werden, d. h., es werden vor und/oder nach der Trainingssequenz weniger Daten gesendet, wodurch der Burst (vorne und/oder hinten) verkürzt wird.

Weiterhin ist es möglich, beim TDD-System ganze Bursts nicht zu senden, z. B. bei einem niedrigratigen Datenkanal mit Interleaving über 80 ms nicht 8 Bursts, sondern weniger, z. B. nur 6 Bursts zu senden. Diese Variante hat den Vorteil, daß auch das Senden der Trainingssequenz entfällt, allerdings ist ein Einstellen des Tastverhältnisses nur relativ grob möglich. Die nicht gesendeten Bursts können (pseudo-)zufällig oder auch regelmäßig ausgelassen werden. Der Vorteil des zufälligen Auslassens besteht in der Ausnutzung der Interferenzmittelung (interference averaging), der Vorteil des regelmäßigen Auslassens in der besseren Zeitdiversität (time diversity).

Die Verwendung des Auslaßverfahrens erfolgt beim TDD-System in der Regel nur dann, wenn der Sprach-DTX-Betrieb einge­ stellt bzw. gewählt ist, d. h. wenn gar keine Information übertragen werden muß. Die Leistungsregelung bzw. Power­ control PC wird dahingehend modifiziert, daß der Steuer- bzw. Control-Kanal kurz vor dem Ende des DTX-Betriebs wieder eingeschaltet wird. Damit wird dann auch die korrekte Leistung wieder eingestellt wird. Dies wird ggf. durch eine höhere PC-Schrittweite bzw. Kombination am Ende des Schlitz­ modus (slotted mode) durchgeführt. Im Downlink, d. h. bei einer Übertragung von der Basisstation BS zur mobilen Station MS, kann die Basisstation BS bei der Auswertung der (nun nicht vorhandenen) Leistungsregelungsbit bzw. PC-Bit auch eine Entscheidung nach der Sicherheit der PC-Bit treffen und, falls diese nicht gesendet werden sollten, nicht gemäß dem zufälligen Wert der PC-Bit regeln, sondern die Leistung konstant halten, ggf. sogar nach der Hälfte des Datenüber­ tragungsblocks bzw. Frames die bis dahin fälschlicherweise durchgeführte Leistungsregelung wieder zurücknehmen.

Wenn die Basisstation BS durch den burstartigen Sendebetrieb der mobilen Station MS keine aktuellen Informationen über die Empfangsqualität an der mobilen Station MS hat, und wenn die auf der Basisstationsseite verfügbaren Informationen (z. B. gute Empfangsqualität RxQual bei geringem Empfangspegel RxLev bei allen aktiven mobilen Stationen MS und eventuell ent­ sprechende Meldungen aus/für Nachbarzellen) darauf hindeuten, daß die Kapazität noch nicht durch Interferenz begrenzt wird, wird im Zweifel die Leistung der Aussendungen zu den vorüber­ gehend schweigenden mobilen Stationen MS erhöht. Dabei be­ steht eine sinnvolle Vorgehensweise darin, die Leistung nicht stärker zu erhöhen, als sie nach Erhalt von neuen Daten der mobilen Station MS im gleichen Zyklus wieder zurückgenommen werden kann.

Wird das Verfahren anstelle beim TDD-System beim FDD-System angewandt, wird vorzugsweise nur jeder zweite Schlitz bzw. Slot gesendet (oder eine gewisse Anzahl von Slots ausge­ lassen). Die Leistungsregelung bzw. Powercontrol wird dann zwar langsamer, die mobile Station MS kann dafür aber die Leistungssteuerbit (power control bit) von zwei (oder mehr) aufeinanderfolgenden Bursts (mit gleicher oder z. B. anstei­ gender Gewichtung) kombinieren. Dadurch wird eine geringere Fehlerrate bei den Leistungsregelungsbit erreicht, die den Kapazitätsverlust zumindest teilweise wieder kompensiert. Abschließend wird anhand eines Rechenbeispiels die Redu­ zierung der Leistungsaufnahme verdeutlicht. Bei einem bei­ spielhaften Sender sei die maximale Sendeleistung minus 14 dB bei 20% seiner maximalen Leistungsaufnahme und bei maximaler Sendeleistung minus 17 dB bei 18% seiner maximalen Lei­ stungsaufnahme. Wenn als maximale Sendeleistung minus 17 dB nötig wäre, um die geforderte Dienstgüte bzw. Servicequalität QoS zu erreichen, würde der Sender bei ausreichend hoher Koderate, wie sie z. B. bei GSM-Sprachdiensten zum Teil gegeben ist, effizienter mit maximaler Sendeleistung minus 14 dB senden und dabei jeden vierten Burst auslassen, weil seine mittlere Leistungsaufnahme dann auf 3/4 von 20% gleich 15% des maximalen Wertes sinkt. Die Ersparnis beträgt bei diesem Beispiel 17%.

Die Anwendung des Auslassungsverfahrens wird in einer Basis­ station BS gemäß Fig. 4 durchgeführt. Diese besteht aus einer Sende/Empfangseinrichtung TX/RX, die Empfangssignale vom Frequenzbereich der Nachrichtenübertragung in das Basisband umsetzt, analog/digital wandelt und die Empfangssignale ver­ stärkt und auswertet. Eine digitale Signalverarbeitung findet in einer Signalverarbeitungseinrichtung DSP als Empfangs­ mittel statt. Eine Kanalschätzung wird durchgeführt und die gesendeten Datensymbole werden detektiert.

Eine Signalauswerteeinrichtung SA extrahiert die Datenanteile aus Zugriffsblöcken und entnimmt die Anforderungen zur Res­ sourcenzuteilung. Die Ressourcenzuteilung selbst wird in der Einrichtung RNM (Fig. 1) zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen vorgenommen und zurück zur Basisstation BS signa­ lisiert. Eine Steuereinrichtung SE weist den mobilen Sta­ tionen MS daraufhin durch Zusammenstellen eines dement­ sprechenden Signalisierungsblocks und Senden dieses Blocks durch die Sende/Empfangseinrichtung TX/RX einen Kanal zur Nachrichtenübertragung zu. Zusammen mit den ausgetauschten üblichen Informationen können zusätzlich Informationen zur Einleitung des Auslassungsverfahrens zu der mobilen Station MS und zurück übertragen werden.

Auch das Zusammenwirken der Komponenten und die Einstellung des Sendezeitpunkts wird durch die Steuereinrichtung SE gesteuert. Zugehörige Daten über die konkreten Gegebenheiten der Verbindung werden in einer Speichereinrichtung MEM gespeichert.

Claims (21)

1. Verfahren zur Leistungsreduzierung bei einer Datenüber­ tragung in einem Kommunikationssystem mit einer Schnittstelle zwischen zumindest einer ersten Station (BS) und zumindest einer weiteren Station (MS), bei dem zu übertragende Daten derart redundant kodiert übertragen werden, dass sie im Falle eines bei der Übertragung auftretenden teilweisen Datenverlustes rekonstruierbar sind, sofern sie mindestens mit einer ersten Sendeleistung übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,

• - dass ein ausgewählter Teil der kodierten Daten beim Übertragen ausgelassen wird und/oder ein Tastverhältnis der zu übertragenden Daten gesenkt wird
• - und dass die Sendeleistung höher als die erste Sendeleistung eingestellt wird, so daß die Bitfehlerwahrscheinlichkeit gering genug wird, die unvollständig und/oder mit abgesenktem Tastverhältnis übertragenen Daten bei der empfangenden Station (BS, MS) für eine ausreichende Dienstgüte zu rekonstruieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Übertragung im FDD- oder TDD-Modus, vorzugsweise gepulst, in Zeitschlitzen und/oder im Mehrschlitzverfahren (multi slotted mode) erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem

• - die vollständige Übertragung der Daten im Fall einer geringen oder erschöpften Kapazität einer Zelle (Z) der empfangenden Station (BS) mit der ersten Sendeleistung eingeleitet oder eine Verbindungsanfrage zurückgewiesen wird und bei dem
• - die Übertragungsbetriebsart mit der Auslassung von Daten oder der Senkung des Tastverhälnisses eingeleitet wird, wenn die Zelle (Z) eine freie Kapazität oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes hat.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Informationen über die Auslassungen oder Lochungsinfor­ mationen an einen Kanaldekoder der empfangenden Station übermittelt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die ausgelassenen Daten oder die Tastverhältnisabsenkung von einem Kanaldekoder wie übertragungsbedingte Auslöschungen erkannt und als solche bei der Rekonstruierung der Daten behandelt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die ausgelassenen Daten oder die Tastverhältnisabsenkung zwischen sendender und empfangender Station (MS, BS) verabredet oder in ihnen voreingestellt werden und bei der Rekonstruierung der Daten berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Übertragen mit ausgelassenen Daten oder der Tastverhältnisabsenkung für sendende Stationen (MS) eingeleitet wird, die sich nahe der empfangenden Station (BS) befinden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Übertragen mit ausgelassenen Daten oder der Tastverhältnisabsenkung im Sprachmodus eingeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dauer einer jeden Auslassung von Daten kürzer gewählt wird als die Interleavingtiefe.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verhältnis von Auslassung zur Gesamtdatenmenge kleiner als 1 minus die Koderate gewählt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einem Kommunikationssystem zu übertragende Daten zur Interferenzreduktion mit erhöhter Energie im Mehrschlitzverfahren übertragen werden, wenn der Sender mit besserem Störabstand als nötig empfangen werden soll.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Daten bei mit niedrigster Leistung sendender Station (MS) diskontinuierlich übertragen werden, insbesondere das Tastverhältnis (duty cycle) reduziert wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei einem System mit einer schnellen Leistungsregelung (Fast Power Control) die Dauern der aktiven und inaktiven Phasen vorzugsweise festgelegt und/oder zwischen sendender und empfangender Station dynamisch vereinbart werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die inaktiven Phasen kürzer als die Kohärenzzeit das Kanals gewählt werden, um aktuelle Informationen über den Wegeverlust (Pathloss) gewinnen und letzteren ausregeln zu können.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem bei Systemen mit langsamer Leistungsregelung Sende- und Ruhephasen festgelegt oder dynamisch vereinbart werden, wobei die Dauer der inaktiven Phasen vorzugsweise klein gegen die Dauer ist, über die bei der Berechnung des Pathloss die Empfangsleistung gemittelt wird.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die empfangende Station (BS) bei sinkender Empfangsqualität nach dem Auslassen von Daten oder der Tastverhältnisabsenkung eine höhere Sendeleistung anfordert, die insbesondere höher als die maximale Sendeleistung der entsprechenden Norm wählbar ist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Übergang zu einem anderen, insbesondere geringeren Tastverhältnis langsamer durchgeführt wird, als von der üblichen Leistungsregelung geregelt wird, insbesondere derart langsamer, daß die Sendeleistung bei den übertragenen Daten ohne zu große Verzögerung nachgeführt, insbesondere erhöht wird.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Burstdauer insbesondere beim TDD-System reduziert wird oder ganze Bursts nicht gesendet werden.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Leistungsregelung insbesondere beim TDD-System derart modifiziert wird, daß der Steuerkanal kurz vor dem Ende des DTX-Betriebs wieder eingeschaltet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem beim FDD-System vorzugsweise nur jeder zweite Slot gesendet oder eine gewisse Anzahl von Slots ausgelassen wird.

21. Kommunikationssystem

• - mit zumindest einer ersten Station (BS) und zumindest einer weiteren Station (MS), die zur Datenübermittlung über eine Schnittstelle verbindbar sind,
• - mit einer Verarbeitungseinrichtung (SA, RNM) in zumindest einer der Stationen (MS, BS) zum Verarbeiten von empfangenen bzw. zu versendenden, redundant kodierten Daten, von denen ein Teil bei vollständiger Datenaussendung mit einer ersten Sendeleistung bei der Datenübertragung verloren gehen darf und dabei empfangsseitig rekonstruierbar bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Verarbeitungseinrichtung zum Auswählen und Auslassen eines Teils der kodierten Daten und/oder zum Absenken eines Tastverhältnisses der zu übertragenden Daten
• - und zum Einstellen der Sendeleistung auf einen höheren Wert als die erste Sendeleistung, so daß die unvollständig und/oder mit abgesenktem Tastverhältnis gesendeten Daten für eine ausreichende Dienstgüte rekonstruierbar bleiben.