DE20218489U1 - Von einer Basisstation zur Funkkommunikation verwendete Kognitionsmodelle zur optimalen Funkkanalnutzung - Google Patents

Von einer Basisstation zur Funkkommunikation verwendete Kognitionsmodelle zur optimalen Funkkanalnutzung

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Description

I81400GM
VON EINER BASISSTATION ZUR FUNKKOMMUNIKATION VERWENDETE KOGNITIONSMODELLE ZUR OPTIMALEN FUNKKANALNUTZUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Funkkommunikationen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung kognitiven Funk und die Verwendung mehrerer Klassen von kognitiven Funkmodellbildnern bei Funkkommunikationen sowie ein Verfahren und ein Gerät, die aufgrund von Informationen von den kognitiven Modellbildnern den Funkkanal optimal nutzen.
HINTERGRUND Bei kognitivem Funk sind drei Schichten involviert: Kognitionsmodelle, eine Sprache zur Kommunikation der Deskriptoren der Kognitionsmodelle und ein Prozessor zur Analyse der Kognitionsdeskriptoren und zum Treffen von Entscheidungen. Die Erfindung umfasst drei Klassen von Kognitionsmodellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Drei Klassen von Kognitionsmodellen werden wie folgt vorgeschlagen:
1) Funkumgebungsmodelle
2) Mobilitätsmodelle und
3) Anwendungs-/Benutzerkontextmodelle
Die Funkumgebung stellt die physikalischen Aspekte dar, die Mobilität trifft eine Vorhersage bezüglich der zukünftigen Positionen eines Endgeräts, während die Anwendung den gegenwärtigen Zustand und die Dynamik eines jeden dieser Anwendungsprozesse an sich sowie diejenige zwischen mehreren Anwendungsprozessen darstellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEiCHNUNG(EN)
Das Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind. Es zeigen:
Figur 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Endgeräts (User Equipment, UE);
Figur 2 ein Blockdiagramm einer Netzwerk-Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Figur 3 eine Darstellung der physikalischen Modellattribute der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine Darstellung der Mobilitätsmodellbildner-Attribute der vorliegenden
Erfindung; und
Figur 5 die Anwendungskontextmodelle der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erfindungsgemäß werden drei Klassen von Kognitionsmodellen vorgeschlagen:
1) Funkumgebungsmodelle
2) Mobilitätsmodelle und
3) AnwendungS'/Benutzerkontextmodelle.
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Funkumgebungsmodelle stellen die physikalischen Aspekte der Funkumgebung dar, beispielsweise Schattierungsverluste, Mehrwegeausbreitung, Interferenz, Rauschpegel etc.
Mobilitätsmodelle stellen Benutzerbewegungen dar, ausgedrückt in Geokoordinaten
und/oder logischen Identifikatoren, beispielsweise Straßenbezeichnungen etc. sowie die
Bewegungsgeschwindigkeit von Endgeräten etc. Die Mobilitätsmodelle werden zur Vorhersage zukünftiger Positionen des Endgeräts eingesetzt.
Anwendungs-/Benutzerkontext stellt die Anwendungsumgebung dar, in der sich der Benutzer gegenwärtig befindet und kann zur Vorhersage der Anwendungsumgebung zu Zeitpunkten in der Zukunft eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Anwendungskontext darin bestehen, dass ein Benutzer im Internet surft und dabei http/tcp/ip-Protokolle verwendet, dass ein Benutzer ein Telefongespräch führt, oder dass er eine Datenübertragung durchfuhrt, beispielsweise Musikdateien herunterlädt, etc.
Das Kontextmodell stellt den gegenwärtigen Zustand und die Dynamik eines jeden dieser Anwendungsprozesse an sich sowie zwischen mehreren Anwendungsprozessen dar. Beispielsweise wird das Surfen im Internet häufig anhand von Paketsitzung, Paketaufrufe, Anzahl, Dauer und Trennung einzelner Pakete etc. modelliert. Dies stellt die Kontextmodellierung innerhalb eines Anwendungsprozesses dar. Die Kontextmodellierung zwischen mehreren Anwendungsprozessen besteht aus der Darstellung der Dynamik dessen, wie sich Benutzer von einem Anwendungsprozess in den nächsten bewegen können etc.
Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils Ausfuhrungsformen eines Endgeräts (UE) bzw. eines Netzwerks, die auf den Prinzipien von kognitivem Funk und den voranstehend beschriebenen drei Arten von Kognitionsmodellen basieren.
Figur 1 zeigt hierbei eine Ausführungsform, bei der drei Arten von Kognitionsmodellen verwendet werden, während Figur 2 ein Beispiel eines kognitiven Funknetzwerks darstellt, das drei Arten von Kognitionsmodellen und einen kognitiven Funkquellenmanager verwendet. In den Tabellen 1 (Figur 2), 2 (Figur 3) und 3 (Figur 4) sind die Attribute der physikalischen, Mobilitäts- bzw. Kontextmodellbildner im einzelnen aufgeführt. Die drei Teile sind voneinander unabhängig. Systeme lassen sich unter Verwendung einer oder mehrerer der drei Klassen von Modellen erstellen.
- A-
Figur 1 zeigt das Endgerät (UE) 10, das eine geografische Datenbank 12, einen physikalisehen Modellbildner 14 sowie einen Mobilitätsmodellbildner 16 umfasst, hi der geografischen Datenbank sind geografische Orte und ortsbezogene Attribute für die geografischen Orte gespeichert, die Landformationen, beispielsweise Hügel, Berge etc., Gebäude, Bäume, atmosphärische Attribute etc. einschließen können. Der physikalische Modellbildner 14 stellt funkbezogene Attribute wie Mehrwegeattribute, Schattierungsattribute und Dopplerattribute, die den geographischen Orten zugeordnet sind, zur Verfügung.
Der Mobilitätsmodellbildner 16 stellt zu den Endgeräten gehörige Informationen zur Verfügung, beispielsweise deren Geokoordinaten, Geschwindigkeit, die Topologie von Straßen, auf denen sich die Endgeräte vielleicht gerade fortbewegen, einschließlich Verkehr sampeln etc. und Verkehrsdichte. Diese Daten werden an den Kanalprozessor 18 übertragen, der die Daten zur Übertragung an das Modem 26 vorbereitet, d.h. die Anwendungsdaten auf den Kanal abbildet und empfangene Daten identifiziert und die empfangenen Daten an das richtige Ziel leitet. Die Daten, auf dem Basisband, werden mit einer geeigneten Funkfrequenz bei 28 moduliert und über Antennenvorrichtung 30 zur Kommunikation mit dem Netzwerk gesendet.
Die Anwendungen, die das Surfen im Internet, sprachaktivierte Email, Instant Messaging etc. einschließen können, werden dem Anwendungskontextmodellbildner 22 und dem Anwendungsprozessor 24 zur Modellierung zur Verfügung gestellt. Zum Beispiel wird das Surfen im Internet häufig anhand von Paketsitzung, Paketaufrufen, Anzahl, Dauer und Trennung einzelner Pakete, etc. modelliert. Diese Daten werden an den Kanalprozessor zur anschließenden Übertragung bereitgestellt, in der voranstehend im Zusammenhang mit den Mobilitäts- und physikalischen Modellbildnern 14 bzw. 16 beschriebenen Art und Weise. Die verschiedenen, von den Anwendungsschaltungen 20 verarbeiteten Anwendungen sind in Figur 5 dargestellt. Innerhalb des Anwendungsprozessors 24 findet auch die Kodierung und Verarbeitung zur Weiterleitung von Daten an das richtige Ziel statt, beispielsweise das Bereitstellen der erforderlichen Kodierung und Verarbeitung für das Surfen
im Internet (TCP/IP), Sprachkommunikation, Bilder, Kurzmitteilungsdienst (Short Message Service, SMS); und Multimediadienst (Multimedia Service, MMS).
Figur 2 zeigt eine Netzwerkeinheit, bei der gleiche Elemente auch gleiche Bezugsziffern tragen, und welche des weiteren eine kognitive Funkquellensteuereinheit (Radio Resource Controller, RRC) aufweist, die jeweils mit dem Anwendungskontext-, dem physikalischen und dem Mobilitätsmodellbildner 22, 14 und 16 gekoppelt ist. Die RRC 32 steuert normalerweise eine optimale Übertragung von Paketen über die Luft und verwaltet ferner spektrale Quellen, um sicherzustellen, dass die Dienstgüte (Quality of Service, QoS) gewahrt bleibt. Benutzerverkehr und Funkkanalleistung werden routinemäßig zur Steuerung von Luftschnittstellenparametern überwacht. Funkbandbreitenzuweisung sowie Einnahmenmaximierung werden zusammen mit Trägerstrategien kontrolliert, um sicherzustellen, dass eine umsichtige Anwendung der Dienstgüte stattfindet, um Einnahmen aus Benutzungsgebühren, Abonnements oder anderen Teilnehmerstrategien zu erzeugen. Die RRC verwendet Informationen von den Modellbildnern 14, 16 und 22 zur effizienteren Nutzung des Funkkanals.
Im typischen Fall nimmt der physikalische Modellbildner 14 eine Anzahl von Messungen . des Funkkanals vor. Zum Beispiel misst der physikalische Modellbildner 14 die Interferenzpegel und/oder Rauschpegel; er misst die Kanalimpulsantworten; und schätzt die charakteristischen Mehrwegemerkmale. Diese charakteristischen Mehrwegemerkmale schließen die Gesamtenergie, die Verzögerungsausbreitung, die Anzahl signifikanter Wege (die auch als „Finger" bezeichnet werden) und die Orte diese signifikanten Wege; Dopplerverschiebungen; die Wegverluste in großem Umfang etc. ein. Die Technik dieser Messungen ist in der relevanten Literatur hinreichend beschrieben. Darüber hinaus kann der physikalische Modellbildner 14 auch den Standort eines oder mehrerer Endgeräte(s) bestimmen. Ist der Modellbildner 14 im Endgerät implementiert, dann kann er seinen eigenen Standort bestimmen, wohingegen er bei Implementierung im Netzwerk die Standorte von mehr als einem Endgerät bestimmen kann. Das Endgerät kann seinen eigenen Standort über ein globales Positioniersystem (GPS), welches der Einfachheit halber nicht dargestellt
-6-
ist, oder über ein netzwerkgestütztes GPS bestimmen. Das Netzwerk kann die Standorte--von Endgeräten unter Verwendung von Basisstation-Triangulationsprinzipien bestimmen.
Die Standortinformation kann auf eine lokale Landkarte bezogen sein und sich auf Strassen, Kreuzungen, Wahrzeichen, Gebäude, Hügel, Parks etc. beziehen. Auf der Grundlage derartiger Beziehungen kann die physikalische Funkumgebung als in einem Raum befindlich, dicht städtisch, städtisch, ländlich, hügelig, Autobahn etc. eingestuft werden. Diese Messungen bilden die Parameter des physikalischen Modellbildners 14.
Ähnlich schätzt der Mobilitätsmodellbildner die zukünftigen Standorte des bzw. der Endgeräteis) bezüglich einer Landkarte. Wenn sich beispielsweise das Endgerät auf einer Autobahn befindet, auf der es sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit fortbewegt, dann können seine zukünftigen Positionen geschätzt werden. Befindet sich das Endgerät in der Nähe einer Kreuzung in einem Innenstadtgebiet, dann gibt die Straßeninformation mehrere Alternativen für die zukünftigen Standorte mit zugehörigen Wahrscheinlichkeitsangaben an. Der Satz möglicher zukünftiger Positionen eines Endgeräts, zusammen mit zugehörigen Wahrscheinlichkeitsangaben, wird zu den Parametern des Mobilitätsmodellbildners 16.
Schließlich wird der Anwendungskontexts modelliert. In Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung, in der sich der Benutzer befindet, lassen sich die aktuellen und zukünftigen Datenraten und Dienstgüte-Anforderungen schätzen. Geht man beispielsweise davon aus, dass der Benutzer (UE) ein Telefongespräch führt, dann lässt sich ein Modell der erzeugten Datenmenge auf der Grundlage allgemeiner Sprachcharakteristika und des gegenwärtig verwendeten Sprachkompressionsalgorithmus erstellen. Ähnlich lassen sich, wenn der Benutzer im Internet surft, die Paketströme statistisch modellieren. Zum Beispiel erfolgt das Surfen im Internet typischerweise unter Verwendung eines TCP/IP-Protokolls, das eine gewisse Struktur hat. Um ein Beispiel zu geben: der TCP-Sitzung geht immer ein in drei Schritten ablaufender Verbindungsaufbau (der sogenannte 3-Wege-Handshake) voraus, wobei ein Datenaustausch in kleinen Mengen stattfindet. Darauf folgen im typi-
···;> 1 & 1T O 9
- 7-
schen Fall eine Anzahl von Transaktionen vom Typ Anfrage-Antwort. Die Anfragenachrichten haben geringen Umfang, während die Antwort weitaus umfangreicher ausfallen kann. Ähnlich lassen sich Emailanwendungen, Datenübertragungsprotokoll- (File Transfer Protocol, FTP) Anwendungen, SMS-Anwendungen, MMS-Anwendungen, Bildnachrichtenanwendungen etc. durch die Protokollstruktur und die Datenstatistik kennzeichnen. Diese charakteristischen Merkmale bilden die Parameter des Anwendungskontextmodellbildners 22.
Die verschiedenen Modellbildner lassen sich im Endgerät und/oder im Netzwerk implementieren. Im Netzwerk und fakultativ im Endgerät ist auch eine sogenannte kognitive Steuereinheit implementiert, die als Funkquellensteuereinheit 32 dargestellt ist, die die Parameter von den Modellbildnern 14, 16 und 22 als Eingangsdaten annimmt und diese zur Bestimmung einer optimalen Funkleistung verarbeitet. Spezifisch bestimmt die kognitive Steuereinheit (RRC) 32 optimale Datenraten, Kodierungsschemata zur Fehlerkorrektür, Antennenstrahlbreiten, Leistungspegel, Dimensionen von Anwendungsschlangen, etc. Die aktuellen Funkparameter werden entsprechend eingestellt. In einigen Fällen können neue Prozesse aufgerufen werden, beispielsweise das Ein- bzw. Ausschalten des bestätigten Modus der Funkdatenübertragung. &Ggr;&eegr; derartigen Fällen werden Funkparameter entweder ausgewählt oder abgebrochen. Die kognitive Steuereinheit (RRC) 32 im Endgerät und im Netzwerk kann als Eingangsdaten lokale Kognitionsmodellparameter empfangen, wie im Fall einer lokalen Optimierung in einem Endgerät oder dem Netzwerk. Die kognitive Steuereinheit (RRC) im Netzwerk kann als Eingangsdaten auch lokale Kognitionsmodellparameter sowie Kognitionsmodellparameter verschiedener Endgeräte, die an das Netzwerk gesendet wurden, empfangen. In diesem Fall verwendet jedes Endgerät einen oder mehrere der Funkkanäle und berichtet die Kognitionsmodellparameterdaten. Ein geeigneter Satz von Nachrichten und Berichtsstruktur wird für das Protokoll verwendet. Das Netzwerk verarbeitet dann die lokalen sowie die fernübertragenen (d.h. von den Endgeräten stammenden) Kognitionsmodelldaten und erzeugt verschiedene Einstellungen zur Leistungsoptimierung bzw. -verbesserung. Während einige dieser Einstellungen lokal im Netzwerk erfolgen, würden die anderen an das betroffene Endgerät gesendet, unter Verwen-
-8- !Ja - .-OQS
dung geeigneter Befehlsprotokolle. Dies ergibt ein kognitives Funksystem, welches ^~ optimale Leistung unter sich ändernden physikalischen, benutzer- und anwendungsbezogenen Bedingungen durch Verwendung der von den verschiedenen Kognitionsmodellen erzeugten Daten anstrebt.

Claims (8)

1. Basisstation, die folgendes umfasst:
einen Attributmodellbildner zur Modellierung einer Funkumgebung in einer gegebenen geografischen Region;
einen Mobilitätsmodellbildner zur Modellierung von Mobilitätsattributen in dieser Region;
einen Kontextmodellbildner zur Modellierung von Techniken zur Unterstützung einer aktuellen Kommunikationsanwendung; und
eine kognitive Steuereinheit zur Einstellung und/oder zur Auswahl von Netzwerkbetriebsparametern und/oder Endgerätbetriebsparametern auf der Grundlage der von den voranstehend erwähnten Modellbildnern erhaltenen Ausgangsdaten.
2. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kognitive Steuereinheit eine Vorrichtung zur Auswahl/Einstellung eines oder mehrerer der folgenden Parameter enthält: übertragene Leistung, Kodierungsverfahren, Datenraten, ARQ-Parameter, Strahlungsmuster einschließlich Strahlform, Anrufzulassungsstrategien, Überlastungssteuerungsstrategien und Schlangenbildungsstrategien.
3. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mobilitätsmodellbildner eine Vorrichtung zur Modellierung mindestens eines der Parameter Landstraßen- oder Straßentopologie, Geschwindigkeit und Verkehrsdichte aufweist.
4. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontextmodellbildner eine Vorrichtung zur Bereitstellung einer Kodierung und Verarbeitung zur Unterstützung der aktuellen Kommunikationsanwendung aufweist.
5. Basisstation nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Analyse modellierter Daten von den Basisstation-Modellbildnern und eine Vorrichtung zur Einstellung von Übertragungsparametern, die auf die Analysevorrichtung anspricht.
6. Basisstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstation eine Vorrichtung zum Empfang modellierter Daten von einem Endgerät aufweist.
7. Basisstation nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Analyse modellierter Daten von den lokalen Basisstation-Modellbildnern und dem Endgerät-Modellbildner und eine Vorrichtung zum Senden von Einstellungs-/Auswahldaten an mindestens ein Endgerät, die auf die Analysevorrichtung anspricht.
8. Basisstation nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Analyse modellierter Daten von den Basisstation-Modellbildnern und dem Endgerät- Modellbildner und eine Vorrichtung zum Einstellen von Übertragungsparametern, die auf die Analysevorrichtung anspricht.
DE20218489U 2001-11-30 2002-11-28 Von einer Basisstation zur Funkkommunikation verwendete Kognitionsmodelle zur optimalen Funkkanalnutzung Expired - Lifetime DE20218489U1 (de)

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