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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme und
insbesondere die Überwachung
und dynamische Zuweisung von Signaldatenraten für Datendienste in diesen Systemen.
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Stand der
Technik
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Es
sind drahtlose Kommunikationssysteme entwickelt worden, um die Übertragung
von Nutzsignalen zwischen einem Ursprungsort und einem Zielort zur
ermöglichen.
Zur Übertragung
von Nutzsignalen über
die Ursprungs- und
Zielorte verbindende Kommunikationskanäle sind sowohl analoge Systeme
(erste Generation) als auch digitale Systeme (zweite Generation)
entwickelt worden. Digitale Verfahren bieten allgemein mehrere Vorteile
gegenüber analogen
Systemen. Beispielsweise sind verbesserte Festigkeit gegenüber Kanalrauschen
und -störung, erhöhte Kapazität und Verschlüsselung
für sichere Kommunikationen
Vorteile von digitalen Systemen gegenüber analogen Systemen.
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Während Systeme
der ersten Generation hauptsächlich
auf Sprachkommunikation gerichtet waren, unterstützen Systeme der zweiten Generation sowohl
Sprach- als auch Datenanwendungen. In Systemen der zweiten Generation
sind zahlreiche Verfahren zur Bearbeitung von Datenübertragungen mit
unterschiedlichen Übertragungserfordernissen bekannt.
Insbesondere bedeutet Paketdatenübertragung
typischerweise eine relative kurze Übertragungsdauer, während Sprachübertragung
von längerer
Dauer ist und kontinuierlichen Zugang zum Kommunikationskanal erfordert.
Es sind mehrere Modulations-/Codierungsanordnungen entwickelt worden, wie
beispielsweise FDMA (Frequency Division Multiple Access – Vielfachzugriff
im Frequenzmultiplex), TDMA (Time Division Multiple Access – Vielfachzugriff
im Zeitmultiplex) und CDMA (Code Division Multiple Access – Vielfachzugriff
im Codemultiplex), um die Anzahl von Teilnehmern zu erhöhen, die
auf ein drahtloses Netz zugreifen können. CDMA-Systeme sind unempfindlicher
für Mehrwegeverzerrung
und Gleichkanalstörung
als FDMA- und TDMA-Systeme und verringern den Aufwand an Frequenz-/Kanalplanung,
der bei FDMA- und TDMA-Systemen gebräuchlich ist.
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Bei
einem CDMA-System wird jedem aktiven Benutzer in einer Zelle eine
eindeutige binäre
Codefolge zugewiesen, um den Benutzer eindeutig zu identifizieren
und das Signal des Benutzers über
eine größere Bandbreite
auszubreiten. Mit dem zugewiesenen Code multipliziert wird das Signal
des Benutzers über
die gesamte Kanalbandbreite ausgebreitet, die breiter als die Signalbandbreite
des Benutzers ist. Das Verhältnis
der Systemkanalbandbreite zur Benutzerbandbreite ist der „Spreizgewinn" des Systems. Die
Kapazität
des CDMA-Sytems ist proportional zum „Spreizgewinn" für eine gegebene
Höhe des Signal-Interferenz-Verhältnisses
(S/I – Signal-to-Interference).
Nach Empfang des übertragenen
Signals wird das Signal jedes Teilnehmers durch Verwendung eines
an die Codesequenz des gewünschten
Signals angepaßten
Korrelators von dem Signal anderer Teilnehmer getrennt bzw. entspreizt.
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Analoge
Systeme der ersten Generation und digitale Systeme der zweiten Generation
waren dafür ausgelegt,
Sprachkommunikation mit begrenzten Datenkommunikationsfähigkeiten
zu unterstützen. Drahtlose
Systeme der dritten Generation sollen unter Verwendung von Breitband-Vielfachzugriffstechniken
wie beispielsweise CDMA wirkungsvoll eine große Vielzahl an Diensten wie
beispielsweise Sprach-, Video-, Daten- und Bildwiedergabedienste handhaben
können.
Zu den Merkmalen, die von Systemen der dritten Generation unterstützt werden
werden, gehört
die Übertragung
von hochratigen Daten zwischen einem mobilen Endgerät und einem
Festnetz. Wie bekannt ist, sind hochratige Datenkommunikationen
häufig
durch einen kurzen Übertragungs-„burst" mit einer hohen
Datenübertragungsrate
gefolgt von einer längeren
Periode mit geringer oder keiner Übertragungsaktivität von der
Datenquelle gekennzeichnet. Um der bursthaftigen Beschaffenheit
solcher hochratigen Datendienste in Systemen der dritten Generation
Rechnung zu tragen, ist es notwendig, daß das Kommunikationssystem
von Zeit zu Zeit ein großes
Bandbreitensegment (entsprechend der hohen Datenrate) für die Dauer
des Datenbursts zuweist. Mit der Fähigkeit der Systeme der dritten
Generation, eine solche bursthaftige hochratige Datenübertragung
handzuhaben, kann der Durchsatz und die Laufzeit für Teilnehmer
vorteilhaft verbessert werden. Aufgrund der großen Menge momentaner Bandbreite,
die für
die Übertragung
eines Burst von hochratigen Daten erforderlich ist, muß jedoch
die Verwaltung dieser Bursts und besonders die Zuteilung von Leistung
und Systemressourcen dafür mit
Sorgfalt behandelt werden, um unerwünschte Störung anderer Dienste zu vermeiden,
die dieselbe Frequenzzuteilung benutzen.
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Bei
einem drahtlosen System zur Aufnahme der Übertragung von großen Datenblöcken würden die
höchsten
Datenraten natürlich
einem Volumen-Übertragungsbenutzer
zugewiesen werden. Da durch Verdoppeln der Datenrate nur die Hälfte der Zeit
zum Abschließen
der Übertragung
erforderlich sein würde,
würde durch
Zuweisen der höchsten
Datenrate zu einem solchen Benutzer die Zeit zur Übertragung
der Daten des Benutzers minimiert werden. Mit steigender Anzahl
von Benutzern und Fortschritt der zu übertragenden Informationen
von Sprache zu Multimedien (Echtzeitvideo und Sprache) steigen jedoch
auch die Erfordernisse an die Ressourcen der Basisstation. Um sicherzustellen,
daß genügend Kapazität zur Verfügung steht,
um annehmbare Dienstniveaus für
die gesamte Gemeinschaft von Teilnehmern bereitzustellen, müssen die Kommunikationssysteme
fähig sein,
Systemressourcen dynamisch auf wirkungsvolle und rentable Weise
zuzuweisen. In dem Gardner et al. erteilten US-Patent 5,857,147
mit dem Titel „Method
and Apparatus for Determining the Transmission Data Rate in a Multi-User
Communication System" (Verfahren
und Vorrichtung zur Bestimmung der Übertragungsdatenrate in einem
Kommunikationssystem für
mehrere Benutzer) wird die Einstellung der Datenraten einer Klasse
von Benutzern in einer Mehrbenutzer-Signalumgebung, so daß die annehmbare
Gesamtsignalgüte
für die
Klasse von Benutzern aufrechterhalten wird, gelehrt.
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Sowie
neue Benutzer Zugang zu dem drahtlosen Netz anfordern, muß eine Basisstation
des Kommunikationssystems die zur Berücksichtigung der Bedürfnisse
des Benutzers notwendigen Ressourcen bestimmen und diese Ressourcen
dem Benutzer zuteilen. Sollten nicht genügend Ressourcen zur Aufnahme
des Benutzers zur Verfügung
stehen, muß die
Basisstation die Herstellung einer Verbindung zum Benutzer verzögern und
der Benutzer muß warten,
bis genügend
Ressourcen verfügbar
werden.
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Zu
den Ressourcen, die die Basisstation bei der Herstellung einer Kommunikationsverbindung
mit einem Benutzer zuteilen muß,
gehören
Ausgangsleistung und Datenrate. Ausgangsleistung und Datenrate stehen
im proportionalen Verhältnis – wobei die
zur Herstellung oder Unterhaltung einer Verbindung mit einem Benutzer
notwendige Ausgangsleistung mit steigender Datenrate ansteigt. Dieser
Anstieg der Ausgangsleistung mit steigender Datenrate ist dazu erforderlich,
die Ausgangsenergie pro Bit auf einem konstanten Pegel zu halten.
Da Basisstationen begrenzte Ausgangsleistungsressourcen besitzen,
muß eine
Basisstation die Übertragungsbedürfnisse
ihrer Benutzer einzeln und zusammengefaßt gegen die Ausgangsleistungsbegrenzungen
der Basisstation selbst im Gleichgewicht halten.
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So
muß die
Basisstation bei einer Anforderung von Zugang zum drahtlosen Netz
durch einen Benutzer die Datenrate des Benutzers und den Leistungsbedarf
gegenüber
der gegenwärtigen
Benutzerumgebung und dem gegenwärtigen
Leistungsbedarf auswerten. Wenn sich die Benutzerumgebung der Gesamt-Systemkapazität nähert, muß die Basisstation
den Zugang eines Benutzers zum System verzögern, um eine Überlastung
der Ausgangsleistungsfähigkeit
der Basisstation zu verhindern. Beispielsweise kann eine Basisstation,
die mehrere Benutzer bearbeitet, die jeweils hohe Datenraten erfordern,
unfähig
sein, einer Anforderung für
Zugang durch einen zusätzlichen
Benutzer mit niedriger Datenrate zu entsprechen, da es der Basisstation
an Leistung mangelt, die Erfordernisse des zusätzlichen Benutzers mit niedriger
Datenrate zu erfüllen.
Dieser Leistungsmangel wird möglicherweise
nicht durch die Anzahl von Benutzern im System verursacht, sondern
durch einen übermäßigen Aufwand
an Leistung in bezug auf eine ineffiziente Zuteilung von Datenraten
zu den Benutzern. Durch Zuweisen von Datenraten zu Benutzern, die
wesentlich über
denen liegen, die dafür notwendig
sind, den unmittelbaren Bedürfnissen
der Benutzer zu entsprechen, werden Systemressourcen verschwendet,
wird die Anzahl von Benutzern verringert, die gleichzeitigen Zugriff
zum System haben können,
und die von einem Benutzer beim Zugreifen auf das Netz erfahrene
Laufzeit erhöht.
So besteht ein Erfordernis zur wirkungsvollen Verwaltung und Benutzung
der Ressourcen der Basisstation, um eine minimale Datenrate und
entsprechend verringerte Leistung für Benutzer bereitzustellen,
die gerade ausreicht, ihre Übertragungserfordernisse
zu erfüllen.
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In
WO-A-98/59523 wird ein drahtloses Datenkommunikationssystem über eine
Integration von ISDN-Protokollen und bestehender drahtloser zellularer
Zeichengabe bereitgestellt. Unter anderen implementierten ISDN-zu-Funk-Funktionen
wird die gesamte Übertragungskapazität des drahtlosen
Systems in eine Mehrzahl von Kanälen
mit fester Datenrate (beispielsweise 8 kb/s) unterteilt, von denen
ein oder mehrere dieser Kanäle
der Erfüllung
der Übertragungsbandbreitenerfordernisse
eines gegebenen Benutzers zugeteilt werden. Die einem gegebenen Benutzer
zuzuteilende Kanalkapazität
wird von einem Datenverarbeiter (Data Handler) als Funktion von
kurzzeitigen Benutzerdatenratenerfordernissen bestimmt. Zu den vom
Datenverarbeiter ausgewerteten Verkehrsparametern zur Bestimmung
dieser kurzzeitigen Datenratenerfordernisse gehört die Datenmenge in einer
Eingangswarteschlange für
den Benutzer.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
entspricht dem unabhängigen
Anspruch. Bevorzugte Ausbildungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, Übertragungsdatenraten
für ein
drahtloses System auf wirkungsvolle Weise durch dynamische Bestimmung der Übertragungserfordernisse
eines Benutzers während
einer aktiven Datensitzung zuzuweisen. Es ist eine weitere Aufgabe
der Erfindung, die Übertragungsdatenraten
dynamisch durch Überwachung
der Übertragungsdatenpuffer
während
einer aktiven Datensitzung einzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der
Erfindung, zugewiesene Übertragungsdatenraten
dynamisch einzustellen und auf einem Minimum zu halten, das zur
Erfüllung
der Erfordernisse der Benutzer notwendig ist.
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Die
Erfindung benutzt einen niederratigen Kanal mit fester Rate, der
ein Organisations- oder Zeichengabekanal sein kann, zur Übertragung
von Benutzerdaten bis zur Datenrate des Kanals und bestimmt weiterhin,
wann eine Datenstrecke mit höher Geschwindigkeit
eingesetzt werden muß,
um den Übertragungserfordernissen
des Benutzers zu entsprechen. Bei der Ausführung dieser Funktion überwacht
die Erfindung die Datenmenge in den Sende- und Empfangs-Datenpuffern
während
einer aktiven Datensitzung. Jeder Puffer wird getrennt vom anderen
und auch getrennt für
jeden durch diese Basisstation versorgten aktiven Benutzer überwacht.
Wenn die Datenmenge im Sende- oder Empfangspuffer vorbestimmte Schwellwerte überschreitet,
wird eine Datenrate mit höherer
Geschwindigkeit unter Verwendung eines Zusatz-Datenkanals festgelegt, um der Basisstation
zu ermöglichen,
die Datenpuffer in vorgeschriebenen Schwellwertgrenzen zu halten. Sollte
auf ähnliche
Weise die Datenmenge in den Datenpuffern unter gewünschte Schwellwerthöhen abfallen,
wodurch angezeigt wird, daß die
angebotene Datenrate höher
als für
den Benutzer notwendig ist, wird eine Datenrate mit niedrigerer
Geschwindigkeit eingesetzt. So wird jedem Benutzer die Mindestdatenrate
zugewiesen, die zur Übertragung
von Daten zwischen der Basisstation und dem Benutzer am entfernten
Ort notwendig ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
einen typischen Aufbau eines drahtlosen Kommunikationssystems, bei
dem die Methodik der Erfindung eingesetzt werden würde.
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2 zeigt
das Format des Abwärtskanals
in einem drahtlosen System, in dem die Erfindung eingesetzt werden
würde.
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3 zeigt
eine Flußdiagramm
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Der
Brennpunkt früher
drahtloser Systeme, besonders analoger Systeme der ersten Generation war hauptsächlich die
Sprachkommunikation. Mit der zweiten Generation von drahtlosen Systemen
einschließlich
von CDMA, TDMA und GSM, kamen verschiedene Grade an Verbesserungen
bezüglich
der Sprachgüte,
Netzkapazität
und erweiterter Dienste. Während
jedoch Systeme der zweiten Generation für die Bereitstellung von Sprache,
niederratigen Daten, Telefax und Nachrichtenübermittlung geeignet sind, sind
sie allgemein nicht in der Lage, Erfordernissen für hochratige
mobile Datenraten effektiv und wirkungsvoll zu genügen. Die
Entwicklung zu drahtlosen Kommunikationen der dritten Generation
stellt im wesentlichen eine schematische Verschiebung in die Welt
von Multimedien-Mobilkommunikationen dar, wo Benutzer nicht nur
auf Sprachdienste, sondern auch auf Video-, Bild-, Text-, Grafik-
und Datenkommunikationen zugreifen können. Es wird erwartet, daß die Netze
der dritten Generation mobilen Teilnehmern Datenraten von zwischen
144 kbps und 2 Mbps bieten.
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Trotzdem
müssen
in drahtlosen Netzen, die diese höherratigen Datenkommunikationsanwendungen
unterstützen,
Bandbreite und Leistungsregelung sehr sorgfältig verwaltet werden, um Dienstverweigerung
aufgrund einer unangebrachten Zuteilung von Bandbreite und Leistung
unter diesen Anwendungen zu vermeiden. Wie hiernach gezeigt werden wird,
wird durch die Erfindung eine neuartige Methodik zur Verbesserung
von Leistungs- und Bandbreitenverwaltung bezüglich solcher höherratigen
Datenanwendungen bereitgestellt und dadurch ein verbesserter Betriebswirkungsgrad
und eine verringerte Wahrscheinlichkeit von Dienstverweigerung geboten.
Obwohl die Erfindung hiernach in bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
auf Grundlage von CDMA-Codierung
der Funksignale beschrieben wird, sollte offenbar sein, daß die Methodik
der Erfindung auch auf andere drahtlose Kanalisierungsanordnungen
einschließlich
von TDMA und GSM anwendbar ist.
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1 zeigt
den Aufbau eines typischen drahtlosen Kommunikationssystems mit
einer Mobilvermittlungsstelle (MSC – Mobile Switching Center) 100,
einer Mehrzahl von Basisstationssteuerungen (BSC – Base Station
Controllers) 102, einer Mehrzahl von Basis-Funkstationen
(BTS – Base
Transceiver Stations) 104 und mehreren entfernten Teilnehmern, die
jeweils eine Mobilstation (MS) 106 betreiben. Zusätzlich zur
Bereitstellung von Verwaltungs- und Steuerfunktionen für Teilelemente
des drahtlosen Netzes stellt die MSC 100 auch eine Schnittstelle zwischen
dem drahtlosen Netz und dem Festnetz PSTN 110 oder sonstigem
drahtlosen Netz MSC 120 bereit. Die BSC 102 stellt
Steuerungs- und Verwaltungsfunktionen für eine oder mehrere BTS 104 bereit.
Die BTS 104 besteht aus einer Menge von gewöhnlich fern
abstimmbaren, an dem drahtlosen Standort plazierten Sender/Empfängern und
ist der Abschlußpunkt
des Funkweges auf der Netzseite. Wie in 1 dargestellt,
stellt jede BTS 104 typischerweise eine Zelle 108 im
drahtlosen Netz dar und befindet sich in Funkkommunikation mit den
entfernten Teilnehmern in der Zelle. Die Zellengröße kann
im Netz je nach der in jeder Zelle erwarteten Teilnehmerdichte unterschiedlich
sein. In dicht besiedelten Gebieten können Zellen mit einem effektiven Versorgungsbereich
in der Größenordnung
von wenigen hundert Metern hergestellt sein, während die Zellengrößen in weniger
besiedelten Gebieten bedeutend größer sein können. Durch diese Zellengröße werden
auch die Leistungsfähigkeiten
der BTS 104 bestimmt, da größere Zellen eine größere Ausgangsleistung
als kleinere Zellen erfordern.
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Der
Funkweg von der BTS 104 wird durch Mobilstationen 106,
wie beispielsweise Zellulartelefone, Computerendgeräte oder
Telefaxmaschinen abgeschlossen, die für die bedienten Teilnehmer
Zugang zum Netz gewähren.
Die Zweiweg-Funkstrecke zwischen der BTS 104 und der MS 106 wird
nach üblichern
Brauch als Abwärtskanal bezeichnet,
wenn die BTS 104 zu den Mobilstationen 106 überträgt, und
als Aufwärtskanal,
wenn die MS 106 zur BTS 104 überträgt.
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2 zeigt
die Multiplexanordnung des CDMA-Abwärtskanals, so wie sie durch
die aktuelle Version des Standards TIA/EIA/IS-2000.2 festgelegt
ist. Bei 201 ist ein Pilotkanal (PCH – Pilot Channel) angezeigt
und arbeitet zur fortlaufenden Übertragung
eines unmodulierten Signals in einem CDMA-System. Ein PCH bietet
einen Phasenbezug für
kohärente Modulation
und ein Mittel für
Signalstärkevergleiche zwischen
BTS. Bei 202 ist ein festgeschalteter Organisationskanal
DCCH (Dedicated Control Channel) angezeigt und wird für die Übertragung
von digitalen Steuerinformationen (einschließlich von Leistungsregelinformationen)
von einer BTS zu einer MS benutzt. Bei 203 ist ein Grundkanal
FCH (Fundamental Channel) dargestellt, der eine Kombination von
höheren
Daten und Leistungsregelinformationen führt. Bei 204 ist ein
Zusatzkanal SCH (Supplemental Channel) angezeigt und arbeitet in
Verbindung mit einem DCCH und/oder einem FCH zur Bereitstellung von
höherratigen
Diensten (oder Burstdatenübertragung),
wo höhere
Daten übertragen
werden.
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So
ist der Abwärts-Verkehrskanal
unter Verwendung dieses Kanalaufbaus anpaßbar, um sowohl Sprach- als
auch Datenverkehr zu führen,
obwohl Sprache und Daten wesentlich unterschiedliche Übertragungserfordernisse
aufweisen. Sprachübertragung,
die fortlaufend und von relativ langer Dauer ist, erfordert, daß nach Übertragungsbeginn
die Übertragung
nicht unterbrochen wird. Durch Unterbrechung der Übertragung
werden die empfangenen Daten unannehmbar für den Empfänger, da der mit Eintritt der
Daten in den Empfänger
verarbeitete und ausgewertete Empfang (d.h. Echtzeitverarbeitung) fragmentiert
und unzusammenhängend
ist.
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Hochgenaue
Sprachübertragung
kann durch Umwandlung der sprachlichen Schwankungen in digitale
Form und Übertragung
des digitalisierten Sprachmusters mit 64 Kilobit pro Sekunde (64
kbps) erreicht werden. Es hat sich herausgestellt, daß Digitalisierung
mit höheren
Raten als 64 kbps keine weitere Verbesserung im wiederhergestellten
Sprachmuster bietet. So würde
die Übertragungsrate
für Sprache
typischerweise 64 kbps nicht überschreiten. Im
allgemeinen bietet Übertragung
von der Größenordnung
von 8 kbps annehmbare Sprachleistung und -güte.
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Andererseits
erscheint Datenverkehr typischerweise als eine Folge von Impulsen,
die in Pakete eingeteilt und so übertragen
werden kann, und die Pakete eingesammelt und am Empfänger umformatiert
werden können.
Pakete können
und werden typischerweise außer
Reihenfolge empfangen und jeder Fehler und Paketverlust wird vom
Empfänger kompensiert,
indem er Wiederholung des fehlerhaften oder fallengelassenen Pakets
anfordert. So belastet der Datenverkehr nicht das System mit der
Notwendigkeit ununterbrochener Übertragung.
Der Datenverkehr unterscheidet sich weiterhin von Sprachübertragungen,
indem Datenverkehr mit bedeutend anderen Datenraten in Abhängigkeit
von der Quelle und den Übertragungserfordernissen übermittelt wird.
Beispielsweise können
Faksimileübertragung, E-Mail
und Textdaten relativ niedrige Datenraten von der Größenordnung
von 9,6 kbps benutzen, da die zugehörige Datenmenge typischerweise
in einem vernünftigen
Zeitraum mit der niedrigen Datenrate übertragen werden kann. Grafiken
wie beispielsweise Bilder oder Videoübertragungen erfordern jedoch wesentlich
höhere
Datenraten, um die zur Übertragung
der großen
Menge an in den Grafiken oder Videobildern enthaltenen digitalen
Daten notwendige Zeit auf annehmbare Beträge zu verringern.
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Von
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden
die veränderlichen
Datenübertragungserfordernisse
des Benutzers in Betracht gezogen und die Mindestdatenrate und dementsprechend
die niedrigste Ausgangsleistung zugeteilt, um Übertragungserfordernisse des
Benutzers zu erfüllen.
Wenn eine Strecke zwischen der MS 106 und der BTS 104 zuerst
hergestellt wird, benutzt die BTS 104 gemäß der Erfindung
den niederratigen Organisationskanal zur Initialisierung der parametrischen
Daten des Abwärts-
und Aufwärtskanals.
Jedem aktiven Benutzer im System wird ein Abwärts- und Aufwärtskanal
zugeteilt, wobei beide Kanäle
eindeutig durch den zugewiesenen Code in einem CDMA-Funksystem identifiziert
werden. Der festgeschaltete Organisationskanal DCCH des in 2 dargestellten
Abwärtskanals wird
als der Organisationskanal benutzt. Dieser Kanal kann jedoch auch
dazu benutzt werden, niederratige Informationsdaten zu führen.
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Nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
von der BTS 104 die aktive Datensitzung mit dem Benutzer
unter Verwendung des DCCH initialisiert, der sowohl Steuerungs-
als auch Informationsdaten führen
wird. Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann die BTS den niederratigen Grundkanal für die Nutzdatenbit
zuweisen, während der
DCCH für
die Regelfunktion benutzt wird.
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Bei Übertragung
von Nutzdaten zwischen der BTS und MS überwacht die BTS die für jeden
bestimmten Benutzer zugeteilten Datensende- und Empfangspuffer.
Von der BTS wird die den Sende- und Empfangspuffern Informationen
zuführende
Eingangsdatenrate durch Messen der Datenmenge in jedem Puffer gemessen
und überprüft, daß die Datenmenge
innerhalb von Grenzen bleibt, die sowohl für die Übertragung (Abwärtskanal)
als auch den Empfang (Aufwärtskanal)
von Nutzdaten annehmbar sind. Sollte die Übertragungsdatenrate niedriger
als die Rate sein, mit der der Benutzer Daten der BTS zuführt, würde die
Datenmenge im Puffer über
die annehmbaren Grenzen ansteigen. Ohne geeignete Korrektur dieses
Zustandes würde
die Datenmenge die Puffergröße überschreiten
(überlaufen)
und Daten würden
verlorengehen.
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Durch
das Verfahren der Erfindung mit Messung, daß die Eingangsdatenrate zu
schnell ist, wird die Möglichkeit
des Überlaufzustandes
vorausgesehen und bewirkt, daß die
BTS die Kommunikationsstrecke an eine höhere Datenrate anpaßt. Die
höhere Datenrate
kann eine höhere
Rate auf dem DCCH oder dem Grundkanal oder eine der verfügbaren Raten
des Zusatzkanals sein. Der Zusatzkanal des Abwärtskanals nach der Darstellung
in 2 ist in der Lage, Nutzdaten mit 1 Mbps überschreitenden
Raten zu übertragen.
Wenn die Übertragungsdatenrate schneller
als die Rate ist, mit der der Benutzer Daten der BTS zuführt, würde auf ähnliche
Weise die Datenmenge im Puffer unter die annehmbaren Grenzen abnehmen.
Bei diesem Zustand würde
sich der Puffer nicht nur schließlich entleeren (unterlaufen),
sondern die höhere
Datenrate würde
auch die BTS veranlassen, übermäßige Ausgangsleistung
zur Berücksichtigung
der hohen Datenrate aufzuwenden. Indem die Erfindung diesen Unterlauf
voraussieht, würde sie
auf ähnliche
Weise wie die Antwort bei einer Datenrate, die zu langsam ist, die
BTS veranlassen, eine niedrigere Datenrate entweder auf dem DCCH, dem
Grundkanal oder dem Zusatzkanal je nach Veranlassung einzusetzen,
um die tatsächlichen Übertragungserfordernisse
des Benutzers zu berücksichtigen.
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Ähnlich der
Funktionsweise der Erfindung auf dem Abwärtskanal wird der Aufwärtskanal
auf einen Zustand überschüssiger oder
ungenügender
Datenraten überwacht.
Hier überwacht
die BTS ihre Empfangspuffer und mißt die Eingangsdatenrate. Sollte
die BTS-Ausgangsverarbeitung der Empfangspuffer langsamer als die
Eingangsdatenrate sein und sich die Puffer schneller als annehmbar
füllen,
würde die
Erfindung die BTS veranlassen, der MS zu signalisieren, die Aufwärtskanal-Datenrate
zu verlangsamen. Wenn die BTS-Ausgangsverarbeitung des Empfangspuffers
schneller als die Eingangsdatenrate ist, würde die BTS auf ähnliche
Weise der MS signalisieren, die Datenrate zu erhöhen.
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Nunmehr
auf 3 bezugnehmend ist dort ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung dargestellt. Zuerst wird eine Kommunikationsstrecke
zwischen einer BTS (beispielhaft BTS 104 der 1)
und einer MS (beispielhafterweise MS 106 der 1)
im Block 300 hergestellt. Diese Kommunikationsstrecke kann
dadurch eingeleitet werden, daß entweder
die MS Zugang zum Netz anfordert oder die BTS der MS signalisiert, daß der Benutzer
zum Anschalten an das Netz aufgefordert wird. Nach Herstellung der
Kommunikationsstrecke wird die BTS anfänglich den Datenübertragungsstrom
unter Verwendung entweder des niederratigen DCCH oder des Grundkanals
herstellen. Während
der aktiven Datensitzung überwacht
die BTS die Datenrate auf dem Abwärtskanal und auf dem Aufwärtskanal
im Block 305. Die Ergebnisse der Überwachungsfunktion werden
dann einer Entscheidungsfunktion in Block 310 zur Verfügung gestellt.
In Block 310 werden die überwachten Abwärtsstrecken-Parameterwerte
mit vorbestimmten Schwellwerten verglichen. Sollten die Abwärtsstrecken-Überwachungswerte
innerhalb der Schwellwerte liegen, schreitet die Operation zur Aufwärtsstreckenverarbeitung
im Block 410 fort, da die Abwärtsstrecke innerhalb von annehmbaren
Grenzen arbeitet und keine Einstellung der Abwärtsstrecke erforderlich ist.
Ansonsten schreitet die Operation zum Block 320 fort, da
die Abwärtsstrecke
nicht innerhalb annehmbarer Grenzen arbeitet und eine Einstellung der
Datenrate durchgeführt
werden muß.
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In
Block 320 wird ein Vergleich der tatsächlichen Datenrate mit der
Kanaldatenrate durchgeführt. Wenn
die Kanaldatenrate zu langsam für
die eigentliche Datenrate ist, schreitet die Operation zum Block 330 fort,
so daß die
Kanaldatenrate erhöht
werden kann. Ansonsten schreitet die Operation zum Block 350 fort,
so daß die
Kanaldatenrate verringert werden kann.
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Im
Block 330 wird eine Untersuchung des gegenwärtigen Zustandes
der Datenstrecke durchgeführt,
um zu überprüfen, daß die Strecke
nicht schon mit maximaler Fähigkeit
arbeitet. Sollte die Strecke mit maximaler Rate arbeiten, schreitet
die Operation zum Block 410 fort, da es nicht möglich ist, die
Rate auf der Abwärtsstrecke
weiter zu erhöhen. Sollte
jedoch der Kanal in der Lage sein, eine Steigerung der Datenrate
aufzunehmen, schreitet die Operation zum Block 340 fort.
Im Block 340 wird eine höhere Datenrate ausgewählt und über den
DCCH, den Grund- oder den Zusatzkanal zugewiesen. Der höheren Datenrate
angemessene Schwellwerte können ebenfalls
zu dieser Zeit zugewiesen werden.
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Im
Block 350 wird eine Untersuchung des gegenwärtigen Zustandes
der Datenstrecke durchgeführt,
um zu überprüfen, daß die Strecke
nicht schon mit Mindestfähigkeit
arbeitet. Sollte die Strecke mit einer Mindestrate arbeiten, schreitet
die Operation zum Block 410 fort, da es nicht möglich ist,
die Rate weiter zu verringern. Sollte jedoch die Strecke nicht mit
der Mindestrate arbeiten und es möglich sein, die Datenrate weiter
zu verringern, schreitet die Operation zum Block 360 fort.
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Im
Block 360 wird eine niedrigere Datenrate ausgewählt und über einen
zutreffenden Kanal dem DCCH, dem Grund- oder Zusatzkanal zugewiesen. Der niedrigeren
Datenrate angemessene Schwellwerte können zu dieser Zeit ausgewählt werden.
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In
Block 410 kann die Erfindung auf ähnliche Weise zu der, die in
Verbindung mit der Abwärtsstrecke
erläutert wurde,
auf der Aufwärtsstrecke
eingesetzt werden. Wenn die Datenrate der Aufwärtsstrecke zu langsam ist,
weist die BTS die MS an, die Datenrate zu erhöhen. Wenn die Datenrate der
Aufwärtsstrecke
zu hoch, weist die BTS die MS an, die Datenrate zu verringern.
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Bei
Abschluß der
Operation auf den Abwärts-
und Aufwärtsstrecken
schreitet die Operation zum Block 500 fort, um die Wiederholung
der Überwachung
der Abwärts-
und Aufwärtsstrecken
für jeden
aktiven Benutzer im Netz zu veranlassen.
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In
zweiter Ausführungsform
der Erfindung kann die MS eine Überwachungsfunktion
bezüglich des
auf Übertragung
von der MS zur BTS wartenden Datenvolumens durchführen. Bei
Eintreten eines vorhergesehenen Pufferüberlauf- oder -unterlaufzustandes
würde von
der MS ein Informationssignal zur BTS gesendet werden, mit dem die
BTS eine Einstellung der Datenrate auf der Aufwärtsstrecke bewirken würde. Bei
dieser Ausführungsform
kann für
die MS ein Schwellwert entweder a priori oder dynamisch bereitgestellt
werden, der von der MS-Pufferverwaltungsfunktion dazu zu benutzen
ist, zu bestimmen, wann das Unterlauf-/Überlaufsignal zur BTS gesendet
werden sollte. Ähnlich
der Abwärtsstrecken-Überwachungsfunktion
würde der
Schwellwert an die Benutze Datenrate angepaßt sein.
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So
bietet die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur dynamischen Einstellung
der für
einen gegebenen Datendienst zugeteilten Bandbreite/Leistungshöhe auf die
durch diese Quelle erforderte eigentliche Datenrate.
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SCHLUSSFOLGERUNG
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Die
Erfindung bietet ein neuartiges Mittel zur dynamischen Anpassung
der Kommunikationskanal-Datenrate zur Bereitstellung der Mindestdatenrate
für den Benutzer,
die sowohl notwendig als auch genügend ist, um die Bedürfnisse
des Benutzers zu erfüllen.
Durch Zuweisung einer solchen Mindestdatenrate ist die Basisstation
in der Lage, weniger Ausgangsleistung zur Unterhaltung der Kommunikationsstrecke
mit jedem Benutzer aufzuwenden, und wenn pro Benutzer weniger Leistung
aufgewandt wird, steigt die Kapazität, Benutzer hinzuzufügen.