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Hintergrund
der Erfindung
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationen und insbesondere
ein Ratenrückkopplungs-
und Einstellungssystem.
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2. Stand der
Technik
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Drahtlose
Kommunikationssysteme umfassen herkömmliche zellulare Kommunikationssysteme,
die eine Anzahl von Zellenstandorten bzw. Basisstationen umfassen,
die geographisch verteilt sind, um die Übertragung und den Empfang
von Kommunikationssignalen zu und von drahtlosen Einheiten zu unterstützen, die
eigentlich stationär
oder fest sein können.
Von jedem Zellenstandort werden Sprachkommunikationen über ein,
eine Zelle genanntes bestimmtes Gebiet behandelt und der gesamte
Versorgungsbereich für
das zellulare Kommunikationssystem wird durch die Vereinigung von
Zellen für
alle Zellenstandorte definiert, wobei die Versorgungsbereiche für nahegelegene
Zellenstandorte zu einem gewissen Grad überlappen, um (wo möglich) zusammenhängende Kommunikationsversorgung
innerhalb der Außengrenzen
des Versorgungsbereichs des Systems sicherzustellen.
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Wenn
sie aktiv ist, empfängt
eine drahtlose Einheit Signale von mindestens einer Basisstation oder
einem Zellenstandort über
eine Abwärtsstrecke und überträgt Signale
zu (mindestens) einem Zellenstandort bzw. Basisstation über eine
Aufwärtsstrecke.
Es gibt viele verschiedene Anordnungen zum Definieren von drahtlosen
Strecken oder Kanälen
für ein
zellulares Kommunikationssystem einschließlich von TDMA (time-division
multiple access – Vielfachzugriff über Zeitmultiplex),
FDMA (frequency-division multiple access – Vielfach zugriff im Frequenzmultiplex)
und CDMA (code-division multiple access – Vielfachzugriff im Codemultiplex).
Bei CDMA-Kommunikationen werden unterschiedliche drahtlose Kanäle durch
unterschiedliche Codes oder Folgen unterschieden, die zum Codieren
unterschiedlicher Informationsströme benutzt werden, die dann
mit einer oder mehreren verschiedenen Trägerfrequenzen zur gleichzeitigen Übertragung
moduliert werden können.
Ein Empfänger
kann einen bestimmten Strom aus einem Empfangssignal unter Verwendung
des zutreffenden Codes oder der zutreffenden Folge zum Decodieren
des Empfangssignals wiedergewinnen.
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Aufgrund
der laufzeitintoleranten Beschaffenheit von Sprachkommunikation übertragen
und empfangen drahtlose Einheiten in herkömmlichen zellularen Systemen über fest
zugeordnete Strecken zwischen einer drahtlosen Einheit und einer
Basisstation. Im allgemeinen erfordert jede aktive drahtlose Einheit
die Zuweisung einer fest zugeordneten Strecke auf der Abwärtsstrecke
und einer fest zugeordneten Strecke auf der Aufwärtsstrecke. Herkömmliche
Datenanwendungen sind typischerweise burstartig und ungleich den
Sprachkommunikationen relativ laufzeittolerant. Die Verwendung von
fest zugeordneten Strecken zur Übertragung
von Daten stellt daher eine unrationelle Nutzung von Netzressourcen
dar. Es entwickeln sich drahtlose Kommunikationssysteme, die verschiedenste
Datendienste wie beispielsweise drahtloses Web-Browsing unterstützen werden.
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Bei
der wohlbekannten Nur-Daten-Entwicklung des (hiernach als 3G-1x
EVDO bezeichneten) CDMA-Standards der dritten Generation werden Sprach-
und Datendienste unter Verwendung von Trägern mit getrennter Frequenz
bereitgestellt. Das heißt,
die Sprach- und Datensignale warden über durch Träger mit
unterschiedlicher Frequenz definierte getrennte Abwärtsstrecken übertragen.
Daten werden über
einen zeitgemultiplexten Träger
mit fester Datensendeleistung, aber mit veränderlichen Datenraten übertragen.
Insbesondere wird zur Bestimmung einer Datenrate, die vom Empfänger unterstützt werden
kann, das gemessene Signal-Interferenzverhältnis (SIR) am Empfänger benutzt.
Typischerweise entspricht die bestimmte Datenrate einer maximalen
Datenrate, mit der eine Mindesthöhe
an Dienstgüte
am Mobiltelephon erreicht werden kann. Ein höheres gemessenes SIR kann in
höhere
Datenraten umgesetzt werden, wobei höhere Datenraten Modulation
höherer
Ordnung und schwächere
Codierung als niedrigere Datenraten bedeutet.
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Zur
Verbesserung des Systemdurchsatzes erlaubt das System der drahtlosen
Einheit mit dem besten Kanal und daher der höchsten Rate, vor drahtlosen
Einheiten mit vergleichsweise geringer Kanalgüte zu übertragen. 3G-1x EVDO benutzt
einen schnellen Ratenanpassungsmechanismus, wobei die drahtlose
Einheit die Ratenberechnung bei jedem Schlitz unter Verwendung von
Messungen eines von der Basisstation rundgesendeten Pilotsignals
durchführt
und die Rate zurückmeldet,
mit der sie in jedem Schlitz Daten von der Basisstation empfangen
wird. Auf symmetrische Weise empfängt die Basisstation eine gemeldete
Rate mit jedem Schlitz und sendet Daten mit der gemeldeten Rate
in jedem Schlitz. Die symmetrischen Raten zur Ratenberechnung und
Ratenanpassung bei 3G-1x EVDO erfordern nachteiligerweise einen
großen
Verarbeitungsaufwand zur Ratenberechnung und Vorhersage in jedem
Schlitz. Zusätzlich
ist für
die schlitzweise Rückmeldung
der Rate ein großer Übertragungsaufwand
erforderlich.
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Im
UMTS-System (universal mobile telecommunications system) kommunizieren
drahtlose Einheiten mit einer Basisstation über fest zugeordnete Kanäle. Um eine
wirkungsvolle drahtlose Datenkommunikation bereitzustellen, benutzt
UMTS einen geteilten Abwärtskanal,
der von einer Mehrzahl von drahtlosen Einheiten geteilt werden kann,
um Daten zu empfangen. Zur Verbesserung des Systemdurchsatzes bietet
das System der drahtlosen Einheit Zugang mit der besten gemeldeten
Rate zu dem geteilten Kanal. Zum Erleichtern der mit der schlitzweisen Berechnung
und Meldung der Rate verbundenen Probleme des Verarbeitungs- und Übertragungsaufwands
sind Ratenanpassungssysteme vorgeschlagen worden, die die Rate alle
5 bis 8 Schlitze melden und die Rate wird vom System symmetrisch
alle 5 bis 8 Schlitze angepaßt.
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In
WO-A-00/16513 ist ein Kommunikationssystem beschrieben, das mehrfache
Codierungs-/Kanalcodierungsanordnungen unterstützt. Ein Modenanzeiger kann
mit Nutzlastdaten übertragen
werden, um den Empfänger
der bestimmten gegenwärtig
benutzten Anordnung zu informieren. Auf ähnliche Weise kann eine Modenanforderung übertragen
werden, um den Empfänger über eine
bestimmte Anordnung zu informieren, die zur Übertragung von Informationen
auf der rückwärtigen Funkstrecke
zu benutzen ist. Die Änderungsgeschwindigkeit
der Modenanzeigen und Modenanforderungen kann drastisch verringert
werden, so daß sie
nicht beide in jedem Rahmen übertragen
werden müssen, um
dadurch den mit der Übertragung
von Modeninformationen verbundenen zusätzlichen Kapazitätsverbrauch
zu verringern. Nach einer beispielhaften Ausführungsform kann die Modenanzeige
und die Modenanforderung unabhängig
in abwechselnden Rahmen übertragen
werden.
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In
US-A-5825761 ist eine Funkkommunikationseinrichtung mit einer Übertragungsratenregelungsfunktion
beschrieben, die einen Empfangsteil zum Empfangen eines Signals
von der anderen Kommunikationsstation, einen Detektor zum Erkennen
eines elektrischen Empfangsfeldpegels des am Empfangsteil empfangenen
Signals, einen Bitfehlerratendetektor zum Erkennen einer Bitfehlerrate
des am Empfangsteil empfangenen Signals und einen eine Übertragungsrate
bestimmenden Teil zum Einstellen eines Übertragungsratenanfangswertes
entsprechend dem vom Detektor des elektrischen Feldpegels erkannten
elektrischen Empfangsfeldpegel und Bestimmen einer optimalen Übertragungsrate
durch Regeln des Anfangswertes entsprechend der vom Bitfehlerratendetektor
erkannten Bitfehlerrate umfaßt.
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In
EP-A-0651531 ist ein Kommunikationsverfahren beschrieben, bei dem
eine Rate von Informationsübertragung
mit einem gegebenen, an einem Sender-/Empfängerknoten übertragenen oder empfangenen
Signal dynamisch als eine Funktion der relativen Güte der Übertragungsumgebung
verändert wird.
Bei dem Verfahren wird ein reaktionsfähiger Pufferungsvorgang an
jedem Kommunikationsknoten eingesetzt, durch den diese Rate etwas
unabhängig
von der Rate, mit der Informationen zu und von dem Sender-/Empfängerknoten übertragen
werden, verändert
werden kann.
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Es
verbleibt jedoch ein Erfordernis nach einem Verfahren und System
zur Verwendung mit einem geteilten Abwärts-Kommunikationskanal.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Ein
Verfahren und ein System gemäß der Erfindung
entsprechen den unabhängigen
Ansprüchen. Bevorzugte
Ausbildungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Ratenrückkopplungs- und Anpassungsschema oder -system, wo
die Rate der Ratenrückkopplung
unsymmetrisch zu der Rate der Datenratenanpassung ist. Insbesondere
bietet das Ratenanpassungssystem eine langsamere Rate von Ratenrückkopplung
als die Rate der Ratenanpassung. Dadurch, daß der Basisstation ermöglicht wird,
die Datenrate häufiger
zu ändern
als die einzelnen drahtlosen Einheiten die Rateninformationen melden,
kann das Ratenanpassungssystem verbesserte Flexibilität und wirkungsvollere
Benutzung der drahtlosen Ressourcen bereitstellen und dabei den
zum Melden der Rateninformationen erforderlichen Verarbeitungs-
und Übertragungsaufwand verringern.
Beispielsweise kann eine drahtlose Einheit alle 3 Schlitze eine
Rate berechnen und melden, die die drahtlose Einheit auf einem geteilten
Kanal zum Senden von Daten benutzen kann. Die Basisstation empfängt die
Raten von der drahtlosen Einheit, die Daten über den geteilten Kanal zu
senden wünscht,
und wählt
eine drahtlose Einheit zur Benutzung des geteilten Kanals aus. Wenn
die Basisstation die Datenrate bei jedem Schlitz anpassen kann, kann
die Basisstation die Datenrate gemäß einer von einer anderen drahtlosen
Einheit gemeldeten Rate anpassen und dadurch die Systemleistung
verbessern. Aufgrund der kurzen Schlitzdauer (beispielsweise 0,67
Millisekunden) sollte die relativ verringerte Melderate die Systemleistung
nicht beeinträchtigen,
da es sehr unwahrscheinlich ist, daß die erreichbare Datenrate
sich unter den meisten Betriebsbedingungen über die Dauer eines Schlitzes ändert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können bei
Ansicht der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung und Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbar werden,
in den Zeichnungen zeigt:
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1 ein
allgemeines Zeichengabediagramm zwischen einer Basisstation und
drahtlosen Einheit, in dem Rate entsprechend dem Stand der Technik
gemeldet und eingestellt wird;
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2 ein
allgemeines Zeichengabediagramm zwischen einer Basisstation und
einer drahtlosen Einheit unter Verwendung einer Ausführungsform
des Ratenanpassungssystems gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung, und
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3 ein
allgemeines Zeichengabediagramm zwischen mehreren drahtlosen Einheiten
und einer Basisstation unter Verwendung einer Ausführungsform
des Ratenanpassungssystems gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Beispielhafte
Ausführungsformen
des Ratenanpassungssystems werden in bezug auf ein Ratenanpassungssystem
beschrieben, wo die Rate der Ratenrückkopplung zu der Rate der
Ratenanpassung asymmetrisch ist. Solch eine Asymmetrie kann ausgenutzt
werden, da: 1) Rahmengrenzen auf der Aufwärtsstrecke versetzt oder asynchron
sein können,
so daß Ratenänderungen
von den Benutzern zu unterschiedlichen Zeiten empfangen werden;
und 2) während
es besser ist, die Rückkopplungsrate
auf der Aufwärtsstrecke
niedrig zu halten (beispielsweise um die Aufwärtsstrecke nicht mit hoher
Ratenrückkopplung
zu belasten, deren sehr hohe Rate nur geringen Nutzen bringt), ist
es vorteilhaft, eine feinere Ratenkörnigkeit auf der Abwärtsstrecke
bereitzustellen und dadurch dem System zu ermöglichen, den geteilten Datenkanal
schnell als Reaktion auf eine Meldung einer besseren Rate von einer
anderen drahtlosen Einheit anzupassen, die zur Benutzung des geteilten
Datenkanals ausgewählt
wird.
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1 zeigt
ein Zeichengabediagramm zwischen einer Basisstation (BS) und einer
drahtlosen Einheit bzw. einem Zugangsendgerät (AT – access terminal) für ein Ratenanpassungssystem
im 3G-1x EVDO-System. Die Berechnung und Meldung der Rate für den fest
zugeordneten Datenkanal durch die drahtlose Einheit, beispielsweise
nach Messungen eines Pilotsignals von der Basisstation, wird einmal für jeden
Zeitschlitz 10a–q
mit Kommunikationen 12a–o durchgeführt. Der Abwärts-Datenkanal
ist in Zeitschlitze eingeteilt, von denen jeder eine Dauer von 1,67
Millisekunden aufweist. Aus der Sicht der drahtlosen Einheit sind
die Zeitschlitze als Zeit schlitze 10a–q bezeichnet und aus der Sicht
der Basisstation sind die Zeitschlitze als Zeitschlitze 14a–q bezeichnet.
Von der Basisstation wird die Rate für den Abwärts-Datenkanal einmal für jeden
Zeitschlitz angepaßt.
Bei der Ausführungsform
der 1 bemerkte die drahtlose Einheit eine Änderung
der Kanalgüte am
Schlitz 4 (10d), beispielsweise durch Durchführung von
Signalgütemessungen
an einem Abwärts-Pilotsignal
von der Basisstation. Die drahtlose Einheit berechnete eine neue
Rate R2 zur Verwendung von der Basisstation auf dem Abwärts-Datenkanal,
und die Einheit meldete die Rate R2 mit der Kommunikation 12d zur
Basisstation zurück.
Aufgrund der Verzögerungen
der Übertragung
und Ausbreitung der Kommunikation 12d empfing die Basisstation
die gemeldete Rate R2 im Schlitz 6 (14f). Da die
Basisstation die Rate mit jedem Schlitz aktualisiert, und zwar symmetrisch
mit der Ratenmelderate, ändert
die Basisstation die Rate auf R2 im Schlitz 7 (14g).
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Nachteilhafterweise
erfordert der für
die Ausführungsform
der 1 beschriebene Ansatz mit symmetrischer Rückkopplung
und Kontrollrate einen großen
Verarbeitungsaufwand zur Berechnung und Vorhersage der Rate mit
jedem Zeitschlitz 12a und auch einen großen Übertragungsaufwand
aufgrund der Ratenrückkopplung
in jedem Schlitz. Es ist erkannt worden, daß aufgrund der geringen Schlitzdauer
es sehr unwahrscheinlich ist, daß sich die Rate unter den meisten
Betriebsbedingungen über
die Zeit von wenigen Schlitzen ändern
wird, wodurch das Melden mit jedem Taktzyklus Systemressourcen mit geringem
Nutzen verschwendet. Wenn die Melderate zusammen mit dem Ratenanpassungsratengewinn auf
die in der Technik bekannte symmetrische Weise verringert wird,
verliert das System an Flexibilität und verliert einige mögliche Verbesserungen
bei der wirkungsvollen Benutzung von Ressourcen und/oder verbessertem
Durchsatz.
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Nach
den Grundsätzen
der vorliegenden Erfindung wird ein Ratenberechnungs- und -anpassungssystem
vorgeschlagen, wo die Ratenberechnung und/oder -meldung mit einer
Rate durchgeführt wird,
die zu der Anpassung der Rate asymmetrisch ist. Insbesondere ist
die Ratenberechnung und/oder -meldung langsamer als die Rate der
Anpassung der Rate des Datenkanals. 2 zeigt
ein Zeichengabediagramm für
eine Ausführungsform
des Ratenberechnungs- und -anpassungssystems, wo das Senden von
Ratenrückkopplung über mehr
als einen einzelnen Schlitz ausgebreitet ist, um den Ratenrückkopplungsund
Ratenberechnungs-(-verarbeitungs-)Aufwand zu verringern. In der 2 berechnet
und meldet die drahtlose Einheit bzw. das Zugangsendgerät (AT – access
terminal) Rateninformationen alle 3 Schlitze. Zur Berechnung der
Rateninformationen kann die drahtlose Einheit eine Signalgütemessung
an einem Abwärtssignal
wie beispielsweise dem Pilotkanal durchführen und andere Basisstationsinformationen
wie beispielsweise verfügbare Sendeleistung
an der Basisstation und verfügbare Kanalaufteilungscodes
an der Basisstation empfangen. Unter Verwendung der Signal- und/oder
Basisstationsinformationen kann die drahtlose Einheit Rateninformationen
berechnen, die die Form einer Konfiguration oder Menge von Codierung,
Modulation und/oder Antenne(n) annehmen kann, die für sich eine
bestimmte Datenrate bereitstellen.
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Dementsprechend
zeigt die 2 Ratenberechnungs- und -meldungszeitabstände 18a–f, wobei jeder
Ratenberechnungs- und -meldungszeitabstand 18a–f drei
Schlitze lang ist, wobei jeder Schlitz 0,667 ms lang ist. Am Ende
eines Ratenberechnungs- und/oder -meldungszeitabstandes 18a–f meldet
die drahtlose Einheit die Rateninformationen in einer Meldung 20a–e an die
Basisstation. Nachdem die Basisstation die Meldung 20a–e empfangen
hat, paßt das
Ratenberechnungs- und/oder
-meldungs- und -anpassungssystem die Rate oder Konfiguration für den Datenkanal
im nächsten
Schlitz 22a–q
an.
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3 zeigt,
wie ein Ratenrückkopplungs- (-berechnungs- und/oder
-meldungs-) und Ratenanpassungssystem mit mehreren drahtlosen Einheiten (U1,
U2 und U3) mit versetzten Ratenrückkopplungszeitabständen fungieren
kann. Insbesondere weist die Einheit U1 Rückkopplungszeitabstände 30a–f auf und
am Ende jedes Rückkopplungszeitabstands 30a–f sendet
die Einheit U1 Rateninformationen in einer Meldung 36a–f an die
Basisstation. Die Einheit U2 weist Rückkopplungszeitabstände 32a–f auf und am
Ende jedes Rückkopplungszeitabstandes 32a–f sendet
die Einheit U2 Rateninformationen in einer Meldung 38a–d. Die
Einheit U3 weist Rückkopplungszeitabstände 34a–f auf und
am Ende jedes Rückkopplungszeitabstandes 34a–f sendet
die Einheit U3 Rateninformationen in einer Meldung 40a–c. In der
Ausführungsform
der 3 kann die Basisstation Ratenrückkopplung in jedem Schlitz 42a–q von den
mehreren Einheiten U1–U3
empfangen, wenn die Benutzer nicht synchronisiert oder synchron
versetzt sind, um die Ratenrückkopplung
in verschiedenen Schlitzen aus den verschiedenen Einheiten U1–U3 zu erhalten.
Als Reaktion kann die Basisstation die Rate des Datenkanals in jedem
Schlitz 42a–q anpassen
oder ändern.
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So
kann das Ratenrückkopplungs-
und -anpassungssystem durch schnellere Reaktion auf die Ratenrückkopplung
von einer Mehrzahl von nicht synchronisierten bzw. versetzten Einheiten
auf der Aufwärtsstrecke
verfügbare
Ressourcen wirkungsvoller nutzen und/oder den Durchsatz verbessern. Da
zusätzlich
die Rückkopplungsrate
langsamer als die Anpassungsrate ist, wird der Verarbeitungs- und Übertragungsaufwand
aufgrund von Ratenberechnung und Rückkopplung verringert.
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Zusätzlich zu
der (den) oben beschriebenen Ausführungs form(en) ist das Ratenrückkopplungs- und
-anpassungssystem zur Verwendung in einem UMTS-System beschrieben
worden, wo der Abwärts-Datenkanal
ein geteilter, zeitgemultiplexter Kanal ist, der aus mindestens
einem Kanalaufteilungscode besteht. Das Ratenrückkopplungs- und Anpassungssystem
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung kann bei verschiedenen zellularen Systemen
und Aufwärts-
und/oder Abwärtskonfigurationen
benutzt werden, die Komponenten weglassen und/oder hinzufügen und/oder
Variationen oder Teile des beschriebenen Systems benutzen. Beispielsweise
kann das Ratenrückkopplungs-
und -anpassungssystem in der Basisstation ganz oder teilweise als Reaktion
auf andere Informationen wie beispielsweise von der drahtlosen Einheit
gesendete Signalmessungen implementiert sein. Darüber hinaus
können die
zur Basisstation rückübermittelten
Rateninformationen eine Codefolge enthalten, die auf eine bestimmte
Konfiguration einschließlich
von Codierung, Modulation und/oder Antennen abgebildet werden kann,
damit die Basisstation den Datenkanal zur Kommunikation mit der
drahtlosen Einheit anpaßt. Als
Alternative könnten
die Rateninformationen eine Rate oder sonstige Informationen enthalten,
die von der Basisstation zur Berechnung einer Rate oder zutreffenden
Konfiguration zum Kommunizieren über den
Datenkanal benutzt werden können.
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Es
versteht sich, daß das
System und Teile desselben und der beschriebenen Architektur an
verschiedenen Orten wie beispielsweise der drahtlosen Einheit, der
Basisstation, einer Basisstationssteuerung und/oder Mobilvermittlungsstelle
unter Verwendung der Basisstation als Kanal implementiert sein können. Darüber hinaus
kann das Ratenrückkopplungs-
und -anpassungssystem in anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen,
softwaregesteuerten Verarbeitungsschaltungen, Firmware, programmierbaren
Logikvorrichtungen, Hardware, diskreten Komponenten oder Anordnungen
der obigen Komponenten nach dem Verständnis eines gewöhnlichen Fachmanns,
der im Nutzen der vorliegenden Offenbarung steht, implementiert
sein. Das Beschriebene ist nur für
die Anwendung der Grundsätze
der vorliegenden Erfindung beispielhaft. Der Fachmann wird leicht
erkennen, daß diese
und verschiedene andere Abänderungen,
Anordnungen und Verfahren an der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden
können,
ohne den hier dargestellten und beschriebenen beispielhaften Anwendungen
genau zu folgen, und ohne von der in den Ansprüchen definierten Erfindung
abzuweichen.