-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich speziell auf Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-Funknetzsysteme
sowie auf andere Übertragungssysteme,
die auf unterschiedlichen physischen Medien realisiert sind. Insbesondere
betrifft die Erfindung adaptive PHY-Modus-Systeme.
-
Bisheriger
Stand der Technik
-
In
Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen sind, unabhängig von dem verwendeten physischen
Medium, eine Master-Station und eine oder mehrere Terminal-Station(en),
auch „Terminals" genannt, definiert.
Obgleich hier eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Funknetzsystem zur Anwendung kommt,
gezeigt und beschrieben wird, ist es leicht einzusehen, dass die
vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, da von Fachleuten
auf diesem Gebiet der Technik weitere Ausführungsformen realisiert werden
können,
ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
-
Die Übertragungen
von der Master-Station an eine oder mehrere der Terminal-Stationen
erfolgen über
einen logischen Kanal, auch als „Abwärtskanal" bezeichnet, üblicherweise im Zeitmultiplex-Verfahren.
-
Die Übertragungen
von den Terminal-Stationen an die Master-Station erfolgen über einen anderen logischen
Kanal, auch „Aufwärtskanal" genannt. Der Aufwärtskanal
ist von dem Abwärtskanal
durch Zeitduplex oder Frequenzduplex getrennt, das heißt, dass
die Übertragungen
in der Aufwärtsrichtung
entweder auf Kanälen
mit einer anderen Frequenz oder auf dem Kanal mit derselben Frequenz,
jedoch in verschiedenen Zeitintervallen erfolgen.
-
Für andere
physische Medien können
alternative Duplex-Verfahren
angewendet werden.
-
Unter
dem Begriff „PHY-Modus" ist eine Kombination
aus Modulation und Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC, Forwarding Error Correction) zu verstehen. Jeder PHY-Modus
ist durch einen anderen Durchsatz und eine andere Robustheit gekennzeichnet.
-
Es
sind unterschiedliche Systeme bekannt, insbesondere:
- 1. herkömmliche
Systeme, in denen die Master-Station und die Terminal-Stationen
ausschließlich
unter Verwendung eines einzigen PHY-Modus senden können, selbst
wenn die Master-Station
nicht denselben PHY-Modus nutzt wie die Terminal-Stationen, und
- 2. neue Systemgenerationen, die adaptive PHY-Modi unterstützen.
-
Unter
dem Begriff „adaptive
PHY-Modi" ist zu verstehen,
dass die Sendestationen, Master-Station oder Terminal-Stationen,
für den
Empfang bzw. das Senden von Daten eine bestimmte Anzahl von PHY-Modi
in verschiedenen Zeitintervallen und auf demselben Frequenzkanal
nutzen können.
-
Die
Sendeleistung kann nicht für
alle Terminal-Stationen gleich sein, sondern ist abhängig von der
Entfernung zur Master-Station, von den Wetterbedingungen und von
den PHY-Modi. In
herkömmlichen
Systemen, die adaptive PHY-Modi nicht unterstützen, regelt eine automatische
Sendeleistungsregelung, auch als „ATPC" bezeichnet, die Sendeleistung der Terminal- Stationen. Nach dem
derzeitigen Stand der Technik, mit dem ATPC-Verfahren in herkömmlichen
Systemen, übermittelt
die Master-Station im Abwärtskanal
die Informationen, um die Sendeleistung jeder einzelnen Terminal-Station
zu regeln. Auf diese Weise wird der mittlere Signalpegel der von
den Terminal-Stationen gesendeten und von der vorstehend erwähnten Master-Station
empfangenen Signale nahe einem vorab definierten Pegel gehalten.
-
Ein
minimaler Empfangssignalpegel, auch als „Schwellenwert" bezeichnet, und
ein typischer Empfangssignalpegel, nahe dem die Master-Station die
Signale empfängt
und der oberhalb des Schwellenwertes liegt, auch als „Arbeitspunkt" bezeichnet, werden
definiert.
-
Wenn
der Arbeitspunkt-Signalpegel einmal festgelegt ist, wobei spezifische
Aspekte der Implementierung berücksichtigt
werden, weist die Master-Station automatisch die Terminal-Stationen
mithilfe von Signalisierungsnachrichten dahingehend an, dass die
Terminal-Stationen mit der korrekten Sendeleistung senden, um an
der Master-Station nahe dem Arbeitspunkt empfangen zu werden.
-
Die
vorstehend erwähnten
Arbeitspunkte und Schwellenwerte sind Bezugspunkte, die anhand von
spezifischen Aspekten der Implementierung und der Bemessung des
Systems berechnet wurden.
-
Die
Luftdämpfung
ist zeitvariant. Bei herkömmlichen
Systemen wird der Empfangssignalpegel nahe dem Arbeitspunkt gehalten.
Wenn die Terminal-Station nicht über
ausreichende Leistung verfügt,
um beispielsweise einer Signaldämpfung
durch Regen entgegen zu wirken, verschlechtert sich der Empfangssignalpegel
an der Master-Station.
-
In
nichtadaptiven PHY-Modus-Systemen senden und empfangen die Master-Station
und die Terminal-Stationen in einem PHY-Modus, der bereits bei der
Implementierung des Systems im Voraus bestimmt wird. Entsprechend
wird für
die Einstellung der Sendeleistung der Terminal-Stationen nur der PHY-Modus
berücksichtigt,
der von der sendenden Station für
die Übertragung
verwendet wird. Als Beispiel sei eine Terminal-Station betrachtet, die in einem PHY-Modus
16QAM ohne FEC sendet. In der Regel und unter normalen Betriebsbedingungen
wird das von dieser Terminal-Station gesendete Signal an der Master-Station
nahe dem Arbeitspunkt empfangen. In dieser Konstellation signalisiert
die Master-Station der Terminal-Station,
dass die Sendeleistung ausreichend ist. Es sei nun angenommen, dass die
Signaldämpfung
zunimmt, beispielsweise aufgrund von Regen. Das Signal wird in diesem
Fall an der Master-Station mit immer weiter abnehmender Stärke empfangen,
je mehr die Regendämpfung
zunimmt. In dieser Übergangsphase
sendet die Terminal-Station immer mit gleich bleibender Sendeleistung.
Sobald der Empfangssignalpegel an der Master-Station einen Schwellenwert unterhalb
des Arbeitspunktes erreicht, fordert die Master-Station die Terminal-Station
auf, die Sendeleistung zu erhöhen, um
der Dämpfung
entgegen zu wirken. Durch dieses Verfahren wird der Empfangssignalpegel
nahe dem Arbeitspunkt gehalten. In derselben Weise wird die verringerte
Dämpfung
ausgeglichen. Wenn der Empfangssignalpegel einen Schwellenwert oberhalb
des Arbeitspunktes übersteigt,
fordert die Master-Station die Terminal-Station auf, die Sendeleistung
zu reduzieren. Sobald der Empfangssignalpegel wieder auf den Arbeitspunkt
zurückfällt, weist
die Master-Station in entsprechenden Signalisierungsnachrichten
die Terminal-Station an, die Sendeleistung konstant zu halten.
-
Die
ATPC-Verfahren der herkömmlichen Systeme
sind ausreichend bekannt dafür,
dass sie den Stromverbrauch senken und die Zuverlässigkeit von
drahtlosen Übertragungsgeräten verbessern (siehe
beispielsweise die Patentanmeldungen
JP 9214269 und
JP 2000101456 im Namen der Fujitsu LTD). Die Beschränkungen,
die in der Projektierungsphase definiert werden müssen, sind
neben dem Arbeitspunkt die maximalen und minimalen Signalpegel,
die die Signalisierungsnachrichten für die Erhöhung bzw. Reduzierung der Sendeleistung
der Terminal-Stationen regeln. Die vorstehend bereits angesprochenen
Maximal- und Minimal-Schwellenwerte müssen sorgfältig gewählt werden:
nicht zu weit vom Arbeitspunkt entfernt, um einer Signaldämpfung schnell
genug entgegen wirken zu können,
aber auch nicht zu nahe an dem Arbeitspunkt, um unkontrollierbare
Zyklen zu vermeiden, die auf die Nachrichtenlaufzeit und die Reaktionszeit
zurückgehen.
-
In
einigen Systemen sind die Schwellenwerte nicht definiert und erfolgt
die Steuerung über
periodische Nachrichten, immer vorhanden, selbst bei nur geringer
Dämpfung.
In allen Fällen
regelt idealerweise der Algorithmus die Sendeleistung, damit der durchschnittliche
Empfangssignalpegel konstant und nahe dem Arbeitspunkt des verwendeten
PHY-Modus gehalten wird. Auch wenn hier ausdrücklich auf den durchschnittlichen
Empfangssignalpegel Bezug genommen wird, sind der maximale Empfangssignalpegel,
der Signal-Geräusch-Abstand
oder der Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand
hier sowie im Folgenden gleichwertig und können in jedem der folgenden
Fälle in
Kombination mit dem erwähnten Empfangssignalpegel
oder an dessen Stelle verwendet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird dieser
Hinweis nicht in jedem Fall wiederholt, doch ist es die Absicht
der Erfindung, Implementierungen abzudecken, in denen beliebige
dieser Parameter überwacht
werden, oder auch solche mit einer beliebigen Kombination dieser
Parameter.
-
In
adaptiven PHY-Modus-Systemen ist der PHY-Modus nicht standardmäßig definiert,
sondern können
die Master-Station und die Terminal-Stationen während des laufenden Systembetriebs
von einem PHY-Modus in einen anderen umschalten. Die Verwaltungs-
und Steuerungsnachrichten zwischen der Master-Station und den Terminal-Stationen werden
in dem vorab definierten robustesten PHY-Modus übertragen. Die Daten werden
mithilfe eines der PHY-Modi übertragen,
wobei die entsprechende Entscheidung jedes Mal durch die Master-Station
getroffen wird. In Abhängigkeit
von einigen Parametern, beispielsweise etwa Entfernung, Wetterbedingungen und
Interferenzen, kann die Master-Station die Terminal-Station anweisen,
in einen anderen PHY-Modus umzuschalten, der sowohl von der Master-Station
als auch von der Terminal-Station unterstützt wird.
-
Die
internationale Patentanmeldung WO 99/200016 beschreibt ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Gewährleistung
einer vorab definierten Übertragungsqualität in einem
drahtlosen Metro-Netzwerk
(MAN, Metropolitan Area Network), welches Router beinhaltet, die
mit Sende-/Empfangseinrichtungen (Transceivern) gekoppelt sind, um
die Router über
eine drahtlose Verbindung zusammenzuschalten. Beispielsweise wird
der Signalpegel des über
eine drahtlose Kommunikationsverbindung empfangenen Signals in regelmäßigen Abständen gemessen,
um den Signalpegel durch entsprechendes Anpassen der Sendeleistung
innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs zu halten. Bleibt der
Empfangssignalpegel jedoch unterhalb des vorgegebenen Wertebereichs,
obwohl die Sendeleistung bereits bis zum zulässigen Maximalwert erhöht worden
ist, und nähert
sich die Fehlerrate einer vorab definierten Grenze, wird ein oder
werden mehrere Verfahren selektiv angewendet, einzeln oder in Kombination,
um die Fehlerrate wieder zu verringern und gleichzeitig einen ausreichend
hohen Durchsatz im Netz zu gewährleisten.
Die adaptiven Verfahren beinhalten das Ändern der Datenrate, des Modulationspegels,
des Fehlerkorrekturcodes und der Frequenzspreizung. So kann etwa
die aktuelle Übertragung auf
einen robusteren, aber weniger effizienten PHY-Modus (4QAM, 50 Mbit/s)
oder auf einen weniger robusten, aber dafür effizienteren Modus (16QAM,
100 Mbit/s) umgeschaltet werden, je nach dem, ob der Empfangssignalpegel
(RSL, Received Signal Level) in Richtung der jeweiligen Umschalt-Schwellenwerte
abfällt
oder ansteigt. Ein Warn-RSL für
den aktuellen PHY-Modus
sowie zwei jeweilige obere und untere RSL-Schwellenwerte für die Umschaltung
in benachbarte PHY-Modi werden benötigt, um eine Hysterese beim
Hin- und Zurückschalten
zwischen diesen Modi einzuführen.
Die Hysterese verhindert, dass das Datenformat unnötig oft
gewechselt wird.
-
Die
US-amerikanische Patentanmeldung
US005991618A beschreibt ein drahtloses Kommunikationssystem,
bei dem eine Sendeleistungsmarge durch die Teilnehmereinheit ermittelt
und anschließend
verwendet wird, um einen neuen Dienst zu akzeptieren oder abzuweisen.
Die Sendeleistungsregelung ist für
die Dienste aktiviert, doch das PHY-Modus-Verfahren wird nicht in
Betracht gezogen.
-
In
der europäischen
Patentanmeldung mit der Nummer 1830201.8 im Namen von Siemens Information
und Communication Networks S.p.A. wird ein Verfahren offenbart,
nach dem die Sendeleistungsregelung in adaptiven PHY-Modus-Systemen eingesetzt
wird. Das Patent beschreibt einen Algorithmus, der die Sendeleistung
und den PHY-Modus gleichzeitig regelt: Dieser Algorithmus arbeitet
auf der Grundlage des Empfangssignalpegels zur Regelung sowohl der
Sendeleistung als auch von Änderungen
des PHY-Modus; diese Regelung ist mithilfe von Nachrichten realisiert,
die von der Master-Station an die Terminal-Station gesendet werden.
Wahlweise kann der Algorithmus davon profitieren, dass an der Master-Station
Informationen über
nicht genutzte noch zur Verfügung
stehende Sendeleistung im Terminal vorliegen. Der besagte Algorithmus
maximiert die Performance, da er immer die Verwendung des jeweils
effizientesten PHY-Modus erlaubt, der unter den auf dem Kanal gegebenen
Bedingungen möglich ist;
darüber
hinaus hält
er den Empfangssignalpegel innerhalb eines begrenzten Bereichs nahe
einem vorab definierten Punkt, dem so genannten „Arbeitspunkt". Die Übergänge zwischen
den PHY-Modi definieren eine Hysterese, indem verschiedene Schwellenwerte
für den Übergang
aus dem PHY-Modus A in den PHY-Modus B und umgekehrt festgelegt
werden.
-
Schutzbereich
und Zusammenfassung der Erfindung
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Algorithmus, wie er in der
Patentanmeldung
EP 1830201.8 beschrieben
ist, weiter zu verbessern. Insbesondere erlaubt es die vorliegende
Erfindung, wie in Anspruch 1 beschrieben, auch die erzeugte Interferenz
auf ein Minimum zu reduzieren, indem eine Übertragung mit einer Sendeleistung,
welche einem Empfangssignalpegel oberhalb des Arbeitspunktes entspricht,
vermieden wird.
-
Der
Grundgedanke ist, zwei verschiedene Kriterien heranzuziehen für die Entscheidung,
in einen robusteren und weniger effizienten PHY-Modus umzuschalten,
bzw. für
die Entscheidung zur Umschaltung in der umgekehrten Richtung. Dabei
bleibt immer noch eine Hysterese erhalten, jedoch basiert sie auf
zwei verschiedenen Parametern.
-
Die
vorliegende Erfindung macht es erforderlich, dass an der Master-Station
Informationen darüber
vorliegen, welche Sendeleistungsmarge an der Terminal-Station noch
zur Verfügung
steht, das heißt, um
wie viel die Terminal-Station ihre Sendeleistung zu einem gegebenen
Zeitpunkt erhöhen
kann. Diese Information kann durch eine spezielle Nachricht beschafft
werden, welche die Terminal-Station in bestimmten Abständen an
die Master-Station sendet.
-
Die
Umschaltung von einem effizienteren in einen robusteren PHY-Modus
basiert, wie in
EP 1830201.8 beschrieben,
auf dem Empfangssignalpegel (oder dem Signal-Geräusch-Abstand oder dem Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand),
welcher unter einen bestimmten Schwellenwert abfällt, trotz der Sendeleistungsregelungs-Nachrichten
mit der Anweisung, die Sendeleistung zu erhöhen (die Terminal-Station hat
die maximale Sendeleistung erreicht und kann der Dämpfung nicht
mehr entgegen wirken). Die Entscheidung über diese Umschaltung fällt an der
Master-Station und stützt
sich auf einen Parameter, die Empfangssignalstärke, der lokal gemessen werden
kann und daher unmittelbar zur Verfügung steht, wodurch eine schnelle
Reaktion ermöglicht
wird. Diese schnelle Reaktion, die auch gemäß
EP 1830201.8 bereitgestellt wird,
ist wesentlich für diese
Art von Umschaltung, da andernfalls das System bei einer schnell
zunehmenden Dämpfung
unter Umständen
den Schwellenwert erreicht.
-
Die
Umschaltung aus einem robusteren in einen effizienteren PHY-Modus
dagegen stützt
sich auf die noch zur Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge. In der Patentanmeldung
EP 1830201.8 kann der Empfangssignalpegel
unter Umständen über den Arbeitspunkt
hinaus ansteigen, bevor eine Umschaltung in einen effizienteren
PHY-Modus erfolgt. Mit der vorliegenden Erfindung hält die Sendeleistungsregelung
den Empfangssignalpegel so lange am Arbeitspunkt, bis eine ausreichende
Sendeleistungsmarge zur Verfügung
steht, um in den effizienteren PHY-Modus umschalten zu können (und
dabei gleichzeitig die Sendeleistung zu erhöhen).
-
Die
Hysterese ist anhand der beiden verschiedenen Parameter definiert:
des Empfangssignalpegels für
die eine Richtung der Umschaltung und der noch zur Verfügung stehenden
Sendeleistungsmarge in der umgekehrten Richtung.
-
Die
Umschaltung in den effizienteren PHY-Modus erfolgt möglicherweise
etwas langsamer, jedoch ist dies nicht von wesentlicher Bedeutung,
da hierdurch lediglich eine geringfügige Verzögerung bis zur Verfügbarkeit
einer höheren
Kapazität verursacht
wird. Der Vorteil ist stattdessen, dass keine Terminal-Station je
mit einer Leistung sendet, die höher
liegt als der Arbeitspunkt, wodurch die erzeugten Interferenzen
auf ein Minimum reduziert werden.
-
Ein
weiterer Vorteil dieses Algorithmus ist, dass er mit Messungen der
noch zur Verfügung
stehenden Sendeleistungsmarge arbeiten kann, die mit grober Genauigkeit
angegeben werden und von der Terminal-Station in relativ langen
Zeitabständen
an die Master-Station gesendet werden.
-
Ferner
lässt sich
der Algorithmus ohne weiteres auf Systeme anwenden, bei denen die
maximale Sendeleistung in verschiedenen PHY-Modi unterschiedlich
ist, eine recht häufige
Situation, da verschiedene Modulationen auch unterschiedliche Reduzierungswerte
der Sendeleistung haben.
-
Es
ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass der lokal an der Master-Station überwachte
Parameter der Signal-Geräusch- Abstand (C/N) oder
der Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand
(C/N + I) anstelle des Empfangssignalpegels (Pr) oder zusätzlich zu
diesem sein kann und dass Entscheidungen, Befehle zum Ändern der
Sendeleistung zu senden, gegebenenfalls auf jedem einzelnen dieser
drei Parameter C/N, C/N + I oder Pr oder auf einer Kombination daraus
beruhen können;
Entscheidungen, in einen anderen PHY-Modus umzuschalten, können auf derselben
oder auf einer anderen Auswahl der drei Parameter C/N, C/N + I oder
Pr oder auf derselben oder einer anderen Kombination davon basieren. Dieser
letzte Schritt ist als offensichtliche Erweiterung dessen zu betrachten,
was vorstehend beschrieben wurde, da C/N, C/N + I und Pr miteinander verknüpft werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
Erfindung ebenso wie weitere ihrer Aufgaben und Vorteile werden
verständlich
anhand der nachstehenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen,
wobei:
-
1 Diagramme
der Sendeleistung und des Empfangssignalpegels bei einer Abnahme
der Dämpfung
(Verbesserung der Wetterbedingungen) enthält;
-
2 Diagramme
der Sendeleistung und des Empfangssignalpegels bei einer Zunahme
der Dämpfung
(Verschlechterung der Wetterbedingungen) enthält.
-
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
gesamte Beschreibung stützt
sich auf ein spezifisches Beispiel, wobei alle Schwellenwerte und PHY-Modi
in verschiedenen Systemen unterschiedlich sein können. Hier seien drei (3) PHY-Modi
mit einem Abstand von jeweils 4 dB zwischen den einzelnen Modi und
ein Signalgüte-Schwellenwert
bei einer Bitfehlerrate (BER, Bit Error Rate) von 10–11 angenommen.
Die Auswahl dieser Werte verfolgt lediglich den Zweck, die Beschreibung
zu vereinfachen, ist jedoch keinesfalls als Einschränkung des
Schutzbereichs der Erfindung zu verstehen. Die Anzahl der PHY-Modi
und die Abstände
zwischen ihnen sind entweder vorab definiert oder abhängig von
der Implementierung der Master-Station; im letzteren Fall kann die
Master-Station unter Umständen
eine Tabelle der PHY-Modi und der entsprechenden Abstände oder
der Arbeitspunkte oder der Schwellenwerte oder beliebige gleichartige
Informationen senden. In einer bevorzugten Ausführungsform sendet die Master-Station
an die Terminal-Station eine Tabelle mit den Anpassungen der Sendeleistung,
die im Zusammenhang mit der Umschaltung in einen anderen PHY-Modus
jeweils vorzunehmen sind, wobei die Sendeleistungsanpassung in der
einen Richtung (aus einem robusteren in einen effizienteren PHY-Modus)
unabhängig
ist von der Sendeleistungsanpassung in der entgegengesetzten Richtung
(aus dem effizienteren in den robusteren PHY-Modus). In dem folgenden
Beispiel beträgt
die Sendeleistungsanpassung bei jeder Umschaltung von einem robusteren
in einen effizienteren PHY-Modus 4 dB, während die Sendeleistungsanpassung
bei der Umschaltung aus dem effizienteren in den robusteren Modus „0" beträgt.
-
Bezug
nehmend auf 1 seien Schlechtwetterbedingungen
angenommen; die Terminal-Station sendet mit maximaler Sendeleistung
im PHY-Modus 1, dem robustesten Modus, und die Master-Station empfängt mit
Nennsignalpegel am Arbeitspunkt A.
-
Wenn
die Dämpfung
weiter zunimmt, fällt
der Empfangssignalpegel schließlich
unter den Nennwert und unterschreitet unter Umständen auch den Signalgüte-Schwellenwert, das
heißt,
die Bitfehlerrate kann höher
sein als die geforderten 10–11.
-
Wenn
die Dämpfung
abnimmt, wird die Sendeleistung der Terminal-Station durch die automatische
Sendeleistungsregelung reduziert, wodurch der Empfangssignalpegel
am Arbeitspunkt A gehalten wird. Sobald die Sendeleistung weit genug
unter dem Maximalwert liegt, das heißt, wenn die noch zur Verfügung stehende
Sendeleistungsmarge groß genug ist,
um den reibungslosen Betrieb in dem effizienteren PHY-Modus 2 zu
gewährleisten,
erhält
die Master-Station von der Terminal-Station eine dementsprechende Benachrichtigung;
bei einer bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet diese Benachrichtigung die noch zur Verfügung stehende
Sendeleistungsmarge selbst, die in regelmäßigen Abständen übertragen und an der Master-Station mit einem
geforderten Wert verglichen wird; bei einer anderen Ausführungsform
meldet die Benachrichtigung, dass die Terminal-Station verfügbar ist
für eine
Umschaltung in den PHY-Modus 2; der Unterschied liegt lediglich
darin, wo der Vergleich zwischen der noch zur Verfügung stehenden
Sendeleistungsmarge und der geforderten noch zur Verfügung stehenden
Sendeleistungsmarge erfolgt, an der Terminal-Station oder an der Master-Station;
in beiden Fällen
ist der nächste Schritt,
dass die Terminal-Station angewiesen wird, den PHY-Modus 2 zu nutzen.
Die geforderte noch zur Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge ist der theoretische Schwellenwert
oder der Signal-Geräusch-Abstand
zwischen PHY-Modus 1 und PHY-Modus 2 zuzüglich eventueller zusätzlicher,
implementierungsbedingter Verluste oder Korrekturen für den PHY-Modus
2. Der korrekte Wert muss in der Einheit (Terminal-Station oder Master-Station)
zur Verfügung
stehen, die den Vergleich durchführt.
In dem vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass die zusätzlichen
Terme „0" sind.
-
Für die korrekte
Definition der noch zur Verfügung
stehenden Sendeleistungsmarge bei Übertragung im PHY-Modus 1 muss
die Möglichkeit,
dass die maximale Sendeleistung im PHY-Modus 2 aufgrund der unterschiedlichen
Reduzierung der Sendeleistung verschieden ist von der maximalen
Sendeleistung im PHY-Modus 1, berücksichtigt werden, und die
noch zur Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge kann von der maximalen Sendeleistung
im PHY-Modus 1 bzw. im PHY-Modus 2 abhängen; die geforderte noch zur
Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge muss entsprechend definiert werden, wobei
diese zusätzliche
Reduzierung der Sendeleistung in den implementierungsbedingten Verlusten oder
Korrekturen eingeschlossen wird oder nicht. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ist die geforderte noch zur Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge gleich der Sendeleistungsanpassung,
die die Terminal-Station nach der Umschaltung in einen anderen PHY-Modus
ausführen
muss; dementsprechend beinhaltet sie den Reduzierungswert der Sendeleistung
nicht; folgerichtig ist die noch zur Verfügung stehende Sendeleistungsmarge
im PHY-Modus 1 definiert als die Sendeleistung, die die Terminal-Station nach
der Umschaltung in den PHY-Modus 2 nutzen kann, und ist allgemein
die noch zur Verfügung
stehende Sendeleistungsmarge gleich der Sendeleistung, die der Terminal-Station
nach der Umschaltung in einen effizienteren PHY-Modus zur Verfügung stünde.
-
Der
Einfachheit halber wird in diesem Beispiel angenommen, dass die
maximale Sendeleistung für
alle PHY-Modi gleich ist, wobei dies eine offensichtliche Erweiterung
des allgemeinen Falles ist.
-
Gemäß diesem
Beispiel beginnt die Terminal-Station mit der Übertragung im PHY-Modus 2, wobei
sie die Sendeleistungsanpassung von 4 dB anwendet, sodass sie mit
maximaler Leistung sendet; die Master-Station empfängt am Arbeitspunkt
B, welcher der nominale Arbeitspunkt für den PHY-Modus 2 ist. Wenn sich die Wetterbedingungen
weiter verbessern, wird die Sendeleistung mittels ATPC-Befehlen
so lange reduziert, bis die noch zur Verfügung stehende Sendeleistungsmarge
4 dB beträgt;
an diesem Punkt wird der PHY-Modus umgeschaltet in den PHY-Modus
3 und wird die Sendeleistung wieder auf den Maximalwert gesetzt.
Bessern sich die Wetterbedingungen noch weiter, wird die Sendeleistung
reduziert, um den Empfangssignalpegel bei Arbeitspunkt C des PHY-Modus
3 zu halten.
-
2 stellt
die Umschaltung in der umgekehrten Richtung dar. Die Dämpfung nimmt
kontinuierlich zu, und die Sendeleistung wird erhöht, um den Empfangssignalpegel
bei Arbeitspunkt C zu halten. Wenn die maximale Sendeleistung erreicht
ist, nimmt der Empfangssignalpegel allmählich ab, bis er einen Umschaltpunkt
erreicht, an dem die Master-Station die Umschaltung in einen robusteren
PHY-Modus anordnet. Dieser Umschaltpunkt kann um exakt 4 dB unter
dem Arbeitspunkt liegen, sodass die Terminal-Station die Modulation
umschaltet und dieselbe Sendeleistung beibehält. Er kann aber auch höher liegen
(beispielsweise um 3 dB unter dem Arbeitspunkt), in welchem Fall
die Terminal-Station die Sendeleistung bei der Umschaltung herabsetzen
sollte (im Beispiel um 1 dB). In der bevorzugten Ausführungsform
sendet die Master-Station an die Terminal-Station eine Tabelle mit
Sendeleistungsanpassungs-Werten,
die zu verwenden sind, wenn in einen anderen PHY-Modus umgeschaltet
wird, und sorgt dafür,
dass der Umschaltpunkt auf einem geeigneten Niveau festgesetzt wird.
In jedem Fall soll nach der Umschaltung die Master-Station den PHY-Modus
2 am Arbeitspunkt B empfangen; die Terminal-Station wird angewiesen,
ihre Sendeleistung zu erhöhen, wenn
die Dämpfung
weiter zunimmt, und wenn die Terminal-Station nicht in der Lage
ist, die Sendeleistung weiter zu erhöhen, weil sie bereits mit der
maximalen Sendeleistung arbeitet, fällt der Empfangssignalpegel
unter den Arbeitspunkt B ab, bis eine Umschaltung in den PHY-Modus
1 erfolgt, die nach denselben Regeln verläuft wie die Umschaltung von PHY-Modus
3 auf PHY-Modus
2.
-
Im
PHY-Modus 1 bewirkt eine weitere Verschlechterung der Wetterbedingungen
eine Reduzierung des Empfangssignalpegels sowie schließlich eine
Betriebsunterbrechungsbedingung, wenn der Empfangssignalpegel zu
weit unter den für
den Betrieb akzeptablen Schwellenwert fällt.
-
Aus
dem Vergleich von 1 mit 2 wird klar,
dass eine Hysterese vorliegt, die man als „zweibeinig" bezeichnen kann,
da die Umschaltung in der einen Richtung von der noch zur Verfügung stehenden
nicht genutzten Sendeleistungsmarge abhängt, die bei einem festgelegten
Empfangssignalpegel (demjenigen des Arbeitspunktes) gemessen wird, während die
Umschaltung in der entgegengesetzten Richtung von dem Empfangssignalpegel
bei einer festgelegten Sendeleistung (der maximalen an der Terminal-Station
noch zur Verfügung
stehenden Sendeleistungsmarge) abhängig ist. Der Algorithmus macht
es erforderlich, dass die Master-Station lokal den (durchschnittlichen
oder Spitzen-) Empfangssignalpegel oder in gleicher Weise den Signal-Geräusch-Abstand-
oder den Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand-Wert misst
und dass an der Master-Station Informationen über die an der betreffenden
Terminal-Station noch zur Verfügung stehende
nicht genutzte Sendeleistungsmarge vorhanden sind. Diese Informationen
werden durch entsprechende Nachrichten von den Terminal-Stationen an
die Master-Station sichergestellt oder können unter Umständen dadurch
garantiert werden, dass an der Master-Station die ATPC-Nachrichten,
die an die betreffende Terminal-Station gesendet wurden, protokolliert
werden.
-
Der
Algorithmus ist optimal in dem Sinne, dass er: stets garantiert,
dass der effizienteste PHY-Modus verwendet wird, der unter den auf
dem Kanal gegebenen Bedingungen möglich ist, sofern die Messungen
genau sind und zeitnah zur Verfügung
stehen; stets garantiert, dass die Sendeleistung nicht die Leistung übersteigt,
die für
einen Empfang am Arbeitspunkt erforderlich ist; unter Dämpfungsbedingungen
stets eine schnelle Umschaltung in robustere PHY-Modi garantiert,
da diese Umschaltungen auf einer lokal an der Master-Station durchgeführten Messung
(Empfangssignalpegel oder Signal-Geräusch-Abstand
oder Signal-Geräusch-plus-Störungs-Abstand)
basieren; die Möglichkeit
bietet, das Signalisierungsaufkommen für die Information der Master-Station über die
noch zur Verfügung
stehende nicht genutzte Sendeleistungsmarge gering zu halten (oder
noch geringer oder sogar gleich Null, wenn die Master-Station Protokoll über die
gesendeten ATPC-Befehle führt);
mit minimalen Auswirkungen arbeitet, selbst wenn die Messungen der
noch zur Verfügung
stehenden nicht genutzten Sendeleistungsmarge nicht präzise sind
(beispielsweise wenn die Terminal-Station diese Messungen in 2-dB-Schritten
bereitstellt); perfekt arbeitet, wenn die maximale Sendeleistung
in den verschiedenen PHY-Modi unterschiedlich ist.
-
Aus
all den vorgenannten Gründen
ist der Algorithmus gemäß der vorliegenden
Erfindung besser als jeder andere bekannte Algorithmus.
-
Verschiedene
Implementierungen sind möglich,
und weniger optimale Versionen sind für Fachleute auf diesem Gebiet
der Technik realisierbar, ohne den Schutzbereich gemäß den folgenden
Patentansprüchen
zu verlassen.