DE60125603T2

DE60125603T2 - Verfahren und Gerät zur Übertragung des Datenverkehrs über einen drahtlosen Kommunikationskanal

Info

Publication number: DE60125603T2
Application number: DE60125603T
Authority: DE
Inventors: Jack M. Holtzman; Sandip Sarkar; Ahmed Saifuddin
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2021-11-17
Also published as: KR100906584B1; ATE381821T1; DE60119981D1; IL155779A0; BR0115761A; NO20032429L; EP1478115A1; EP1463225B1; KR20030055331A; EP1686717B1; MXPA03004726A; JP2004527144A; HK1084798A1; RU2003119148A; EP1463225A1; US20020089947A1; US20050190718A1; KR100845455B1; CA2430487A1; CN101309124B

Description

HINTERGRUND
I. Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Sprach- und Datenkommunikationssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung neue und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Übertragen von Datenverkehr auf einem Kommunikationskanal.
II. Hintergrund
Das Gebiet von drahtlosen Kommunikationen hat viele Anwendungen einschließlich zum Beispiel drahtlosen Telefonen, Paging, drahtlosen Lokal Loops, persönlichen digitalen Assistenten (PDAs = personal digital assistants), Internettelefonie, und Satellitenkommunikationssystemen. Eine besonders wichtige Anwendung sind zellulare Telefonsysteme für mobile Teilnehmer. (wie hierin verwendet umfasst der Ausdruck „zellulare" Systeme sowohl zellulare wie auch persönliche Kommunikationssystem (PCS = Personal Communication System) – Frequenzen.) Verschiedene over-the-air Interfaces wurden für solche zellularen Telefonsysteme entwickelt, einschließlich zum Beispiel Frequenzmultiplexvielfachzugrift (FDMA = frequency division multiple access), Zeitmultiplexvielfachzugriff (TDMA = time division multiple access), und Codemultiplexvielfachzugriff (CDMA = code division multiple access). In Verbindung damit wurden verschiedene heimische und internationale Standards entwickelt einschließlich zum Beispiel advanced mobile phone service (AMPS), global system for mobile (GSM) und der Übergangsstandard 95 (IS-95). Insbesondere werden IS-95 und seine Derivate, IS-95A, IS-95B, ANSI J-STD-008 (oft kollektiv hierin bezeichnet als IS-95) und vorgeschlagene Systeme mit hohen Datenraten für Daten etc. durch die Telecommunication Industry Association (TIA) oder andere gut bekannte Standardisierungsorgane verbreitet.
Zellulare Telefonsysteme, welche gemäß der Verwendung des IS-95 Standards konfiguriert sind, verwenden CDMA Signalverarbeitungstechniken um hoch effizienten und robusten zellularen Telefondienst vorzusehen. Exemplarische zellulare Telefonsysteme, welche im Wesentlichen gemäß der Verwendung des IS-95 Standards konfiguriert sind, sind in U.S. Patenten Nummer 5,103,459 und 4,901,307, welche den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, beschrieben. In CDMA Systemen ist overthe-air Leistungskontrolle ein essentieller Aspekt. Ein exemplarisches Verfahren der Leistungskontrolle in einem CDMA System ist in U.S. Patent Nummer 5,056,109 beschrieben, welches den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
Ein primärer Vorteil der Verwendung eines CDMA over-the-air Interfaces ist, dass Kommunikationen über das gleiche Hochfrequenz (RF = radio frequency) Band durchgeführt werden. Zum Beispiel kann jede entfernte Teilnehmereinheit (zum Beispiel ein zellulares Telefon, persönlicher digitaler Assistent (PDA), Laptop, welcher mit einem zellularen Telefon verbunden ist, Auto-Freisprecheinheit, etc.) in einem gegebenen zellularen Telefonsystem mit der gleichen Basisstation durch Sendung eines Rückverbindungssignals über die gleichen 1,25 MHz des RF Spektrums kommunizieren. Ähnlich kann jede Basisstation in einem solchen System mit entfernten Einheiten durch Übertragung eines Vorwärtsverbindungssignals über andere 1,25 MHz des RF Spektrums kommunizieren. Die Übertragung von Signalen über das gleiche RF Spektrum sieht verschiedene Vorteile einschließlich zum Beispiel einer Erhöhung in der erneuten Frequenzverwendung eines zellularen Telefonsystems und der Fähigkeit zum Durchführen von weichen Übergaben zwischen zwei oder mehr Basisstationen vor. Erhöhte erneute Frequenzbenutzung erlaubt, dass eine größere Anzahl von Anrufen über einen gegebenen Betrag des Spektrums durchgeführt wird. Weiche Übergabe bzw. Soft Hand-Off ist ein robustes Verfahren für den Übergang einer entfernten Station von dem Abdeckgebiet von zwei oder mehr Basisstationen, welches gleichzeitiges Bilden einer Schnittstelle mit zwei Basisstationen beinhaltet. Im Gegensatz dazu beinhaltet harte Übergabe bzw. Hard-Handoff das Beenden des Inter faces mit einer ersten Basisstation bevor das Interface mit einer zweiten Basisstation aufgebaut wird. Ein exemplarisches Verfahren des Durchführens von weicher Übergabe ist in U.S. Patent Nummer 5,267,261 beschrieben, welches dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist.
In konventionellen zellularen Telefonsystemen kommunizieren ein öffentlich vermitteltes Telefonnetzwerk (PSTN) (typischerweise eine Telefongesellschaft) und eine Mobilvermittlungsstelle (MSC = mobile switching center) mit einer oder mehreren Basisstationssteuerelementen (BSCs = base station controllers) über standardisierte E1 und/oder T1 Telefonleitungen (nachfolgend als E1/T1 Leitungen bezeichnet). Die BSCs kommunizieren mit Basisstations-Transceiver-Subsystemen (BTSs = base station transceiver subsystems) (auch entweder als Basisstationen oder Zellstandorten bezeichnet), und miteinander, über einen Backhaul, der E1/T1 Leitungen aufweist. Die BTSs kommunizieren mit entfernten Einheiten über RF bzw. HF Signale, welche über die Luft gesendet werden.
Um erhöhte Kapazität vorzusehen forderte die International Telecommunication Union kürzlich die Einreichung von vorgeschlagenen Verfahren zum Vorsehen von hoher Datenrate und qualitativ hochwertigen Sprachdiensten über drahtlose Kommunikationskanäle an. Die Einreichungen beschreiben so genannte „dritte Generation" oder „3G" Systeme. Ein exemplarischer Vorschlag, die cdma2000 ITU-R Funkübertragungstechnologie (RTT = radio transmission technology) Kandidateneinreichung (bezeichnet hierin als cdma2000) wurde durch die TIA veröffentlicht. Der Standard für cdma2000 ist in Vorschlagsversionen von IS-2000 gegeben und wurde von der TIA angenommen. Der cdma2000 Vorschlag ist kompatibel mit IS-95 Systemen in mehreren Wegen. Ein anderer CDMA Standard ist der W-CDMA Standard, wie ausgeführt in drittes Partnerschaftsprojekt "3GPP", Dokumentennummer 3G TS 25.211, 3G TS 25.212, 3G TS 25.213, und 3G TS 25.214.
Gegeben den wachsenden Bedarf für drahtlose Datenanwendungen wurde der Bedarf für sehr effiziente drahtlose Datenkommunikationssysteme signifi kant erhöht. Die IS-95, cdma2000, und WCDMA Standards sind dazu in der Lage, sowohl Datenverkehr wie auch Sprachverkehr über die Vorwärts- und Rückverbindungen zu übertragen. Ein Verfahren des Übertragens von Datenverkehr in Codekanalrahmen von fester Größe ist detailliert in U.S. Patent Nummer 5,504,773, benannt „METHOD AND APPARATUS FOR THE FORMATTING OF DATA FOR TRANSMISSION", den Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet, beschrieben.
Ein signifikanter Unterschied zwischen Sprachverkehrsdiensten und Datenverkehrsdiensten ist die Tatsache, dass die ersteren strikte maximale Verzögerungsanforderungen haben. Typischerweise muss die gesamte Einwegverzögerung von Sprachdatenrahmen weniger als einhundert msec sein. Im Unterschied dazu kann der Verzögerung von Datenverkehrsrahmen erlaubt werden, in der Größenordnung zu variieren, um die Effizienz von Datenkommunikationssystemen zu optimieren. Insbesondere können effizientere Fehlerkorrekturcodiertechniken, welche signifikant größere Verzögerungen erfordern als solche, welche durch Sprachverkehrsdienste toleriert werden können, verwendet werden. Ein exemplarisches effizientes Codierschema für Daten ist in U.S. Patent Nummer 5,933,462, benannt „SOFT DECISION OUTPUTDECODER FOR DECODING CONVOLUTIONALLY ENCODED CODEWORDS", angemeldet am 6. November 1996, dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet, offenbart.
Ein anderer signifikanter Unterschied zwischen Sprachverkehr und Datenverkehr ist, dass Sprachverkehr einen festen und gemeinsamen Dienstgrad (GOS = grade of service) für alle Benutzer erfordert. Typischerweise wird dies für digitale Systeme, welche Sprachdatendienste vorsehen, in eine feste und gleiche Übertragungsrate für alle Benutzer und eine maximal tolerable Fehlerrate für die Sprachverkehrsrahmen übersetzt. Im Gegensatz dazu, wegen der Verfügbarkeit von Protokollen zur erneuten Übertragung für Datenverkehrsdienste, kann der GOS von Benutzer zu Benutzer verschieden sein und kann variiert werden, um die gesamte Effizienz des Datenkommunikationssystems zu erhöhen. Der GOS eines Datenkommunikationssystems ist typischerweise als die gesamte Verzögerung definiert, welche in der Übertragung einer vorbestimmten Menge von Daten auftritt.
Verschiedene Protokolle existieren zum Übertragen von paketiertem Verkehr über paketleitende Netzwerke, so dass Information bei ihrem beabsichtigten Ziel ankommt. Ein solches Protokoll ist „The Internet Protocol" RFC 791 (September 1981). Das Internetprotokoll (IP) teilt Nachrichten in Pakete auf, routet die Pakete von einem Sender zu einem Ziel, und fügt die Pakete in die Originalnachrichten bei dem Ziel wieder zusammen. Das IP Protokoll erfordert, dass jedes Datenpaket mit einem IP Header beginnt, welcher Quell- und Zieladressfelder enthält, welche eindeutig Host- und Zielcomputer identifizieren. Das Übertragungskontrollprotokoll (TCP = transmission control protocol), verbreitet in RFC 793 (September 1981), ist verantwortlich für die zuverlässige Lieferung in richtiger Reihenfolge von Daten von einer Anwendung zu einer anderen. Das User Datagram Protocol (UDP) ist ein einfacheres Protokoll, welches nützlich ist, wenn die Zuverlässigkeitsmechanismen von TCP nicht notwendig sind. Für Sprachdatendienste über IP sind die Zuverlässigkeitsmechanismen von TCP nicht notwendig weil erneute Übertragung von Sprachpaketen ineffektiv ist aufgrund von Verzögerungseinschränkungen. Somit wird UDP normalerweise verwendet, um Sprachverkehr zu übertragen.
CDMA Systeme verwenden Pilotkanäle und mehrere Verkehrskanäle, um Sprach- und Datendienste an Teilnehmer zu liefern. Um die System-Performance auf der Rückwärtsverbindung zwischen entfernter Station und Basisstation zu optimieren sind die Pilotkanalenergien und Verkehrskanalenergien ausbalanciert. Keine Ausbalancierung der Kanalenergien tritt jedoch auf der Vorwärtsverbindung auf, da die Basisstation mit einem maximalen Leistungspegel sendet, der geeignet ist, alle entfernten Stationen zu versorgen, die sich innerhalb der designierten Reichweite der Basisstation befinden.
Aufgrund der Nachfrage des Sendens von Sprachverkehr und Datenverkehr auf einem einzelnen Trägerkanal gibt es derzeit einen Bedarf optimale Übertragungsstrategien für die Vorwärtsverbindung zu entwickeln.
EP-A-0 797 327 beschreibt adaptive Hybrid-ARQ-Codierungsschemata (ARQ = automatic repeat request bzw. automatische Wiederholungsanfrage) für Kanäle mit langsamem Schwund in Mobilfunksystemen. Die Codierung wird modifiziert basierend auf den Bestätigungen, die von den Empfängern zurückgegeben werden. Der Zustand des Kanals kann zum Beispiel implizit von dem Sender basierend auf der Häufigkeit von Bestätigungen (ACKs) oder Negativ-Bestätigungen (NACKs = negative acknowledgements), die bei den Empfängern ankommen, bestimmt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Neue und verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zum Senden von Datenverkehr auf einem einzelnen Kanal werden vorgestellt. Ein Kanal, wie im Folgenden hierin verwendet wird, bezieht sich auf zumindest einen Teil der Frequenzbandbreite, die einem Drahtlos-Kommunikationsdienst-Provider zugewiesen ist. In den unten beschriebenen Ausführungsbeispielen kann der Kanal beidem, Sprachverkehr und Datenverkehr, zugewiesen sein, oder der Kanal könnte nur für Datenverkehr dediziert bzw. bestimmt sein.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren wie es in Anspruch 1 dargestellt ist, vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher werden von der detaillierten Beschreibung, welche untenstehend gegeben wird, wenn sie zusammen mit den Zeichnungen genommen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen durchgängig korrespondierend identifizieren, und wobei folgendes gilt:
1 ist ein Diagramm eines exemplarischen Datenkommunikationssystems;
2 ist ein Graph, welcher periodische Übertragungen von Datenverkehrspaketen illustriert;
3 ist ein Graph, welcher Übertragungen von Datenverkehrspaketen während optimalen Übertragungsbedingungen illustriert;
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, wobei die Geschwindigkeit einer entfernten Station verwendet wird, als ein Kriterium für eine Sende-Timing-Entscheidung;
5 ist ein Graph, der das Senden bzw. Übertragen von Datenverkehrspaketen an mehrere entfernte Stationen mit normalisierten Mitteln darstellt;
6 ist ein Graph, der die Verbesserung in der Datendurchsatzrate der entfernten Stationen bei geringen Geschwindigkeiten darstellt;
7 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Ausführungsbeispiels, wobei die Übertragungszeiteinteilung periodisch ist für eine vorbestimmte Dauer und dann aperiodisch wird;
8 ist ein Diagramm, welches ein Beispiel des zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiels illustriert;
9 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, wobei eine erneute Übertragung nach einer festgelegten Verzögerung auftritt, und weitere erneute Übertragungen unter Verwendung von kanalsensitiven Timing-Schemata auftreten;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das dritte beispielhafte Ausführungsbeispiel darstellt;
11 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, wobei eine Vielzahl von erneuten Übertragungen gemäß einem kanalsensitiven Timing-Schema für eine vorbestimmte Dauer auftritt, und weitere erneute Übertragungen bzw. Sendungen periodisch auftreten;
12 ist ein Diagramm, das potentielle Sendeverzögerungen darstellt, wenn kanalsensitive Timing-Schemata verwendet werden; und
13 ist ein Flussdiagramm, welches ein exemplarisches Ausführungsbeispiel illustriert, wobei die Übertragung von Zeiteinteilungsprioritäten zwischen neuen Übertragungen und erneuten Übertragungen eingestellt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Wie illustriert in 1 weist ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 10 im Allgemeinen eine Vielzahl von mobilen Stationen (MS) oder entfernten Teilnehmereinheiten 12a bis 12d, eine Vielzahl von Basisstationen 14a bis 14c, ein Basisstationssteuerelement (BSC = base station controller) oder eine Paketsteuerungsfunktion 16, ein Mobilstationssteuerelement (MSC = mobile station controller) oder Switch 18, Paketdatendienstknoten (PDSN = packet data service node) oder Internetworking Function (IWF) 20, ein öffentlich vermitteltes Telefonnetzwerk (PSTN = public switched telephone network) 22 (typischerweise eine Telefongesellschaft), und ein Internetprotokoll (IP) Netzwerk 24 (typischerweise das Internet) auf. Aus Gründen der Einfachheit sind vier entfernte Stationen 12a bis 12d, drei Basisstation 14a bis 14c, ein BSC 16, ein MSC 18, und ein PDSN 20 gezeigt. Es soll vom Fachmann verstanden werden, dass es jede Anzahl von entfernten Stationen 12, Basisstationen 14, BSCs 16, MSCs 18, und PDSNs 20 geben kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 10 ein Paketdatendienstnetzwerk. Die entfernten Stationen 12a bis 12d können zellulare Telefone, zellulare Telefone, welche mit einem Laptopcomputer verbunden sind, auf welchem IP-basierte Webbrowseranwendungen laufen, zellulare Telefone mit assoziierten Auto-Freisprecheinrichtungen, oder PDAs, auf welchen IP basierte Webbrowseranwendungen laufen, sein. Die entfernten Stationen 12a bis 12d können vorteilhafter derart konfiguriert sein, dass sie eines oder mehrere drahtlose Paketdatenprotokolle, wie sie zum Beispiel in dem EIA/TIA/IS-707 Standard beschrieben sind, ausführen. In einem besonderen Ausführungsbeispiel erzeugen die entfernten Stationen 12a bis 12d IP Pakete, welche für das IP Netzwerk 24 bestimmt sind, und kapseln die IP Pakete in Rahmen unter Verwendung des Punkt-zu-Punkt Protokolls (PPP = point-to-point protocol) auf.
In einem Ausführungsbeispiel ist das IP Netzwerk 24 mit dem PDSN 20 verbunden, der PDSN 20 ist mit dem MSD 18 verbunden, das MSC ist mit dem DSC 16 und dem PSDN 22 verbunden und das BSC 16 ist mit den Basisstationen 14a bis 14c über Drahtleitungen verbunden, welche zur Übertragung von Sprache und/oder Datenpaketen gemäß einem von mehreren bekannten Protokollen einschließlich zum Beispiel E1-T1, asynchroner Übertragungsmodus (ATM = asynchronous transfer mode), IP, PPP, Frame Relay, HDSL, ADSL oder xDSL konfiguriert sind. In einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das BSC 16 direkt mit dem PDSN 20 verbunden, und das MSC 18 ist nicht mit dem PDSN 20 verbunden. In einem Ausführungsbeispiel kommunizieren die entfernten Stationen 12a bis 12d mit den Basisstationen 14a bis 14c über ein HF Interface, welches in dem Third Generation Partnership Proiect 2 "3GPP2", „Physical Layer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems" 3GPP2 Dokumentnummer C.P0002-A, TIA PN-4694, soll als TIA/EIA/IS-2000-2-A, (Entwurf, editierte Version 30) (19. November 1999) veröffentlicht werden, definiert ist. Während eines typischen Betriebs des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 10 empfangen die Basisstationen 14a bis 14c Sätze von Rückverbindungssignalen von verschiedenen entfernten Stationen 12a bis 12d, welche in Telefonanrufen, Webbrowsing, oder Datenkommunikationen involviert sind, und demodulieren diese. Jedes Rückverbindungssignal, welches durch eine gegebene Basisstation 14a bis 14c emp fangen wurde, wird innerhalb der Basisstation 14a bis 14c verarbeitet. Jede Basisstation 14a bis 14c kann mit einer Vielzahl von entfernten Stationen 12a bis 12d durch Modulierung und Übertragung von Sätzen von Vorwärtsverbindungssignalen zu den entfernten Stationen 12a bis 12d kommunizieren. Zum Beispiel kommuniziert die Basisstation 14a mit ersten und zweiten entfernten Stationen 12a, 12b gleichzeitig, und die Basisstation 14c kommuniziert mit dritten und vierten entfernten Stationen 12c, 12d gleichzeitig. Die resultierenden Pakete werden zu dem BSC 16 weitergeleitet, welches Anrufressourcenzuweisung und Mobilitätsmanagementfunktionalität einschließlich der Organisation von weichen Übergaben oder eines Anrufs für eine bestimmte entfernte Station 12a bis 12d von einer Basisstation 14a bis 14d zu einer anderen Basisstation 14a bis 14d vorsieht. Zum Beispiel kommuniziert eine entfernte Station 12c mit zwei Basisstationen 14b, 14c gleichzeitig. Evtl. wird, wenn die entfernte Station 12c sich weit genug von einer der Basisstationen 14c wegbewegt, zu der anderen Basisstation 14b übergeben.
Wenn die Übertragung ein konventioneller Telefonanruf ist wird das BSC 16 die empfangenen Daten zu dem MSC 18 routen, welches zusätzliche Routingdienste zum Bilden eines Interface mit dem PSDN 22 vorsieht. Wenn die Übertragung eine paketbasierte Übertragung wie ein Datenanruf ist, welcher für das IP Netzwerk 24 bestimmt ist, wird das MSC 18 die Datenpakete zu dem PSDN 20 routen, welcher die Pakete zu dem IP Netzwerk 24 senden wird. Alternativ wird das BSC 16 die Pakete direkt zu dem PSDN 20 routen, welcher die Pakete zu dem IP Netzwerk 24 sendet.
Rückkanäle sind Übertragungen von entfernten Stationen 12a bis 12d zu Basisstationen 14a bis 14c. Die Performance von Rückverbindungsübertragungen kann als ein Verhältnis zwischen den Energiepegeln des Pilotkanals und anderen Rückverkehrskanälen gemessen werden. Ein Pilotkanal begleitet die Verkehrskanäle um kohärente Demodulation der empfangenen Verkehrskanäle vorzusehen. In dem cdma2000 System können die Rückverkehrskanäle mehrere Kanäle aufweisen, einschließlich aber nicht eingeschränkt auf einen Zugriffskanal, einen erweiterten Zugriffskanal, einen rückwärtigen gemeinsamen Steuerungskanal, einen rückwärtigen dedizierten Steuerungskanal, einen rückwärtigen Fundamentalkanal, einen rückwärtigen zusätzlichen Kanal, und einen rückwärtigen zusätzlichen Codekanal, wie durch Funkkonfigurationen von jedem individuellen Teilnehmernetzwerk unter Verwendung von cdma2000 spezifiziert.
Obwohl die Signale, welche durch unterschiedliche entfernte Stationen innerhalb des Bereichs einer Basisstation nicht orthogonal zueinander sind, sind die verschiedenen Kanäle, welche durch eine gegebene entfernte Station übertragen werden, gegenseitig orthogonal zueinander durch Verwendung von orthogonalen Walshcodes. Jeder Kanal wird zunächst gespreizt unter Verwendung eines Walshcodes, welcher für die Kanalisierung und für die Resistenz gegenüber Phasenfehlern in dem Empfänger sorgt.
Wie bereits erwähnt ist die Leistungssteuerung ein wichtiger Gesichtspunkt in CDMA Systemen. In einem typischen CDMA System fügt eine Basisstation Leistungssteuerungsbits in Übertragungen ein, welche zu jeder entfernten Station innerhalb des Bereichs der Basisstation übertragen werden. Unter Verwendung der Leistungssteuerungsbits kann eine entfernte Station vorteilhafterweise die Signalstärke ihrer Übertragungen so einstellen, dass Leistungsverbrauch und Interferenz mit anderen entfernten Stationen reduziert werden. In dieser Art und Weise ist die Leistung von jeder individuellen entfernten Station in dem Bereich einer Basisstation ungefähr die gleiche, was maximale Systemkapazität erlaubt. Die entfernten Stationen sind mit mindestens zwei Mitteln zum Ausgeben von Leistungseinstellung vorgesehen. Eines ist ein Open-Loop-Leistungssteuerungsprozess, welcher durch die entfernte Station durchgeführt wird, und ein anderes ist ein Closed-Loop-Korrigierprozess, welcher sowohl die entfernte Station wie auch die Basisstation mit einbezieht.
Jedoch kann in der Vorwärtsverbindung eine Basisstation einen maximalen Leistungspegel zu allen entfernten Stationen innerhalb des Bereichs der Basisstation übertragen, weil der Gesichtspunkt der Interferenz zwischen ent fernten Stationen innerhalb der gleichen Zelle nicht auftritt. Diese Möglichkeit kann ausgenutzt werden, um ein System zu entwickeln, welches sowohl Sprachverkehr wie auch Datenverkehr tragen kann. Es soll erwähnt werden, dass der maximale Leistungsübertragungspegel nicht so hoch sein kann, dass er mit dem Betrieb von benachbarten Basisstationen interferiert.
In einem System unter Verwendung von Sprachverkehr mit Codierung und Decodierung mit variabler Rate wird eine Basisstation Nichtsprachverkehr mit einem konstanten Leistungspegel übertragen. Die Verwendung von Codierung und Decodierung mit variabler Rate konvertiert Sprachcharakteristika in Datenrahmen, welche optimal mit variablen Raten codiert sind. In einem exemplarischen CDMA System sind diese Raten volle Rate, halbe Rate, viertel Rate, und achtel Rate. Diese codierten Sprachrahmen können dann mit verschiedenen Leistungspegeln übertragen werden, welche eine gewünschte Zielrahmenfehlerrate (FER = target frame error rate) erreicht, wenn das System korrekt entwickelt ist. Wenn zum Beispiel die Datenrate weniger ist als die maximale Datenratenkapazität des Systems, können Datenbits redundant in einen Rahmen gepackt werden. Wenn eine solche redundante Packung auftritt können Leistungsverbrauch und Interferenz mit anderen entfernten Stationen reduziert werden weil der Prozess der weichen Kombination bei dem Empfänger die Wiederherstellung von zerstörten Bits erlaubt. Die Verwendung von Codierung und Decodierung mit variabler Rate ist detailliert in U.S. Patennummer 5,414,796, benannt „VARIABLE RATE VOCODER", dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet, beschrieben. Weil die Übertragung von Sprachverkehrsrahmen nicht notwendigerweise die maximalen Leistungspegel ausnützt, mit welchen die Basisstation übertragen kann, kann paketierter Datenverkehr unter Verwendung der Restleistung übertragen werden.
Somit, wenn ein Sprachrahmen zu einem gegebenen Zeitpunkt x(t) bei XdB übertragen wird, aber die Basisstation hat eine maximale Übertragungskapazität von YdB, dann gibt es (Y – X) dB Restleistung, welche zum Übertragen von Datenverkehr verwendet werden kann.
Der Prozess des Übertragens von Datenverkehr mit Sprachverkehr kann problematisch sein. Weil die Sprachverkehrsrahmen mit verschiedenen Übertragungsleistungspegeln übertragen werden ist die Menge (Y – X) dB nicht vorhersagbar. Ein Verfahren des Umgehens mit dieser Unsicherheit ist Datenverkehrsnutzlasten in wiederholte und redundante Unterpakete umzupacken. Durch diesen Prozess des weichen Kombinierens, wodurch ein zerstörtes Unterpaket mit einem anderen zerstörten Unterpaket kombiniert wird, kann die Übertragung von wiederholenden und redundanten Unterpaketen optimale Datenübertragungsraten erzeugen. Nur zu illustrativen Zwecken wird die Nomenklatur des cdma2000 Systems hierin verwendet. Diese Verwendung beabsichtigt nicht, die Implementierung der Erfindung auf cdma2000 Systeme einzuschränken. In einem cdma2000 System ist Datenverkehr in Pakete aufgeteilt, welche aus Unterpaketen zusammengesetzt sind, welche Schlitze besetzen.
Wenn zum Beispiel eine entfernte Station die Übertragung von Daten mit 76,8 kbps anfordert, aber die Basisstation weiß, dass die Übertragungsrate nicht möglich ist zu der angeforderten Zeit, aufgrund der Platzierung der entfernten Station und dem Betrag von Restleistung, welcher verfügbar ist, kann die Basisstation die Daten in mehrere Unterpakete packen, welche mit dem geringeren verfügbaren Restleistungspegel übertragen werden. Die entfernte Station wird die Datenunterpakete mit zerstörten Bits empfangen, aber kann die nicht zerstörten Bits der Unterpakete weich kombinieren, um die Datennutzlast innerhalb einer akzeptablen FER zu empfangen.
Diese Methode ist problematisch, weil die entfernte Station dazu in der Lage sein muss, die zusätzlichen Unterpakete zu detektieren und zu decodieren. Weil die zusätzlichen Unterpakete redundante Datennutzlastbits tragen, wird die Übertragung von diesen zusätzlichen Unterpaketen alternativ als „erneute Übertragung" bezeichnet.
Ein Verfahren, das es einer entfernten Station erlaubt, die erneuten Übertragungen zu detektieren, ist das Senden solche erneute Übertragungen in periodischen Intervallen. In diesem Verfahren wird ein Vorspann zu dem ersten übertragenen Unterpaket angefügt, wobei der Preambel bzw. die Präambel Information trägt, welche identifiziert, welche entfernte Station die Zieldestination der Datennutzlast ist, die Übertragungsrate des Unterpakets, und die Anzahl von Unterpaketen, welche verwendet werden, um die volle Menge von Datennutzlast zu tragen. Der Zeitpunkt der Ankunft von Unterpaketen, das heißt die periodischen Intervalle, zu welchen erneute Übertragungen eingeteilt sind, dass sie ankommen, ist normalerweise ein vordefinierter Systemparameter, wenn aber ein System keinen solchen Systemparameter hat, kann die Einteilungsinformation auch in der Preambel enthalten sein. Andere Information, wie die RLP Sequenznummern des Datenpakets, können auch enthalten sein. Weil die entfernte Station darüber informiert ist, dass zukünftige Übertragungen zu spezifischen Zeiten ankommen werden, müssen solche zukünftigen Übertragungen keine Preambelbits aufweisen.
Rayleigh Schwund, auch bekannt als Multipfadinterferenz, tritt auf, wenn mehrere Kopien des gleichen Signals bei dem Empfänger in einer destruktiven Art und Weise ankommen. Wesentliche Multipfadinterferenz kann auftreten, um flachen Schwund der gesamten Frequenzbandbreite zu erzeugen. Wenn eine entfernte Station sich in einer schnell verändernden Umgebung bewegt kann tiefer Schwund zu Zeiten auftreten, wenn Unterpakete zur erneuten Übertragung eingeteilt sind. Wenn ein solcher Umstand auftritt benötigt die Basisstation zusätzliche Übertragungsleistung, um das Unterpaket zu übertragen. Dies kann problematisch sein, wenn der Restleistungspegel nicht dazu ausreicht, um die Unterpakete erneut zu übertragen.
2 illustriert einen Graphen von Signalstärke bezüglich der Zeit, wobei periodische Übertragungen zu Zeiten t₁, t₂, t₃, t₄ und t₅ auftreten. Zur Zeit t₂ zeigt der Kanal Schwund, deshalb muss der Übertragungsleistungspegel erhöht werden, um eine kleine FER zu erreichen.
Ein anderes Verfahren, welches einer entfernten Station erlauben wird, die erneuten Übertragungen zu detektieren, ist, eine Präambel an jedes übertragene Unterpaket anzuhängen, und dann die Unterpakete während optimalen Kanalbedingungen zu senden. Optimale Kanalbedingungen können an der Basisstation bestimmt werden durch Information, welche durch eine entfernte Station übertragen wird. Optimale Kanalbedingungen können bestimmt werden durch Kanalzustandsinformation, welche durch Datenanforderungsnachrichten (DRC = data request messages) oder durch Leistungsstärkemessnachrichten (PSMM = power strength measurement messages), welche durch eine entfernte Station zu der Basisstation während des Ausführens der Operation übertragen werden, bestimmt werden. Kanalzustandsinformation kann auf eine Vielzahl von Wegen übertragen werden. Solche Verfahren sind in U.S. Patent Nummer 6,377,809, angemeldet am 16. September 1997, benannt „CHANNEL STRUCTURE FOR COMMUNICATION SYSTEMS", dem Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung zugeordnet, beschrieben. Ein Maß von optimaler Kanalbedingung ist der Betrag der Interferenz aufgrund von anderen entfernten Stationen. Ein anderes Maß von optimaler Kanalbedingung ist die Rayleigh Schwund Bedingung.
Das Verfahren der Übertragung nur während bevorzugten Kanalbedingungen ist ideal für Kanäle, welche keine vorbestimmten Zeitintervalle für Übertragungen haben. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel überträgt eine Basisstation nur die Spitzen einer Rayleigh Schwund Einhüllenden, wodurch Signalstärke gegen Zeit aufgetragen wird und die Signalstärkenspitzen werden identifiziert durch einen vorbestimmten Schwellenwert. Wenn ein solches Verfahren implementiert wird, dann ist ein leicht detektierbarer und decodierbarer Vorspann für erneute Übertragungen sehr wichtig.
3 illustriert eine Zeichnung von Signalstärke gegen Zeit. Wenn die Basisstation bestimmt, dass die Signalstärke zu einer entfernten Station gut ist zu Zeiten t₁, t₄ und t₅, aber nicht zu Zeiten t₂ und t₃, weil die Signalstärke nicht über dem Schwellenwert x ist, dann wird die Basisstation nur zu Zeiten t₁, t₄ und t₅ übertragen.
Weil die Dekodierung der erneuten Übertragungen abhängig ist von den daran angehängten Präambeln, kann es erforderlich sein, dass die Präambeln mit einem höheren Leistungspegel übertragen werden, als der Rest der Unterpakete, oder es kann erforderlich sein, dass sie derart strukturiert werden, dass sie leichter detektierbar und/oder decodierbar sind. Ein Verfahren zum Strukturieren von Präambeln ist beschrieben in der U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2002/0097780 A1, benannt „PREAMBLE GENERATION".
Jedoch sind Präambelbits Overheadbits, welche Übertragungsleistung verwenden, welche anderenfalls verwendet werden könnte, um Datenverkehr zu tragen. Man nehme zum Beispiel an, dass eine Präambel K Bits lang ist, die Datennutzlast ist in M Unterpakete aufgeteilt, und die gesamte Anzahl von Bits für alle Unterpakete ist N. Dann wird eine periodische Übertragung, welche nur den Vorspann benötigt, einen Zusatz von K/N Bits haben, und der Betrag der Energie zum Übertragen dieses Zusatzes ist 10 logo (K/N). Jedoch ist für aperiodische Übertragungen, welche einen Vorspann für jedes Unterpaket benötigen, der Zusatz MK/N, und der Betrag der Energie zum Übertragen dieses Zusatzes ist 10 logo (MK/N).
Die exemplarischen Ausführungsbeispiele, welche hierin beschrieben sind, nutzen die Vorteile der zwei obigen Verfahren aus, während sie die negativen Aspekte der Verfahren minimieren. Obwohl diese Ausführungsbeispiele in dem Kontext eines Kanals beschrieben sind, welcher sowohl Sprach- wie auch Datenverkehr trägt, können die Methoden, welche hierin detailliert ausgeführt sind, auch auf jeden anderen Datenverkehrskanal angewandt werden, in welchem erneute Übertragungen von zerstörten Datenpaketen auftreten.
4 ist ein Flussdiagramm eines ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels, wobei die Geschwindigkeitsschätzungen einer entfernten Station ver wendet werden, um das Timing der Vorwärtsverbindungssendung bzw. -übertragung von Datenverkehrspaketen zu bestimmen.
In einem Aspekt des ersten Ausführungsbeispiels kann ein Geschwindigkeitsschätzungsschema, wie in U.S. Patent Nr. 0,564,042 beschrieben, betitelt "VELOCITY ESTIMATION BASED GAIN TABLES", eingereicht am 3. März 2000, und dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung zugewiesen, verwendet werden, um die Geschwindigkeit der entfernten Station zu bestimmen. Eine allgemeine Beobachtung ist, dass in Fällen von Fast Fading bzw. Schnellschwundbedingungen, die empfangene Pilotleistung eine gegebene Leistungspegelschwelle schneller überschreiten wird. Die Umhüllende der Pegelüberschreitungsrate bzw. LCR (LCR = level crossing rate) ist als die Durchschnittszahl der positiven Überschreitungen über einen vorbestimmten Pegel R pro Sekunde definiert. In einer Implementierung des Ausführungsbeispiels wird eine Pegelüberschreitungsgeschwindigkeitsschätzungstechnik angewendet, und zwar entweder auf die In-Phasen-(I)-Komponente oder die Quadratur-(Q)-Komponente des Signals unter Verwendung einer Null-Durchgangsrate bzw. Zero Crossing Rate (ZCR).
Wenn λ_c die Trägerwellenlänge ist, dann gilt:
in denen
die Anzahl der Pegelkreuzungen bzw. Überschreitungen pro Sekunde ist
die Anzahl von Nulldurchgängen (die Anzahl der Male, bei denen das Signal durch Null schreitet), und e die Konstante ist, die die Basis für alle natürlichen Logarithmen (In) ist. Dann ist
die geschätzte Ge schwindigkeit unter Verwendung von Pegelüberschreitungen und
ist die geschätzte Geschwindigkeit von Nulldurchgängen.
In einem weiteren Verfahren zur Geschwindigkeitsschätzung kann die Geschwindigkeit der entfernten Stationen bestimmt werden durch Covarianz-Schätzung. Eine Schätzung der Auto-Covarianz wird zwischen gefadeten Abtastungen bzw. Samples r[i] durchgeführt. Die gefadeten bzw. mit Schwund versehenen Abtastungen r[i] können die Umhüllungsabtastungen, die quadrierten Umhüllungsabtastungen oder die Log-Umhüllungsabtastungen sein. Der Wert τ_t ist definiert als der Abtastungsabstand in Einheiten von Sekunden pro Abtastung. Der Wert μ_IT(0) ist definiert als die Energie des empfangenen Signals r[k] (μ_IT(k) sei die Covarianz). Für die quadrierte Umhüllende, kann die Geschwindigkeit der entfernten Station geschätzt werden gemäß der folgenden Gleichung:
wobei
k der Abtastungsindex, N die Größe eines bewegenden Fensters ist, und v - ein Durchschnittswert von V ist. Die Signalenergie μ_IT(0) kann geschätzt werden gemäß einer Anzahl von Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind.
In einem weiteren Verfahren zur Geschwindigkeitsschätzung kann die Geschwindigkeit der entfernten Station bestimmt werden durch Doppler-Frequenzschätzung, was proportional zur Geschwindigkeit der entfernten Station ist. Doppler-Schätzung kann außerdem ausgeführt werden unter Verwendung von Wissen über die gesendeten Leistungssteuerungsbits, und zwar entweder bei der Fernstation oder der Basisstation.
In einem weiteren Verfahren zur Geschwindigkeitsschätzung werden die Leistungssteuerungsbits vorteilhafterweise verwendet, um die Kanalbedingungen zu schätzen. Durch Beobachtung wird bestimmt, dass Leistungssteuerungsbits bei der entfernten Station mit einer 4%-Fehlerrate empfangen werden. Daher unterscheiden sich die Sendeleistungspegel bzw. Übertragungsleistungspegel der entfernten Stationen und die Sendeleistungspegel angezeigt durch die tatsächlichen Leistungssteuerungsbits nicht um einen wesentlichen Prozentsatz. Diese Information zeigt an, dass es vertretbar ist eine Sendeleistungspegelschätzung entweder unter Verwendung einer Anzahl von Leistungssteuerungsbits, empfangen bei der entfernten Station, oder unter Verwendung einer Anzahl von Leistungssteuerungsbits, gesendet durch die Basisstation, durchzuführen.
Ein Wissen über die kumulative Summe der Leistungssteuerungsbits kann durch die Basisstation oder die entfernte Station verwendet werden, um die Durchschnittsleistung der Sendungen bzw. der Übertragungen der entfernten Station zu bestimmen, was wiederum verwendet werden kann, um die Geschwindigkeit der entfernten Station zu bestimmen. Die Leistungspegel der empfangenen Signale werden verwendet um die Umhüllungspegelüberschreitungsrate (envelope level crossing rate = envelope LCR), Ausflugs- bzw. Ausschlagszeiten und Ausflugs- bzw. Ausschlagstiefen zu bestimmen. Diese Bestimmung wird durch direkte Beobachtungen der Anzahl von positiven Durchschreitungen pro Sekunde, ausgeführt durch die gesendeten Leistungssteuerungsbits, gemacht. Die Pegeldurchschreitungsrate und die Ausflugszeit (excursion time) können verwendet werden, um die Geschwindigkeitsinformation zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass das Profil der Umhüllungs-LCR ähnlich ist zu dem Sendeleistungsprofil der entfernten Station. In einem Ausführungsbeispiel kann das Leistungsprofil der entfernten Station, die aus 1-dB-Inkrementierungsschritten besteht, ausgetauscht werden durch das Profil der Umhüllungs-LCR, was geglättet werden kann durch Berechnen eines geometrischen Mittels von sukzessiven Leistungen der empfangenen Wellenformenergie pro PCG und ein Kurvenanpassen der Werte.
Andere Verfahren zum Bestimmen einer Geschwindigkeit der entfernten Station können gemäß dem Umfang des ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels beschrieben in 4 implementiert werden.
Bei Schritt 40 der 4 sendet eine Basisstation periodisch Unterpakete, die Datenverkehrsnutzlast an entfernte Stationen, die innerhalb der Reichweite der Basisstation operieren, übertragen. Es sei angemerkt, dass, da die Übertragungen periodisch sind, nur das erste Unterpaket einer Vielzahl von Unterpaketen, die eine spezifische Datennutzlast tragen, eine Präambel enthalten muss, wobei die Präambel eine Nachricht an eine entfernte Station vorsieht, dass erneute Übertragungen in einer vorbestimmten Zeitperiode ankommen werden.
Bei Schritt 41 bestimmt ein Verarbeitungselement in der Basisstation das zumindest eine entfernte Station stationär ist oder sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit bewegt. Eine niedrige Geschwindigkeit kann mit 20 Kilometern pro Stunde oder weniger bestimmt sein, es sei jedoch angemerkt, dass dieser Schwellenwert lediglich eine repräsentative Zahl ist, die gemäß individuellen Systemanforderungen variieren wird. Gemäß Verwendung in diesem Ausführungsbeispiel kann die Geschwindigkeit durch die entfernte Station bestimmt werden oder die Geschwindigkeit kann bestimmt werden durch die Basisstation. Wenn die Bestimmung der Geschwindigkeit durch die entfernte Station ausgeführt wird, dann wird eine Übertragung, die die Geschwindigkeitsinformation trägt, von der entfernten Station zu der Basisstation gesendet.
Bei Schritt 42 unterbricht die Basisstation periodische Übertragungen von Datenverkehrspaketen an die "langsame" entfernte Station und beginnt aperiodisch während optimaler Kanalbedingungen zu senden. Gemäß einem Aspekt des Ausführungsbeispiels wird ein optimaler Zustand des Signals durch Schwundbedingungen des Kanals bestimmt. In einem solchen Fall treten Übertragungen zu Zeiten auf, wenn die Rayleigh-Schwundbedingung über einer gesetzten Schwelle liegt. Die gesetzte Schwelle wird als ein nor malisiertes Mittel der Schwundcharakteristiken des Signals gesetzt. 5 zeigt einen Graph, der die Übertragung von Paketen, die Datenverkehrsnutzlast tragen bei Punkten t₁, t₄ und t₅ über einer gesetzten Schwelle von x dB darstellt. Jedes Unterpaket, das während dieses Schrittes gesendet wird, beinhaltet Präambelbits.
Geschwindigkeitsaktualisierungen werden ausgeführt, so dass das Timing der erneuten Übertragungen periodisch oder aperiodisch sein kann, und zwar gemäß der Geschwindigkeit der entfernten Station.
Es sei angemerkt, dass das beispielhafte Ausführungsbeispiel bei der Basisstation implementiert sein kann zu Beginn des Schrittes des Sendens auf eine kanalsensible bzw. -sensitive Art und Weise, wobei Übertragungen nur während optimaler oder günstiger Kanalbedingungen auftreten. Wenn die Geschwindigkeit der entfernten Station als moderat oder schnell bestimmt wird, beginnt die Basisstation Unterpakete periodisch zu senden.
Zu einem beliebigen Zeitpunkt während des oben dargelegten Prozesses, und zwar wenn eine ACK von einer entfernten Station empfangen wurde, dann hören die erneuten Übertragungen zu der entfernten Station auf, und die verbleibenden redundanten Unterpakete werden verworfen.
6 ist ein Graph, der die Verbesserung in dem Datendurchsatz für 10 entfernte Stationen, die sich mit einer geringen Geschwindigkeit fortbewegen, darstellt, und zwar gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blöcke 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a, 7a, 8a, 9a und 10a zeigen den durchschnittlichen Datendurchsatz von 15 kbps ohne die Implementierung des ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels. Die Blöcke 1b, 2b, 3b, 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 9b und 10b zeigen den durchschnittlichen Datendurchsatz von 35 kbps unter Verwendung des ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels an. Wie gezeigt ist, ist die Datendurchsatzrate verdoppelt für die entfernten Stationen bei der Verwendung des ersten beispielhaften Ausführungsbeispiels.
7 illustriert ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel zum Übertragen von Datenverkehr und Sprachverkehr zusammen auf einem einzigen Kanal. Alternativ kann dieses Ausführungsbeispiel verwendet werden, um Daten auf einem designierten Datenkanal zu übertragen. Unter Verwendung des hierin beschriebenen Ausführungsbeispiels kann eine Basisstation Datenverkehrsnutzlast zu mehreren entfernten Stationen unter Verwendung von Restleistungspegeln übertragen. Jedoch ist das Verfahren nur für illustrative Zwecke unter Verwendung von nur einer Basisstation und einer entfernten Station beschrieben. In dem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel sind die Unterpakete, welche die Datennutzlast tragen, in einen ersten Teil und einen zweiten Teil durch eine Einteilereinheit aufgeteilt. Der erste Teil der Unterpakete wird mit einer konstanten Verzögerung zwischen Übertragungen gesendet, und der zweite Teil der Unterpakete wird nur während bevorzugten Kanalbedingungen gesendet.
Bei Schritt 70 hat eine Einteilereinheit in einer Basisstation Datenverkehr zur Übertragung zu einer entfernten Station empfangen. Gemäß effizienten Datencodierschemata wie dasjenige, welches in U.S. Patent Nummer 5,933,462 beschrieben ist, wird die Datennutzlast redundant in eine Vielzahl von Unterpakete gepackt, welche sequentiell zu einer entfernten Station übertragen werden. Redundanz bezieht sich auf die im Wesentlichen gleiche Datennutzlast, welche durch jedes Datenpaket getragen wird. Es sei erwähnt, dass Leistungssteuerungsbits in die Unterpakete in Intervallen ohne Betrachtung des Inhalts der Unterpakete eingefügt werden, so dass die resultierenden eingefügten Unterpakete nicht identisch zueinander sein können.
Bei Schritt 71 steuert die Einteilereinheit die Übertragung eines ersten Teils der Unterpakete zu einer entfernten Station, wobei jedes der Unterpakete mit einer vorbestimmten Verzögerung zwischen jedem Unterpaket übertragen wird. Ein Beispiel einer vorbestimmten Verzögerung ist drei Schlitz Zyklen, wodurch jeder Schlitz 1,25 Millisekunden lang ist. Das erste Unterpaket enthält Präambelbits, welche an die Datenunterpakete angefügt sind, wodurch der entfernten Station mitgeteilt wird, dass K weitere Unterpakete zu den vorbestimmten Zeitintervallen ankommen werden.
Bei Schritt 72 wartet die Einteilereinheit auf ein ACK oder ein NACK von der entfernten Station. Bei Schritt 73 kommt ein ACK an und die Einteilereinheit verwirft die verbleibenden Unterpakete, welche redundante Datennutzlast tragen. Keine weitere Aktion ist nötig.
Wenn ein ACK nicht bei Schritt 72 angekommen ist, dann entscheidet die Einteilereinheit bei Schritt 74, ob irgendwelche weiteren Unterpakete, welche periodisch gesendet werden sollen, verbleiben. Wenn keines verbleibt, dann beginnt die Einteilereinheit mit der Übertragung des Kanal sensitiven Teils der Unterpakete bei Schritt 75. Weil die entfernte Einheit keinen Weg des Bestimmens hat, wenn ein Unterpaket, welches zu der entfernten Einheit adressiert ist, ankommen wird, muss eine Präambel an jedem Unterpaket angefügt sein, mit der Adressierinformation für die entfernte Station.
8 ist ein Diagramm eines beispielhaften Übertragungs- und erneuten Übertragungs-Musters der Zeit t₁ bis zur Zeit t₄. Datenverkehr Nutzlast ist in sechzehn Unterpakete gepackt, wobei jedes Unterpaket redundant mit der Datenverkehrsnutzlast oder einem Teil der Datenverkehrsnutzlast gepackt ist. Es soll erwähnt werden, dass die Anzahl von Unterpaketen nur für illustrative Zwecke ist, und gemäß Systemanforderungen variieren kann. Zur Zeit t₁ startet die Basisstation damit, acht Unterpakte auf der Vorwärtsverbindung zu übertragen, mit vorbestimmten Zeitdauern zwischen jedem Unterpaket. Zur Zeit t₂ wird ein NACK empfangen. Zur Zeit t₃ überträgt die Basisstation die verbleibenden acht Unterpakete gemäß optimalen Kanalbedingungen, so dass die Zeitverzögerungen zwischen erneuten Übertragungen variieren.
9 stellt ein drittes beispielhaftes Ausführungsbeispiel von Senden von Datenverkehr dar. In dem dritten beispielhaften Ausführungsbeispiel tritt nur eine erneute Übertragung nach einer vorbestimmten Verzögerung auf, und die verbleibenden redundanten Unterpakete werden sequenziell während vorteilhaften Kanalbedingungen gesendet. Im Schritt 90 empfängt ein Einteiler (scheduler) in einer Basisstation Datenverkehr für die Übertragung zu einer entfernten Station, der dann redundant in zwei Unterpakete gepackt wird. Bei Schritt 91 sendet der Einteiler ein erstes Unterpaket und wartet auf eine ACK. Wenn eine ACK nicht nach einer vorbestimmten Dauer empfangen wird, wird ein zweites Unterpaket bei Schritt 93 gesendet. Wenn eine ACK nicht bei Schritt 95 empfangen wird, die das genaue Decodieren der Datenverkehrsnutzlast, enthalten in den zwei Unterpaketen, bestätigt, beginnt der Einteiler mit dem Senden der verbleibenden Unterpakete auf eine kanalsensitive Art und Weise bei Schritt 94. Zu einem beliebigen Zeitpunkt während des erneuten Übertragungsprozesses wird der Einteiler die erneuten Übertragungen bei Empfang einer ACK beenden und die verbleibenden Unterpakete bei Schritt 96 verwerfen.
10 ist ein Diagramm der gesendeten Datenutzlast von Zeit t₁ bis Zeit t₄. Datenverkehrsnutzlast wird in 16 Unterpakete gepackt, wobei jedes Unterpaket redundant gepackt ist mit der Datenverkehrsnutzlast oder einem Teil der Datenverkehrsnutzlast. Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Unterpakten nur aus Darstellungszwecken gewählt wurde und gemäß der Systemanforderung variiert werden kann. Bei Zeit t₁ sendet die Basisstation ein Unterpaket. Bei Zeit t₂ wird kein ACK empfangen, so dass die Basisstation ein zweites Unterpaket sendet. Bei Zeit t₃ wurde kein ACK empfangen, so dass die Basisstation beginnt, die verbleibenden Unterpakete auf eine kanalsensitive Art und Weise zu senden, wobei die entfernten Station nicht die Ankunftszeit der verbleibenden Unterpakete kennt.
11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, wobei der Datenverkehr über beide, eine kanalsensitive Art und Weise und eine kanalunsensitive Art und Weise gesendet wird. In dem vierten Ausführungsbeispiel werden die Unterpakete, die die Datennutzlast tragen, in einen ersten Teil und einen zweiten Teil durch eine Einteilereinheit aufgeteilt. Der erste Teil der Unterpakete wird während vorteilhafter Kanalbedingungen gesendet und der zweite Teil wird gesendet mit einer konstanten Verzögerung zwischen Übertragungen.
Bei Schritt 110 hat eine Basisstation Datenverkehr für die Übertragung zu einer entfernten Station empfangen. Gemäß effizienter Datencodierungsschemata, wie dasjenige, das in U.S. Patent Nr. 5,933,462 beschrieben ist, wird die Datennutzlast redundant in eine Vielzahl von Unterpaketen gepackt, die sequenziell zu einer entfernten Station gesendet werden.
Bei Schritt 111 beginnt ein Einteiler in einer Basisstation damit, einen ersten Teil der Unterpakete an eine entfernte Station auf eine kanalsensitive Art und Weise zu senden. Da die entfernte Station keine Möglichkeit besitzt, zu bestimmen, wann ein Unterpaket, adressiert an die entfernte Station, ankommen wird, muss eine Präambel an jedes Unterpaket angefügt werden, mit der Adressierungsinformation für die entfernte Station.
Bei Schritt 112 wartet der Einteiler auf eine ACK oder eine NACK von der entfernten Station. Bei Schritt 113 kommt eine ACK an und der Einteiler verwirft die verbleibenden Unterpakete, die redundante Datennutzlast tragen. Keine weitere Handlung ist nötig.
Wenn eine ACK bei Schritt 112 nicht angekommen ist, dann entscheidet der Einteiler im Schritt 114, ob weitere Unterpakete verbleiben, die aperiodisch gesendet werden sollen. Wenn keine verbleiben, dann beginnt die Basisstation des periodischen, zweiten Teils der Unterpakete bei Schritt 115. Jedes der Unterpakete wird mit einer vorbestimmten Verzögerung zwischen jedem Unterpaket gesendet. Ein Beispiel für eine vorbestimmte Verzögerung sind drei Schlitzzyklen, wobei jeder Schlitz eine Länge von 1,25 ms hat. Das erste Unterpaket enthält Präambelbits, die an das Datenunterpaket angefügt werden, wobei die entfernte Station informiert wird, dass K weitere Unterpakete in den vorbestimmten Zeitintervallen ankommen werden.
In einem fünften beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Datenverkehrsnutzlast in größer abgemessenen Unterpaketen für Sendungszwecke aufgeteilt. Zum Beispiel werden anstatt dass 16 Unterpakete gesendet werden, 8 Unterpakete gebildet. Die kleinere Anzahl von Unterpaketen kann dann auf eine Art und Weise gesendet werden, wie es durch die anderen beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben ist.
12 zeigt ein Problem mit kanalsensitiven Neu-Übertragungsschemata. Bei einigen Umständen, bei denen tiefe Schwünde bzw. Deep Fades auftreten können, kann ein optimaler Zeitpunkt für die Übertragung nicht innerhalb einer zeitnahen Periode auftreten. Zum Beispiel verwendet bei Zeit t₁ die Basisstation Kanalzustandsinformation, um zu bestimmen, dass die Übertragungsbedingungen optimal sind. Wenn die entfernte Station in eine Region bzw. Bereich eintritt, in der ein tiefer Schwund auftritt, für eine längere Periode, könnte die nächste optimale Zeit für eine erneute Übertragung bei t₅ auftreten, d.h. nach einer unakzeptablen langen Verzögerung.
Das sechste exemplarische Ausführungsbeispiel zum Übertragen von Datenverkehr verwendet die Einteilereinheit der Basisstation, um Prioritäten zwischen erneuten Übertragungen zu einer aktuellen Station und neuen Übertragungen zu einer neuen Station einzustellen. 13 illustriert ein sechste exemplarische Ausführungsbeispiel. Bei Schritt 130 empfängt eine Basisstation eine Datenverkehrsnutzlast zur Übertragung zu einer ersten entfernten Station und packt die Datenverkehrsnutzlast um in redundante Unterpakete. Bei Schritt 131 überträgt die Basisstation mindestens ein Unterpaket zu der ersten entfernten Station zu einer Zeit, in welcher die erste Station ein starkes Signal empfangen wird. Bei Schritt 132 empfängt die Basisstation Datenverkehrsnutzlast zur Übertragung zu einer zweiten entfernten Station wenn eine Bestätigung nicht bei Schritt 134 angekommen ist, und packt die Datenverkehrsnutzlast in redundante Unterpakete um. Bei Schritt 133 bestimmt die Basisstation, ob Übertragungen zu der zweiten entfernten Station begonnen werden sollen, oder ob zu der ersten entfernten Station übertragen werden soll. Bei diesem Schritt weist eine Einteilereinheit in der Basisstation ein relatives Gewicht von Wichtigkeit zu den Übertragungen zu der zweiten entfernten Station und den erneuten Übertragungen zu der ersten entfernten Station bei einem Punkt x(t) zu. Wenn eine lange Verzögerung aufgetreten ist bei x(t) seit den Übertragungen zu der ersten entfernten Station, bei Schritt 135, überträgt die Basisstation zu der ersten entfernten Station anstatt neue Übertragung zu der zweiten entfernten Station zu senden.
In dieser Art und Weise kann die Basisstation Übertragungsprioritäten neu setzen, um wahrnehmbare Übertragungsverzögerungen für den Benutzer zu reduzieren. Erneute Übertragungen zu entfernten Stationen können derart eingeteilt sein, dass sie zu anderen Zeiten auftreten, deutlich unterhalb der Schwellenwertenergiepegel, welche für Kanal sensitive Übertragungsschemata eingestellt sind.
Somit wurden ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Übertragen von Datenverkehr unter Verwendung von Kanalzustandsinformation beschrieben. Der Fachmann wird verstehen, dass verschiedene illustrative logische Blöcke, Module, Schaltkreise, und Algorithmusschritte, welche in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen, welche hierin offenbart sind, beschrieben werden, als elektronische Hardware, Computersoftware, oder Kombinationen von beiden implementiert werden können. Die verschiedenen illustrativen Komponenten, Blöcke, Module, Schaltkreise und Schritte wurden im Allgemeinen in Ausdrücken ihrer Funktionalität beschrieben. Ob die Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von den jeweiligen Anwendungen und Designeinschränkungen, welche dem Gesamtsystem auferlegt sind, ab. Der Fachmann erkennt die Austauschbarkeit von Hardware und Software unter diesen Umständen, und wie die beschriebene Funktionalität für jede spezielle Anwendung am besten implementiert werden soll. Als Beispiele, können die verschiedenen illustrativen logischen Blöcke, Module, Schaltkreise und Algorithmusschritte, welche in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen, welche hierin offenbart sind, beschrieben wurden, mit einem digitalen Signalprozessor (DSP = digital signal processor), einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = application specific integrates circuit), einem feldprogrammierbaren Gate Array (FPGA = field programmable gate array) oder anderen programmierbaren Logikgeräten, diskreten Gates oder Transistorlogik, diskreten Hardware Komponenten wie zum Beispiel Register oder FIFO, einem Prozessor, welcher einen Satz von Firmware Anweisungen ausführt, irgendwelchen konventionellen programmierbaren Softwaremodulen und ein Prozessor, oder eine Kombination davon implementiert oder ausgeführt werden. Der Prozessor kann vorteilhafterweise ein Mikroprozessor sein, aber in einer Alternative kann der Prozessor jeder konventionelle Prozessor, Steuerelement, Mikrocontroller oder Zustandsmaschine sein. Das Softwaremodul kann in RAM Speicher, Flash Speicher, ROM Speicher, EPROM Speicher, EEPROM Speicher, Registern, Festplatte, einer entfernbaren Diskette, einer CD-ROM oder jeder anderen Form von Speichermedium, welches im Stand der Technik bekannt ist, enthalten sein. Der Fachmann wird ferner erkennen, dass Daten, Instruktionen, Kommandos, Informationen, Signale, Bits, Symbole, und Chips, auf welche durchgängig in der obigen Beschreibung Bezug genommen wird, vorteilhafterweise durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, magnetische Felder oder Teilchen, optische Felder oder Teilchen, oder jede Kombination davon repräsentiert werden können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden somit gezeigt und beschrieben. Es wird dem Durchschnittsfachmann jedoch offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen zu den Ausführungsbeispielen, welche hierin offenbart wurden, gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie durch die folgenden Ansprüche definiert, abzuweichen.

Claims

Ein Verfahren zum Senden von Daten in einem Kanal eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Umpacken bzw. erneutes Packen (90) einer Datennutzlast in eine Vielzahl von redundanten Unterpaketen; und Senden (91) eines ersten Unterpakets zu einer entfernten Station (12), wobei das erste Unterpaket eine Präambel beinhaltet, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Präambel die entfernte Station (12) informiert, dass eine Übertragung mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung ankommen wird; und wenn (92) eine Bestätigungsnachricht nicht empfangen wird, Senden (93) eines zweiten Unterpakets für das Ankommen an die entfernte Station (12) mit der vorbestimmten Zeitverzögerung, wobei das zweite Unterpaket nicht eine Präambel enthält; und wenn (95) eine Bestätigungsnachricht für das zweite Unterpaket nicht empfangen wird, Senden (94) eines verbleibenden Teils der Vielzahl von redundanten Unterpaketen zu Zeiten, wenn die Kanalzustände bzw. -bedingungen optimal sind, bis eine Bestätigungsnachricht empfangen wird, wobei jeder der verbleibenden Teile der Vielzahl von redundanten Unterpaketen eine Präambel enthält, die Adressierungsinformation für die entfernte Station (12) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes aufweist: Verwenden von Kanalzustandsinformationen, um zu bestimmen, dass die Kanalbedingungen optimal sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kanalzustandsinformationen Schwundbedingungen auf dem Kanal aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der verbleibende Teil der Vielzahl von redundanten Unterpaketen zu Zeiten gesendet wird (94), wenn die Rayleigh-Schwund-Bedingung über einer gesetzten Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der verbleibende Teil der Vielzahl von redundanten Unterpaketen bei einer Spitze der Rayleigh-Schwundeinhüllenden gesendet wird (94).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verbleibende Teil der Vielzahl von redundanten Unterpaketen aperiodisch gesendet wird (94).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der verbleibende Teil der Vielzahl von redundanten Unterpaketen erneut gepackt wird, und zwar in eine Vielzahl von größeren Unterpaketen.
Vorrichtung zum Senden von Daten in einem Kanal eines drahtlosen Kommunikationssystems, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: Mittel zum erneuten Packen (90) einer Datennutzlast in eine Vielzahl von redundanten Unterpaketen; und Mittel zum Senden (91) eines ersten Unterpakets zu einer entfernten Station (12), wobei das erste Unterpaket eine Präambel beinhaltet, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Präambel die entfernte Station (12) informiert, dass eine Übertragung nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung ankommen wird; und die Mittel zum Senden (91), wenn (92) eine Bestätigungsnachricht nicht empfangen wird, ein zweites Unterpaket senden (93), so dass es bei der entfernten Station bzw. Fernstation (12) nach der vorbestimmten Zeitverzögerung ankommt, wobei das zweite Unterpaket nicht eine Präambel beinhaltet; und wenn (95) eine Bestätigungsnachricht für das zweite Unterpaket nicht empfangen wird, einen verbleibenden Teil der Vielzahl von redundanten Unterpaketen zu Zeiten senden, zu denen Kanalbedingungen op timal sind, und zwar bis eine Bestätigungsnachricht empfangen wird, wobei jedes Unterpaket des verbleibenden Teils der Vielzahl von redundanten Unterpaketen eine Präambel beinhaltet, die Adressierungsinformation für die entfernte Station (12) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin Mittel zum Verwenden von Kanalzustandsinformationen zum Bestimmen, dass die Kanalbedingungen optimal sind, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kanalzustandsinformationen Schwundbedingungen auf dem Kanal aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Mittel zum Senden (91) angepasst sind zum Senden (94) des verbleibenden Teils der Vielzahl von redundanten Unterpaketen zu Zeiten, wenn die Rayleigh-Schwund-Bedingungen über einer gesetzten Schwelle liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Mittel zum Senden (91) angepasst sind zum Senden (94) des verbleibenden Teils der Vielzahl von redundanten Unterpaketen bei einer Spitze einer Rayleigh-Schwundeinhüllenden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Mittel zum Senden (91) angepasst sind zum Senden (94) des verbleibenden Teils der Vielzahl von redundanten Unterpaketen, und zwar aperiodisch.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Mittel zum erneuten Packen (90) der Datennutzlast angepasst sind zu einem erneuten Packen der Vielzahl von redundanten Unterpaketen in eine Vielzahl von größeren Unterpaketen.