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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugriffssysteme,
die das Zeitduplex(TDD)-Schema mit Zeitmultiplexverfahren (TDMA)
anwenden, ist aber anwendbar auf andere Multiplex-Techniken, wie
etwa Frequenz- oder Codemultiplexverfahren (FDMA, CDMA). Die Erfindung
betrifft die Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht zum Bereitstellen
einer effizienten Art die Funkkapazität aufzuteilen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugriffssysteme
bestehen aus einer Basisstation, die die Zentraleinheit ist, und
mehreren Benutzerendgeräten,
die Daten mit der Basisstation austauschen. Normalerweise wird eine
Datenframestruktur mit fester Länge
benutzt, und innerhalb eines solchen Datenframes ist die Aufwärtsstrecken- und
Abwärtsstreckenkapazität dynamisch
zugeteilt.
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Der
Schichtaufbau dieser Systeme besteht aus einer physikalischen Schicht,
Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht, einer Konvergenzschicht (CL)
und Benutzerschichten. Die Hauptfunktion der MAC-Schicht ist die
Verwaltung der Funkmittel. Nicht alle Teilnehmerendgeräte, die
sich die Aufwärtsstreckenperiode
auf einer Anfragebasis teilen, können
zur gleichen Zeit erfolgreich senden, wie sie es in einer Situation
mit zugewiesenem Medium können.
Das MAC-Protokoll der Basisstation bestimmt, wer sendet und wann,
wobei die geeignete Sendekapazität
bereitgestellt wird.
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Zwei
grundlegende Duplexverfahren können
durch Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksysteme unterstützt werden: Zeitduplex(TDD)-Verfahren
und Frequenzduplex(FDD)-Verfahren. Die Art des Verkehrs, der übertragen
wird, beeinflusst die Wahl des Duplexschemas.
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Das
FDD stellt Funkkommunikation bereit, wobei gepaarte Funkfrequenzbänder benutzt
werden: ein Band für
die Übertragung
in der Vorwärtsrichtung,
das andere für
die Übertragung
in die umgekehrte Richtung. Aus praktischen Gründen wird, wenn die Bandbreite,
die den zwei Kanälen
zugeteilt ist, festgelegt ist, folglich eine unveränderliche
Begrenzung in der Frequenz/Bandbreite festgelegt. Diese gepaarten
Bänder
weisen gewöhnlich
die gleiche Kapazität
auf. Wenn sich die Aufwärtsstrecken/Abwärtsstreckenbandbreite
mit der Zeit ändern
muss, wird manchmal Bandbreite verschwendet (niedrige Anfrage) und
manchmal wird sie ungeeignet sein (hohe Anfrage). Daher ist diese
Technik ideal für
symmetrische Kommunikationen, in denen die Informationsflüsse in beiden
Richtungen in Bezug auf Kapazität
vergleichbar sind.
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Die
TDD-Übertragungstechnik
erfordert einen einzelnen Netzbetreiber für vollständige Duplexkommunikationen.
Sende/Empfangstrennung tritt im Zeitbereich auf, im Gegensatz zu
dem Frequenzbereich. Die Übertragungsrichtung
wechselt zwischen Abwärtsstrecke
und Aufwärtsstrecke,
wobei eine sich wiederholende Datenframestruktur benutzt wird. Innerhalb
einer solchen Struktur wird die Kapazität des Netzbetreibers zwischen
Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstreckenübertragung
im direkten Verhältnis
des gewünschten
Durchsatzes aufgeteilt. Eine 50 % Verteilung zwischen Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstrecken-Zeitschlitzen
führt zu einem
symmetrischen, vollständigen
Duplexdurchsatz. Das Verändern
der Zeitbegrenzung zwischen Abwärtsstrecke
und Aufwärtsstrecke
führt zu
einem unsymmetrischen Durchsatz und zu einer effizienten Anpassung der
Kanalanforderungen für
diskontinuirlichen Datenverkehr.
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Zusammenfassend:
FDD kann angemessen Verkehr handhaben, der relativ konstante Bandbreitenanforderungen
in beide Kommunikationsrichtungen aufweist. Auf der anderen Seite
bewältigt TDD
zeitunterschiedlichen Aufwärtsstrecken/Abwärtsstreckenverkehr
aufgrund der Art des Duplexschemas selbst, das zu dem Verkehrsverhalten
passt.
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Wenn
das Verhältnis
zwischen dem zugeteilten Datenframebereich der Abwärtsstrecke
und dem der Aufwärtsstrecke
sich in der Zeit unterscheidet, wird das TDD-Schema dynamisch oder
adaptiv bezeichnet. Die Nutzung des adaptiven TDD in Richtfunkzugriffssystemen
bedeutet eine effiziente Benutzung des vorhandenen Spektrums, wenn
asymmetrischer und unvorhersehbarer Verkehr einen beträchtlichen
Prozentsatz der Verkehrsbelastung des Systems darstellt. Ein solches
dynamische TDD-Schema
wird in 1 dargestellt. Es ist ersichtlich,
dass die Datenframelänge
eine feste Anzahl von Schlitzen umfasst, dass aber die Trennung
zwischen Aufwärts-
und Abwärtsstreckenverkehr
unterschiedlich ist.
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Das
Dokument „MAC
Proposal for IEEE 802.16.1",
IEEE 802.16.1mc-00/10 vom 25. 02. 2000 beschreibt einen Standardvorschlag
für Breitbandkommunikation,
der Gebrauch von TDD und verschiedenen Dienstgüteldassen (QoS) macht.
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Gemäß dem obenstehenden
Dokument ist, wenn ein Funkzugriffssystem ein dynamisches TDD-Schema anwendet,
die Trennung zwischen Aufwärtsstrecke
und Abwärtsstrecke
ein Systemparameter, der in höheren
Schichten gesteuert wird und der von den innerhalb des Systems angewandten
Richtlinien der Rufzugriffskontrolle (CAC) abhängt. Wenn sich die TDD-Trennung ändert, wird
dies an die MAC-Schicht von höheren Schichten über den
Dienstzugangspunkt (SAP) kommuniziert. Daher wird die Verschiebung
der Trennung durch Dienste betrieben, die Bandbreitengarantien fordern,
um die sich die CAC kümmert.
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Für das obenstehende,
bekannte Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugriffs-TDD ist die Hauptfunktion
der Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht die Verwaltung der Funkmittel.
Die Funktionalität
der Rufzugriffskontrolle befindet sich in einer höheren Schicht
(Netzwerkschicht).
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Die
Rufzugriffskontrolle bestimmt periodisch den Betrag der Bandweite
die der Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenübertragung
zugedacht ist. Die MAC-Schicht folgt der Information über den
Betrag der Bandbreite, der der Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenübertragung
zugedacht ist, welche von der Rufzugriffskontrolle kommt, und teilt
die Aufwärtsstreckenschlitze
Datenframe für
Datenframe den unterschiedlichen Benutzerendgeräten, und die Abwärtsstreckenschlitze
Datenframe für
Datenframe dem Abwärtsstreckenverkehr (Verkehr
von der Basisstation zu den Benutzerendgeräten) zu. Die MAC-Schicht erfüllt ihre
Aufgabe ohne Abändern
des Aufwärtsstrecken/Abwärtsstrecken-Betrags
der Bandbreite, d.h. die Position der Trennung, wenn sie einmal
von der Rufzugriffskontrolle entschieden wurde, wird nicht durch
die MAC-Schicht verschoben.
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Der
bekannte Zuteilungsvorgang kann durch die folgenden Schritte zusammengefasst
werden:
- 1. Die Rufzugriffskontrolle (CAC) analysiert
periodisch den garantierten Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenverkehr.
- 2. Die Rufzugriffskontrolle (CAC) bewertet die Position der
Trennung gemäß dem garantierten
Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenverkebrsverhalten
(wenn es keine bedeutenden Änderungen
im Verkehr gegeben hat, bleibt die Trennungsposition die gleiche
wie die, die in der vorhergehenden Periode bewertet wurde).
- 3. Die Rufzugriffskontrolle (CAC) meldet die Information über die
Trennungsposition an die MAC-Schicht.
- 4. Die MAC-Schicht teilt die Mittel Datenframe für Datenframe
den Benutzerendgeräten
und der Basisstation zu, indem sie ihre Einteilungsrichtlinien benutzt,
jedoch immer gemäß dem Betrag
der Bandbreite, der der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenübertragung
zugedacht ist, entsprechend der Trennungsbewertung im Schritt 2.
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Das
obenstehende TDD-Schema berücksichtigt
nicht, für
die Entscheidung über
die Abwärtsstrecken/Aufwärtsstrecken-Trennungsverschiebung,
das Verhalten des bestmöglichen
Verkehrs (oder im Allgemeinen nicht garantiertem Verkehr). Der Ausdruck „bestmöglich" betrifft Nichtechtzeitdienste,
normalerweise Internetdienste wie etwa das Durchsuchen von Websites,
Senden von E-Mails, FTP (Datenübertragungsverfahren)
und gemeinsamer Datenzugriff.
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In
den letzten paar Jahren hat sich die Nachfrage nach Kapazität für die letztere
Art der Dienste wesentlich erhöht.
Jede Gruppe von Benutzern möchte
nun Internetzugriff als einen grundsätzlichen Dienst, und die Anzahl
von Internetverbindungen steigt weiter exponentiell. Wenn der Internetzugriff
das vorrangige Interesse für
eine Mehrheit von Kunden ist, dann wird der Verkehr sehr diskontinuirlich
werden und das Gesamtverhältnis
der Abwärtsstrecken/Aufwärtsstreckenkapazität in dem
System kann sich beträchtlich ändern.
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In
bekannten dynamischen TDD-Systemen ist die dem bestmöglichen
Verkehr zugeteilte Bandbreite eine feste Größe, die die erwartete Belastung
des bestmöglichen
Verkehrs wiedergibt, die nur einmal während der Dimensionierungsphase
des Systems evaluiert wird. Auf diese Weise werden die beträchtlichen
und unvorhersagbaren Zeitabweichungen des bestmöglichen Verkehrs nicht berücksichtigt,
und so kann es passieren, dass die Abwärtsstrecke an einem Mangel
von Bandbreite leidet, während
die Aufwärtsstrecke
einen Teil der ihr zugeteilten Bandbreite nicht benutzt, oder umgekehrt.
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Das
Dokument des Stands der Technik
US
5602836 zeigt ein Verfahren zum dynamischen Zuteilen der
Bandbreite zwischen Auf- und Abwärtsstreckenverkehr
in einem TDMA-System. Die Unterteilung, auch Trennung genannt, zwischen
Auf- und Abwärtsstreckenschlitzen
in jedem Datenframe ist reguliert, obwohl die gesamte Anzahl an
Schlitzen für
jeden Datenframe fest bleibt. Wenn wenige Benutzer, im Verhältnis zur
vollen Kapazität,
das System benutzen, arbeitet das System wie fest aufgeteiltes TDD-System
mit gleichen Auf- und Abwärtsstreckenschlitzen
in jedem Datenframe. Allerdings, wenn der Verkehr in beiden Richtungen
die Hälfte der
vorhandenen Schlitze überschreitet,
wird die Position der Trennung an den Bedarf angepasst. Wenn mehr als
die Hälfte
der vorhandenen Schlitze in beiden Richtungen erforderlich sind,
wird die Trennung auf die Hälfte der
vorhandenen Schlitze in beide Richtungen gesetzt. Das System richtet
ein umlaufendes Überlappungsverfahren
für getrennte
Warteschlangen für
Auf- und Abwärtsstreckenverkehr
ein.
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US 5768254 zeigt ein System,
das darauf abzielt, die Lauflänge
von abgewiesenen Datenpaketen oder die Zweikanalstörung durch
Benutzen von einem adaptiven TDD zu reduzieren.
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Das
Dokument „A
new duplex method for integrated voice/data wireless communications", INOUE M ET AL,
6. November 1995 (1995-11-06) beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen
und Herbeiführen
von Trennungspositionen zwischen Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenbandbreiten
in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugriffssystem, das mindestens eine
Anzahl von Benutzerendgeräten
und eine Basistation umfasst, wobei das System mit einem Zeitduplexschema
auf einer Datenframe-für-Datenframe-Basis
und mit mindestens zwei Dienstgüteklassen,
einer ersten Klasse für
garantierte Dienste (RT) und einer zweiten Klasse für bestmögliche Dienste
(BE) arbeitet, wobei innerhalb eines jeden Datenframes ein Bereich
von Bandbreite dem Aufwärtsstreckenverkehr
und ein anderer Bereich dem Abwärtsstreckenverkehr
zugedacht ist, wobei eine Grundtrennung zwischen Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenbandbreite
durch eine Rufzugriffskontrolle (CAC) gesteuert wird, und wobei
Einteilen von Verkehr durchgeführt
wird durch eine Einteilungsrichtlinie, die von einer Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht ausgeführt wird,
und gemäß der bewerteten
Trennungsposition teilt die Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht
der Basisstation die Mittel Datenframe für Datenframe den Benutzerendgeräten und
der Basisstation zu, indem sie ihre Einteilungsrichtlinie benutzt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine erste Aufgabe der Erfindung, angemessen auf Anforderungsänderungen
von Bandbreiten für
nicht garantierten Verkehr durch ein dynamisches TDD-Schema zu antworten,
das kompatibel mit Grundtrennungsentscheidungen von höheren Schichten
ist.
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Diese
Aufgabe wurde bewältigt
durch den Gegenstand von Anspruch 1.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Überwachen der bestmöglichen
Warteschlangen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wurde erfüllt
durch den Gegenstand nach Anspruch 2.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Gruppe von Parametern
bereitzustellen, die hilfreich ist, die Trennungsposition zu bestimmen.
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Diese
Aufgabe wurde erfüllt
durch den Gegenstand nach Anspruch 3.
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Es
ist eine weitere Aufgabe eine weitere Verschiebung der Trennung
bereitzustellen, die den Prozentsatz von Verlusten/Verschwendung
in Abwärtsstrecken
und Aufwärtsstrecken
vergleichbar macht, d.h. Anwenden einer Art von Fairnesskriterium.
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Diese
Aufgabe wurde durch den Gegenstand nach Anspruch 4 erfüllt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen bevorzugten Ablauf
für die
Auswertung von Werten der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenbandbreiten
bereitzustellen, für
den Fall, dass der Umfang der Bandbreite, der von den garantierten
Diensten gefordert wird, geringer ist als die gesamte vorhandene
Systembandbreite.
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Diese
Aufgabe wurde durch den Gegenstand nach Anspruch 5 erfüllt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung einen bevorzugten Ablauf
für die
Auswertung von Werten der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenbandbreiten
bereitzustellen, für
den Fall, dass ein bestimmter Umfang der Bandbreite von höheren Schichten
frei gelassen wird, um die momentanen Spitzenabweichungen der garantierten
Dienste auszugleichen.
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Diese
Aufgabe wurde durch den Gegenstand nach Anspruch 6 erfüllt.
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Weitere
Vorteile werden ersichtlich aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein bekanntes Datenframeformat für
eine asymmetrische Bandbreitenzuteilung,
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2 zeigt
ein Beispiel einer Bandbreitenaufteilung innerhalb eines Datenframes,
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3 zeigt
eine Übersicht
des Systems gemäß der Erfindung,
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4 zeigt
verschiedene Definitionen bezüglich
einer beispielhaften Bandbreitenunterteilung innerhalb eines Datenframes,
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5 zeigt
bestmögliche
Abwärtsstreckenwarteschlangen,
die gemäß der Erfindung überwacht
werden,
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6 zeigt
bestmögliche
Aufwärtsstreckenwarteschlangen,
die gemäß der Erfindung überwacht
werden,
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7 zeigt
ein graphisches Beispiel von anderen definierten Variablen, die
für die
Auswertung der Trennungsverschiebung gemäß der Erfindung hilfreich sind,
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8 zeigt
ein Beispiel der Trennungsverschiebung gemäß der Erfindung,
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9 zeigt
einen ersten bevorzugten Programmablauf zum Bestimmen der weiteren
Verschiebung der Trennung gemäß der Erfindung,
für den
Fall, dass die freie Bandbreite ausschließlich verwendet wird, um die
Bandbreitenanforderungen der nicht garantierten Dienste zu erfüllen.
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10 zeigt
einen zweiten bevorzugten Programmablauf zum Bestimmen der weiteren
Verschiebung der Trennung gemäß der Erfindung,
für den
Fall, dass die freie Bandbreite zuerst verwendet wird, um die momentanen
Spitzenschwankungen der garantierten Dienste auszugleichen, und
dann die Bandbreitenanforderungen der nicht garantierten Dienste
zu erfüllen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkzugriffssystem mit
Zeitduplexschema, das ein Datenframeformat von fester Dauer benutzt.
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Das
System arbeitet mit mindestens zwei Dienstgüte(QoS)-Klassen; einer Klasse
für garantierte Dienste,
die angepasst ist für
Echtzeitdienste, wie etwa Sprache, nachfolgend RT bezeichnet, und
eine Klasse für
nicht garantierte/bestmögliche
Dienste, nachfolgend BE bezeichnet, die geeignet ist für Datenübertragung, E-Mail,
etc.; d.h. Dienste, die eine Verzögerung dulden können.
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Die
Schlitze in einem bestimmten Datenframe sind dem BE-Abwärtsstreckenverkehr,
RT-Abwärtsstreckenverkehr,
BE-Aufwärtsstreckenverkehr
und RT-Aufwärtsstreckenverkehr
zugeteilt, entsprechend der Dringlichkeit der Klassen und der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenanfragen
von jeder Klasse. Eine beispielhafte Zuteilung der Schlitzzuweisung
für einen
bestimmten Datenframe wird in 2 gezeigt.
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In 3 wird
eine Übersicht
des Systems angegeben. Das System umfasst eine Basisstation (BS)
und eine bestimmte Anzahl von Benutzerendgeräten (UT1, UT2, UT3). An der
Basisstation und an jedem Benutzerendgerät werden die Verkehrsflüsse, entsprechend
ihrer QoS-Anforderungen, in den RT- und BE-Warteschlangen zwischengespeichert.
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Die
MAC(Medienzugriffskontrolle)-Schicht der Basisstation hat Informationen über den
Zustand der Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenwarteschlangen,
da in den berücksichtigten
Systemen die Benutzerendgeräte
die Informationen ihrer Warteschlangenzustände an die Basisstation senden.
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Die
vorliegende Erfindung verlässt
sich auf Informationen, die an der MAC-Schicht über den Zustand der bestmöglichen
Warteschlangen vorliegen und auf Informationen, die von höheren Schichten
kommen, um eine geschicktere Trennung zwischen Aufwärtsstrecken
und Abwärtsstrecken
bereitzustellen. Solch eine weitere Trennung macht das System fähig, den
Schwankungen des bestmöglichen
Verkehrs zu folgen und Verschwendung von Bandbreite zu vermeiden,
ohne weder die feste Bandbreitenzuteilung für die bestmöglichen Dienste, noch diejenige,
die den Echtzeitdiensten zugedacht sind, zu verändern.
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Gemäß einem
ersten Schritt des bevorzugten Vorgangs wird eine Bandbreitenzustellung
in Auf wärtsstrecke
und Abwärtsstrecke
durch die MAC-Schicht durchgeführt,
Datenframe für
Datenframe, um die Anforderungen der Verbindungen der garantierten
Dienste zu erfüllen,
d.h. des von der Rufzugriffs kontrolle genehmigten RT-Verkehrs, und
von einem minimalen Prozentsatz von Aufwärtsstrecken- und Abwärtsstreckenbandbreite,
in Bezug auf die erwartete Belastung des nicht garantierten Verkehrs,
d.h. des BE-Verkehrs.
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Die
verbleibenden freien Schlitze werden angemessen durch die MAC-Schicht
zugeteilt werden, Datenframe für
Datenframe, gemäß einem
zweiten Schritt, wobei nicht garantierte Dienste, d.h. BE-Verkehr, und/oder
momentane Spitzenschwankungen der garantierten Dienste, d.h. RT-Verkehr,
zugeteilt werden. Die Trennung zwischen freien Schlitzen der Auf-
und Abwärtsstrecken,
die dem BE/nicht garantiertem Verkehr zugedacht sind, wird bestimmt
auf einer Datenframe-für-Datenframe-Basis/Beobachtungszeitraumbasis.
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Wie
obenstehend erklärt,
hängt die
Anzahl der gesamten verbleibenden freien Schlitze in dem System zu
einem bestimmten Zeitpunkt (nach dem ersten Schritt in dem Zuteilungsvorgang)
von der Entscheidung der Rufzugriffskontrolle ab. Das Ziel der Erfindung
ist es, diese freien Schlitze zu benutzen und sie zwischen Aufwärtsstrecke
und Abwärtsstrecke
in einer effizienten und dynamischen Art aufzuteilen.
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Insbesondere
werden die folgenden Schritte in einem bevorzugten Programmablauf
der Erfindung ausgeführt:
- 1. Die Rufzugriffskontrolle (CAC) analysiert
den garantierten Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenverkehr.
- 2. Die Position der Trennung gemäß dem garantierten Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenverkehrsverhalten
wird ausgewertet, wobei, wenn es keine beträchtlichen Änderungen in dem Verkehr gegeben
hat, die Trennungsposition die gleiche bleibt, und wenn es eine Änderung
im Verkehr gegeben hat, die Trennung verschoben wird.
- 3. Die Rufzugriffskontrolle (CAC) meldet die Trennungsposition
an die MAC-Schicht.
- 4. Die Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht der Basisstation überwacht
den Zustand der bestmöglichen (BE)
Aufwärtsstrecken-
und Abwärtsstreckenwarteschlangen
und mittelt sie während
einer Beobachtungsperiode aus.
- 5. In jeder Beobachtungsperiode wertet die Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht
der Basisstation eine weitere Verschiebung der Trennung aus.
- 6. Gemäß der ausgewerteten
Trennungsposition teilt die Medienzugriffskontroll(MAC)-Schicht
der Basisstation die Mittel, Datenframe für Datenframe, den Benutzerendgeräten und
der Basisstation zu, indem sie ihre Einteilungsrichtlinie benutzt.
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Der
Programmablauf, der die Entscheidung über die Trennungsverschiebung
gemäß der Erfindung herbeiführt, wird
nun erklärt.
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Es
sei:
- S
- die gesamte Funkverbindungskapazität
- SDL
- der gesamte Umfang
an Bandbreite, der der Abwärtsstrecke
durch höhere
Schichten zugeteilt ist
- S DL / RT
- der gesamte Umfang
an Bandbreite, der den nichtbestmöglichen Diensten auf der Abwärtsstrecke
zugeteilt ist
- S DL / BE
- der feste Umfang an
Bandbreite, der den bestmöglichen
Diensten auf der Abwärtsstrecke
zugeteilt ist
- SUL
- der Umfang an Bandbreite,
der der Aufwärtsstrecke
durch höhere
Schichten zugeteilt ist
- S UL / RT
- der Umfang an Bandbreite,
der den nichtbestmöglichen
Diensten auf der Aufwärtsstrecke
zugeteilt ist
- S UL / BE
- der feste Umfang an
Bandbreite, der den bestmöglichen
Diensten auf der Aufwärtsstrecke
zugeteilt ist
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Der
Umfang an Bandbreite, der nicht von irgendwelchen Einschränkungen
in der Abwärtsstrecke
abhängt,
ist gleich SDLfree = SDL – SDLRT – SDLBE (1)und für die Aufwärtsstrecke SULfree = SUL – SULRT – SULBE (2)wie in 4 gezeigt.
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Es
definiert
qDLBE (i) den Zustand der bestmöglichen Warteschlange im Innern
der Basisstation an dem i-ten Datenframe und
qULBE (i, p) den
Zustand der bestmöglichen
Warteschlange im Innern des p-ten Benutzerendgeräts, das der Basisstation an
dem i-ten Datenframe bekannt ist. Dann wird betrachtet:
wobei M die Anzahl der Benutzerendgeräte innerhalb
des Systems ist.
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Das
Verhalten des bestmöglichen
Verkehrs, der in das System eintritt, wird überwacht und die Zustände der
Warteschlangen werden für
eine bestimmte Periode ausgemittelt. Diese Periode wird Beobachtungsperiode
genannt und wird so ausgewählt,
dass sie ein ganzzahliges Vielfaches der Datenframelänge ist.
Jeweils nach N Datenframes soll der Durchschnittszustand der Warteschlangen
bewertet werden; für
die k-te Beobachtungsperiode ergibt sich:
wobei
k = 1, N + 1, 2N + 1, 3N + 1, ...
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5 bezieht
sich auf den Warteschlangenzustand der BE-Abwärtsstrecke der Basisstation
(d.h. die BE-Verkehrsbelastung, die auf der Abwärtsstrecke gesendet werden
muss). Die x-Achse bezieht sich auf die Gesamtmenge der BE-Daten,
die darauf wartet auf die Abwärtsstrecke
gesendet zu werden. 6 bezieht sich auf die Warteschlangenzustände der
BE-Aufwärtsstrecke
der Benutzerendgeräte
(d.h. die BE-Verkehrsbelastung,
die auf der Aufwärtsstrecke
gesendet werden muss). Daher bezieht sich in dieser Figur die x-Achse auf
die gesamte Menge von Daten, die darauf wartet, auf der Aufwärtsstrecke
gesendet zu werden. In den 5 und 6 zeigt
die y-Achse die vergangene Anzahl von ausgeführten Datenframes i bis i +
N – 1
(vergangene Datenframes). Die ausgeführten Datenframes sind in Beobachtungsperioden
von N Datenframes gruppiert.
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Die
Warteschlangen für
mehr Datenframes werden geprüft,
da es sein kann, dass das System die Trennungsposition nicht effizient
auf einer Datenframe-zu-Datenframe-Basis festlegen kann, sondern
nur über eine
längere
Periode.
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Gemäß der Erfindung
wird das Warteschlangenverhalten geschätzt, indem die Warteschlangenzustandswerte über jede
Beobachtungsperiode ausgemittelt werden. In einem extremen Fall,
wenn die Beobachtungsperiode gleich einem Datenframe ist, werden
die Warteschlangen auf einer Datenframe-für-Datenframe-Basis geprüft.
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In 6 entspricht
die in dem grauen Bereich angegebene Doppelsumme der Gesamtsumme
von Aufwärtsstreckenwarteschlangen
für alle
Benutzerendgeräte
innerhalb einer bestimmten Beobachtungsperiode.
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Wenn
die obenstehenden Durchschnittswerte in (4) und (5) verglichen werden
mit den zugeteilten Bandbreiten während der betrachteten Beobachtungsperiode,
ergibt sich ein Maß des
durchschnittlichen erfahrenen Mangels oder Verlusts von Bandbreite
in beide Richtungen.
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Daher
wird definiert: diffDLk = q DLBE,k – SDLBE – SDLfree,k (6)und diffULk = q ULBE,k – SULBE – SULfree,k (7)die daher
die Bandbreitenbereiche darstellen, um die die Abwärtsstrecken/Aufwärtsstreckenbandbreite
hätte erhöht oder
vermindert werden müssen,
um den durchschnittlichen Bedarf von BE-Verkehr, der während der k-ten
Beobachtungsperiode durch Abwärtsstrecke/Aufwärtsstrecke
wahrgenommen wird, zu erfüllen,
wie in 7 dargestellt.
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Wie
in 7 gezeigt, kann festgestellt werden, dass meistens
der schwierigere Teil der Trennungsentscheidung nicht ist, wohin
sie verschoben wird, sondern um wie viel sie verschoben wird. Es
wird nun angenommen, dass eine Trennungsverschiebung einer Größe Xk angewandt wird, wobei ein positiver Wert
von Xk eine Trennungsverschiebung in Richtung
der Aufwärtsstrecke
bedeutet und demzufolge eine Erhöhung
von S DL / free und eine Verringerung von S UL / free, während ein negativer Wert von
Xk eine Trennungsverschiebung in Richtung
der Abwärtsstrecke
bedeutet, und demzufolge eine Verringerung von S DL / free und eine Erhöhung von
S UL / free, wie in 8 gezeigt.
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Sobald
eine solche Verschiebung eingebracht ist, ist die Größe diffDLk – Xk gleich dem durchschnittlichen Bandbreitenbereich
pro Datenframe, den die Abwärtsstrecke
nicht erhalten oder benutzt hat, während diffULk + Xk der
durchschnittliche Bandbreitenbereich pro Datenframe ist, den die
Aufwärtsstrecke
nicht benutzt oder erhalten hat.
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Die
obenstehenden Werte stellen die vorhergesagten Verluste/Verschwendungen
für die
Abwärtsstrecke
und für
die Aufwärtsstrecke
dar, wenn der bestmögliche
Verkehr das gleiche Verhalten beibehält, das er während der
letzten N Datenframes hatte. Um die Prozentsätze von Verlusten/Verschwendungen
in der Abwärtsstrecke
und der Aufwärtsstrecke
vergleichbar zu machen, d.h. Anwenden einer Art eines Fairnesskriteriums,
soll die folgende Gleichung bestätigt
werden:
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Die
erhaltenen Werte S DL / k+1, S UL / k+1, S DL / free,k+1 und S UL / free,k+1 werden gültig für die folgende Beobachtungsperiode,
der (k+1)-ten, an deren Ende die neuen Bandbreitenwerte berechnet
werden, indem wiederum die Formeln (6) bis (13) benutzt werden.
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Der
obenstehende Programmablauf wird in 9 gezeigt
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Normalerweise
stehen zwei Gründe
hinter dem Vorhandensein von freier Bandbreite innerhalb des betrachteten
Systems. Der erste Grund, der bis jetzt in Betracht gezogen wurde,
kann sein, dass der Umfang an Bandbreite, der von den garantierten
Diensten beansprucht wird, geringer ist als die gesamte vorhandene
Systembandbreite. Der zweite Grund kann sein, dass ein bestimmter
Umfang an Bandbreite durch höhere
Schichten frei gelassen wird, um die momentanen Spitzenschwankungen
der garantierten Dienste auszugleichen. Daher ist die freie Bandbreite,
die für
die bestmöglichen
Dienste benutzt werden kann, wie vorangehend bemerkt, lediglich
der Umfang, den die garantierten Dienste nicht brauchen.
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Daher,
um den letzteren Fall mit einzubeziehen, wird ein zweiter Programmablauf
gemäß der Erfindung
wie folgt definiert:
Formeln (6) bis (9), (11) und (13) bleiben
gültig,
d.h. die Trennungsverschiebung X
k und die
freie Abwärtsstrecken-
und Aufwärtsstreckenbandbreite
S DL / free,k+1 und S UL / free,k+1 werden auf dieselbe Weise einmal in jeder k-ten Periode
ausgewertet;
Die Formeln (10) und (12) stattdessen werden Datenframe
für Datenframe
auf die folgende Weise ausgewertet:
wobei S DL / comp,i und S UL / comp,i den Umfang
an Bandbreite darstellen, der an dem i-ten Datenframe durch die
garantierten Dienste benutzt wird, um deren momentane Spitzenschwankungen
auszugleichen, i = k, k + 1, ... k + N – 1 ist der momentane Datenframe
und k = 1, N + 1, 2N + 1, ... ist die momentane Beobachtungsperiode.
Der obenstehende Programmablauf wird in
10 gezeigt.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst
werden:
Wenn der bestmögliche/nichtgarantierte
Verkehr stark asymmetrisch ist, hat das vorgeschlagene TDD einen beträchtlichen
Zugewinn an dem bestmöglichen/nichtgarantierten
Durchsatz und den Verkehrsverlusten in Bezug auf bekannte Systeme.
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Selbst
wenn der bestmögliche/nichtgarantierte
Verkehr, der durch das System wahrgenommen wird, nur geringfügig asymmetrisch
ist, hat das vorgeschlagene TDD einen bestimmten Zugewinn an dem
bestmöglichen/nichtgarantierten
Durchsatz in Bezug auf das klassische dynamische TDD.
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Das
vorgeschlagene TDD reduziert den Umfang an unbenutzter Bandbreite
beträchtlich
in Bezug auf bekannte Systeme.
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Gemäß der Erfindung
wird die Gesamtwahrscheinlichkeit des bestmöglichen/nichtgarantierten Datenpaketverlusts
des Systems minimiert.
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Da
die Erfindung Gebrauch macht von einer einfachen Überwachung
der bestmöglichen/nichtgarantierten
Warteschlangen, kann sie leicht in bestehende Systeme übernommen
werden.
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Außerdem sind
die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung kompatibel mit in höheren Schichten getroffenen
Aufwärtsstrecken-Abwärtsstrecken-Bandbreitentrennungsentscheidungen.
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Die
Erfindung ist ebenfalls anwendbar in Systemen, die einen Rückübertragungsmechanismus
von verlorenen Datenpaketen benutzen. In diesem Fall wird der Durchsatzzugewinn
der Erfindung sogar noch auffälliger
in Bezug auf bekannte TDD-Systeme.
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Schließlich kann
vermerkt werden, dass weil die zugeteilte Bandbreite gemäß den verschiedenen Warteschlangenzuständen gesteuert
wird, nicht nur ein Zugewinn bezüglich
Durchsatzes, sondern ebenfalls eine Verringerung der Datenpaketverzögerung erreicht
worden ist.
