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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. ERFINDUNGSGEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Telekommunikation und
insbesondere drahtlose Kommunikationen.
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2. STAND DER TECHNIK
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OFDM-Modulation
(Orthogonal Frequency Division Multiplexing – orthogonales Frequenzmultiplex)
macht wirkungsvollen Gebrauch ihres Funkspektrums durch nächstmögliches
Anordnen modulierter Unterträger,
ohne Störung
zwischen Trägern
(ICI – Inter-Carrier
Interference) zu verursachen. OFDM-Modulation ist in verschiedenen
Standards übernommen
worden, insbesondere dem digitalen Hörfunk (DAB – digital audio broadcast),
dem digitalen Fernsehen (DVB – digital
video broadcast), dem asymmetrischen digitalen Teilnehmeranschluß (ADSL – asymmetric
digital subscriber line), IEEE LAN (802.11a und 802.11g) und IEEE
MAN 802.16a. OFDM-Modulation wird auch für verschiedene Funkstandards
der nächsten
Generation in Betracht gezogen.
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Die
Auswahl von in jeder Zelle in einem Funksystem benutzten Unterträgern hat
bedeutsame Auswirkungen hinsichtlich der Rate, mit der Daten zu einer
Mobilstation übertragen
werden können.
Beispielsweise gilt allgemein, daß je größer die Anzahl von Unterträgern, desto
höher die
Datenrate, die unterstützt
werden kann. Mit zunehmender Anzahl von Unterträgern ist jedoch die Höhe der Leistung,
die einem Unterträger
zugeteilt werden kann, allgemein verringert. Wenn beispielsweise
acht Unterträger zum Übertragen
von Daten eingesetzt werden, dann wird typischerweise jedem Unterträger nur
rund 1/8 der Gesamtleistung zugeteilt. Für Mobilstationen mit hohen
Signal-Rausch-Verhältnissen
(SNR – signal
to noise ratio) wie beispielsweise diejenigen in der Nähe einer
sendenden Basisstation können
diese leistungsschwachen Signale ausreichend sein und es können relativ
hohe Datenraten erreicht werden. Für Mobilstationen, die weiter
entfernt sind oder Störung von
Nachbarzellen unterworfen sind, besitzen einige oder alle der Unterträger möglicherweise
nicht genügend
Leistung zur zuverlässigen
Abgabe von Datensignalen an die Mobilstationen.
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Die
von den "schwachen" Mobilstationen erfahrenen
geringen SNR können
durch Verringern der Anzahl von Unterträgern und Zuteilen einer höheren Leistung
zu jedem der übrigen
Unterträger überwunden
werden. Wenn beispielsweise nur zwei Unterträger benutzt werden, dann kann
jedem der Unterträger
1/2 der verfügbaren
Leistung zugeteilt werden. Die höhere
Leistung wird normalerweise eine verbesserte Abgabe von Daten zu
den "schwachen" Mobilstationen ergeben,
aber niedrigere Datenraten für
die "starken" Mobilstationen bewirken.
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Dent
(
WO 97/32441 ) beschreibt
Pläne zur Frequenzwiederverwendung,
die unterschiedliche Frequenzen unter benachbarten Zellen in einem
zellularen Kommunikationssystem zuteilen. Beispielsweise kann einem
ersten Zeitschlitz ein erster Frequenz-Pool zugeteilt werden und
kann alle im System verfügbaren
Frequenzen enthalten. Karol et al. (
EP 0 680 169 A2 ) beschreibt ein Verfahren
zum Zuteilen von Zeitschlitzen und Frequenzbändern zu unterschiedlichen
Benutzerarten wie beispielsweise Hochgeschwindigkeitsbenutzern,
Mittelgeschwindigkeitsbenutzern und Niedergeschwindigkeitsbenutzern.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf das Überwinden oder zumindest Verringern
der Auswirkungen eines oder mehrerer der oben angeführten Probleme.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kommunizieren über eine
Mehrzahl von Unterträgern
bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt Übertragen von Informationen über eine
erste Anzahl der Unterträger
während
einer ersten Zeitperiode und Übertragen
von Informationen über
eine zweite Anzahl der Unterträger
während
einer zweiten Zeitperiode. Die Informationen werden auf jedem der
ersten Anzahl von Unterträgern
mit einer ersten auf Grundlage der ersten Anzahl bestimmten Leistung übertragen.
Die Informationen werden auf jedem der zweiten Anzahl von Unterträgern mit einer
zweiten auf Grundlage der zweiten Anzahl bestimmten Leistung übertragen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kommunizieren über eine
Mehrzahl von Unterträgern
bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt Empfangen von Informationen über eine
erste Anzahl der Unterträger während einer
ersten Zeitperiode, und Empfangen von Informationen über eine
zweite Anzahl der Unterträger
während
einer zweiten Zeitperiode. Die Informationen werden auf jedem der
ersten Anzahl von Unterträgern
mit einer ersten auf Grundlage der ersten Anzahl bestimmten Leistung übertragen.
Die Informationen werden auf jedem der zweiten Anzahl von Unterträgern mit
einer zweiten auf Grundlage der zweiten Anzahl bestimmten Leistungen übertragen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in
Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich,
in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente kennzeichnen, und
in denen:
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1 eine
stilisierte Darstellung einer OFDM-Senderkette darstellt;
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2 eine
ausführlichere
Darstellung eines Teils der OFDM-Senderkette der 1 darstellt;
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3 ein
beispielhaftes Verfahren zum Bilden von Unterpaketen und Zuweisen
der Unterpakete zu angegebenen Unterträgern in einem hybriden ARQ-System
darstellt;
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4 eine
stilisierte Darstellung einer Ausführungsform einer Unterträgerzuteilung
darstellt;
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5 eine
stilisierte Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Unterträgerzuteilung
darstellt;
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6 eine
stilisierte Darstellung eines Zellenlayouts in einem Funktelekommunikationssystem darstellt;
und
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7 stilistisch
eine beispielhafte Unterträgerzuteilung
darstellt, in der Daten über
zwei Zeitabstände
gemultiplext werden.
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Während die
Erfindung durch verschiedene Abänderungen
und alternative Ausführungsformen beeinflußt werden
kann, sind bestimmte Ausführungsformen
derselben beispielhafterweise in den Zeichnungen dargestellt und
werden hier ausführlich beschrieben.
Es versteht sich jedoch, daß die
vorliegende Beschreibung bestimmter Ausführungsformen die Erfindung
nicht auf die bestimmten offenbarten Formen begrenzen soll, sondern
im Gegensatz alle Abänderungen,
Entsprechungen und Alternativen abdecken soll, die in den durch
die beiliegenden Ansprüche
definierten Rahmen der Erfindung fallen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESTIMMTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
werden untenstehend beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben. Der Deutlichkeit halber sind in dieser Beschreibung
nicht alle Merkmale einer tatsächlichen
Implementierung beschrieben. Man wird natürlich erkennen, daß in der Entwicklung
jeglicher derartiger wirklicher Ausführungsform zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen
getroffen werden müssen,
um die bestimmten Ziele der Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise
Konformität
mit systembezogenen und geschäftsbezogenen
Einschränkungen,
die sich von einer Implementierung zur anderen verändern werden.
Auch wird man erkennen, daß ein
derartiger Entwicklungsaufwand kompliziert und zeitaufwendig sein
könnte,
aber trotzdem für
den gewöhnlichen Fachmann
im Nutzen der vorliegenden Offenbarung ein routinemäßiges Unternehmen
darstellen würde.
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Im
allgemeinen wird ein Unterträgerzuteilungsverfahren
vorgeschlagen, wo ein Gesamt-Ablaufsteuerungszeitintervall in mindestens
zwei Unterintervalle aufgeteilt wird. In einem ersten Zeitintervall findet
Datenübertragung
unter Verwendung einer großen
Anzahl von Unterträgern
statt. In einem zweiten Zeitintervall wird zur Übertragung eine geringere Anzahl
von Unterträgern
benutzt. In einem zeitsynchronisierten System überlappt das erste Zeitintervall das
erste Zeitintervall in mindestens einigen Nachbarzellen und das
zweite Zeitintervall überlappt
das zweite Zeitintervall in mindestens einigen Nachbarzellen. Das
heißt
mehrere Zellen übertragen
im wesentlichen zur gleichen Zeit. Durch diesen Ansatz wird der
Systemdurchsatz durch Bereitstellung zweier ausgeprägter Zuteilungsverfahren
verbessert, die unterschiedlich gelegenen Mobilstationen in jeder Zelle
Nutzen bringen. Beispielsweise bringt das zweite Zeitintervall am
Außenrand
einer Zelle befindlichen Mobilstationen Nutzen. Die am Außenrand
befindlichen Mobilstationen können
Störung
von Übertragungen
in einer Nachbarzelle auf dem gleichen Unterträger erfahren. So wird der Fachmann
erkennen, daß die
Wahrscheinlichkeit einer Unterträgerkollision
während
des zweiten Zeitintervalls, wenn eine geringere Anzahl von Unterträgern benutzt
wird, bedeutend geringer ist als während des ersten Zeitintervalls,
wenn eine größere Anzahl
von Unterträgern
benutzt wird. Weiterhin kann die zum Übertragen in der Zelle benutzte
Leistung bei Verwendung einer geringeren Anzahl von Unterträgern konzentriert
werden. Höhere
Leistung würde
gewöhnlich
eine verbesserte Leistungsfähigkeit
von niedrige SNR-Verhältnisse
erfahrenden Mobilstationen ergeben.
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Das
erste Zeitintervall bringt Mobilstationen mit höherem SNR wie beispielsweise
in der Nähe
einer Basisstation befindlichen Mobilstationen Nutzen. Der Fachmann
wird erkennen, daß Verwendung
einer größeren Anzahl
von Unterträgern
die Übertragung
von Daten mit höherer
Rate erlaubt. So werden die Mobilstationen mit hohem SNR während des
ersten Zeitintervalls Daten mit wesentlich verbesserter Rate empfangen.
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1 zeigt
eine stilisierte Darstellung einer herkömmlichen OFDM-Senderkette 100.
Im allgemeinen wird eine Codiererpaket genannte Menge von Informationsbit
durch Hardware/Software/Firmware 105 codiert, verschachtelt
und in Q-Symbole und I-Symbole moduliert. Eine Gruppe der I- und Q-Symbole
wird von einem Demultiplexer 110 serien-parallel-gewandelt
und auf verfügbare
Unterträger
abgebildet. Unbenutzte Unterträger
werden mit Nullen angefüllt
und führen
daher wie stilistisch bei 115 dargestellt keine Symbole.
Bei 120 wird eine IFFT-Operation (Inverse Fast Fourier
Transform) an den Unterträgersymbolen
durchgeführt
und die sich ergebenden Symbole werden von einem Multiplexer 125 parallel-serien-gewandelt,
um ein Signal im Zeitbereich zu bilden, das von Hardware/Software/Firmware 130 quadraturmoduliert
und zur Übertragung
in eine HF-Frequenz gewandelt wird. In einigen Ausführungsformen
der OFDM-Senderkette 100 kann vor der Umwandlung zur HF-Frequenz
ein Basisbandfilter 135 eingesetzt werden.
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In
einem Kommunikationssystem mit Hybrid-ARQ können die Unterträger auf
unterpaketweiser Grundlage zugeteilt werden. Ein Beispiel der Bildung
von Unterpaketen in einem Hybrid-ARQ-System ist in 2 dargestellt.
Ein hier als das Codiererpaket bezeichnetes Informationspaket wird
als Eingangssignal für
einen Kanalcodierer 500 bereitgestellt. In einer beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Kanalcodierer 500 Turbocodierung
mit 1/5-Raten-Code benutzen. Vom Kanalcodierer 500 wird
den Informationen Redundanz hinzugefügt und damit die Fähigkeit
zur Fehlerkorrektur am Empfänger
bereitgestellt. Eine vom Codierer 500 bereitgestellte Folge
codierter Bit wird bei 505 punkturiert und/oder wiederholt,
um Unterpakete wie beispielsweise Unterpakete SP1-SP4 zu bilden. Der
Fachmann wird erkennen, daß die
Anzahl gebildeter Unterpakete eine Funktion von Auslegungskriterien
ist und unter anderem von der Basiscodierrate und der Höchstzahl
von in dem Hybrid-ARQ-Verfahren zulässigen Wiederholungsversuchen
abhängig ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die vier aus dem Informationspaket
gebildeten Unterpakete SP1-SP4 jeweils selbst decodierbar, d.h.
das Informationspaket (Codiererpaket) kann möglicherweise aus einem beliebigen
einzigen der Unterpakete wiedergewonnen werden. Die Grundsätze der
vorliegenden Erfindung lassen sich jedoch leicht auf den Fall nicht-selbstdecodierbarer
Unterpakete anwenden.
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Die
Unterpakete SP1–SP4
können
unter Steuerung einer Ablaufsteuerung 510 wie bei 515 dargestellt
zu entsprechenden Unterträgern
geleitet oder darauf abgebildet werden. Durch Steuern der Abbildung
der Unterpakete SP1-SP4 kann eine "bevorzugte" Unterträgerzuteilung bewirkt werden.
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Die
Benutzerdatenrate in einem OFDM-System läßt sich wie folgt schreiben:
wobei
- K
- die Modulationsordnung
(2K) ist, beispielsweise K = 1, 2, 3, 4
für BPSK,
QPSK, 8-PSK bzw. 16-QAM-Modulation
- RC
- die Kanalcodierungsrate
ist
- Sbenutzt
- die Anzahl von zur
Datenübertragung
benutzten Unterträgern
ist
- Sgesamt
- die Gesamtzahl von
Unterträgern
ist
- RS
- die Abtastrate in
Abtastwerten/Sekunde ist.
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Die
IFFT-Operation der 1 ist in 3 weiter
erweitert. Dem IFFT-Block werden insgesamt N Datensymbole am Ausgang
des Serien-Parallel-Wandlers bezeichnet als a(0), a(1), ..., a(N-1)
zugeführt.
Am Ausgang des IFFT-Blocks wird eine weitere Menge von als S(0),
S(1), ..., S(N-1) bezeichneten N Symbolen erhalten.
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Diese
Symbole werden parallel-serien-gewandelt (gemultiplext), um ein
ein OFDM-Symbol genanntes Zeitsignal zu bilden.
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Wie
oben bemerkt kann für
ein gegebenes Modulations- und
Codierungsverfahren eine höhere Datenrate
durch Verwendung einer größeren Anzahl von
Unterträgern
zur Übertragung
unterstützt
werden. In einem Funkkommunikationssystem erfahren Benutzer in der
Nähe der
Basisstation im Vergleich zu schwachen Benutzern am Rande der Zelle
ein viel höheres
Signal-Interferenz-Verhältnis einschließlich Rauschen
(SINR – signal-to- interference-plus-noise ratio).
Die Benutzer am Rande der Zelle sehen höhere Störung von Nachbarzellen, die
das SINR für
diese Benutzer begrenzt.
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Durch
ein hohes SINR für
gute Benutzer werden höhere
Datenraten unterstützt.
Eine höhere
Datenrate kann durch Verwendung einer größeren Anzahl von Unterträgern, einer
höheren
Modulationsordnung und/oder einer höheren Codierung erreicht werden.
Aus dem Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit wird zuerst die Anzahl
von Unterträgern
erhöht, wenn
höhere
Datenraten gewünscht
werden. Das erlaubt die Verwendung einer robusteren Modulation und
Codierung für
die gleiche Datenrate. Zur weiteren Steigerung der Datenrate, wenn
das System voll belastet ist, d.h. alle Unterträger benutzt werden, kann die
Modulationsordnung und/oder Codierungsrate gesteigert werden. In 4 ist
ein Beispiel der Datenübertragung
unter Verwendung von 8 Unterträgern
mit gleichmäßig auf
die Unterträger
verteilter Leistung dargestellt.
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Wie
oben besprochen sind die Datenraten für die schwachen Benutzer im
System durch das SINR begrenzt. Es kann daher eine tragbare Datenrate
für einen
schwachen Benutzer durch Verwendung weniger Unterträgern mit
sehr robuster Modulation und Codierung erreicht werden. Wenn zur Übertragung
zu einem schwachen Benutzer weniger Unterträger benutzt werden, kann die
gesamte verfügbare
Basisstationsleistung P wie in 5 gezeigt
auf diese wenigeren Unterträger
konzentriert werden. In der beispielhaften Ausführungsform der 5 ist
beispielsweise die verfügbare
Leistung gleichermaßen unter
zwei Unterträgern
aufgeteilt, die jeweils die Hälfte
der verfügbaren
Leistung empfangen. Die erhöhte
Leistung trägt
dazu bei, daß SINR über die
zur Übertragung
verwendeten Unterträger
zu steigern. Auf nicht zur Übertragung
benutzten Unterträgern wird
keine Leistung gesendet. Der Fachmann wird erkennen, daß die Aufteilung
und Zuteilung von Leistung unter den Unterträgern eine beliebige einer Vielzahl
von Formen annehmen kann, ohne aus dem Rahmen der vorliegenden Erfindung
zu weichen.
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In 6 ist
ein beispielhaftes Zellenlayout dargestellt. Da die Zelle 1 an Zellen
2–7 angrenzt, kann
sie Störung
von ihren sechs Nachbarzellen 2–7 aufgrund
der Überlappung
von Signalen entlang den Rändern
von Nachbarzellen erfahren. Das heißt eine Mobilstation in der
Nähe des
Randes der Zelle 1 neben der Zelle 2 kann aus Zelle 1 wie auch Zelle
2 stammende Signale empfangen, die einander stören können, besonders wenn die Nachbarzellen
einen oder mehrere gemeinsame Unterträger benutzen.
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In 7 ist
eine beispielhafte, zum Multiplexen von Übertragungen über zwei
Ablaufsteuerungszeitintervalle benutzte beispielhafte Methodik dargestellt.
Es wird ein zeitsynchronisiertes System angenommen, d.h. Zeitschlitze
sind über
die Zellen im System zueinander ausgerichtet. In diesem Beispiel findet
die Übertragung über eine
größere Anzahl
von Unterträgern
in den ungeradzahligen Schlitzen statt, während geradzahlige Schlitze
für Übertragungen benutzt
werden, die weniger Unterträger
erfordern. Im Schlitz-1 können Übertragungen
mit höherer
Datenrate stattfinden, da alle acht der Unterträger (SC1 bis SC8) zum parallelen Übertragen
von Daten in den Zellen benutzt werden. Im Schlitz-2 benutzt jede
der Zellen einen unterschiedlichen einzelnen Unterträger für Übertragungen
mit niedrigerer Datenrate. Im Schlitz-3 finden wieder Übertragungen
mit höherer Datenrate
auf allen acht Unterträgern
(SC1 bis SC8) in allen Zellen statt. Im Schlitz-4 benutzt die Zelle
6 einen einzelnen Unterträger,
Zellen 1, 2, 3, 4 und 5 benutzen zwei Unterträger und Zelle 5 und 7 benutzen
jeweils 3 Unterträger.
Durch Gruppieren der Verwendung einer größeren und kleineren Anzahl
von Unterträgern
in zwei ausgeprägte
Zeitintervalle läßt sich
die Wahrscheinlichkeit einer Unterträgerkollision während Zeiten
geringer Unterträgernutzung
minimieren. Beispielsweise geschieht im Zeitschlitz-2, wo jede Zelle Übertragung
mit einem einzelnen Unterträger
durchführt,
keine Unterträgerkollision,
mit dem Ergebnis eines verbesserten SINR. Auf ähnliche Weise sieht im Schlitz-4
jede beliebige gegebene Zelle Störung
von höchstens
einer Basisstation. Beispielsweise wird im Schlitz-3 der Unterträger Nr.
2 in Zellen 2 und 5 benutzt.
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In
Schlitzen, wo weniger Unterträger
für Übertragungen
benutzt werden, kann die Zuteilung von Unterträgern über unterschiedliche Zellen
koordiniert werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Unterträgerkollision über Zellen
hinweg zu verringern.
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren, wo ein gesamtes Ablaufsteuerungzeitintervall in
mindestens zwei Teilintervalle aufgeteilt wird. Im ersten Zeitintervall
findet Datenübertragung
unter Verwendung einer großen
Anzahl von Unterträgern statt.
Im zweiten Zeitintervall wird eine kleinere Anzahl von Unterträgern zur Übertragung
benutzt. Der Fachmann wird jedoch erkennen, daß es in einigen Anwendungen
nützlich
sein könnte,
das gesamte Ablaufsteuerungszeitintervall in drei oder mehr Teilintervalle
aufzuteilen. In der Tat kann es bei Verwendung von drei Teilintervallen
sinnvoll sein, Unterträger
so zuzuteilen, daß keine
zwei Nachbarzellen einen gemeinsamen Unterträger im gleichen Teilintervall
benutzen werden.
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Der
Fachmann wird erkennen, daß die
in den verschiedenen Ausführungsformen
hier dargestellten verschiedenen Systemschichten, Routinen oder
Module ausführbare
Steuereinheiten (wie beispielsweise die Ablaufsteuerung 510 (siehe 5))
sein können.
Die Steuereinheiten können
einen Mikroprozessor, eine Mikrosteuerung, einen Digitalsignalprozessor,
eine Prozessorkarte (mit einem oder mehreren Mikroprozessoren oder
Steuerungen) oder sonstige Steuerungs- oder Rechenvorrichtungen
sowie in einer oder mehreren Speichervorrichtungen enthaltene ausführbare Anweisungen
umfassen. Die Speichervorrichtungen können ein oder mehrere maschinenlesbare
Speichermedien zum Speichern von Daten und Anweisungen umfassen.
Die Speichermedien können
unterschiedliche Speicherformen einschließlich von Halbleiterspeichervorrichtungen
wie beispielsweise dynamischen oder statischen Direktzugriffsspeichern
(DRAN oder SRAM), löschbare
und programmierbare Nurlesespeicher (EPROM), elektrisch löschbare
und programmierbare Nurlesespeicher (EEPROM) und Flash-Speicher;
Magnetplatten wie beispielsweise Fest-, Floppy-, Wechselplatten; andere
Magnetmedien einschließlich
Band und optische Medien wie beispielsweise Laserplatten (CD – compact
disk) oder digitale Videoplatten (DVD – digital video disk) umfassen.
Anweisungen, die die verschiedenen Softwareschichten, Routinen oder
Modulen in den verschiedenen System bilden, können in jeweiligen Speichervorrichtungen
gespeichert sein. Die Anweisungen veranlassen bei Ausführung durch eine
jeweilige Steuereinheit die Durchführung programmierter Handlungen
durch das entsprechende System.
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Die
oben offenbarten bestimmten Ausführungsformen
sind nur beispielhaft, da die Erfindung auf verschiedene, aber gleichwertige
Weisen abgeändert
und ausgeübt
werden kann, die dem Fachmann im Nutzen der vorliegenden Lehre offenbar sind.
Weiterhin sind außer
wie in den Ansprüchen
unten beschrieben keine Begrenzungen der hier dargestellten Konstruktions-
oder Auslegungseinzelheiten beabsichtigt. Es ist daher klar, daß die oben
offenbarten bestimmten Ausführungsformen
geändert
oder abgeändert
werden können.
Dementsprechend entspricht der hier gesuchte Schutz den Ausführungen in
den unten stehenden Ansprüchen.
