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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der
Verwendung des Rückmeldungs-Vorwärtskanals
in Mehrträgersystemen.
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Solche
Mehrträgersysteme
implementieren häufig
das OFDM-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
als Mehrträger-Übertragungsverfahren.
OFDM wird beispielsweise im HIPERLAN/2-Standard verwendet sowie
als Erweiterung des Standards IEEE 802.11a für den 5-Ghz-Bereich. OFDM kann auch eine vernünftige Alternative
zu mobilen Hochgeschwindigkeitsanwendungen bieten und stellt daher
einen wichtigen Schritt für
mobile Funksysteme der nächsten
Generation oder für
eine Funkschnittstelle der 4. Generation dar. In diesem Umfang zieht
das 3rd Generation Partnership Project (3GPP)
in letzter Zeit die Anwendung von OFDM-Verfahren für die Funkschnittstellen-Kommunikation
beim Hochgeschwindigkeits-Datenpaketzugang (High Speed Data Packet
Access, HSDPA) zwischen dem Funkzugangsnetz (RAN) und den Benutzereinrichtungen
(User Equipment, UE) in Betracht zur Standardisierung von drahtlosen
mobilen Hochgeschwindigkeits-Breitbandkommunikationssystemen.
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In
Mehrträgersystemen
als OFDM-Übertragungssystemen
werden die übertragenen
Daten in eine Reihe paralleler Datenströme aufgeteilt, von denen jeder
einzelne zur Modulation eines separaten Teilträgers verwendet wird. Mit anderen
Worten, der Breitband-Funkträger
ist unterteilt in eine Vielzahl von Schmalband-Teilträgern oder
Teilträgern,
die unabhängig
moduliert werden mit beispielsweise QPSK, 16QAM, 64QAM oder einer
höheren
Mo dulationsordnung, die eine höhere
Datenrate pro Teilträger
erlaubt.
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In
solchen OFDM-Systemen können
die Teilträgerfrequenzen
einem Benutzerträger
auf kurzfristiger Basis (z.B. alle 2 ms) zugeordnet werden; die Modulationsordnung
pro Teilträger
zur Definition eines Übertragungsträgers für jeden
Benutzer sollte ebenfalls auf dieser kurzfristigen Basis aktualisiert werden.
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Eine
sehr wichtige Aufgabe solcher Mehrträgersysteme ist die Bereitstellung
einer effizienten Zuordnung von Teilträger/Modulation zu den verschiedenen
Benutzern. Dies ist erforderlich zur Optimierung und Erweiterung
der Leistung des Mehrträgersystems.
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Bei
der Auswahl des am besten geeigneten Teilträgers für jeden Benutzer sollte berücksichtigt werden,
dass in Mobilumgebungen mit Mehrpfad-Funkträgern einige Teilträger bei
der Nutzung durch einen bestimmten Benutzer einer sehr starken Trägerdämpfung unterliegen.
Die Zuordnung solcher Teilträger
wäre für diesen
Benutzer wegen der Schwache des Signals nutzlos. Andererseits können diese
Teilträger
von anderen Benutzern mit hoher Qualität empfangen werden.
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Im
Dokument "Multiuser
Diversity Orthogonal Frequency Division Multiple Access Systems" von Patrick Swedman,
Dez. 2003, S. 11–21,
wird die Einplanung von verschiedenen Benutzern an verschiedenen
Teilträgern
beschrieben. Die Benutzereinrichtungen messen die Teilträger und
senden die Informationen an die Basisstation. Die Benutzereinrichtungen
werden von der Basisstation über
die Entscheidung zur Einplanung informiert.
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Die
Auswahl der zwischen einer Basisstation und einer Benutzereinrichtung
zu verwendenden Teilträger
sollte zwischen dem Sender und dem Empfänger koordiniert werden, um
Fehler zu vermeiden. Im Stand der Technik wird eine Meldung mit
dem Hinweis auf die zu verwendenden Teilträger zwischen dem Sender und
dem Empfänger
im Vorschubträger ausgetauscht,
d.h. auf dem gleichen Träger,
der auch zum Senden der Benutzerdaten verwendet wird, und zwar vor
dem Senden der Benutzerdaten. Diese Art von Signalinformationen
verbraucht eine nicht zu vernachlässigende Bandbreite und Zeit,
so dass die effektive Nutzlastrate entsprechend verringert wird.
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Die
Nachricht, die die zu verwendenden Teilträger enthält, stellt eine große Menge
von Signalinformationen (ca. 100 KBit) dar, insbesondere in einem
Mehrträgersystem
mit bis zu Tausend Teilträgern.
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Ein
konkretes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zum Senden von Informationen auf den zwischen einem Sender
und einem Empfänger
in effektiverer Weise verwendeten Teilträgern, so dass die Menge der
Signalinformationen im Vorschubträger verringert wird, jedoch
noch immer zum Durchführen
einer effizienten Ressourcenzuordnung im Mehrträgersystem ausreicht.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines entsprechenden
Empfängers.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
und andere nachfolgend aufgeführte Ziele
werden erreicht über
ein Verfahren zum Senden von Benutzerda ten in einem Mehrträger-Funkkommunikationssystem
gemäß Anspruch
1 und einen Empfänger
gemäß Anspruch
6.
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Das
Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung bietet den Vorteil der Verringerung der Signallast am
Vorschubkanal, während
es ihm gleichzeitig die Möglichkeit
bietet, einen höheren
sinnvollen Datendurchsatz auf dem Vorschubträger zu senden.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Durchsicht der
folgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführungsform, die anhand von
nicht als Einschränkung
zu verstehenden Darstellungen präsentiert
wird, und aus den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich, für
die gilt:
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1 zeigt
eine Darstellung eines Netzwerks mit Mehrträgerübertragung in Abwärtsrichtung und
Sendevorschub-Signalübertragung
mit Angabe der in Abwärtsrichtung
zu verwendenden Teilträger;
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2 zeigt
eine Implementierung des Verfahrens zum Übertragen von Benutzerdaten
in einem Mehrträger-Funkkommunikationssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 zeigt
eine Implementierung eines Senders gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
eine Implementierung eines Empfängers
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
eine Darstellung eines Netzwerks mit Verwendung einer Mehrträgerübertragung in
Abwärtsrichtung.
Mobile Endgeräte 11 empfangen Mehrträgerfrequenz-Signale in Abwärtsrichtung
von der Basisstation 12 über eine Vielzahl von Teilträgern 13.
Darüber
hinaus sendet die Basisstation 12 vor der Übertragung
der Benutzerdaten an die mobilen Endgeräte 11 einen Hinweis
auf die zur Übertragung verwendeten
Teilträger.
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Das
Mehrträgernetzwerk
kann bis zu eintausend Teilträger
umfassen, die mobilen Endgeräten 11 zugeordnet
sein können.
Bevorzugt sind jedem mobilen Endgerät 11 mehrere Teilträger 13 zugeordnet entsprechend
dem hohen Durchsatz, der von der Basisstation 12 in Abwärtsrichtung
empfangen wurde. Die Frequenztrennung zwischen den Teilträgern wird so
gewählt,
dass die Teilträger
orthogonal zueinander stehen (d.h. die auf einem Teilträger übertragenen
Daten verursachen keine Interferenzen mit den auf anderen Teilträgern gesendeten
Daten).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird von der Basisstation 12 ein Hinweis zu den
für die Übertragung
zu verwendenden Teilträgern
an die verschiedenen mobilen Endgeräte 11 auf mindestens
einem Teilträger
des Vorschubträgers
geschickt. Dieser Teilträger
ist aus den mobilen Stationen 11 bekannt.
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Alternativ
dazu kann eine Vielzahl von Teilträgern den Hinweis auf einen
Schwellenwert umfassen, wobei der Hinweis einer spezifischen Kennung des
mobilen Endgeräts
zugeordnet ist. Das mobile Endgerät hört anschließend die Teilträger ab und liest,
nachdem es seine spezifische Mobilendgeräte-Kennung erkannt hat, den
entsprechenden Hinweis auf einen Schwellenwert. Weitere Möglichkeiten zum
Senden des Hinweises auf einen Schwellenwert der mobilen Endgeräte sind
vorstellbar, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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Im
Unterschied zu Lösungen
nach dem Stand der Technik werden im Vorschubträger nicht die umfangreichen
Referenzen auf die zu verwendenden Teilträger gesendet. Auf dem Vorschubträger wird
lediglich ein Hinweis auf den Schwellenwert gesendet. Dank zusätzlicher
und konkordanter Informationen am Sender 12 und am Empfänger 11 ist
der Empfänger 11 in
der Lage, aus dem Hinweis zu einem Schwellenwert das Set der Teilträger abzuleiten, über die
die Übertragung
von der Basisstation 12 durchgeführt werden soll.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen die zusätzlichen
und konkordanten Informationen, die an der sendenden Basisstation 12 sowie
an den empfangenden mobilen Endgeräten 11 vorliegen, eine
Qualitätsstufe
für die
verschiedenen Teilträger des
Systems auf. Bevorzugt bilden solche Informationen das Verhältnis Signal-zu-Interferenz (Signal
to Interference Ratio, SIR) für
die verschiedenen Teilträger,
wie es an den mobilen Endgeräten 11 gemessen und
auf dem Rückmeldungsträger an die
Basisstation 12 gesendet wird.
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Bevorzugt
wird diese Qualitätsstufe
gemäß einem
Verfahren, das Gegenstand eines parallel vom Antragsteller als europäisches Patent
EP1699197 eingereichten
Patents ist, gesendet.
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Alternativ
dazu kann es sich bei der Qualitätsstufe
für die
einzelnen Teilträger
um eine Bitfehlerrate handeln.
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Bevorzugt
wird die Qualitätsstufe
für eine Gruppe
von Teilträgern
bestimmt. Die Teilträger
werden auf die folgende Weise gruppiert: eine vordefinierte Anzahl
N von aufeinander folgenden Teilträgern bildet eine Gruppe, die
nächsten
N aufeinander folgenden Teilträger
bilden die nächste
Gruppe, usw. Die Gruppierung wird vorzugsweise bei der Systeminitialisierung
definiert.
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Bei
der Qualitätsstufe
für eine
Gruppe von Teilträgern
kann es sich um einen Durchschnittswert der Träger-Qualitätswerte handeln, die an den
Teilträgern 13,
die zur Gruppe der Teilträger
gehören,
gemessen wurden.
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Alternativ
dazu kann die Qualitätsstufe
für jeden
einzelnen Teilträger
bestimmt werden. Dies würde
jedoch eine umfangreichere Signalverarbeitung erfordern.
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Der
Vorschubträger
kann in vorteilhafter Weise implementiert werden gemäß der HSDPA-Spezifikation
(High Speed Downlink Packet Access, Hochgeschwindigkeits-Paketzugang in Abwärtsrichtung), wobei
die Informationen zur Auswahl der Teilträger gemäß der Erfindung von der Basisstation 12 über eine
HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel, Gemeinsamer Hochgeschwindigkeits-Steuerkanal) mit
einer Kapazität
von ca. 60 Kbit/s an die mobilen Endgeräte 11 gesendet werden.
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2 zeigt
eine Implementierung des Verfahrens zum Übertragen von Benutzerdaten
in einem Mehrträger- Funkkommunikationssystem.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: Schritt 21 umfasst
vor dem Übertragen
der Benutzerdaten das Senden eines Hinweises zu dem Schwellenwert
von der Basisstation 12 an die mobilen Endgeräte 11.
Dieser Hinweis wird bevorzugt auf einem vordefinierten Teilträger des
Mehrträgersystems
gesendet und am mobilen Endgerät 11 empfangen.
Alternativ dazu kann eine Vielzahl von Teilträgern den Hinweis auf einen Schwellenwert
umfassen, wobei der Hinweis einer spezifischen Kennung des mobilen
Endgeräts
zugeordnet ist. Das mobile Endgerät hört anschließend die Teilträger ab und
liest, nachdem es seine spezifische Mobilendgeräte-Kennung erkannt hat, den entsprechenden
Hinweis auf einen Schwellenwert.
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Schritt 22 umfasst
die Bestimmung einer Qualitätsstufe
für die
Teilträger
des Mehrträgersystems
am mobilen Endgerät.
Bevorzugt umfasst die Qualitätsstufe
eine SIR-Messung am mobilen Endgerät. Diese Messung sollte in
vorteilhafter Weise in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
vorgenommen werden, um die Kanaländerungen
so schnell wie möglich
nachzuverfolgen und Inkompatibilitäten mit der an der Basisstation 12 und
den mobilen Endgräten 11 verfügbaren Kanalqualität zu vermeiden.
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Schritt 23 umfasst
das Bestimmen der abzuhörenden
Teilträger
am mobilen Endgerät,
um die für dieses
mobile Endgerät
bestimmten Benutzerdaten als Funktion des Hinweises zu einem Schwellenwert und
der Qualitätsstufe
der Teilträger
zu empfangen.
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Bevorzugt
umfasst die in Schritt 23 beschriebene Funktion das Anordnen
der Teilträger
in der Reihenfolge einer abnehmender Qualitätsstufe und die Auswahl der
Teilträger,
beginnend mit dem Teilträger
mit der höchsten
Qualitätsstufe
und nachfolgender Auswahl der Teilträger mit absteigender Qualitätsstufe,
bis der Hinweis zu einem Schwellenwert erreicht ist.
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Bei
dem Hinweis auf einen Schwellenwert kann es sich um eine Anzahl
auszuwählender
Teilträger
handeln. Wenn dieser Hinweis N ist, sollte der Empfänger die
N Teilträger
mit den höchsten
Qualitätsstufen
auswählen.
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Alternativ
dazu kann es sich bei dem Hinweis auf einen Schwellenwert um einen
Qualitäts-Schwellenwert
handeln. Wenn der Qualitäts-Schwellenwert als
Qthr gekennzeichnet ist, sollte der Empfänger die Teilträger mit
einer Qualitätsstufe
höher als
Qthr auswählen.
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Für den Fachmann
sollte klar sein, dass weitere Arten von Hinweisen auf einen Schwellenwert vorstellbar
sind, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ebenso
sollte klar sein, dass weitere Arten von Funktionen vorstellbar
sind, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Nachfolgend
werden Beispiele der Implementierung der vorliegenden Erfindung
aufgeführt.
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Es
wird davon ausgegangen, dass 4 Qualitätsstufen (Quality Levels, QL)
im System definiert sind und dass jeder Gruppe von N Teilträgern (Sub-Carrier
Group, SCG) eine Qualitätsstufe
zugeordnet ist und dass N auf 8 gesetzt ist.
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Ein
Ergebnis des Qualitätsstufenberichts
eines mobilen Endgeräts
A kann lauten: QL = 4 in SCGs 1, 2, 6, 8; QL = 2 in SCG 3; QL1 in
SCGs 4, 5, 7.
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Ein
Ergebnis des Qualitätsstufenberichts
an einem Endgerät
B kann lauten: QL = 4 in SCG 4; QL = 3 in SCG 7; QL = 1 in SCGs
1, 2, 3, 5, 6, 8.
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In
einer ersten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Hinweis auf einen Schwellenwert um einen
Qualitäts-Schwellenwert:
- – Das
mobile Endgerät
A empfängt
den Hinweis, dass der zu berücksichtigende
Qualitätsstufen-Schwellenwert QL
= 4 lautet.
- – Das
mobile Endgerät
B empfängt
den Hinweis, dass der zu berücksichtigende
Qualitätsstufen-Schwellenwert
QL = 3 lautet.
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Gemäß der Erfindung
wird in den mobilen Endgeräten
die folgende Interpretation vorgenommen:
- – Das mobile
Endgerät
A wird mit allen SCs eingeplant, die zu den SCGs gehören, die
eine QL mit dem Wert QL = 4 oder höher aufweisen, d.h. SCGs 1,
2, 6, 8, also die 32 SCs, die zu den SCGs 1, 2, 6, 8 gehören.
- – Das
mobile Endgerät
B wird mit allen SCs eingeplant, die zu den SCGs gehören, die
eine QL mit dem Wert QL = 3 oder höher aufweisen, d.h. die 16
SCs, die zu den SCGs 4 und 7 gehören.
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In
einer zweiten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Hinweis auf einen Schwellenwert um eine
Anzahl von SCGs.
- – Das mobile Endgerät A empfängt den
Hinweis, dass die Anzahl der SCGs = 4 beträgt.
- – Das
mobile Endgerät
B empfängt
den Hinweis, dass die Anzahl der SCGs = 2 beträgt.
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Gemäß der Erfindung
wird in den mobilen Endgeräten
die folgende Interpretation vorgenommen:
- – Das mobile
Endgerät
A wird mit allen SCs eingeplant, die zu den 4 SCGs mit der höchsten QL gehören, d.h.
SCGs 1, 2, 6, 8, also die 32 SCs, die zu den SCGs 1, 2, 6, 8 gehören.
- – Das
mobile Endgerät
B wird mit allen SCs eingeplant, die zu den 2 SCGs mit der höchsten QL gehören, d.h.
die 16 SCs, die zu den SCGs 4 und 7 gehören.
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Wenn
die Qualitätsstufen
in einer Weise definiert sind, dass sie bereits die Schwellenwerte
für die
Verwendung eines bestimmten Modulationsschemas angeben (z.B. QL
= 1 für
BPSK, QL = 2 für QPSK,
QL = 3 für
16QAM, QL = 4 für
64QAM), kann die Benutzereinrichtung im Allgemeinen das Modulationsschema
erkennen, das für
die verschiedenen SCs verwendet wird. Im Beispiel lautet das Ergebnis wie
folgt:
- – Das
mobile Endgerät
A empfängt
ein 64QAM moduliertes Signal an den 32 SCs, die zu den SCGs 1, 2,
6, 8 gehören.
- – Das
mobile Endgerät
B empfängt
ein 16QAM moduliertes Signal an den 8 SCs in SCG 7 und ein 64QAM
moduliertes Signal an den 8 SCs in SCG 4.
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3 zeigt
eine Implementierung eines Senders gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Sender umfasst Mittel 31 zur Auswahl eines Sets von
Teilträgern,
auf denen die Benutzerdaten an einen Empfänger übertragen werden müssen, und
Mittel 32 zum Senden eines Hinweises zu einem Schwellenwert auf
einem Vorschubträgerkanal
vor der Übertragung von
Benutzerdaten, so dass der Empfänger
aus den am Sender wie auch am Empfänger verfügbaren konkordanten Informationen
das Set der für
die Übertragung
verwendeten Teilträger
ableiten kann.
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Bei
den konkordanten Informationen handelt es sich um Qualitätsinformationen,
vorzugsweise in Form von SIR-Daten
(Signal to Interference Ratio, Signal-zu-Interferenz) für die verschiedenen Teilträger, die
vorzugsweise am Empfänger
gemessen werden und auf einem Rückmeldungskanal
an den Sender zurück
geschickt werden, so dass die Informationen auf beiden Seiten der
Funkverbindung vorliegen und übereinstimmen.
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Bei
den Informationen zu einem Schwellenwert kann es sich um einen Qualitäts-Schwellenwert handeln,
der darauf hinweist, dass die verwendeten Teilträger diejenigen sind, deren
SIR höher
als der Schwellenwert ist. Alternativ dazu kann es sich bei den
Informationen zu einem Schwellenwert um eine natürliche Zahl handeln, die die
Anzahl der zu verwendenden Teilträger angibt, beginnend mit dem Teilträger mit
der besten SIR, und fortgesetzt mit den Teilträgern mit einer SIR in absteigender
Reihenfolge, bis die natürliche
Zahl erreicht ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Sender eine Basisstation eines
OFDMA- Systems, beispielsweise,
aber nicht begrenzt auf HSDPA oder WIMAX.
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4 zeigt
eine Implementierung eines Empfängers
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Der
Empfänger
umfasst Mittel 41 zur Auswahl eines Sets von Teilträgern zum
Empfangen von Benutzerdaten von einem Sender, Mittel 42 zum Empfangen
und Speichern eines Schwellenwerts, Mittel 43 zum Bestimmen
einer Qualitätsstufe
für alle Teilträger oder
für Gruppen
von Teilträgern.
Mittel 41 zur Auswahl eines Sets von Teilträgern sind
verbunden mit Mitteln 42 zum Speichern eines Schwellenwerts
und Mitteln 43 zum Bestimmen einer Qualitätsstufe.
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Mittel 41 zur
Auswahl eines Sets von Teilträgern
wählen
die Teilträger
aus, auf die von den Mitteln 43 verwiesen wurde als Teilträger mit
einer Qualitätsstufe
höher als
der von den Mitteln 42 gespeicherte Schwellenwert.
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Alternativ
dazu wählen
die Mittel 41 die Teilträger aus, beginnend mit den
Teilträgern
mit der höchsten
Qualitätsstufe,
auf die von den Mitteln 42 verwiesen wurde, und fortgesetzt
mit den Teilträgern mit
abnehmender Qualitätsstufe,
bis die Anzahl von Teilträgern
erreicht ist, die in dem in den Mitteln 42 gespeicherten
Schwellenwert angegeben ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Empfänger ein Endgerät eines
OFDMA-Systems, beispielsweise,
aber nicht begrenzt auf HSDPA oder WIMAX.