DE602005002902T2

DE602005002902T2 - Zufallzugriffsverfahren in mehrzelligen OFDMA Netzwerke

Info

Publication number: DE602005002902T2
Application number: DE602005002902T
Authority: DE
Inventors: Young-June San 4-2 Choi; Sae-Woong San 4-2 Bahk; Jung-Hyun San 4-2 Jun; Sang-Boh Yun
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Seoul National University Industry Foundation
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Seoul National University Industry Foundation
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2025-08-27
Also published as: CN1741679A; KR20060019448A; DE602005002902D1; KR100606049B1; EP1631018B1; US20060045047A1; EP1631018A1; CN100589631C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein vorgeschaltetes Zugriffsverfahren in einem OFDMA-basierten (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) Mobilkommunikationssystem und insbesondere ein Direktzugriffsverfahren.
In einem Mobilkommunikationssystem der nächsten Generation wird schnelle und hochqualitative Datenübertragung erforderlich sein, um verschiedene Multimediadienste, die verbesserte Qualität aufweisen, zu unterstützen. In jüngster Zeit wurde ein OFDMA-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) entwickelt, welches eines der Verfahren ist, das die Anforderungen an schnelle und hochqualitative Datenübertragung erfüllt.
Ein Blockschema, das ein typisches OFDMA-Kommunikationssystem veranschaulicht, wird in 1 gezeigt. Das OFDMA-Kommunikationssystem weist eine Multizellenstruktur auf, bestehend aus einer Basisstation (BS) 11, einem Netzwerk 100, das mit der Basisstation (BS) 11 verbunden ist, um auf Internetprotokoll-Netzwerke (IP-Netzwerke) (nicht gezeigt) zuzugreifen, sowie aus einer Vielzahl von Mobilendgeräten (MT) 12-1 und 12-2, die einer jeden Basisstation (BS) 11 zugewiesen sind.
Ein OFDM/OFDMA-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Orthoganal Frequency Division Multiple Access) wird für Signalübertragung/Signalempfang zwischen der Basisstation (BS) 11 und den Mobilendgeräten (MT) 12-1 und 12-2 genutzt.
Wenn darüber hinaus eine Vielzahl von Teilnehmervorrichtungen (das heißt Mobilendgeräten (MT)) Zugriff auf die gleiche Basisstation (BS) hat, muss eine jede Teilnehmervorrichtung einen Direktzugriffskanal eines Direktzugriffsverfahrens verwenden, um anfangs auf ein Netzwerk zuzugreifen.
In drahtlosen Kommunikationsnetzen, wie zum Beispiel dem Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA-Netz), wird ebenfalls ein Direktzugriffsverfahren ei nes ALOHA-Systems für einen Mobilendgeräte-Zugriff auf eine Basisstation (BS) im Uplink verwendet. Zusätzlich wird in diesen drahtlosen Kommunikationsnetzen das Direktzugriffsverfahren für alle Teilnehmervorrichtungen verwendet, um auf von Zellen gemeinsam genutzte Kanäle zuzugreifen. Im Übrigen wird für einen Sprachdienst das Direktzugriffsverfahren von jedem Teilnehmer verwendet, um eine unabhängige Kanalzuweisung anzufordern.
In einem Mobilkommunikationsnetz der nächsten Generation, welches verschiedene Datendienste umfassen wird, ist das Direktzugriffsverfahren gut definiert, da eine gute Möglichkeit besteht, dass es häufig genutzt wird, um ein Paket-Scheduling-Verfahren auf den Uplink anzuwenden. Jedoch sind bislang keine hinreichenden Untersuchungen des Direktzugriffsverfahrens in Mobilkommunikationsnetzen der nächsten Generation durchgeführt worden.
Ein Beispiel eines Mangels des Direktzugriffsverfahrens besteht darin, dass herkömmliche Technologien in Bezug auf das Direktzugriffsverfahren nur einen einzelnen Kanal einer einzelnen Zelle berücksichtigen.
Ein Fließschema, das ein herkömmliches Direktzugriffsverfahren unter Nutzung eines einzelnen Kanals veranschaulicht, wird in 2 gezeigt. Wenn bei dem herkömmlichen Direktzugriffsverfahren eine Direktzugriffsanforderung von jeder Teilnehmervorrichtung in dem Schritt 201 gesendet wird, wird in dem Schritt 202 bestimmt, ob eine Kollision stattgefunden hat.
Infolge der Bestimmung, wenn keine Kollision stattgefunden hat, wird in dem Schritt 204 der Zugriff erfolgreich erzielt. Wenn jedoch eine Kollision stattgefunden hat, führt jede kollidierte Teilnehmervorrichtung in dem Schritt 203 Backlogging ihrer Direktzugriffsanforderung durch und wartet eine zufällige Zeitdauer und versucht in dem Schritt 201 eine neue Direktzugriffsanforderung.
Ein veranschaulichendes Schema des herkömmlichen Direktzugriffsverfahrens unter Nutzung eines einzelnen Kanals wird in 7 gezeigt. Als häufiger Fall, wenn eine Direktzugriffsanforderung „a" von einer Teilnehmervorrichtung A gesendet wird, kann ein Uplink-Zugriff an einem zufällig angeforderten Schlitz 701 erzielt werden. Wenn jedoch die Direktzugriffsanforderungen „a" und „b" gleichzeitig von zwei Teilnehmervorrichtungen A beziehungsweise B gesendet werden, und wenn eine Kollision an einem angeforderten Schlitz 703 stattfindet, müssen die beiden Teilnehmervorrichtungen A und B danach für die Zufallsanzahlen 71 beziehungsweise 72 einen Backoff-Vorgang durchführen. Danach müssen die beiden Teilnehmervorrichtungen A und B den Uplink-Zugriff unter Verwendung neuer Direktzugriffsanforderungen an unterschiedlichen Schlitzen 706 und 710 durchführen.
Gemäß den Arbeiten unter dem Titel „Throughput Analysis of Multichannel Slotted ALOHA Systems in Multiple Log-Normal and Rayleigh interferers Environment" (VTC92) und unter dem Titel „Multichannel ALOHA data Networks for Personal Communications Services (Globecom 92) wurde ein Zugriff auf Mehrfachkanäle angenommen und analysiert. Danach wurden Studien zur Kombination von Codierungsverfahren in Mehrfachkanälen durchgeführt.
In einem OFDMA-System unter Nutzung einer Vielzahl von Zwischenträgern muss eine Frequenz-Wiederbenutzungsrate berücksichtigt werden, wenngleich der Durchsatz von Zellen erhöht werden kann. Leider sind keine Studien unter Berücksichtigung der Frequenz-Wiederbenutzungsrate durchgeführt worden. Dementsprechend ist eine Studie unter Berücksichtigung der Frequenz-Wiederbenutzungsrate eines Direktzugriffsverfahrens in einem OFDMA-System wünschenswert.
EP 0 938 193 A1 beschreibt ein Standard-OFDM-Direktzugriffsverfahren mit einem einzelnen Kanal, auf den eine Vielzahl von Mobilstationen gleichzeitig zugreifen. Der Uplinkkanal umfasst einen Direktzugriffskanal zum Senden von Registrierungsdaten von wenigstens einer Mobilstation zu der Basisstation.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Direktzugriffsverfahrens in einem Multizellen-OFDMA-Netzwerk, das mit Berücksichtigung einer Frequenz-Wiederbenutzungsrate in einem Netzwerk mit OFDMA-basierten Multizellen wirksam genutzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Direktzugriffsverfahrens in einem Multizellen-OFDMA-Netzwerk, das wirksame Kollisionsvermeidung ermöglicht, indem ein optimaler Wert der Anzahl von Zugriffsversuchen für Ressourcen-Wiederverwendung von Direktzugriffskanälen in einem Netzwerksystem mit OFDMA-basierten Multizellen ermittelt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Direktzugriffsverfahren in einem OFDMA-Netzwerk (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (1) wenn eine Direktzugriffsanforderung durch jede Teilnehmervorrichtung an das OFDMA-Netzwerk ausgegeben wird, zufallsbestimmtes Auswählen eines der Uplink-Direktzugriffskanäle durch eine jede Teilnehmervorrichtung; (2) wenn keine Kollision in dem ausgewählten Kanal stattfindet, Zugreifen durch den ausgewählten Kanal; (3) wenn eine Kollision in dem ausgewählten Kanal stattfindet und wenn die Anzahl der Wiederholungen für die Kanalauswahl kleiner ist als ein vorgegebener Wert, zufallsbestimmtes Auswählen eines der Uplink-Direktzugriffskanäle und Bestimmen, ob Kollision stattfindet; (4) wenn infolge der Bestimmung des Schrittes (3) keine Kollision stattfindet, Zugreifen durch einen schließlich ausgewählten Kanal; und (5) wenn infolge der Bestimmung des Schrittes (3) Kollision stattfindet, Übergehen zu dem Schritt (3).
Die obenstehende Aufgabe und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen besser ersichtlich und verständlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist ein Übersichtsschema eines typischen OFDMA-Kommunikationssystems; 2 ist ein Fließschema und veranschaulicht ein herkömmliches Direktzugriffsverfahren unter Verwendung eines einzelnen Kanals; 3 ist ein Fließschema und veranschaulicht ein Direktzugriffsverfahren in einem Multizellen- OFDMA-Netzwerk, in dem die Wiederbenutzungsrate von Mehrfachkanälen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird.
4 ist ein Fließbild und veranschaulicht ein Verfahren des Einstellens einer Wiederholungsanzahl m, die auf das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Die 5A bis 5C sind veranschaulichende Schemata von Versuchsergebnissen, ausgeführt in einer einzelnen Zelle auf Basis des Direktzugriffsverfahrens in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die 6A und 6B sind veranschaulichende Schemata von Versuchsergebnissen, durchgeführt in mehreren Zellen auf Basis des Direktzugriffsverfahrens in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein veranschaulichendes Schema des herkömmlichen Direktzugriffsverfahrens unter Verwendung eines einzelnen Kanals, und
8 ist ein veranschaulichendes Schema des Direktzugriffsverfahrens, bei dem die Wiederbenutzungsrate von Mehrfachkanälen gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen werden gleiche oder ähnliche Elemente jeweils mit den gleichen Verweisziffern bezeichnet werden, selbst wenn sie in unterschiedlichen Zeichnungen dargestellt werden. In der folgenden Beschreibung werden hinreichend bekannte Funktionen und Konstruktionen nicht ausführlich beschrieben werden, da dies die Beschreibung der Erfindung unnötig komplizieren würde.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der Uplink-Direktzugriffskanäle aller Zellen N ist.
Ein Fließbild, das das Direktzugriffsverfahren in einem Multizellen-OFDMA-Netzwerk, in dem eine Wiederbenutzungsrate von Mehrfachkanälen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt wird, wird in 3 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 3 und gemäß dem Direktzugriffsverfahren der vorliegenden Erfindung wird eine Direktzugriffsanforderungs-Wiederholungsanzahl in dem Schritt 301 auf 0 gesetzt. Danach wird von jeder Teilnehmervorrichtung (das heißt Mobilendgeräte (MT)) in dem Schritt 301 eine Direktzugriffsanforderung gesendet, einer der Mehrfachkanäle wird in dem Schritt 302 durch ein jedes Mobilendgerät (MT) zufallsbestimmt ausgewählt. Das heißt, wenn im Ergebnis von mehreren Kanälen im Gegensatz zu einem einzelnen Kanal zwei oder mehr Direktzugriffsanforderungen kollidieren, da sie unter Verwendung des gleichen Zeitschlitzes auf dem gleichen Kanal gesendet wurden, kann jede der Direktzugriffsanforderungen zu jedem der Vielzahl von Kanälen zugewiesen werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Vermeidung einer Kollision durch Auswahl und Senden unter Verwendung der Direktzugriffskanäle maximiert wird, ohne dass die Operation des Backlogging erforderlich ist, wie sie nach dem Stand der Technik gelehrt wird.
Da weiterhin mehrere Kanäle zufallsbestimmt ausgewählt werden, wird die Wahrscheinlichkeit einer Kollision reduziert.
Nachdem in dem Schritt 302 ein zufallsbestimmter Kanal ausgewählt wird, wird in dem Schritt 303 bestimmt, ob eine Kollision in dem ausgewählten Kanal stattgefunden hat, und wenn keine Kollision stattgefunden hat, wird der Zugriff in dem Schritt 307 erfolgreich erzielt.
Im Ergebnis der Bestimmung in dem Schritt 303, wenn die Kollision stattfindet, wird in dem Schritt 304 bestimmt, ob die Anzahl von Wiederholungen einer jeden kollidierten Teilnehmervorrichtung größer ist als ein vorgegebener Grenzwert „m". Wenn die Anzahl der Wiederholungen kleiner ist als der vorgegebene Grenzwert m, wird in dem Schritt 305 eine Wiederholungsanzahl erhöht (3 veranschaulicht, dass „0" für eine Anfangs-Direktzugriffsanforderungswiederholung gegeben ist), und danach wird das zufallsbestimmte Kanalauswahlverfahren in dem Schritt 302 wiederholt.
Wenn infolge der Bestimmung in dem Schritt 304 die Anzahl der Wiederholungen einer jeden kollidierten Teilnehmervorrichtung größer ist als der vorgegebene Grenzwert m, wird die Direktzugriffsanforderung einer jeden entsprechenden Teilnehmervorrichtung in dem Schritt 306 für eine zufällige Zeitdauer Backlogging unterzogen, und in dem Schritt 301 wird eine neue Direktzugriffsanforderung gesendet.
In der obenstehenden Beschreibung deuten Kollisionen ein Verfehlen einer Teilnehmervorrichtung, auf einen Direktzugriffskanal zuzugreifen, an, aufgrund von Kollision ihrer Direktzugriffsanforderung mit der Direktzugriffsnachricht der Station eines anderen Teilnehmers.
Ein veranschaulichendes Schema des Direktzugriffsverfahrens unter Verwendung einer Wiederbenutzungsrate von Mehrfachkanälen gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird in 8 gezeigt. Direktzugriffskanäle gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfassen die fünf Kanäle 81, 82, 83, 84 und 85, einschließlich der Zeitschlitze 811 bis 820, 821 bis 830, 831 bis 840, 841 bis 850 beziehungsweise 851 bis 860 auf der gleichen Achse.
Wenn Direktzugriffsanforderungen von den Teilnehmervorrichtungen A, B und C gesendet werden, werden Kanäle von den jeweiligen Teilnehmervorrichtungen zufallsbestimmt ausgewählt. Das heißt, gemäß dem veranschaulichenden Schema wird der Kanal 81 für die Teilnehmervorrichtung A ausgewählt, wird der Kanal 84 für die Teilnehmervorrichtung B ausgewählt und wird der Kanal 85 für die Teilnehmervorrichtung C ausgewählt. Dementsprechend können Uplinkzugriffe der Teilnehmervorrichtungen an den zufallsbestimmt angeforderten Schlitzen 811, 841 beziehungsweise 851 erzielt werden.
Wenn jedoch mehr als zwei Teilnehmervorrichtungen Direktzugriffsanforderungen ausgeben und Direktzugriffskanäle auswählen, kann eine Situation eintreten, in der zwei Teilnehmervorrichtungen D und M gleichzeitig den gleichen Schlitz auswählen (zum Beispiel den Schlitz 823). Wenn analog dazu eine Vielzahl von Teilnehmervorrichtungen gleichzeitig den gleichen Schlitz des gleichen Kanals auswählt, im Gegensatz zu den Lehren der Standes der Technik des Backloggings (das heißt Warten für zufällige Zeitdauer und erneuter Versuch von Direktzugriffsanforderung), bestimmt eine jede kollidierte Teilnehmervorrichtung einen nächstfolgenden Schlitz durch zufallsbestimmtes erneutes Auswählen eines Kanals. Infolgedessen können die kollidierten Teilnehmervorrichtungen (zum Beispiel D und M) erfolgreich Uplink erzielen, indem sie auf die Schlitze 814 beziehungsweise 844 zugreifen.
In einem Fall, in dem eine Kollision zwischen zwei Teilnehmervorrichtungen I und J an dem Schlitz 836 stattfindet, wird eine zufallsbestimmte Kanalauswahl durchgeführt, und wenn an dem Schlitz 847 erneut eine Kollision stattfindet, wird bestimmt, ob die Anzahl der zufallsbestimmten Kanalauswahlen eine vorgegebene Wiederholungsanzahl m übersteigt, und wenn die Anzahl der zufallsbestimmten Kanalauswahlen die vorgegebene Wiederholungsanzahl m nicht übersteigt, wird ein Verfahren wiederholt, bei dem jede kollidierte Teilnehmervorrichtung (zum Beispiel I und J) zufallsbestimmt einen Kanal auswählt. Infolgedessen erzielen die Teilnehmervorrichtungen, die an den Schlitzen 836 und 847 kollidiert sind, erfolgreich Uplinkzugriff an den Schlitzen 818 und 838.
Wenngleich die Teilnehmervorrichtungen I und J als wiederholt kollidierend gezeigt werden, kann die zweite (das heißt die wiederholte) Kollision entweder zwischen I und/oder J und anderen Teilnehmervorrichtungen stattfinden, in welchem Fall die Teilnehmervorrichtung, die kollidiert ist, ähnliche Operationen durchführt.
In einem Fall, in dem eine Anzahl von zufallsbestimmten Kanalauswahlen die vorgegebene Wiederholungsanzahl m übersteigt, da wiederholt Kollisionen stattfinden, führt eine jede Teilnehmervorrichtung Backlogging durch, wartet eine zufällige Zeitdauer und versucht eine neue Direktzugriffsanforderung.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der Uplink-Direktzugriffskanäle aller Zellen gleich N ist. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass eine Wiederbenutzungsrate der Uplink-Direktzugriffskanäle gleich 1 ist. Das heißt, alle Teilnehmervorrichtungen führen Senden durch, indem sie zufallsbestimmt einen der N Kanäle in dem Uplink auswählen.
Ein Wert einer vorgegebenen Wiederholungsanzahl m, der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung genutzt wird, wird durch Schätzen einer Paketeingangsrate eines Netzwerkes in einem System, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, eingestellt.
Ein Fließbild, das ein Verfahren des Einstellens der Wiederholungsanzahl m, die auf das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird in 4 gezeigt. Ein Wert der Wiederholungsanzahl m wird eingestellt, indem eine Paket-Gesamteingangsrate R in einem System geschätzt wird, auf das die vorliegende Erfindung in dem Schritt 401 angewendet wird. Die Schätzung der Gesamteingangsrate R wird durchgeführt, indem eine Gesamtanzahl von durch alle Teilnehmervorrichtungen in einem Superframe versuchten Direktzugriffen zusammengefasst wird, und kann weiterhin durchgeführt werden, indem ein Mittelwert einer Vielzahl von Superframes ermittelt wird.
Der Wert von m wird als 1 bis n bestimmt, entsprechend der Größe oder Kleinheit zwischen der Gesamteingangsrate R und R₁, R₂,..., R_n-1, welches Werte sind, die durch Analysen oder Versuche auf Basis der Gesamtkanalzahl N in den Schritten 402 bis 408 vorberechnet worden sind.
Die Werte von R₁, R₂,..., R_n-1 werden als Werte, die durch Analysen oder Versuche auf Basis der Gesamtkanalzahl N vorberechnet worden sind, zugewiesen. Der Wert von m kann von dem System zufallsbestimmt eingestellt werden.
Ein veranschaulichendes Schema der Durchsätze in einer einzelnen Zelle, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird in 5A gezeigt. Ein veranschaulichendes Schema von Kollisionswahrscheinlichkeiten in einer einzelnen Zelle, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird in 5B gezeigt.
Die Horizontalachse aus 5A deutet eine Eingangsrate an, und die Vertikalachse deutet einen Durchsatz an. Die Horizontalachse aus 5B deutet eine Eingangsrate an, und die Vertikalachse deutet eine Kollisionswahrscheinlichkeit an. Die 5A und 5B zeigen Poisson'sche Verteilungsdiagramme, in denen Gesamtpakete Eingangsraten von 0 bis 10 in einem Zustand von sieben Direktzugriffskanälen aufweisen, die verschiedene Zwischenträger in einer einzelnen Zelle aufweisen, auf die das Direktzugriffsverfahren in einem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 5A und 5B deutet A einen Fall statischer Auswahl gemäß dem herkömmlichen Verfahren an, bei dem eine jede Teilnehmervorrichtung nur auf einen Direktzugriffskanal zugreifen kann, der einer jeden Teilnehmervorrichtung zugewiesen wird, wohingegen B bis E Fälle dynamischer Auswahl gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung andeuten, in denen eine jede Teilnehmervorrichtung zufallsbestimmt einen der Direktzugriffskanäle auswählen kann.
Bei Analyse der 5A und 5B ist weiterhin zu erkennen, dass die dynamische Auswahl eine bessere Leistung zeigt als die statische Auswahl, wenn m = 1. Es ist weiterhin zu erkennen, dass sich die Kollisionswahrscheinlichkeit mit einer Zunahme des Wertes m erhöht, wohingegen separat Punkte vorliegen, die einen optimalen Durchsatz auf Basis der Eingangsrate andeuten.
Das heißt, ein Fall von m = 4 weist den besten Durchsatz bei einer Eingangsrate von 0 bis 3,6 auf, ein Fall von m = 3 weist den besten Durchsatz bei einer Eingangsrate von 3,6 bis 4,3 auf, ein Fall von m = 2 weist den besten Durchsatz bei einer Eingangsrate von 4,3 bis 6 auf, und ein Fall von m = 1 weist den besten Durchsatz bei einer Eingangsrate von über 6 auf.
5C ist ein Vergleichsschema von Erfolgswahrscheinlichkeiten auf Basis der Anzahl der Sendeversuche in einer einzelnen Zelle, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Die Horizontalachse aus 5C zeigt die Anzahl der Sendeversuche an, und die Vertikalachse zeigt die Erfolgswahrscheinlichkeit an.
5C zeigt ein Versuchsergebnis der Erfolgswahrscheinlichkeiten auf Basis der Anzahl der Sendeversuche, wenn die Paketeingangsrate gleich 2,625 ist, und es ist zu erkennen, dass sich die Verteilung gemäß einer Änderung des Wertes m verändert.
Die 6A und 6B sind veranschaulichende Diagramme von Versuchsergebnissen von Versuchen, die in Multizellen auf Basis des Direktzugriffsverfahrens in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden.
6A ist ein veranschaulichendes Schema von Durchsätzen in Multizellen, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird. 6B ist ein veranschaulichendes Schema von Kollisionswahrscheinlichkeiten in Multizellen, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Die Horizontalachse aus 6A deutet eine Eingangsrate an, und die Vertikalachse deutet einen Durchsatz an. Die Horizontalachse aus 6B deutet eine Eingangsrate an, und die Vertikalachse deutet eine Kollisionswahrscheinlichkeit an. Die 6A und 6B zeigen Poisson'sche Verteilungsdiagramme, bei denen die Gesamtpakete Eingangsraten von 0 bis 10 in einem Zustand von sieben Direktzugriffskanälen mit unterschiedlichen Zwischenträgern in Multizellen aufweisen, auf die das Direktzugriffsverfahren in dem Multizellen-OFDMA-Netzwerk gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf die 6A und 6B deutet A einen Fall statischer Frequenzwiederbenutzung gemäß einem Fall an, in dem ein Kanal zu einer jeden Zelle zugewiesen wird, das heißt die Frequenzwiederbenutzungsrate ist 7, wohingegen B einen Fall von differentieller Frequenzwiederbenutzung gemäß einem Fall zeigt, bei dem drei Frequenzen zu einer jeden Zelle zugewiesen werden, so dass eine Frequenz in zwei zufallsbestimmte Zellen überlappt. Weiterhin deuten C bis E Fälle dynamischer Fre quenzwiederbenutzung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an, in denen ein jeder Anruf sieben Frequenzen nutzen kann.
Bei Analyse der 6A und 6B ist zu erkennen, dass das vorgeschlagene Verfahren, die dynamische Frequenzwiederbenutzung, die beste Leistung aufweist. Das heißt, wie bei den Versuchen in der einzelnen Zelle erhöht sich die Kollisionswahrscheinlichkeit mit einer Zunahme des Wertes m, wohingegen Punkte separat auf Basis der Eingangsrate vorliegen, welche einen optimalen Durchsatz andeuten. Das heißt, ein Fall von m = 3 ist optimal bei einer Eingangsrate von unter 2, ein Fall von m = 2 ist optimal bei einer Eingangsrate von 2 bis 3, und ein Fall von m = 1 ist optimal bei einer Eingangsrate von über 3.
Wie weiter oben beschrieben wurde, kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein System die gleichen Direktzugriffskanäle nutzen, ohne die Direktzugriffskanäle separat an Zellen zu verteilen, indem eine Ressourcen-Wiederbenutzungsrate der Direktzugriffskanäle auf 1 gesetzt wird.
Zusätzlich kann in einem Fall eines Verfehlens von Direktzugriff ein Schnellzugriff erzielt werden, indem ein Kanal auf Basis einer Verbindungs-Benutzungsrate gewechselt wird, ohne dass eine zufällige Zeitdauer gewartet wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann als Programm ausgeführt und auf einem computerlesbaren Speichermedium (wie zum Beispiel auf CD-ROMs, in Direktzugriffsspeichern (RAMs), auf Disketten, auf Festplattenlaufwerken, auf magnetischen Speicherplatten etc.) gespeichert werden.

Claims

Direktzugriffsverfahren in einem OFDMA-Netzwerk (Orthogonal Frequency Division Multiple Access network), das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: (1) zufallsbestimmtes Auswählen eines einer Vielzahl von Uplink-Direktzugriffskanälen (303) durch eine Teilnehmervorrichtung, wenn eine Direktzugriffsanforderung durch die Teilnehmervorrichtung zu dem OFDMA-Netzwerk gesendet wird, (2) Erhalten von Zugriff (307) durch die Teilnehmervorrichtung, durch den ausgewählten Kanal, wenn in dem ausgewählten Uplink-Direktzugriffskanal keine Kollision stattgefunden hat, (3) zufallsbestimmtes Auswählen eines von der Vielzahl von Uplink-Direktzugriffskanälen und Feststellen, ob eine weitere Kollision stattgefunden hat, wenn in dem ausgewählten Uplink-Direktzugriffskanal eine Kollision stattgefunden hat und wenn die Anzahl von Wiederholungen für die Kanalauswahl kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert (303, 304, 305), (4) Erhalten von Zugriff durch einen schließlich ausgewählten Kanal, wenn in dem Schritt (3) festgestellt ist, dass keine Kollision stattgefunden hat (307), und (5) Wiederholen von Schritt (3), wenn in Schritt (3) festgestellt ist, dass eine Kollision stattgefunden hat.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Backlogging (306) jeder kollidierten Teilnehmervorrichtung für eine zufällige Zeitdauer, wenn die Anzahl von Wiederholungen für Kanalauswahl größer als der vorgegebene Grenzwert ist, und Wiederholen von Schritt (1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kollision (303) anzeigt, dass eine kollidierte Teilnehmervorrichtung einen Zugriff auf einen der Uplink-Direktzugriffskanäle verfehlt hat.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei für die Uplink-Direktzugriffskanäle eine Wiederbenutzungsrate 1 ist, indem dieselben Kanalressourcen, ohne getrenntes Zuweisen der Uplink-Direktzugriffskanäle zu jeder Zelle in einem Multizellenbereich des OFDMA-Netzwerks, genutzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der vorgegebene Grenzwert bestimmt wird, indem eine Paket-Gesamteingangsrate R des OFDMA-Netzwerks geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schätzung der Paket-Gesamteingangsrate durch Zusammenfassen einer Gesamtanzahl von durch alle Teilnehmer versuchten Direktzugriffen in einem Superframe erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Kollision anzeigt, dass ein kollidierter Teilnehmer einen Zugriff auf einen der Uplink-Direktzugriffskanäle verfehlt hat.