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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung kommt insbesondere in Funkübertragungssystemen des Typs Punkt-zu-Mehrpunkt
zum Einsatz, jedoch auch auf anderen Gebieten der Übertragung
auf unterschiedlichen physikalischen Schichten wie beispielsweise
in Glasfasersystemen, Koaxialkabelsystemen, Systemen mit physikalischer
Unterstützung
von Kupferkabeln, wobei letztere allgemein als „Twisted Pair"-Kupferkabel (Kabel
mit verdrillten Leitungspaaren) bezeichnet werden.
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Stand der Technik
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In Übertragungssystemen
mit einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie
werden, unabhängig von
der Topologie des eingesetzten physikalischen Mittels, generell
eine sog. „Master"-Station und eine oder
mehrere sog. „Slave"-Station(en) definiert, welche auch als „Terminals" bezeichnet werden.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkübertragungssysteme, wobei
dies in keiner Weise als Einschränkung
aufzufassen ist, da die Erfindung ebenso auch in Systemen Anwendung
finden kann, die auf anderen physikalischen Mitteln basieren, beispielsweise
Glasfaser- oder Kupferkabeln.
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Die
Kommunikation von der Master-Station zu einer oder mehreren Slave-Station(en)
verläuft über einen
Kanal, der als „Abwärtskanal" (Downstream) bezeichnet
wird und auf dem die Master-Station den Verkehr, der für die verschiedenen Terminal-Stationen
bestimmt ist, bündelt
(sog. „Multiplexing"), und zwar in der
Regel im Zeitmultiplex-Verfahren.
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Der
Verkehr von den Slave-Stationen zur Master-Station verläuft über einen
anderen logischen Kanal, den „Aufwärtskanal" (Upstream). Dieser
Aufwärtskanal
ist von dem Abwärtskanal
entweder durch die Frequenz oder durch die Zeitlage getrennt, das heißt, Übertragungen
in der Aufwärtsrichtung
können entweder
auf derselben Funkfrequenz, dann aber in verschiedenen Zeitlagen
(Timeslots), oder aber auf verschiedenen Funkfrequenzen erfolgen.
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Für andere
physikalische Schichten können durchaus
auch andere Verfahren der Trennung von Aufwärts- und Abwärtskanal
angewandt werden.
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Funkübertragungssysteme
der neuen Generation können
mehrere physikalische Modi gleichzeitig steuern, das heißt, die
Master-Station kann Verkehr an einen Teil der Terminals in einem
bestimmten physikalischen Modus senden, an andere Terminals dagegen
in einem davon verschiedenen Modus. Unter dem Begriff „physikalischer
Modus" soll hier
eine Kombination aus Modulationsverfahren und Fehlerkorrekturcode
(FEC, Forward Error Correction, Vorwärts-Fehlerkorrektur) verstanden
werden. Anders ausgedrückt
kann in Systemen dieser Art die Master-Station Verkehr jeweils entsprechend
der Slave-Station, an die er gerichtet ist, in einem anderen physikalischen
Modus übertragen.
Darüber
hinaus besteht die Möglichkeit,
den physikalischen Modus während
des normalen Systembetriebs zu ändern, und
zwar unabhängig
für jede
einzelne Slave-Station. In gleicher Weise kann jede der Slave-Stationen auf
dem Aufwärtskanal
in einem anderen physikalischen Modus an die Master-Station übertragen,
soweit dieser Modus von dem jeweiligen System unterstützt wird.
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Der
Abwärtskanal
wird, um die Verwaltung zu vereinfachen, häufig mit einer zeitbasierten
Rahmenstruktur aufgebaut. Dabei werden innerhalb des in Abwärtsrichtung übertragenen
Rahmens Zeitabschnitte speziell für die Übertragung jedes physikalischen
Modus spezifiziert. Diese vorstehend erwähnten Rahmenabschnitte werden
nicht im Vorhinein definiert, sondern haben eine von Rahmen zu Rahmen variable
Länge und
werden durch die Master-Station bemessen, wie es den Verkehrserfordernissen
zum jeweiligen Zeitpunkt entspricht.
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Wenn
beispielsweise von vier möglichen physikalischen
Modi, die das System unterstützt, kein
Verkehr mit dem physikalischen Modus Nummer drei an eine der Stationen
gesendet werden muss, werden für
diesen spezifischen Modus auch keinerlei Abschnitte in Rahmen zugewiesen,
um nicht unnötig Bandbreite
zu verschwenden. Wenn dagegen der physikalische Modus Nummer eins
für alle
Slave-Stationen verwendet wird, wird der gesamte Rahmen in der Abwärtsübertragungsrichtung
ausschließlich
für diesen
speziellen physikalischen Modus genutzt.
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Anzahl
und Art der hier beispielhaft angeführten physikalischen Modi sind
in keiner Weise als einschränkende
Elemente zu betrachten, da die vorliegende Erfindung für physikalische
Modi jedweder Art Gültigkeit
besitzt und völlig
unabhängig
von deren Anzahl ist.
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Eine
Slave-Station, die aufgrund der im Funkkanal vorliegenden Bedingungen
und der Entfernung zur Master-Station
in der Lage ist, in einer Teilmenge der unterstützten physikalischen Modi zu empfangen,
muss im Voraus den Beginn und das Ende des Abschnitts in einem Abwärtsrahmen
kennen, der jedem physikalischen Modus zugeordnet ist, damit sie
das empfangene Signal ordnungsgemäß interpretieren kann. Da aber
die vorstehend erwähnten
Rahmen, die in einem bestimmten physikalischen Modus übertragen
werden, von jeweils variierender Länge sind, ist es erforderlich,
für die
Slave-Stationen solche
Informationen bereitzustellen, die sie in die Lage versetzen, sich
auf den korrekten Rahmenabschnitt zu synchronisieren und damit den
für sie
bestimmten Verkehr auch zu empfangen. Diese Informationen können in
Form einer beschreibenden Abbildung geliefert werden, die am Beginn
des Rahmens platziert wird und in der angegeben ist, welche Abschnitte
des Abwärtsrahmens
jeweils in den verschiedenen physikalischen Modi übertragen
werden. 1 stellt ein mögliches
Rahmenformat dar, bei dem im Anschluss an die Präambel des Rahmens, die für die Synchronisation
benötigt
wird, die Abbildung übertragen
wird. Danach folgen verschiedene Rahmenabschnitte, jeweils einer
für jeden
in dem betreffenden Rahmen enthaltenen physikalischen Modus. Aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
wurden hier alle sonstigen Abschnitte des Rahmens weggelassen, die
für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung sind, sondern
die lediglich für den
Betrieb eines Systems benötigt
werden.
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Nach
dem derzeitigen Stand der Technik sind für die erwähnten Abbildungen in Abwärtsrichtung
verschiedene Formate definiert. Eine Mehrzahl unterschiedlicher
Beispiele für
besagte Formate sind dem Antragsteller bekannt. Für eines
dieser Beispiele kann Bezug genommen werden auf den Entwurf des
Standards IEEE Gruppe 802.16, der die Sendeschnittstelle für Funkzugangssysteme
zu Breitband-Festnetzen betrifft und der im September 2000 in dem
Dokument IEEE802.16.1-00/0124 unter dem Titel „Access Interface for Fixed
Broadband Access Systems" veröffentlicht
wurde.
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Im
Allgemeinen ist die Größe der Abbildung variabel
und abhängig
von der Anzahl der in derselben enthaltenen Elemente. Das gängigste
Abbildungsformat besteht aus einer Abfolge von Elementen, die jeweils
aus einem Wertepaar zusammengesetzt sind, wobei der erste dieser
Werte die Art des in einem Rahmenabschnitt verwendeten physikalischen
Modus angibt und der zweite Wert die Startposition des besagten
Abschnitts innerhalb des Rahmens identifiziert. Das zweite Feld
des Elements in der Abbildung lässt
sich auf unterschiedliche Weise ausdrücken, beispielsweise etwa als
eine Anzahl von Bytes ab Beginn des Rahmens. In anderen Fällen kann
es als eine Anzahl Zeichen ab Beginn des Rahmens oder mit einer
anderen Granularität
und beginnend bei einer anderen vorab definierten Position, die von
dem Beginn des Rahmens verschieden ist, ausgedrückt werden.
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Der
europäische
Patentantrag EP-A-1227696 unter dem Namen desselben Antragstellers
offenbart ein Verfahren für
die Übertragung von
Berechtigungen zum Nutzen des Aufwärtskanals in Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen
mit verschiedenen physikalischen Modi. In diesen Systemen wird die Nutzung
des Aufwärtskanals
durch die Master-Station koordiniert, welche einzelnen Terminals
in entsprechenden Nachrichten (Bewilligungen) die Berechtigungen
zum Nutzen des Aufwärtskanals
zuweist. Dieses Verfahren ist anwendbar, wenn die Zeitlagen in Aufwärtsrichtung
nicht von völlig
variabler Dauer sind, sondern lediglich einige bestimmte Werte annehmen
können,
die vorab bekannt sind. Unter dieser Voraussetzung beinhaltet die
Bewilligungsnachricht zwei Felder: das übliche Feld mit der Endgerätekennung
(„Terminal
Identifier") und
ein spezifisches Feld, das die Art der Berechtigung angibt („Authorization
Type"), welches
seinerseits Folgendes umfasst: erste Bits, die die Funktion der
Zeitlage definieren, sowie zweite Bits, die den physikalischen Modus
(PHY) angeben. Im Unterschied zu dem Format der Abbildungselemente,
wie sie vorstehend erwähnt
wurden, enthält
das Format der Bewilligungsnachricht nicht die Startposition bezogen
auf den Beginn des Rahmens. Die im „Terminal Identifier"-Feld adressierte
Terminal-Station ist in der Lage, die Länge jeder einzelnen Zeitlage
anhand des Feldes „Authorization
Type" zu ermitteln
und kann daraus die Startposition der Zeitlage errechnen, die auf diese
Weise implizit mit übertragen
wird. Diese offenkundige Vereinfachung bringt in der Praxis eine
Einschränkung
für den
Betrieb des Schedulers innerhalb der Master-Station mit sich, welche
auf diese Weise Zeitlagen (in Aufwärtsrichtung) von beliebiger
Länge nicht
frei zuweisen kann.
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Schutzanspruch und Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Format von Abbildungen
in Abwärtsrichtung
in Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen der neuen Generation, die mit verschiedenen
physikalischen Modi arbeiten, und erstreckt sich auf Systeme, in
denen Informationseinheiten, auch als Protokolldateneinheiten (PDU,
Protocol Data Unit) bezeichnet, übertragen werden,
welche eine feste Anzahl Bytes umfassen.
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Die
Besonderheit der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in jedem
Element der Abbildung in Abwärtsrichtung
zusätzlich
zu der Kennung des Rahmenabschnitttyps die Anzahl der Protokolldateneinheiten
fester Länge,
die in dem Abschnitt enthalten ist, übermittelt wird anstatt seiner
Position innerhalb des Rahmens. Die besagte Kennung wird somit kürzer als
die Information über
die „Startposition", die andernfalls
in den Systemen notwendig wäre,
wie sie dem Stand der Technik vor der vorliegenden Erfindung entsprechen.
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Damit
kann durch die Erfindung die Anzahl der Überhangzeichen (der so genannte
Overhead) reduziert werden.
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Jede
Slave-Station könnte
die Länge
jedes Rahmenabschnitts anhand des „Typ"-Feldes und der Anzahl der Protokolldateneinheiten
in dem betreffenden Abschnitt ermitteln; auf diese Weise könnte sie die
Startposition feststellen, die somit implizit mit übertragen
wird.
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Um
die Beschränkung
in der Länge
des Feldes, das die Anzahl der Protokolldateneinheiten angibt, zu überwinden,
können
weitere Elemente in die Abbildung mit demselben „Typ"-Feld aufgenommen werden; auf diese
Weise muss die Länge
des Feldes, das die Anzahl der Protokolldateneinheiten angibt, nicht
entsprechend der maximal möglichen
Anzahl von Protokolldateneinheiten pro Rahmen bemessen werden, sondern
lediglich entsprechend dem typischen Wert; in seltenen Fällen, in
denen die Anzahl der Protokolldateneinheiten in demselben physikalischen
Modus größer ist,
sind mehr Abbildungselemente zu verwenden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung sowie ihre weiteren Ziele und Vorteile werden anhand der
nachstehenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
verständlich,
wobei:
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1 die
Rahmenstruktur in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System mit adaptiven
physikalischen Modi zeigt.
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2 das
Format der Abbildung in Abwärtsrichtung
gemäß dem bisherigen
Stand der Technik darstellt.
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3 die
Struktur der Abbildung in Abwärtsrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung
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2 zeigt
das Format der Abbildung in Abwärtsrichtung
entsprechend dem Stand der Technik. Das besagte Format beinhaltet
eine Reihe von Elementen, die einzeln aufeinander folgen. Die Elemente,
die zusammen die Abbildung bilden, bestehen jeweils aus zwei Feldern:
einem Feld „Typ" und einem Feld „Position".
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Das
Feld „Typ" identifiziert eindeutig
die Art des verwendeten physikalischen Modus in dem Rahmenabschnitt,
auf den es sich bezieht. Das Feld „Position" legt eindeutig den Startpunkt des Abschnitts innerhalb
des Rahmens fest. Das vorstehende Feld kann in unterschiedlicher
Weise ausgedrückt
werden, beispielsweise als die Anzahl der Zeichen ab Beginn des
Rahmens, kann aber auch in anderen Formaten angegeben werden. Die
Länge dieses
Feldes steht daher in unmittelbarem Bezug zur Granularität dieser
Information und zur Länge
des Rahmens. Je feiner die Granularität und je länger der Rahmen, desto länger muss
das Feld „Position" sein.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung (vgl. 3) wird das Feld „Position" implizit dadurch
ausgedrückt,
dass angegeben wird, wie viele Protokolldateneinheiten in den verschiedenen
Rahmenabschnitten jeweils enthalten sind.
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Unter
der Voraussetzung, dass die Protokolldateneinheiten eine feste Länge haben,
ist es ausreichend, die Anzahl der vorstehend erwähnten Protokolldateneinheiten
anzugeben. Diese Information, die spezifisch für die Art des physikalischen
Modus ist, mit dem die Protokolldateneinheit in einem Abschnitt
des Rahmens übertragen
wird, ermöglicht
es, die Länge
des besagten Abschnitts zu ermitteln. Hierdurch muss die Slave-Station,
um zu ermitteln, wann die Übertragung
eines bestimmten physikalischen Modus beginnt, die verschiedenen
Längen
der Rahmenabschnitte, die dem betrachteten Rahmenabschnitt vorausgehen,
addieren. Der so ermittelte Wert bestimmt die Entfernung des Rahmenabschnitts,
in dem die Übertragung
des untersuchten physikalischen Modus erfolgt, vom Ende der Abbildung.
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In
vielen Fällen
der Praxis wird das Feld „Anzahl
der PDU" kürzer sein
als dasjenige, das in Systemen nach dem bisherigen Stand der Technik
die „Position" angab. Entsprechend
bietet die Erfindung die Möglichkeit,
die Anzahl der Überhangzeichen
in den Abbildungen zu reduzieren. Nach dem bisherigen Stand der
Technik ist es erforderlich, dass das Feld „Position" aus einer ausreichenden Anzahl von Bits
besteht, damit jeder Punkt eines Rahmens entsprechend der Granularität, welche
für das
System gewählt
wurde, adressierbar ist. In einem Rahmen von 1 oder 2 ms Länge und
bei einer Granularität
von 4 Zeichen sowie einer Zeichenfrequenz von 22 Millionen Zeichen
pro Sekunde ist es angemessen, von einem „Position"-Feld von mindestens 14 bzw. 16 Bit Länge auszugehen.
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Dadurch,
dass das Feld „Position" ersetzt wird durch
das Feld „Anzahl
der PDU" wird die
Anzahl der Bits, die für
das bereits erwähnte
Feld in der Abbildung erforderlich ist, auf eine Anzahl reduziert, die
ausreichend ist, um die Anzahl der Protokolldateneinheiten pro Rahmen
anzugeben; für
Protokolldateneinheiten von etwa 50 Byte und 1 ms lange Rahmen kann
davon ausgegangen werden, dass das Feld „Anzahl der PDU" eine Länge von
8 Bit hat. Darüber
hinaus kann die Anzahl der Protokolldateneinheiten, die in einem
Abschnitt des Rahmens enthalten sind, begrenzt werden, wodurch das
vorgenannte Feld weiter verkleinert wird. Dies bedeutet in keiner
Weise Einschränkungen
in der Funktionalität des
Systems; vielmehr sollte es, wenn das System eine größere Anzahl
von Protokolldateneinheiten unterzubringen hätte als gemäß der zulässigen Feldlänge möglich, die
Möglichkeit
bieten, zwei aufeinander folgende Elemente in die Abbildung aufzunehmen, die
denselben physikalischen Modus bezeichnet, dem die beiden aufeinander
folgenden Rahmenabschnitte mit demselben physikalischen Modus entsprechen.
Zwar ist es zutreffend, dass in diesem Fall ein Teil der Vorteile
in Bezug auf die Reduzierung der Anzahl der Überhangzeichen wegfällt, denn
die Abbildung enthält
ein Element mehr, da jedoch die Länge des Feldes „Anzahl
der PDU" optimiert
wird, kann die Wahrscheinlichkeit, dass das System mehreren Abschnitten
in demselben Rahmen denselben physikalischen Modus zuordnen muss,
auf ein Minimum reduziert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, die sich auf eine praktische Anwendung der Übertragung
in einem Punkt-zu-Mehrpunkt-System
bezieht, besteht das Feld „Typ" aus 4 Bits, die
16 verschiedene Klassen identifizieren, welche jeweils eine Funktion
des Rahmenabschnitts und einen physikalischen Modus angeben. Das
Feld „Anzahl
der PDU" umfasst
8 Bits, wodurch die Anzahl der Protokolldateneinheiten, die in einem
einzelnen Abschnitt eines Rahmens enthalten sein dürfen, auf
256 begrenzt wird. Sollte im System einmal die Notwendigkeit bestehen,
mehr als 256 Protokolldateneinheiten mit demselben physikalischen
Modus innerhalb desselben Rahmens unterzubringen, werden gemäß der Erfindung
zwei Rahmenabschnitte für
denselben physikalischen Modus zugewiesen, was eine Zunahme der
Anzahl der Elemente in der betreffenden Abbildung zur Folge hat.
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Somit
bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, die Größe der Abbildung
erheblich zu reduzieren.
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Auch
wenn die Erfindung hier unter Bezugnahme auf eine Anzahl von bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben wird, ist offensichtlich, dass für den Fachmann auf diesem Gebiet
verschiedene Varianten und Modifikationen realisierbar sind.
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Es
versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung auch alle
diese alternativen Ausführungsformen
mit einschließt,
die unter den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.