DE60211706T2

DE60211706T2 - Kommunikationssystem und verfahren

Info

Publication number: DE60211706T2
Application number: DE60211706T
Authority: DE
Inventors: David John Porter
Original assignee: Cambridge Broadband Ltd
Current assignee: Cambridge Broadband Networks Ltd
Priority date: 2001-07-11
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: DE60211706D1; US7529274B2; CN1531802A; GB0116883D0; WO2003007501A3; ATE327615T1; WO2003007501A2; EP1410572A2; CN101616480A; US20040180679A1; ES2265043T3; AU2002317318A1; GB2377596A; GB2377596B; EP1410572B1

Description

Die Erfindung betrifft Aspekte eines Kommunikationsprotokolls und insbesondere Aspekte eines Kommunikationsprotokolls für ein Mehrbenutzer-Funkkommunikationssystem.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kommunikationssystem, das solche Protokolle anwendet, ein Funkkommunikationsverfahren zwischen einem Zugriffspunkt und mehreren Subscriber-Einheiten, und ein Funksignal für die Übertragung zwischen einem Zugriffspunkt und einer Subscriber-Einheit.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem Multibenutzer-Funkkommunikationssystem, und insbesondere in einem FWA-(Fixed Wireless Access = Drahtlose Teilnehmeranschlussleitung)-System kommuniziert ein einzelner Zugriffspunkt (AP) mit einer Reihe von Subscriber-Einheiten (SUs). Da APs gewöhnlich teurer und auch teurer zu betreiben sind als SUs, soll ein AP vorzugsweise in der Lage sein, mit möglichst vielen SUs zu kommunizieren. In einem Funksystem ist die Bandbreite jedoch gewöhnlich begrenzt, und daher ist es sehr wichtig, Bandbreite so effizient wie möglich zu nutzen.
Subscriber-Verkehr beinhaltet gewöhnlich Daten- und Sprachverkehr. Sprachverkehr lässt sich für einen Systembetreiber gewöhnlich relativ leicht handhaben, weil ein Sprachkanal in der Funkverbindung fast willkürlich passend zu dem vom Systembetreiber verwendeten Kommunikationsprotokoll fragmentiert werden kann. Datenverkehr lässt sich schwieriger handhaben, weil er die Bereitstellung von stark variierenden Bandbreitenmengen für unterschiedliche Subscriber zu unterschiedlichen Zeiten je nach deren individuellen Anforderungen beinhalten.
In herkömmlichen Systemen entstehen Probleme mit dem effizienten Verpacken von Datenverkehr im Kommunikationsprotokoll des Systembetreibers. So ist es beispielsweise in einem Funknetz vorteilhaft, ein Kommunikationsprotokoll mit Frames fester Länge zu verwenden, weil sich Funkempfänger leicht auf eine solche Struktur synchronisieren lassen.
Ein Beispiel ist die internationale Patentanmeldung Nr. WO96/38930, die eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen und Führen von Kommunikationspfaden in einem Funktelekommunikationssystem offenbart. Der Empfänger eines Subscriber-Terminals vergleicht einen Code und eine Phase einer Master-Code-Sequenz im Downlink-Signal mit einem Code und einer Phase einer Slave-Code-Sequenz des Empfängers. Der Empfänger justiert die Phase der Slave-Code-Sequenz, bis Übereinstimmung mit der Master-Code-Sequenz erzielt ist. Das Downlink-Signal beinhaltet einen Overhead-Kanal mit einem Leistungsregelungssignal, einem Code-Synchronisationssignal und einem Frame-Alignment-Signal. Ein Empfänger im zentralen Terminal überwacht ein vom Sender im Subscriber-Terminal gesendetes Uplink-Signal und stellt Änderungen am Code-Synchronisationssignal bereit, so dass der Sender auf den Empfänger synchronisiert wird. Der Empfänger überwacht das Downlink-Signal, um das Frame-Alignment-Signal zu identifizieren, und stellt den Downlink-Kommunikationspfad her, wenn zwei aufeinander folgende Frame-Alignment-Signale identifiziert werden. In einem Erfassungsmodus während der Herstellung des Downlink-Kommunikationspfades wird das Downlink-Signal mit einem hohen Leistungspegel und einer niedrigen Senderate übertragen. In einem Standby-Modus nach der Herstellung des Downlink-Kommunikationspfades wird das Downlink-Signal mit einem niedrigen Leistungspegel und einer niedrigen Senderate übertragen. In einem Verkehrsmodus nach einer Anforderung einer Funkkommunikationsübertragung wird das Downlink-Signal mit einem hohen Leistungspegel und einer hohen Senderate übertragen.
Probleme entstehen jedoch bei der effizienten Nutzung von Bandbreite in Frames fester Länge, wenn Benutzer unterschiedliche Verkehrstypen senden.
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, diese und andere Beschränkungen herkömmlicher Systeme zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt verschiedene Aspekte eines Kommunikationsprotokolls gemäß Definition in den beiliegenden Hauptansprüchen bereit, auf die nun Bezug genommen werden sollte. Bevorzugte oder vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung daher ein Kommunikationsprotokoll für ein Funksystem bereit, bei dem auf der Downlink Frames variabler Länge über eine regelmäßige, periodische Struktur von Synchronisationsbursts verteilt sind. Jeder Synchronisationsburst enthält einen Zeiger auf den Anfang des nächsten Frame. Daher können SUs auf die regelmäßigen Synchronisationsbursts synchronisieren und diese zum Finden der Frame-Struktur benutzen, während das System die Daten in den Frames variabler Länge gemäß Benutzerbedarf effizient verpacken kann.
Jeder Frame beginnt vorteilhafterweise mit einem Header. Dieser beschreibt nicht nur den Inhalt des Frame, der vom AP geplant wurde, sondern auch einen Zeiger auf den Anfang des nächsten Downlink-Frame. SUs, die die Downlink-Frames kontinuierlich decodieren, können daher synchronisiert bleiben, ohne sich auf jeden Synchronisationsburst beziehen zu müssen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung führt eine Uplink Frames variabler Länge, in denen der AP Datenübertragungen von den SUs effizient planen kann. Der Inhalt der Uplink-Frames wird vorteilhafterweise in einer Uplink-Beschreibung in jedem Downlink-Header beschrieben. Falls notwendig, z.B. wenn ein Downlink-Frame viel länger ist als die nachfolgenden Uplink-Frames, können eine oder mehrere zusätzliche Uplink-Beschreibungen in einem Downlink-Frame geplant werden. Dies gewährleistet vorteilhafterweise eine effiziente Nutzung der Uplink.
Beim Initialisieren oder Einschalten einer SU kann diese die Downlink empfangen, muss aber Details über den Uplink-Kanal erlernen, bevor sie auf der Uplink effektiv senden kann. In einem weiteren Aspekt der Erfindung broadcastet der AP regelmäßig Grundinformationen, die es, in Kombination mit Beobachtungen der SU auf der Downlink, der SU vorteilhafterweise gestatten, einen anfänglichen Trainingsburst zu senden. Der AP gibt der SU eine Gelegenheit, diesen Burst innerhalb eines breiten Trainingszeitfensters zu senden, das breit genug für Ausbreitungsverzögerungen zwischen dem AP und der SU ist. Jeder Trainingsburst enthält eine Adresse der SU, die ihn gesendet hat, und so kann der AP nach einem erfolgreichen Empfang eines Trainingsbursts innerhalb eines breiten Trainingszeitfensters Informationen zum Verbessern ihrer Folgeübertragungen zur SU senden. Der AP kann vorzugsweise zusätzliche schmale Trainingszeitfenster planen (die weniger Uplink-Bandbreite als breite Trainingszeitfenster brauchen), um die Übertragung von Trainingsbursts durch SUs zuzulassen, die bereits Zeitinformationen zum Kompensieren von Ausbreitungsverzögerungen, haben. Dank dieser Trainingsgelegenheiten können SUs Änderungen im Uplink-Sendekanal im Laufe der Zeit nachvollziehen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der AP Konkurrenzzeitfenster planen, in denen eine SU, die Daten übertragen möchte, einen Konkurrenzburst senden kann. Der AP weiß möglicherweise nicht im Voraus, welche SU einen bestimmten Konkurrenzburst sendet, und daher verzerren SUs ihre Konkurrenzbursts (vorzugsweise anhand von in der Trainingsprozedur erhaltenen Informationen) für den Empfang durch den AP vor. Der AP kann vorteilhafterweise Konkurrenzbursts empfangen, ohne einen Entzerrer zu benutzen. Ein Konkurrenzburst identifiziert die SU, die ihn gesendet hat, und daher kann der AP nach dem erfolgreichen Empfang eines Konkurrenzbursts mit der SU einen Dialog über die Bandbreitenerfordernisse der SU führen und schließlich Uplink-Bandbreite für die SU nach Bedarf planen.
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem verwendet vorteilhafterweise ATM-(asynchroner Transfermodus)-Zellen zum Führen von Steuer- und Dateninformationen auf der Uplink und der Downlink. Dies erlaubt eine sehr effiziente Verpackung in den Frames variabler Länge.
In einem Funkkommunikationssystem können Kanalbedingungen verursachen, dass gesendete Informationen nicht empfangen werden. Unter diesen Umständen ist eine effiziente Bestätigungsprozedur wünschenswert, um zu gewährleisten, dass eventuell verlorene Daten neu gesendet werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung geht dieses Problem an. Wenn eine SU geplante ATM-Zellen vom AP erhält, dann werden diese Zellen wie in einer herkömmlichen ATM-Sendung sequentiell nummeriert. Nach dem erfolgreichen Empfang aller Zellen bestätigt die SU ihren Empfang, aber wenn einige der Zellen nicht empfangen wurden, dann sendet die SU eine Bestätigungsmeldung, die eine Sequenznummer enthält, die die erste nicht empfangene Zelle angibt. Der AP braucht lediglich die Übertragung der nachfolgenden Zellen umzuplanen. In einem weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung kann die Bestätigungsmeldung eine Bitmap enthalten, die erfolgreich empfangene und nicht erfolgreich empfangene Zellen in der Zellenfolge identifiziert, so dass der AP lediglich die Übertragung der nicht erfolgreich empfangenen Zellen neu planen muss.
Spezielle Ausgestaltungen und beste Art der Umsetzung der Erfindung
Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung werden nun beispielhaft mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei illustriert:
1 Downlink-Frames variabler Länge, die um Synchronisationsbursts der Bitübertragungsschicht (Physical Layer) herum verteilt sind;
2 die Verwendung von Relativzeigern in Synchronisationsbursts zum Orten von Downlink-Frames;
3 einen Downlink-Frame-Header;
4 die Verwendung eines Relativzeigers zwischen Downlink-Frames;
5 die Verwendung eines Relativzeigers in einem Downlink-Frame-Header zum Orten der Uplink-Frame-Struktur;
6 einen zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptor;
7 die Verwendung eines Relativzeigers im zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptor von 6;
8 die Struktur eines Downlink-Frame;
9 die Verwendung von Downlink-Event-Deskriptor-Feldern in einem Downlink-Frame-Header;
10 die Struktur eines Downlink-Frame mit einem zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptor;
11 die Struktur eines Downlink-Frame und die Verwendung eines zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptors;
12 Uplink-Event-Deskriptor-Felder, die in Uplink-Frame-Deskriptoren enthalten sind;
13 die Uplink-Struktur;
14 die Verwendung von Trainingszeitfenstern auf der Uplink;
15 einen von einer SU übertragenen Upstream-Trainingsburst;
16 die Anfangsphasen des SU-Registrierungsprotokolls;
17 das SU-Trainingsprotokoll;
18 das SU-Konkurrenzprotokoll;
19 ein Blockdiagramm der Struktur von AP und einer SU, um die Verwendung von VCI-Adressierung zu veranschaulichen;
20 das Trainingsprotokoll für SUs unter Verwendung von schmalen Trainingszeitfenstern;
21 die Synchronisationshierarchie des Kommunikationssystems;
22 die Übertragung von Zellen und Bestätigungen auf der Downlink;
23 das Konkurrenzprotokoll für eine SU, die auf der Uplink senden möchte;
24 die Übertragung und Bestätigung von Zellen auf der Uplink;
25 die Hierarchie von Recovery-Modi im Uplink-Zellen-Übertragungsprotokoll;
26 illustriert die Downlink-Burst-Strukturen, die im Kommunikationssystem zur Anwendung kommen, und
27 die im Kommunikationssystem verwendeten Uplink-Burst-Strukturen.
Systemmerkmale
Die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung werden in einem Mehrbenutzer-FWA-(Fixed Wireless Access)-System implementiert, in dem bis zu 1000 Subscriber, oder Benutzer, von einem einzigen Zugriffspunkt (AP) versorgt werden können. In einem sektorierten Zellensystem kann jeder Sektor eines AP bis zu 1000 Subscriber bedienen. Das System arbeitet mit FDD-(Frequency Division Duplex)-Streuspektrumübertragungen wie z.B. CDMA-(Code Division Multiple Access)-Übertragungen. Die Downlink vom AP zu den Subscriber-Einheiten (SUs) führt sowohl Steuerinformationen als auch Daten in virtuellen ATM-(asynchroner Transfermodus)-Kanälen (VCs) innerhalb einer Frame-Struktur, wie auch die Uplink von den SUs zum AP.
Synchronisation in der Bitübertragungsschicht Wie in 1 gezeigt, führt die vom AP übertragene Downlink Synchronisationsbursts der Bitübertragungsschicht (PHY-SYNC) 2 genau in 10-ms-Intervallen. 2 zeigt die Struktur jedes Synchronisationsbursts, die eine 112-Symbol-Korrelationssequenz PHY-1, eine 16-Symbol-Korrelationssequenz PHY-2, einen 12-Bit-Frame-Versatz und 4 Paritätsprüfbits umfasst. Der Begriff Symbol bezieht sich auf die Symbole des Streuspektrumkommunikationssystems.
Die Korrelationssequenzen PHY-1 und PHY-2 werden von jeder SU zum Aufschalten auf die Synchronisationsbursts und als Synchronisations- und Trainingssequenzen zum Einstellen von Empfänger- und Modemparametern passend zum Sendekanal verwendet. Zum Erzielen von Synchronisation stellt die Software-Steuerung am SU-Empfänger zunächst einen AGC-(Automatische Verstärkungsregelung)-Pegel auf der Basis von Signalpegelausgängen vom SU-Modem ein. Das SU-Modem und die MAC (Medienzugriffsschicht) leiten dann AFC (Automatische Frequenznachsteuerung) ein, die drei verschiedene Verfolgungsmodi hat. Erstens, wenn beispielsweise eine SU zum ersten Mal eingeschaltet wird oder wenn sie den Kanal verliert, dann wird ein Erfassungsmodus benutzt. In jedem Synchronisationsburst sind die Korrelationssequenzen vorbestimmte pseudozufällige Sequenzen, die der SU bekannt sind. Wenn die SU die Downlink empfängt, erzeugt daher ein Korrelatorausgang Maxima, wenn die Sequenzen empfangen werden. Der Erfassungsmodus arbeitet mit dem Timing-Versatz zwischen Korrelatormaxima, um die AFC zu initialisieren und um so den Downlink-Kanal zu erfassen.
Zweitens, ein grober AFC-Modus mappt die Korrelationsmaxima in eines von 64 Timing-(T/4)-Zeitfenster und die AFC wird justiert, bis das Korrelationsmaximum jedes Mal im richtigen Zeitfenster ist.
Drittens, ein Feinmodus justiert die Absätze der Korrelationsmaxima so, dass sie gerade sind.
Orten der Downlink-Frame-Struktur
Die MAC (Medienzugriffsschicht) am AP überträgt Steuerinformationen und Subscriber-Daten in Frames, die zwischen den Bitübertragungsschicht-Synchronisationsbursts verschachtelt sind. Eine Sequenz von Frames 3 und ihre Anordnung um die Synchronisationsbursts sind in 1 dargestellt. Die Frame-Länge ist variabel und daher können die Synchronisationsbursts an jeder Stelle entweder zwischen oder in den Frames erscheinen.
Jede SU kann sich mittels der Synchronisationsbursts wie oben beschrieben auf die Bitübertragungsschicht aufschalten. Jeder dieser Bursts 2 enthält einen 12-Bit-Frame-Versatz 4 wie in 2 gezeigt, der ein Zeiger auf den Anfang des nächsten Downlink-Frame ist. Der Versatz wird als eine Reihe von Streuspektrumsymbolen (eine Symbolzahl) bereitgestellt und erlaubt es jeder SU, den Anfang des nächsten Downlink-Frame zu finden. 2 illustriert die Versätze 4 zwischen drei konsekutiven Synchronisationsbursts und dem Anfang jedes folgenden Frame.
Ein Header am Anfang jedes Downlink-Frame wird mittels QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) moduliert. 3 zeigt die Struktur eines Downlink-Frame-Headers 6. Er umfasst einen Downlink-Frame-Deskriptor 8, gefolgt von einem Uplink-Frame-Deskriptor 10. Der Downlink-Frame-Deskriptor beginnt mit derselben 16-Symbol-Korrelationssequenz PHY-2, die von jedem Synchronisationsburst geführt wird. So kann ein Korrelator an der SU den Anfang des Frame positiv identifizieren. Auf die Synchronisationssequenz folgt ein 16-Bit-Frame-Versatz 12, der eine Symbolzahl am Anfang des nächsten Downlink-Frame ist; so kann sich eine SU, sobald sie sich auf die Frame-Struktur aufgeschaltet hat, solange sie die Frame-Struktur weiter decodieren kann, ohne weitere direkte Bezugnahme auf die Synchronisationsbursts auf den Anfang jedes Downlink-Frame synchronisieren. Eine Downlink-Beschreibung 14 folgt dem Versatz 12 und beschreibt den Inhalt des Frame. Der Downlink-Frame-Deskriptor endet mit einem 16-Bit-CRC (Cyclic Redundancy Check).
4 illustriert die Verwendung des Downlink-(DL)-Frame-Versatzes 12 zum Verweisen vom Header eines DL-Frame (Frame #n) auf den Anfang des nächsten DL-Frame (Frame #n+1). 4 zeigt nur die MAC-DL-Frames und lässt die Synchronisationsbursts weg.
Orten der Uplink-Frame-Struktur
Uplink-Frames haben überhaupt nicht dieselbe Länge. Auch brauchen Uplink-Frames nicht dieselbe Länge zu haben wie Downlink-Frames oder auch nur zur selben Zeit zu beginnen.
Wie in 3 gezeigt, enthält ein in jedem Downlink-Frame-Header geführter Uplink-Frame-Deskriptor 6 einen 16-Bit-Uplink-Frame-Versatz 22, gefolgt von einer Uplink-Beschreibung 24 und einem 16-Bit-CRC. 5 illustriert den Uplink-Frame-Versatz 22, der eine Symbolzahl vom aktuellen Downlink-Frame auf den Anfang des nächsten Uplink-Frame 26 illustriert. Wie in 4, wurden in 5 die Synchronisationsbursts der Deutlichkeit halber weggelassen und es sind nur die MAC-DL- und Uplink-(UL)-Frames zu sehen.
Der Versatz zwischen dem Downlink-Frame-Header und dem Anfang des nächsten Uplink-Frame variiert an jeder SU je nach dem Abstand zwischen dem AP und der SU aufgrund von Ausbreitungsverzögerungen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist daher der Uplink-Frame-Versatz 22 der von einer SU bei der maximalen Entfernung des AP erfahrene Versatz und jede SU muss zu dem Versatz eine Verzögerung je nach ihrer eigenen Entfernung von der SU addieren.
Wenn Downlink-Frames jemals erheblich länger sind als Uplink-Frames, z.B. aufgrund der Verkehrslast auf der Downlink und der Uplink, dann kann das Bereitstellen nur eines Uplink-Frame-Deskriptors in jedem Downlink-Frame zu einer nachteiligerweise niedrigen Auslastung der Uplink führen. Unter diesen Umständen können daher zusätzliche Uplink-Frame-Deskriptoren in die Downlink-Frames eingefügt werden, um den Anfang neuer Uplink-Frames anzukündigen. 6 zeigt die Struktur eines zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptors 28, der mit dem in 3 gezeigten Uplink-Frame-Deskriptor 10 identisch ist und Teil eines Downlink-Frame-Headers bildet, mit der Ausnahme, dass er, wie alle Uplink-Bursts, mit einer Korrelationssequenz PHY-2 beginnt, um die Synchronisation am AP zu verbessern. 5 zeigte die Verwendung eines einzelnen Uplink-Frame-Versatzes in einem Downlink-Frame-Header, um den Anfang des nachfolgenden Uplink-Frame 26 anzuzeigen. 7 ist eine ähnliche Zeichnung, die einen viel längeren Downlink-Frame (DL-Frame #n) zeigt, der einen ersten Uplink-Frame-Versatz 22 in seinem Header und einen zusätzlichen Uplink-Frame-Versatz 30 unter den Daten führt, die vom Downlink-Frame geführt werden. Der zusätzliche Uplink-Frame-Deskriptor wird immer mit QPSK moduliert, so dass alle SUs ihn modulieren können, selbst wenn sie wie nachfolgend beschrieben von höheren Modulationen umgeben sind.
Downlink-Frame-Struktur
Nach dem Header führt jeder Downlink-Frame Bursts von Informationen für SUs, die ATM-Zellen oder Bestätigungen enthalten können (siehe unten). Wie oben erwähnt, werden Downlink-Headers mit QPSK moduliert. Andere Informationsbursts können anders moduliert werden, z.B. mit 16-QAM oder 64-QAM, aber in jedem Frame müssen diese Modulationen in aufsteigender Reihenfolge erfolgen. So enthält der Downlink-Frame #n in 8, nach dem QPSK-Header, QPSK-Quittungen (ACKs) und ATM-Zellen 16, 16-QAM (Quadature Amplitude Modulation)-ACKs und Zellen 18 und dann 64-QAM ACKs und Zellen 20. Unterschiedliche SUs können unterschiedliche Modemkapazitäten haben. Alle müssen QPSK-Modulation demodulieren können, aber SUs können Modeme mit höherer Leistung zum Demodulieren von 16-QAM oder 64-QAM-Modulation enthalten. Somit kann nicht garantiert werden, dass alle SUs den gesamten Frame demodulieren, aber alle können den QPSK-Header demodulieren, einschließlich dem Downlink-Frame-Deskriptor 8.
Wenn ein Modem, das nur QPSK-Versuche demodulieren kann, um einen Frame zu demodulieren, der höhere Modulationen führt, wie in 8 illustriert, dann geht Phasenrast- und DFE-(Decision Feedback Equaliser = Entzerrer mit quantisierter Rückkopplung)-Feedback-Abgriffssynchronisation verloren, weil ein Versuch zum Demodulieren von Modulationen höherer Ordnung eine sehr hohe Symbolfehlerrate (SER) erzeugt, die einen DFE-Betrieb verhindert. SUs, die nur die niedrigste von einem AP verwendete Modulation demodulieren können, können die Symbolsynchronisation jedoch durch Verwenden der QPSK-Synchronisationsbursts halten.
Wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben, der im Header 6 jedes Downlink-Frame geführte Downlink-Frame-Deskriptor 8 führt eine Trainingssequenz PHY-2, einen Downlink-Frame-Versatz 12, eine Downlink-Beschreibung 14 und einen 16-Bit-CRC.
PHY-2 dient zum Trainieren des Back-End-Digitalphasenregelkreises (D-PLL) jedes SU-Modems und zum Laden der DFE-Feedback-Abgriffe. Dies ist möglicherweise nicht immer notwendig, wird aber erforderlich, wenn der vorherige Frame Sektionen mit Modulationen höherer Ordnung enthielt, die verursachen, dass einige SUs DFE/D-PLL-Synchronisation verlieren.
Der Downlink-Versatz ist die Symbolzahl auf den Anfang des nächsten Downlink-Deskriptors, d.h. den Anfang des nächsten Downlink-Frame wie oben beschrieben.
Die Downlink-Beschreibung 14 enthält 21 8-Bit-Bytes und stellt sieben 24-Bit-Deskriptor-Felder für geplante Downlink-Events im Downlink-Frame bereit. 9 illustriert die vier Downlink-Event-Typen, die geplant werden können, als Typ 0 bis Typ 3 nummeriert. Die Typnummer wird in zwei Bits 32 am Kopf jedes Deskriptor-Feldes geführt. Typ 0 dient zum Auffüllen der Downlink-Beschreibung, wenn der Frame weniger als 7 geplante Events enthält, und hat nur Nullen. Typ 1 beschreibt ein Bestätigungs-(ACK)-Event, für das der Deskriptor eine Zwei-Bit-Modulationstypkennung QAM und eine Zwölf-Bit-ATM-Virtueller-Kanal-Kennung (VCI) führt. Downlink-Event-Typ 2 ist die Übertragung einer ATM-Zelle. In diesem Fall identifiziert der Deskriptor den Modulationstyp (QAM) – zwei Bits, ATM VCI – zwölf Bits, und die Länge der Zelle – vier Bits. Typ 3 beschreibt einen zusätzlichen Uplink- Frame-Deskriptor; sie haben alle dieselbe Struktur und daher werden keine Informationen im Downlink-Event-Deskriptor-Feld benötigt, der mit Nullen aufgefüllt ist. Die Reihenfolge der sieben Deskriptor-Felder in der Downlink-Beschreibung stimmt mit der Reihenfolge der Downlink-Events im Frame überein.
Insgesamt gibt es drei Downlink-Event-Typen, Zellen (Typ 2), Bestätigungen (Typ 1) und zusätzliche Uplink-Frame-Deskriptoren (Typ 3). Downlink- und Uplink-Frame-Deskriptoren müssen immer in der Modulation der niedrigsten vom AP unterstüzten Ordnung sein, z.B. QPSK. Daher kann natürlich ein im letzteren Abschnitt eines Frame erscheinender zusätzlicher Uplink-Frame-Deskriptor die Regel verletzen, dass Modulationen in aufsteigender Reihenfolge erfolgen müssen. SUs müssen weiterhin den zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptor durch Identifizieren der Korrelationssequenz PHY-2 an ihrem Anfang erkennen können.
10 illustriert einen Downlink-Frame, der einen Header 6 enthält, gefolgt von Bestätigungen und Zellen in aufsteigenden Modulationsordnungen, und einen Downlink-Frame, der zusätzlich einen zusätzlichen Uplink-Frame-Deskriptor 28 unter Modulationen höherer Ordnung enthält.
11 illustriert einen Uplink-Frame-Versatz innerhalb eines Downlink-Frame-Headers ausführlicher und expandiert den Inhalt eines Downlink-Frame (DL-Frame #n) und den Downlink-Frame-Header gemäß 8 und zeigt dann die vom Uplink-Frame-Versatz 22 bereitgestellte Link zum Anfang des nächsten Uplink-Frame (UL-Frame #n+1).
Jeder Downlink-Frame kann Bursts für SUs führen, die unterschiedliche Modulationen benutzen. Daher kann lediglich garantiert werden, dass eine bestimmte SU den QPSK-DL-Frame-Deskriptor demoduliert. Jeder Uplink-Frame- Deskriptor enthält einen Zeiger auf den Anfang des nächsten UL-Frame, so dass die SU ihn selbst dann orten kann, wenn sie die höheren Modulationen nicht demodulieren kann.
Wie oben beschrieben, beinhaltet der Downlink-Frame-Header einen Uplink-Frame-Deskriptor. Dies ist implizit und braucht im Downlink-Event-Deskriptor-Feld nicht beschrieben zu werden.
Uplink-Frame-Struktur
Es gibt keine standardmäßigen Uplink-Frame-Strukturen, aber im Allgemeinen enthält jeder Uplink-Frame ein Konkurrenzzeitfenster, eine Uplink-Aufforderung, Upstream-Bestätigungen und Upstream-Zellen. Breite und schmale Trainingszeitfenster und Abfragesignale können ebenfalls vorhanden sein. Die Funktionen dieser Frame-Elemente oder Events werden nachfolgend beschrieben.
Wie oben beschrieben, werden Uplink-Frame-Deskriptoren auf der Downlink geführt, entweder in Downlink-Frame-Headern oder als zusätzliche Uplink-Frame-Deskriptoren. 12 illustriert die Struktur eines Uplink-Frame-Deskriptors und insbesondere die Uplink-Beschreibung 36. Die Uplink-Beschreibung umfasst 21 8-Bit-Bytes, die eine variable Anzahl von Deskriptor-Feldern für geplante Uplink-Events bereitstellen. Es gibt 6 Typen von Uplink-Events.
Es gibt 7 Deskriptor-Typen, einschließlich Typ 0000 zum Auffüllen der Uplink-Beschreibung bei Bedarf. Typ 0000 enthält die Vier-Bit-Typennummer, gefolgt von weiteren vier Nullen. Ein Abfrageevent wird von einem Deskriptor des Typs 0010 angezeigt; der Deskriptor führt die Vier-Bit-Typennummer 0010 und einen Zwölf-Bit-ATM-VCI. Ein Konkurrenzevent-(Zeitfenster)-Deskriptor umfasst eine Vier-Bit-Typennummer 0011 und zeigt ein Konkurrenzzeitfenster an, in dem SUs um Bandbreitenzugang konkurrieren können; dieses Deskriptor-Feld enthält die Typennummer 0011, gefolgt von vier Nullen. Typ 0100 zeigt ein breites Trainingszeitfenster an, in dem SUs Trainingssequenzen senden können; dieses Deskriptor-Feld enthält nur die Vier-Bit-Typennummer 0100. Typ 0101 zeigt ein schmales Trainingszeitfenster für SUs zum Senden von Trainingssequenzen an; dieses Deskriptor-Feld enthält die Vier-Bit-Typennummer 0101 und einen Zwölf-Bit-ATM-VCI. Typ 11 ist ein Bestätigungsevent; das Deskriptor-Feld enthält die Zwei-Bit-Typennummer 11, eine Zwei-Bit-Kennung für die Modulationsordnung und einen Zwölf-Bit-ATM-VCI. Typ 10 zeigt die Übertragung einer Zelle durch eine SU an. Dieses Deskriptor-Feld enthält die Zwei-Bit-Typennummer 10, einen Zwei-Bit-Modulationslevelindikator, einen Zwölf-Bit-ATM-VCI und eine Vier-Bit-Anzeige für die Länge der Zelle, gefolgt von vier Nullen.
Diese Felder in der Uplink-Beschreibung geben den Inhalt des nächsten Uplink-Frame an, wobei der Anfang des Frame durch den der Uplink-Beschreibung vorangehenden Uplink-Frame-Versatz angezeigt wird. 13 zeigt einen Teil eines Uplink-Frame. Uplink-Zellen werden in Bursts von jeder sendewilligen SU gesendet. Die Bursts wurden mit Zellendeskriptoren in der Uplink-Beschreibung geplant (siehe 12). 13 zeigt Bursts 38, 40 von den SUs #1 und #2. Die Bursts sind durch eine Schutzzeit getrennt, um Kollisionen zu verhüten. Die Zellen sind herkömmliche ATM-Zellen, mit der Ausnahme, dass sie den VCI nicht zu führen brauchen, der bereits im Zellendeskriptor übertragen wurde. Eine implizite Uplink-Anforderung 42 startet jeden Burst, darauf folgt eine Reihe von Zellen 44. Jede Uplink-Anforderung beginnt mit einer Trainingssequenz PHY-2, so dass der AP Phasenunbestimmtheit auflösen und seine DFE-Feedback-Abgriffe trainieren kann, gefolgt von einem 4-Bit-Feld, das die Anzahl der zu übertragenden Zellen anzeigt (NUM), einem Zwölf-Bit-VCI und einem Sechzehn-Bit-CRC. In der Tat sind die VCI- und NUM-Felder überflüssig und könnten weggelassen werden, weil, wie nachfolgend beschrieben, der AP der sendenden SU bereits einen ATM VCI und eine Reihe von Zellen zugewiesen hat und der VCI der folgenden Zellen und die Identität der SU von der Position der Zellen im Uplink-Frame identifizieren kann. Die Übertragung der vollen Uplink-Anforderung verbessert jedoch die Synchronisation am AP und erhöht so vorteilhafterweise die Zuverlässigkeit auf der Uplink.
Uplink-Training – Mechanismus
Beim ersten Einschalten oder beim ersten Registrieren beim AP kennt die SU möglicherweise die Entfernung zwischen sich selbst und dem AP nicht. Sie kann Downlink-Signale zwar empfangen und sich darauf aufschalten, aber die Übertragungsverzögerung aufgrund ihrer Entfernung vom AP beeinflusst den Versatz, den sie zwischen den Downlink- und den Uplink-Signalen sieht. Eine anfängliche Timing-Kompensation zum Ausgleichen dieser Übertragungsverzögerung kann als Vorverzögerungskompensation bezeichnet werden.
Vorkompensationszeitfenster oder breite Trainingszeitfenster wie in 12 gezeigt werden in Uplink-Frames relativ selten geplant. Der Grund ist, dass sie eine Länge vom Zweifachen der maximalen Ausbreitungsverzögerung zwischen dem AP und jeder SU plus der Länge eines von einer SU zu übertragenden Trainingsbursts benötigen und daher erhebliche Bandbreite einnehmen. 14 illustriert einen Uplink-Frame, der ein breites Trainingszeitfenster 46 enthält, und zeigt auch das breite Trainingszeitfenster ausführlicher. 15 zeigt die Struktur eines Upstream-Trainingsbursts 48.
Um Vorverzögerungskompensation zu ermöglichen, plant die AP-MAC ein breites Trainingszeitfenster mittels des Uplink-Frame-Deskriptors, und jede SU, die einer Verzögerungskompensation bedarf, überträgt einen Upstream-Trainingsburst im breiten Trainingszeitfenster. Dabei nimmt die SU an, dass die Ausbreitungsverzögerung null ist. Demzufolge empfängt der AP den Trainingsburst jeder SU zu einer Zeit nach dem Anfang des breiten Trainingszeitfensters von gleich dem Zweifachen der Ausbreitungsverzögerung zwischen dem AP und der SU (da die Verzögerung sowohl die Downlink als auch die Uplink beeinflusst). Wie in 15 gezeigt, beinhaltet jeder Upstream-Trainingsburst die Identität der SU, die ihn gesendet hat (SUID) 50, und daher kann der AP jede SU über seine Ausbreitungsverzögerung informieren.
Wenn eine SU einen Upstream-Trainingsburst sendet, dann hat sie möglicherweise zuvor kein Feedback vom AP erhalten, das es ihr ermöglichen würde, ihre Sendeleistung oder Entzerrung zum Kompensieren des Kanals zu kalibrieren. Um zu gewährleisten zu versuchen, dass der AP den Upstream-Trainingsburst decodieren kann, verwendet die SU daher eine geschätzte Sendeleistung und verzerrt den Trainingsburst wie folgt vor.
Die SU kann das Downlink-Signal empfangen und kann daher einen Empfangenes-Signal-Stärkeindikator (RSSI) erzeugen. Zum Beurteilen ihrer anfänglichen Sendeleistung muss sie auch die Sendeleistung des AP kennen. Diese wird, wie nachfolgend beschrieben, vom AP regelmäßig gebroadcastet. Zum Vorverzerren des Upstream-Trainingsburst beurteilt die SU das Downlink-Signal und nimmt an, dass die Kennwerte von Uplink- und Downlink-Kanal gleich sind. Es können Vorverzerrungstechniken wie die, die im US-Patent Nr. US6031866 oder in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/GB00/00589 beschrieben sind, angewendet werden.
Wie in 15 gezeigt, beginnt jeder Uplink-Trainingsburst mit den 112-Symbol-PHY-1 und 16-Symbol-PHY-2 Korrelationssequenzen, gefolgt von der Sechzehn-Bit-SUID. Die Korrelationssequenzen sind dem AP bekannt und können daher selbst dann relativ schnell decodiert werden, wenn Leistungs- und Vorverzerrungsbeurteilungen der SU ungenau sind.
Nach dem anfänglichen Verzögerungskompensation-Training sollte eine SU keine breiten Uplink-Trainingszeitfenster mehr benötigen. Regelmäßiges Uplink-Neutraining für verzögerungskompensierte SUs kann dann innerhalb der normalen Uplink-Struktur mittels schmaler Trainingszeitfenster 47 geplant werden. Eine verzögerungskompensierte SU kann einen Upstream-Trainingsburst in einem schmalen Trainingszeitfenster für die Verwendung durch den AP senden, um Informationen zur SU zurückzumelden, um deren Sendeleistungsregelung und Entzerrung zu verbessern.
Uplink-Training – Protokoll
16 illustriert die Übertragung eines Broadcast durch den AP, der von der SU benötigte Informationen zum Versuchen einer Registrierung führt, falls gewünscht, gefolgt von der Planung eines breiten Trainingszeitfensters mit dem Uplink-Frame-Deskriptor. Die Broadcast-Informationen beinhalten die Identität des AP oder Diensteanbieters, die maximale Verzögerung (Zellenentfernung), die Sendeleistung des AP, die CNR-Schwundreserve und den SUID-Raum. Eine SU kann so positioniert werden, dass sie Signale von mehr als einem AP oder in mehr als einem AP-Sektor empfangen kann, kann aber nur für Kommunikationen mit einem davon registriert werden. Wenn sie sich auf ein Downlink-Signal aufschaltet, dann verhindert der Empfang der Identität des AP oder Diensteanbieters daher, dass eine inkorrekte Registrierung versucht wird.
17 illustriert das Protokoll für die Synchronisation mit einem breiten Trainingszeitfenster. Wenn ein solches Zeitfenster wie in 16 gezeigt geplant wurde, dann sendet eine trainingswillige SU einen Upstream-Trainingsburst in das breite Zeitfenster. Der AP versucht, diesen Burst in Software zu decodieren. Wenn dies erfolglos verläuft oder wenn es eine Kollision zwischen Upstream-Trainingsbursts von zwei oder mehreren SUs im Trainingszeitfenster gibt, dann werden SUs mit dem AAL5-Broadcast-VCI avisiert. Die Broadcast-Meldung übermittelt, dass alle SUs in dem speziellen nummerierten Frame nicht trainiert wurden. Wenn eine solche Broadcast-Meldung eingeht, weiß die SU, dass das Training erfolglos verlaufen ist, und sendet somit einen weiteren Trainingsburst in einem späteren breiten Trainingszeitfenster nach einer zufälligen Backoff-Periode.
Wenn der AP einen Upstream-Trainingsburst erfolgreich decodiert, dann sendet er eine Broadcast-Meldung, die die SUID der SU zusammen mit der Leistungsregelungskorrektur und Verzögerungskompensationsinformationen enthält. Dies gibt der SU die/das richtige Sendeleistung, Timing und eine gültige SUID. Der AP sendet dann 64 Korrelationsergebnisse auf dem neuen SUID-Vorgabe-Management-VCI (SU-VCI=0). Dies gibt der SU den Uplink-Kanal.
Während der Trainingsprozedur weist der AP somit der SU eine SUID zu. Die von der SU in ihrer Trainingssequenz zunächst eingeschlossene SUID ist eine zufällige Zahl. Nach erfolgreichem Decodieren eines Upstream-Trainingsbursts weist der AP der SU eine SUID für die Verwendung in weiteren Kommunikationen zu.
Entzerrungsstrategie
Eine SU braucht nur mit einem AP zu kommunizieren, während ein AP in der Ausgestaltung möglicherweise bis zu 1024 SUs verwalten muss. Es ist wünschenswert, eine effiziente Medienzugangsschicht zu erzielen, mit kurzen übertragenen Bursts und Konkurrenz auf der Uplink. Eine Echtzeit-Entzerrerstrategie würde nachteiligerweise zu viele Trainingssymbole zu Beginn jedes Uplink-Bursts erfordern. Die Ausgestaltung verwendet somit Offline-Entzerrung mit regelmäßigem Neutraining, und der größte Teil ihrer Komplexität ist über die SUs verteilt. Somit erlaubt die anfängliche Trainingsphase mit den breiten Trainingszeitfenstern, dass die SU und der AP die Uplink- und Downlink-Kanäle auflösen. Nach dem Empfang von Upstream-Trainingsbursts lädt der AP die richtigen Post-Cursor-Abgriffe für jede SU vor. Jede SU verzerrt dann ihre nachfolgenden geplanten Übertragungen zum Reduzieren von Precursor-Verzerrung und zum Verringern von Rauschen vor. Für Uplink-Konkurrenz (die für individuelle SUs nicht geplant ist), wie nachfolgend beschrieben, verzerrt jede SU ihren Konkurrenzburst vollständig vor, so dass der AP keinen Entzerrer oder irgendwelche inhärenten Kenntnisse darüber benötigt, welche SU einen bestimmten Konkurrenzburst sendet.
Die Entzerrungsstrategie ist ausführlicher in 18 illustriert, die zeigt, dass der AP nur Trainingsbursts, die relativ selten sind, vollständig entzerren muss. Wie in 18 gezeigt, broadcastet der AP das Downlink-Signal und die SU trainiert offline auf den Downlink-Kanal. Unter Verwendung eines DFE und einer Schätzung einer anfänglichen Sendeleistung wie oben beschrieben verzerrt die SU einen ersten Trainingsburst vor, der in einem breiten Trainingszeitfenster übertragen wird. Der AP decodiert den Trainingsburst offline und sendet Details des Uplink-Kanals zurück zur SU unter Verwendung der SUID im Trainingsburst. So kann die SU die Kennwerte des Uplink-Kanals erlernen und ihre Vorverzerrung weiterer Übertragungen verbessern. Wenn eine SU danach Konkurrenzbursts überträgt, wie nachfolgend beschrieben, dann weiß der AP bis zur Ankunft des Konkurrenzbursts nicht, welche SU ihn sendet. Die SU überträgt daher Konkurrenzbursts mit voller Vorverzerrung, so dass der AP keinen Entzerren zu verwenden braucht. Wenn eine SU danach einen geplanten Uplink-Burst überträgt, wie nachfolgend beschrieben, dann weiß der AP, welche SU den Burst sendet, und kann ihn daher mit einem mit den individuellen Feedback-Abgriffen der SU vorgeladenen DFE decodieren. Die SU überträgt daher geplante Uplink-Bursts unter Verwendung von linearer Vorverzerrung (Precursor-Beseitigung).
SUID/VCI-Beziehung
Jede(r) AP und SU enthält einen ATM-Zellen-Switch/Multiplexer, der ATM-Zellen von einem Empfangsport entweder in die MAC, in ein Steuermodul (RAMP) oder aus dem Sendeport der verdrahteten Seite leitet. Diese Optionen sind in den Blockdiagrammen von AP und SU in 19 jeweils mit 3, 2 oder 1 nummeriert.
Für jede SU wird für RAMP-Steuerung ein Vorgabe-VCI verwendet. Dieser VCI wird nur auf verdrahteten Ports erkannt und hat beim Einschalten denselben Vorgabewert für jede Einheit, der neu zugewiesen werden kann, wenn sich die SU unter der lokalen Steuerung entweder eines APC (Access Point Concentrator) oder eines kundenseitigen Endgerätes (CPE) befindet. Mit einer 16-Bit-VCI-Maske (v) wird der VCI-Raum für den AP oder für einen Sektor des AP in einem Mehrsektorsystem gewählt. On-Air-VCIs sind eine 12-Bit-VCI-Teilmenge. Das nachfolgende Beispiel illustriert die Verwendung der VCI-Maske zum Erzeugen von VCI-Adressen für unterschiedliche Teile des Systems, wie 19 zeigt. Beispiel:
Broadcasting
Wenn sich eine SU zum ersten Mal auf die Übertragungen eines AP aufschaltet, dann weiß sie nicht, ob dieser AP auf seinem eigenen Netzwerk ist, und hat keine Kenntnis über Bitübertragungsschichtparameter wie z.B. Sendeleistung des AP oder maximaler Zellenradius, die für eine anfängliche Uplink-Leistungsregelung und Verzögerungskompensation notwendig sind. Ein Broadcast-VCI wird benutzt, damit unregistrierte SUs das Netzwerk und die Bitübertragungsschicht erlernen können. In Intervallen enthält die Downlink AAL5-Zellen auf einem vorbestimmten Broadcast-VCI. Somit sendet der AP, wie in 16 illustriert, Broadcast-Informationen auf VCI 0000 0000 0000 (AAL5 VCI). Die Informationen umfassen die maximale AP-zu-SU-Verzögerung (die Zellenentfernung des AP), den in der Zelle benutzten SUID-Raum, die AP-MAC-Adresse und/oder die Adresse des durch den AP arbeitenden Diensteanbieters, die Sendeleistung des AP und eine CNR-(Carrier-to-Noise-Ratio)-Schwundreserve in dB.
Periodisches Uplink-Neutraining
Da das System der Ausgestaltung mit Offline-Entzerrung arbeitet, werden Änderungen im Kanal möglicherweise von SUs nicht verfolgt. Daher ist ein regelmäßiges Neutraining wünschenswert. Dies kann entweder dadurch eingeleitet werden, dass der AP eine bestimmte SU für Neutraining plant, oder dadurch, dass eine SU in einem breiten Uplink-Trainingszeitfenster autonom neu trainiert. 20 illustriert das Verfahren für geplantes Neutraining.
Wenn der AP beschließt, dass sich die Uplink einer SU verschlechtert oder wenn sie länger als eine vorbestimmte Zeit keine Uplink-Kommunikationen von einer SU erhalten hat, dann plant sie ein Uplink-Trainingsevent durch Senden eines Uplink-Frame-Deskriptors des Typs 0101 (schmales Trainingszeitfenster), das die SU identifiziert. Die SU sendet dann einen Upstream-Trainingsburst im schmalen Uplink-Trainingszeitfenster. Der AP versucht, den Burst in Software zu decodieren, indem er den Kanal entfernt. Wenn dies Erfolg hat, dann broadcastet der AP die korrekten Leistungsregelungsinformationen und Korrelationsabtastsignale über den AAL5-Management-VCI zurück zur SU. Die SU hat jetzt korrigierte Sendeleistungs- und Uplink-Kanalparameter. Wenn der AP den Upstream-Trainingsburst nicht decodieren kann, dann informiert er die SU entsprechend und die SU initialisiert neu und versucht, die Kommunikationen wieder herzustellen.
Wiederherstellen der Synchronisation
Jede SU versucht, die Synchronisation zu bewahren, indem sie nach Korrelationssequenzen und Frame-Versätzen in der Downlink sucht. Jeder Downlink-Burst, der einen Relativzeiger enthält, enthält auch eine CRC zur Fehlerprüfung. Wenn ein CRC erfolglos ist, dann kann die SU den Relativzeiger nicht zum Suchen des nächsten Frame verwenden. In diesem Fall muss die SU zum Neusynchronisieren auf die vorherige Ebene der Frame-Hierarchie zurückgreifen, wie in 21 illustriert ist. Wenn also ein(e) CRC, oder Paritätsprüfung, beim Decodieren eines Downlink-Synchronisationsbursts erfolglos verläuft, dann greift die SU auf die Suche nach dem nächsten von einer Synchronisationssequenz erzeugten Korrelationspeak zurück. Wenn ein CRC beim Decodieren eines Downlink-Frame-Deskriptors 8 erfolglos ist, dann greift die SU auf die Suche nach dem Versatz in einem Downlink-Synchronisationsburst zurück. Wenn der CRC auf einem Uplink-Frame-Deskriptor 10 erfolglos ist, dann greift die SU auf die Suche nach dem nächsten Downlink-Frame-Deskriptor zurück.
Planen von Downlink-Verkehr
Wenn ATM-Zellen zu einer SU gesendet werden sollen, z.B. zum Führen von Daten, die an die SU adressiert sind, oder Steuerinformationen vom AP, dann plant der AP die Zellen in der Downlink wie in 22 illustriert. In der Downlink-Beschreibung 14 für den Frame, in dem die Zellen gesendet werden sollen, fügt der AP einen Zellendeskriptor 52 von Typ 2 ein (siehe 9). Der Zellendeskriptor enthält die für die Zellen zu verwendende Modulationsebene, die von der Modulationskapazität der SU, einer 12-Bit-VCI-Adresse und der Länge der zu sendenden Meldung (Anzahl der Zellen) abhängig ist. Die VCI enthält die SUID für die SU, zu der die Zellen gesendet werden sollen, und daher erwartet die SU, dass sie nach dem Empfang des Zellendeskriptors die Zellen später in dem Frame empfängt. Der AP sendet dann die Zellen 54 wie geplant im Downlink-Frame. Die Zellen sind herkömmliche ATM-Zellen, mit der Ausnahme, dass sie den VCI nicht zu führen brauchen, der bereits im Zellendeskriptor übertragen wurde. Die SU empfängt die Zellen und sendet eine Upstream-Quittung 56 auf der Uplink.
Wie in 22 gezeigt, beginnt die Upstream-Bestätigung mit einer Sechzehn-Symbol-Korrelationssequenz PHY-2. Sie führt dann eine Acht-Bit-Sequenznummer (SEQ) 58 und eine Sechzehn-Bit-Bitmap (MAP) 60, die dem AP anzeigen, ob auf der Downlink gesendete Zellen verloren gegangen sind oder schlecht empfangen wurden. Die auf der Downlink gesendeten ATM-Zellen wurden mit dem SEQ-Feld sequentiell nummeriert. Das SEQ-Feld 58 in der Upstream-Bestätigung trägt die SEQ-Nummer der ersten Zelle in der Sequenz, die nicht richtig empfangen wurde. Wenn also 8 Zellen gesendet und die vierte, fünfte und siebte nicht richtig empfangen wurden, dann führt das SEQ-Feld in der Upstream-Bestätigung einen SEQ-Wert von 4. Die Bitmap 60 führt dann eine Bitmap der nachfolgenden Zellen in der Sequenz, wobei ein Wert von 1 eine erfolgreich empfangene Zelle und ein Wert von 0 eine schlecht empfangene Zelle anzeigen. So würde das Bitmap-Feld in dem oben gezeigten Beispiel die Bitmap 0101 führen und anzeigen, dass die fünfte und siebte Zelle nicht empfangen wurden. (In einer alternativen Ausgestaltung kann die Bitmap mit der letzten Zelle enden, die schlecht empfangen wurde, was impliziert, dass nachfolgende Zellen erfolgreich empfangen wurden. Die Bitmap im vorangegangenen Beispiel würde dann 010 lauten. In einer zweiten Alternative könnte auch die zuletzt schlecht empfangene Zelle aus der Bitmap weggelassen werden, so dass in dem Beispiel die kürzere Bitmap 01 erhalten wird). Nach dem Empfang der Upstream-Bestätigung plant der AP das Neusenden von in der Upstream-Bestätigung als nicht empfangen identifizierten Zellen. Wenn keine Bestätigung empfangen wird, dann plant der AP, alle Zellen neu zu senden. Wenn eine Bestätigung anzeigt, dass alle Zellen empfangen wurden, dann trifft der AP keine weitere Maßnahme.
Es ist wichtig, dass sich das System von Fehlern im Downlink-Zellenprozess erholen kann. In jeder Stufe der Downlink-Zugriffsstatusmaschine (Senden des Downlink-Plans, Senden von Zellen, Empfangen von Bestätigungen) besteht die Möglichkeit, dass ein Burst verloren geht oder verfälscht wird. Das Bestätigungsverfahren ermöglicht eine Wiederherstellung, da der AP Zellen neu plant und neu sendet, bis eine zufriedenstellende Bestätigung eingeht.
Anfordern von Uplink-Zugang
Eine SU kann Zugang zur Uplink mit zwei Methoden erlangen: Konkurrenz und Abfrage. Abfrage wird nur für Echtzeit-Dienste verwendet. Beide Methoden resultieren darin, dass der AP die SU nach ihrer Bandbreitenzuordnung abfragt, da Konkurrenz keine Bandbreitendetails, sondern nur eine SUID ergibt.
23 illustriert die Konkurrenzprozedur. Wenn eine SU Zellen auf der Uplink senden möchte, dann sendet sie zunächst einen völlig vorverzerrten Uplink-Konkurrenzburst mit (etwa) korrektem/r Timing und Sendeleistung in einem schmalen Trainings-/Konkurrenzzeitfenster, wie oben beschrieben. Der Konkurrenzburst enthält eine Korrelationssequenz PHY-2, gefolgt von der SUID 64 der SU und 6 Paritätsprüfbits. Der AP versucht, den Konkurrenzburst in Software zu decodieren. Wenn dies erfolglos verläuft oder wenn es eine Kollision zwischen von zwei SUs im selben Trainingszeitfenster gesendeten Bursts gibt, dann unternimmt der AP weiter nichts. Wenn die SU keine Antwort vom AP erhält, dann geht sie davon aus, dass ihre Konkurrenz erfolglos verlaufen ist, und versucht nach einer zufälligen Backoff-Zeit eine neue Konkurrenz.
Wenn der AP den Uplink-Konkurrenzburst erfolgreich decodiert, dann bestätigt er die Anforderung der SU mittels eines POLL 66 im Uplink-Frame-Deskriptor 10 eines nachfolgenden Frame. Dies ist ein Event-Deskriptor vom Typ 0010, wie in 12 gezeigt. Die ABFRAGE 66 führt einen 12-Bit-VCI, der die SU zum Übertragen ihrer Uplink-Zugangsanforderung verwendet. Diese Uplink-Anforderung 68 enthält die Anzahl der von der SU benötigten Zellen 70 und den vom AP bereitgestellten VCI.
Planen und Bestätigen von Uplink-Zellen
Wenn der AP die Anforderung einer SU um einen Uplink-Zugang kennt, dann plant er ein Zeitfenster auf der Uplink für die SU zum Senden der Zellen. 24 erläutert diese Prozedur. Der AP verwendet ein Zellendeskriptor-Feld (Typ 10 in 12) in einer Uplink-Frame-Beschreibung zum Planen eines Uplink-Zeitfensters für die SU zum Senden ihrer Zellen. Die SU überträgt die Zellen dann mit linearer Vorverzerrung, der eine weitere Uplink-Anforderung 72 vorangeht. Die Uplink-Anforderung ist mit der von der SU während der Konkurrenz und Abfrage gesendeten Uplink-Anforderung identisch, wird aber in diesem Fall nur vom AP für Synchronisationszwecke verwendet.
Nach dem Empfang der Zellen sendet der AP eine Downstream-Bestätigung 74 (nach einem Deskriptor-Feld Typ 1 in der Downlink-Beschreibung 14, siehe 9). Die Downstream-Bestätigung ist der oben beschriebenen Upstream-Bestätigung 56 ähnlich, es fällt aber die anfängliche Korrelationssequenz weg, die auf der Downlink nicht benötigt wird. So enthält die Downstream-Bestätigung eine Sequenznummer SEQ und CRC-Bits. Wenn die Downstream-Bestätigung anzeigt, dass alle Zellen sicher empfangen wurden, dann ist keine weitere Maßnahme erforderlich. Wenn die Downstream-Bestätigung jedoch Zellen angibt, die nicht sicher empfangen wurden, dann teilt die Bestätigung der SU mit, welche Zellen neu gesendet werden müssen. Der AP teilt dann weitere Bandbreite zum Neusenden dieser Zellen mit einem Deskriptor-Feld 76 Typ 10 im Uplink-Frame-Deskriptor zu. Die SU sendet dann die erfolglosen Zellen erneut, wieder mit linearer Vorverzerrung. Die Downstream-Bestätigungsprozedur wird dann bei Bedarf wiederholt.
Wenn die SU Zugang zum Senden von mehr Zellen angefordert hat, als in einem einzelnen Frame geplant werden können, dann plant der AP weitere Zuordnungen, die mit Uplink-Deskriptor-Feldern Typ 10 nach Bedarf signalisiert werden.
Wiederherstellung nach Fehlern im Uplink-Zellenprozess
In jeder Stufe der Uplink-Zugangsstatusmaschine besteht die Möglichkeit, dass ein Burst verloren geht oder verfälscht wird. Das System soll dann über eine Neuplanung wiederhergestellt werden, wenn ein Burst erfolglos ist, wie in 25 illustriert ist. Dadurch werden selbst dann robuste Kommunikationen gewährleistet, wenn individuelle übertragene Bursts verloren gehen oder verfälscht werden.
Downlink- und Uplink-Burststrukturen
Diese sind wie oben beschrieben, sind aber der Veranschaulichung halber auch in den 26 und 27 dargestellt.

Claims

Funkkommunikationssystem, bei dem ein Downlink-Signal zu vorbestimmten Zeiten Synchronisationsbursts (2) führt, dadurch gekennzeichnet, dass Daten in Frames (3) variabler Länge enthalten sind, die zwischen den Synchronisationsbursts (2) verschachtelt sind, wobei jeder Synchronisationsburst (2) einen Relativzeiger (4) auf den Anfang des folgenden Downlink-Frame umfasst.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 1, das einen Zugriffspunkt (AP) mit der Aufgabe umfasst, ein Downlink-Signal für den Empfang durch eine Subscriber-Einheit (SU) zu senden, wobei die Subscriber-Einheit (SU) die Aufgabe hat, ein Uplink-Signal für den Empfang am Zugriffspunkt (AP) zu senden, bei dem das Downlink-Signal zu vorbestimmten Zeiten Synchronisationsbursts (2) sowie Daten führt, die in Frames (3) variabler Länge enthalten sind, die zwischen den Synchronisationsbursts (2) verschachtelt sind, wobei jeder Synchronisationsburst (2) einen Relativzeiger (4) auf den Anfang des folgenden Downlink-Frame umfasst.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 2, bei dem jeder Synchronisationsburst (2) eine vorbestimmte Korrelationssequenz umfasst, die von der Subscriber-Einheit (SU) erkannt werden kann, um das Downlink-Signal zu synchronisieren.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jeder Downlink-Frame einen Header (6) umfasst, der einen Zeiger (12) auf den Anfang des folgenden Downlink-Frame führt.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jeder Downlink-Frame einen Header (6) umfasst, der einen Zeiger (22) auf den Anfang des folgenden Uplink-Frame führt.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 5, bei dem ein Downlink-Frame ferner einen zusätzlichen Zeiger (30) auf den Anfang eines zweiten Uplink-Frame umfasst.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 9, bei dem der Header (6) in jedem Downlink-Frame eine Downlink-Beschreibung (14) umfasst, die den Inhalt eines Datenteils des Downlink-Frame beschreibt.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 5, bei dem der Header (6) in jedem Downlink-Frame eine Uplink-Beschreibung (24) umfasst, die den Inhalt eines Datenteils des folgenden Uplink-Frame beschreibt.
Funkkommunikationssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Planen eines breiten Trainingszeitfensters auf der Uplink umfasst, in dem die Subscriber-Einheit (SU) einen Trainingsburst senden kann, wobei der Zugriffspunkt (AP) ferner Mittel zum Ansprechen auf den Trainingsburst durch Zurückmelden von Leistungsregelungs- und Synchronisationsinformationen zu der Subscriber-Einheit (SU) beinhaltet.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 9, bei dem die Subscriber-Einheit (SU) Mittel zum Beurteilen des Downlink-Kanals und zur Leistungsregelung und Vorverzerrung des Trainingsbursts für den Empfang durch den Zugriffspunkt (AP) umfasst, indem angenommen wird, dass der Uplink-Kanal derselbe ist wie der Downlink-Kanal.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Rundsenden von Informationen über das System auf der Downlink umfasst, damit die Subscriber-Einheit (SU) die Leistung regeln und den Trainingsburst für den Empfang durch den Zugriffspunkt (AP) vorverzerren kann.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Planen eines schmalen Trainingszeitfensters auf der Uplink umfasst, in dem die Subscriber-Einheit (SU) einen Trainingsburst senden kann, wobei der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Reagieren auf den Trainingsburst durch Zurückmelden von Kanalinformationen zur Subscriber-Einheit (SU) beinhaltet.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, bei dem der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Planen eines Konkurrenzzeitfensters auf der Uplink umfasst, in das die Subscriber-Einheit (SU) einen Konkurrenzburst senden kann, der seine Subscriber-Einheitskennung (SUID) umfasst, wobei der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Reagieren umfasst, indem die Subscriber-Einheit (SU) aufgefordert wird, eine Anforderung für einen Uplink-Bandbreitenbedarf zu senden.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 13, bei dem die Subscriber-Einheit (SU) Mittel zum Vorverzerren des Konkurrenzwortes für den Empfang durch den Zugriffspunkt (AP) durch Berechnen des vorverzerrten Konkurrenzwortes offline und Speichern desselben im Speicher zum Senden im Konkurrenzzeitfenster umfasst.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 14, bei dem die Subscriber-Einheit (SU) Mittel zum Vorverzerren von Uplink-Sendungen für den Empfang durch den Zugriffspunkt (AP) umfasst.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 15, bei dem der Zugriffspunkt (AP) Mittel zum Senden der Downlink für den Empfang durch eine Mehrzahl von Subscriber-Einheiten (SU) umfasst und die – Mehrzahl von Subscriber-Einheiten (SU) Mittel zum Senden von Uplink-Signalen für den Empfang durch den Zugriffspunkt (AP) umfasst.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 16, bei dem jede Subscriber-Einheit (SU) Mittel zum vollständigen Vorverzerren von Uplink-Sendungen umfasst, die in Uplink-Zeitfenstern vorgenommen wurden, die nicht speziell dafür geplant wurden.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 17, bei dem der AP keinen Entzerrer zum Decodieren der vollständig vorverzerrten Uplink-Sendungen benötigt.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem alle Subscriber-Einheiten (SU) Mittel zum Decodieren einer Modulation niedrigster Ordnung umfassen und eine oder mehrere Subscriber-Einheiten (SU) Mittel zum Decodieren einer Modulation höherer Ordnung umfassen, wobei jeder Frame-Header in der niedrigsten Modulationsordnung moduliert wird und wobei unterschiedliche Elemente des Inhalts eines Downlink-Frame mit unterschiedlichen Modulationsordnungen moduliert werden, wobei die Elemente in dem Frame in aufsteigender Modulationsordnung angeordnet sind.
Funkkommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 19, bei dem Daten auf der Downlink und der Uplink in ATM-(asynchroner Transfermodus)-Zellen geführt werden.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 20, bei dem Mittel zum Senden von Bestätigungen (ACKs) nach dem Empfang von ATM-Meldungen auf der Uplink oder der Downlink vorgesehen sind, wobei jede Meldung eine oder mehrere sequentiell nummerierte ATM-Zellen umfasst und jede Bestätigung (ACK), die auf eine Meldung folgt, in der eine oder mehrere Zellen nicht empfangen wurde(n), die Nummer der ersten nicht empfangenen Zelle in der Meldung identifiziert, damit nicht empfangene Zellen neu gesendet werden können.
Funkkommunikationssystem nach Anspruch 20, das Mittel zum Senden von Bestätigungen (ACKs) nach dem Empfang von ATM-Meldungen auf der Uplink oder der Downlink umfasst, wobei jede Meldung eine oder mehrere sequentiell nummerierte ATM-Zellen umfasst und jede Bestätigung (ACK), die auf eine Meldung folgt, in der eine oder mehrere Zellen nicht empfangen wurde(n), eine Bitmap umfasst, die nicht empfangene Zellen in der Meldung identifiziert, damit nicht empfangene Zellen neu gesendet werden können.
Zugriffspunkt für ein Kommunikationssystem mit den Zugriffspunktmerkmalen gemäß Definition in einem der vorherigen Ansprüche.
Subscriber-Einheit für ein Kommunikationssystem mit den Subscriber-Einheitsmerkmalen gemäß Definition in einem der Ansprüche 1 bis 22.
Funksignal, das zum Führen von Synchronisationsbursts (2) zu vorbestimmten Zeiten codiert ist, gekennzeichnet durch Daten, die in Frames (3) variabler Länge enthalten sind, die zwischen den Synchronisationsbursts (2) verschachtelt sind, wobei jeder Synchronisationsburst (2) einen Relativzeiger (4) auf den Anfang des folgenden Downlink-Frame (3) umfasst.
Verfahren zur Funkkommunikation zwischen einem Zugriffspunkt (AP) und einer Mehrzahl von Subscriber-Einheiten (SU), das die folgenden Schritte umfasst: Senden eines Downlink-Signals von dem Zugriffspunkt (AP), das zu vorbestimmten Zeiten Synchronisationsbursts führt, gekennzeichnet durch Senden von Daten, die in Frames variabler Länge enthalten sind, die zwischen den Synchronisationsbursts verschachtelt sind, wobei jeder Synchronisationsburst einen Relativzeiger auf den Anfang des folgenden Downlink-Frame umfasst; und an jeder Subscriber-Einheit (SU), Empfangen des Downlink-Signals und Verwenden der Synchronisationsbursts zum Synchronisieren darauf und Verwenden von wenigstens einem der Relativzeiger zum Finden des Anfangs des folgenden Downlink-Frame.
Verfahren nach Anspruch 26, das die folgenden Schritte umfasst: Senden eines Headers, der einen Zeiger auf den Anfang des nächsten Downlink-Frame enthält, und einer Downlink- Beschreibung, die von dem Frame geführte Events beschreibt, am Anfang jedes Downlink-Frame; und an jeder Subscriber-Einheit (SU), Lesen des Headers am Anfang jedes Downlink-Frame zum Decodieren der Events in dem Frame nach Bedarf und zum Finden des Anfangs des nächsten Downlink-Frame.
Verfahren nach Anspruch 26, das die folgenden Schritte umfasst: Senden, von der Subscriber-Einheit (SU), einea Uplink-Signals, das Daten in Frames führt, wobei Events in den Uplink-Frames durch den Zugriffspunkt (AP) geplant werden; Senden, am Anfang jedes Downlink-Frame, eines Headers, der einen Uplink-Relativzeiger und eine Uplink-Beschreibung enthält, die jeweils den Versatz zum Anfang des nächsten Uplink-Frame und die von diesem Frame geführten Events beschreibt; und an jeder Subscriber-Einheit (SU), Verwenden des Uplink-Relativzeigers zum Finden des Anfangs des nächsten Uplink-Frame und Senden von Events in der für diese Subscriber-Einheit (SU) geplanten Uplink.