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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuweisen von Zeitslots
und ein Verfahren hierfür
sowie insbesondere auf ein Zeitduplex- (Time Division Duplex) Zellularkommunikationssystem.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
einem zellularen Kommunikationssystem kommuniziert jede der Teilnehmereinheiten
(typischerweise Mobilstationen, Benutzerausrüstung, Benutzerendgeräte etc.)
mit typischerweise einer festen Basisstation. Die Kommunikation
von der Teilnehmereinheit an die Basisstation ist als Aufwärtsverbindung
bekannt und die Kommunikation von der Basisstation an die Teilnehmereinheit
ist als Abwärtsverbindung
bekannt. Das gesamte Abdeckungsgebiet des Systems ist in eine Anzahl
separater Zellen unterteilt, von denen jede vorwie gend von einer
einzelnen Basisstation abgedeckt wird. Die Zellen sind typischerweise
geographisch verschieden mit einem überlappenden Abdeckungsbereich
bei benachbarten Zellen. 1 illustriert ein zellulares
Kommunikationssystem 100. In dem System kommuniziert eine Basisstation 101 mit
einer Anzahl von Teilnehmereinheiten 103 über Funkkanäle 105.
In dem zellularen System deckt die Basisstation 101 Benutzer
innerhalb eines bestimmten geographischen Gebietes 107 ab,
wohingegen andere geographische Gebiete 109, 111 von
anderen Basisstationen 113, 115 abgedeckt werden.
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Wenn
sich eine Teilnehmereinheit von dem Abdeckungsgebiet einer Zelle
zu dem Abdeckungsgebiet einer anderen Zelle bewegt, wechselt die Kommunikationsverbindung
von einem Bestehen zwischen der Teilnehmereinheit und der Basisstation der
ersten Zelle zu einem Bestehen zwischen der Teilnehmereinheit und
der Basisstation der zweiten Zelle. Dies ist als Handover bekannt.
Speziell kann es sein, dass manche Zellen vollständig innerhalb der Abdeckung
anderer, größerer Zellen
liegen.
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Alle
Basisstationen sind über
ein festes Netzwerk miteinander verbunden. Dieses feste Netzwerk umfasst
Kommunikationsleitungen, Vermittlungsstellen, Schnittstellen zu
anderen Kommunikationsnetzwerken und verschiedene Controller, die
zum Betrieb des Netzwerks erforderlich sind. Ein Ruf von einer Teilnehmereinheit
wird über
das feste Netzwerk an das für
diesen Ruf spezifische Ziel geleitet. Wenn der Ruf zwischen zwei
Teilnehmereinheiten desselben Kommunikationssystems erfolgt, wird
der Ruf über das
feste Netzwerk an die Basisstation derjenigen Zelle, in der sich
die andere Teilnehmereinheit aktuell befindet, geleitet. Es wird
so eine Verbindung zwischen zwei bedienenden Zellen über das
feste Netzwerk etabliert. Wenn alternativ der Ruf zwischen einer
Teilnehmereinheit und einem Telefon stattfindet, das mit dem öffentlichen
Telefonvermittlungsnetzwerk (PSTN: Public Switched Telephone Network) verbunden
ist, wird der Ruf von der bedienenden Basisstation zu einer Schnittstelle
zwischen dem zellularen Mobilkommunikationssystem und dem PSTN geleitet.
Er wird dann mittels des PSTN von der Schnittstelle an das Telefone
geleitet.
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Einem
zellularen Mobilfunkkommunikationssystem ist ein Frequenzspektrum
zur Funkkommunikation zwischen den Teilnehmereinheiten und den Basisstation
zugeordnet. Dieses Spektrum muss zwischen allen Teilnehmereinheiten,
die das System gleichzeitig benutzen, aufgeteilt werden.
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Ein
Verfahren des Aufteilens dieses Spektrums ist mittels einer als
Vielfachzugriff im Codemultiplex (CDMA: Code Division Multiple Access)
bekannten Technik. Bei einem Direktsequenz-CDMA- (DS-CDMA) Kommunikationssystem
werden die Signale, bevor sie gesendet werden, mit einem Code hoher
Rate multipliziert, wodurch das Signal über ein größeres Frequenzspektrum gespreizt
wird. Ein Schmalbandsignal wird somit gespreizt und als Breitbandsignal
gesendet. Am Empfänger
wird das ursprüngliche
Schmalbandsignal durch Multiplikation des empfangenen Signals mit
demselben Code wiederhergestellt. Ein durch Verwendung eines anderen Codes
gespreiztes Signal wird von dem Empfänger nicht entspreizt, sondern
bleibt ein Breitbandsignal und wird durch Filtern nach Entspreizungsoperation entfernt.
In dem Empfänger
kann daher die Mehrzahl von Störungen,
die durch im selben Frequenzspektrum wie das erwünschte Signal empfangene, interferierende
Signale verursacht werden, somit durch Filtern entfernt werden.
Folglich können
eine Mehrzahl von Teilneh mereinheiten durch Zuweisen unterschiedlicher
Codes an unterschiedliche Teilnehmereinheiten in demselben Breitbandspektrum
untergebracht werden. Die Codes werden ausgewählt, um die zwischen Teilnehmereinheiten
verursachte Interferenz zu minimieren, typischerweise durch Auswählen orthogonaler
Codes, wenn möglich.
Eine weitere Beschreibung von CDMA-Kommunikationssystemen kann gefunden
werden in "Spread
Spectrum CDMA Systems for Wireless Communications", Glisic & Vucetic, Artech
house Publishers, 1997, ISBN 0-89006-858-5. Beispiele für CDMA-Zellularkommunikationssysteme
sind das in Nordamerika standardisierte IS 95 und das Universal
Mobile Telecommunications System (UMTS), das derzeit in Europa standardisiert
wird.
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Ein
Aspekt von UMTS ist ein Zeitduplex- (Time Division Duplex) Modus.
Bei diesem System wird das Frequenzspektrum in eine Anzahl von Frequenzkanälen unterteilt,
wobei jeder Frequenzkanal weiter in Zeitrahmen unterteilt wird,
wobei jeder Zeitrahmen eine Anzahl von Zeitslots aufweist. Bei diesem
System sind unterschiedliche Teilnehmereinheiten dadurch getrennt,
dass Ihnen unterschiedliche Zeitslots zugewiesen sind, die orthogonal
mit Zeitslots sind, die anderen Benutzern zugewiesen sind. Ein Unterschied
zwischen dem TDD-Modus von UMTS und den vorangehenden Systemen mit
Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA: Time Division Multiple Access), wie
etwa dem Global System for Mobile Communication (GSM), ist, dass
Zelle innerhalb jedes Zeitslots derselben Zelle mehr als eine Teilnehmereinheit
zugewiesen werden kann. Die Signale von den unterschiedlichen Teilnehmereinheiten
werden in TDD mit einem Spreizcode ähnlich einem CDMA-System gespreizt.
Für UMTS-TDD
liegen die Spreizcodes jedoch signifikant niedriger, wobei die Spreizcodes
im Bereich von 1 bis 16 liegen. Eine Trennung zwischen unterschiedlichen
Teilnehmereinheiten innerhalb jedes Zeitslots wird erreicht durch
unterschiedliche Spreizcodes, kombiniert mit gemeinsamer Erkennung
und der damit verbundenen Interferenzreduzierung. Ein weiterer Unterschied
zwischen TDD und anderen TDMA-Systemen ist, dass derselbe Kanal sowohl
für Aufwärtsverbindungs-
als auch Abwärtsverbindungskommunikation
verwendet wird, sodass manche Zeitslots eines Zeitrahmens Aufwärtsverbindungssendungen
zugeordnet sind, wohingegen andere Zeitslots innerhalb desselben
Rahmens Abwärtsverbindungssendungen
zugeordnet sind. Eine weitere Beschreibung des UMTS-TDD-Kommunikationssystems
kann gefunden werden in "Interference considerations
for the time division duplex mode of the UMTS Terrestrial Radio
Access", Holma,
H.; Heikkinen, S.; Lehtinen, O.-A.; Toskala, A. IEEE Journal on
Selected Areas auf Seite(n) 1386–1393.
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Insbesondere
sind die zellularen Mobilfunktechnologien, die TTD verwenden, in
der Lage, unterschiedliche Anzahlen von Zeitslots der Aufwärtsverbindung
und Abwärtsverbindung
zuzuordnen, was ein effizientes Verfahren zur Behandlung von Verkehrs-Asymmetrie
ist. Diese Technik hat jedoch einige Nachteile in Systemen wie etwa
dem UMTS-TDD-Kommunikationssystem,
wo Interferenz durch Nachbarzellen verursacht wird. Die Interferenz ist
besonders problematisch in Kommunikationssystemen, die einen Frequenzwiederverwendungsfaktor von
1 benutzen, d.h. in denen in benachbarten Zellen derselbe Frequenzkanal
benutzt wird. In diesem Szenario kann es zum Zusammenstoß von Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots
in benachbarten Zellen kommen. Die individuellen Basisstations- Verwürfelungscodes
sind nicht lang genug, um die resultierende Interferenz auf akzeptable
Pegel zu reduzieren. Die derzeitige Lösung des Problems ist eine
Synchronisierung von Aufwärtsverbindungs-Abwärtsverbindungs-Schaltpunkten
für benachbarte
Basisstationen – d.h.
durch Synchronisierung von benachbarten Zellen derart, dass für Aufwärtsverbindung
und Abwärtsverbindung
dieselben Zeitintervalle zugewiesen werden. Diese Lösung stellt
jedoch ein Erfordernis auf, dass benachbarte Basisstationen dieselben
Schaltpunkte zwischen Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots aufweisen.
Dies stellt seinerseits Begrenzungen der Flexibilität der Ressourcenzuweisung
dar und limitiert daher die Gesamtkapazität des Systems als Verkehrsverteilung
wesentlich und insbesondere kann es sein, dass der Grad an Verkehrs-Asymmetrie
zwischen Aufwärtsverbindung und
Abwärtsverbindung
signifikant zwischen den Zellen variiert. Daher ist ein System erwünscht, das
eine verbesserte Kapazität
eines TDD-Kommunikationssystems zur Verfügung stellt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass konventionelle
Ansätze
zur Zeitslot-Zuweisung in TDD-Kommunikationssystemen suboptimal
sind und verbessert werden können.
Die Erfindung versucht, eine Verbesserung bei der Zeitslot-Zuweisung
zur Verfügung
zu stellen und insbesondere versucht sie, die Kapazität des Kommunikationssystems
zu verbessern und die Flexibilität
bei der Zuweisung von Zeitslots für asymmetrischen Verkehr zu
erhöhen.
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Entsprechend
wird ein Verfahren zum Zuweisen von Zeitslots an Teilnehmereinheiten
in einem Zeitduplex- Kommunikationssystem,
enthaltend wenigstens eine erste und eine zweite im Wesentlichen rahmensynchronisierte
Basisstation zur Verfügung gestellt,
wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bestimmen eines Schaltpunktes
in einem ersten Zeitrahmen der ersten Basisstation zwischen Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots,
Bestimmen von Leistungspegeln, die zu einer Kommunikation von einer
Mehrzahl von Teilnehmereinheiten, denen Zeitslots in dem ersten
Zeitrahmen zugewiesen werden sollen, gehören, und Zuweisen von Zeitslots
des ersten Zeitrahmens an die Mehrzahl von Teilnehmereinheiten als
Antwort auf die zugehörigen
Leistungspegel durch: Ausersehen wenigstens eines ersten Satzes
von Zeitslots nahe dem Schaltpunkt, Bestimmen eines ersten Leistungsschwellenwertes
und Zuweisen von Zeitslots von Teilnehmereinheiten an den ersten
Satz von Zeitslots nur dann, wenn die zugehörigen Leistungspegel unterhalb
des ersten Schwellenwertes liegen.
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Gemäß einem
ersten Merkmal der Erfindung werden die Zeitslots so zugewiesen,
dass es auf den Schaltpunkt hin eine Konzentration von Zeitslots
für Teilnehmereinheiten
gibt, die relativ niedrigere zugehörige Leistungspegel haben.
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Entsprechend
einem zweiten Merkmal der Erfindung wird der erste Satz von Zeitslots
so ausgewählt,
dass er die Zeit eines zweiten Schaltpunktes in einem zweiten Zeitrahmen
der zweiten Basisstation enthält.
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Gemäß einem
dritten Merkmal der Erfindung werden die Zeitslots Teilnehmereinheiten
so zugewiesen werden, dass der zugehörige Leistungspegel mit der
Entfernung von dem Schaltpunkt wächst.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Zuweisen
von Zeitslots an Teilnehmereinheiten in einem Zeitduplex- (Time
Division Duplex) Kommunikationssystem, enthaltend wenigstens eine
erste und eine zweite im Wesentlichen rahmensynchronisierte Basisstation,
zur Verfügung gestellt,
wobei die Vorrichtung umfasst: Mittel zum Bestimmen eines Schaltpunktes
in einem ersten Zeitrahmen der ersten Basisstation zwischen Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots,
Mittel zum Bestimmen von Leistungspegeln, die zu einer Kommunikation
von einer Mehrzahl von Teilnehmereinheiten, denen Zeitslots in dem
ersten Zeitrahmen zugewiesen werden sollen, gehören, und Mittel zum Zuweisen
von Zeitslots des ersten Zeitrahmens an die Mehrzahl von Teilnehmereinheiten
als Antwort auf die zugeordneten Leistungspegel, umfassend: Mittel
zum Ausersehen wenigstens eines ersten Satzes von Zeitslots nahe
dem Schaltpunkt. Mittel zum Bestimmen eines ersten Leistungsschwellenwertes und
Mittel zum Zuweisen von Zeitslots von Teilnehmereinheiten an den
ersten Satz von Zeitslots nur dann, wenn die zugehörigen Leistungspegel
unterhalb des ersten Schwellenwertes liegen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird unten lediglich beispielhaft beschrieben und
zwar unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Illustration eines zellularen Kommunikationssystems gemäß dem Stand
der Technik ist,
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2 eine
Illustration eines Zeitrahmens für eine
erste Basisstation eines TDD-Kommunikationssystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist,
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3 ein
TDD-Kommunikationssystem, umfassend eine Vorrichtung zum Zuweisen
von Zeitslots gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung illustriert und
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4 ein
Flussdiagramm für
ein Verfahren zum Zuweisen von Zeitslots gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung illustriert.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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Die
folgende Beschreibung fokussiert auf eine Ausführungsform gemäß dem aktuellen
Ansatz zur Standardisierung von UMTS-TDD; es wird jedoch erkennbar
sein, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung limitiert ist.
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Das
TDD-Kommunikationssystem umfasst eine Mehrzahl von Basisstationen,
wobei jede Basisstation eine Mehrzahl von Teilnehmereinheiten unterstützt. Die
Basisstationen des Kommunikationssystems sind rahmensynchronisiert,
was bedeutet, dass die Anfangs- und Endzeit eines Rahmens einer
Basisstation in Beziehung stehen zu der Anfangs- und Endzeit einer
anderen Basisstation. Idealerweise stimmen Anfangs- und Endzeit einer
Basisstation exakt mit der Anfangs- und Endzeit einer anderen Basisstation überein;
es kann jedoch sein, dass in einem praktischen Kommunikationssystem
eine wesentliche Abweichung auftritt. Typischerweise ist die Synchronisationsabweichung
jedoch kleiner als die Dauer eines Zeitslots und in vielen Systemen
ist sie so gering wie einige Symbolzeiten.
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2 ist
eine Illustration eines Zeitrahmens für eine erste Basisstation eines
TDD-Kommunikationssystems gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Der
Zeitrahmen 200 enthält
Zeitslots 201 bis 213, wohingegen die Zeitslots 215 und 217 zu
dem vorangehenden Zeitrahmen gehören
und die Zeitslots 219 und 221 zu dem folgenden
Zeitrahmen gehören.
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Der
Zeitrahmen 200 ist unterteilt in einen Satz von Abwärtsverbindungs-Zeitslots 201 bis 207, die
für die
Abwärtsverbindungskommunikation
verwendet werden und einen Satz von Aufwärtsverbindungs-Zeitslots 209 bis 213,
die für
die Aufwärtsverbindungskommunikation
verwendet werden. Der Unterteilungspunkt zwischen den Aufwärtsverbindungs-Zeitslots und den
Abwärtsverbindungs-Zeitslots
ist bekannt als der Schaltpunkt 223. In dem vorangehenden
oder dem folgenden Zeitrahmen kann eine andere Anzahl von Zeitslots
in jeder Richtung verwendet werden. Beispielsweise kann es sein, dass
der vorangehende Zeitrahmen drei Abwärtsverbindungs-Zeitslots und
vier Aufwärtsverbindungs-Zeitslots
aufweist, und es kann sein, dass der folgende Zeitrahmen fünf Abwärtsverbindungs-Zeitslots
und zwei Aufwärtsverbindungs-Zeitslots aufweist.
Der Schaltpunkt kann dynamisch zwischen den Zeitrahmen wechseln.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsform
setzen benachbarte Zellen, die rahmensynchronisierte Basisstationen
haben, eine ähnliche
Rahmenzeit ein. Aufgrund der Rahmensynchronisierung sind die Anfangs-
und Endzeiten der Rahmen in den verschiedenen Zellen im Wesentlichen
dieselben. Bei dieser Ausführungsform,
bei der jeder Zeitrahmen aus einem einzelnen fortlaufenden Satz
von Abwärtsverbindungs-Zeitslots und einem
einzelnen fortlaufenden Satz von Auf wärtsverbindungs-Zeitslots besteht, sind
daher Zusammenstöße zwischen
Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots unterschiedlicher
Zellen um die Anfangs- und Endpunkte der Zeitrahmen herum unbedeutend,
gesetzt, die Synchronisierungsabweichung ist hinreichend gering.
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Vorzugsweise
können
die Schaltpunkte dynamisch innerhalb einer Zelle (die gleich dem
gesamten Zeitrahmen sein kann) und unabhängig von einer Zelle zur nächsten bewegt
werden.
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Allerdings
erfolgen Zusammenstöße zwischen
Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots
unterschiedlicher Zellen, sofern die Schaltpunkte nicht innerhalb
der Rahmenzeiten synchronisiert sind. Dies kann die Kommunikation
deutlich verschlechtern oder verhindern. Beispielsweise wird die
Sendeleistung einer Teilnehmereinheit in der Nähe des Zellrandes sehr hoch
sein. Erfolgt dies gleichzeitig mit einem Abwärtsverbindungs-Zeitslot eines
empfangenden Mobilfunkgerätes,
das sich in der Nähe
des sendenden Mobilfunkgerätes,
jedoch in einer benachbarten Zelle befindet, wird dies die Kommunikation
dieses zweiten Mobilfunkgerätes verhindern.
Ein Synchronisieren der Schaltpunkte wird jedoch die Flexibilität bei der
Zeitslot-Zuweisung deutlich verschlechtern, was zu einer signifikanten Kapazitätsverringerung
führt,
wenn die Verkehrsasymmetrie zwischen den Zellen variiert.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden Leistungspegel bestimmt, die zu der Kommunikation
von Teilnehmereinheiten gehören, und
die Zeitslots werden innerhalb eines Zeitrahmens als Antwort auf
die zugehörigen
Leistungspegel zugewiesen. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
werden die Zeitslots so zugewiesen, dass es auf den Schaltpunkt
hin eine Konzentration von Zeitslots für Teilnehmereinheiten gibt,
die relativ niedrigere zugehörige
Leistungspegel aufweisen, und insbesondere werden Zeitslots Teilnehmereinheiten so
zugewiesen, dass der zugehörige
Leistungspegel mit der Entfernung von dem Schaltpunkt wächst.
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Folglich
wird der Einfluss von Zusammenstößen zwischen
Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots
in unterschiedlichen Zellen minimiert, wenn Zeitslots innerhalb
derjenigen Region, in der der Schaltpunkt typischerweise liegt,
minimale Sendeleistung haben und daher die geringste Interferenz
mit anderen Teilnehmereinheiten aufweisen.
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3 illustriert
ein TDD-Kommunikationssystem, enthaltend eine Basisstation, umfassend eine
Vorrichtung zum Zuweisen von Zeitslots.
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Die
Basisstation 301 ist mit einem Netzwerk 303 über eine
Datenschnittstelle 305 verbunden. Das Netzwerk 303 umfasst
Funknetzwerk-Controller, Router, Vermittlungsstellen, Abrechnungsprozessoren,
andere Basisstationen, Netzwerk-Gateways, Netzwerk-Router,
Netzwerk-Vermittlungsstellen und irgendwelche weiteren Elemente,
die erforderlich oder erwünscht
sind zum Betrieb des zellularen Kommunikationssystems, wie im Stand
der Technik bekannt. Das Netzwerk 303 liefert Daten an
die Basisstation 301 zur Versendung an die Teilnehmereinheiten 307, 309, 311,
die von der Basisstation 301 unterstützt werden. Die Basisstation 301 liefert
an das Netzwerk 303 Daten, die von den unterstützten Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 her
empfangen werden. Außerdem
werden Steuer- und Informationsdaten, die für den Betrieb und die Konfigurierung
des Kommunikationssystems einschließlich der Basisstation 301 und
der Teilnehmereinheiten 307, 309, 311, benötigt werden,
mit dem Netzwerk 303 ausgetauscht.
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Die
Schnittstelle 305 ist mit einem Sender 313 verbunden,
der alle Funktionen ausführt,
die zum Senden an die Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 erforderlich
sind. Außerdem
ist die Schnittstelle mit einem Empfänger 315 verbunden,
der alle Funktionen durchführt,
die zum Empfangen von Sendungen von den Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 her
erforderlich sind. Der Empfänger 315 und
der Sender 313 arbeiten gemäß den Sendeprotokollen und
-standards des gegebenen Kommunikationssystems. Der Empfänger 315 und
der Sender 313 sind mit derselben Antenne 317 über einen
Schalter 319 verbunden, der zwischen Sendung und Empfang
umschaltet, wie im Stand der Technik wohlbekannt.
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Die
Basisstation 301 umfasst weiter einen Leistungspegelprozessor 321,
der betreibbar ist, Leistungspegel, die zu unterschiedlichen Teilnehmereinheiten,
denen Zeitslots zur Kommunikation zugewiesen werden sollen, gehören, zu
bestimmen. Es ist im Stand der Technik wohlbekannt, Sendeleistungen für sowohl
Aufwärtsverbindungs-
als auch Abwärtsverbindungssendungen
durch Verwendung von Leistungsregelkreisen zu steuern und bei der
bevorzugten Ausführungsform
bestimmt der Leistungspegelprozessor den zugehörigen Leistungspegel aus einem
aktuellen Zustand einer Leistungsregelkreises. Bei der bevorzugten
Ausführungsform,
bei der die Vorrichtung zum Zuweisen von Zeitslots in der Basisstation 301 enthalten
ist, sind die Abwärtsverbindungs-Sendeleistungspegel
direkt zugänglich.
Bei einigen Ausführungsformen
können
die zugehörigen Leistungssteuerpegel
bestimmt werden, indem die Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 ihre
aktuellen Sendeleistungspegel berichten, oder sie kön nen aus empfangenen
Leistungspegeln und Fortpflanzungsabschwächungsschätzwerten abgeleitet werden.
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Die
Basisstation 301 umfasst weiter einen Schaltpunktprozessor 323,
der einen Schaltpunkt zwischen den Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungs-Zeitslots
bestimmt. Typischerweise wird der Schaltpunkt in Abhängigkeit
von den Ressourcenerfordernissen der Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 bestimmt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind
daher die Kommunikationserfordernisse der Teilnehmereinheiten 307, 309, 311 für einen
gegebenen Zeitrahmen bekannt und die Verteilung von Zeitslots zwischen
den Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots
sowie die Auswahl, welche Teilnehmereinheiten unterstützt werden,
werden von einem Ressourcenzuweiser durchgeführt. Es wird dem Fachmann klar
sein, dass jegliches geeignetes Verfahren zum Aufteilen der Ressource
zwischen den Teilnehmereinheiten 307, 309 und 311 und
zum Auswählen
eines Schaltpunktes verwendet werden kann, ohne von der Erfindung
abzulenken.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
ist der Ressourcenzuweiser eingebettet in den Zeitslotplaner 325,
der mit dem Leistungspegelprozessor 321 und dem Schaltpunktprozessor 323 verbunden
ist. Der Zeitslotplaner 325 wählt für jeden Rahmen aus, welche
Zeitslots als Aufwärtsverbindungs-Zeitslots zugewiesen
werden und welche Abwärtsverbindungs-Zeitslots sind. Er
bestimmt weiter, welchen Teilnehmereinheiten ein Aufwärtsverbindungs- und/oder
Abwärtsverbindungs-Zeitslot
zugewiesen wird und weist schließlich spezielle Zeitslots speziellen
Teilnehmereinheiten zu. Der Zeitslotplaner 325 ist auch
mit dem Empfänger 315,
dem Sender 313 und der Schnittstelle 305 verbunden,
um die Versendung und den Empfang zu steuern sowie Steuer- und Verkehrs information,
die für
den Betrieb des Zeitslotplaners 325 benötigt wird, zu empfangen.
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4 illustriert
ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zum Zuweisen von Zeitslots gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Figur illustriert die Figur der Funktion der
Vorrichtung von 3 bei der beschriebenen Ausführungsform.
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In
Schritt 401 bestimmt der Schaltpunktprozessor einen oder
mehrere Schaltpunkte innerhalb des Zeitrahmens. Dies erfolgt bei
der bevorzugten Ausführungsform
durch Priorisieren von Teilnehmereinheiten, die eine Zuweisung eines
Zeitslots benötigen,
und durch Zuweisen an die höchst
priorisierten Teilnehmereinheiten. Die Anzahl von zugewiesenen Zeitslots
für Abwärtsverbindung
und Aufwärtsverbindung
hängt daher
davon ab, wie viele der höchst
priorisierten Teilnehmereinheiten einen Abwärtsverbindungs-Zeitslot benötigen und
wie viele einen Aufwärtsverbindungs-Zeitslot
benötigen.
Der Satz von Teilnehmereinheiten, die einen Zeitslot in einem gegebenen
Zeitrahmen benötigen,
kann von Zeitrahmen zu Zeitrahmen variieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform ändert sich
der Satz von Teilnehmereinheiten, denen Zeitslots zugewiesen werden sollen,
nur, wenn ein neuer Ruf aufgesetzt wird oder ein bestehender Ruf
beendet wird. Bei dieser Ausführungsform
kann es daher sein, dass viele aufeinanderfolgende Zeitrahmen unveränderte Anforderungen
haben und der Schaltpunkt für
diese Zeitrahmen konstant sein kann. Bei dieser Ausführungsform
wird daher nicht notwendigerweise für jeden Zeitrahmen eine neue
Bestimmung eines Schaltpunktes durchgeführt, sondern nur, wenn durch
einen Rufaufbau oder eine Beendigung angeregt.
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In
Schritt 403 werden die Leistungspegel, die zu der Kommunikation
von einer Mehrzahl von Teilnehmereinheiten her gehören, von
dem Leistungspegelprozessor 321 bestimmt. Bei der bevorzugten Ausführungsform
wird für
jede Aufwärtsverbindungs-Teilnehmereinheit
und für
jede Abwärtsverbindungs-Basisstation
eine geschätzte
Sendeleistung bestimmt. Jegliches geeignetes Verfahren zum Abschätzen oder
Bestimmen zugehöriger
Leistungspegel kann verwendet werden, ohne von der aktuellen Erfindung
abzulenken. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die zugehörigen Leistungspegel nur
für die
höchst
priorisierten Teilnehmereinheiten bestimmt, d.h. nur für diejenigen,
denen ein Zeitslot in einem Zeitrahmen zugewiesen wird. Bei anderen Ausführungsformen
wird der zugehörige
Leistungspegel jedoch für
alle Teilnehmereinheiten oder einen viel kleineren Satz von Teilnehmereinheiten
bestimmt, beispielsweise nur bis genug Teilnehmereinheiten mit zugehörigen Leistungspegeln
unterhalb eines gegebenen Schwellenwertes gefunden sind, um eine
definierte Region um den Schaltpunkt herum zu füllen.
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In
Schritt 405 wird ein Satz von Zeitslots nahe dem Schaltpunkt
ausersehen. Diese Zeitslots sind bei der bevorzugten Ausführungsform
ein oder mehrere Zeitslots, die dem Schaltpunkt benachbart sind
oder ihn umgeben. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Satz von Zeitslots
ausgewählt
werden in Abhängigkeit
von einem zweiten Schaltpunkt, der sich auf einen zweiten Zeitrahmen
einer zweiten Basisstation bezieht. Bei dieser Ausführungsform
erfolgt das Ausersehen so, dass der Satz von Zeitslots den zweiten
Schaltpunkt enthält.
Es kann sein, dass der zweite Schaltpunkt nur ungefähr oder
innerhalb eines Bereichs bekannt ist, und der Satz von Zeitslots wird
hinreichend groß gewählt, um
den zweiten Schaltpunkt mit hoher oder vernünftiger Wahrscheinlichkeit
zu enthalten.
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In
Schritt 407 wird eine Schwellenleistung bestimmt. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
erfolgt dies durch den Leistungspegelprozessor 321 durch
Ordnen der zugehörigen
Leistungspegel der höchst
priorisierten Teilnehmereinheiten und durch Setzen der Leistungsschwelle
so, dass die Anzahl von Teilnehmereinheiten mit zugeordneten Leistungspegeln
unterhalb des Schwellenwertes gleich der Anzahl von Zeitslots in
dem Satz ist. Bei dieser Ausführungsform
wird daher der Schwellenwert, wenn drei Zeitslots in dem Satz ausersehen
sind, leicht höher
gesetzt werden als der zugehörige
Leistungspegel der Teilnehmereinheit mit dem drittniedrigsten zugehörigen Leistungspegel.
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Bei
anderen Ausführungsformen
ist der Leistungsschwellenwert vordefiniert oder wird bestimmt als
Antwort auf externe Parameter, wie etwa die Verkehrsbelastung und/oder
Interferenzpegel in einer oder mehreren Zellen. Der Leistungsschwellenwert kann
daher statisch sein oder sich dynamisch ändern und es kann ein relativer
oder ein absoluter Wert sein.
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In
Schritt 409 werden die Teilnehmereinheiten unterhalb des
Leistungsschwellenwertes ausgewählt
und in Schritt 411 werden ausgewählten Teilnehmereinheiten Zeitslots
zugewiesen, die in dem Satz ausersehener Zeitslots enthalten sind,
wohingegen den übrigen
Teilnehmereinheiten Zeitslots zugewiesen werden, die in dem Satz
nicht enthalten sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Zeitslots
Teilenehmereinheiten so zugewiesen, dass der zugehörige Leistungspegel
mit der Entfernung vom Schaltpunkt wächst; bei anderen Ausführungsformen
kann es jedoch sein, dass die Zeitslots innerhalb des Satzes nicht
strikt in der Reihenfolge der zugeordneten Leistungspegel zugewiesen
werden.
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Der
Prozess wiederholt sich für
den nächsten
Zeitrahmen. Bei einigen Ausführungsformen
wiederholt sich der Prozess für
einen zweiten Satz von Zeitslots desselben Zeitrahmens. Bei dieser
Ausführungsform
wird ein zweiter Satz von Zeitslots ausersehen – vorzugsweise benachbart zu
dem ersten Satz von Zeitslots oder diesen umgebend. Ein zweiter
Leistungsschwellenwert wird auf eine ähnliche Weise wie der erste
Leistungsschwellenwert bestimmt und Teilnehmereinheiten mit zugeordneten Leistungspegeln
zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungsschwellenwert werden
Zeitslots in dem zweiten Satz zugewiesen. Der Prozess kann sich
für so
viele Sätze
wie erwünscht
wiederholen und in einem extremen Szenario umfasst jeder Satz einen
einzelnen Zeitslot, was zu einer Verteilung führt, bei der der zugehörige Leistungspegel
mit wachsender Distanz zwischen dem Zeitslot und dem Schaltpunkt
wächst.
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Folglich
werden Teilnehmereinheiten mit hohen zugehörigen Leistungspegeln auf die
Schaltpunkte der Zeitrahmen hin konzentriert und die durch Zusammenstöße zwischen
Aufwärtsverbindungs- und
Abwärtsverbindungs-Zeitslots
benachbarter Zellen verursachte Interferenz wird wesentlich reduziert. Benutzern
an den Zellrändern,
für die
die Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungssendungen mit
hoher Leistung erfolgen, werden daher Zeitslots zugewiesen, die
am weitesten vom Schaltpunkt entfernt sind, wo die Wahrscheinlichkeit
des Zusammenstoßes
von Aufwärtsverbindungs- und Abwärtsverbindungssendungen
zwischen benachbarten Zellen klein ist. Benutzern mit niedriger
Leistung werden mittlere Zeitslots in der Nähe der Schaltpunkte zugeordnet, wo
es eine höhere
Wahrscheinlichkeit des Zusammenstoßes zwischen Aufwärtsverbindungs- und
Abwärtsverbindungs-Zeitslots verschiedener Zellen
gibt. Wegen der geringen Signalleistung sind jedoch die Auswirkungen
des Zusammenstoßes
minimal.
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Da
die Wahrscheinlichkeit destruktiver Zusammenstöße zwischen Aufwärtsverbindungs-
und Abwärtsverbindungs-Zeitslots für Zellen
mit nicht-synchronisierten Schaltpunkten wesentlich reduziert wird,
wird die Flexibilität
der Auswahl von Schaltpunkten in benachbarten Zellen wesentlich
gesteigert. Diese Flexibilitätssteigerung
beim Zuweisen von Zeitslots in unterschiedlichen Zellen führt damit zu
einer wesentlichen Steigerung der Kapazität des Systems.
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Es
liegt innerhalb der Überlegungen
der Erfindung, dass jeder Zeitrahmen mehr als einen Schaltpunkt
umfassen kann, in welchem Fall der beschriebene Ansatz auf einen,
mehrere oder alle Schaltpunkte angewendet werden kann. Insbesondere
können,
wenn die Rahmensynchronisierungsabweichung hinreichend groß ist, dass
Aufwärtsverbindungssendungen
in einer Zelle Abwärtsverbindungs-Kommunikation
in einer anderen Zelle (oder umgekehrt) wesentlich beeinflussen,
die Anfangs- oder Endpunkte eines Zeitrahmens als Schaltpunkte betrachtet
werden.
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Obgleich
die speziellen und bevorzugten Implementierungen der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung oben beschrieben wurden, ist es klar,
dass Variationen und Modifikationen solch erfinderischer Konzepte
vom Fachmann einfach angewendet werden könnten.
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Die
beschriebenen Komponenten und Funktionalität können in jeglicher geeigneten
Weise implementiert werden, um eine geeignete Vorrichtung zur Verfügung zu
stellen. Insbe sondere können
die Komponenten aus einer einzelnen diskreten Einheit bestehen oder
sie können
alternativ durch Anpassen bestehender Teile oder Komponenten gebildet
werden. Die Vorrichtung zum Zuweisen von Zeitslots kann daher beispielsweise
als eine unabhängige
Einheit implementiert werden, als ein Teil eines Netzwerkelementes,
wie etwa einer Basisstation oder sie kann zwischen einer Mehrzahl
von Einheiten verteilt sein. Als solche kann die erforderliche Adaptierung
in Form von Prozessor-implementierbaren Anweisungen, die auf einem
Speichermedium, wie etwa einer Diskette, einer Festplatte, einem
PROM, einem RAM oder irgendeiner Kombination dieser oder anderer Speichermedien
gespeichert sind, implementiert sein. Darüber hinaus kann die Funktionalität in Form von
Hardware, Firmware, Software oder irgendeiner Kombination davon
implementiert werden.