DE60223663T2 - Verfahren und vorrichtung zur implementierung eines mac-coprozessors in einem kommunikationssystem - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur implementierung eines mac-coprozessors in einem kommunikationssystem Download PDF

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum effizienten Übertragen und Empfangen von Daten mit einem Kommunikationssystem, das einen Media Access Control(MAC)-Co-Prozessor hat.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Wie in der gemeinsam erteilten, verwandten US-Patentschrift Nr.: 6,016,311 beschrieben, erleichtert ein drahtloses Kommunikationssystem die Zweiwege-Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmerfunkstationen oder Teilnehmereinheiten (festen und tragbaren) und einer Festnetzinfrastruktur. Zu beispielhaften Kommunikationssystemen zählen mobile zelluläre Telefonsysteme, private Kommunikationssysteme (Personal Communication Systems, „PCS") und kabellose Telefone. Die wesentliche Aufgabe dieser drahtlosen Kommunikationssysteme ist es, bei Bedarf Kommunikationskanäle zwischen den mehreren Teilnehmereinheiten und ihren jeweiligen Basisstationen bereitzustellen, um den Benutzer einer Teilnehmereinheit mit der Festnetzinfrastruktur (üblicherweise einem leitungsgebundenen System) zu verbinden. In den drahtlosen Systemen, die Mehrfachzugriffsschemata haben, wird ein Zeit „rahmen” als grundlegende Informationsübertragungseinheit verwendet. Jeder Rahmen ist in mehrere Zeitschlitze unterteilt. Einige Zeitschlitze werden zu Steuerzwecken und einige zur Informationsweiterleitung verwendet. Teilnehmereinheiten kommunizieren typischerweise mit einer ausgewählten Basisstation unter Verwendung eines „Duplex"-Schemas, womit der Austausch von Informationen in beiden Verbindungsrichtungen ermöglicht wird.
  • Übertragungen von der Basisstation zur Teilnehmereinheit werden üblicherweise als „Downlink"-Übertragungen bezeichnet. Übertragungen von der Teilnehmereinheit zur Basisstation werden üblicherweise als „Uplink"-Übertragungen bezeichnet. Abhängig von den Auslegungskriterien eines gegebenen Systems haben die drahtlosen Kommunikationssysteme nach Stand der Technik typischerweise entweder Zeitduplex-(Time Division Duplexing, „TDD") oder Frequenzduplex-(Frequency Division Duplexing, „FDD")-Verfahren verwendet, um den Austausch von Informationen zwischen der Basisstation und den Teilnehmereinheiten zu erleichtern. In einem TDD-System werden Daten auf einem einzigen Kanal gesendet und empfangen. Ein typisches TDD-System teilt einen Teil jedes Datenrahmens Sendedaten und einen verbleibenden Teil Empfangsdaten zu. Alternativ sendet und empfängt ein FDD-System Daten gleichzeitig. Insbesondere kann ein typisches FDD-System auf einem ersten Kanal einen ganzen Datenrahmen senden, während gleichzeitig auf einem zweiten Kanal ein ganzer Datenrahmen empfangen wird. Sowohl TDD- als auch FDD-Duplex-Systeme sind auf dem Fachgebiet wohlbekannt.
  • Kürzlich sind drahtlose Breitband-Kommunikationsnetze zur Lieferung weiterentwickelter Breitbanddienste wie z. B. Sprache, Daten und Video vorgeschlagen worden. Das drahtlose Breitband-Kommunikationssystem erleichtert die Zweiwege-Kommunikation zwischen mehreren Basisstationen und mehreren festen Teilnehmerstationen oder Teilnehmerendgeräten (Customer Premises Equipment, „CPE"). Ein beispielhaftes drahtloses Breitband-Kommunikationssystem ist in der oben erwähnten US-Patentschrift Nr.: 6,016,311 beschrieben und ist im Blockschaltbild nach 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt, hat ein beispielhaftes drahtloses Breitband-Kommunikationssystem 100 mehrere Zellen 102. Jede Zelle 102 enthält eine Basisstation 106 und ein Aktivantennenarray 108. Jede Zelle 102 stellt drahtlose Konnektivität zwischen der Basisstation 106 der Zelle und mehreren CPEs 110 bereit, die an festen Kundenstandorten 112 im gesamten Abdeckungsgebiet von Zelle 102 positioniert sind. Darüber hinaus ist jedes der CPEs 110 mit mehreren Endbenutzerverbindungen verbunden, wozu sowohl private als auch Geschäftskunden zählen können. Infolgedessen haben die Endbenutzerverbindungen des Systems unterschiedlichen und veränderlichen Nutzungs- und Bandbreitenanforderungs-Bedarf. Jede Zelle kann mehrere hundert oder mehr private und Geschäfts-CPEs 110 bedienen, und jedes CPE 110 kann mehrere hundert oder mehr Endbenutzerverbindungen bedienen.
  • Das drahtlose Breitband-Kommunikationssystem 100 stellt den mehreren CPEs 110 echte „Bandbreite nach Bedarf" (Bandwidth-on-Demand) bereit. Die CPEs 110 fordern Bandbreitenzuteilungen von ihren jeweiligen Basisstationen 104 basierend auf dem Diensttyp und der Dienstgüte an, die durch die Endbenutzerverbindungen angefordert werden, die durch die CPEs 110 bedient werden. Jedes CPE 110 kann mehrere Endbenutzerverbindungen haben, wobei jede der Verbindungen potenziell einen unterschiedlichen Breitbanddienst nutzt. Unterschiedliche Breitbanddienste haben unterschiedliche Bandbreiten- und Latenzzeitanforderungen. Der Diensttyp und die Dienstgüte, die für die Endbenutzerverbindungen verfügbar sind, sind variabel und auswählbar. Der Bandbreitenbetrag, der einem gegebenen Dienst gewidmet wird, ist durch die Informationsrate und die Dienstgüte (Quality of Service, „QoS") bestimmt, die durch jenen Dienst angefordert werden (und wobei auch Bandbreitenverfügbarkeit und andere Systemparameter berücksichtigt werden). Beispielsweise erfordern kontinuierliche Datendienste des T1-Typs typischerweise eine große Menge an Bandbreite mit gut kontrollierter Lieferlatenzzeit. Bis sie abgeschlossen sind, erfordern diese Dienste konstante Bandbreitenzuteilung für jeden Rahmen. Im Gegensatz dazu sind gewisse Datendiensttypen, wie z. B. Internet-Protokoll-Datendienste („TCP/IP") stoßartig, oft in Wartestellung (was zu irgendeinem Zeitpunkt null Bandbreite erfordern kann) und sind, wenn sie aktiv sind, relativ unempfindlich gegenüber Verzögerungsveränderungen.
  • Kommunikationssysteme nach Stand der Technik haben typischerweise eine Medienzugangssteuerung (Media Access Control, „MAC"), die verfügbare Bandbreite auf einem oder mehreren physikalischen Kanälen auf dem Uplink und dem Downlink zuteilt. Innerhalb der Uplink- und Downlink-Teilrahmen teilt die Basisstations-MAC die verfügbare Bandbreite unter den verschiedenen Diensten abhängig von den Prioritäten und Vorschriften zu, die durch ihre Dienstgüte („QoS") auferlegt sind. Die MAC transportiert Daten zwischen höheren Schichten, wie z. B. TCP/IP, und einer physikalischen Schicht, wie z. B. einem physikalischen Kanal. Gemäß dem Stand der Technik ist die MAC Software, die auf einem Prozessor in der Basisstation ausgeführt wird. Wenn Anfragen nach Bandbreite von CPEs 110 ankommen, muss die MAC-Software die Rahmenbandbreite unter allen empfangenen Anforderungen zuteilen. Wenn ein unerwartet hohes Datenvolumen (beispielsweise Bandbreitenanfragen) durch die MAC empfangen wird, besteht die Möglichkeit, dass die Software nicht in der Lage sein kann, in Echtzeit zu reagieren. Wenn die MAC-Software nicht in Echtzeit reagieren kann, gehen Daten verloren. Beispielsweise kann die MAC-Software nicht in der Lage sein, alle ankommenden Daten rechtzeitig zu verarbeiten, um sie im aktuellen Zeitrahmen zu übertragen. Dies kann zur Folge haben, das Datenübertragung verzögert und möglicherweise durch das Empfangs-CPE 110 vermisst wird. Alternativ können die Daten durch die MAC verworfen werden, wodurch möglicherweise große Datenmengen unbrauchbar werden.
  • Weitere Beispiele des Standes der Technik im vorliegenden technischen Gebiet sind in den folgenden Dokumenten beschrieben:
    Dokument EP-A2-0 755 164 diskutiert ein MAC-Schicht-Protokoll, das in einem drahtlosen ATM-System verwendet wird. Das MAC-Protokoll unterstützt sowohl Verbindunglisten-Paket- als auch verbindungsorientierte virtuelle Verbindungs-(VV-)-Betriebsarten. Die MAC-Protokoll-Schicht für drahtlosen ATM hat zwei wichtige Module, einen Kern-MAC-Prozessor und einen Überwachungs-MAC-Prozessor. Der Kern-MAC-Prozessor ist für das Pflegen einer Tabelle aktiver VV und das Abbilden von VV auf spezifische Steuer- oder Dienstschlitze zuständig, die ihnen auf rahmenweiser Basis zugeteilt werden. Der Überwachungs-MAC-Prozessor ist für Schlitzzuteilungslogik höherer Ebene zuständig, die zum Bestimmen der Tabelleneinträge im Kern-MAC-Prozessor notwendig ist.
  • Dokument EP-A1-0 709 982 diskutiert, dass ein „Medienzugangssteuerungs-(MAC-)"-Protokoll für drahtlosen Zugang, vorzugsweise über einen Hochfrequenzkanal, für mehrere entfernte Stationen zu einer Basisstation in einem LAN" genutzt wird. In diesem Dokument ist ein „Medienzugangssteuerungs-(MAC-)-Protokoll beschrieben, das auf einem Reservierungsschema für Benutzerdatenverkehr und Direktzugriffstechnik für den Steuerungs- und Signalisierungsverkehr basiert". Im selben Dokument erstellt die Basisstation einen Paketanfangskennsatz, der ein SLOT_MAP-Feld hat, und plant Zeitschlitze und übertragt Datenpakete gemäß dem SLOT MAP.
  • Dokument WO 99/26430 beschreibt „ein adaptives Zeitduplex-Verfahren (Adaptive Time Division Duplexing, ATDD-Verfahren) und eine Vorrichtung dazu für das Duplexen von Übertragungen in drahtlosen Kommunikationssystemen". In dem im Dokument beschriebenen System wird die Zeitschlitz- Benennung als entweder ein Uplink- oder Downlink-Zeitraum dynamisch geändert, um Änderungen in den Bandbreitenanforderungen des Kanals Rechnung zu tragen.
  • Der Artikel mit dem Titel „Software Acceleration Using Coprocessors: Is it Worth the Effort?", erschienen am 24. März 1977 im Namen von Martyn Edwards, XP010218601, diskutiert die Grenzen der Leistungssteigerung, die mithilfe von Softwarebeschleunigungstechniken erreichbar ist. Der Verfasser kommt zu dem Schluss, dass Mehrzweck-Software-Beschleunigungstechniken keine wesentlichen Leistungsvorteile gegenüber „reinen" Software-Lösungen bieten, wenn ein Einzelprozessor/-Co-Prozessor-Modell verwendet wird.
  • Wünschenswert ist daher eine MAC, die in Echtzeit auf ein hohes Datenvolumen reagieren kann. Darüber hinaus wird ein System gewünscht, das einen höheren Datendurchsatz als MAC-Software erlaubt.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung, wie in den Ansprüchen 1 und 8 definiert, ist ein neuartiges Verfahren und eine ebensolche Vorrichtung zum effizienten Synchronisieren, Senden und Empfangen von Daten zwischen einer Basisstation und mehreren CPEs 110. Das Verfahren und die Vorrichtung lösen diese Aufgaben durch Implementieren eines MAC-Co-Prozessors, der zusammen mit der MAC arbeitet, um ein robustes Kommunikationssystem mit hohem Durchsatz zu erzeugen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein MAC-Co-Prozessor mit der Basisstations-MAC verbunden. Der MAC-Co-Prozessor kann einen Teil der Arbeitslast von der MAC, die Software-implementiert ist, durch Wahrnehmen vieler der Aufgaben übernehmen, die typischerweise durch MACs nach Stand der Technik wahrgenommen werden. Zu diesen Aufgaben können während eines Downlinks Sortieren von Daten nach Priorität, Speichern eines Datenrahmens von Daten höchster Priorität, Einsortieren des Datenrahmens nach Modulationsart, Art der Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, „FEC"), Endbenutzerverbindungs-ID oder anderen Kriterien, Anhängen eines Satzes von CPE-Einstellungen an den Datenrahmen und Anhängen von Informationen der physikalischen Schicht (vom Modem verwendet) an den Datenrahmen zählen. Während eines Uplinks empfängt der MAC-Co-Prozessor gemäß der vorliegenden Erfindung alle Daten und lenkt die Daten entweder zur MAC oder zu einem Netzwerk-Backhaul. Sowohl bei den Downlink- als auch den Uplink-Prozessen kann das Vorliegen eines MAC-Co-Prozessors, der mit der MAC zusammenarbeitet, den Durchsatz des Kommunikationssystems erheblich steigern.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sendet das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren Downlink-Daten direkt von einem QoS-Modul zum MAC-Co-Prozessor („MCP") zur Speicherung, zum Sortieren und zum Aktualisieren. Anders ausgedrückt, hat die MAC-Software eine viel leichtere Last, weil sie die eigentlichen Daten nie sieht. Sobald die Daten durch den MCP empfangen werden, liest der MCP aus einer Lookup-Tabelle eine Reihe von CPE-Einstellungen aus. Zu den CPE-Einstellungen können unter anderem Modulationsart, FEC-Art, Verschlüsselung EIN/AUS, Verschlüsselungsschlüssel und Schlüsselnummer für das bestimmte CPE zählen, das zum Empfangen der aktuellen Downlink-Daten vorgesehen ist. Dann werden die Daten nach Modulationsart, FEC-Art oder Verbindungs-ID der aktuellen Verbindung sortiert in einem Puffer gespeichert (der Begriff „Verbindung" bezeichnet in der hier verwendeten Weise einen Endbenutzer-Datenfluss, der mit einem CPE verbunden ist). In einer Ausführungsform implementiert der MCP eine verbindungsorientierte MAC, die Daten von einem Endbenutzer-Datenfluss transportiert, der verbindungslos ist, beispielsweise IP. Der MCP fügt den Datenpaketen im Puffer gewisse CPE-Einstellungen hinzu, die notwendig sind, damit das vorgesehene CPE die Daten erkennt und empfängt. Darüber hinaus fügt der MCP Einstellungen der physikalischen Schicht hinzu, die notwendig sind, damit das Modem die Daten im zweckentsprechenden Format überträgt. Der MCP fährt fort, Datenpakete vom QoS-Modul zu empfangen, bis ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, und sendet dann den Datenrahmen zum Modem. Ist der Datenrahmen voll, bevor der vorgegebene Zeitraum verstrichen ist, kann der MCP keine Datenpakete vom QoS-Modul mehr empfangen, bis der vorgegebene Zeitraum verstrichen ist und der aktuelle Datenrahmen zum Modem gesendet worden ist. Auf diese Weise muss der MCP bestimmen, wie viele physikalische Schlitze für jedes Datenpaket, das von der QoS empfangen wird, bei den jeweiligen CPE-Modulations- und FEC-Einstellungen erforderlich sind. Ist der Datenrahmen nicht voll, wenn es zur Zeitüberschreitung des vorgegebene Zeitraums gekommen ist, kann das Modem die freien Plätze im Datenrahmen mit festgelegten Füllzellen oder -bytes auffüllen. In der vorliegenden Beschreibung wird in vielen Beispielen ein vorgegebener Zeitraum von einer Millisekunde verwendet. Der Fachmann wird erkennen, dass bei TDD-Systemen Zeitrahmen von zwei Millisekunden und von einer halben Millisekunde (500 Mikrosekunden) ebenfalls sehr gängig sind. Darüber hinaus wird erwogen, dass jedweder andere Zeitraum als eine Millisekunde, sei er kleiner oder größer, an die Stelle des vorgegebenen Zeitraums gesetzt werden kann.
  • In einer anderen Ausführungsform hat jedes CPE 110 einen MAC-Co-Prozessor („CMCP") zum Erstellen eines Uplink-Datenbursts (ein Datenburst ist jedwede Kombination von Benutzerdaten und Steuerinformationen). Der CMCP 450 kann die durch mehrere Endbenutzerverbindungen empfangenen Daten sortieren, die Daten gemäß den jeweiligen Prioritäten jeder Endbenutzerverbindung priorisieren, den Datenburst erstellen und den Datenburst zu der Zeit senden, die durch den Uplink-Teilrahmen angegeben ist. Darüber hinaus kann ein System, das CMCPs hat, in Zusammenarbeit mit dem BS-MCP 402 jedwede Kombination von Packen/Entpacken, Nutzdaten-Anfangskennsatz-Komprimierung/-Dekomprimierung und Fragmentierung/Defragmentierung vornehmen. Allerdings können diese Operationen mithilfe anderer Hardware-Konfigurationen implementiert werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt bei TDD-Systemen die MAC eine Uplink-Downlink-Aufteilung („Up/Down-Split"), die durch den MAC-Co-Prozessor zu verwenden ist. Insbesondere verwendet die MAC Informationen wie z. B. unter anderem anstehende Bandbreitenanfragen von CPEs 110, Up/Down-Split-Einstellungen anderer MACs in derselben BS und eine Downlink-Auslastungs-Mitteilung vom MAC-Co-Prozessor, um die voraussichtliche Uplink-Downlink-Datenmenge für den nachfolgenden Zeitrahmen zu bestimmen. Somit teilt die MAC beim Bestimmen des Up/Down-Splits den vorgegeben Zeitraum in einen Downlink- und einen Uplink-Teil auf. Weil die MAC nicht genau weiß, wie viel Downlink-Daten zum Übertragen verfügbar sein werden, kann der MAC-Co-Prozessor den Up/Down-Split dynamisch aktualisieren, womit allen Empfangs-CPEs 110 ermöglicht wird, zu wissen, wann das Ende des Downlink-Prozesses tatsächlich eintreten wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild eines drahtlosen Breitband-Kommunikationssystems.
  • 2 stellt eine TDD-Rahmen- und Mehrfachrahmenstruktur dar.
  • 2A zeigt ein Beispiel eines Downlink-Teilrahmens, der für die Verwendung mit dem vorliegenden Kommunikationssystem ausgelegt ist.
  • 2B zeigt ein Beispiel eines Uplink-Teilrahmens, der für die Verwendung mit dem vorliegenden Kommunikationssystem ausgelegt ist.
  • 3 ist ein Blockschaltbild einer Modemschnittstellenkarte einschließlich Eingängen und Ausgängen dazu.
  • 4 ist ein Blockschaltbild des Steuermoduls innerhalb der Modemschnittstellenkarte.
  • 5 ist ein Blockschaltbild von Modulen oberster Ebene, die innerhalb der MAC und des MAC-Co-Prozessors zu finden sind.
  • 6 ist ein Blockschaltbild von Modulen oberster Ebene, die innerhalb des Dienstgütemoduls zu finden sind.
  • 7 ist ein Flussdiagramm des Downlink-Prozesses.
  • 8 ist ein Flussdiagramm des Betriebs eines MAC während eines einzelnen Kommunikations-Zeitrahmens.
  • 9 ist ein Flussdiagramm des Uplink-Prozesses.
  • 10 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines CPE-Steuermoduls einschließlich eines MAC-Co-Prozessors.
  • 11 ist ein Flussdiagramm des Prozesses des Uplinkens von Daten von einem CPE zu einer BS.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In der gesamten Beschreibung sind die bevorzugte Ausführungsform und die gezeigten Beispiele eher als Beispiele als als Einschränkungen für die vorliegende Erfindung anzusehen. Der Begriff Datenpaket kann in der hier verwendeten Weise entweder Benutzerdaten oder Protokoll- und Steuermitteilungen bezeichnen.
  • 1 ist ein Blockschaltbild hoher Ebene, das ein drahtloses Kommunikationssystem 100 darstellt. Das drahtlose Kommunikationssystem 100 stellt eine drahtlose Verbindung mit Kunden und Unternehmen bereit, um Daten gemeinsam zu nutzen oder auf ein Netzwerk 114, beispielsweise das Internet, zuzugreifen. Das drahtlose Kommunikationssystems 100 umfasst mehrere Zellen 102. Jede Zelle 102 enthält eine Basisstation („BS") 104 und mehrere Teilnehmerendgeräte (Customer Premises Equipment, „CPEs") 110, die sich an festen Kundenstandorten 112 im gesamten Abdeckungsgebiet der Zelle 102 befinden. Jedes CPE 110 kommuniziert mit der BS 104 über eine drahtlose Verbindung. Die BS 104 wiederum kommuniziert mit dem Netz 114 mithilfe einer Kommunikationsverbindung oder eines „Backhauls" 116. Der Backhaul 116 kann beispielsweise Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Mikrowellenverbindungen oder andere Verbindungen hohen Durchsatzes umfassen.
  • Der Downlink (d. h. von der BS 104 zu den mehreren CPEs 110) des in 1 gezeigten Kommunikationssystems arbeitet auf Punkt-zu-Mehrpunkt-Basis. Wie in der verwandten US-Patentschrift Nr. 6,016,311 beschrieben, hat die zentrale BS 104 ein sektoriertes Aktivantennenarray 108, das fähig ist, gleichzeitig in mehrere Sektoren zu übertragen. In einer Ausführungsform des Systems 100 überträgt das Aktivantennenarray 108 in vier unabhängige Sektoren gleichzeitig. Innerhalb eines gegebenen Frequenzkanals und Antennensektors empfangen alle Stationen dieselbe Übertragung. Die BS 104 ist der einzige Sender, der in der Downlink-Richtung arbeitet, somit sendet sie, ohne sich mit anderen BS 104 koordinieren zu müssen. Die CPEs 110 beobachten die Adressen in den empfangenen Mitteilungen und behalten nur die Daten, die an sie adressiert sind.
  • Die CPEs 110 nutzen den Uplink auf einer Bedarfsbasis gemeinsam, die durch die BS gesteuert werden kann. Abhängig von der Dienstklasse, die durch ein bestimmtes CPE 110 genutzt wird, kann die BS 104 an ein ausgewähltes CPE 110 ständige Rechte zum Übertragen auf dem Uplink ausgeben, oder das Recht zum Übertragen kann nach Empfang einer Anfrage von einem CPE 110 gewährt werden. Zusätzlich zu individuell adressierten Mitteilungen kann die BS 104 auch Mitteilungen an Mehrfachsendungsgruppen sowie Rundsendemitteilungen an alle CPEs 110 senden.
  • In einer Ausführungsform pflegt die BS 104 Teilrahmen-Abbildungslisten der Bandbreite, die dem Uplink und dem Downlink zugeteilt ist. Wie in US-Patentschrift Nr. 6,016,311 ausführlicher beschrieben, sind der Uplink und der Downlink vorzugsweise in Art und Weise eines Zeitduplex (Time-Division Duplex oder „TDD") gemultiplext. Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezug auf eine Anwendung in einem TDD-System beschrieben ist, ist die Erfindung nicht derartig beschränkt. Der Kommunikations-Fachmann wird erkennen, dass das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren und die ebensolche Vorrichtung leicht für die Verwendung in einem FDD-System ausgelegt werden kann.
  • In einer Ausführungsform, die für die Verwendung in einem TDD-System ausgelegt ist, ist ein Rahmen als N aufeinanderfolgende Zeiträume oder Zeitschlitze umfassend definiert (wobei N konstant bleibt). Gemäß diesem „rahmenbasierten" Ansatz werden die ersten N1 Zeitschlitze dynamisch nur für Downlink-Übertragungen konfiguriert (wobei N größer oder gleich N1 ist). Die übrigen N2 Zeitschlitze werden dynamisch nur für Uplink-Übertragungen konfiguriert (wobei N2 gleich N – N1 ist). Unter diesem rahmenbasierten TDD-Schema wird der Downlink-Teilrahmen vorzugsweise zuerst übertragen, und ihm werden Informationen vorangestellt, die zur Rahmensynchronisation notwendig sind.
  • Wie in der verwandten US-Patentschrift Nr. 6,016,311 ausführlicher beschrieben, kann in einer anderen Ausführungsform ein adaptives Zeitduplex-System (Adaptive Time Division Duplex, „ATDD"-System) implementiert sein. Bei ATDD-Betriebsart ist der Prozentsatz der TDD-Rahmen, die dem Downlink gegenüber dem Uplink zugeteilt sind, ein Systemparameter, der sich mit der Zeit ändern kann. Anders ausgedrückt, kann ein ATDD-System das Verhältnis von Downlink-Daten zu Uplink-Daten in sequenziellen Zeitrahmen verändern. Im Hinblick auf das obige Beispiel können in einem ATDD-System N1 und N2 (wobei N1 der Downlink-Teilrahmen ist und N2 der Uplink-Teilrahmen ist) bei jedem Datenrahmen unterschiedlich sein, während die Beziehung N = N1 + N2 aufrechterhalten wird. Ein Datenrahmen, der zwischen Uplink und Downlink aufgeteilt ist, könnte entweder ein TDD-Rahmen oder ein ATDD-Rahmen sein. Es wird daher erwogen, dass alle Systeme und Verfahren, die hierin mit Bezug auf einen TDD-Rahmen beschrieben sind, für einen ATDD-Rahmen ausgelegt werden könnten und umgekehrt.
  • In noch einer anderen Ausführungsform kann durch gleichzeitiges Senden von N Zeitschlitzen an Daten und Empfangen von N Zeitschlitzen an Daten auf unterschiedlichen Kanälen ein FDD-System implementiert sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann durch Senden von N Zeitschlitzen an Daten auf einem ersten Kanal während eines ersten Zeitraums und Empfangen von N Zeitschlitzen an Daten auf einem zweiten Kanal während eines zweiten Zeitraums ein Halbduplex-FDD-System implementiert sein, wobei sich die zwei Zeiträume nicht überlappen.
  • 2 zeigt eine TDD-Rahmen- und Mehrfachrahmenstruktur 200, die durch ein Kommunikationssystem (wie z. B. das in 1 gezeigte) verwendet werden kann. Wie in 2 gezeigt, ist der TDD-Rahmen 200 in mehrere physikalische Schlitze („PS") 204, 204' unterteilt. In der Ausführungsform nach 2 ist der TDD-Rahmen 200 von einer Millisekunde Dauer und hat 800 physikalische Schlitze. Alternativ kann die vorliegende Erfindung mit Rahmen, die längere oder kürzere Dauer haben, und mit mehr oder weniger PS verwendet werden. Manche Form digitaler Codierung, wie z. B. die wohlbekannte Reed-Solomon-(„RS"-) -Codierung, Convolutional-Codierung oder Turbo-Code-Codierung, wird an den digitalen Informationen über eine vordefinierte Anzahl von Biteinheiten vorgenommen, die als Informationselemente der physikalischen Schicht (Physical Lager Information Elements, „PI") bezeichnet werden. Die Modulations- oder FEC-Art kann innerhalb des Rahmens variieren und bestimmt die Anzahl der PS (und daher die Zeitspanne), die zum Übertragen eines ausgewählten PIs erforderlich ist. In der nachstehend beschriebenen Ausführungsform bezieht sich die ausführliche Beschreibung auf Daten, die mithilfe dreier unterschiedlicher Modulationsarten gesendet und empfangen werden, nämlich QAM-4, QAM-16 und QAM-64. In alternativen Ausführungsformen kann jedwede andere Modulationsart, FEC-Art oder Variation einer Modulations- oder FEC-Art verwendet werden. Beispielsweise kann ein RS-Codierungs-System unterschiedliche Variationen von Blockgrößen oder Codeverkürzungen verwenden, kann ein Convolutional-Codierungs-System die Coderate variieren und kann ein Turbo-Code-System jedwede Blockgröße, Coderate oder Codeverkürzung verwenden.
  • Um periodische Funktionen zu unterstützen, werden mehrere Rahmen 202 zu Mehrfachrahmen 206 gruppiert, und mehrere Mehrfachrahmen 206 werden zu Hyperrahmen 208 gruppiert. In einer Ausführungsform umfasst jeder Mehrfachrahmen 206 zwei Rahmen 202, und jeder Hyperrahmen umfasst 22 Mehrfachrahmen 206. Andere Rahmen-, Mehrfachrahmen- und Hyperrahmenstrukturen können mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise umfasst in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeder Mehrfachrahmen 206 16 Rahmen 202, und jeder Hyperrahmen umfasst 32 Mehrfachrahmen 206.
  • 2A zeigt ein Beispiel eines Downlink-Teilrahmens 300, der durch die BS 104 verwendet werden kann, um Informationen zu den mehreren CPEs 110 zu übertragen. 2A zeigt einen beispielhaften TDD-Downlink-Teilrahmen. In einem TDD-System ist jeder Zeitrahmen in einen Downlink-Teilrahmen und einen Uplink-Teilrahmen geteilt. Insbesondere wird während jedes Eine-Millisekunden-Zeitrahmens (oder eines anderen vorgegebenen Zeitraums) zuerst der Downlink-Teilrahmen von der BS 104 zu allen CPEs 110 im Sektor übertragen, wonach von bestimmten CPEs 110 der Uplink-Teilrahmen durch die BS 104 empfangen wird. Der Downlink-Teilrahmen 300 ist dynamisch, sodass er in sequenziellen Zeitrahmen unter anderem abhängig von einer Uplink-Downlink-Aufteilung unterschiedlich sein kann, die durch die MAC 420 bestimmt ist. In einem FDD-System wird der Zeitrahmen nicht zwischen Uplink- und Downlink-Daten geteilt. Stattdessen ist ein FDD-Downlink-Teilrahmen ein ganzer Rahmen von Downlink-Daten (z. B. eine Millisekunde) auf einem ersten Kanal, und ein Uplink-Teilrahmen ist ein ganzer Rahmen von Uplink-Daten auf einem zweiten Kanal. In einem typischen FDD-System können der Downlink-Teilrahmen und der Uplink-Teilrahmen während desselben vorgegebenen Zeitraums gleichzeitig übertragen werden. Somit können in einem FDD-System sowohl die BS 104 als auch die CPEs 110 unter Verwendung unterschiedlicher Kanäle zur selben Zeit empfangen und senden. In einer anderen Ausführungsform können der Downlink-Teilrahmen und der Uplink-Teilrahmen nicht zur selben Zeit übertragen werden, verwenden aber dennoch unterschiedliche Kanäle.
  • Der Downlink-Teilrahmen 300 umfasst vorzugsweise einen Rahmensteuerungs-Anfangskennsatz 302, mehrere Downlink-Daten-PS 304, die anhand jedweder Kombination aus Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index und Verbindungs-ID gruppiert (z. B. PS 304 mithilfe eines QAM-4-Modulationsschemas modulierte Daten, PS 304' mithilfe von QAM-16 modulierte Daten usw.) und möglicherweise anhand zugeordneter Modulations-Übergangslücken (Modulation Transition Gaps, „MTGs") 306 separiert sind, die verwendet werden, um unterschiedlich modulierte Daten zu separieren, und eine Sende-Empfangs-Übergangslücke 308. In jedwedem ausgewählten Downlink-Teilrahmen können irgendeiner oder mehrere der unterschiedlich modulierten Datenblöcke fehlen. In einer Ausführungsform sind MTGs 306 von 0 („null") PS Dauer. Der Rahmensteuerungs-Anfangskennsatz 302 enthält eine Präambel 310, die durch die physikalische Protokollschicht (oder „PHY") zu Synchronisations- und Entzerrungszwecken verwendet wird. Der Rahmensteuerungs-Anfangskennsatz 302 hat außerdem Steuerabschnitte sowohl für die PHY (312) als auch die MAC (314). Ein FDD-Downlink-Teilrahmen kann mit der Struktur nach 2A im Wesentlichen identisch sein, jedoch ohne eine Tx-Rx-Übergangslücke 308.
  • Die Downlink-Daten-PS 304 werden zum Übertragen von Daten und Steuermitteilungen zu den CPEs 110 verwendet. Diese Daten werden vorzugsweise (beispielsweise mithilfe eines Reed-Solomon-Codierverfahrens) codiert und unter der aktuell in Betrieb befindlichen Modulation übertragen, die durch das ausgewählte CPE verwendet wird. In einer Ausführungsform werden Daten in einer vordefinierten Modulationssequenz übertragen: wie z. B. QAM-4, gefolgt von QAM-16, gefolgt von QAM-64. Die Modulations-Übergangslücken 306, so vorhanden, werden verwendet, um die Modulationsschemata zu separieren, die zum Übertragen von Daten verwendet werden. Der PHY-Steuerteil 312 des Rahmensteuerungs-Anfangskennsatzes 302 enthält vorzugsweise eine Rundsendemitteilung, welche die Identität des PS 304 angibt, in dem sich das Modulationsschema ändert. Abschließend separiert, wie in 2A gezeigt, die Tx-Rx-Übergangslücke 308 den Downlink-Teilrahmen vom Uplink-Teilrahmen.
  • 2B zeigt ein Beispiel eines Uplink-Teilrahmens 320, der für die Verwendung mit dem vorliegenden Kommunikationssystem ausgelegt ist. Die CPEs 110 (1) verwenden den Uplink-Teilrahmen 320, um Informationen (einschließlich Bandbreitenanfragen) an ihre zugeordnete BS 104 zu übertragen. Wie in 2B gezeigt, gibt es drei Hauptklassen von MAC-Steuermitteilungen, die durch die CPEs 110 während des Uplink-Rahmens übertragen werden: (1) jene, die in Wettbewerbsschlitzen übertragen werden, die für die CPE-Registrierung reserviert sind (Registrierungs-Wettbewerbsschlitze 322); (2) jene, die in Wettbewerbsschlitzen übertragen werden, die für Antworten auf Mehrfachsendungs- und Rundsendungsabfragen für die Bandbreitenzuteilung reserviert sind (Bandbreitenanfragen-Wettbewerbsschlitze 324); und jene, die in einer Bandbreite übertragen werden, die individuellen CPEs spezifisch zugeteilt ist (CPE-zeitgesteuerte Datenschlitze 326).
  • Die für Wettbewerbsschlitze (d. h. die Wettbewerbsschlitze 322 und 324) zugeteilte Bandbreite wird gemeinsam gruppiert und wird mithilfe eines vordefinierten Modulationsschemas übertragen. Beispielsweise werden in der in 2B gezeigten Ausführungsform die Wettbewerbsschlitze 322 und 324 mithilfe einer QAM-4-Modulation übertragen. Die übrige Bandbreite wird nach CPE gruppiert. Während eines Uplink-Teilrahmens überträgt jedes jeweilige CPE 110 während seiner jeweiligen Uplink-Zeiten mit einer festen Modulations- und FEC-Art. Der Uplink-Teilrahmen 320 hat mehrere CPE-Übergangslücken (CPE Transition Gaps, CTGs) 328, die einer den Modulations-Übergangslücken (MTGs) 306 ähnlichen Funktion dienen, die oben unter Bezug auf 2A beschrieben sind. Das heißt, die CTGs 328 separieren die Übertragungen von den verschiedenen CPEs 110 während des Uplink-Teilrahmens 320. In einer Ausführungsform sind die CTGs 328 von 2 physikalischen Schlitzen Dauer. Ein sendendes CPE sendet vorzugsweise eine 1-PS-Präambel während des zweiten PS der CTG 328, wodurch der Basisstation ermöglicht wird, sich auf das neue CPE 110 zu synchronisieren. Im Registrierungs-Wettberwerbszeitraum können mehrere CPEs 110 gleichzeitig senden, was zu Kollisionen führt. Wenn eine Kollision auftritt, kann die Basisstation nicht reagieren. Die Downlink- und Uplink-Teilrahmen stellen einen Mechanismus für geschichteten Datentransport in einem drahtlosen Kommunikationssystem bereit.
  • Jedes CPE 110 fordert Uplink-Bandbreite von seiner jeweiligen BS 104 entweder durch Senden einer Anfrage in einem Bandbreitenanfragen-Wettbewerbsschlitz 324, Aufsatteln einer Anfrage anstelle von Daten geringerer Priorität oder Platzieren eines Abfragebits im Uplink-Daten-Anfangskennsatz an. Ein CPE 110, dem keinerlei Teil des aktuellen Uplink-Teilrahmens zugeteilt wurde, kann entweder Bandbreite durch Senden einer Anfrage während des Zeitrahmens des Bandbreitenanfrage-Wettbewerbsschlitzes 324 anfordern, oder alternativ kann, wenn das CPE 110 eine höhere Priorität als ein anderes CPE 110 hat, dem Uplink-Bandbreite zugeteilt wurde, das CPE 110 höherer Priorität genügend Bandbreite von den CPEs 110 geringerer Priorität „stehlen", um eine Bandbreitenanfrage zu senden. Wenn einem spezifischen CPE 110 ein Teil des aktuellen Uplink-Teilrahmens zugeteilt worden ist, es aber zusätzliche Daten hat, die nicht in die zugeteilte Zeit passen, kann das CPE 110 (in seinem Uplink-Anfangskennsatz) ein Abfragebit setzen, das der BS 104 mitteilt, dass das spezifische CPE 110 für mehr Bandbreite abgefragt werden muss. Der CPE-Uplink-Anfrageprozess wird unten in 11 weiter beschrieben.
  • 3 ist ein Blockschaltbild oberster Ebene einer Modemschnittstellenkarte (Modem Interface Card, „MIC") innerhalb einer BS 104. Im Allgemeinen ist die Schaltung nach 3 in der BS 104 zu finden und steuert eine Antenne. Wie oben erwähnt, ist jede Zelle, die durch eine bestimmte BS 104 bedient wird, in mehrere Sektoren geteilt. In einer Ausführungsform ist eine Zelle in vier Sektoren (unter Neunzig-Grad-Winkeln zueinander) geteilt, wobei jeder der Sektoren durch eine unterschiedliche Antenne bedient wird. 3 stellt die Schaltung innerhalb der Basisstation, d. h. die MIC 128, dar, die verwendet wird, um die Außeneinheit 108 an den Backhaul 116 anzukoppeln. In einer Ausführungsform ist jede der vier MICs 128 innerhalb derselben BS 104 direkt an den Backhaul 116 angekoppelt. In einer anderen Ausführungsform ist der Backhaul 116 vor dem Verbinden mit irgendeiner der MICs 128 in derselben BS 104 aufgeteilt.
  • In einer Ausführungsform des drahtlosen Kommunikationssystems 100 kann jede MIC 128 eine Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150, ein Steuermodul (Control Module, „CM") 132, ein Modem 135, einen Bus 134, der CM 132 mit Modem 135 verbindet, ein Frequenzumtastungsmodem (Frequency Shift Key, „FSK"-Modem) 138 und einen Fehler-Busprozessor 121 haben. In einer Ausführungsform sind diese Komponenten in eine einzige Karte integriert, was ermöglicht, dass die MIC 128 per Einschub in dem Kasten einer Inneneinheit (In Door Unit, „IDU") montiert ist, wobei es sich um einen Kasten standardmäßiger Größe handelt, wie er auf dem Fachgebiet verwendet wird. Diese Anordnung gestattet ferner, dass die MIC 128 bei laufendem Betrieb austauschbar ist, was die Wartung vereinfacht und Erweiterung ermöglicht. Der Fachmann wird erkennen, dass diese Komponenten alternativ zwischen mehreren Platinen an mehreren Orten angeordnet sein können.
  • Wie in 3 dargestellt, ist das CM 132 mit der Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 verbunden, die den Anschluss zum Backhaul 116 und zur Steuerschnittstellenkarte 113 herstellt. Das CM 132 empfängt Paketdaten von der Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 und sendet sie an das Modem 135 zur Modulation, bevor sie über Breitbandkabel 129, wie es z. B. durch ein RG-6-Kabel bereitgestellt wird, zur Außeneinheit (Out Door Unit, „ODU") 108 gesendet werden. Das CM 132 überträgt Daten über den Bus 134 zum Modem 135. Das Modem 135 kann einen vor Ort frei zu programmierenden elektronischen Baustein (Field Programmable Gate Array, „FPGA") oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, „ASIC") 136 haben, der/die Befehle zum Steuern anderer Subkomponenten der MIC 128 speichert. Beispielsweise kann der FPGA oder die ASIC 136 mit dem Frequenzumtastungs-(„FSK"-)-Modem 138 kommunizieren, um FSK-modulierte Steuermitteilungen von der MIC 128 über das Kabel 129 zur ODU 108 zu senden. In ähnlicher Weise kann die ODU 108 mit Antwortmitteilungen reagieren. Ein Fehler-Busprozessor 121 ist mit dem CM 132 verbunden und betreibbar, um Fehler, die in der MIC 128 heimisch sind, zur weiteren Analyse an eine Systemsteuerung oder eine Systemfehlerüberwachung 113 zu melden.
  • 4 ist ein Blockschaltbild des Steuermoduls (Control Module, „CM") 132 in der MIC 128. Das CM 132 umfasst im Allgemeinen einen Steuerprozessor 414, der betreibbar ist, um die Software der MAC 410 auszuführen, ein Dienstgütemodul (Quality of Service, „QoS"-Modul) 412, das betreibbar ist, um die Daten des CPE 110 von der Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 zu empfangen und zu priorisieren, und einen MAC-Co-Prozessor („MCP") 402, der betreibbar ist, um einen Datenrahmen für die Ausgabe zum Modem 135 zu speichern und zu sortieren. Der Betrieb jeder dieser Komponenten wird unten ausführlicher diskutiert.
  • In einer Ausführungsform kommen die Daten 133 von der Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 am QoS 412 an. Wie oben erklärt, ist jedes CPE 110 mit mehreren Endbenutzerverbindungen („Verbindungen") verbunden, wobei jede der Verbindungen potenziell einen unterschiedlichen Breitbanddienst nutzt. Auf diese Weise hat jede Verbindung neben anderen QoS-Parametern eine zugewiesene Priorität, die das QoS 412 verwendet, um zu bestimmen, welche Datenpakete zuerst gesendet werden. Das QoS 412 priorisiert Daten 133 gemäß den jeweiligen QoS-Parametern der Verbindung, für die das Datenpaket vorgesehen ist. Das QoS 412 kann diese Parameter zusammen mit zahlreichen Techniken verwenden, die auf dem Fachgebiet wohlbekannt sind, wie z. B. Fair-Weighted- und Round-Robin-Queuing (siehe 6), um Datenpriorität zu bestimmen. Der MCP 402 empfängt von der MAC 410 PHY/MAC-Steuer- und MAC-Protokollmitteilungen, holt Datenpakete aus dem QoS 412, ruft Einstellungen für CPE 110 (wie z. B. Modulation und FEC) aus der Lookup-Tabelle (Look Up Table, „LUT") 406 ab, speichert die Datenpakete im Puffer 408, bis der jeweilige Zeitrahmen abgeschlossen ist (d. h., die Zeitüberschreitung des vorgegebenen Zeitraums aufgetreten ist), und sortiert die Datenpakete nach Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index oder Verbindungs-ID der jeweiligen Verbindung. Wenn der vorgegebene Zeitraum (z. B. eine Millisekunde) verstrichen ist, werden die gepufferten Daten an das Modem 135 übergeben.
  • In einer Ausführungsform hat ein Hardware-MCP 402 einen Co-Prozessor 404, der an ein Hardware-QoS 412 und eine MAC 410 angekoppelt ist, die mit Software implementiert ist, die durch einen Steuerprozessor 414 ausgeführt wird. Systeme nach Stand der Technik üben typischerweise die Funktionen sowohl der MAC 410 als auch des MCP 402 mithilfe von Software aus, die durch den Steuerprozessor 414 implementiert ist.
  • In einer anderen Ausführungsform wird QoS-Funktionalität durch den MCP ausgeübt, womit die Notwendigkeit eines separaten QoS-IC entfällt und möglicherweise die Menge physikalischen Platzes verringert wird, die zum Implementieren eines derartigen Systems benötigt wird. Diese alternative Ausführungsform kann sämtliche Funktionalität des QoS-Moduls, die unter Bezug auf 6 beschrieben ist, im MCP 402 implementieren.
  • 5 ist ein Blockschaltbild der Funktionsmodule oberster Ebene von MAC 410 und MCP 402. In der hier verwendeten Weise bedeutet der Begriff „Modul", ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, eine Software- oder Hardware-Komponente, wie z. B. einen FPGA oder eine ASIC, die gewisse Aufgaben erledigt. Ein Modul kann vorteilhafterweise konfiguriert sein, auf dem adressierbaren Speichermedium zu residieren, und konfiguriert sein, auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt zu werden. Somit kann ein Modul als Beispiel Komponenten, wie z. B. Software-Komponenten, objektorientierte Software-Komponenten, Klassen-Komponenten und Task-Komponenten, Prozesse, Funktionen, Attribute, Prozeduren, Unterprogramme, Segmente von Programmcode, Treiber, Firmware, Mikrocode, Schaltungen, Daten, Datenbanken, Datenstrukturen, Tabellen, Arrays und Variablen haben. Die Funktionalität, die in den Komponenten und Modulen bereitgestellt ist, kann in weniger Komponenten und Modulen kombiniert oder in zusätzliche Komponenten und Module weiter separiert werden. Darüber hinaus können die Komponenten und Module vorteilhafterweise implementiert werden, um auf einem oder mehreren Computern ausgeführt zu werden.
  • MAC-Module
  • Bezug nehmend auf 5 kommuniziert das MAC-Koordinationsmodul 506 mit anderen MACs 410 in derselben BS 104. Im Allgemeinen versucht das MAC-Koordinationsmodul 506, Sende- und Empfangsphasen aller MACs 410 in derselben BS 104 zu koordinieren, sodass HF-Interferenz minimiert wird. In einer vereinfachten Ausführungsform bedient jede BS 104 eine Zelle, die aus vier gleichen Sektoren besteht. Jeder der vier Sektoren wird durch eine separate MAC und Antenne bedient. Weil die Antennen nah zueinander angeordnet sein können, besteht die Möglichkeit von Signalinterferenz. Beispielsweise kann, wenn zwei Antennen Sektoren 180 Grad auseinander liegen (d. h., die Antennen mit dem Rücken zueinander stehen), Interferenz wahrscheinlicher sein, wenn eine Antenne Daten sendet (Downlink), während die andere Daten empfängt (Uplink). Gemäß der vorliegenden Erfindung können die MACs 410 in einer einzelnen BS 104 miteinander koordiniert und kann daher die Signalinterferenz verringert werden.
  • In einem ATDD- oder TDD-System stellt das MAC-Koordinationsmodul 506 dem Up/Down-Split-Modul 502 Informationen bereit, die beim Bestimmen des Up/Down-Splits verwendet werden. In einer Ausführungsform verwendet jede MAC 410 in einer einzelnen BS 104 denselben Up/Down-Split. In einer anderen Ausführungsform verwenden nur jene MACs 410, die Antennen steuern, die entgegengesetzte Sektoren (d. h. Antennen, die 180 Grad auseinander sind) bedienen, denselben Up/Down-Split. In noch einer anderen Ausführungsform bestimmt jede MAC 410 in der BS 104 unabhängig von anderen MACs 410 in derselben BS 104 einen Up/Down-Split. Andere Verfahren der Koordinierung eines MAC-Up/Down-Splits unter mehreren MACs 410 können ebenfalls durch MAC-Koordinationsmodul 506 verwendet werden.
  • In einem FDD-System ermöglicht es das MAC-Koordinationsmodul 506 MACs 410 in einer spezifischen Basisstation, ihre Sende- und Empfangszeitpläne zu koordinieren. Beispielsweise senden und empfangen in einer Ausführungsform benachbarte Antennen während alternierender Zeiträume. In einer anderen Ausführungsform können die Antennen, die entgegengesetzte Sektoren (d. h. Antennen, die 180 Grad auseinander sind) bedienen, während alternierender Zeiträume senden und empfangen. In noch einer anderen Ausführungsform kann das MAC-Koordinationsmodul 506 es lediglich einer Antenne in einer gewissen Basisstation erlauben, zu irgendeinem Zeitpunkt zu senden oder zu empfangen.
  • In einem TDD-System empfängt das Downlink-Auslastungs-Mitteilungs-Modul (Downlink Utilization Message, „DUM"-Modul) 504 eine DUM vom MCP 402, welche die Datenmenge angibt, die im letzten Transferrahmen gesendet wurde, und der MAC 410 einen Hinweis darauf bereitstellt, wie gut die MAC 410 den vorherigen Up/Down-Split abschätzte. Wie oben erklärt, weiß die MAC 410 nicht, wie viel Daten tatsächlich darauf warten, per Downlink und Uplink übertragen zu werden, sondern schätzt dies nur basierend auf den hierin diskutierten Faktoren ab. Innerhalb des MCP 402 müssen, wenn ein Datenrahmen nicht gefüllt ist, wenn eine Millisekunde (oder ein anderer vorgegebener Zeitraum) verstrichen ist, die Daten dennoch zum Modem 135 gesendet werden. Auf diese Weise kann ein Downlink-Teilrahmen vollständig gefüllt, teilweise gefüllt oder völlig leer sein, wenn er zum Modem 135 gesendet wird. Nachdem jeder Datenrahmen zum Modem 135 gesendet worden ist, sendet der MCP 402 eine DUM an das DUM-Modul 504 (in der MAC 410). Dann kann das DUM-Modul 504 die DUM nutzen, um über einen unterschiedlichen Up/Down-Split im nachfolgenden Datenrahmen zu verhandeln.
  • In einem TDD-System bestimmt das Up/Down-Split-Modul 502 die Downlink-Datenmenge, die im aktuellen Datenrahmen zugelassen wird. Beispielsweise hat in einer Ausführungsform jeder Datenrahmen einen Zeitrahmen von einer Millisekunde. Abhängig von mehreren Faktoren kann, wie unten diskutiert, das Up/Down-Split-Modul 502 500 Mikrosekunden für Downlink und 500 Mikrosekunden für Uplink, d. h. eine gleichmäßige Aufteilung zwischen Downlink und Uplink zuteilen. In einem nachfolgenden Zeitrahmen kann das Up/Down-Split-Modul 502 700 Mikrosekunden für Downlink und nur 300 Mikrosekunden für Uplink zuteilen müssen.
  • Das Up/Down-Split-Modul 502 hat mehrere Eingaben, die beim Bestimmen des Up/Down-Splits benutzt werden. Zwei derartige Eingaben werden vom Downlink-Auslastungs-Mitteilungs-(„DUM"-)-Modul 504 und dem MAC-Koordinationsmodul 506 empfangen, wie oben diskutiert.
  • Zusätzlich zu den vorhergehenden Eingaben können andere CPE-Einstellungen, wie z. B. Modulations- und Dienstgüte-Anforderungen, gespeichert werden, und durch das Up/Down-Split-Modul 502 kann beim Bestimmen des Up/Down-Splits darauf Bezug genommen werden. Beispielsweise kann, wenn die MAC 420 ein unerwartet hohes Volumen an Uplink-Bandbreitenanfragen von CPEs 110 empfängt, das Up/Down-Split-Modul 502 mehr Zeit für den Uplink-Teilrahmen zuteilen.
  • Das Up/Down-Split-Modul ist nur in einem TDD-System zu finden. Ein FDD-System verwendet denselben, vorgegebenen Zeitraum sowohl für Downlink- als auch Uplink-Datenrahmen. Obgleich die Downlink und Uplink-Datenrahmen nicht zwangsläufig während desselben vorgegebenen Zeitraums gesendet werden, sind die Datenrahmen stets von derselben Länge.
  • Das Datenverbindungsmodul 508 stellt Verbindungen her, wie durch die Anrufsteuerungs-Software angewiesen. Jede Datenverbindung wird durch die BS 104 auf das CPE 110 zu hergestellt. Wie oben erwähnt, kann jede Verbindung unterschiedliche QoS-Einstellungen haben. Die Anrufsteuerungs-Software schaltet Verbindungen unter Verwendung der bestimmten QoS-Einstellungen für jene bestimmte Verbindung ein.
  • Das CPE-Aktualisierungsmodul 510 aktualisiert sowohl eine Masterkopie der CPE-Einstellungen in der MAC 410 als auch eine Kopie der CPE-Einstellungen in der LUT 406. Die CPE-Einstellungen werden anfangs gespeichert, wenn sich ein neues CPE 110 bei der MAC 410 registriert. Darauf folgend werden die CPE-Einstellungen sowohl in der MAC 420 als auch in der LUT 406 aktualisiert, wenn ein spezifisches CPE 110 eine Änderung verlangt oder das CPE-Aktualisierungsmodul 510 eine Änderung veranlasst. Zu den CPE-Einstellungen zählen unter anderem Modulationsart, FEC-Art, Flag für Verschlüsselung EIN/AUS, Verschlüsselungsschlüssel und für jedes CPE 110 bestimmte Schlüsselnummern. Der MCP 402 greift auf CPE-Einstellungen zu, die in der LUT 406 gespeichert sind (und durch CPE-Aktualisierungsmodul 510 aktualisiert werden), um Informationen der physikalischen Schicht zu generieren, die zum Modem 135 übertragen werden.
  • CPE-Einstellungen stellen sicher, dass jedes CPE 110 seine jeweiligen Daten sicher (d. h., nur das vorgesehene CPE 110 empfängt die Daten) unter Verwendung der effizientesten Modulation empfängt. In einer Ausführungsform verwendet jedes CPE 110 einen eindeutigen Verschlüsselungsschlüssel. Die Anrufsteuerung der BS 104 bestimmt, ob die Verschlüsselung ein- oder ausgeschaltet sein muss, und wenn die Verschlüsselung eingeschaltet ist, wählt die Anrufsteuerung einen Verschlüsselungsschlüssel aus. Der Verschlüsselungsschlüssel ist ein 8-Byte-Code, der verwendet wird, um Informationen zu verschlüsseln und entschlüsseln, die zu und von sowohl der BS als auch den CPEs 110 gesendet werden. Der Verschlüsselungsschlüssel wird sowohl in der BS 104 als auch in spezifischen CPEs 110 gemäß Anweisungen durch die Anrufsteuerung der BS 104 periodisch geändert. In einer Ausführungsform verwendet ein Kommunikationssystem zwei unterschiedliche Verschlüsselungsschlüssel, die durch Verschlüsselungsschlüssel-Nummern indiziert sind (z. B. Verschlüsselungsschlüssel Nummer eins und Verschlüsselungsschlüssel Nummer zwei). In anderen Ausführungsformen kann jedwede Anzahl unterschiedlicher Verschlüsselungsschlüssel verwendet und durch entsprechende Verschlüsselungsschlüssel-Nummern indiziert werden. Wenn eine Verschlüsselungsschlüssel-Änderung vorgenommen wird, wird die Verschlüsselungsschlüssel-Nummer inkrementiert, und es wird der Verschlüsselungsschlüssel verwendet, der der neuen (d. h. inkrementierten) Schlüsselnummer entspricht. Somit können, wenn durch die Anrufsteuerung eine Verschlüsselungsschlüssel-Änderung angezeigt wird, die BS 104 und das bestimmte CPE 110 gleichzeitig zum selben Verschlüsselungsschlüssel wechseln.
  • Jedes CPE 110 kann verschiedene Modulationen, wie z. B. QAM-4, QAM-16 und QAM-64, und verschiedene FEC-Schemata, wie z. B. Reed-Solomon-, Convolutional- und Turbo-Codierung verwenden. Alle drei Modulationsarten könne in einem einzigen Datenrahmen durch und an unterschiedliche CPEs übertragen werden. In einem gegebenen Rahmen kann ein einzelnes CPE 110 in mehr als einer Modulationsgruppe senden. Beispielsweise kann ein spezifisches CPE 110 Daten während eines QAM-4-Modulationszeitraums senden und Daten während eines nachfolgenden QAM-64-Modulationszeitraums innerhalb desselben Zeitrahmens senden. Der MCP 402 verwendet CPE-Einstellungen, die in der LUT 406 gespeichert sind, um an die Daten des aktuellen CPE Modulations- und FEC-Informationen für das Modem anzuhängen, womit sichergestellt wird, dass jedes CPE in der Lage ist, Daten zu detektieren und zu empfangen, die für das spezifische CPE vorgesehen sind.
  • Das CPE-Registrierungsmodul 512 steuert die Registrierung neuer CPEs. Die Population an CPEs 110 in einem Sektor ist relativ statisch, sodass nicht häufig CPEs 110 dem System beitreten, und nach dem Beitritt bleiben sie üblicherweise unbegrenzt im System. Für die Registrierung neuer CPEs 110 muss Bandbreite zugeteilt werden, aber aufgrund der relativ statischen Natur der Population an CPEs 110 sind die Registrierungs-Gelegenheiten nicht häufig und müssen nicht in jedem Zeitrahmen, aber in irgendeinem Vielfachen von Rahmen auftreten. Als Teil des Registrierungsprozesses muss das CPE 110 Downlink-Synchronisation mit BS 104 erreichen. Sobald Downlink-Synchronisation erreicht ist, muss das CPE 110 einen Entfernungserfassungsprozess durchlaufen, um den korrekten Zeitsteuerungs-Vorlauf für Uplink-Übertragungen zu erlangen. Der Entfernungserfassungsprozess kann auch die Auswahl für ein bestimmtes CPE 110 verfügbarer Modulationen beeinflussen, um eine gewisse Übertragungsqualität sicherzustellen. Sobald ein CPE 110 erfolgreich registriert ist, werden eine Reihe von CPE-Einstellungen sowohl in der MAC 410 als auch der LUT 406 gespeichert.
  • Das Uplink-Bandbreitenmodul 507 empfängt Bandbreitenanfragen von CPEs 110 und teilt den verfügbaren Uplink-Teilrahmen unter den empfangenen Anfragen zu. Die Uplink-Bandbreitenzuteilung ist der Downlink-Bandbreitenzuteilung (unten in Bezug auf das Priorisierungsmodul 602 diskutiert) sehr ähnlich. Die Datenwartefelder residieren jedoch über die individuellen CPEs 110 verteilt. Statt den Wartefeldstatus direkt zu prüfen, empfängt die MAC 420 Anfragen nach Bandbreite von den CPEs 110. Mithilfe dieser Anfragen rekonstruiert die MAC 420 ein logisches Bild des Status der Wartefelder. Basierend auf dieser logischen Ansicht des Satzes von Wartefeldern teilt die MAC 420 Uplink-Bandbreite in einer ähnlichen Weise zu, wie sie Downlink-Bandbreite zuteilt. Die einem bestimmten CPE 110 zugeteilte Bandbreite wird jedoch in Form einer Bandbreitenzuteilung in einer Uplink-Abbildungsliste gesendet. Die Uplink-Abbildungsliste teilt einem bestimmten CPE 110 einen gewissen Bandbreitenbetrag zu, beginnend an einem gewissen Punkt im nächsten Zeitrahmen. Das bestimmte CPE 110 teilt dann diese Bandbreite über seine Verbindungen zu. Aufgrund der dynamischen Natur der Bandbreitenzuteilung ändern sich die Zuteilungen ständig, sodass ein CPE 110 unverlangte Modifikationen der gewährten Bandbreite auf rahmenweiser Basis empfangen kann. Wenn einem CPE für einen Rahmen weniger Bandbreite als zum Übertragen aller wartenden Daten nötig zugeteilt wird, muss das bestimmt CPE 110 seine QoS- und Fairness-Algorithmen verwenden, um seine Wartefelder zu bedienen. Darüber hinaus kann das bestimmte CPE 110 Bandbreite von Verbindungen geringerer QoS stehlen, um eine Anfrage nach mehr Bandbreite aufzusatteln.
  • MCP-Module
  • Das Pufferspeichermodul 514 akkumuliert für eine einzelne Zeit Benutzerdaten vom QoS 412 und zugeordnete MAC-Protokolimitteilungen von der MAC 410. Diese akkumulierten Informationen werden in einem Puffer 408 gespeichert, wie z. B. einem RAM. Wenn ein Zeitrahmen abgelaufen ist, werden die Inhalte des Puffers 408 an das Modem 135 übergeben.
  • Das Sortiermodul 518 sortiert vom QoS 412 empfangene Daten gemäß irgendetwas oder einer Kombination aus Folgendem: Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index oder Verbindungs-ID. Beispielsweise können in einer Ausführungsform Datenpakete zuerst nach Endbenutzerverbindungs-ID, dann nach CPE-Index und schließlich nach Modulationsart sortiert werden. In einer Ausführungsform, die nach Modulationsart sortiert, kann der Puffer 408 in drei separate Teile geteilt sein, die mit QAM-4, QAM-16 und QAM-64 benannt werden. Es wird erwogen, dass in Zukunft andere Modulationsarten verwendet werden können und somit Sortiermodul 518 nach diesen unterschiedlichen Modulationsarten sortieren kann. In einer anderen Ausführungsform, die nach FEC-Art sortiert, kann der Puffer 408 in drei separate Teile geteilt sein, die mit RS-, Convolutional- und Turbo-Code benannt werden. In noch einer anderen Ausführungsform kann der Puffer in mehrere Teile geteilt sein, um nach der Verbindungs-ID zu sortieren, die jedem jeweiligen Datenpaket zugeordnet ist. Die ausführliche Beschreibung und die ebensolchen Figuren hierin beschreiben ein System, das nach Modulationsart sortiert. Der Durchschnittsfachmann kann das beschriebene System anpassen, um nach anderen Kriterien zu sortieren, wie beispielsweise Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index oder Verbindungs-ID.
  • Wenn ein Datenpaket durch den MCP 402 empfangen wird, werden die CPE-Einstellungen, die jenem Datenpaket entsprechen, aus der LUT 406 abgerufen. Wie oben erklärt, ist die Modulationsart eine der CPE-Einstellungen. Dann wird das empfangene Datenpaket in dem Teil des Puffers 408 gespeichert, der der ausgewählten Modulationsart des bestimmten CPE 110 entspricht. Dieser Prozess wird für jedes Datenpaket wiederholt, das durch den MCP 402 empfangen wird, und sortiert wirksam den Datenrahmen nach Modulationsart.
  • Der MCP 402 muss, nachdem ein jedes Datenpaket empfangen worden ist, berechnen, wie viele physikalische Schlitze (PS) durch das aktuelle Datenpaket verwendet werden und wie viele physikalische Schlitze im aktuellen Downlink-Teilrahmen übrig bleiben. Insbesondere bestimmt anfangs, bevor ein Downlink-Teilrahmen mit Daten gefüllt wird, der MCP 402, wie viele PS im aktuellen Downlink-Teilrahmen verfügbar sind. In einem ATDD-System kann die Anzahl der PS in jedem Zeitrahmen variieren, während in einem FDD-System die Anzahl der PS konstant bleibt. Dann bestimmt der MCP 402, wie viele PS jedes Datenpaket benötigt. Diese Bestimmung erfolgt, wenn ein spezifisches Datenpaket aus dem QoS 412 geholt wird und die Modulationsart aus der LUT 406 ausgelesen wird. Die Anzahl der PS, die von einem spezifischen Datenpaket benötigt wird, kann abhängig von der Modulationsart unterschiedlich sein, die für das spezifische Datenpaket benötigt wird. Beispielsweise kann ein spezifisches Datenpaket N PS benötigen, wenn es in QAM- 4 übertragen wird, N/2 PS, wenn es in QAM-16 übertragen wird, und N/3 PS, wenn es in QAM-64 übertragen wird. Darüber hinaus kann die FEC-Art, die durch spezifische CPEs 110 verwendet wird, ebenfalls die Anzahl benötigter PS ändern und muss somit auch in die Berechnung einbezogen werden. Sobald der MCP 402 bestimmt hat, wie viele PS das aktuelle Datenpaket bei der Modulation des aktuellen CPEs benötigt, wird dieser Betrag von der Gesamtanzahl der PS subtrahiert, die im Downlink-Teilrahmen verfügbar ist, und wird zur neuen Anzahl der PS, die im Downlink-Teilrahmen verfügbar ist. Dieser Prozess wird für jedes Datenpaket wiederholt, das vom QoS 412 empfangen wird, bis der MCP 402 bestimmt, dass der Datenrahmen sendebereit ist.
  • Das Pufferaktualisierungsmodul 516 hängt die CPE-Einstellungen an jeweilige CPE-Daten an, die im Puffer 408 gespeichert sind. Die CPE-Einstellungen werden aus der LUT 406 gelesen und können unter anderem Modulationsart, Verschlüsselung EIN/AUS, Schlüsselnummer und Verschlüsselungsnummer enthalten. Das Pufferaktualisierungsmodul 516 verwendet die aktuellsten CPE-Einstellungen, wie durch das CPE-Aktualisierungsmodul 510 aktualisiert. Außerdem setzt das Pufferaktualisierungsmodul 516 Modemsteuerdaten in den Datenrahmen ein, der im Puffer 408 gespeichert ist. Beispielsweise müssen die erste oder letzte Zelle jeder Modulationsart und die Anzahl von RS-Blöcken in jeder Modulationsart angegeben werden. Diese Informationen werden verwendet, um die Downlink-Abbildungsliste im PHY-Steuerteil 312 des Rahmensteuerungs-Anfangskennsatzes 300 auszufüllen.
  • In einer Ausführungsform können die CPEs 110 und der MCP 402 drei reziproke Operationen mit übertragenen Datenpaketen durchführen, nämlich Packen/Entpacken, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes/Rekonstruktion des Nutzdaten- Anfangskennsatzes und Fragmentierung/Defragmentierung. Beispielsweise wird, wenn ein spezifisches CPE 110 Daten packt, der MCP 402 die Daten entpacken.
  • Packen von Downlink-Datenpaketen kann auftreten, wenn mehrere Datenpakete für dieselbe Endbenutzerverbindung bestimmt sind. Wenn das Packen nicht verwendet wird, wird jedem Datenpaket ein MAC-Anfangskennsatz vorangestellt. Wenn mehrere Datenpakete für dieselbe Endbenutzerverbindung bestimmt sind, können die wiederholten MAC-Anfangskennsätze nicht benötigt werden und können Bandbreite verschwenden. Daher kann, wenn mehrere Datenpakete für dieselbe Endbenutzerverbindung bestimmt sind, der MCP 402 in den MAC-Anfangskennsatz des ersten Datenpakets oder das Paket selbst Informationen einbeziehen, die ausreichend sind, um die Anzahl folgender Datenpakete zu bestimmen, die für dieselben Endbenutzerverbindung bestimmt sind. Dies beseitigt die Notwendigkeit von MAC-Anfangskennsätzen in den folgenden Datenpaketen, die für dieselbe Endbenutzerverbindung bestimmt sind, und kann zusätzliche Bandbreite für andere Daten bereitstellen. Wenn Downlink-Daten gepackt sind, entpackt das Empfangs-CPE 110 die Daten durch Wiedererstellen der MAC-Anfangskennsätze für jedes individuelle Datenpaket. CPEs 110 können ebenfalls Daten packen, die durch den MCP 402 zu entpacken sind.
  • Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes kann vorgenommen werden, wenn ein Paket höherer Schicht seinen eigenen Anfangskennsatz hat, d. h. einen Anfangskennsatz, der nicht durch den MCP oder CMCP erstellt oder verwendet wird, der nicht vollständig per Downlink übertragen werden braucht. Die Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes entfernt einen Teil des Anfangskennsatzes der höheren Schicht, der dann durch die Empfangs-CPE 110 rekonstruiert werden kann. Wenn der MCP 402 die Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes vornimmt, nimmt das CPE 110 die Rekonstruktion des Nutzdaten-Anfangskennsatzes vor und umgekehrt.
  • Fragmentierung kann vorgenommen werden, wenn ein Paket höherer Schicht nicht in einen Downlink-Teilrahmen passen kann. Das Paket höherer Schicht kann zur Übertragung über eine Reihe von zwei oder mehr Zeitrahmen fragmentiert werden. Beispielsweise kann ein spezifisches Datenpaket, das vom QoS empfangen wird, N komplette Downlink-Teilrahmen auffüllen. Statt alle verfügbare Downlink-Bandbreite jenem spezifischen Datenpaket N Zeitrahmen lang zuzuteilen, kann der MCP 402 dem spezifischen Datenpaket einen Bruchteil F (beispielsweise ½) der Downlink-Bandbreite zuteilen, sodass das spezifische Datenpaket nun N·1/F Zeitrahmen benötigt, um das Datenpaket per Downlink zu übertragen, andere Datenpakete aber den übrigen Bruchteil (1-F) der Bandbreite während desselben Zeitraums verwenden können. Das Empfangs-CPE 110 wird die fragmentierten Teile defragmentieren, um das ganze Datenpaket höherer Schicht zu bilden. In ähnlicher Weise kann das CPE 110 Daten fragmentieren, die der MCP 402 defragmentieren wird.
  • Der MCP 402 kann auch teilweises Segmentieren und Wiedervereinigen von Datenpaketen vornehmen. Wenn das CPE 110 ATM-Zellen empfängt, kann der MCP 402 die ATM-Zellen in MAC-Pakete variabler Länge umwandeln. Der MCP 402 kann ATM-Zellen empfangen, die ein Protokoll höherer Schicht kapseln, wie z. B. IP. Der MCP 402 kann die Nutzdaten der ATM-Zellen verketten und sie als MAC-Paket variabler Länge senden.
  • Das Schnittstellenmodul 520 versieht den MCP 402 mit einer Schnittstelle zwischen dem Modem 135, der MAC 410 und dem QoS 412. Wie oben diskutiert, empfängt das Modem 135 die Inhalte des Puffers 408 alle eine Millisekunde. Das Schnittstellenmodul 520 erlaubt es der MAC 410, durch Senden des aktuellen Up/Down-Splits, der PHY/MAC- Steuermitteilung und der MAC-Protokollmitteilungen von der MAC 410 an den MCP 402 und Senden der aktuellen DUM vom MCP 402 zur MAC 410 an den MCP 402 anzukoppeln. Das QoS 412 überträgt Benutzerdaten über das Schnittstellenmodul 520 an den MCP 402.
  • Das Lenkungsmodul 522 empfängt Uplink-Daten von CPEs 110 und lenkt die Daten an den richtigen Ort. Das Lenkungsmodul 522 bestimmt, ob die Daten MAC-Protokolldaten oder Benutzerdaten sind, die zur Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 weiterzuleiten sind. Diese Bestimmung wird mithilfe der Verbindungs-ID bewerkstelligt, wie durch die BS-Anrufsteuerung zugewiesen, die in jedem Paketanfangskennsatz beinhaltet ist. Sind die Daten MAC-Protokolldaten, werden die Daten zur Verarbeitung an die MAC 410 weitergeleitet. Alternativ werden, wenn die Daten Benutzerdaten sind, die letztendlich den Backhaul 116 erreichen müssen, die Daten an die Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 weitergeleitet.
  • QoS-Module
  • 6 ist ein Blockschaltbild der Module oberster Ebene innerhalb von QoS 412.
  • Das Priorisierungsmodul 602 verwendet einen spezifischen Fairness-Algorithmus, um die Sendereihenfolge gemäß den jeweiligen QoS-Parametern jeder Verbindung, einschließlich einer Prioritätsstufe, zu priorisieren. Sowie jedes Datenpaket das QoS 412 verlässt, wird ihm ein 10-Bit-CPE-Index vorangestellt, der das bestimmte CPE 110 identifiziert, das das bestimmte Datenpaket zu empfangen hat. In einer Ausführungsform gibt es drei grundlegende Fairness-Algorithmen, die implementiert sind, nämlich: Continuous-Grant-, Fair-Weighted- und Round-Robin-Queuing. Jedoch können abhängig beispielsweise von den verfügbaren Dienstleistungen oder Verbindungen, der Anzahl oder Arten von Verbindungen usw. mehr oder weniger Algorithmen verwendet werden.
  • Continuous-Grant-(„CG"-)-Wartefelder können den einfachsten Fairness-Algorithmus haben. Alle Daten in diesen Wartefeldern müssen jeden Rahmen gesendet werden. Ist die Bandbreite unzureichend, verwirft das Verwerfmodul 604 Daten auf intelligente Weise.
  • Fair-Weighted-Queuing erfordert, dass alle Verbindungen bei einer bestimmten Dienstgüte eine ihnen zugewiesene Gewichtung haben, um den Prozentsatz der verfügbaren Bandbreite zu bestimmen, die zu empfangen sie berechtigt sind. Die Gewichtung wird aus einem von drei Datenratenparametern hergeleitet, abhängig von den vertraglichen Parametern der bereitgestellten Verbindung. Zu diesen Parametern können (1) anstehende Daten, (2) garantierte Rate und (3) mittlere Rate zählen. In einer Ausführungsform ist die Gewichtung einer bestimmten Verbindung die für die Verbindung anstehende Datenmenge, ausgedrückt als Prozentsatz der gesamten, im Wartefeld anstehenden Daten. Da die anstehende Datenmenge dynamisch ist, müssen die Gewichtungen für diese Arten von Wartefeldern jeden Rahmen neu berechnet werden, wenn die Bandbreite unzureichend ist, um alle Daten im betroffenen Wartefeld zu senden. Bei Verwendung von Fair-Weighted-Queuing kann die Granularität der Bandbreitenzuteilung zu grob sein, um eine perfekte prozentsatzbasiert gewichtete Zuteilung über alle Verbindungen im Wartefeld zu erlauben. Dies kann zur Folge haben, dass einige Wartefelder in einem bestimmten Rahmen keinerlei Bandbreite empfangen. Um sicherzustellen, dass das Auftreten dieser Bedingung fair unter den Verbindungen im Wartefeld verteilt wird, wird den Verbindungen, die keine Bandbreite empfingen, das nächste Mal, wenn die Bedingung unzureichender Bandbreite für das Wartefeld vorliegt, Priorität erteilt. Bei Wartefeldern mit Gewichtungen, die auf garantierten oder mittleren Raten basieren, können einige Verbindungen keine ausreichenden anstehenden Daten haben, um die gesamte Bandbreite zu verwenden, zu der sie basierend auf ihrer berechneten Gewichtung berechtigt sind. In diesen Fällen wird die ungenutzte Bandbreite der Verbindung (innerhalb der Grenzen der Zuteilungsgranularität) fair über die Verbindungen mit überschüssigen anstehenden Daten verteilt.
  • Der Round-Robin-Fairness-Algorithmus wird für Verbindungen bester Leistung verwendet, bei denen alle Verbindungen gleiche Gewichtung haben. Wenn unzureichende Bandbreite vorhanden ist, um alle Daten im Wartefeld in einem bestimmten Rahmen zu übertragen, wird Verbindungen Bandbreite in Round-Robin-Weise zugeteilt, wobei jede Verbindung einen Block Bandbreite bis zu einem wartefeldspezifischen Maximum empfängt. Verbindungen, die keine Bandbreite empfingen, wird das nächste Mal, wenn die Bedingung unzureichender Bandbreite vorliegt, Priorität erteilt.
  • Das Verwerfmodul 604 verwirft auf intelligente Weise die Daten niedrigster Priorität, wenn das QoS 412 mehr Daten empfangen hat, als in den QoS-Puffer passen. In einer Ausführungsform ist der QoS-Puffer groß genug, um genügend Daten zu halten, um mehrere Datenrahmen aufzufüllen.
  • Das Übertragungsmodul 606 leitet die Datenpakete höchster Priorität auf Anforderung durch den MCP 402 an den MCP 402 weiter. Diese Anforderungen erfolgen immer dann, wenn Daten benötigt werden, um den Downlink-Teil des aktuellen Datenrahmens aufzufüllen.
  • Der Downlink-Prozess
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das den Downlink-Prozess zeigt, der durch MCP 402 implementiert ist.
  • In Schritt 701 werden Daten von der Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 durch das QoS 412 empfangen.
  • In Schritt 702 empfängt in einem TDD-System der MCP 402 Up/Down-Split-Informationen von der MAC 140. Der Up/Down-Split wird durch die MAC 140 bestimmt, wie oben in Bezug auf das Up/Down-Split-Modul 502 beschrieben.
  • Nachdem der MCP 402 weiß, wie viel Downlink-Zeit verfügbar ist, kann der MCP 402 die Gesamtanzahl verfügbarer PS berechnen. Diese Gesamtanzahl PS kann beim Bestimmen, wie viel Daten bei veränderlichen Modulationen und FEC-Arten gesendet werden können, wichtig sein.
  • In Schritt 704 empfängt der MCP 402 eine PHY/MAC-Steuermitteilung und MAC-Protokollmitteilungen von der MAC 140. Die PHY/MAC-Steuermitteilung wird an alle CPEs 110 im Sektor rundgesendet und kann Informationen hinsichtlich der physikalischen Schicht, des maximalen Übertragungs-Zeitsteuerungs-Vorlaufs, des Downlink-Modulations-Übergangspunktes, des Endpunktes des Downlinks, des Endpunktes des Rahmens und der Rahmen/Mehrfachrahmen/Hyperrahmen-Nummerierung beinhalten. In einer alternativen Ausführungsform können die PHY/MAC-Steuermitteilungen durch den MCP bestimmt werden, was zusätzlichen Overhead von der Software der MAC 140 entfernen kann.
  • In einer Ausführungsform wird die PHY/MAC-Steuermitteilung RS-codiert, unter Verwendung von QAM-4-Modulation übertragen, wird aber nicht verschlüsselt. QAM-4-Modulation kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass alle CPEs 110 in der Lage sind, die Steuermitteilungen zu demodulieren. In einer anderen Ausführungsform sind die Codierungs-, die Verschlüsselungs- und die Modulationsart für jede MAC 104 einer BS 104 spezifisch. Wenn die PHY/MAC-Steuermitteilung durch MCP 402 empfangen wird, wird sie unverzüglich zur späteren Übertragung zum Modem 135 (untern diskutiert) im Puffer 408 platziert. In einer Ausführungsform wird die PHY/MAC-Steuermitteilung am Anfang des QAM-4-Abschnitts des Puffers 408 platziert. Teile der PHY/MAC-Steuermitteilung, die im Puffer 408 gespeichert ist, können später in Schritt 722 gemäß dem tatsächlichen Inhalt des Puffers 408 unmittelbar vor dem Transfer zum Modem 135 in Stufe 724 aktualisiert werden.
  • MAC-Protokollmitteilungen werden nur an einzelne CPEs 110 gemäß den bestimmten CPE-Einstellungen gesendet. Weil eine MAC-Protokollmitteilung für ein spezifisches CPE 110 vorgesehen ist, kann Transferrahmenbandbreite bewahrt werden, indem die MAC-Protokollmitteilung unter Verwendung der Modulations- und/oder FEC-Einstellungen des spezifischen CPE 110 übertragen wird. Beispielsweise ist ein bestimmtes CPE 110, das QAM-64-Modulation verwendet, auch fähig, QAM-16- und QAM-4-Modulation zu verwenden. Statt eine Protokollmitteilung, die für dieses bestimmte CPE vorgesehen ist, unter Verwendung von QAM-4 zu modulieren, wird somit durch Verwendung der bandbreiteneffizienteren QAM-64-Modulation Bandbreite bewahrt. MAC-Protokollmitteilungen wird die höchste Priorität erteilt, was bedeutet, dass sie stets am Anfang der zweckentsprechenden Modulationsgruppe sind. Weil ihnen die höchste Priorität erteilt wird, kann jede BS-MAC 410 einen Grenzwert für die Anzahl Protokollmitteilungen festlegen, die pro Datenrahmen zulässig ist (beispielsweise 10). Während typischerweise nur sehr wenige MAC-Protokollmitteilungen benötigt werden, kann das Begrenzen der Anzahl pro Datenrahmen das Auffüllen eines ganzen Datenrahmens oder einer Modulationsgruppe innerhalb eines Datenrahmens mit Protokollmitteilungen und das Ausschließen aller Benutzerdaten verhindern. Wenn der MCP 402 MAC-Protokollmitteilungen empfängt, werden sie unverzüglich gemäß der Modulationsart des vorgesehenen CPE 110 im Puffer 408 gespeichert.
  • MAC-Protokollmitteilungen können in sechs Unterkategorien geteilt werden, nämlich Registrierung, Wartung der physikalischen Schicht, Wartung der Verbindung, Sicherheit, Lastverteilung und Allgemeines. Die Registrierungs-Unterkategorie kann Registrierungs- und Entfernungserfassungs-Mitteilungen, die vom CPE 110 zur MAC 410 gesendet werden, und Registrierungsergebnisse, Entfernungserfassungs-Ergebnisse, Wiederregistrier-, und Registrierungskollisions-Mitteilungen beinhalten, die von der MAC 410 zum CPE 110 gesendet werden. Die Unterkategorie für Wartung der physikalischen Schicht kann Modulationsänderungs-, FEC-Änderungs-, Tx-Vorlaufänderungs- und Leistungseinstellungs-Mitteilungen von der MAC 410 an das CPE 110 und Modulationsänderungs-Bestätigungs-, FEC-Änderungs-Bestätigungs-, Tx-Vorlaufänderungs-Bestätigungs-, Leistungseinstellungs-Bestätigungs- und Downlink-Modulationsänderungs-Anforderungsmitteilungen vom CPE 110 an die MAC 410 beinhalten. Die Unterkategorie für Wartung der Verbindung kann Bandbreitenanfragen und Mehrfachsendungszuordnungs-Bestätigungsmitteilungen vom CPE 110 an die MAC 410 und eine Mehrfachsendungszuordnungs-Mitteilung von der MAC 410 an das CPE 110 beinhalten. Die Sicherheits-Unterkategorie kann eine Schlüsselsequenz-Mitteilung von der MAC 410 an das CPE 110 und eine Schlüsselsequenz-Bestätigung vom CPE 110 an die MAC 410 beinhalten. Die Lastverteilungs-Unterkategorie kann eine Kanaländerungs-Mitteilung von der CPE 110 an die MAC 410 und eine Kanaländerungs-Bestätigung von der MAC 410 an das CPE 110 beinhalten. Die Unterkategorie für Allgemeines kann eine allgemeine Mitteilung beinhalten, die in jede der beiden Richtungen gesendet werden kann, d. h. an die MAC 410 vom CPE 110 oder von der MAC 410 an das CPE 110.
  • In Schritt 708 empfängt der MCP 402 ein Datenpaket vom QoS 412, das einen CPE-Index hat, der dem Datenpaket vorangestellt ist. Das QoS 412 hält Downlink-Daten dazu im Wartefeld, dass MCP 402 Datenpakete daraus holen kann. Mit Schritt 708 beginnt die Datenrahmen-Schleife (Schritte 708 bis 720), die jeden Datenrahmen systematisch auffüllt. Der Co-Prozessor 402 steuert den Betrieb des MCP 132 durch die Schritte 708–720. Sind keine Daten durch das QoS 412 in das Wartefeld eingereiht, wartet MCP 402 darauf, dass Daten verfügbar werden, bis der aktuelle Eine-Millisekunden-Zeitrahmen abgeschlossen ist. An jenem Punkt überträgt der MCP 402 das, was an Daten gegenwärtig im Puffer 408 ist, zum Modem 135 (dieser Prozess wird unten diskutiert).
  • In Schritt 710 verwendet in einer ersten Ausführungsform der MCP 402 den CPE-Index aus dem empfangenen Datenpaket, um auf die zweckentsprechenden CPE-Einstellungen in der LUT 406 zuzugreifen. In einer zweiten Ausführungsform wird die QoS-Funktionalität durch den MCP 402 ausgeübt, sodass die Datenpakete durch den MCP 402 direkt vom Eingang/Ausgang 150 empfangen werden und der MCP 402 die Verbindungs-ID verwendet, um die zweckentsprechenden CPE-Einstellungen zu bestimmen, die aus der LUT 406 zu holen sind.
  • Wie weiter vorn erklärt, wird die LUT 406 durch die MAC 410 aktualisiert und kann die für das CPE 110 spezifischen Informationen beinhalten, wie z. B. Modulationsart, FEC-Art, Flag für Verschlüsselung EIN/AUS, Schlüsselnummer und Verschlüsselungsschlüssel. Nun kann der MCP 402 die exakte Anzahl PS berechnen, die für das aktuelle Datenpaket bei der spezifizierten Modulation (der Modulation aus der LUT 406 entsprechend des Ziel-CPE 110) erforderlich ist.
  • In Schritt 712 dekrementiert der MCP 402 die aktuell verfügbare Downlink-Bandbreite um die Bandbreite des aktuellen Datenpakets. Insbesondere erfolgt diese Berechnung durch Subtrahieren der Anzahl PS, die durch das aktuelle Datenpaket bei der spezifizierten Modulation des CPE 110 benötigt wird, von der Anzahl PS, die im Downlink-Teilrahmen verfügbar ist. Diese Berechnung muss unter Verwendung der PS statt der Rohgröße (z. B. der Anzahl Bytes) erfolgen, weil die Anzahl PS, die durch jedes spezifische CPE 110 benötigt wird, von der Modulationsart jenes spezifischen CPE 110 anhängig ist. Beispielsweise kann ein spezifisches Datenpaket N PS benötigen, wenn es in QAM-4 übertragen wird, N/2 PS, wenn es in QAM-16 übertragen wird, und N/3 PS, wenn es in QAM-64 übertragen wird. Darüber hinaus kann die FEC-Art, die durch spezifische CPEs 110 verwendet wird, ebenfalls die Anzahl benötigter PS ändern und muss somit auch in die Berechnung einbezogen werden. Die resultierende Anzahl übriger PS wird in Schritt 720 durch den MCP 402 verwendet, um zu bestimmen, ob der aktuelle Datenrahmen gefüllt ist.
  • Zwischen den Schritten 710 und 714 nimmt der MCP jedwede Kombination aus Packen, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung vor. Wie oben diskutiert, können Packen, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung verwendet werden, um die Effizienz des Kommunikationssystems zu steigern.
  • In Schritt 714 wird das empfangene Datenpaket im Puffer gespeichert und sortiert. Datenpakete können nach jedweder Kombination aus Folgendem sortiert werden: Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index und Endbenutzerverbindungs-ID. Beispielsweise können in einer Ausführungsform Datenpakete zuerst nach Endbenutzerverbindungs-ID, dann nach CPE-Index und schließlich nach Modulationsart sortiert werden. In einer anderen Ausführungsform können Datenpaket nur nach FEC-Art sortiert werden. In noch einer anderen Ausführungsform können Datenpaket zuerst nach CPE-Index und dann nach FEC-Art sortiert werden. Es wird erwogen, dass jedwede Kombination der aufgeführten Sortierkriterien (Modulationsart, FEC-Art, CPE-Index und Endbenutzerverbindungs-ID) verwendet werden kann.
  • Im Beispiel nach 7 werden die Datenpakete nach Modulationsart sortiert. In dieser Ausführungsform kann das Sortieren dadurch bewerkstelligt werden, dass der MCP 402 das empfangene Datenpaket an einen von drei Teilen eines Puffers 408 sendet, der in QAM-4-, QAM-16 und QAM-64-Teile geteilt ist. Mithilfe der in Schritt 710 abgerufenen CPE-Einstellungen speichert der MCP 402 das aktuelle Datenpaket in dem Teil von Puffer 408, welcher der durch das aktuelle CPE 110 ausgewählten Modulationsart entspricht.
  • In Schritt 716 werden die CPE-Einstellungen und die Modem-Steuerinformationen an Datenpakete im Puffer 408 angehängt. Die CPE-Einstellungen, die aus der LUT 406 entsprechend dem aktuellen CPE 110 ausgelesen wurden, sind im Puffer 408 nächst dem empfangenen Datenpaket gespeichert, das im Schritt 714 im Puffer 408 gespeichert wurde. Dementsprechend können die CPE-Einstellungen abhängig von der Modulationsart des aktuellen CPE 110 in jedwedem der drei Teile von Puffer 408 gespeichert sein. Die Modem-Steuerinformationen werden ebenfalls an das empfangene Datenpaket angehängt, das im Puffer 408 gespeichert ist.
  • In Schritt 718 bestimmt der MCP 402, ob eine Zeitüberschreitung eines vorgegebenen Zeitraums (beispielsweise eine Millisekunde) aufgetreten ist. Das Kommunikationssystem 100 verwendet einen statischen Zeitrahmen, um alle BS-MACs 410 und CPEs 110 in der Zelle synchronisiert zu halten. Im Falle, dass der Puffer 408 nicht vollständig gefüllt ist, wenn die Eine-Millisekunde-Zeitüberschreitung aufgetreten ist, müssen die bereits im Puffer befindlichen Daten gesendet werden, um die Synchronizität des Systems zu erhalten. In einer Ausführungsform füllt, wenn der Puffer 408 nicht gefüllt ist, wenn eine Zeitüberschreitung auftritt, das Modem 135 die leeren Datenblöcke mit Füllzellen oder -bytes auf, um die Zeitabstimmung zwischen Modulationsgruppen zu erhalten. In einer anderen Ausführungsform füllt der MCP 402 die leeren Datenblöcke im Puffer 408 vor dem Senden des Datenrahmens zum Modem 135 auf (Schritt 724).
  • Gemäß Schritt 718 bestimmt der MCP 402, ob eine Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung aufgetreten ist. Ist die Zeitüberschreitung nicht aufgetreten, fährt der Verfahrensablauf mit Schritt 720 fort, in dem MCP 402 bestimmt, ob Puffer 408 gefüllt ist.
  • In Schritt 720 verwendet MCP 402 die Berechnung aus Schritt 712, um zu bestimmen, ob der Puffer 408 gefüllt ist (d. h., genügend Daten enthält, um den Downlink-Teilrahmen zu füllen). Diese Bestimmung erfolgt mithilfe der Anzahl PS, die zum Auffüllen übrig sind (wie in Schritt 712 bestimmt). Bestimmt der MCP 402, dass der Puffer 408 gefüllt ist, kehrt der Verfahrensablauf zu Schritt 718 zurück, wo MCP 402 darauf wartet, dass die Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung auftritt. Im Falle, dass der Puffer 408 gefüllt ist, bevor die Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung auftritt, wiederholt der MCP 402 die Entscheidungsblöcke 720 und 718, bis die Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung auftritt. Alternativ kehrt, wenn der Puffer 408 nicht gefüllt ist, der Verfahrensablauf zu Schritt 708 zurück, in dem der MCP 402 ein anderes Datenpaket vom QoS 412 empfängt., Somit setzt der MCP 402 die Schleife zwischen 708 und 720 fort, bis entweder der Puffer 408 gefüllt ist oder die Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung auftritt.
  • Gemäß Schritt 718 fährt, wenn eine Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung aufgetreten ist, der Verfahrensablauf mit Schritt 722 fort, in dem der MCP 402 den Downlink-Abbildungslisten-Teil der PHY/MAC-Steuermitteilung im Puffer 408 aktualisiert, bevor er die Daten überträgt.
  • In Schritt 722 aktualisiert der MCP 402 die Modulationsunterbrechungen oder FEC-Übergänge in der PHY/MAC-Steuermitteilung. In einem TDD-System war der Up/Down-Split, der in Schritt 702 durch den MCP 402 empfangen wird, eine Abschätzung des erwarteten Up/Down-Splits. Die MAC 410 weiß nicht, wie viel Daten tatsächlich am QoS 412 auf Übertragung warten, sondern verwendet andere Faktoren (oben in Bezug auf das MAC-Up/Down-Split-Modul 502 diskutiert) um einen vorläufigen Up/Down-Split zu bestimmen. Nur wenn die Eine-Millisekunden-Zeitüberschreitung auftritt, weiß der MCP 402, wie viel Downlink-Daten innerhalb der zugeteilten Downlink-Bandbreite beinhaltet sind. Unter einem Aspekt wirkt der in Schritt 702 empfangene Up/Down-Split als oberer Grenzwert oder, anders ausgedrückt, als Grenzwert für die Downlink-Datenmenge, die im aktuellen Datenrahmen zulässig ist. Wenn ein bestimmter Datenrahmen nicht gefüllt ist, wenn die Zeitüberschreitung auftritt, kann der MCP 402 den Up/Down-Split aktualisieren. Wenn der Up/Down-Split aktualisiert ist, d. h. der Downlink-Teilrahmen gekürzt ist, gibt es einen Zeitraum zwischen Downlink und Uplink, in dem Daten durch die BS 104 weder gesendet noch empfangen werden. Dieser übertragungsfreie Zeitraum kann Interferenzen im Gesamtsystem verringern. Dieser übertragungsfreie Zeitraum kann den übrigen Teil des Downlinks auffüllen. Weil der Up/Down-Split aktualisiert worden ist, kann jedes der Empfangs-CPEs 110 jedwedes Rauschen in diesem Zwischen-Zeitrahmen außer Acht lassen. Somit schützt die Aktualisierung des Up/Down-Splits CPEs 110 davor, Rauschen zwischen den Downlink- und Uplink-Teilrahmen fälschlicherweise für gesendete Daten zu halten. Dementsprechend kann die Downlink-Abbildungsliste in Schritt 722 aktualisiert werden.
  • Auch erlaubt es Schritt 722 dem MCP 402, Modulations- und FEC-Übergangspunkte im abgehenden Datenrahmen sowohl in TDD- als auch in FDD-Systemen zu aktualisieren. In ähnlicher Weise wie oben diskutiert weiß weder das QoS 412 noch die MAC 410, wie viel Daten in jeder Modulationsgruppe übertragen werden. Dementsprechend kann erst, nachdem die Zeitüberschreitung des vorgegebenen Zeitraums aufgetreten ist, der MCP 402 die tatsächlichen Modulationsübergangsorte kennen. Beispielsweise zeigen in einem bestimmten Datenrahmen, wenn der Puffer 408 mit 10% QAM-4-Daten, 10% QAM-16-Daten und 80% QAM-64-Daten gefüllt ist, die Modulationsübergangspunkte an, dass die ersten 10% des Zeitrahmens QAM-4-Daten sind, die folgenden 10% des Zeitrahmens QAM-16-Daten sind und die übrigen 80% des Zeitrahmens QAM-64-Daten sind. Dementsprechend erlaubt es Schritt 722 dem MCP 402, Modulationsübergänge derart innerhalb des Puffers 408 zu aktualisieren, dass die Modulationsübergänge beschrieben werden. Weil die Modulationsübergänge Teil der PHY/MAC-Steuermitteilung sind, die alle CPEs 110 empfangen, hat jedes CPE 110 Kenntnis über die Startorte jeder Modulationsgruppe. In einer Ausführungsform, die Daten nach FEC sortiert, wird der obige Prozess verwendet, um FEC-Übergangspunkte zu aktualisieren. In noch einer anderen Ausführungsform kann ein System Daten nach jedweder Kombination aus Modulations- und FEC-Arten sortieren. In einer derartigen Ausführungsform kann ein Sortierprozess ähnlich jenem verwendet werden, der oben diskutiert wurde.
  • In Schritt 724 werden alle Daten im Puffer 408 an das Modem 135 übergeben. Als Folge der vorhergehenden Schritte beinhalten die Daten nun alle Informationen, die für das Modem notwendig sind, um die Daten korrekt zu senden, sodass jedes Empfangs-CPE 110 seine jeweiligen Daten effizient empfangen kann.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der MAC 410 während eines einzelnen Kommunikations-Zeitrahmens darstellt.
  • In Schritt 802 empfängt in einem TDD-System die MAC 410 eine DUM vom MCP 402, welche die tatsächliche Downlink- Datenmenge angibt, die im vorherigen Zeitrahmen gesendet wurde (oben unter Bezug auf DUM-Modul 504 diskutiert). In einem ATDD-System wird die DUM durch die MAC 410 in Schritt 806 verwendet, um einen Up/Down-Split für den nachfolgenden Zeitrahmen abzuschätzen. Wie oben erklärt, besteht in einem FDD-System weniger Notwendigkeit für DUM, weil die Downlink- und Uplink-Zeitrahmen konstant bleiben (d. h. beide einen ganzen Zeitrahmen eines vorgegebenen Zeitraums verwenden). Somit kann die tatsächliche Downlink-Datenmenge, die in einem vorherigen Zeitrahmen gesendet wurde, in einem FDD-System nicht von Bedeutung sein. In einer Ausführungsform eines FDD-Systems hat die DUM einen sekundären Zweck der Statistikerfassung und der Bestimmung von Verbindungsüberlast.]
  • In Schritt 804 wird die MAC 410 mit anderen MACS 410 in derselben BS 104 koordiniert. Wie oben unter Bezug auf das MAC-Koordinationsmodul 506 diskutiert, können die Uplink- und Downlink-Zeiten für jeweilige MACs 410 in derselben BS 104 eingestellt werden, um HF-Interferenz zu reduzieren.
  • In Schritt 806 bestimmt in einem TDD-System die MAC 420 einen Up/Down-Split und überträgt den bestimmten Split an den MCP 402. Wie oben unter Bezug auf das Up/Down-Split-Modul 502 diskutiert, bestimmt in einem TDD-System die MAC 420, wie die Eine-Millisekunden-Bandbreite zwischen Downlink- und Uplink-Daten aufgeteilt werden sollte. Beim Bestimmen eines zweckentsprechenden Up/Down-Splits können mehrere Faktoren betrachtet werden, wie z. B. die Up/Down-Splits anderer MACs 410 in derselben BS 104, Uplink-Bandbreitenbedarf und Einstellungen von CPE 110, wie z. B. Zugriffs-, Modulations- und Dienstgüte-Anforderungen.
  • In Schritt 808 übergibt die MAC 420 eine PHY/MAC-Steuermitteilung und MAC-Protokollmitteilungen an den MCP 402. Wie oben erklärt, ist die PHY/MAC-Steuermitteilung eine Rundsendemitteilung, die durch alle CPEs 110 am Anfang des Downlink-Teilrahmens empfangen wird. Beispielsweise befindet sich im System nach 2A, das nach Modulationsart sortiert, die PHY/MAC-Steuermitteilung am Anfang der QAM-4-Modulationsgruppe. MAC-Protokollmitteilungen sind für das CPE 110 spezifische Mitteilungen, die nach den Einstellungen des spezifischen CPE 110 moduliert sind und durch die CPEs 110 am Anfang der jeweiligen Modulationsgruppe empfangen werden.
  • Teiler 809 gibt eine Unterteilung zwischen den Downlink- und Uplink-Prozessen der MAC 420 an. Anders ausgedrückt, sind an den Schritten 802 und 808 die Downlink-Daten der MAC 420 beteiligt, während an den Schritten 810 und 812 die Uplink-Daten der MAC 420 beteiligt sind.
  • In Schritt 810 empfängt die MAC 420 neue CPE-Registrierungen. Wie oben erwähnt, pflegt die MAC 420 die CPE-Einstellungen sowohl innerhalb der MAC 420 als auch der LUT 406. Wenn neue CPEs 110 registriert werden, werden CPE-Einstellungen an beiden Orten aktualisiert, um das neue CPE 110 zu beinhalten. Darüber hinaus kann die MAC 420 Änderungen an den CPE-Einstellungen für ein bestimmtes CPE 110 empfangen, die das Aktualisieren der CPE-Einstellungen an beiden Orten erfordern.
  • In Schritt 812 teilt die MAC 420 Uplink-Bandbreite gemäß dem Uplink-Bandbreitenanfragen von CPEs 110 zu. Dieser Prozess ist durch das Uplink-Bandbreitenmodul 507 gesteuert, wie oben diskutiert. Im Allgemeinen werden Bandbreitenanfragen von CPEs 110 empfangen, die verfügbare Bandbreite innerhalb des Uplink-Teilrahmens wird CPEs 110 zugeteilt und die Zuteilung wird in einer Uplink-Abbildungsliste von der BS 104 an die CPEs 110 gesendet, sodass jedes CPE 110 Daten während seiner bestimmten zugewiesenen Zeit per Uplink übertragen kann. Die durch jedes CPE 110 empfangene Uplink-Abbildungsliste wird im nachfolgenden Zeitrahmen verwendet. Somit gibt die durch CPEs 110 im Zeitrahmen T empfangene Uplink-Abbildungsliste an, wann bestimmte CPEs 110 Uplink-Daten während des Uplink-Teils des Zeitrahmens T + 1 senden werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform teilt der MCP 402 Uplink-Bandbreite zu und generiert die Uplink-Abbildungsliste. In dieser Ausführungsform können, weil der MCP 402 ein Hardware-Gerät ist, die Uplink-Bandbreitenanfragen und somit die Uplink-Abbildungsliste schneller als in einer Ausführungsform erstellt werden, welche die Uplink-Abbildungsliste in der MAC 420 erstellt. Auf diese Weise kann in einem ATDD-System der Up/Down-Split in Echtzeit eingestellt werden, was ermöglicht, dass ungenutzte Teile des aktuellen Downlink-Teilrahmens durch den Uplink-Teilrahmen verwendet werden. Insbesondere kann die durch CPEs 110 im Zeitrahmen T empfangene Uplink-Abbildungsliste angeben, wann bestimmte CPEs 110 Uplink-Daten während des Uplink-Teils des Zeitrahmens T senden werden.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das den Uplink-Prozess der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • In Schritt 902 empfängt das Modem 135 ein Datenpaket von einer spezifischen CPE 110. Insbesondere werden während eines Uplink-Teils eines Zeitrahmens Daten durch die BS-ODU 108 gemäß den Zeitsteuerungs-Anforderungen der aktuellen Uplink-Abbildungsliste empfangen. Diese Daten werden dann zum Modem 135 übertragen.
  • In Schritt 904 wird ein Datenpaket, sobald es durch das Modem 135 empfangen worden ist, demoduliert und zum MCP 402 weitergeleitet. Das Modem 135 stützt sich auf die Uplink-Abbildungsliste, um zu bestimmen, wann Daten von spezifischen CPEs 110 in gewissen Modulationen/FEC ankommen werden. Das Modem 135 kann Zugriff auf die Uplink-Abbildungsliste aus einer von drei Quellen erlangen, nämlich es kann das Modem 135 die Uplink-Abbildungsliste abfangen, welche die MAC 410 an die mehreren CPEs 110 gesendet hat, es kann das Modem 135 die Uplink-Abbildungsliste vom MCP 402 empfangen oder es kann das Modem 135 die Uplink-Abbildungsliste von der MAC 410 empfangen.
  • In Schritt 906 entfernt der MCP 402 oder das Modem 135 jedwede Auffüllungen aus den empfangenen Daten. Wenn ein bestimmtes CPE 110 nicht genügend Daten hat, um einen zugeteilten Uplink-Zeitrahmen aufzufüllen, kann das CPE 110 Füllzellen oder -bytes anstelle von Daten aus Verbindungen übertragen.
  • In Schritt 908 bestimmt der MCP 402, ob die Daten MAC-Protokolldaten oder Benutzerdaten sind, die zur Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 weiterzuleiten sind. Diese Bestimmung wird mithilfe der Verbindungs-ID bewerkstelligt, wie durch die BS-Anrufsteuerung zugewiesen, die im Paketanfangskennsatz beinhaltet ist. Sind die Daten MAC-Protokolldaten, werden die Daten gemäß Schritt 910 zur Verarbeitung an die MAC 410 weitergeleitet. Alternativ werden, wenn die Daten Benutzerdaten sind, die letztendlich den Backhaul 116 erreichen müssen, die Daten gemäß Schritt 912 an die Eingangs-/Ausgangsschnittstelle 150 weitergeleitet.
  • Die vorstehende ausführliche Beschreibung der 1–9 erfolgte unter Bezug auf die Funktionalität eines MCP in einer BS 104. In einer Ausführungsform werden die Downlink-Daten durch eine MAC in jedem der CPEs 110 empfangen. Umgekehrt sendet die MAC in jeder der CPEs 110 Uplink-Daten an die BS 104. Somit gibt es in dieser bestimmten Ausführungsform keinen MCP oder kein QoS in den CPEs 110, sodass die MAC in den CPEs 110 die Funktionen ausüben kann, die typischerweise durch das QoS und den MCP übernommen werden.
  • CPE-MAC-Co-Prozessor
  • 10 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines CPE-Steuermoduls einschließlich eines MAC-Co-Prozessors. In der Ausführungsform nach 10 hat jedes CPE 110 eine MAC und einen CPE-MAC-Co-Prozessor („CMCP"). Der CMCP übt zusätzlich zum Ausüben einer Priorisierungsfunktion ähnlich dem QoS 412 viele Funktionen ähnlich dem MCP 402 in der BS 104 aus. Nun folgt eine ausführliche Beschreibung dieser Funktionen.
  • Der CMCP 450 fordert Uplink-Bandbreite von der BS 104 mithilfe eines Wettbewerbsschlitzes, von Aufsatteln, von Bandbreiten-Stehlen oder eines Abfragebits im Uplink-Daten-Anfangskennsatz an. Wie oben angemerkt, teilt die MAC 410 (in der BS 104) Uplink-Bandbreite unter allen CPEs 110 zu, die Uplink-Bandbreite anfordern. Die MAC 410 überträgt die Bandbreitenzuteilungen in Form einer Uplink-Abbildungsliste an die CPEs 110. In einer Ausführungsform fordern CPEs 110 Bandbreite auf Pro-Verbindungs-Basis an, und ihnen wird Bandbreite auf Pro-CPE-110-Basis gewährt. Anders ausgedrückt, kann, auch wenn eine CPE 110 Uplink-Bandbreite in Namen einer spezifischen Endbenutzerverbindung anfordern kann, wenn die Uplink-Bandbreite dem CPE 110 zugeteilt wird, der CMCP 450 bestimmen, dass eine unterschiedliche Endbenutzerverbindung die Uplink-Bandbreite verwendet.
  • Der Puffer 456 kann kontinuierlich von mehreren Endbenutzerverbindungen Daten zur Uplink-Übertragung empfangen. Die Endbenutzerverbindungen senden keine Anfragen zum CPE 110, sondern senden stattdessen die Daten, die sie per Uplink zu übertragen wünschen. Die empfangenen Daten werden im Puffer 456 gespeichert, nach Verbindungs-ID indiziert, bis sie an die BS-MAC 410 gesendet werden. Der CMCP 450 hält einen Echtzeit-Zählwert der Daten, die im Puffer 456 für jede jeweilige Endbenutzerverbindung gespeichert sind. Auf diese Weise kennt der CMCP 450 zusätzlich zur Gesamtmenge, die von jeder einzelnen Endbenutzerverbindung zum Uplink bereit ist, stets die Gesamtdatenmenge, die zum Uplink bereit ist.
  • Bei im Puffer 456 auf Uplink wartenden Daten fängt der CMCP 450 die (für die CPE-MAC 410 bestimmte) Uplink-Abbildungsliste ab, um zu bestimmen, wie viel Uplink-Bandbreite dem einzelnen CPE 110 zugeteilt worden ist. Dann bestimmt der CMCP 450, wie viel Daten bei der Modulation des spezifischen CPEs in die zugeteilte Bandbreite passen können. Die LUT 454 speichert spezifische Endbenutzerverbindungs-Einstellungen, wie z. B. eine Endbenutzerverbindungs-Priorität und QoS-Parameter, die jeder Endbenutzerverbindung zugeordnet sind. Dann führt der CMCP 450 Priorisierungsfunktionen an den Daten aus, die in Puffer 456 gespeichert sind. Insbesondere werden QoS-Parameter einschließlich einer Priorität, die jeder Endbenutzerverbindung bei im Puffer 456 wartenden Daten zugeordnet sind, aus der LUT 454 geholt und werden durch den CMCP 450 verwendet, um die Daten mithilfe eines Continuous-Grant-, Fair-Weighted-, Round-Robin- oder anderen Priorisierungsschemas zu priorisieren. In einer Ausführungsform hat Puffer 456 einen priorisierten Teil, der verwendet wird, um die priorisierten Daten zu speichern, die zum Uplink bereit sind.
  • Der CMCP 450 bestimmt, ob es genügend zugeteilte Bandbreite im aktuellen Uplink-Teilrahmen gibt, um alle im Puffer 456 wartenden Daten zu senden, oder alternativ, ob der CMCP 450 zusätzliche Bandbreite von der MAC 410 anfordern muss. Wenn zusätzliche Bandbreite benötigt wird, kann der CMCP zusätzliche Bandbreite durch Senden einer Wettbewerbsschlitz-Anfrage, Aufsatteln einer Anfrage oder Stehlen von Bandbreite von Daten geringerer Priorität oder Setzen eines Abfragebits im MAC-Anfangskennsatz der gegenwärtig zugeteilten Uplink-Daten anfordern. Wenn einem CPE 110 Bandbreite im aktuellen Uplink-Teilrahmen zugeteilt worden ist, kann der CMCP ein Abfragebit in seinem Uplink-MAC-Anfangskennsatz setzen, um der MAC 410 mitzuteilen, dass der spezifische CMCP 450 mehr Daten zum Übertragen per Uplink hat. Wenn einem CPE 110 keine Bandbreite im aktuellen Uplink-Teilrahmen zugeteilt worden ist, muss der CMCP eine Anfrage in einem Bandbreitenanfrage-Wettbewerbsschlitz 324 (2B) senden, eine Anfrage aufsatteln oder Bandbreite für eine Anfrage von Daten geringerer Priorität von einem unterschiedlichen CPE 110 stehlen. Als Beispiel kann, wenn einem bestimmten CPE 110 im aktuellen Uplink-Teilrahmen keinerlei Bandbreite zugeteilt worden ist und das bestimmte CPE 110 eine geringere Priorität als alle anderen CPEs 110 hat, denen Bandbreite im aktuellen Uplink-Teilrahmen zugeteilt worden ist, das bestimmte CPE 110 nur in der Lage sein, eine Anfrage während des Bandbreitenanfrage-Wettbewerbsschlitzes 324 (2B) zu senden. Somit haben alle CPEs 110 stets mindestens ein Mittel zum Anfordern von Uplink-Bandbreite.
  • Dann erstellt der CMCP 450 unter Verwendung von Daten, die aus dem priorisierten Teil des Puffers 456 geholt werden, in ähnlicher Weise, wie oben in Bezug auf den MCP beschrieben, einen Uplink-Datenburst. Ein Datenburst kann jedwede Kombination aus Benutzerdaten und Steuerinformationen sein.
  • In einer zweiten Ausführungsform verschiebt der Puffer 456 die priorisierten Daten nicht in einen unterschiedlichen Abschnitt, sondern sortiert stattdessen eine Reihe von Pointern, welche den Orte von im Puffer 456 gespeicherten Daten anzeigen. Der CMCP 450 kann einen Uplink-Datenburst mithilfe von Daten erstellen, die aus den Gebieten geholt werden, die durch die priorisierten Pointer angezeigt werden.
  • In einer Ausführungsform können der CMCP 450 und der MCP 402 drei reziproke Operationen mit übertragenen Datenpaketen durchführen, nämlich Packen/Entpacken, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes/Rekonstruktion des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung/Defragmentierung. Beispielsweise wird, wenn ein CMCP 450 Daten packt, der MCP die Daten entpacken. In einer anderen Ausführungsform können der CMCP 450 und die BS-MAC 410 reziprokes Packen/Entpacken und ebensolche Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes/Rekonstruktion des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung/Defragmentierung durchführen. Beispielsweise wird, wenn ein CMCP 450 Daten packt, die MAC 410 die Daten entpacken. Jedoch können diese Operationen mithilfe anderer Hardware-Konfigurationen implementiert werden.
  • Packen wird vorgenommen, wenn der sendende Co-Prozessor (d. h. der MCP oder CMCP) bestimmt, dass mehrere Pakete höherer Ebene in einen einzelnen Datenburst passen. Der Packprozess kann Bandbreite sparen, indem er lediglich den MAC-Anfangskennsatz des ersten Datenpakets beinhaltet. Beispielsweise wird, wenn N Pakete höherer Ebene in einen Datenburst passen, der Anfangskennsatz des ersten Datenpakets verwendet, um anzugeben, dass N-1 Pakete ohne MAC-Anfangskennsätze folgen. Der Entpackprozess reformatiert jedes der N Pakete, damit es seinen eigenen MAC-Anfangskennsatz hat. Sowohl der MCP 402 als auch der CMCP 450 können Daten sowohl packen als auch entpacken.
  • Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes kann vorgenommen werden, wenn ein Paket höherer Schicht seinen eigenen Anfangskennsatz hat, d. h. einen Anfangskennsatz, der nicht durch den MCP oder CMCP erstellt oder verwendet wird. Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes entfernt einen Teil des Anfangskennsatzes höherer Ebene, und die Rekonstruktion des Nutzdaten-Anfangskennsatzes rekonstruiert den Anfangskennsatz höherer Ebene. Wieder nimmt, wenn der MCP die Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes vornimmt, der CMCP 450 die Rekonstruktion des Nutzdaten-Anfangskennsatzes vor und umgekehrt.
  • Fragmentierung kann vorgenommen werden, wenn ein Paket höherer Schicht nicht in einen zugeteilten Burst passen kann. Das Paket höherer Schicht kann fragmentiert werden, um über eine Reihe von zwei oder mehr Zeitrahmen übertragen zu werden. Beispielsweise kann eine spezifische Endbenutzerverbindung wünschen, ein Paket höherer Schicht per Uplink zu übertragen, das N Zeitrahmen füllen würde. Statt alle verfügbare Uplink-Bandbreite jener spezifischen Endbenutzerverbindung N Zeitrahmen lang zuzuteilen, kann der CMCP 450 dem spezifischen CPE einen Bruchteil F (beispielsweise ½) der Uplink-Bandbreite zuteilen, sodass die spezifische Endbenutzerverbindung nun N·1/F Zeitrahmen benötigt, um ihr Paket höherer Schicht per Uplink zu übertragen, andere Endbenutzerverbindungen aber den übrigen Bruchteil (1-F) der Bandbreite während desselben Zeitraums verwenden können. Der CMCP 450 braucht nicht alle Datenpakete (d. h., um N Zeitrahmen zu füllen) zu haben, bevor das fragmentierte Anfangs-Datenpaket in einem Uplink-Datenrahmen gesendet wird. Der MCP wird die fragmentierten Teile defragmentieren, um das ganze Paket höherer Schicht zu bilden. In ähnlicher Weise kann der MCP 450 Daten fragmentieren, die der CMCP defragmentieren wird.
  • 11 ist ein Flussdiagramm des Prozesses des Uplinkens von Daten von einem CPE 110 zu einer BS 104. Der Prozess nach 11 wird in einem CPE ausgeführt, das eine MAC und einen CMCP (CPE-MAC-Co-Prozessor) 450 hat. Wie oben erklärt, kann der CMCP zusätzlich zum Ausüben einer Priorisierungsfunktion ähnlich dem QoS 412 in einer BS 104 viele Funktionen ähnlich dem MCP 402 in der BS 104 ausüben.
  • In Schritt 1102 empfängt das CPE Daten von mehreren Endbenutzerverbindungen, die durch das spezifische CPE 110 bedient werden. Jedes CPE 110 kann kontinuierlich Daten zur Uplink-Übertragung empfangen. Alternativ können CPEs 110 sporadisch Daten von ihren jeweiligen Endbenutzerverbindungen empfangen. Die Endbenutzerverbindungen senden keine Anfragen zum CPE 110, sondern senden stattdessen die Daten, die sie per Uplink zu übertragen wünschen.
  • In Schritt 1104 sortiert der CMCP 450 die empfangenen Daten nach den jeweiligen Endbenutzerverbindungen, welche die Daten sendeten. Der Sortierprozess wird durch Detektieren der spezifischen Verbindung, von der jedes Datenpaket empfangen wurde, und Zusammengruppieren aller Datenpakete von einer spezifischen Verbindung bewerkstelligt.
  • In Schritt 1106 speichert der CMCP 450 die empfangenen, sortierten Datenpakete in einem Puffer 456. Weil das CPE 110 Datenpakete von Endbenutzerverbindungen sporadisch empfängt, weiß das CPE 110 nicht, wie viel Daten während irgendeines spezifischen Zeitraums empfangen werden. Daher muss der Puffer 456 groß genug sein, um ein großes Volumen an Datenpaketen mehrere vorgegebene Zeiträume lang zu halten. Während 10 den Puffer 456 innerhalb von CMCP 450 zeigt, wird erwogen, dass ein Puffer getrennt vom CMCP 450 angeordnet und mit dem CMCP 450 verbunden sein kann und dass auf ihn in einer im Wesentlichen identischen Art und Weise, wie oben diskutiert, zugegriffen werden kann.
  • In Schritt 1108 berechnet der CMCP 450 die im Puffer 456 gespeicherte Datenmenge von jeder Endbenutzerverbindung. Der CMCP 450 weiß jederzeit, wie viel Daten von jeder Endbenutzerverbindung auf Uplink warten und viel Daten von allen Endbenutzerverbindungen kombiniert auf Uplink warten.
  • In Schritt 1110 fängt bei im Puffer 456 auf Uplink wartenden Daten der CMCP 450 die (für die CPE-MAC 410 bestimmte) Uplink-Abbildungsliste ab, um zu bestimmen, wie viel Uplink-Bandbreite dem einzelnen CPE 110 zugeteilt worden ist. Dann bestimmt der CMCP 450, wie viel Daten bei der Modulation des spezifischen CPEs in die zugeteilte Bandbreite passen können. Diese Berechnung wird später in Schritt 1116 verwendet, wenn der CMCP den Uplink-Burst erstellt.
  • In Schritt 1111 bestimmt der CMCP 450, ob es genügend zugeteilte Bandbreite im aktuellen Uplink-Teilrahmen gibt, um alle im Puffer 456 wartenden Daten zu senden, oder alternativ, ob der CMCP 450 zusätzliche Bandbreite von der MAC 410 anfordern muss. Wenn zusätzliche Bandbreite benötigt wird, kann der CMCP zusätzliche Bandbreite durch Senden einer Wettbewerbsschlitz-Anfrage, Aufsatteln einer Anfrage auf Daten geringerer Priorität oder Setzen eines Abfragebits im MAC-Anfangskennsatz der gegenwärtig zugeteilten Uplink-Daten anfordern.
  • In Schritt 1112 werden die QoS-Parameter einschließlich Prioritäten, die jeweiligen Endbenutzerverbindungen zugeordnet sind, aus der LUT 454 geholt. Die QoS-Parameter werden eingerichtet, wenn sich der Endbenutzer anfangs bei der MAC 420 registriert, und können zu jedwedem zukünftigen Zeitpunkt oder Ereignis aktualisiert werden.
  • In Schritt 1114 führt der CMCP 450 Priorisierungsfunktionen an den Daten aus, die in Puffer 456 gespeichert sind. Mithilfe der aus LUT 454 geholten Prioritäten und in Anbetracht der Menge zugeteilter Uplink-Bandbreite priorisiert der CMCP 450 die Daten mithilfe eines Continuous-Grant-, Fair-Weighted-, Round-Robin- oder anderen Priorisierungsschemas. In einer Ausführungsform hat Puffer 456 einen priorisierten Teil, der verwendet wird, um die priorisierten Daten zu speichern, die zum Uplink bereit sind. In einer zweiten Ausführungsform verschiebt der Puffer 456 die priorisierten Daten nicht in einen unterschiedlichen Abschnitt, sondern sortiert stattdessen eine Reihe von Pointern, welche die Orte von im Puffer 456 gespeicherten Daten anzeigen.
  • In Schritt 1116 erstellt der CMCP 450 dann einen Uplink-Datenburst, der die Zeit füllt, die dem spezifischen CPE 110 im Uplink-Teilrahmen zugeteilt ist. Der CMCP 450 kann zuerst die Anzahl PS berechnen, die bei der Modulation des spezifischen CPEs in die zugeteilte Uplink-Zeit passt. Die Anzahl PS, die von jedem Datenpaket benötigt wird, das im Datenburst beinhaltet ist (bei der Modulation des spezifischen CPEs), wird dann von dieser Gesamtanzahl PS subtrahiert, bis der Datenburst gefüllt ist. Beim Berechnen der Anzahl PS, die von jedem Datenpaket benötigt wird, muss der CMCP 450 auch die FEC-Art berücksichtigen, die gegenwärtig durch das CPE 110 verwendet wird.
  • Der Datenburst wird mithilfe von Daten erstellt, die aus dem priorisierten Teil des Puffers 456 geholt werden, in ähnlicher Weise, wie oben in Bezug auf den MCP beschrieben. Der CMCP 450 kann einen Uplink-Datenburst mithilfe von Daten erstellen, die aus Gebieten des Puffers 456 geholt werden, die durch priorisierte Pointer angezeigt werden. Beim Erstellen des Datenbursts kann der CMCP 450 jedwede Kombination aus Packen, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung verwenden. Wie oben erwähnt, können Packen, Unterdrückung des Nutzdaten-Anfangskennsatzes und Fragmentierung in Schritt 1116 durchgeführt und verwendet werden, um die Effizienz des Kommunikationssystems zu steigern.
  • Zusätzlich zu den Endbenutzerdaten, die im Uplink-Teilrahmen gesendet werden, erstellt und sendet jeder CMCP einen Anfangskennsatz der physikalischen Schicht und einen MAC-Anfangskennsatz zum Datenburst. Der Anfangskennsatz der physikalischen Schicht kann Einstellungen wie z. B. Modulations- und Verschlüsselungsart beinhalten, die durch das Modem des CPE 110 verwendet werden und nicht zur BS 104 gesendet werden. Der MAC-Anfangskennsatz kann eine Verbindungs-ID, ein Flag für Verschlüsselung EIN/AUS und eine Verschlüsselungsschlüssel-Sequenz beinhalten, die zur BS 104 gesendet werden.
  • In Schritt 1118 übertragt der CMCP 450 den Datenburst zur in der empfangenen Uplink-Abbildungsliste spezifizierten Zeit zum CPE-Modem 459. Darüber hinaus muss jedwede Bandbreitenanfrage, die in Schritt 1111 ausgelöst wurde, zur zweckentsprechenden Zeit übertragen werden. Beispielsweise teilt, wenn ein spezifischer CMCP 450 bestimmt, dass eine Bandbreitenanfrage während eines Wettbewerbsschlitzes erfolgen muss, der CMCP dem Modem 459 mit, wann exakt die Bandbreitenanfrage zu senden ist. Alternativ teilt, wenn der CMCP 450 bestimmt hat, dass eine Aufsattel-Anfrage möglich ist, der CMCP 450 dem Modem 459 mit, wann exakt die Aufsattel-Anfrage zur BS 104 übertragen werden muss.

Claims (11)

  1. Basisstation zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, das eine Basisstation und eine oder mehrere entfernte Einheiten umfasst, wobei das Kommunikationssystem betreibbar ist, um einen Datenrahmen zu erstellen, der einen vorbestimmten Zeitraum und einen Downlink-Teil hat, wobei die Basisstation Folgendes umfasst: einen ersten Prozessor (414), der ein Media Access Control(MAC)-Modul (410) hat, das für die Herstellung und Aufrechterhaltung von Verbindungen mit der einen oder den mehreren entfernen Einheiten konfiguriert ist; und einen Co-Prozessor (402), der mit dem ersten Prozessor verbunden ist und zusammen mit dem ersten Prozessor betrieben wird, wobei der Co-Prozessor Folgendes umfasst: ein Puffer-Modul (408), das für den Empfang und die Speicherung von mehreren Datenpaketen für die Übertragung in dem Downlink-Teil konfiguriert ist, und ein Entscheidungsmodul (718, 720), das betreibbar ist, um zu bestimmen, ob das Puffermodul genügend Daten enthält, um den Downlink-Teil aufzufüllen, oder ob der für den Datenrahmen vorbestimmte Zeitraum abgeschlossen ist, und das betreibbar ist, um dem Puffer-Modul anzuordnen, in Reaktion darauf die mehreren Datenpakete auszugeben.
  2. Basisstation nach Anspruch 1, wobei der Datenrahmen ferner einen Uplink-Teil umfasst und das Media Access Control(MAC)-Modul (410) konfiguriert ist, um einen Bereich des vorbestimmten Zeitraums zwischen dem Uplink-Teil und dem Downlink-Teil zu bestimmen.
  3. Basisstation nach Anspruch 1, wobei der Co-Prozessor (402) ferner ein Sortierungsmodul umfasst, das konfiguriert ist, um die mehreren Datenpakete in dem Puffer-Modul (408) entsprechend einer oder mehrerer der Modulationstechniken, FEC-Eigenschaften (Vorwärtsfehlerkorrektur) und der Verbindungskennung logisch zu sortieren.
  4. Basisstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem ersten Prozessor (414) um einen Universalprozessor und bei dem Media Access Control(MAC)-Modul um Software handelt.
  5. Basisstation nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei es sich bei dem ersten Prozessor (414) um einen in eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) eingebetteten Universalprozessor und bei dem Media Access Control(MAC)-Modul um Software handelt.
  6. Basisstation nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei der Co-Prozessor (402) in einem vor Ort frei zu programmierenden elektronischen Baustein (Field Programmable Gate Array, FPGA) implementiert ist.
  7. Basisstation nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei der Co-Prozessor (402) unter Verwendung einer Kombination aus einem Standard-Prozessorkern und einem benutzerdefinierten Schaltschema in eine benutzerdefinierte integrierte Schaltung implementiert ist.
  8. Verfahren zur Erstellung eines Datenrahmens, wobei dieser einen vorbestimmten Zeitraum hat und einen Übertragungsteil umfasst, zur Verwendung in einem Kommunikationssystem, das eine Basisstation und eine oder mehrere entfernte Einheiten hat, wobei die Basisstation einen Media Access Control(MAC)-Prozessor (414) und einen Media Access Control(MAC)-Co-Prozessor hat, wobei der Media Access Control(MAC)-Co-Prozessor (402) folgende Schritte ausführt: a) Empfangen eines eingehenden Datenpakets, das einer entfernten Einheit oder der einen oder den mehreren entfernten Einheiten entspricht; b) Auslesen einer Kommunikationsmoduseinstellung der entsprechenden entfernten Einheit aus einer Lookup-Tabelle; c) Logisches Ordnen des eingehenden Datenpakets entsprechend der Kommunikationsmoduseinstellung; d) Speichern des eingehenden Datenpakets in einem Puffer (408); e) Bestimmen, ob der für den Datenrahmen vorbestimmte Zeitraum abgeschlossen ist, wobei in Reaktion auf die Bestimmung, dass der für den Datenrahmen festgelegte Zeitraum abgeschlossen ist (718), das Auslassen von Schritt f) und direktes Fortfahren mit Schritt g) erfolgt; f) Bestimmen, ob der Puffer genügend Daten enthält, um den Übertragungsteil des Datenrahmens (720) aufzufüllen, wobei in Reaktion auf die Bestimmung, dass der Puffer nicht genügend Daten zum Auffüllen des Übertragungsteils des Datenrahmens hat, der Prozess von Schritt a) wiederholt wird, anderenfalls mit Schritt g) fortgefahren wird; und g) Übertragen von Inhalten des Puffers zu einem Modem.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Media Access Control(MAC)-Prozessor (414) den Schritt zur Bestimmung des Übertragungszeitraums basierend auf der Auslastung von vorherigen Datenrahmen durchführt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Media Access Control(MAC)-Prozessor (414) den Schritt zur Koordinierung einer Zeitsteuerung des Übertragungszeitraum mit einem Übertragungszeitraum eines zweiten Media Access Control(MAC)-Prozessors durchführt, der Dienste von der Basisstation bereitstellt.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, wobei der Media Access Control(MAC)-Prozessor (414) den Schritt für den Empfang von Daten von der entsprechenden entfernten Einheit hinsichtlich einer aktualisierten Kommunikationsmoduseinstellung und die Speicherung der aktualisierten Kommunikationsmoduseinstellung in der Lookup-Tabelle durchführt.
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