DE69831799T2 - Sendeleistungsregelung für paketvermittelte Kommunikationssysteme - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung betrifft Kommunikationssysteme und insbesondere ein Verfahren und System für die schnelle Regelkreisleistungsregelung in Breitband-Fernmeldetechnik mit Vielfachzugriff durch Codetrennung (W-CDMA).
- Traditionell ist die Benutzergesprächsdichte in einem CDMA-System leitungsvermittelt und, sobald ein Anruf eingerichtet ist, wird die Verbindung während der Dauer der Dienstanforderung aufrecht erhalten. Ein zugewiesener Gesprächskanal (Dedicated Traffic Channel – DTCH) wird jedem aktiven Benutzer sowohl für die Abwärtsstrecke als auch für die Aufwärtsstrecke zugewiesen und jeder DTCH ist durch einen einzigartigen Spreizcode gekennzeichnet. Während des gesamten Anrufs wird der DTCH ausschließlich durch den aktiven Benutzer verwendet.
- Ein leitungsvermitteltes Verfahren ist robust und führt durch unterstützende Macro-Diversity-(Soft Handover)-Leistungsregelung zu hoher Systemkapazität. In Breitbandmehrfachdienst-CDMA-Systemen müssen extrem stoßweise Gesprächsanforderungen durch Anpassen der Datenrate und folglich des Spreizfaktors beziehungsweise des Spreizcodes unterstützt werden. Jedoch führt der Bedarf an schneller Anpassung des Spreizcodes zu höchst komplexen Belegungsalgorithmen.
- Ein anderes beliebtes Verfahren zum Beherrschen stoßweiser Dienstanforderungen gründet sich auf paketvermittelten Daten. ETSI UMTS W-CDMA und ARIB W-CDMA schlagen vor, den Random Access Channel (RACH) und den Forward Access Channel (FACH) zu verwenden, um wenig häufige stoßweise Paketdaten zu übertragen. Der Vorteil solch eines Schemas liegt in der geringen Errichtungszeit, da kein zugewiesener Kanal erforderlich ist. Jedoch verwendet dieser Übertragungsmechanismus nur Steuerkettenleistungsregelung und Macro-Diversity wird nicht unterstützt.
- In der Patentanmeldung Nummer
EP 98303327.5 EP 0 940 936 wurde das Multiplexen vieler stoßweiser Paketdatenbenutzer auf demselben Abwärtsstrecken-DTCH beschrieben. Das Multiplex-Programm verband viele der Vorzüge der oben erwähnten Programme, nämlich Belegung mit niedrigkomplexem Code, Macro-Diversity und Soft Handover und geringer zuordenbarer Regelungsaufwand. Außerdem stellt das Programm begrenzte Regelkreisleistungsregelung bereit. Das Ausmaß, in welchem die schnelle Regelkreisleistungsregelung erzielt werden kann, hängt von der Funkrahmenkonfiguration ab, da, je mehr Sendezeitfenster einem Benutzer in einem Funkrahmen zugewiesen werden können, die Regelkreisregelung umso besser ist. Jedoch wird im schlechtesten Fall, wo nur ein Zeitfenster einem Benutzer in einem Rahmen zugeordnet ist, die Regelkreisleistung verlangsamt und folglich ergibt sich eine deutliche Funktionsminderung. - WO 94/06217 offenbart ein anderes System der Abwärtsstreckenpaketsendung mit Leistungsregelungsinformationen in jedem Paket, während
EP 0 847 147 einen allgemeinen Leistungsregelungskanal offenbart. - Es ist daher ein Erfordernis für eine schnelle Regelkreisleistungsregelung, die Paketdatensendeleistung aufrecht zu erhalten.
- Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein paketvermitteltes Kommunikationssystem bereitgestellt, umfassend einen Abwärtsstreckenkanal, über den eine Station mit mindestens einem Benutzer kommuniziert, wobei der Abwärtsstreckenkanal in mehrere Rahmen unterteilt ist, wobei jeder Rahmen mehrere Datenpakete enthält, jedes Datenpaket zu einem bestimmten Benutzer geleitet wird und Sendeleistungsregelinformationen für den Benutzer enthält, und dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Datenpaket in jedem Rahmen Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen anderen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
- Das System kann ein Nullbenutzerpaket enthalten, welches zu keinem vorbestimmten Benutzer geleitet wird, das Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren der paketvermittelten Kommunikation zwischen einer Station und mindestens einem Benutzer bereitgestellt, umfassend das Bereitstellen eines Abwärtsstreckenkanals, über welchen eine Station mit mindestens einem Benutzer kommuniziert, das Unterteilen des Abwärtsstreckenkanals in mehrere Rahmen, wobei jeder Rahmen mehrere Datenpakete enthält, das Leiten jedes Datenpakets zu einem vorbestimmten Benutzer, Aufnehmen von Sendeleistungsregelinformationen für den Benutzer in jedes Datenpaket und gekennzeichnet dadurch, dass mindestens ein Datenpaket in jedem Rahmen Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen anderen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
- Das System verwendet ein Erweitertes Sendeleistungsregel(ETPC)-Feld, welches Paketsendeleistungsregelinformationen für die anderen Benutzer des paketvermittelten Kommunikationssystems enthält. Dies erlaubt eine sehr schnelle Regelkreisleistungsregelung, da die Leistungsregelinformation einmal pro Rahmen, sogar einmal pro Paket für Paketsendung über den geteilten, einzelnen, physikalisch zugewiesenen Gesprächskanal erneuert wird. Daher ergibt sich eine deutliche Kapazitätsverbesserung.
- Daher wird ein Programm bereitgestellt, um viele stoßweise Paketdatenbenutzer auf einem einzelnen physikalisch zugewiesenen Gesprächskanal (DTCH) zu multi plexen. Dieses Programm besitzt Vorteile gegenüber sowohl dem willkürlichen Zugriffspaket als auch den Einzelbenutzer pro Code virtuellen Leitungsübertragungsprogrammen für stoßweise Paketdaten. Die Erfindung vereinfacht orthogonale Spreizcodezuweisung, während die meisten der Vorteile der virtuellen Leitungsübertragung (z.B. Soft Handover, Diversity-Gain und Regelkreisleistungsregelung) erhalten bleiben.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird als bloßes Beispiel mit Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei:
-
1 eine Abwärtsstrecken-DTCH-Kanalstruktur gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
2 eine andere Abwärtsstrecken-DTCH-Kanalstruktur gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
3 eine Abwärtsstrecken-DTCH-Kanal serielle Übertragung gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
4 eine Abwärtsstrecken-DTCH-Kanal parallele Übertragung gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
5 eine UPF-Struktur gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
6 eine UPF-Musterwiederholung gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
7 ein Sendeleistungsregelsymbol gemäß dem Stand der Technik darstellt; -
8 einen Sendeleistungsregelmechanismus gemäß der Erfindung darstellt; -
9 einen anderen Sendeleistungsregelmechanismus gemäß der Erfindung darstellt; -
10 einen anderen Sendeleistungsregelmechanismus gemäß der Erfindung darstellt; und -
11 noch einen anderen Sendeleistungsregelmechanismus gemäß der Erfindung darstellt. - In der Initialisierungsstufe erwirbt eine Mobilstation (MS) Fenster-und-Rahmen-Synchronisation und muss auch Code-Gruppen-Identifikation und Verschlüsselungscode-Identifikation ausführen. Nachdem der Verschlüsselungscode identifiziert worden ist, kann ein primärer Allgemeiner Physikalischer Regelkanal (Common Control Physical Channel – CCPCH) erfasst werden, die systemspezifische und die zellenspezifische BCCH-Information kann eingelesen werden. Der Random Access Channel (RACH) ist der MS bekannt.
- Für eine MS initiierte stoßartige Paketdatensendung, führt die MS einen willkürlichen Zugriffsanforderungsvorgang aus. Auf der Grundlage des erfolgreichen Empfangs der willkürlichen Zugriffsanforderung von einem MS, informiert die Basisstation (BS) die MS über den DTCH, auf welchem die Paketdaten gesendet werden sollen. Für BS initiierte stoßartige Paketdatensendung ruft die BS einfach den(die) Benutzer an und bezeichnet den DTCH, auf welchem die Paketdaten gesendet werden sollen und die MS bestätigt das Errichten des DTCH. In beiden Fällen werden die MS durch die BS über die Anzahl der Zeitfenster im DTCH-Rahmen, der ihnen zugewiesen ist, informiert. Anders gesagt, weiß jede MS die Position des Fensters (wenn vorhanden) im DTCH-Rahmen, um die Pakete zu empfangen.
- Der Abwärtsstrecken-DTCH-Kanal ist, wie in
1 gezeigt, organisiert. Ein DTCH-Rahmen besteht aus 16 Fenstern. Das erste Fenster wird verwendet, um einen Benutzerpaketmerker (User Packet Flag – UPF) zu senden, welcher die Position eines Pakets bezeichnet, das an einen bestimmten Benutzer adressiert ist. Der Rest der Fenster im Rahmen wird verwendet, um Benutzerpakete zu senden. - Regelungsinformation (Pilotinformation, Sendeleistungsregelung (TPC) und Rateninformation (RI)) wird auf einem zugewiesenen physikalischen Regelkanal (dedicated physical control channel – DPCCH) gesendet und Dateninformation wird auf einem zugewiesenen physikalischen Datenkanal (dedicated physical data channel – DPDCH) gesendet. Der DPCCH und der DPDCH sind in Zeitmultiplex geschaltet, wie in
1 gezeigt. Während der DPDCH, welcher jedem Benutzer zugeordnet ist, das Benutzerpaket trägt, trägt der DPDCH des UPF stattdessen die Benutzerpaketmerker(UPF)-Information. - Eine allgemeine Konfiguration des DTCH stellt sich so dar, dass nicht alle Rahmenfenster durch Benutzerpakete gefüllt sind, wie in
2 gezeigt. In Fällen, wo ein DTCH-Rahmen nicht alle aktiven Pakete von jedem Benutzer aufnehmen kann, wird mehr als ein DTCH-Rahmen verwendet. Dieser Fall ist in3 gezeigt. Man beachte, dass in diesem Fall nur ein DTCH-Kanal (mehrere Rahmen, aber nur ein Codekanal) verwendet wird. Dieses Programm wird eingesetzt, wenn die Verzögerung gemäß des Servicequalitätserfordernisses (QoS) statthaft ist. - Um eine höhere Bitratenübertragung zu erzielen, wird ein Multicode-Programm verwendet, um mehrere DTCHs zu errichten, gezeigt in
4 . - Ein Benutzerpaketmerker (UPF) setzt sich aus 15 Feldern zusammen, entsprechend maximal 15 Fenster für Benutzerpakete in einem Rahmen.
UPF = [UPF1, UPF2, UPF3, ......, UPF15] - Jedes Feld eines UPF bezeichnet den Fensterstatus (ob ein Paket für den bestimmten Benutzer vorhanden ist oder nicht):
UPFi = [status],
wobei
status = {0 kein Paket
{1 ein Paket - Ein UPF ist bloß eine Sequenz von Bits der Länge L und typischerweise ist L gleich 15 + 1 (umfassend das erste Bit = 0 dauerhaft), da maximal 15 Benutzer zugewiesen sind, um stoßweise Paketdaten vom DTCH zu empfangen. Sobald eine MS ein UPF empfängt, ist sie in der Lage zu erkennen, ob ein Paket im Rahmen vorhanden ist. Wenn eines vorhanden ist, kann sie den Empfang vornehmen. Ein Beispiel eines UPF wird in
5 gezeigt. - Dieses UPF-Muster (UPF = 6A91H) zeigt an, dass die folgenden Benutzer Pakete im Rahmen vorliegen haben:
Benutzer1, Benutzer2, Benutzer4, Benutzer6, Benutzer8, Benutzer11 und Benutzer15. - Die folgenden Benutzer weisen keine Pakete im Rahmen auf:
Benutzer3, Benutzer5, Benutzer7, Benutzer9, Benutzer10, Benutzer12, Benutzer13 und Benutzer14. - Man beachte, dass UPF0 immer auf 0 gesetzt ist. Um es robuster zu gestalten, kann Wiederholung oder einfaches Codieren eingesetzt werden, um Diversity-Gain zu erzielen, wie in
6 gezeigt. - Regelungsinformation (Pilotinformation, TPC und RI) wird in jedem Fenster auf dem DTCH übertragen, auch in einem leeren Fenster (kein Datenpaket ist in jenem Fenster eingefüllt). Daher kann der Soft-Handover-Mechanismus als auch die begrenzte Regelkreisleistungsreglung erhalten bleiben.
- Die Aufwärtsstreckenübertragung erfolgt nicht im Zeit-Multiplex; jedem Benutzer wird ein einzigartiger Spreizcode zugewiesen, daher liegt Code-Multiplex vor. Da der Regelkanal für jeden Benutzer ununterbrochen in der Aufwärtsstrecke übertragen wird, ist die Basisstation in der Lage die empfangene Leistung ununterbrochen zu überwachen. Jedoch ist die BTS in der Anzahl der Leistungsregelsymbole, die sie an jeden Benutzer senden kann, begrenzt. Tatsächlich überträgt die BTS ein TPC-Symbol, welches für einen einzelnen Benutzer relevant ist, während des Fensters, welches jenem Benutzer zugewiesen ist (z.B. Benutzer 1, gezeigt in
7 ). Folglich kann der Benutzer im schlechtesten Fall so wenige wie ein TPC-Symbol pro Rahmen empfangen, in dem nur ein Fenster in einem Rahmen einem Benutzer zugewiesen ist. Die Aufwärtsstreckenleistungsregelung ist beschränkt, nicht nur in der Qualität der Information, sondern auch wie oft die Information gesendet werden kann. - Obwohl dieses Programm Vorteile gegenüber sowohl der Übertragung auf Random Access Channel (RACH)- und Einzelbenutzer pro Code-Programmen für stoßweise Paketdaten besitzt, kann die vorhandene Leistungsregelung verlangsamt werden, wenn die Leistungsregelungsinformation nur einmal pro Rahmen erneuert wird.
- Durch Erstrecken des TPC-Feldes, um die Leistungsregelungsinformation für alle Benutzer in einem physikalischen Kanal zu enthalten, sind alle MS-Benutzer in der Lage, die TPC-Information in jedem Fenster zu empfangen, auch wenn sie auf der Abwärtsstreckenverbindungsübertragung im Freizustand sind. MS-Benutzer können dann schnell ihre Aufwärtsstreckensendeleistung als Reaktion auf Veränderungen in der Leistungszu weisung anpassen.
- Man betrachte zum Beispiel eine Anwendung des Herunterladens eines Bildes aus dem Internet mit einer Spitzenpaketdatenübertragungsrate von 128kbps. In einem Funkrahmen gibt es ungefähr 60 Bits Nutzlast plus 8 Pilotinformation-Bits und 2 TPC-Bits (ein Symbol) innerhalb eines Fensters von 0,625ms. Es ist machbar, die TPC-Feldsymbolzahl von einem auf die Anzahl der Benutzer über den physikalischen Kanal auszuweiten, gezeigt in
8 . - Man beachte, dass 8 Benutzer pro Funkrahmen als ein Beispiel verwendet wurden. Offensichtlich gilt, dass je weniger Benutzer pro Rahmen, umso weniger Verwaltungsaufwand und umso effizienter die Datenübertragung. Andererseits gilt, je weniger Benutzer pro Rahmen, umso weniger effizient die Codeausnutzung. Daher gibt es einen deutlichen Abtausch zwischen der Anzahl der Benutzer, die auf einem Rahmen im Multiplex vorhanden sind, und dem Codeausnutzungswirkungsgrad. Wenn der Aufwand an TPC-Symbolen zu groß ist (z.B. zu viele Benutzer auf einem Codekanal), kann man den Einsatz eines anderen Codekanals erwägen.
- Mit dem Leistungsregelungsmechanismus kann die Funkrahmenkonfiguration gezeigt werden wie in
9 und10 (noch immer unter Verwendung von 8 Benutzern als Beispiel). In9 umfasst das Paket von Benutzer 4 ein ausgeweitetes TPC-Feld, das Leistungsregelungsinformation für alle Benutzer auf der Aufwärtsstreckenübertragung enthält. Zusätzlich zu Benutzer 4 hört jeder Benutzer auf dieses Feld und übernimmt sein eigenes TPC-Symbol. Auch in einem Freifenster, wo kein Benutzerpaket übertragen wird, wird das ausgeweitete TPC-Feld, welches in Verbindung mit dem Pilotinformationssignal verwendet wird, noch übertragen. Jeder Benutzer nimmt seine eigene TPC-Information auf, auch wenn das Benutzerpaketfeld null ist. Dies ist in10 gezeigt. - Da es kein Codeverknappungsproblem auf der Aufwärtsstreckenübertragung gibt, kann angenommen werden, dass jeder Paketdatenbenutzer einen DTCH halten kann. In jedem Zeitfenster sind die Benutzerpaketdaten nur für einen bestimmten Benutzer vorgesehen. Jedoch verwenden alle Benutzer die Pilotinformationssymbole. Daher muss die Abwärtsstreckensendeleistung der Pilotinformationssymbole konstant und hoch genug für alle Benutzer sein, um sie richtig zu empfangen. Der Datenabschnitt kann für jeden Benutzer angepasst sein. Der ununterbrochene Aufwärtsstreckenregelkanal für jeden Benutzer enthält alle Abwärtsstreckenleistungssteuersymbole, die für einen zugewiesenen Gesprächskanal definiert sind. Folglich kann die Abwärtsstrecke den Leistungspegel der Benutzerdaten richtig anpassen, wie in
11 gezeigt.
Claims (3)
- Paketvermitteltes Kommunikationssystem, umfassend: einen Abwärtsstreckenkanal, über den eine Station mit mindestens einem Benutzer kommuniziert, wobei der Abwärtsstreckenkanal in mehrere Rahmen unterteilt ist, wobei jeder Rahmen mehrere Datenpakete enthält, jedes Datenpaket zu einem bestimmten Benutzer geleitet wird und Sendeleistungsregelinformationen für den Benutzer enthält, und dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Datenpaket in jedem Rahmen Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen anderen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
- Paketvermitteltes Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Nullbenutzerpaket enthält, das zu keinem vorbestimmten Benutzer geleitet wird, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Nullbenutzerpaket Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
- Verfahren zur paketvermittelten Kommunikation zwischen einer Station mit mindestens einem Benutzer, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines Abwärtsstreckenkanals, über den eine Station mit mindestens einem Benutzer kommuniziert, Unterteilen des Abwärtsstreckenkanals in mehrere Rahmen, wobei jeder Rahmen mehrere Datenpakete enthält, Leiten jedes Datenpakets zu einem vorbestimmten Benutzer, Aufnehmen von Sendeleistungsregelinformationen für den Benutzer in jedes Datenpaket, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Datenpaket in jedem Rahmen Sendeleistungsregelinformationen für mindestens einen anderen Benutzer des Kommunikationssystems enthält.
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