DE69837963T2

DE69837963T2 - Verfahren zur übertragung über mehrere übertragungsleiter mit dynamischer datenverteilung, entsprechender sender und endgerät

Info

Publication number: DE69837963T2
Application number: DE69837963T
Authority: DE
Inventors: Jacques Bousquet
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2018-03-28
Also published as: JP2000511751A; CA2256556A1; ID20567A; EP0916215B1; US6526064B1; WO1998044688A1; FR2761557B1; EP0916215A1; DE69837963D1; FR2761557A1

Description

Das Gebiet der Erfindung ist das jenige der Datenübertragung aus mehreren Quellen zu mehreren Empfängern über eine einzige Sendezentrale (englisch „Gateway").
Die Erfindung findet zum Beispiel, jedoch nicht ausschließlich, Anwendung auf das Senden von Daten zu einzeln stehenden und/oder schwer zu erreichenden Endgeräten über Satelliten.
Ein bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung ist auch derjenige des Sendens von Daten mit hoher Übertragungsrate, zum Beispiel im Rahmen des Internet-Netzes.
Selbstverständlich ist eine sehr große Zahl von Übertragungssystemen zu mehreren Empfängern bekannt. Die verschiedenen zu übertragenden Informationen werden dann untereinander gemultiplext.
Bekannt sind hier:

– das klassische Zeitmultiplexverfahren (TDM für „Time Division Multipexing"), nach dem die Daten nacheinander entsprechend einer Organisation in Datenrahmen gesendet werden, welche aus einer Reihe von Zeitintervallen gebildet werden, die jeweils einer der Kommunikationen zugewiesen sind;
– das Frequenzmultiplexverfahren (FDM für „Frequency Division Multiplexing"), nach dem jeder Kommunikation eine Trägerfrequenz zugewiesen wird;
– das Codemultiplexverfahren (CDM für „Code Division Multiplexing"), nach dem die Signale jeder Kommunikation gleichzeitig und auf derselben Trägerfrequenz gesendet werden, nachdem jedes von ihnen mit einem Code multipliziert wurde, der so gewählt wurde, dass er senkrecht zu allen anderen Codes steht (die Multiplikation mit diesem Code ermöglicht daher beim Empfang, dass Quellsignal wieder herzustellen).

Der klassische TDM-Ansatz beruht auf der Nutzung einer einzigen Trägerfrequenz, auf der ein Zeitmultiplexverfahren durchgeführt wird.
Um diese Technik zu verbessern, ist daran gedacht worden, gleichzeitig zwei der vorgenannten Techniken zu nutzen, so dass ein TDM-System mit mehreren Trägerfrequenzen realisiert wird. In diesem Fall wird der Empfänger über die Trägerfrequenz, der er folgen muss, durch die Signalisierungsdaten informiert.
1 stellt ein solches an sich bekanntes System dar.
Betrachtet wird der Fall von n zu übertragenden Kommunikationen, von denen jede eine gegebene Übertragungsrate d₁ bis d_n aufweist. Vorgesehen werden p Trägerfrequenzen (mit p kleiner als n) zur Übertragung dieser Kommunikationen an n Empfänger.
In diesem Fall wird jede Kommunikation 11₁ bis 11_n einer der Trägerfrequenzen 12₁ bis 12_p für die Kommunikation in ihrer Gesamtheit zugewiesen. Der Empfänger 13 wird auf die geeignete Trägerfrequenz f_i eingestellt.
Die auf jeder Trägerfrequenz f_i erreichte Datenrate beträgt:
wobei n_j gleich der Anzahl der auf dieser Trägerfrequenz f_i übertragenen Kommunikationen ist.
Selbstverständlich bleibt die erzielte Gesamtübertragungsrate:
unter der potenziellen Übertragungsrate S.
Tatsächlich ist eine solche Zuweisung der Ressourcen nicht optimal. Wenn man zum Beispiel den besonderen Fall einer Warteschlange von n Servern mit einer Verteilung des Poisson-Typs betrachtet, folgt das Verfahren dem Gesetz von Erlang. Dieses benachteiligt bei gleicher Anzahl der Gesamtleitungen Segmentierungen in kleine (das heißt mit geringer Anzahl an Servern) unabhängige Teilsysteme aufgrund der Wahrscheinlichkeit der Blockierung bei der Nutzung der Server.
Der Stand der Technik wird auch durch das Dokument FR 2 737 366 dargestellt, das eine Vorrichtung zur Übertragung aus einer Vielzahl von Quellen zu einer Vielzahl von Empfängern über eine einzige Sendezentrale unter Nutzung mehrerer Unter-Trägerfrequenzen für die Übertragung der Datenpakete darstellt. Diese Vorrichtung sieht jedoch nicht eine Gesamtanalyse aller zu übertragenden Daten vor, um die Nutzung der verfügbaren Senderessourcen zu optimieren.
Schließlich beschreibt das Dokument EP 0 667 695 ein Datenübertragungsverfahren, welches darin besteht, die auszutauschenden Daten auf eine Vielzahl von Trägerfrequenzen zu verteilen, die parallel gesendet werden, wobei jeder Funkstation eine bestimmte Anzahl von Trägerfrequenzen fest zugewiesen wird. Diese feste Zuweisung der Frequenzen ermöglicht infolgedessen nicht, die Nutzung der verfügbaren Senderessourcen zu optimieren.
D2 = US 5 598 417 beschreibt die dynamische Steuerung eines Datenkanals in einem drahtlosen Kommunikationssystem mit Zeitteilung.
D3 = US 5 583 851 beschreibt ein Gerät für mobile Kommunikationen, welches eine Funktion zur Zuweisung mehrerer Codes aufweist.
D4 = CHEN, Q. u. a., „Multicarrier CDMA with Adaptive Frequency Hopping for Mobile Radio Systems", IEEE Journal in Selected Areas in Communications, Band 14, Nr. 9, Dezember 1996 (1996-12), S. 1852–1859, xp000639647, beschreibt ein anderes System mit mehreren Trägerfrequenzen, Codemultiplexzugriff und Frequenzsprüngen.
Ziel der Erfindung ist es insbesondere, für diese dem Stand der Technik entsprechenden Nachteile Abhilfe zu schaffen.
Genauer gesagt, besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Übertragungsverfahren auf mehreren Trägerfrequenzen bereitzustellen, das für die Übertragung von mehreren Datenströmen zu unterschiedlichen Empfängern geeignet ist und welches die Nutzung der verfügbaren Senderessourcen optimiert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein solches Verfahren bereitzustellen, welches selbstverständlich nicht zu einer bedeutenden Erhöhung der Komplexität und/oder der Selbstkosten der entsprechenden Endgeräte führt.
Diese Zielsetzungen sowie weitere, die nachfolgend ersichtlich werden, werden gemäß der Erfindung erreicht, wie sie in Anspruch eins und folgende beschrieben ist.
Die Erfindung stellt somit eine dynamische Gesamtzuweisung sicher, die es ermöglicht, die Nutzung der Funkressource zu optimieren.
Vorteilhafterweise sind die Daten in Datenpaketen organisiert, wobei jedes Paket auf einem zuvor festgelegten Übertragungsleiter gesendet wird.
Die Zielinformationen, die den Zielempfänger eines Pakets angeben, können übertragen werden:

– in dem Paket selbst in Form eines Paket-Headers; oder
– über einen eigens für die Übertragung der Zielinformationen reservierten Übertragungsleiter.

Es kann sich insbesondere um Pakete entsprechend dem Internet-Datenübertragungsprotokoll handeln.
Die Erfindung erweist sich insbesondere in den Situationen als vorteilhaft, in denen die Anzahl der Übertragungsleiter deutlich kleiner als die Anzahl der Quellen ist (zum Beispiel einer für einige Dutzend).
Die Erfindung betrifft auch einen Sender für ein System zur Übertragung von Daten aus einer Vielzahl von Quellen zu einer Vielzahl von Empfängern, umfassend:

– Übertragungsvorrichtungen, die mindestens zwei unterschiedliche Datenübertragungsleiter nutzen, wobei die Empfänger selektiv auf einem beliebigen dieser Übertragungsleiter übertragene Daten empfangen können;
– Vorrichtungen zur dynamischen Verteilung der auf den Übertragungsleitern zu übertragenden Daten in Abhängigkeit von einer Gesamtanalyse von sämtlichen der zu übertragenden Daten; und
– Vorrichtungen zur Generierung von Signalisierungsdaten, die jedem der Empfänger regelmäßig genau den oder die Übertragungsleiter angeben, die er verwenden soll.

Vorteilhafterweise umfasst ein solcher Sender außerdem Vorrichtungen zur vorübergehenden Speicherung der für einen der Empfänger bestimmten Datenblöcke.
Er ist somit für die Übertragung von Datenpaketen optimiert.
Die Erfindung betrifft auch noch Sende/Empfangs-Endgeräte, die im Rahmen des weiter oben beschriebenen Verfahrens eingesetzt werden. Diese Endgeräte umfassen insbesondere Empfangsvorrichtungen für Daten, die als Antwort auf eine Anforderung gemäß einem Übertragungsprotokoll gesendet werden, wobei mindestens zwei unterschiedliche Datenübertragungsleiter genutzt werden, wobei das Endgerät selektiv auf einem beliebigen dieser Übertragungsleiter übertragene Daten empfangen kann und wobei es eine dynamische Verteilung der auf den Übertragungsleitern zu übertragenden Daten in Abhängigkeit von einer Gesamtanalyse sämtlicher der zu übertragenden Daten sicherstellt, wobei Signalisierungsdaten dem Endgerät regelmäßig genau den oder die Übertragungsleiter angeben, die es verwenden soll.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform klarer ersichtlich werden, die als einfaches Beispiel zur Veranschaulichung und ohne einschränkende Wirkung gegeben wird, sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf denen:
die bereits im einleitenden Teil kommentierte 1 ein klassisches TDM-System mit mehreren Trägerfrequenzen darstellt;
2 ein System mit dynamischer Gesamtzuweisung gemäß der Erfindung in allgemeiner Form darstellt;
3 und 4 zwei Sendemodi der Zielinformationen der Pakete veranschaulichen, die von dem System von 2 gesendet werden.
2 veranschaulicht somit das allgemeine Prinzip der Erfindung. Der Sender („Gateway") 21 empfängt zu übertragende Daten aus n unterschiedlichen Quellen 22₁ bis 22_n , die zum Beispiel Informationen entsprechen, die an einen Benutzer als Antwort auf eine an einen Internet-Server übertragene Anforderung zu übertragen sind.
Der Sender 21 verteilt die empfangenen Daten auf die p Trägerfrequenzen 23₁ bis 23_p , über die er verfügt. Jeder Monofrequenz-Empfänger 24 passt seine Demodulationsfrequenz so an, dass er die Trägerfrequenz 23_i empfängt, auf der eine für ihn bestimmte Information gesendet wird.
Der neue Ansatz der Erfindung beruht auf dem Umstand, dass die Empfänger 24 nicht starr auf eine einzige Trägerfrequenz festgelegt sind. Der Sender optimiert nämlich die Verteilung der Daten entsprechend einem Gesamtansatz. Infolgedessen werden die Daten derselben Kommunikation im Lauf der Zeit auf mehrere Trägerfrequenzen aufgeteilt, und der Empfänger 24 passt sich durch Frequenzsprünge an.
Diese Flexibilität beim Sendevorgang, die als dynamische Gesamtzuweisung bezeichnet wird, ermöglicht, eine Gesamtübertragungsrate S gleich der Summe der Übertragungsraten jeder Trägerfrequenz zu erreichen. Folglich wird die Nutzung der Funkressourcen optimiert.
Die an jedem Eingang 22_i empfangenen Daten werden vorübergehend in einem Pufferspeicher 25_i gespeichert, um Datenpakete beispielsweise entsprechend dem Internet-Protokoll zu bilden. Wenn das Paket vollständig ist, wird es an einen Multiplexer 26 übertragen, der es zu der gewählten Trägerfrequenz lenkt.
Die Informationen, die genau den Zielempfänger eines Datenpakets angeben, können in jedem Paket übertragen werden, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Pakete 31 umfassen jedes einen Header 32, der insbesondere die Identität des Zieles angibt, sowie ein Datenfeld. Die Empfänger empfangen die Pakete, lesen die Header und anschließend das Datenfeld, wenn sie jeweils das Ziel des Pakets sind.
Man kann auch vorsehen, dass die gesendeten Pakete 41 nur Nutzdaten umfassen, wie dies in 4 dargestellt ist. In diesem Fall können die Informationen 42, die den Zielempfänger eines Datenpakets angeben, über einen (oder mehrere) Übertragungsleiter 43 übertragen werden, die eigens für die Übertragung der Zielinformationen bestimmt sind.
Die oben beschriebene Ausführungsform beruht auf der Nutzung mehrerer Trägerfrequenzen. Es ist jedoch klar, dass diese durch einen anderen Übertragungsleitertyp und insbesondere durch ein CDM-System ersetzt werden können. In diesem Fall verfügt man beim Senden über p Codes an Stelle von p Trägerfrequenzen.
Es ist auch möglich, die beiden Techniken zu kombinieren, indem gleichzeitig mehrere Codes und mehrere Trägerfrequenzen verwendet werden (CDM/FDM-System).
Im Übrigen ist darauf hinzuweisen, dass, obwohl die beschriebene Ausführungsform Empfänger darstellt, die eine einzige Trägerfrequenz empfangen (oder einen einzigen Code decodieren) können, die Erfindung auch für Situationen gilt, in denen der Empfänger gleichzeitig Daten empfangen kann, die auf mehreren (im allgemeinen eine relativ begrenzte Zahl) Übertragungsleitern übertragen werden.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten aus einer Vielzahl von Quellen (22_i ) zu einer Vielzahl von Empfängern (24) über eine einzige Sendezentrale (21) unter Nutzung von mindestens zwei unterschiedlichen Daten-Trägerfrequenzen (23_i ), wobei die Empfänger (24) selektiv auf einer beliebigen dieser Trägerfrequenzen (23_i ) übertragene Daten empfangen können, dadurch gekennzeichnet, dass es eine dynamische Verteilung der auf den Trägerfrequenzen (23_i ) zu übertragenden Daten in Abhängigkeit von einer Gesamtanalyse der zu übertragenden Daten sicherstellt, wobei Signalisierungsdaten (32, 42) regelmäßig jedem der Empfänger (24) genau die eine oder mehrere Trägerfrequenzen (23_i ) angeben, die er verwenden soll.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten in Datenpaketen (31, 41) organisiert sind, wobei jedes Paket auf einer zuvor festgelegten [Frequenz] der Trägerfrequenzen gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen zur genauen Bestimmung des Zielempfängers eines Datenpakets (31; 41) übertragen werden: – in dem Paket selbst in Form eines Paket-Headers (32); oder – über eine der Trägerfrequenzen (43), die eigens für die Übertragung von Zielinformationen reserviert ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Trägerfrequenzen (23_i ) deutlich kleiner ist als die Anzahl der Quellen (22_i ).
Sender für ein System zur Übertragung von Daten aus einer Vielzahl von Quellen (22_i ) zu einer Vielzahl von Empfängern (24), dadurch gekennzeichnet, dass er umfasst: – Übertragungsvorrichtungen (21), die mindestens zwei unterschiedliche Trägerfrequenzen (23_i ) nutzen, wobei die Empfänger (24) selektiv auf einer beliebigen dieser Trägerfrequenzen (23_i ) übertragene Daten empfangen können; – Vorrichtungen (21) zur dynamischen Verteilung der auf den Trägerfrequenzen (23_i ) zu übertragenden Daten in Abhängigkeit von einer Gesamtanalyse von sämtlichen der zu übertragenden Daten; und – Vorrichtungen zur Generierung von Signalisierungsdaten (32; 42), die jedem der Empfänger (24) regelmäßig genau die eine oder mehrere Trägerfrequenzen (23_i ) angeben, die er verwenden soll.
Sender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass er außerdem Vorrichtungen (25_i ) zur vorübergehenden Speicherung von für einen der Empfänger (24) bestimmten Datenblöcken umfasst.
Sende/Empfangs-Endgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es Empfangsvorrichtungen für Daten umfasst, die als Antwort auf eine Anforderung gemäß einem Übertragungsprotokoll gesendet werden, wobei mindestens zwei unterschiedliche Daten-Trägerfrequenzen (23_i ) genutzt werden, wobei das Endgerät selektiv auf einer beliebigen dieser Trägefrequenzen (23_i ) übertragene Daten empfangen kann und wobei es eine dynamische Verteilung der auf den Trägerfrequenzen (23_i ) zu übertragenden Daten in Abhängigkeit von einer Gesamtanalyse sämtlicher der zu übertragenden Daten sicherstellt, wobei Signalisierungsdaten (32; 42) dem Endgerät regelmäßig genau die eine oder mehrere Trägerfrequenzen (23_i ) angeben, die es verwenden soll.