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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Steuerung einer Leistung, die zur Übertragung
von Daten zwischen einem Endgerät
und einer Sende-/ Empfangsvorrichtung eines Kommunikationssystems
verwendet wird, und ebenso eine entsprechende Vorrichtung. Die vorliegende
Erfindung ist insbesondere auf ein Leistungssteuerungsverfahren
und eine entsprechende Vorrichtung gerichtet, die in Codemultiplex-Systemen (CDMR-Systemen
bzw. Code-Division-Multiple-Access-Systemen) verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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In den vergangenen Jahren fand eine
weite Verbreitung von Mobilfunktelekommunikationssystemen statt.
Derartige Mobilfunktelekommunikationssysteme (beispielsweise GSM,
Systeme der 3. Generation, wie das Universal Mobile Telecommunications
System (UMTS) und andere) arbeiten mit unterschiedlichen Datenübertragungsverfahren.
Ein derartiges Datenübertragungsverfahren
ist beispielsweise ein Code-Multiplex-Verfahren (CDMA-Verfahren).
Dieses CDMA-Verfahren ist in ein Breitband-Code-Multiplex-Verfahren (WCDMA-Verfahren
bzw. Wideband Code Division Multiple Access Verfahren) (oder Breitband-CDMA)
weiterentwickelt worden, das ein größeres Frequenzband verwendet,
um beispielsweise in Kommunikationssystemen der dritten Generation
wie UMTS verwendet zu werden.
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Sowohl in einem CDMA- als auch einem
WCDMA-Verfahren ist das Grundarbeitsprinzip ähnlich. Daten, die zwischen
Endgeräten,
wie beispielsweise Mobilstationen, über ein Kommunikationsnetzwerk
zu übertragen
sind, das verschiedene Netzwerkelemente wie Sende-/ Empfangsvorrichtungen,
wie beispielsweise Basis-Sende-/ Empfangsstationen, Mobilvermittlungsstationen
und dergleichen umfasst, werden mit einem einmaligen Code multipliziert,
der einer jeweiligen Verbindung zugewiesen wird. Dieser Code weist
eine höhere Frequenz
als die Daten auf, was im Vergleich zur ursprünglichen Datenbandbreite in
einer breiten Übertragungsbandbreite
resultiert. Dieser Prozess ist auch als Spreizung bzw. Spreading
bekannt.
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Bei einer Empfangsseite, die den
jeweiligen Code kennt, wird das übertragene
Signal dekodiert und die wiedergewonnenen Daten werden weiterverarbeitet.
Dieser Prozess ist auch als Entspreizung bzw. Despreading bekannt.
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Für
eine korrekte Wiedergewinnung der Daten aus dem übertragenen Signal ist eine
Hauptbedingung, dass die empfangenen Signale eine (annäherend)
konstante und gleichbleibende Stärke
aufweisen. Da in einem Mobiltelekommunikationssystem, beispielsweise
aufgrund einer Bewegung der Endgeräte, sehr unterschiedliche Signalstärken empfangen
werden können,
wenn sie immer mit der gleichen Übertragungsleistung übertragen
werden, kann eine Störung
zwischen unterschiedlichen Endgeräten, die zu der gleichen Zeit übertragen,
auftreten. Folglich ist eine genaue Leistungssteuerung in einer
Aufwärtsstreckenrichtung
bzw. Uplink-Richtung (Endgerät
zu Sende-/Empfangsstation) und einer Abwärtsstreckenrichtung bzw. Downlink-Richtung
(Sende-/ Empfangsstation zu Endgerät) erforderlich.
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In CDMR-Systemen der dritten Generation
(beispielsweise cdma2000, WCDMA) wird sowohl in der Aufwärtsstrecken-
als auch der Abwärtsstrecken-Richtung
eine schnelle Leistungssteuerung verwendet. Hierbei ist die Dekodierungsleistung
optimal, wenn die empfangene Signalleistung so konstant wie möglich ist. Dies
ist insbesondere erforderlich, wenn die Dienstverzögerung (service
delay) begrenzt ist (beispielsweise bei Sprachkommunikation) und
ein Schwund bzw. ein Fading Fehler verursachen kann. Die schnelle
Leistungssteuerung ist in der Lage, auch schnellen Fadings zu folgen.
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Demgegenüber ist die Abwärtsstreckenrichtung-Übertragungskapazität maximiert,
wenn die übertragene
Leistung minimiert ist, d. h. die erzeugte Störung bzw. Interferenz so gering
wie möglich
ist. Eine schnelle Leistungssteuerung hat jedoch zum Ziel, dass
die empfangene Leistung konstant ist. Dies bedeutet, dass die übertragene
Leistung in großem
Umfang variiert, was den übertragenen
Leistungsdurchschnittswert vergrößert. Ebenso
verursacht die Variation der übertragenen
Leistung Leistungsspitzen, die für
eine Systemlaststeuerung schädlich
sind.
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Im Falle beispielsweise einer Paketdatendienstes
ist jedoch ein Erneute-Übertragung-Protokoll
beinhaltet. Dies bedeutet, dass ein Datenverlust, beispielsweise
aufgrund von Dekodierungsschwierigkeiten, keine absoluten Fehler
verursachen würde,
sondern lediglich zu einer erneuten Übertragung führen würde. Dies
ermöglicht
es einer Paketdatenleistungssteuerung, nicht jedem Schwund zu folgen,
sondern Schwünde
durch erneute Übertragungen
zu kompensieren.
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Wenn eine langsamere Leistungssteuerung
verwendet wird, kann ein Auftreten hoher Interferenzspitzen wie
bei der schnellen Leistungssteuerung verhindert werden. Eine langsamere
Leistungssteuerung arbeitet jedoch für verzögerungsbegrenzte Dienste schlecht,
da sie einem schnellen Fading des Signals nicht folgen kann.
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In der Druckschrift EP-A-0 682 417
ist ein Übertragungsleistungssteuerungsverfahren
eines Spreizspektrum-Kommunikationssystems offenbart, das eine Übertragungsleistung
entsprechend einem Übertragungsleistungssteuerungsbit
(TPC-Bit) bestimmt.
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In der Druckschrift EP-A-0 682 419
ist ein Übertragungsleistungssteuerungsverfahren
offenbart, das in Abhängigkeit
von Änderungen
in dem gewünschten
empfangenen Signalpegel bei der Mobilstation eine offene oder eine
geschlossene Regelkreissteuerung verwendet.
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Kurzzusammenfassung
der Erfindung
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Folglich ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zur Steuerung einer Leistung bereitzustellen, die für eine Übertragung
von Daten zwischen einem Endgerät
und einer Sende-/Empfangsvorrichtung eines Kommunikationssystems
verwendet werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung einer Leistung
gelöst,
die zur Übertragung
von Daten zwischen einem Endgerät
und einer Sende-/Empfangsvorrichtung eines Kommunikationssystems
verwendet wird, wobei das Verfahren Schritte umfasst zum Überwachen
während
einer vorbestimmten Zeiteinheit der Leistung, die bei einer Übertragung
zwischen dem Endgerät
und der Sende-/ Empfangsvorrichtung verwendet wird, zum Anfordern
einer Vergrößerung oder
Verkleinerung der bei der Übertragung
verwendeten Leistung unter Verwendung eines spezifischen Informationselements
für jede vorbestimmte
Zeiteinheit, zum Speichern einer vorbestimmten Anzahl der spezifischen
Informationselemente, zum Berechnen eines ersten Werts und eines
zweiten Werts, die die Übertragungsleistung
betreffen, während der
vorbestimmten Anzahl der spezifischen Informationselemente, und
zum Entscheiden unter Verwendung des ersten Werts und des zweiten
Werts, die die Leistung betreffen und die in dem Berechnungsschritt
berechnet werden, ob der erste Wert, der die Leistung betrifft,
größer ist
als eine Summe des zweiten Werts, der die Leistung betrifft, und
eines vorbestimmten Pegels.
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Des Weiteren ist in der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung vorgeschlagen Vorrichtung zur Steuerung
einer Leistung, die zur Übertragung
von Daten zwischen einem Endgerät
und einer Sende-/Empfangsvorrichtung eines Kommunikationssystems
verwendet wird, wobei die Vorrichtung eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung
während
einer vorbestimmten Zeiteinheit der Leistung, die bei einer Übertragung
zwischen dem Endgerät
und der Sende-/Empfangsvorrichtung verwendet wird, eine Anforderungseinrichtung
zur Anforderung einer Vergrößerung oder
einer Verkleinerung der bei der Übertragung
verwendeten Leistung unter Verwendung eines spezifischen Informationselements
für jede
vorbestimmte Zeiteinheit, eine Speichereinrichtung zur Speicherung
einer vorbestimmten Anzahl der spezifischen Informationselemente,
eine Berechnungseinrichtung zur Berechnung eines ersten Werts und
eines zweiten Werts, die die Übertragungsleistung betreffen,
während
der vorbestimmten Anzahl der spezifischen Informationselemente,
und eine Entscheidungseinrichtung umfasst zur Entscheidung unter
Verwendung des ersten Werts und des zweiten Werts, die die Leistung
betreffen und die durch die Berechnungseinrichtung berechnet werden,
ob der erste Wert, der die Leistung betrifft, größer ist als eine Summe des
zweiten Werts, der die Leistung betrifft, und eines vorbestimmten
Pegels.
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Vorteilhafte Weiterentwicklungen
der vorliegenden Erfindung sind wie in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
sind das vorgeschlagene Verfahren und/oder die vorgeschlagene Vorrichtung
einfach zu implementieren, da lediglich kleine Änderungen in derzeitigen Systemen
erforderlich sind.
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Des Weiteren ist beispielsweise eine
Abwärtsstreckenrichtung-Leistungssteuerung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Lage, die Dekodierungsleistung zu maximieren, indem
einem Fading so gut wie möglich
gefolgt wird, und ebenso die bei anderen Endgeräten verursachte Interferenz
zu minimieren. Es ist möglich,
auch einem schnellen Fading wie bei der schnellen Leistungssteuerung
zu folgen, aber wenn der geforderte Leistungsanstieg in einer vorbestimmten
Zeit zu hoch ist, wird eine entsprechende große Vergrößerung der Übertragungsleistung verhindert.
Außerdem
werden übermäßig hohe
Leistungsspitzen verhindert, und folglich kann die Leistung der
Systemlaststeuerung verbessert werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind nachstehend ausführlich
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 ein
Flußdiagramm,
das das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, und
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2 ein
Blockschaltbild, das ein Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend ist als ein erstes Beispiel
der vorstehend genannte Abwärtsstreckenrichtungsfall
beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Leistungssteuerungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung in dem Flußdiagramm
veranschaulicht.
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In Schritt S1 wird die Leistungssteuerung
gestartet, wenn beispielsweise eine Paketdatenkommunikationsverbindung
zwischen zwei Endgeräten
TD über
ein Kommunikationsnetzwerk (d. h. über zumindest eine Basis-Sende-/Empfangsstation
BTS) aufgebaut ist. Während
der Kommunikation wird die Signalstärke (d. h. die Übertragungsleistung)
von der Basis-Sende-/ Empfangsstation BTS häufig in einem jeweiligen Zeitschlitz durch
das Endgerät
TD überwacht
(Schritt S2). Wenn es erforderlich ist, d. h., wenn sich die Signalstärke über oder
unter einem vorbestimmten Wert ändert,
fordert in Schritt S3 das Endgerät
TD eine Vergrößerung oder Verringerung
der Übertragungsleistung
der Basis-Sende-/Empfangsstation jeweils an.
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Diese Anforderung wird durch spezifische
Informationselemente oder Befehle dargestellt, die als sogenannte Übertragungsleistungssteuerungsbits
(Transfer Power Control Bits) TPC bekannt sind. Diese TPC-Bits weisen
einen Wert von +1 auf, wenn eine Vergrößerung der Leistung um einen
vorbestimmten Pegel angefordert wird, und einen Wert von –1 auf,
wenn eine Verringerung der Leistung um einen vorbestimmten Pegel
angefordert wird. Für
eine jeweilige Zeiteinheit wird ein TPC-Bit gesendet. Diese Zeiteinheit
ist beispielsweise ein Zeitschlitz oder ein Rahmen, der eine Vielzahl
von Zeitschlitzen umfasst.
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In Schritt S4 empfängt die
Basis-Sende-/Empfangsstation BTS die TPC-Bits, die für jede Zeiteinheit gesendet
werden. Des Weiteren wird eine vorbestimmte Anzahl w der TPC-Bits,
d. h. TPC-Bits einer vorbestimmten Anzahl w von aufeinanderfolgenden
Zeiteinheiten, gespeichert. Wenn die vorbestimmte Anzahl w erreicht
ist, wird in Schritt 55 ein Leistungsanstieg während der letzten w Zeiteinheiten
berechnet. Dieser Leistungsanstieg kann beispielsweise durch ein
Summieren der TPC-Bits bestimmt werden. Dann wird in Schritt S6
ebenso eine empfangene Übertragungsdurchschnittsleistung
(beispielsweise in dB angegeben) während dieser w Zeiteinheiten
unter Verwendung der TPC-Bits berechnet. Die Berechnung der Durchschnittsleistung kann
beispielsweise wie nachstehend beschrieben ausgeführt werden:
zu Beginn einer Berechnungszeitdauer weist die Leistung (d. h. die
Signalstärke)
einen Wert von beispielsweise 10 dBm auf. Wenn in der Berechnungszeitdauer
TPC-Bits –1,
+1, +1, +1 gesendet werden, wird die Durchschnittsleistung berechnet durch
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In Schritt S7 wird, indem der berechnete
Leistungsanstieg und die Durchschnittsübertragungsleistung während der
w Zeiteinheiten verwendet wird, entschieden, ob der Leistungsanstieg
größer als
eine Summe der Durchschnittsleistung und eines vorbestimmten Pegels
L ist. Der vorbestimmte Pegel L ist beispielsweise in dB angegeben.
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Wenn die Entscheidung in Schritt
S7 positiv ist, d. h., der Leistungsanstieg für die w Zeiteinheiten ist zumindest
L dB höher
als die Durchschnittsleistung, wird eine Vergrößerung der Übertragungsleistung verhindert
(Schritt S8). Das heißt,
die Übertragungsleistung,
die durch die Basis-Sende-/Empfangsstation BTS zu dem Endgerät TD verwendet
wird, wird konstant gehalten oder auch verkleinert, auch wenn eine
Vergrößerung angefordert
worden ist.
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Demgegenüber wird, wenn die Entscheidung
in Schritt S7 negativ ist, d. h., der Leistungsanstieg während der
w Zeiteinheiten ist nicht L dB höher
als die Durchschnittsleistung, ein Leistungsanstieg gestattet, d. h.
die Übertragungsleistung
kann durch die Basis-Sende-/Empfangsstation
vergrößert (oder
verkleinert) werden, (Schritt S9), wie es angefordert ist. Die Übertragungsleistung,
die durch die Basis-Sende-/ Empfangsstation gesendet wird, wird
entsprechend der Summe aller TPC-Bits vergrößert (oder verkleinert), die
während aller
w Zeiteinheiten empfangen werden (beispielsweise +3). Optional kann
die Übertragungsleistung
lediglich entsprechend dem zuletzt angeforderten Leistungsanstieg
vergrößert (oder
verkleinert) werden (d. h., lediglich das zuletzt empfangene TPC-Bit,
beispielsweise +1, wird berücksichtigt).
Die Entscheidung, auf welche Weise der vorstehend beschriebenen
Fälle die
Leistung verändert
wird, kann von der jeweiligen Anwendung abhängen.
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In Schritt S10 wird das Leistungssteuerungsverfahren
erneut gestartet.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist nachstehend eine Vorrichtung zur
Ausführung
eines Leistungssteuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
beschrieben.
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Wenn die Kommunikation zwischen Endgeräten TD über zumindest
eine Basis-Sende-/Empfangsstation BTS (und wahrscheinlich anderen
Netzwerkelementen) startet, wird die empfangene Signalstärke (d.
h. die für
die Kommunikation verwendete Übertragungsleistung)
häufig
und periodisch bei jeder Zeiteinheit durch eine Überwachungseinrichtung 10 überwacht.
Eine Anforderungseinrichtung 20 fordert eine Vergrößerung oder
Verringerung der Übertragungsleistung,
die durch die Basis-Sende-/Empfangsstation BTS verwendet wird, in
Abhängigkeit
von Ergebnissen der Überwachungseinrichtung 10 an.
Zu diesem Zweck wird ein TPC-Bit mit einem Wert von +1 oder –1 bei jedem
Zeitschlitz als Befehlsdaten von dem Endgerät TD zu der Basis-Sende-/Empfangsstation
BTS gesendet.
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Diese TPC-Bits werden durch eine
Empfangseinrichtung 30, beispielsweise bei der Basis-Sende-/Empfangsstation,
empfangen, um in einer Speichereinrichtung 40 gespeichert zu
werden. Die Speichereinrichtung 40 ist eingerichtet, zumindest
eine vorbestimmte Anzahl w von TPC-Bits (TPC-Bits von w Zeiteinheiten oder Zeitschlitzen)
zu speichern. Wenn die vorbestimmte Anzahl w von TPC-Bits erreicht
ist, berechnet eine Berechnungseinrichtung 50 den Leistungsantieg
und die Durchschnittsleistung, wobei die gespeicherten TPC-Bits
während
der w Zeiteinheiten verwendet werden, wie es vorstehend beschrieben
ist.
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In einer Entscheidungseinrichtung 60 wird
entschieden, ob der berechnete Leistungsanstieg größer ist als
die Summe der Durchschnittsleistung und des vorbestimmten Pegels
L.
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In Abhängigkeit von dem Ergebnis der
Entscheidungseinrichtung 60 gibt eine Ausgabeeinrichtung 70 ein
Leistungsänderungssignal
aus, das eine Übertragungsleistungsänderung
durch die Basis-Sende-/ Empfangsstation in dem Fall verhindert,
dass der Leistungsanstieg zumindest L dB höher als die Durchschnittsleistung
ist. Demgegenüber
wird in dem Fall, das der Leistungsanstieg nicht L dB höher als
die Durchschnittsleistung ist, ein Leistungsänderungssignal ausgegeben,
um eine Vergrößerung (oder
Verringerung) der Leistung durch die Basis-Sende-/Empfangsstation
BTS zu gestatten, wie es angefordert ist.
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Ein Vorschlag für Parameter w und L ist w =
16...64 und L = 1 dB...3 dB. Andere Parameterwerte können jedoch
in Abhängigkeit
von beispielsweise benutzerspezifischen oder verbindungstypspezifischen
Spezifikationen verwendet werden.
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Durch Verwenden der vorstehend beschriebenen
Abwärtsstreckenrichtung-Leistungssteuerung
ist es möglich,
mehrere dB im Vergleich zu der herkömmlichen Leistungssteuerung
zu erreichen. Der erreichte Gewinn hängt ebenso von dem Verbindungstyp
ab, beispielsweise Außenbereich-zu-Innenbereich-Kanal,
Einzelwegkanal usw.. In dem Fall, dass lediglich wenige Mehrfachwege
vorhanden sind, ist der Gewinn am größten. Es ist möglich, einen
20%-igen Gewinn in der Kapazität
im Vergleich zu den vorherigen bekannten Verfahren in der Systemstufe
zu erreichen.
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Als ein zweites Ausführungsbeispiel
können
das vorstehend beschriebene Verfahren und die vorstehend beschriebene
Vorrichtung ebenso in einer Aufwärtsstreckenrichtung
verwendet werden, d. h. bei einer Leistungssteuerung für eine Signalisierung
von dem Endgerät
zu der Basis-Sende-/ Empfangsstation BTS. In diesem Fall wird die
Signalstärke
von dem Endgerät
TD durch die Basis-Sende-/ Empfangsstation überwacht. Die weiteren Schritte
zum Speichern, Berechnen, Vergleichen/Entscheiden und Ausgeben (Schritte
S4 bis S9) sowie die entsprechenden Einrichtungen 30 bis 70 können dann
ebenso in der Basis-Sende-/Empfangsstation BTS
oder dem Endgerät
TD implementiert sein. Im Falle der Aufwärtsstreckenrichtung-Leistungssteuerung
beruht das Verfahren beispielsweise auf empfangenen Signal-Rausch-Verhältnis-Werten
(SIR-Werten), die den Unterschied zwischen einem "gewollten" Signal und einem
störenden
Signal darstellen.
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Es ist anzumerken, dass die vorliegende
Erfindung als Hardware und/oder Software in dem Endgerät und/oder
der Basis-Sende-/Empfangsstation implementiert werden kann. Die
vorliegende Erfindung kann vorzugsweise in WCDMA-Systemen während einer Paketdatenkommunikation
verwendet werden, aber auch in beliebigen anderen CDMA-Systemen
(beispielsweise IS-95, cdma2000 usw.) während einer beliebigen Datenkommunikation
(Sprache, Paketdaten und dergleichen).
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Des Weiteren kann die Berechnung
(und folglich die Entscheidung, ob ein Leistungsanstieg gestattet wird
oder verhindert wird) Zeitschlitz für Zeitschlitz ausgeführt werden.
Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, mehr Zeitschlitze oder
Zeiteinheiten (d. h. TPC-Bits) für
die Berechnung des Leistungsanstiegs und der Durchschnittsleistung
zu verwenden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zur Steuerung einer Leistung vorgeschlagen, die
zur Übertragung
von Daten zwischen einem Endgerät
TD und einer Sende-/Empfangsvorrichtung BTS eines Kommunikationssystems
verwendet wird, wobei das Verfahren Schritte umfasst zum Überwachen
S2 während
einer vorbestimmten Zeiteinheit der Leistung, die bei einer Übertragung
zwischen dem Endgerät
TD und der Sende-/ Empfangsvorrichtung BTS verwendet wird, zum Anfordern
S3 einer Vergrößerung oder
Verkleinerung der bei der Übertragung
verwendeten Leistung unter Verwendung eines spezifischen Informationselements
TPC für
jede vorbestimmte Zeiteinheit, zum Speichern S4 einer vorbestimmten
Anzahl w der spezifischen Informationselemente TPC, zum Berechnen
S5, S6 eines ersten Werts und eines zweiten Werts, die die Übertragungsleistung
betreffen, während
der vorbestimmten Anzahl w der spezifischen Informationselemente
TPC, und zum Entscheiden S7 unter Verwendung des ersten Werts und
des zweiten Werts, die die Leistung betreffen und die in dem Berechnungsschritt
S5, S6 berechnet werden, ob der erste Wert, der die Leistung betrifft,
größer ist
als eine Summe des zweiten Werts, der die Leistung betrifft, und
eines vorbestimmten Pegels L. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ebenso eine entsprechende Vorrichtung vorgeschlagen.
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Es ist ersichtlich, dass die vorstehende
Beschreibung und die beigefügten
Figuren die vorliegende Erfindung lediglich als Beispiel veranschaulichen
sollen. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
somit innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche variieren.