-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Funktelekommunikationsnetze, in denen
Mobilstationen in fest zugeordneten physischen Datenkanälen (DPDCH)
und fest zugeordneten physischen Steuerkanälen (DPCCH) mit Basisstationen
kommunizieren, wobei Sendeleistungspegel in den DPDCH in Beziehung
zu dem Sendeleistungspegel in dem DPCCH durch einen Leistungsoffsetfaktor
G eingestellt werden. Ein Beispiel für ein derartiges Netzwerks
ist UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
-
Bei
dem UMTS-Beispiel führt
der DPDCH Daten der fest zugeordneten Kanäle (DCH), d. h. entweder gesendeten
Benutzerverkehr oder Steuerinformationen höherer Schichten, und der DPCCH
führt Steuerinformationen
der physischen Schicht, d. h. Pilotsymbole, Bit zur Sendeleistungsregelung
(TPC) und den Transportformatindikator (TFCl).
-
Aus
Implementierungsgründen
wird das (Eb/N0)ctrl des DPCCH durch die Prozeduren der Leistungsregelung
(PC) eingestellt (PC mit geschlossener Schleife und äußerer Schleife).
Die Dienstgüte
(QoS) jedes Funkzugangsträgers
(RAB) wird jedoch durch das Eb/N0 jedes DCH bestimmt, und daher sollte Eb/N0 durch die PC
geregelt werden. Um dieses Problem zu lösen, besteht ein Leistungsoffsetfaktor
G zwischen DPCCH und DPDCH, der in den 3GPP-Standards definiert
wird (3GPP UMTS TS 25.213: „Spreading
and modulation (FDD)").
Es ist zu wünschen,
daß der
Wert von G so eingestellt werden soll, daß das Verhältnis der Bitenergie zu der
Grundrauschdichte (Eb/N0)
und daher die Sendeleistungsanforderungen des DPCCH und des DPDCH erfüllt werden,
ohne zu viel Leistung zu verschwenden. Zum Beispiel muß ein DPDCH
mit hoher Datenrate mit einer höheren
Sendeleistung als ein DPCCH mit niedriger Datenrate gesendet werden.
-
Vor
diesem Hintergrund stellt die Erfindung allgemein ausgedrückt ein
Funktelekommunikationsnetz bereit, in dem Mobilstationen in fest
zugeordneten physischen Datenkanälen
(DPDCH) und einem fest zugeordneten physischen Steuerkanal (DPCCH)
mit Basisstationen kommunizieren, wobei Sendeleistungspegel in dem
DPCCH durch Detektieren von Empfangssignalpegeln in dem DPCCH geregelt
werden und Sendeleistungspegel in dem DPDCH in Beziehung zu dem
Sendeleistungspegel in dem DPCCH für eine Verkehrsformatkombination
l durch einen Amplitudenfaktor G(l) eingestellt werden, der folgendermaßen gegeben
wird:
wobei (E
b/N
0)
i das Verhältnis von
Bitenergie zu Grundrauschdichte ist, das erforderlich ist, um abhängig von der
gewünschten
Bitrate für
den Datenkanal i eine Dienstklasse zu erzielen,
N
biti die
Anzahl der Bit ist, die pro Rahmen in Kanal i gesendet werden soll,
N
ctrl die Anzahl der Bit pro Rahmen in dem
Steuerkanal ist,
(E
b/N
0)
ctrl das Verhältnis von Bitenergie zu Grundrauschdichte
ist, das erforderlich ist, um eine gewünschte Bitfehlerrate in dem
Steuerkanal zu erzielen,
m(l) die Anzahl der Multicodes ist,
N
S(l) die Gesamtzahl der Symbole pro Rahmen
in dem Datenkanal ist; und
n(l) die Gesamtzahl der Datenkanäle für die Verkehrsformatkombination
l in dem DPDCH ist.
-
Genauer
gesagt variiert die Beziehung zwischen dem (Eb/N0)ctrl des DPCCH
und dem Eb/N0 jedes
DCH abhängig
von der gerade verwendeten Mischung von Datenraten des DCH, die
durch die Transportformatkombination (TFC) gegeben wird. Ausführliche
Untersuchungen zeigen, daß eine
feste Beziehung zwischen G und TFC besteht. Durch ordnungsgemäßes Einstellen
von G kann deshalb das Eb/N0 des
DCH auch unter Verwendung des (Eb/N0)ctrl des DPCCH
geregelt werden.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
deshalb eine gespeicherte Tabelle von Werten von (Eb/N0)i für verschiedene
Kombinationen von Dienstklasse, Spreizfaktor und Ratenanpassungswerten, wobei
mit dem Wert von (Eb/N0)i der Sendeleistungspegel in dem DPDCH eingestellt
wird, der gemäß dem Spreizfaktor
und dem Ratenanpassungswert ausgewählt wird, der sich aus einer
gewählten
Verkehrsformatkombination TFC l ergibt.
-
Da
die Werte von Eb/N0 zusammen
mit dem TFCS bekannt sind, könnte
das Leistungsoffset G vielleicht autonom durch die sendende Seite
(UE oder NodeB) eingestellt werden. Es gibt jedoch Gründe dafür, es der
sendenden Seite nicht zu erlauben, den Wert von G selbst zu berechnen:
Wenn
der Sender selbst über
das benutzte Leistungsoffset entscheiden muß, müssen die Eb/N0-Werte für
alle Dienste bekannt sein. Sie hängen
nicht nur von dem Dienst ab, sondern auch von den Entspreizungs-
und Decodierungsverfahren im Empfänger (herstellerabhängig), der
Umgebung usw.
-
Zur
Decodierung (z. B. Normierung der Kanalschätzung) muß die Empfangsseite auch das
G kennen. Wenn G autonom im Sender berechnet wird, muß auch im
Empfänger
derselbe Wert berechnet werden. Aufgrund verschiedener Berechnungsverfahren,
z. B. verschiedener Genauigkeit, könnten im Sender und im Empfänger verschiedene
Ergebnisse vorliegen.
-
In
bestimmten Situationen (z. B. Soft-Handover) müssen andere Offsets eingestellt
werden. Dies kann nur im Netz entschieden werden.
-
Wenn
der Sender selbst über
das Leistungsoffset entscheiden kann, muß der Algorithmus standardisiert
sein. Dadurch wird die Flexibilität zur Erweiterung der Algorithmen
begrenzt.
-
Ganz
besonders bevorzugt wird deshalb der Inhalt der Tabelle von einer
Funknetzsteuerung (RNC) zu der Mobilstation und zu der Basisstation
gesendet, wobei die Mobilstation und die Basisstation wirken, um
den Spreizfaktor und Ratenanpassungswerte zu berechnen, die sich
aus einer gewünschten
TFC ergeben, die für die
Dienstklassen, den Spreizfaktor und die Ratenanpassungswerte angemessenen
(Eb/N0) auszuwählen und den
jeweiligen Amplitudenfaktor G zu berechnen.
-
Es
wird auf die folgenden Arbeiten verwiesen:
- 3GPP
UMTS TS 25.214: „Physical
Layer Procedures (FDD)";
- O. Salonahn, J. Laakso: "Flexible Power Allocation For Physical
Control Channel in Wideband CDMA",
IEEE VTD'99 und
- Ericsson: "Amplitude
Differences Between Uplink DPCCH and DPDCH", TDoc 3GPP TSG-RAN WG1 347/99.
-
Die
Erfindung umfaßt
außerdem
ein Verfahren zum Betrieb eines Funktelekommunikationsnetzes, in dem
Mobilstationen in fest zugeordneten physischen Datenkanälen DPDCH
und einem fest zugeordneten physischen Steuerkanal DPCCH mit Basisstationen
kommunizieren, mit den folgenden Schritten: Steuern von Sendeleistungspegeln
in dem DPCCH durch Detektieren von Empfangssignalpegeln in dem DPCCH
und Einstellen von Sendeleistungspegeln in den DPDCH in Beziehung
zu dem Sendeleistungspegel in dem DPCCH; dadurch gekennzeichnet,
daß für eine Verkehrsformatkombination
l ein Amplitudenfaktor G(l) folgendermaßen gegeben wird:
wobei (E
b/N
0)
i das Verhältnis von
Bitenergie zu Grundrauschdichte ist, das erforderlich ist, um abhängig von der
gewünschten
Bitfehlerrate für
den Datenkanal i eine Dienstklasse zu erzielen,
N
biti die
Anzahl der Bit ist, die pro Rahmen in Kanal i gesendet werden soll,
N
ctrl die Anzahl der Bit pro Rahmen in dem
Steuerkanal ist,
(E
b/N
0)
ctrl das Verhältnis von Bitenergie zu Grundrauschdichte
ist, das erforderlich ist, um eine gewünschte Bitfehlerrate in dem
Steuerkanal zu erzielen,
m(l) die Anzahl der Multicodes ist,
N
S(l) die Gesamtzahl der Symbole pro Rahmen
in dem Datenkanal ist; und
n(l) die Gesamtzahl der Datenkanäle für die Verkehrsformatkombination
l in dem DPDCH ist.
-
Es
wird nun als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte
Ausführungsform der
Erfindung beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild eines UMTS-Modells, der Senderseite in einem Funktelekommunikationsnetz,
das die Erfindung realisiert; und
-
2 eine Übersicht über eine
Ausführungsform
des vorgeschlagenen Leistungszuweisungsalgorithmus.
-
Allgemein
ausgedrückt
behandelt das Netz das Problem des Zuweisens des Leistungsoffsets
zwischen DPCCH und DPDCH. Das Problem entsteht durch die Benutzung
von Leistungsregelung auf dem DPCCH, während die Qualität, die kontrolliert
wird (z. B. BER) auf dem DCH/DPDCH gegeben wird. Bei dieser Ausführungsform
wird die Leistung so eingestellt, daß die Sendeleistungsanforderungen
des DPCCH und des DPDCH erfüllt
werden, ohne zuviel Leistung zu verschwenden.
-
Ein
Algorithmus zum Zuweisen der Leistungsoffsets besteht aus zwei Hauptteilen:
- 1. Zuteilung der spezifischen G-Werte zu jeder
TFC, d. h. jeder Kombination von Dienstgüte, Spreizfaktor und Ratenanpassungswert,
die sich aus den TFC ergibt. Diese können durch RRC in der RNC zugeteilt
und über
Signalisierung höherer
Ebenen der sendenden und der empfangenden Seite (UE/NodeB) signalisiert werden.
Oder um in der RRC notwendige Berechnungen zu sparen, wird die Tabelle
von Werten von Eb/N0 als
Alternative für
jede Kombination von Dienstklassen, Spreizfaktor und Ratenanpassungswert,
der sich aus jeder TFC ergibt, gespeichert. Der Inhalt der Tabelle
wird zu der sendenden Seite und der empfangenden Seite gesendet
und die Berechnung erfolgt dort für die konkrete zu verwendende
TFC.
- 2. Autonome Einstellung von G in PHY bezüglich der gerade verwendeten
TFC in dem Sender. Der Empfänger
bestimmt oder berechnet den G-Wert aus der TFC über TFCl-Signalisierung.
-
Dieser
Algorithmus ermöglicht
ein effizientes Einstellen von dynamisch variablen Offsetwerten,
ohne zuviel Signalisierungs-Overhead. Er entspricht dem derzeitigen
UMTS-Standard.
-
Das
UMTS-Modell der physischen Schicht für die Aufwärtsstrecke und für die Abwärtsstrecke
ist in 2 abgebildet. Die DCH eines Benutzers werden codiert
und in einen oder mehrere DPDCH gemultiplext. Eine zusätzliche
Ratenanpassung wird angewandt, um die Eb/N0-Anforderungen
verschiedener DCH auszugleichen. Die DPDCH werden durch einen Amplitudenfaktor
G gewichtet, mit dem DPCCH gemultiplext und auf eine Chiprate W
gespreizt.
-
Die
Beschreibung der Variablen lautet wie folgt:
DCHi wird
durch (Eb/N0)i und die Datenrate Rbi beschrieben.
Die Anzahl der Bit (Transportblocksatzgröße) ist Nbrti.
Die aktuelle Datenrate wird gegeben durch RBi =
Nbrti/10 ms.
-
Alle
DPDCHi besitzen dasselbe ES/N0 und dieselbe Symbolrate RS.
Die Anzahl der Symbole beträgt NS. Die Anzahl verwendeter Multicodes ist
m.
-
Der
DPCCH wird durch (Eb/N0)ctrl und die Steuerbitrate Rctrl beschrieben.
Die Anzahl der Steuerbit ist Nctrl = Npilot + NTPC + NTFCl (Pilot, TPC und TFCI).
-
Die
Beziehung zwischen (E
b/N
0)
i von DCH
i und E
S/N
0 wird gegeben
durch
wobei (E
b/N
0)
i das Verhältnis von
Bitenergie zu Grundrauschdichte ist, das erforderlich ist, um abhängig von der
gewünschten
Bitfehlerrate für
den Datenkanal i eine Dienstklasse zu erzielen,
N
biti die
Anzahl der Bit ist, die pro Rahmen in Kanal i gesendet werden soll,
E
S/N
0 das Verhältnis der
Symbolenergie zu Grundrauschdichte ist,
N
Si die
Anzahl der für
den Kanal nach der Codierung und Ratenanpassung erforderlichen Symbole
ist.
-
Die
Anzahl der Symbole N
S für einen DPDCH wird durch die
Summer aller N
Si, gewichtet durch die Anzahl
der Multicodes m, berechnet:
-
In
der Aufwärtsstrecke
ist der DPCCH mit dem DPDCH codegemultiplext. Die Beziehung zwischen (E
b/N
0)
ctrl des
DPCCH und E
S/N
0 eines
DPDCH in der Aufwärtsstrecke
wird somit gegeben durch
wobei N
ctrl die
Anzahl von Bit pro Rahmen in dem Steuerkanal,
(E
b/N
0)
ctrl das Verhältnis der
Bitenergie zu Grundrauschdichte ist, das zur Erzielung einer gewünschten
Bitfehlerrate in dem Steuerkanal erforderlich ist, und
N
S(l) die Gesamtzahl der Symbole pro Rahmen
in dem Datenkanal ist.
-
Wenn
keine Daten auf dem DPDCH zu senden sind, wird er ausgeschaltet,
und daher ist G ≡ 0.
-
Aus
Gl. (a)–Gl.
(3) folgt die Beziehung zwischen (E
B/N
0)
ctrl und (E
b/N
0)
i aller
DCH in der Aufwärtsstrecke
-
In
der Abwärtsstrecke
wird Zeitmultiplex zwischen DPDCH und DPCCH verwendet. Daher wird
die Beziehung zwischen (E
B/N
0)
ctrl des DPCCH und E
S/N
0 eines DPDCH in der Abwärtsstrecke gegeben durch
-
Aus
Gl. (1), Gl. (2) und Gl. (5) folgt die Beziehung zwischen (E
B/N
0)
ctrl und
(E
b/N
0)
i aller
DCH in der Abwartsstrecke
-
Die
Leistungsregelung stellt die Sendeleistung auf dem DPCCH und daher
(EB/N0)ctrl ein.
Wenn der Leistungsoffsetfaktor G zwischen DPDCH und DPDCH gewählt wird,
so daß Gl.
(4) (Aufwärtsstrecke)
oder Gl. (6) (Abwärtsstrecke)
für jede
Kombination von Nbiti (TFCl) erfüllt ist,
bleibt der Wert von (EB/N0)ctrl auch im Fall variabler Datenraten ohne
jegliche zusätzliche
Signalisierung über
TFCl hinaus konstant.
-
Die
Beziehung zwischen G und den in den oben erwähnten Standards erwähnten β-Faktoren
ist einfach G = βl/βctrl. (Anmerkung: Bei der vorliegenden Anordnung
erhalten alle aktiven DPDCH dasselbe Leistungsoffset.) Der Kanal
mit maximaler Leistung weist immer β = 1,0 auf, und die anderen β ≤ 1,0. Die β-Werte werden
in 4 Bit quantisiert und die Quantisierungsschritte werden gegeben
in 3GPP UMTS TS 25.213: „Spreading
and Modulation (FDD)".
-
2 gibt
eine Übersicht über den
vorgeschlagenen Ratenanpassungsalgorithmus. Er besteht aus zwei
Hauptteilen, die folgendermaßen
definiert werden:
Funkbetriebsmittelsteuerfunktion, die sich
sowohl für
die Aufwärtsstrecke
als auch für
die Abwärtsstrecke
in der Funknetzsteuerung (RNC) befindet.
-
Funktionen
der Schicht 1, die sich in der Senderseite, d. h. im NodeB für die Abwärtsstrecke
und im UE für
die Aufwärtsstrecke,
in der Empfangsseite, d. h. dem UE für die Abwärtsstrecke und dem NodeB für die Aufwärtsstrecke,
befinden.
-
Der
Leistungszuweisungsalgorithmus lautet wie folgt:
Eingaben für den Algorithmus
sind das erforderliche (Eb/N0)i für
jeden DCHi und die Anzahl der Datenbit pro Datenrahmen
Nbiti(l) von DCHi für jede Transportformatkombination
TFC(l). Die Anzahl der Symbole NS(l) und die
Anzahl der DPDCH (d. h. Multicodes) m(l) ist auch bekannt. Es wird
angenommen, daß die
Anzahl der Steuerbit Nctrl fest ist. Das
(Eb/N0)ctrl des
DPCCH wird durch die erforderliche BER z. B. der TPC- oder TFCl-Bit bestimmt.
Es hängt
von mehreren Bedingungen ab, z. B. davon, ob das UE sich im Soft-Handoff
befindet.
-
Die
Leistungsoffsets G(l) für
jede TFC(l) werden bestimmt. Unter Verwendung von Gl. (4) und Gl.
(6) kann die folgende Zuweisungsformulierung verwendet werden:
-
Es
kann entweder eine vollständige
Menge von Werten von G für
alle TFC zu der Mobilstation und der RNC gesendet werden, oder eine
vollständige
Tabelle von Eb/N0 für alle TFC
gesendet werden. Es können
diskrete Werte von G(l) verwendet werden, um Implementierungsbemühungen und Übertragungs-Overhead
zu sparen. Dann muß das
nächsthöhere G(l)
gewählt
werden, was eine geringfügige
Verschwendung von Sendeleistung bedingt. Ein gleiches G(l) könnte mit
verschiedenen TFC(l) zusammenhängen.
-
Wenn
weniger Werte von G(l) als die Anzahl von TFC(l) erlaubt sind, lautet
die Prozedur wie folgt: Zuerst werden die TFC(l) mit ähnlichem
G(l) in derselben Gruppe gruppiert. Die Anzahl der Gruppen ist kleiner oder
gleich der Anzahl der zulässigen
G-Werte. Dann wird das höchste
G(l) genommen und mit der Gruppe von TFC verbunden. Abhängig von
der Anzahl zulässiger
G(l) besteht eine größere Verschwendung
von Sendeleistung.
-
Das
berechnete G(l) oder die Tabelle von Eb/N0 werden zusammen mit der TFC(l) unter Verwendung von
Signalisierung höherer
Schichten sowohl zu der sendenden als auch zu der empfangenden Seite
gesendet.
-
Von
diesem Punkt an besteht eine feste Beziehung zwischen der TFC(l)
und dem G(l).
-
Auf
der sendenden Seite stellt die physische Schicht autonom das Leistungsoffset
G(l) ein, das mit der gewählten
TFC(l) für
die Übertragung
in Beziehung steht. Es kann der β-Faktor
verwendet werden, aber der Algorithmus ist nicht darauf beschränkt. Die
genaue Methode hängt
von der Implementierung ab. Die TFC(l) wird in den Transportformatkombinationsindikator
TFC(l) eincodiert, der auf dem DPCCH zu der empfangenden Seite gesendet
wird.
-
Aus
dem empfangenen TFCl kennt die physische Schicht im Empfänger die
TFC(l) des Datenrahmens, die gerade verwendet wird. Da die Leistungsregelung
der inneren Schleife die Sendeleistung so einstellt, daß (Eb/N0)ctrl des
DPCCH konstant bleibt, kann TFCl auch im Fall einer Änderung
der Datenrate (und TFC) der DCH ordnungsgemäß decodiert werden. Die TFC-Informationen
werden normalerweise zum Decodieren und Demultiplexen der Datenblöcke des
gerade verwendeten DCH verwendet. Bei der Ausführungsform kennt darüber hinaus
der Empfänger
implizit G(l) aus TFC(l) und kann daher diesen Parameter zur Detektion
der gesendeten Daten (z. B. Normierung der Kanalschätzung) verwenden.
-
Schwankungen
in der Umgebung, z. B. aufgrund von Soft-Handover, ändern den Wert von (Eb/N0)ctrl des
DPCCH. Schwankungen des Benutzerverhaltens, z. B. Änderung
des TFCS aufgrund von RAB-Prozeduren ändern die Werte von (Eb/N0)l und/oder
Nbiti(l) von DCHi für jede TFC(l).
Dann berechnet die RNC neue Werte G(l) und sendet sie wieder über Signalisierung
höherer
Schichten sowohl zu der sendenden als auch der empfangenden Seite.
-
Der
Leistungsoffset-Zuweisungsalgorithmus löst das Problem des Einstellens
des Leistungsoffset zwischen DPCCH und DPDCH. Er hat die folgenden
Eigenschaften:
Er besteht aus zwei Hauptteilen: 1. Zuteilung
der spezifischen G-Werte zu jeder TFC in der RNC und Signalisieren
dieser zu der sendenden und empfangenden Seite über Signalisierung höherer Schichten.
2. Autonomes Einstellen von G in bezug auf die gerade verwendete
TFC im Sender. Der Empfänger
bestimmt den G-Wert
aus der TFC über
TFCl-Signalisierung.
-
Die Übertragung
der G-Werte ist nur zur Initialisierung notwendig, z. B. bei Aufbau
oder Umkonfiguration von Verbindungen. Während der normalen Übertragung
erfolgt die Einstellung in bezug auf die gerade zugewiesene TFC.
Daher ist keine zusätzliche
Signalisierung über
TFCl hinaus notwendig.
-
Er
kann zur Einstellung von G in der Aufwärtsstrecke und in der Abwärtsstrecke
benutzt werden.
-
Verschiedene
Leistungsoffsetwerte für
Pilot, TPC und TFCl können
unterstützt
werden, indem man sie als separate Kanäle mit Nctrl1 =
Npilot, Nctrl2 =
NTPC und Nctrl3 =
NTFCl behandelt.
-
Der
Algorithmus unterstützt
die Benutzung begrenzter Anzahlen von G-Werten, z. B. aufgrund von Quantisierung
oder vermindertem Signalisierungs-Overhead.
