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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerschätzung beim Übertragen
von Informationsdaten in einem Kommunikationssystem. Spezieller
betrifft das Verfahren der Erfindung die Einführung von Verbesserungen im
Trägerdienst
für MAC
(medium access control) mit geschützten Daten, bezeichnet als "MAC MOD-2 geschützter Kanalbetrieb
(lp)", des als DECT
(Digital Enhanced Cordless Telecommunications) bekannten Telekommunikationsstandards,
wenn asymmetrische Kanäle
verwendet werden und Übertragungsfehler
vorhanden sind.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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In
einem asymmetrischen Mehrträger-Datenkommunikationssystem
auf der Basis des DECT-Standards, wenn eine Verbindung zwischen
einem Sender und einem Empfänger
aufgebaut ist, ermöglicht
der als "MAC MOD-2
geschützte
Kanalbetrieb (Ip)" bekannte
Dienst, der im ETSI-Standard ETS-300175-3, zweite Ausgabe, September
1996, Absatz 10.8.2 definiert ist, die Übertragung von Daten, die mit
automatischer Wiederholungsanforderung (ARQ/automatic repeat request)
geschützt
sind, auf MAC-Ebene vom Empfänger
an den Sender.
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Verwiesen
wird ebenfalls auf den Standard ETS-300175-4, der die DECT DLC-Schicht
definiert.
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Dieser
Dienst wird in fast allen DECT-Datenprofilen verwendet, einschließlich:
- A/B
1 (ETS-3G0435),
- A/B 2 (ETS-300701),
- G 2 (ETS-30G651),
- PPP Interworking Profile (EN-301240)
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Die
automatische Wiederholungsanforderung auf MAC-Ebene ermöglicht den
ausreichenden Schutz der Daten gegen Fehler im Funkkanal und wird
im Allgemeinen als ein effektives Schutzverfahren akzeptiert.
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Andererseits
definiert der ETS-300175-3 im Absatz 5.6.2 die Möglichkeit der Verwendung asymmetrischer
Mehrträgerverbindungen.
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Diese
asymmetrischen Verbindungen bestehen aus verschiedenen (bis zu 23)
Vorwärtsträgern, die
in der Vorwärtsrichtung
arbeiten, Anwenderinformationen übertragen
und einem oder in einigen Ausnahmefällen mehr als einem Rückwärtsträger, der
in der Gegenrichtung arbeitet, Quittungsinformationen für die obenerwähnten Vorwärtsträger überträgt.
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Wenn
der "MAC MOD-2 geschützte Kanalbetrieb
(Ip)"-Dienst mit
asymmetrischen Kanälen
verwendet wird, übertragen
die Vorwärtsträger Benutzerdaten,
die mit dem Merkmal der automatischen Wiederholungsanforderung geschützt sind,
das der "MAC MOD-2
geschützte
Kanalbetrieb (Ip)"-Dienst
einschließt,
und der Rückwärtsträger überträgt Quittungsinformationen
auf MAC-Ebene mittels der MAC_mod2-ACK-Nachricht, die im Absatz
7.3.5.4 des Standards ETS-300175-3 erwähnt ist. Der Rückwärtsträger transportiert
auch den Bestätigungskanal
der Verbindungssteuerung DLC (Data Link Control), die als Gf bezeichnet ist.
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Im
Falle einer Informationsübertragungsblockierung,
die auf einem der Vorwärtsträger auftritt,
sendet die Empfangsseite über
den Rückwärtsträger die
entsprechenden Parameter in der MAC-mod2-ACK-Nachricht. Das leitet
automatisch die Wiederholung durch den Sender des Inhalts des (der) Vorwärtsträger(n) ein, der
(die) blockiert ist (sind). Das System ermöglicht unter normalen Verhältnissen
die Übertragungswiederholung
nur der Träger,
die tatsächlich
blockiert sind.
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Alle
oben erwähnten
Datenprofile mit Ausnahme des als "A" des
A/B 1 und A/B 2 bezeichneten Falls ermöglichen den Betrieb im asymmetrischen
Modus. Der asymmetrische Betrieb ermöglicht bestimmte Verbesserungen
technischer Art bezüglich
der Bitrate und Effizienz und es ist zu erwarten, daß er ausgiebig
verwendet wird.
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Dennoch
stellt die oben beschriebene und derzeit standardisierte Lösung bestimmte
Nachteile dar, die im Folgenden beschrieben sind.
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Falls
in einer asymmetrischen Kommunikation mit einer Viehlzahl von Vorwärtsträgern, in
denen es möglich
ist, bis zu 23 Träger
und einen Rückwärtsträger zu haben,
ein Übertragungsfehler
im Rückwärtsträger auftritt,
wird das System dadurch gezwungen, die Übertragung als fehlerhaft in
allen Vorwärtsträgern anzusehen
und mit ihrer automatischen Übertragungswiederholung
fortzufahren, selbst unter der Annahme, daß die statistische Wahrscheinlichkeit
dieser Entstehung sehr niedrig und kleiner als die Wahrscheinlichkeit
ist, daß die Übertragung
zufriedenstellend gewesen ist. Dieser Prozeß ist in ETS-300175-3, Absatz
10.8.2, beschrieben.
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Als
eine Konsequenz werden unnötige Übertragungswiederholungen
erzeugt und infolgedessen wird die Systemeffizienz verringert. Außerdem blockiert
die Übertragungswiederholung
selbst vollständig
die Übertragung
neuer Daten, erzeugt beim Senden eine Verzögerung.
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Außerdem,
wenn die Ursache der Rückwärtsträgerblockierung
das Fading der verwendeten Frequenz oder das Auftreten von Störung auf
der gleichen Frequenz ist, die ihren Ursprung in einem anderen System hat,
besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß die Rückwärtsträgerblockierung in dem folgenden
Frame wiederholt wird, einen neuen Übertragungswiederholungsprozeß auf allen
Vorwärtsträgern aufkommen
läßt. Die Übertragungswiederholungen
können
oft stattfinden, bevor der Effekt, der die Fehler bewirkt, behoben
ist, oder bis das System in der Lage ist, den Trägerwechsel oder Trägeraustausch
des Rückwärtsträgers durchzuführen. Infolgedessen
können
der Verlust der Effizienz und der Aufbau der Übertragungsverzögerung Pegel
erreichen, die für
einige Anwendungen unannehmbar sein können.
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Folglich
ist es notwendig, ein Verfahren zu entwickeln, wodurch unnötige Wiederholungen
der Datenübertragungen
in der Vorwärtsrichtung
aufgrund des Vorhandenseins eines Übertragungsfehlers auf dem Rückwärtsträger verhindert
werden.
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Ein
Verfahren und eine Einrichtung sind aus der Patentschrift
US-A-5 677 918 bekannt,
die die Fehlerkorrektur in einem Paketübertragungsfunksystem betrifft.
Gemäß dem in
diesem Dokument offenbarten Verfahren wird vergeudete Bandbreite
aufgrund unnötiger Übertragungswiederholungen,
die infolge verlorener positiver Bestätigungen auftreten, beseitigt
und weniger Downlink-Bandbreite wird belegt als ein Schema, das positive
Bestätigungen
erfordert. Die Paketverzögerung
wird durch Bereitstellen von zwei Ebenen der Fehlerkorrektur auf
der Sicherungsschicht (datalink layer) minimiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Um
die oben erwähnten
Probleme zu überwinden,
ist das Verfahren zur Fehlerschätzung
in der Informationsdatenübertragung
zusammen mit einem Sender zum Durchführen des Verfahrens vorgeschlagen
worden, wobei beide Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind.
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Gemäß dem Verfahren
der Erfindung wird das automatische Wiederholungsanforderungsverfahren des
DECT-Senders in dem Falle, wo Fehler im Rückwärtsträger entstehen, bezüglich des
derzeit im Standard aufgestellten Verfahrens modifiziert.
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Zu
diesem Zweck wird dem Sender ermöglicht,
mittels eines intelligenten Algorithmus die wahrscheinlichste Fehlersituation
auf den Vorwärtsträgern zu
schätzen.
Die Schätzung
erfolgt in Abwesenheit der Bestätigungsmeldung,
die auf dem Rückwärtsträger gesendet
wurde. In Abhängigkeit
vom Ergebnis der Schätzung auf
der Basis des Algorithmus entscheidet der Sender, mit der Übertragung
der neuen Daten auf eine normale Weise fortzufahren oder jeden Träger wiederholt
im Falle der Schätzung
zu übertragen,
daß die Übertragung über ihn
Fehler beinhaltet. Der Algorithmus arbeitet individuell, Träger für Träger.
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BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung wird bevorzugt aber nicht ausschließlich in
einem asymmetrischen Mehrträger-Datenkommunikationssystem
auf der Basis des DECT-Standards implementiert, das mindestens ein Übertragungsmittel
oder Sender umfaßt,
von welchem Daten, die von einem Dienstbenutzer stammen, an mindestens
ein Empfangsmittel oder Empfänger
gesendet werden.
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Dennoch
ist darauf hinzuweisen, daß in
der Aufgabe der Erfindung, obgleich nicht in voller Übereinstimmung
mit dem Europäischen
Standard "Digital
Enhanced Cordless Telecommunications (DECT)", die DECT MAC (Zugriffskontroll)-Schicht, wie im Standard
ETS-300175-3 definiert, ganz oder teilweise genutzt und der Daten-Trägerdienst
verwendet wird, der mit "MAC
MOD-2 geschützter
Kanalbetrieb (Ip)" bezeichnet ist,
der durch ETSI in dem Standard definiert ist.
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Der
Sender gemäß der vorliegenden
Erfindung schließt
ein und ist fähig,
einen Algorithmus auszuführen,
der ermöglicht,
eine Schätzung
der wahrscheinlichsten Fehlersituation auf den Vorwärtsträgern vorzunehmen.
Falls die Situation entstehen sollte, daß die auf dem Rückwärtsträger übertragene
Bestätigungsmeldung fehlt,
zum Beispiel aufgrund eines Fehlers auf dem Träger, handelt der Sender auf
eine intelligente Weise, indem er mit der Übertragungswiederholung der
Daten gemäß der wahrscheinlichsten
durch den Algorithmus geschätzten
Situation fortfährt
oder nicht.
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Der
Algorithmus, der die Aktion entscheidet, die durch den Sender anzupassen
ist, wird als der Schätzungsalgorithmus
bezeichnet. Der Schätzungsalgorithmus
führt die
Berechnung dieser Schätzung
unabhängig
für jeden
Vorwärtsträger durch.
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Gemäß der tatsächlich aufgetretenen
Fehlersituation und mit der durch den Schätzungsalgorithmus getroffenen
Entscheidung können
vier mögliche
Fälle entstehen,
die durch den Empfänger
gemäß der folgenden
Tabelle interpretiert werden müssen:
Was
tatsächlich
aufgetreten ist | Was
der schätzte
der Algorithmus (ARQ-Aktion) | Was
interpretierte der Empfänger | DP |
Übertragungsprozeß: MAC-mod2-ACK-Nachricht gesendet | | | |
Übertragung
korrekt ACK = letzter Frame | Übertragung
korrekt | Normaler
Fortschritt | NEIN |
Übertragung
korrekt ACK = letzter Frame | Übertragungsfehler Übertragungs-Wiederholung | Unnötige Übertragungs-Wiederholung | NEIN |
Übertragung
inkorrekt ACK = letzter Frame –1 | Übertragung
korrekt | Datenhop | JA |
Übertragung
inkorrekt ACK = letzter Frame –1 | Übertragungsfehler Übertragungs-Wiederholung | Übertragungs-Wiederholung | NEIN |
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In
dieser Tabelle:
ist ACK der Wert des ACK-Bits der MAC-mod2-ACK-Nachricht,
wie in dem Standard ETS-300175-3 definiert ist. DP gibt den Verlust
eines Datenpakets an, bezeichnet als Protokoll-Dateneinheit PDU (protocol data unit).
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Wie
aus der Tabelle ersichtlich ist, sind vier Möglichkeiten der Zusammenwirkung
zwischen dem Sender und dem Empfänger
vorhanden:
- – wenn die Übertragung korrekt gewesen
ist und der Schätzungsalgorithmus
ebenfalls einschätzt,
daß die Übertragung
korrekt war, wird der Empfänger
dies als einen normalen Fortschrittszustand interpretieren, ohne
daß ein
Datenelement verlorengegangen ist;
- – wenn
die Übertragung
korrekt gewesen ist, aber der Schätzungsalgorithmus annimmt,
daß die Übertragung
inkorrekt gewesen ist, wird der Sender die Übertragung wiederholen und
der Empfänger
wird dies als eine unnötige Übertragungswiederholung
interpretieren, ohne daß ein
Datenelement verlorengegangen ist;
- – wenn
die Übertragung
inkorrekt gewesen ist, aber der Schätzungsalgorithmus annimmt,
daß die Übertragung
korrekt war, wird der Sender die fehlerhaften Daten nicht wiederholt übertragen.
In diesem Fall wird der Empfänger
dies als einen Hop im Senden der Daten interpretieren, wodurch Datenverlust
auftritt;
- – schließlich, wenn
die Übertragung
inkorrekt gewesen ist und der Schätzungsalgorithmus ebenfalls
annimmt, daß die Übertragung
inkorrekt war, wird der Empfänger
dies als einen Übertragungsfehler
interpretieren und die fehlerhaften Daten werden wiederholt übertragen,
dadurch wird Datenverlust vermieden.
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Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung ermöglicht
der Schätzungsalgorithmus,
einen geschätzten
Wert aufzustellen, der in Bezug auf jeden Träger berechnet wird. Im Folgenden
ist als Beispiel, aber nicht eingeschränkt, eine Formel gegeben, die
den Schätzungsalgorithmus
darstellt:
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Es
sollte berücksichtigt
werden, daß ein
Träger
mit Fehlern empfangen worden ist, und folglich wiederholt übertragen wurde,
wenn "est" ≥ 0; andererseits soll der Träger als
korrekt empfangen betrachtet worden sein, wenn "est" < 0.
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In
dieser Formel sind N; k1, ..., kN; l1 ..., IN; m1, ..., mN; n1, ..., nN; p1 ... pN; p0; K Konstanten
des Algorithmus. Der Parameter N ist eine positive ganze Zahl, die
die Anzahl der vorhergehenden Frames darstellt, die im Schätzungsprozeß berücksichtigt
werden. Die Parameter k1, ..., kN; l1 ..., IN; m1, ..., mN; n1, ..., nN; p1 ..., pN; p0 sind die Bewertungsfaktoren
des Algorithmus, der das Gewicht zur relativen Wichtigkeit der verschiedene Variablen
in der Algorithmusberechnung ergibt. Der Parameter K ist der Schwellenwert,
der nach Subtraktion vom Rest der Berechnung bestimmt, ob das Ergebnis
der Schätzung
positiv oder negativ ist, wobei der erste Fall bedeutet, daß der bewertete
Träger
mit Fehlern empfangen wurde und wiederholt übertragen werden muß, und der
zweite Fall, daß er
korrekt empfangen wurde.
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Ebenso
sind x1, ..., xN;
y1 ..., yN; z1, ..., zN; v1, ..., vN; w1 ..., wN; w0; Y; Z die Eingangsvariablen mit der folgenden
Bedeutung:
In der folgenden Beschreibung bedeutet die Schreibweise
xi(x1 – xN) die N Variablen xi mit
i zwischen 1 und N:
xi(x1 – xN) gleich 1, wenn der bewertete Träger mit
Fehlern in dem Frame empfangen wurde, der i Frames vor dem vorliegenden
Frame sendete; andernfalls gleich 0;
yi(y1 – yN) ist die Gesamtanzahl der Vorwärtsträger, die
als empfangen mit Fehlern in dem Frame erklärt worden sind, der i Frames
vor dem vorliegenden Frame sendete;
zi(z1 – zN) ist die Anzahl der Vorwärtsträger, die
auf der gleichen Frequenz wie der bewertete Träger arbeiten und die als empfangen
mit Fehlern in dem Frame erklärt
wurden, der i Frames vor dem vorliegenden Frame sendete;
vi(v1 – vN) gleich 1, wenn der bewertete Träger auf
der gleichen Frequenz wie ein Rückwärtsträger arbeitet,
der als empfangen mit Fehlern durch die MAC-mod2-ACK-Nachricht berichtet
wurde, in dem Frame, der i Frames vor dem vorliegenden Frame sendete;
andernfalls gleich 0;
wi(w1 – wN) gleich 1, wenn der bewertete Träger der
Duplexträger
war, der mit einem Rückwärtsträger verbunden
ist, der mit Fehlern in dem Frame empfangen worden ist, der i Frames
vor dem vorliegenden Frame sendete; andernfalls gleich 0;
w0 gleich 1, wenn der bewertete Träger der
Duplexträger
ist, der mit einem Rückwärtsträger verbunden
ist, der mit Fehlern in dem vorliegenden Frame empfangen wurde;
andernfalls gleich 0;
Y ist die Gesamtanzahl der Vorwärtsträger in der
Verbindung; und
Z ist die Gesamtanzahl der Vorwärtsträger, die
auf der gleichen Frequenz wie der bewertete Träger arbeiten.
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Folglich
ermöglicht
die oben dargestellte Formel dem Sender, intelligente Entscheidungen
zu treffen, die wie folgt zusammengefaßt werden können:
Für jeden
Vorwärtsträger wird
eine Fehlerwahrscheinlichkeitsschätzung ("est")
berechnet, die bestimmt, ob er wiederholt im Falle, daß die "MAC-mod2-ACK"-Nachricht fehlt, zu übertragen ist oder nicht. Die
Berechnung dieser Schätzung
berücksichtigt
die folgenden Faktoren:
- – Wenn erkannt wurde, daß der Träger mit
Fehlern in einem der letzten N Frames empfangen worden ist. Wenn
dieser Fall entsteht, wird es angesehen, daß sich die Wahrscheinlichkeit,
daß der
Träger
mit Fehlern in dem vorliegenden Frame übertragen worden sein könnte, ebenfalls
erhöht,
und folglich erhöht
sich der Wert der Schätzungsberechnung.
- – Wenn
erkannt wurde, daß andere
Träger,
die auf der gleichen Frequenz wie die bewertete Frequenz arbeiten,
mit Fehlern in einem der letzten N Frames empfangen worden sind.
In diesem Fall wird es angesehen, daß sich die Wahrscheinlichkeit
des bewerteten Trägers,
der auf der gleichen Frequenz arbeitet, der blockiert worden ist,
ebenfalls erhöht.
Der Wert der Schätzungsberechnung
wird mittels einer Reihe von Additionen proportional zur Anzahl
der Träger
erhöht,
die auf der gleichen Frequenz arbeiten und die in jedem der vorhergehenden
N Frames blockiert sind.
- – Wenn
erkannt wurde, daß andere
Träger
mit Fehlern in einem der letzten N Frames empfangen worden sind.
In diesem Fall wird es angesehen, daß sich die Wahrscheinlichkeit,
daß der
Träger
blockiert worden ist, ebenfalls erhöht, aber in einem geringeren
Ausmaß.
Der Wert der Schätzungsberechnung
wird mittels einer Reihe von Additionen proportional zur Anzahl
der Träger
erhöht,
die in jedem der vorhergehenden N Frames blockiert sind.
- – Wenn
der Träger
auf der gleichen Frequenz arbeitete wie ein Rückwärtsträger, der in einem der vorhergehenden
N Frames blockiert ist. In diesem Fall wird es angesehen, daß sich die
Wahrscheinlichkeit, daß der
bewertete Träger
blockiert worden ist, ebenfalls erhöht. Der Wert der Schätzungsberechnung
wird erhöht.
- – Wenn
der bewertete Träger
zum gleichen Duplexträger
wie ein Rückwärtsträger gehört, der
in einem der vorhergehenden N Frames blockiert ist. In diesem Fall
wird es angesehen, daß sich
die Wahrscheinlichkeit, daß der
bewertete Träger
blockiert worden ist, zusätzlich
erhöht.
Der Wert der Schätzungsberechnung
wird erhöht.
- – Wenn
der bewertete Träger
zum Duplexträger
gehört,
der mit dem Rückwärtsträger verbunden
ist, der in diesem gleichen Frame blockiert worden ist. In diesem
Fall wird es angesehen, daß sich
die Wahrscheinlichkeit, daß der
bewertete Träger
blockiert worden ist, ebenfalls erhöht. Der Wert der Schätzungsberechnung
wird erhöht.
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Auf
diese Weise sollen die Vorwärtsträger nur
wiederholt übertragen
werden, wenn der Sender bestimmt, es ist eine ausreichend hohe Wahrscheinlichkeit
vorhanden, daß der
Träger
blockiert hat.
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Die
selektive Übertragungswiederholung
kann verwendet werden, um Vorteil in der Verbindungssteuerungsschicht
(DLC-Schicht) der Zeitschlitze zu haben, die fälschlicherweise in den Schätzungsprozeß gefiltert
worden sind. Zu diesem Zweck ist eine neue Klasse der DLC anzuwenden,
die verschieden von der im Standard ETS-300175-4 betrachteten mit
den folgenden Charakteristika ist:
- – Alle Operationen
mit dieser alternativen Option sind ähnlich denen von Klasse 1 DLC
(definiert im Absatz 14.3.3 von ETS-300175-4), ausgenommen das Folgende:
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Der
Empfang eines FU6b-Frame über
Kanal Gf (siehe Absatz 12.7.1 von ETS-300175-4),
der das A/N-Bit der "Empfangsfolgenummer" (siehe Absatz 13.4.3)
mit Wert "0" beinhaltet, wird
wie eine Anforderung zur selektiven Übertragungswiederholung interpretiert
und leitet die Übertragungswiederholung
der Protokoll-Dateneinheit (PDU) ein, die in Bits ER7, ..., ER1
(siehe Absatz 13.4.3) angegeben ist. In diesem Fall wird nur diese
Einheit (PDU) wiederholt übertragen.