EP1362450A1 - Netzwerk mit einer anpassung des modulationsverfahrens - Google Patents

Netzwerk mit einer anpassung des modulationsverfahrens

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Publication number
EP1362450A1
EP1362450A1 EP02710264A EP02710264A EP1362450A1 EP 1362450 A1 EP1362450 A1 EP 1362450A1 EP 02710264 A EP02710264 A EP 02710264A EP 02710264 A EP02710264 A EP 02710264A EP 1362450 A1 EP1362450 A1 EP 1362450A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
terminal
network
error rate
packet error
modulation method
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02710264A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg Habetha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
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Filing date
Publication date
Application filed by Philips Intellectual Property and Standards GmbH, Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Publication of EP1362450A1 publication Critical patent/EP1362450A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04W52/00—Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
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    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/24—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters
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    • H04W52/18—TPC being performed according to specific parameters
    • H04W52/20—TPC being performed according to specific parameters using error rate
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0002—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate
    • H04L1/0003—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate by switching between different modulation schemes
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
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    • H04L1/0017—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff characterised by the adaptation strategy where the mode-switching is based on Quality of Service requirement
    • H04L1/0018—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff characterised by the adaptation strategy where the mode-switching is based on Quality of Service requirement based on latency requirement
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    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
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    • H04W52/24—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters
    • H04W52/241—TPC being performed according to specific parameters using SIR [Signal to Interference Ratio] or other wireless path parameters taking into account channel quality metrics, e.g. SIR, SNR, CIR, Eb/lo

Definitions

  • the invention relates to a network with several terminals that exchange messages via a wireless medium.
  • a network can be an ad hoc network that is self-organizing and can consist of several subnetworks, for example.
  • an ad hoc network with several terminals is known. At least one terminal is provided as a controller for controlling the ad hoc network. With such a network it is desirable that the energy consumption of the terminals is as low as possible.
  • the object of the invention is therefore to create a network in which the energy consumption of the terminals is reduced.
  • the network contains several terminals, each as a sending terminal at the start of a data transfer
  • a modulation method in which the maximum packet error rate for an estimated received signal-to-noise power ratio is not reached or the maximum packet delay is not reached or the maximum data throughput is achieved, and - in a second step to determine the transmission power are provided which result for a desired packet error rate or packet delay for the modulation method selected in the first step.
  • the invention can be used in various mobile radio systems, such as UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HIPERL AN / 2, Bluetooth etc. become.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • HIPERL AN / 2, Bluetooth etc. become.
  • the invention is particularly suitable for ad hoc networks in which communication can take place over several radio sections.
  • the ad hoc networks can either be completely decentralized or divided into sub-networks. Not only are the terminals mobile within the sub-networks, but also a terminal working as a central controller (function of a base station).
  • a modulation method is selected in a first step, in which the maximum packet error rate is undercut for an estimated useful reception signal-to-noise power ratio, and then in a second step the transmission power is determined which is suitable for a desired packet error rate results in a quasi-optimum for the transmission power for the modulation method selected in the first step.
  • the maximum permitted packet error rate (minimum packet error rate) is chosen so that secure data transmission is guaranteed under the most unfavorable conditions.
  • the desired packet error rate target packet error rate depends on the type of data to be transmitted (voice, file download, Internet data, etc.). In this way, quasi-optimized energy consumption for the terminal can be achieved.
  • the desired packet error rate can be smaller or larger than the maximum allowed packet error rate.
  • the desired packet error rate also depends on the service requirements for tolerable transmission delay. This is due to the fact that, when using an automatic repeat request (ARQ) error protection protocol, a higher packet error rate results in more frequent retransmissions and thus a longer packet transmission time or delay. Therefore, instead of the packet error rate, the packet delay can also be a criterion. It is also possible to use data throughput as a criterion.
  • ARQ automatic repeat request
  • a sending terminal is provided to determine the estimated received signal-to-noise ratio as the maximum transmit power minus estimated path losses between a sending terminal and a receiving terminal and a parameter.
  • the determination of the path losses specifies claim 3 and the initial value of the parameter claim 4.
  • curve values for a packet error rate as a function of the useful signal-to-noise power ratio are stored in a terminal for various modulation methods.
  • Claim 6 specifies the measures which have to be carried out in the case of changed reception conditions.
  • Claim 7 describes how adaptively the parameter and the desired packet error rate are adjusted.
  • the invention also relates to a terminal in such a network.
  • 1 shows an ad hoc network with three sub-networks, each of which contains terminals provided for radio transmission,
  • FIG. 2 shows a terminal of the local network according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a radio device of the terminal according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows an embodiment of a bridge terminal provided for connecting two sub-networks
  • Fig. 5 MAC frame of two sub-networks and the MAC frame structure of a bridge terminal
  • FIG. 6 shows a diagram with various curve profiles associated with specific modulation methods, which represent a packet error rate as a function of the useful received signal-to-noise power ratio.
  • the exemplary embodiment shown below relates to ad hoc networks which, in contrast to traditional networks, are self-organizing.
  • Each terminal in such an ad hoc network can provide access to a fixed network and can be used immediately.
  • An ad hoc network is characterized by the fact that the structure and the number of participants are not specified within the specified limit values. For example, a participant's communication device can be removed from the network or integrated.
  • an ad hoc network does not depend on a permanently installed infrastructure.
  • the area of the ad hoc network is usually much larger than the transmission area of a terminal. Communication between two Terminals may therefore require additional terminals to be switched on so that they can transmit messages or data between the two communicating terminals.
  • Such ad hoc networks in which a forwarding of messages and data via a terminal is necessary, are referred to as multihop ad hoc networks.
  • a possible organization of an ad hoc network is to regularly form sub-networks or clusters.
  • a sub-network of the ad hoc network can be formed, for example, by terminals connected via radio links by participants sitting around a table.
  • Such terminals can be, for example, communication devices for the wireless exchange of documents, images, etc.
  • ad hoc networks Two types can be specified. These are decentralized and centralized ad hoc networks.
  • a decentralized ad hoc network the communication between the terminals is decentralized, ie each terminal can communicate directly with any other terminal, provided that the terminals are in the transmission range of the other terminal.
  • the advantage of a decentralized ad hoc network is its simplicity and robustness against errors.
  • CC central terminal or central controller
  • a central ad hoc network An example of a centralized ad hoc network is a network that is organized according to the HIPERLAN / 2 Home Environment Extension (HEE) (see J. Habetha, A. Hettich, J. Peetz, Y. Du, “Central Controller Handover Procedure for ETSI BRAN HIPERLAN / 2 Ad Hoc networks and clustering with Quality of service gurantees "l st Annual IEEE workshop on Mobile Ad Hoc Networking & computing, Aug. 11, 2000).
  • HEE Home Environment Extension
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an ad hoc network with three subnetworks 1 to 3, each of which contains a plurality of terminals 4 to 16.
  • the terminals 4 to 9 are part of the sub-network 1, the terminals 4 and 9 of the sub-network 2 10 to 12 and the sub-network 3, the terminals 5 and 13 to 16.
  • the terminals belonging to a sub-network exchange data via radio links.
  • the ellipses shown in FIG. 1 indicate the radio range of a sub-network (1 to 3), in which largely problem-free radio transmission is possible between the terminals belonging to the sub-network.
  • Terminals 4 and 5 are called bridge terminals because they enable data exchange between two sub-networks 1 and 2 or 1 and 3.
  • the bridge terminal 4 is responsible for the data traffic between the subnetworks 1 and 2 and the bridge terminal 5 for the data traffic between the subnetworks 1 and 3.
  • a terminal 4 to 16 of the local network according to FIG. 1 can be a mobile or fixed communication device and contains, for example, at least one station 17, a connection control device 18 and a radio device 19 with antenna 20, as shown in FIG. 2.
  • a station 17 can be, for example, a portable computer, telephone, etc.
  • a radio device 19 of the terminals 6 to 16, as shown in FIG. 3, contains, in addition to the antenna 20, a radio-frequency circuit 21, a modem 22 and a protocol device 23.
  • the protocol device 23 forms from that of the
  • Connection control device 18 received data stream packet units.
  • a packet unit contains parts of the data stream and additional control information formed by the protocol device 23.
  • LLC Logical Link Control
  • MAC Medium Access Control
  • Radio transmission medium and the LLC layer perform flow and error control.
  • a specific terminal is responsible for the control and management functions and is referred to as a central controller.
  • the controller also works as a normal terminal in the associated sub-network.
  • the controller is used, for example, for registering terminals that start operating in the sub-network, for establishing a connection between at least two terminals in the radio transmission medium, for resource management and for access control in the radio transmission medium responsible.
  • a terminal of a sub-network is assigned transmission capacity for data (packet units) by the controller after registration and after registration of a transmission request.
  • each sub-network 1 to 3 of the local network is assigned a number of specific channels, which are referred to as channel bundles.
  • a channel is determined by a frequency range, a time range and, for example, in the CDMA method by a spreading code.
  • each sub-network 1 to 3 can have a specific, different frequency range with a carrier frequency fj available for data exchange. In such a frequency range, for example, data can be transmitted using the TDMA method.
  • the sub-network 1 can be assigned the carrier frequency f ls the sub-network 2 the carrier frequency f 2 and the sub-network 3 the carrier frequency f 3 .
  • the bridge terminal 4 works on the one hand in order to be able to carry out a data exchange with the other terminals of the sub-network 1, with the carrier frequency fi and on the other hand in order to be able to carry out a data exchange with the other terminals of the sub-network 2, with the carrier frequency f 2 .
  • the second bridge terminal 5 contained in the local network, which transmits data between the subnetworks 1 and 3, works with the carrier frequencies ft and f 3 .
  • the central controller has, for example, the function of access control. That means that the central controller for the formation of
  • MAC frame Frame of the MAC layer (MAC frame) is responsible.
  • the TDMA method is used here.
  • Such a MAC frame has different channels for control information and user data.
  • FIG. 4 A block diagram of an exemplary embodiment of a bridge terminal is shown in FIG. 4.
  • the radio switching device of this bridge terminal each contains a protocol device 24, a modem 25 and a radio-frequency circuit 26 with an antenna 27.
  • a radio switching device 28 is connected to the protocol device 24, which is further connected to a connection control device 29 and a buffer memory device.
  • direction 30 is connected.
  • the intermediate storage device 30 contains a storage element and serves for intermediate storage of data and is implemented as a FIFO module (First In First Out), ie the data are read from the intermediate storage device 30 in the order in which they were written.
  • the terminal shown in Fig. 4 can also operate as a normal terminal. Stations connected to the connection control device 29, which are not shown in FIG. 4, then supply data to the radio switching device 28 via the connection control device 29.
  • the bridge terminal according to FIG. 4 is alternately synchronized with a first and a second sub-network. Synchronization means the entire process of integrating a terminal in the sub-network up to the exchange of data. If the bridge terminal is synchronized with the first sub-network, it can exchange data with all terminals and with the controller of this first sub-network. If data is supplied from the connection control device 29 to the radio switching device 28, the destination of which is a terminal or the controller of the first subnetwork or a terminal or controller of another subnetwork which can be reached via the first subnetwork, the switching device forwards this data directly to the protocol device 24. The data are temporarily stored in the protocol device 24 until the time period determined by the controller for the transmission has been reached.
  • the radio transmission must be delayed until the period in which the bridge terminal is synchronized with the second sub-network. Therefore, the radio switching device forwards the data whose destination is in the second sub-network or whose destination can be reached via the second sub-network to the buffer device 30, which temporarily stores the data until the bridge terminal with the second sub-network is synchronized.
  • the MAC frames of two sub-networks SN1 and SN2 are usually not synchronized.
  • a bridge terminal BT is therefore not connected to a sub-network SN1 or SN2 not only during a switchover time Ts but also during a waiting time Tw.
  • FIG. 5 shows a sequence of MAC frames of the sub-networks SN1 and SN2 and the MAC frame structure of the bridge terminal BT.
  • the switchover time Ts is the time required for the bridge terminal to synchronize with a sub-network.
  • the waiting time Tw indicates the time between the end of synchronization with the subnetwork and the start of a new MAC frame for this subnetwork.
  • the bridge terminal BT Assuming that the bridge terminal BT is only connected to a sub-network SN1 or SN2 for the duration of a MAC frame, the bridge terminal BT only has a channel capacity of 1/4 of the available channel capacity of a sub-network on. In the other extreme case, the BT bridge terminal for one is connected to a sub-network for a long time, the channel capacity is half the available channel capacity of a sub-network.
  • each sub-network contains a central controller for controlling the assigned sub-network.
  • commissioning a subnetwork it must be ensured that only one terminal takes over the function of the central controller. It is assumed that not every terminal can take over the function of the central controller.
  • the procedure is such that each terminal that can assume a controller function checks whether there is another terminal in its reception area that can perform the controller function. If this is the case, the detecting terminal determines that it will not become a controller. If all other terminals also carry out these checks, a terminal remains at the end that does not detect any other terminal with a controller function and thus takes over the controller function.
  • the signals to be transmitted in the network via radio links are previously modulated using a specific digital modulation method.
  • Possible modulation methods are, for example, BPSK (binary phase sampling), QPSK (quaternary phase sampling), 16 QAM (16 quadrature amplitude modulation) and 64 QAM.
  • the signals to be modulated are coded before the modulation, for example using a punctured convolutional code.
  • a punctured convolutional code e.g. Code rates of 3/4 or 9/16 can be used.
  • a suitable modulation method and a suitable transmission power are determined adaptively according to the method described below, depending on the reception conditions.
  • the received signal-to-noise ratio C / I est is previously estimated as the maximum transmission power T x minus the estimated path losses L p between a transmitting terminal and a receiving terminal and an adaptive parameter AMM (Adaptive Modulation Margin):
  • an initial value to be determined (e.g. 0 dB) is assumed when establishing a connection.
  • the path losses L p are determined by the exchange of power control messages between the sending terminal and the receiving terminal (during the connection establishment). In this case, a modulation method known to both the sending and the receiving terminal and a specific channel intended for this are used.
  • the power control messages are broadcast at maximum transmission power, which means that the path losses from the receiving terminal can be estimated on the basis of the received power.
  • the necessary or optimal transmission power is then determined in a second step.
  • an initial value for a target packet error rate (desired packet error rate) PERo is first defined (cf. FIG. 6).
  • the target packet error rate or desired packet error rate
  • the useful reception signal-to-noise power ratio C / I re q required for the target packet error rate PERo is then read out on the basis of the curve values stored for this modulation method (see FIG. 6).
  • the transmission power which corresponds to this useful received signal-to-noise power ratio C / I req at the target packet error rate PERo, is in the hereinafter referred to as PPE RO .
  • the target packet error rate P P ER O results from the useful received signal-to-noise power ratio C / I req using the relationship
  • the path losses L p were estimated in the first step on the basis of the exchanged power control messages.
  • P max represents the maximum permissible transmission power that is permitted by the authorities, for example.
  • a transmission power reduction of 3 dB has thus been achieved in the second step compared to the first step.
  • the first and second steps are carried out again in a third step, the two parameters AMM and PERO not being reinitialized, but the previous values being retained.
  • the third step can be used periodically.
  • the two parameters AMM and PER 0 can also be changed adaptively in a further, fourth step.
  • the parameters AMM and PERo are periodically adjusted on the basis of performance parameters of system operation.
  • the following parameters can alternatively or in combination be used as performance parameters: "percentage of successful connection attempts", “reciprocal of the average packet error rate in the network”, “reciprocal of the average packet delay in the network”, “throughput of the overall system”, “reciprocal of the number of connection drops ".
  • This adjustment can be in the same or larger time intervals as the adjustment after the third step.
  • the AMM parameter is first adjusted:
  • THEN AMM is lowered by 1 dB
  • THEN AMM is increased by 1 dB.
  • the parameter PER 0 is then adjusted (based on the performance parameter "average packet error rate in the overall network" PER av, for example):
  • THEN PER 0 is divided by 0.9;
  • the regulation is carried out in such a way that both parameters are reset independently of one another.
  • dependent regulations are also conceivable.
  • the AMM parameter and then the PERo parameter are not set first, but rather that the AMM parameter and then the PERo parameter are increased together.
  • the stored curve values can also represent the dependence of the average packet delay or the throughput on the useful signal-to-noise ratio (C / I). The use of packet delay is described first, followed by the use of throughput.
  • the modulation method is selected as a function of the useful received signal-to-noise ratio (C / I) for various modulation methods, which is less than a fixed minimum delay for an estimated useful received signal-to-noise ratio C / I est .
  • the estimated useful reception signal-to-noise power ratio C / I est is determined as described above, the AMM parameter also being used.
  • Transmission power determined.
  • an initial value for an average target delay (desired packet delay) To is first determined, which depends on the type of data to be transmitted (language, downloading a file, Internet data, etc.). Since the modulation method was already defined in the previous step, the useful received signal-to-power ratio C / r req required for the target delay To is then read out on the basis of the curve values stored for this modulation method.
  • the two parameters AMM and T 0 are optimized based on performance parameters during network operation, as when using the packet error rate PER.
  • the adaptation of the AMM parameter is identical to the procedure described above.
  • the parameter T 0 is then adjusted (based on the performance parameter “average packet delay in the overall network” T av, for example):
  • THEN T 0 is divided by 0.9;
  • THEN T 0 is multiplied by 0.9. Any performance parameters can be used for this process (for example, the average packet error rate in the overall network can be selected for the adjustment of the To parameter as before for the adjustment of the PERo parameter).
  • the modulation method is selected as a function of the useful received signal-to-noise power ratio (C / I) for different modulation methods, which delivers the maximum throughput at an estimated useful received signal-to-noise power ratio C / I es t.
  • the estimated useful reception signal-to-noise power ratio C / I es t is determined as described above, the parameter AMM also being used.
  • the necessary or optimal transmission power is then determined in a second step.
  • the optimal transmission power with a fixed modulation method is determined using one of the two methods described above either on the basis of the packet error rate (and the PERo parameter) or on the basis of the average packet delay (and the To parameter).
  • the parameters AMM and PERo or To are optimized during operation of the network on the basis of performance parameters.

Abstract

In einem Netzwerk mit mehreren Terminals wählt ein sendendes Terminal zu Beginn der Datenübertragung in einem ersten Schritt ein Modulationsverfahren aus. Die Auswahl basiert auf einem geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/I, bei dem eine maximal erlaubte Paketfehlerrate PER unterschritten wird. In einem zweiten Schritt bestimmt das sendende Terminal die Sendeleistung, die sich für eine erwünschte Paketfehlerrate für das im ersten Schritt ausgewählte Modulationsverfahren ergibt.

Description

Netzwerk mit einer Anpassung des Modulationsverfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit mehreren Terminals, die über ein drahtloses Medium Nachrichten austauschen. Ein solches Netzwerk kann ein Adhoc- Netzwerk sein, die selbstorganisierend sind und beispielsweise aus mehreren SubNetzwerken bestehen können.
Aus dem Dokument „J. Habetha, A.Hettich, J. Peetz, Y. Du: Central Controller Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clustering with Quality of Service Gurantees, lst IEEE Annual Workshop on Mobile Ad Hoc Networking & Computing, , Aug. 11, 2000" ist ein Adhoc-Netzwerk mit mehreren Terminals bekannt. Wenigstens ein Terminal ist als Controller zur Steuerung des Adhoc-Netzwerkes vorgesehen. Bei einem solchen Netzwerk ist es erwünscht, dass der Energieverbrauch der Terminals so gering wie möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk zu schaffen, bei welchem der Energieverbrauch der Terminals verringert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Netzwerk der eingangs genannten Art durch folgende Maßnahmen gelöst:
Das Netzwerk enthält mehrere Terminals, die jeweils als sendendes Terminal zu Beginn einer Datenübertragung
- in einem ersten Schritt zur Auswahl eines Modulationsverfahrens vorgesehen sind, bei welchem für ein geschätztes Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis eine maximal erlaubte Paketfehlerrate unterschritten oder eine maximal erlaubte Paketverzögerung unterschritten oder ein maximaler Datendurchsatz erzielt wird, und - in einem zweiten Schritt zur Bestimmung der Sendeleistung vorgesehen sind, die sich für eine erwünschte Paketfehlerrate oder Paketverzögerung für das im ersten Schritt ausgewählte Modulationsverfahren ergibt.
Die Erfindung kann in verschiedenen Mobilfunksystemen, wie UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), HIPERL AN/2, Bluetooth usw. eingesetzt werden. Besonders geeignet ist die Erfindung für Adhoc-Netzwerke, bei denen die Kommunikation über mehrere Funkteilstrecken erfolgen kann. Die Adhoc-Netzwerke können dabei entweder völlig dezentralisiert oder in Sub-Netzwerke aufgeteilt sein. Innerhalb der Sub-Netzwerke sind nicht nur die Terminals mobil sondern auch ein als zentraler Controller (Funktion einer Basisstation) arbeitendes Terminal. Dadurch das bei einem Verbindungsaufbau eines Terminals in einem ersten Schritt ein Modulationsverfahren ausgewählt wird, bei welchem für ein geschätztes Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis eine maximal erlaubte Paketfehlerrate unterschritten wird, und anschließend in einem zweiten Schritt die Sendeleistung bestimmt wird, die sich für eine erwünschte Paketfehlerrate für das im ersten Schritt ausgewählte Modulationsverfahren ergibt, wird ein Quasioptimum für die Sendeleistung ermittelt. Die maximal erlaubten Paketfehlerrate (Mindest-Paketfehlerrate) ist dabei so gewählt, dass unter ungünstigsten Bedingungen eine sichere Datenübertragung gewährleistet ist. Im Gegensatz dazu ist die erwünschte Paketfehlerrate (Ziel-Paketfehlerrate) von der Art der zu übertragenden Daten (Sprache, Herunterladen einer Datei, Internet-Daten usw.) abhängig. Hierdurch kann ein quasioptimierter Energieverbrauch für das Terminal erreicht werden. Die erwünschte Paketfehlerrate kann kleiner oder größer als die maximal erlaubte Paketfehlerrate sein.
Die erwünschte Paketfehlerrate hängt auch von den Anforderungen der Dienste an die tolerierbare Übertragungsverzögerung ab. Dies ist darauf -.uräckzuführen, dass bei Verwendung eines Fehlersicherungsprotokolls mit wiederholter Übertragung (engl. Automatic Repeat Request (ARQ)) eine höhere Paketfehlerrate häufigere Übertragungswiederholungen und damit eine größere Paketübertragungsdauer bzw. -Verzögerung mit sich bringt. Daher kann anstelle der Paketfehlerrate auch die Paketverzögerung ein Kriterium sein. Ferner ist auch möglich als Kriterium den Datendurchsatz zu verwenden.
Ein sendendes Terminal ist zur Bestimmung des geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis als die maximale Sendeleistung abzüglich von geschätzten Pfadverlusten zwischen einem sendenden Terminal und einem empfangenden Terminal sowie eines Parameters vorgesehen. Die Ermittlung der Pfadverluste gibt Anspruch 3 und den Anfangswert des Parameters Anspruch 4 an.
Um im zweiten Schritt die Sendeleistung zu bestimmen, sind in einem Terminal zu verschiedenen Modulationsverfahren gespeicherte Kurvenwerte für eine Paketfehlerrate in Abhängigkeit vom Nutzsignal-zu-Rauschleistungsverhältnis gespeichert. Die Maßnahmen, die bei veränderten Empfangsbedingungen durchgeführt werden müssen, gibt Anspruch 6 an. Anspruch 7 beschreibt, wie adaptiv der Parameter und die erwünschte Paketfehlerrate angepasst werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Terminal in einem solchen Netzwerk.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Adhoc-Netzwerk mit drei Sub-Netzwerken, die jeweils zur Funkübertragung vorgesehene Terminals enthalten,
Fig. 2 ein Terminal des lokalen Netzwerks nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Funkvorrichtung des Terminals nach Fig. 2, Fig. 4 eine Ausführung eines zur Verbindung von zwei Sub-Netzwerken vorgesehenen Brücken-Terminals,
Fig. 5 MAC-Rahmen von zwei Sub-Netzwerken und die MAC- Rahmenstruktur eines Brückenterminals und
Fig. 6 ein Diagramm mit verschiedenen bestimmten Modulationsverfahren zugeordneten Kurvenverläufen, welche eine Paketfehlerrate in Abhängigkeit vom Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis darstellen.
Das im folgenden dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Adhoc- Netzwerke, die im Gegensatz zu traditionellen Netzwerken selbstorganisierend sind. Jedes Terminal in einem solchen Adhoc-Netzwerk kann einen Zugang zu einem Fest-Netzwerk ermöglichen und ist sofort einsetzbar. Ein Adhoc-Netzwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur und die Anzahl von Teilnehmern innerhalb vorgegebener Grenzwerte nicht festgelegt ist. Beispielsweise kann eine Kommumkationsvomchtung eines Teilnehmers aus dem Netzwerk genommen oder eingebunden werden. Im Gegensatz zu traditionellen Mobilfunknetzen ist ein Adhoc-Netzwerk nicht auf eine fest installierte Infrastruktur angewiesen.
Die Größe der Fläche des Adhoc-Netzwerks ist in der Regel sehr viel größer als der Übertragungsbereich von einem Terminal. Eine Kommunikation zwischen zwei Terminals kann daher die Einschaltung weiterer Terminals erforderlich machen, damit diese Nachrichten oder Daten zwischen den beiden kommunizierenden Terminals übertragen können. Solche Adhoc-Netzwerke, bei denen eine Weiterleitung von Nachrichten und Daten über ein Terminal notwendig ist, werden als Multihop- Adhoc-Netzwerke bezeichnet. Eine mögliche Organisation eines Adhoc-Netzwerkes besteht darin, regelmäßig Sub-Netzwerke oder Cluster zu bilden. Ein Sub-Netzwerk des Adhoc-Netzwerks kann beispielsweise durch über Funkstrecken verbundene Terminals von um einen Tisch sitzenden Teilnehmern gebildet werden. Solche Terminals können z.B. Kommunikationsvorrichtungen zum drahtlosen Austausch von Dokumenten, Bildern usw. sein.
Es lassen sich zwei Typen von Adhoc-Netzwerken angeben. Das sind dezentralisierte und zentralisierte Adhoc-Netzwerke. In einem dezentralisierten Adhoc- Netzwerk ist die Kommunikation zwischen den Terminals dezentralisiert, d.h. jedes Terminal kann mit jedem anderen Terminal unter der Voraussetzung direkt kommunizieren, dass die Terminals jeweils in dem Übertragungsbereich des anderen Terminals liegen. Der Vorteil eines dezentralisierten Adhoc-Netzwerks ist dessen Einfachheit und Robustheit gegen Fehler. Bei einem zentralisierten Adhoc-Netzwerk werden bestimmte Funktionen, wie z.B. die Funktion des Mehrfachzugriffs eines Terminals zum Funkübertragungsmedium (Medium Access Control = MAC) von einem bestimmten Terminal pro Sub-Netzwerk gesteuert. Dieses Terminal wird als zentrales Terminal oder zentraler Controller (Central Controller = CC) bezeichnet. Diese Funktionen müssen nicht immer von demselben Terminal ausgeführt werden, sondern können von einem als zentraler Controller arbeitenden Terminal zu einem anderen dann als zentraler Controller agierenden Terminal übergeben werden. Der Vorteil eines zentralen Adhoc-Netzwerks ist, dass in diesem auf einfache Art eine Vereinbarung über die Dienstgüte (Quality of Service = QoS) möglich ist. Ein Beispiel für ein zentralisiertes Adhoc-Netzwerk ist ein Netzwerk, welches nach der HIPERLAN/2 Home Environment Extension (HEE) organisiert ist (vgl. J. Habetha, A.Hettich, J. Peetz, Y. Du, „Central Controller Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clustering with Quality of Service Gurantees", lst IEEE Annual Workshop on Mobile Ad Hoc Networking & Computing, , Aug. 11 , 2000).
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Adhoc-Netzwerks mit drei SubNetzwerken 1 bis 3 dargestellt, die jeweils mehrere Terminals 4 bis 16 enthalten. Bestandteil des Sub-Netzwerks 1 sind die Terminals 4 bis 9, des Sub-Netzwerks 2 die Terminals 4 und 10 bis 12 und des Sub-Netzwerks 3 die Terminals 5 und 13 bis 16. In einem Sub-Netzwerk tauschen die jeweils zu einem Sub-Netzwerk gehörenden Terminals Daten über Funkstrecken aus. Die in Fig. 1 eingezeichneten Ellipsen geben den Funkbereich eines Sub-Netzwerks (1 bis 3) an, in dem zwischen den zu dem Sub-Netzwerk gehörenden Terminals eine weitgehend problemlose Funkübertragung möglich ist.
Die Terminals 4 und 5 werden Brücken-Terminals genannt, weil diese einen Datenaustausch zwischen zwei Sub-Netzwerken 1 und 2 bzw. 1 und 3 ermöglichen. Das Brücken-Terminal 4 ist für den Datenverkehr zwischen den Sub-Netzwerken 1 und 2 und das Brücken-Terminal 5 für den Datenverkehr zwischen den Sub-Netzwerken 1 und 3 zuständig.
Ein Terminal 4 bis 16 des lokalen Netzwerks nach Fig. 1 kann eine mobile oder feste Kommumkationsvomchtung sein und enthält beispielsweise mindestens eine Station 17, eine Verbindungskontrollvorrichtung 18 und eine Funkvorrichtung 19 mit Antenne 20, wie dies Fig. 2 zeigt. Eine Station 17 kann beispielsweise ein tragbarer Computer, Fernsprecher usw. sein.
Eine Funkvorrichtung 19 der Terminals 6 bis 16 enthält, wie Fig. 3 zeigt, außer der Antenne 20 eine Hochfrequenzschaltung 21, ein Modem 22 und eine Protokollvorrichtung 23. Die Protokollvorrichtung 23 bildet aus dem von der
Verbindungskontrollvorrichtung 18 empfangenen Datenstrom Paketeinheiten. Eine Paketeinheit enthält Teile des Datenstroms und zusätzliche von der Protokollvorrichtung 23 gebildete Steuerinformationen. Die Protokollvorrichtung verwendet Protokolle für die LLC- Schicht (LLC = Logical Link Control) und die MAC-Schicht (MAC = Medium Access Control). Die MAC-Schicht steuert den Mehrfachzugriff eines Terminals zum
Funkübertragungsmedium und die LLC-Schicht führt eine Fluss- und Fehlerkontrolle durch.
Wie oben erwähnt, ist in einem Sub-Netzwerk 1 bis 3 eines zentralisierten Adhoc-Netzwerks ein bestimmtes Terminal zuständig für die Kontroll- und Management- funktionen und wird als zentraler Controller bezeichnet. Der Controller arbeitet außerdem als normales Terminal im zugehörigen Sub-Netzwerk. Der Controller ist z.B. für die Registrierung von Terminals, die den Betrieb im Sub-Netzwerk aufnehmen, für den Verbindungsaufbau zwischen wenigstens zwei Terminals im Funkübertragungsmedium, für die Resourcenverwaltung und für die Zugriffssteuerung im Funkübertragungsmedium zuständig. So erhält beispielsweise ein Terminal eines Sub-Netzwerks nach der Registrierung und nach der Anmeldung eines Übertragungswunsches vom Controller Übertragungskapazität für Daten (Paketeinheiten) zugewiesen.
In dem Adhoc-Netzwerk können die Daten zwischen den Terminals nach einem TDMA-, FDMA- oder CDMA- Verfahren (TDMA = Time Division Multiplex Access, FDMA = Frequency Division Multiplex Access, CDMA = Code Division Multiplex Access) ausgetauscht werden. Die Verfahren können auch kombiniert werden. Jedem Sub-Netzwerk 1 bis 3 des lokalen Netzwerks sind eine Anzahl von bestimmten Kanälen zugeordnet, die als Kanalbündel bezeichnet werden. Ein Kanal ist durch einen Frequenzbereich, einen Zeitbereich und z.B. beim CDMA- Verfahren durch einen Spreizungscode bestimmt. Beispielsweise kann jedem Sub-Netzwerk 1 bis 3 zum Datenaustausch ein bestimmter, jeweils unterschiedlicher Frequenzbereich mit einer Trägerfrequenz fj zur Verfügung stehen. In einem solchen Frequenzbereich können beispielsweise Daten mittels des TDMA- Verfahrens übertragen werden. Dabei kann dem Sub-Netzwerk 1 die Trägerfrequenz fls dem Sub-Netzwerk 2 die Trägerfrequenz f2 und dem Sub-Netzwerk 3 die Trägerfrequenz f3 zugewiesen werden. Das Brücken-Terminal 4 arbeitet einerseits, um mit den anderen Terminals des Sub-Netzwerks 1 einen Datenaustausch durchfuhren zu können, mit der Trägerfrequenz fi und andererseits, um mit den anderen Terminals des Sub-Netzwerks 2 einen Datenaustausch durcliführen zu können, mit der Trägerfrequenz f2. Das zweite im lokalen Netzwerk enthaltene Brücken-Terminal 5, welches Daten zwischen den SubNetzwerken 1 und 3 überträgt, arbeitet mit den Trägerfrequenzen ft und f3.
Wie oben ausgeführt, hat der zentrale Controller beispielsweise die Funktion der Zugriffssteuerung. Das bedeutet, dass der zentrale Controller für die Bildung von
Rahmen der MAC-Schicht (MAC-Rahmen) verantwortlich ist. Hierbei wird das TDMA- Verfahren angewendet. Ein solcher MAC-Rahmen weist verschiedene Kanäle für Steuerinformationen und Nutzdaten auf.
Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Brücken-Terminals ist in Fig. 4 dargestellt. Die Funkschaltvorrichtung dieses Brücken-Terminals enthält jeweils eine Protokollvorrichtung 24, ein Modem 25 und eine Hochfrequenzschaltung 26 mit Antenne 27. Mit der Protokollvorrichtung 24 ist eine Funkschaltvorrichtung 28 verbunden, die des weiteren an eine Verbindungskontrollvorrichtung 29 und einer Zwischenspeichervor- richtung 30 angeschlossen ist. Die Zwischenspeichervorrichtung 30 enthält in dieser Ausführungsform ein Speicherelement und dient zur Zwischenspeicherung von Daten und ist als FIFO-Baustein realisiert (First In First Out), d.h. die Daten werden in der Reihenfolge aus der Zwischenspeichervorrichtung 30 gelesen, in der sie eingeschrieben worden sind. Das in Fig. 4 dargestellte Terminal kann ebenfalls als normales Terminal arbeiten. An die Verbindungskontrollvorrichtung 29 angeschlossene Stationen, die nicht in Fig. 4 eingezeichnet sind, liefern dann über die Verbindungskontrollvorrichtung 29 Daten zur Funkschaltvorrichtung 28.
Das Brücken-Terminal nach der Fig. 4 ist abwechselnd mit einem ersten und zweiten Sub-Netzwerk synchronisiert. Unter Synchronisation wird der gesamte Prozess der Einbindung eines Terminals im Sub-Netzwerks bis zum Austausch von Daten verstanden. Wenn das Brücken-Terminal mit dem ersten Sub-Netzwerk synchronisiert ist, kann es Daten mit allen Terminals und mit dem Controller dieses ersten Sub-Netzwerks austauschen. Werden von der Verbindungskontrollvorrichtung 29 Daten an die Funkschaltvorrichtung 28 geliefert, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des ersten Sub-Netzwerks oder ein Terminal oder Controller eines anderen Sub-Netzwerks ist, die über das erste SubNetzwerk zu erreichen sind, leitet die Fvinkschaltvorrichtung diese Daten direkt an die Protokollvorrichtung 24 weiter. In der Protokollvorrichtung 24 werden die Daten solange zwischengespeichert, bis der vom Controller bestimmte Zeitabschnitt für die Übertragung erreicht ist. Wenn die von der Verbindungskontrollvorrichtung 29 ausgegebenen Daten zu einem Terminal oder dem Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder zu einem anderen über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichenden Sub-Netzwerk gesendet werden soll, muss die Funkübertragung bis zu dem Zeitabschnitt verzögert werden, in dem das Brücken-Terminal mit dem zweiten Sub-Netzwerk synchronisiert ist. Daher leitet die Funkschaltvorrichtung die Daten, deren Bestimmungsort im zweiten Sub-Netzwerk liegt oder deren Bestimmungsort über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichen ist, zu der Zwischenspeichervorrichtung 30, welche die Daten solange zwischenspeichert, bis das Brücken-Terminal mit dem zweiten Sub-Netzwerk synchronisiert ist.
Wenn Daten von einem Terminal oder dem Controller des ersten SubNetzwerks vom Brücken-Terminal empfangen werden und deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder ein Terminal oder Controller eines anderen über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichenden Sub-Netzwerks ist, werden diese Daten ebenfalls bis zur Synchronisation mit dem zweiten Sub-Netzwerk in der Zwischenspeichervorrichtung 30 abgelegt. Daten, deren Bestimmungsort eine Station des Brücken-Terminals ist, werden direkt über die Funkschaltvorrichtung 28 zur Verbindungskontrollvorrichtung 29 gegeben, die dann die empfangenen Daten zu der gewünschten Station leitet. Daten, deren Bestimmungsort weder eine Station des Brücken-Terminals noch ein Terminal oder Controller des zweiten Sub-Netzwerks ist, werden beispielsweise zu einem weiteren Brücken-Terminal gesendet.
Nach dem Synchronisationswechsel des Brücken-Terminals vom ersten zum zweiten Sub-Netzwerk werden die in der Zwischenspeichervorrichtung 30 befindlichen
Daten in der Einschreibreihenfolge wieder aus der Zwischenspeichervorrichtung 30 gelesen. Anschließend können während der Dauer der Synchronisation des Brücken-Terminals mit dem zweiten Sub-Netzwerk alle Daten, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder ein anderes über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichende Sub-Netzwerk ist, sofort von der Funkschaltvorrichtung 28 zur Protokollvorrichtung 24 weitergegeben und nur die Daten, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des ersten Sub-Netzwerks oder ein anderes über das erste Sub-Netzwerk zu erreichende Sub-Netzwerk ist, in der Zwischenspeichervorrichtung 30 gespeichert werden.
Die MAC-Rahmen von zwei Sub-Netzwerken SN1 und SN2 sind in der Regel nicht synchronisiert. Daher ist ein Brücken-Terminal BT mit einem Sub-Netzwerk SN1 oder SN2 nicht nur während einer Umschaltzeit Ts sondern auch während einer Wartezeit Tw nicht verbunden. Dies lässt sich aus Fig. 5 entnehmen, welche eine Folge von MAC-Rahmen der Sub-Netzwerke SN1 und SN2 und die MAC-Ralimenstruktur des Brücken-Terminals BT zeigt. Die Umschaltzeit Ts ist diejenige Zeit, die erforderlich ist, damit das Brücken-Terminal sich mit einem Sub-Netzwerk synchronisieren kann. Die Wartezeit Tw gibt die Zeit zwischen dem Ende der Synchronisation mit dem Sub-Netzwerk und dem Beginn eines neuen MAC- Rahmens dieses Sub-Netzwerks an.
Unter der Annahme, dass das Brücken-Terminal BT nur jeweils für die Dauer eines MAC-Rahmens mit einem Sub-Netzwerk SN1 oder SN2 verbunden ist, weist das Brücken-Terminal BT nur eine Kanalkapazität von 1/4 der verfügbaren Kanalkapazität eines Sub-Netzwerks auf. In dem anderen extremen Fall, dass das Brückenterminal BT für eine längere Zeit mit einem Sub-Netzwerk verbunden ist, beträgt die Kanalkapazität die Hälfte der verfügbaren Kanalkapazität eines Sub-Netzwerks.
Wie oben beschrieben, enthält jedes Sub-Netzwerk einen zentralen Controller zur Steuerung des zugeordneten Sub-Netzwerks. Bei der Inbetriebnahme eines SubNetzwerks muss sichergestellt werden, dass nur ein Terminal die Funktion des zentralen Controllers übernimmt. Es sei vorausgesetzt, dass nicht jedes Terminal die Funktion des zentralen Controllers übernehmen kann. Es wird zur Bestimmung eines zentralen Controllers beispielsweise so vorgegangen, dass jedes Terminal, welches eine Controller-Funktion übernehmen kann, prüft, ob in ihrem Empfangsbereich ein anderes Terminal ist, welches die Controller-Funktion ausfuhren kann. Ist dies der Fall, stellt das detektierende Terminal fest, dass es nicht Controller wird. Führen alle anderen Terminals ebenfalls diese Überprüfungen durch, bleibt am Ende ein Terminal über, welches kein anderes Terminal mit einer Controller-Funktion detektiert und somit die Controller-Funktion übernimmt. Die in dem Netzwerk über Funkstrecken zu übertragenden Signale werden zuvor nach einem bestimmten digitalen Modulationsverfahren moduliert. Mögliche Modulationsverfahren sind beispielsweise BPSK (binäre Phasentastung), QPSK (Quaternäre Phasentastung), 16 QAM (16-Quadraturamplitudenmodulation) und 64 QAM. Die zu modulierenden Signale werden vor der Modulation beispielsweise mittels eines punktierten Faltungscodes codiert. Hierbei können z.B. Coderaten von 3/4 oder 9/16 verwendet werden.
Beim Aufbau einer Verbindung zwischen einem sendenden Terminal und einem oder mehreren empfangenden Terminals wird erfindungsgemäß nach einer im folgenden beschriebenen Methode in Abhängigkeit von den Empfangsbedingungen adaptiv ein geeignetes Modulationsverfahren und eine geeignete Sendeleistung bestimmt.
Zu Beginn einer Übertragung (Schritt 1) wird von einem sendenden Terminal zunächst ein Modulationsverfahren festgelegt bzw. ausgewählt. Dies geschieht dadurch, dass anhand von gespeicherten Kurvenwerten in einer Tabelle (bzw. Speicher) im sendenden Terminal (vgl. Fig. 6) welche die Paketfehlerrate (PER = Packet Error Rate) in Abhängigkeit vom Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis (C/I) für verschiedene Modulationsverfahren darstellen, das Modulationsverfahren ausgewählt wird, das bei einem geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/Iest eine Mindestpaketfehlerrate (maximal erlaubte Paketfehlerrate) von beispielsweise 0.01 unterschreitet. Das Nutz- empfangssignal-zu-RauscUeistungsverhältnis C/Iest wird zuvor geschätzt als die maximale Sendeleistung Tx abzüglich der geschätzten Pfadverluste Lp zwischen einem sendenden Terminal und einem empfangenden Terminal sowie eines adaptiven Parameters AMM (Adaptive Modulation Margin):
C/Iest = Tx - Lp - AMM
Für den Parameter AMM wird beim Verbindungsaufbau ein festzulegender Initialwert (von bspw. 0 dB) angenommen. Die Pfadverluste Lp werden durch den Austausch von Leistungssteuerungs-Nachrichten zwischen sendendem Terminal und empfangenden Terminal (während des Verbindungsaufbaus) ermittelt. Hierbei wird ein sowohl dem sendenden als auch dem empfangenden Terminal bekanntes Modulationsverfahren und ein bestimmter dafür vorgesehener Kanal verwendet. Die Leistungssteuerungs-Nachrichten werden mit maximaler Sendeleistung ausgestrahlt, wodurch die Pfadverluste vom empfangenden Terminal anhand der Empfangsleistung geschätzt werden können.
Beträgt beispielsweise das geschätzte Nutzempfangssignal-zu- Rauschleistungsverhältnis C/Iest= 26,5 dB, so wird im ersten Schritt gemäß Fig. 6, die verschiedene beispielhafte Kurvenwerte für ausgesuchte Modulationsverfahren zeigt, das Modulationsverfahren 16 QAM mit einer Codierungsrate von 3/4 ausgewählt.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt die notwendige bzw. optimale Sendeleistung bestimmt. Hierbei wird zunächst ein Initialwert für eine Ziel-Paketfehlerrate (erwünschte Paketfehlerrate) PERo festgelegt (vgl. Fig. 6). Im Gegensatz zur fest vorgegebenen Mindest-Paketfehlerrate (oder maximal erlaubten Paketfehlerrate), die so gewählt ist, dass unter ungünstigsten Bedingungen eine sichere Datenübertragung gewährleistet ist, ist die Ziel-Paketfehlerrate (oder erwünschten Paketfehlerrate) von der Art der zu übertragenden Daten (Sprache, Herunterladen einer Datei, Internet-Daten usw.) abhängig. Da das Modulationsverfahren im vorherigen Schritt bereits festgelegt worden ist, wird dann anhand der für dieses Modulationsverfahren abgespeicherten Kurvenwerte (vgl. Fig. 6) das für die Ziel-Paketfehlerrate PERo notwendige Nutzempfangssignal-zu-Rausch- leistungsverhältnis C/Ireq ausgelesen. Die Sendeleistung, die diesem Nutzempfangssignal-zu- Rauschleistungsverhältnis C/Ireq bei der Ziel-Paketfehlerrate PERo entspricht, wird im folgenden als PPERO bezeichnet. Die Ziel-Paketfehlerrate PPERO ergibt sich aus dem Nutz- empfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/Ireq mittels der Beziehung
PPERO = C/Ireq + Lp + AMM
Die Pfadverluste Lp sind im ersten Schritt anhand der ausgetauschten Leistungssteuerungs-Nachrichten geschätzt worden. Die Übertragung der Daten wird nun mit der Sendeleistung P = min(Pma , PPERÖ) gestartet. Dabei stellt Pmax die maximal zulässige Sendeleistung dar, die beispielsweise behördlich erlaubt ist.
Im Beispiel zum ersten Schritt ist für das geschätzte Nutzempfangssignal-zu- Rauschleistungsverhältnis C/IeSt = 26,5 dB das Modulationsverfahren 16 QAM mit einer Codierungsrate von 3/4 selektiert worden. Der Schnittpunkt der Kurve des Modulationsverfahrens 16 QAM mit einer Codierungsrate von 3/4 mit der Ziel-Paketfehlerrate PERo liegt bei dem Nutzempfangssignal-zu-RauscWeistungsverhältnis C/Ireq = 23,5 dB. Es ist also eine Sendeleistungsreduzierung von 3 dB beim zweiten Schritt gegenüber dem ersten Schritt erreicht worden.
Während der laufenden Verbindung können sich aufgrund von Änderungen der Empfangsbedingungen (Hindernisse, Wetter, andere statistische Einflüsse, Mobilität der Terminals, etc.) Veränderungen der Pfadverluste bzw. der Empfangsleistung ergeben. In diesem Fall werden in einem dritten Schritt der erste und zweite Schritte erneut durchlaufen, wobei die beiden Parameter AMM und PERO dabei nicht neu initialisiert, sondern die bisherigen Werte beibehalten werden. Alternativ kann der dritte Schritt in periodischen Abständen angewendet werden.
Die beiden Parameter AMM und PER0 können ferner in einem weiteren, vierten Schritt adaptiv verändert werden. Zu diesem Zweck wird periodisch eine Anpassung der Parameter AMM und PERo auf Basis von Leistungskenngrößen des Systembetriebs vorgenommen. Als Leistungskenngrößen können jeweils alternativ oder in Kombination folgende Größen verwendet werden: „Prozentsatz erfolgreicher Verbindungsaufbauversuche", „Kehrwert der durchschnittlichen Paketfehlerrate im Netz", „Kehrwert der durchschnittlichen Paket- Verzögerung im Netz", „Durchsatz des Gesamtsystems", „Kehrwert der Anzahl Verbindungsabbrüche". Diese Anpassung kann in den gleichen oder größeren zeitlichen Abständen als die Anpassung nach dem dritten Schritt erfolgen. Es wird die folgende Regelung zur Veränderung der beiden Parameter AMM und PERo angewendet, wobei LKi den Wert einer Leistungskenngröße in einem bestimmten Zeitabschnitt (oder Periode) tj mit i = 0, 1, 2, ... bezeichnet:
Zuerst wird eine Anpassung des Parameters AMM durchgeführt:
WENN LKi > LKi-1 UND am Ende von tu AMM erhöht wurde, DANN wird AMM um 1 dB erhöht;
WENN LKi > LKi-1 UND am Ende von tu AMM erniedrigt wurde,
DANN wird AMM um 1 dB erniedrigt;
WENN LKi < LKi-1 UND am Ende von tu AMM erhöht wurde,
DANN wird AMM um 1 dB erniedrigt; WENN LKi < LKi- 1 UND am Ende von tu AMM erhöht wurde,
DANN wird AMM um 1 dB erhöht.
Anschließend erfolgt eine Anpassung des Parameters PER0 (beispielhaft auf Basis der Leistungskenngröße „durchschnittliche Paketfehlerrate im Gesamtnetz" PERav):
WENN PERav,i < PERaVji-ι,
DANN wird PER0 durch 0,9 dividiert;
WENN PERav,i > PERav,!-!
DANN wird PER0 mit 0,9 multipliziert.
Es können statt der beschriebenen einfachen Regelung auch Regelungen höherer Ordnung oder Regelungstechniken, wie Kaiman-Filter oder Fuzzy-Regler, verwendet werden.
Die Regelung erfolgt im obigem Beispiel derart, dass beide Parameter unabhängig voneinander neu eingestellt werden. Es sind jedoch auch abhängige Regelungen denkbar. Das bedeutet, dass nicht zuerst der Parameter AMM und dann der Parameter PERo eingestellt werden, sondern dass jeweils der Parameter AMM und dann der Parameter PERo gemeinsam erhöht werden. Alternativ zur Paketfehlerrate PER können die abgespeicherten Kurvenwerte auch die Abhängigkeit der durchschnittlichen Paketverzögerung oder des Durchsatzes vom Nutzempf- gssignal-zu-RauscMeistungsverhältnis (C/I) darstellen. Es wird zunächst die Ver- wendung der Paketverzögerung und anschließend die Verwendung des Durchsatzes beschrieben.
Bei Verwendung der durchschnittlichen Paketverzögerung wird in Abhängigkeit vom Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis (C/I) für verschiedene Modulationsverfahren das Modulationsverfahren ausgewählt, das bei einem geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/Iest eine feste Mindestverzögerung unterschreitet. Das geschätzte Nutzempfangssignal-zu-Rauschleisttmgsverhältnis C/Iest wird wie zuvor beschrieben ermittelt, wobei auch der Parameter AMM verwendet wird.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt die notwendige bzw. optimale
Sendeleistung bestimmt. Hierbei wird zunächst ein Initialwert für eine durchschnittliche Ziel- Verzögerung (erwünschte Paketverzögerung) To festgelegt, die von der Art der zu übertragenden Daten (Sprache, Herunterladen einer Datei, Internet-Daten usw.) abhängig ist. Da das Modulationsverfahren im vorherigen Schritt bereits festgelegt worden ist, wird dann anhand der für dieses Modulationsverfahren abgespeicherten Kurvenwerte das für die Ziel- Verzögerung To notwendige Nutzempfangssignal-zu-RauscWeistungsverhältnis C/rreq ausgelesen.
Die beiden Parameter AMM und T0 werden, wie bei Verwendung der Paketfehlerrate PER, während des Netzbetriebes anhand von Leistungsgrößen optimiert. Die Adaptierung des Parameters AMM ist identisch zu der zuvor beschriebenen Prozedur. Anschließend erfolgt eine Anpassung des Parameters T0 (beispielhaft auf Basis der Leistungskenngröße „durchschnittliche Paketverzögerung im Gesamtnetz" Tav):
WENN TaV;i < Tav.i-1,
DANN wird T0 durch 0,9 dividiert;
DANN wird T0 mit 0,9 multipliziert. Es können für diesen Prozess beliebige Leistungsgrößen herangezogen werden (Beispielsweise kann für die Anpassung des Parameters To wie zuvor für die Anpassung des Parameters PERo die durchschnittliche Paketfehlerrate im Gesamtnetz gewählt werden).
Bei Verwendung des Durchsatzes anstelle der Paketfehlerrate wird in Abhängigkeit vom Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis (C/I) für verschiedene Modulationsverfahren das Modulationsverfahren ausgewählt, das bei einem geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/Iest den maximalen Durchsatz liefert. Das geschätzte Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis C/Iest wird wie zuvor beschrieben ermittelt, wobei auch der Parameter AMM verwendet wird.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt die notwendige bzw. optimale Sendeleistung bestimmt. Die Ermittlung der optimalen Sendeleistung bei festliegendem Modulationsverfahren erfolgt mit einem der beiden zuvor beschriebenen Verfahren entweder auf Basis der Paketfehlerrate (und dem Parameter PERo) oder auf Basis der durchschnittlichen Paketverzögerung (und dem Parameter To).
Die Parameter AMM und PERo bzw. To werden, wie zuvor beschrieben, während des Netzbetriebes anhand von Leistungsgrößen optimiert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Netzwerk mit mehreren Terminals, die jeweils als sendendes Terminal zu
Beginn einer Datenübertragung
- in einem ersten Schritt zur Auswahl eines Modulationsverfahrens vorgesehen sind, bei welchem für ein geschätztes Nutzempfangssignal-zu-RauscWeistungsverhältnis eine maximal erlaubte Paketfehlerrate unterschritten oder eine maximal erlaubte Paketverzögerung unterschritten oder ein maximaler Datendurchsatz erzielt wird, und
- in einem zweiten Schritt zur Bestimmung der Sendeleistung vorgesehen sind, die sich für eine erwünschte Paketfehlerrate oder Paketverzögerung für das im ersten Schritt ausgewählte Modulationsverfahren ergibt.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein sendendes Terminal zur Bestimmung des geschätzten Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungs- verhältnis als die maximale Sendeleistung abzüglich von geschätzten Pfadverlusten zwischen einem sendenden Terminal und einem empfangenden Terminal sowie eines Parameters vorgesehen ist.
3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein sendendes Terminal zum Austausch von Leistungssteuerungs-Nachrichten mit einem empfangenden Terminal und zur Ermittlung der Pfadverluste anhand der vom empfangenden Terminal zurückgesendeten Leistungssteuerungs-Nachrichten vorgesehen ist.
4. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Terminal den Parameter beim Verbindungsaufbau zu Null setzt.
5. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Terminal zu verschiedenen Modulationsverfahren gespeicherte Kurvenwerte für eine Paketfehlerrate, eine Paketverzögerung oder einen Datendurchsatz in Abhängigkeit vom Nutzsignal-zu- Rauschleistungsverhältnis enthält.
6. Netzwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein sendendes Terminal entweder aufgrund veränderter Empfangsbedingungen oder periodisch erneut zur Durcliführung des ersten und zweiten Schritts zur Bestimmung eines Modulationsverfahrens und einer Sendeleistung vorgesehen ist.
7. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in bestimmten Abständen ein sendendes Terminal zur Anpassung des Parameters und der erwünschten Paketfehlerrate oder Paketverzögerung anhand von Leistungsgrößen vorgesehen ist.
8. Terminal in einem Netzwerk mit mehreren weiteren Terminals, das als sendendes Terminal zu Beginn einer Datenübertragung
- in einem ersten Schritt zur Auswahl eines Modulationsverfahrens vorgesehen sind, bei welchem für ein geschätztes Nutzempfangssignal-zu-Rauschleistungsverhältnis eine maximal erlaubte Paketfehlerrate unterschritten oder eine maximal erlaubte Paketverzögerung unterschritten oder ein maximaler Datendurchsatz erzielt wird, und
- in einem zweiten Schritt zur Bestimmung der Sendeleistung vorgesehen sind, die sich für eine erwünschte Paketfehlerrate oder Paketverzögerung für das im ersten Schritt ausgewählte Modulationsverfahren ergibt.
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