EP1623548A1 - Signalisierung zur bitzuweisung in einem drahtlosen lan - Google Patents
Signalisierung zur bitzuweisung in einem drahtlosen lanInfo
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- EP1623548A1 EP1623548A1 EP04732121A EP04732121A EP1623548A1 EP 1623548 A1 EP1623548 A1 EP 1623548A1 EP 04732121 A EP04732121 A EP 04732121A EP 04732121 A EP04732121 A EP 04732121A EP 1623548 A1 EP1623548 A1 EP 1623548A1
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- H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]
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-
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- H04W88/02—Terminal devices
- H04W88/06—Terminal devices adapted for operation in multiple networks or having at least two operational modes, e.g. multi-mode terminals
Definitions
- the present invention relates to a method for data transmission in a communication system with centrally or decentrally organized access to the transmission medium using a plurality of transmission modes.
- the present invention relates to a signaling scheme for adaptive modulation in a CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) based access system.
- CSMA / CA Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance
- a major problem with mobile radio transmission is the frequency selectivity of the mobile radio channels.
- the frequency selectivity caused by multipath propagation with large transit time differences, causes strong linear distortions of the received signal, which require the use of complex equalizers or Viterbi detection.
- a suitable means of counteracting the disadvantages of frequency-selective channels is so-called adaptive modulation (AM), which is described in more detail below.
- AM adaptive modulation
- Adaptive modulation is used in OFDM systems (Orthogonal Frequency Devision Multiplexing) to reduce the disadvantages of frequency-selective fading channels. It also improves data throughput and range.
- the data are transmitted via individual subcarriers.
- the principle of adaptive modulation is briefly explained below.
- the transmitter transmits data to a receiver via the radio channel.
- the data to be sent are first encoded by an encoder and interleaved by an interleaver.
- the data is then modulated with different modulation values depending on the channel properties. Suitable modulation alphabets / procedures for this are e.g. B. the known amplitude / phase shift keying
- the respective subcarrier is to be modulated with a high number of bits, while with a low signal / noise ratio a small number of bits is sufficient.
- the signal / noise ratio is usually estimated in the receiver and converted into a so-called bit loading table for the individual subcarriers.
- bit loading table can contain information about the signal / noise ratio or alternatively the requested modulation value for each individual subcarrier. This bit loading table is transmitted to the transmitter so that it can control a demultiplexer DEMUX and a multiplexer MUX for the adaptive modulation accordingly.
- the demultiplexer DEMUX directs the bit stream obtained from the interleaver to the modulator MODi, ..., MOD n-1 , M0D n assigned to a particular modulation value.
- the modulator MODi for example, a BPSK modulator and the modulator MOD n a 64 QAM modulator.
- the pointers obtained after the respective modulation are then subjected to an inverse Fast Fourier Transformation IFFT by the multiplexer MUX, which is also controlled via the bit loading table. There the pointers are converted to the respective subcarrier for the transmission and then modulated up to the carrier frequency.
- the data is obtained as a pointer from the individual subcarriers using a Fast Fourier transform.
- a subsequent demultiplexer DEMUX assigns the data to the suitable demodulator in accordance with the bit loading table.
- the bit stream obtained from the demodulator DEMOD], ..., DEM0D n - ⁇ , DEMOD is fed to a deinterleaver and channel decoder via a multiplexer MUX.
- the desired bit loading table is to be transmitted from the transmitter to the receiver for the adaptive modulation.
- the bit Loading tables typically have to be calculated in the receiver on the basis of RSSI (Radio Signal Strength Indication) or SNR (Signal to Noise / Interference Ratio) and transmitted to the transmitter.
- RSSI Radio Signal Strength Indication
- SNR Signal to Noise / Interference Ratio
- the IEEE 802.11a standard specifies the medium access control (MAC) and physical characteristics for radio LAN systems.
- MAC medium access control
- a medium access control unit in accordance with this standard is intended to support the components of a physical layer depending on the availability of the spectrum with regard to their access authorization to the transmission medium.
- the central and the decentralized access function In principle, two coordination options are available for access: the central and the decentralized access function.
- the central access function Point Coordination Function, PCF
- PCF Point Coordination Function
- BSS Base Service Set
- DCF distributed access coordination function
- the same coordination function logic is active in every station or terminal in the terminal group as long as the network is in operation.
- FIG. 1 shows the data frame structure for the data exchange of a decentralized access system (DCF) according to the DCF
- Standard IEEE 802.11 With regard to the abbreviations and terms used in this document, reference is made to this standard.
- the transmitter After a waiting period, the so-called DCF Interframe Space (DIFS), the transmitter transmits an RTS signal (Ready to Send) to the network.
- the receiver After a short waiting period (Short Interframe Space, SIFS) the receiver sends the CTS signal (Clear to Send) with which it indicates that it is ready to receive.
- SIFS Short Interframe Space
- the transmitter sends the data to be transmitted to the network.
- the recipient confirms receipt of the data with the confirmation message ACK (Acknowledge).
- the waiting times SIFS and DIFS are 16 ⁇ s and 34 ⁇ s, respectively.
- the vector NAV Network Allocation Vector
- RTS or CTS signal which indicates how long a transmission to the radio medium (wireless medium) cannot be carried out by the respective station.
- Access to the radio system is only possible once the waiting time DIFS has passed after the recipient's ACK confirmation.
- the so-called “contention window” a random backoff time takes place to avoid collisions.
- FIG. 2 shows the frame or data packet formats of the frames shown in FIG. 1.
- the RTS frame contains the transmitter address TA (transmitter address) encoded with six octets.
- the recipient address is likewise encoded with six octets in the CTS frame.
- the data frame sent by the sender contains the destination address in the address block "Address 2".
- the ACK frame returned by the recipient for confirmation in turn contains the recipient address RA (Receiver Address), so that the sender can clearly assign the confirmation.
- RA Receiveiver Address
- the object of the present invention is to provide a method which ensures simple implementation of adaptive modulation.
- the invention provides a method for data transmission in a communication system comprising a plurality of stations with organized access to a transmission medium using a plurality of transmission modes, by sending at least one pilot signal from the transmitter to the receiver, the transmitter being understood as a station which represents the source of a current transmission and a receiver is to be understood as a station which represents the sink of a transmission, so that, according to the invention, each station can be, depending on the current status, sender or receiver and must therefore be able to implement the invention To be able to perform steps for both roles.
- the assignment table / loading table relating to the transmission modes is also calculated by the receiver based on the received pilot signals, the assignment table is sent from the receiver to the transmitter and the data signals are sent using one of the transmission modes according to the assignment table from the transmitter to Receiver or from receiver to transmitter.
- Adaptive modulation can thus also be implemented in multiple access systems, for example the CSMA system (Carrier Sense Multiple Access) on the basis of the bit loading
- CSMA Carrier Sense Multiple Access
- bit loading signaling schemes are applied. For adaptive modulation, however, it is imperative that the desired bit loading tables are correctly transmitted from the receiver to the transmitter. If this is not the case, serious disturbances can occur.
- the use of the bit loading signaling scheme enables the transmission of adaptively modulated data packets, which is less susceptible to packet errors due to the adaptive modulation.
- the proposed solution to a CSMA / CA (Collision Avoidance) scheme with decentralized can be used particularly advantageously Use access in which the RTS signals (Ready to Send), CTS signals (Clear to Send) and NAV (Network Allocation Vector) are used to reserve the common medium for data transmission and, if necessary, the confirmation message ACK (Acknowledge) Confirmation of data receipt can be used.
- RTS signals Ready to Send
- CTS signals Clear to Send
- NAV Network Allocation Vector
- ACK Acknowledge
- adaptive modulation for an OFDM system (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) or an MC / CDMA system (Multi Carrier Code Division Multiple Access) based on CSMA / CA access can be applied at a basic level.
- pilots can be sent to calculate bit loading tables in the RTS signal for decentralized access.
- the transmitter inquires in the RTS signal from the receiver whether it is capable of adaptive modulation and possibly of performing additional functions within the physical layer, the so-called PHY extensions.
- the receiver asks the transmitter in the CTS signal about the feasibility of adaptive modulation and possibly further PHY extensions.
- the receiver can send the assignment table or bit loading table calculated on the basis of the pilots to the transmitter in the CTS signal.
- each terminal can be both a transmitter and a receiver.
- each terminal can be both a transmitter and a receiver.
- it seems sensible to transfer the bit loading table using two OFDM data symbols, each of which consists of 24 data bits (or 48 code bits each coded at a rate R 0.5). Confirmation of the use of a specific PHY extension can be made in the receiver's CTS signal.
- the data transmission should take place with a fixed modulation scheme as long as there is no current bit loading table at the transmitter or receiver.
- Both systems, the system with decentralized access and the system with central access, can be nested in time so that the specific components can be used in parallel.
- FIG. 2 shows the data packet structure for data exchange according to FIG. 1;
- FIG. 3 shows the conventional modulation of OFDM subcarriers
- FIG. 4 shows the adaptive modulation of OFDM subcarriers
- FIG. 5 shows schematically the extension of the “Request To Send” (RTS) and “Clear To Send” (CTS) frame according to the invention
- FIG. 6 shows the frame format of an RTS frame according to the invention
- FIG. 7 shows the frame format according to the invention of a CTS frame
- FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a list (table) with assignments for coding or modulation, as results from the method according to the invention, each assignment defining coding and modulation which is used for a specific subcarrier.
- FIG. 9 one that can be achieved with the method according to the invention
- FIG. 10 one that can be achieved with the method according to the invention
- FIG. 11 shows a comparison between conventional and adaptive modulation based on the speed of a moving mobile station of the communication system.
- a small extension as shown in Fig. 5 in the RTS / CTS frames is to at least a part of a posible solution for implementing a signaling method within a Communications System using adaptive modulation.
- Figure 6 shows a RTS frame expanded according to the invention in a detailed representation.
- the expansion according to the invention can be carried out by occupying unused bit combinations of the frame, for example the "subtype" field, in order to signal within the RTS frame that a station (terminal) is capable of adaptive modulation apply. In the example shown, this is done by the unused bit combination 0011 in the "subtype" field, which can be transmitted.
- a station that serves as a sink for the transmission measures the subcarriers of the RTS frame and responds with a resulting bit loading table.
- This table which is to be used for the adaptive modulation, is then transferred within a CTS frame to the source of the transmission, i.e. the above-mentioned station initiating the transmission.
- This sequence can be seen in FIG. 7, the “source station” subsequently modulating data transmitted by it in accordance with the bit loading table.
- adaptive modulation exceeds the conventional (fixed) modulation at pedestrian speeds, while this is reversed at speeds greater than or equal to 15 km / h.
- the advantageous use of adaptive modulation can be significantly increased in throughput and rate by the RTS / CTS according to the invention, the procedure according to the invention additionally being characterized by its simplicity in implementation.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Hier wird vorgeschlagen, dass bei einem dezentral oder zentral, organisierten Zugriff auf das Übertragungsmedium, vorzugsweise einem IEEE 802.11 System, Pilotsignale vom Sender zum Empfänger gesendet und anschliessend die Zuordnungstabelle anhand der empfangenen Pilotsymbole durch den Empfànger berechnet werden. Vom Empfänger wird die Zuordnungstabelle zum Sender übermittelt, so dass der anschliessende Datenaustausch auf der Basis dieser Zuordnungstabelle stattfinden kann.
Description
Beschreibung SIGNALISIERUNG ZUR BITZUWEISUNG IN EINEM DRAHTLOSEN LAN
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Kommunikationssystem mit zentral oder dezentral organisiertem Zugriff auf das Übertragungsmedium unter Verwendung mehrerer Übertragungsmodi . Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Signalisierungsschema zur adaptiven Modulation in einem CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) basierten Zugriffssystem.
Ein gravierendes Problem bei der Mobilfunkübertragung ist die Frequenzselektivität der Mobilfunkkanäle. Die Frequenzselek- tivität, hervorgerufen durch Mehrwegeausbreitung mit großen LaufZeitdi ferenzen, bewirkt starke lineare Verzerrungen des EmpfangsSignals, die den Einsatz aufwendiger Entzerrer oder einer Viterbi-Detektion erforderlich machen. Ein geeignetes Mittel, den Nachteilen frequenzselektiver Kanäle entgegenzu- wirken, ist die sogenannte Adaptive Modulation (AM) , die im Folgenden näher beschrieben wird.
Adaptive Modulation wird in OFDM-Syste en (Orthogonal Fre- quency Devision Multiplexing) dazu verwendet, die Nachteile frequenzselektiver Fading-Kanäle zu reduzieren. Sie verbessert den Datendurchsatz aber auch die Reichweite. Dabei werden die Daten über einzelne Subträger übertragen. Das Prinzip der adaptiven Modulation sei im Folgenden kurz erläutert. Der Sender überträgt über den Funkkanal Daten zu einem Empfänger. In dem Sender werden die zu sendenden Daten zunächst durch einen Codierer codiert und durch einen Inter- leaver verschachtelt. Anschließend werden die Daten je nach Kanaleigenschaft mit unterschiedlicher Modulationswertigkeit moduliert. Geeignete Modulationsalphabete/verfahren hierfür sind z. B. die bekannten Amplitude/Phase-Shift-Keying-
Verfahren BPSK, QPSK, 16 QAM, 64 QAM usw. mit den jeweiligen Modulationswertigkeiten 1, 2, 4 und 6. Bei hohem Sig
nal/Rausch-Abstand ist der jeweilige Subträger mit einer hohen Bitzahl zu modulieren, während bei einem geringen Signal/Rausch-Verhältnis eine geringe Bitzahl genügt. Das Signal/Rausch-Verhältnis wird üblicherweise in dem Empfänger ge- schätzt und für die einzelnen Subträger in eine sogenannte Bit-Loading-Tabelle umgesetzt. Beispielsweise kann eine solche Bit-Loading-Tabelle Informationen über das Sig- nal/Rauschverhältnis oder alternativ die angeforderte Modulationswertigkeit für jeden einzelnen Ξubträger enthalten. Die- se Bit-Loading-Tabelle wird dem Sender übermittelt, so dass dieser einen Demultiplexer DEMUX und einen Multiplexer MUX für die Adaptive Modulation entsprechend ansteuern kann.
Der Demultiplexer DEMUX leitet den vom Interleaver erhaltenen Bit-Strom an den jeweils einer bestimmten Modulationswertigkeit zugeordneten Modulator MODi, ... , MODn-1, M0Dn. Dabei kann der Modulator MODi. beispielsweise ein BPSK-Modulator und der Modulator MODn ein 64 QAM-Modulator sein. Die nach der jeweiligen Modulation erhaltenen Zeiger werden dann durch den Mul- tiplexer MUX, der ebenfalls über die Bit-Loading-Tabelle gesteuert wird, einer Inversen Fast-Fourier-Transformation IFFT unterzogen. Dort werden die Zeiger auf den jeweiligen Subträger für die Übertragung umgesetzt und anschließend auf die Trägerfrequenz hochmoduliert.
Im Empfänger läuft dieser Prozess im Wesentlichen umgekehrt ab. Zunächst werden die Daten über eine Fast-Fourier-Transformation von den einzelnen Subträgern als Zeiger gewonnen. Ein anschließender Demultiplexer DEMUX weist die Daten ent- sprechend der Bit-Loading-Tabelle dem geeigneten Demodulator zu. Der vom Demodulator DEMOD], ..., DEM0Dn-ι , DEMOD„ gewonnene Bit-Strom wird über einen Multiplexer MUX einem Deinterleaver und Kanaldecodierer zugeführt.
Wie bereits erwähnt, ist für die adaptive Modulation die gewünschte Bit-Loading-Tabelle vom Sender zum Empfänger zu ü- bertragen. Ein wesentlicher Punkt dabei ist, dass die Bit-
Loading-Tabellen typischerweise im Empfänger auf der Basis von RSSI (Radio Signal Strength Indication) oder SNR (Signal to Noise/Interference Ratio) berechnet und dem Sender übermittelt werden müssen. Für ein TDD-Schema (Time Division Duplex) wird üblicherweise ein WSS-Kanal (White Sense Statio- nary) für einen Zeitraum, in dem die Bit-Loading-Tabelle gültig ist, angenommen.
In dem Standard IEEE 802.11a sind die Mediumzugriffssteuerung (Medium Access Control, MAC) und physikalische Charakteristi- ka für Funk-LAN-Systeme spezifiziert. Eine Mediumzugrif ssteuereinheit gemäß diesem Standard soll die Komponenten einer physikalischen Schicht abhängig von der Verfügbarkeit des Spektrums hinsichtlich ihrer Zugangsberechtigung zum Übertra- gungsmedium unterstützen.
Prinzipiell stehen zwei Koordinationsmöglichkeiten für den Zugriff zur Verfügung: die zentrale und die dezentrale Zugri sfunktion. Bei der zentralen Zugriffsfunktion (Point Coordination Function, PCF) ist die Koordinationsfunktionslo- gik nur in einer Station beziehungsweise in einem Terminal einer Gruppe von Terminals (Basic Service Set, BSS) aktiv, solange das Netzwerk in Betrieb ist. Demgegenüber ist bei einer dezentralen Zugriffsfunktion (Distributed Coordination Function, DCF) die gleiche Koordinationsfunktionslogik in jeder Station beziehungsweise jedem Terminal der Terminalgruppe aktiv, solange das Netzwerk in Betrieb ist.
Figur 1 zeigt hierzu die Datenrahmenstruktur für den Daten- austausch eines dezentralen Zugriffssystems (DCF) nach dem
Standard IEEE 802.11. Hinsichtlich der im vorliegenden Dokument verwendeten Abkürzungen und Begriffe wird auf diesen Standard verwiesen. Gemäß Figur 1 sind an der Kommunikation beteiligt: ein Sender, ein Empfänger und andere. Nach einer Wartezeit, dem sogenannten DCF Interframe Space (DIFS) , überträgt der Sender an das Netz ein RTS-Signal (Ready to Send) . Nach einer kurzen Wartezeit (Short Interframe Space, SIFS)
sendet der Empfänger das CTS-Signal (Clear to Send) mit dem er seine Empfangsbereitschaft andeutet. Wiederum nach einer kurzen Wartezeit SIFS schickt der Sender die zu übermittelnden Daten Data ins Netz. Nach der Übertragung und einer War- tezeit SIFS bestätigt der Empfänger den Erhalt der Daten mit der Bestätigungsnachricht ACK (Acknowledge) . Die Wartezeiten SIFS und DIFS betragen dabei 16 μs beziehungsweise 34 μs .
Bei den anderen Kommunikationsteilnehmern wird auf Initiative des RTS- oder CTS-Signals der Vektor NAV (Network Allocation Vector) gesetzt, der angibt, wie lange eine Übertragung auf das Funkmedium (Wireless Medium) von der jeweiligen Station nicht durchgeführt werden kann . Der Zugriff auf das Funksystem ist erst wieder möglich, wenn nach der Bestätigung ACK des Empfängers die Wartezeit DIFS vergangen ist. In dem anschließenden Wettbewerbsfenster, dem sogenannten "Contention Window" findet zur Kollisionsvermeidung eine Verzögerung um eine zufällige Backoff-Zeit statt.
In Figur 2 sind die Frame- beziehungsweise Datenpaketfor ate der in Figur 1 dargestellten Frames aufgezeigt. In diesem Zusammenhang von Bedeutung ist insbesondere das Zusammenspiel zwischen Sender und Empfänger und damit die jeweilige Adres- sierung. So findet sich in dem RTS-Frame die Sendeadresse TA (Transmitter Address) mit sechs Oktetten kodiert wieder. E- benso ist in dem CTS-Frame die Empfängeradresse mit sechs Oktetten kodiert. Der Data-Frame, der vom Sender abgeschickt wird, enthält in dem Adressblock "Address 2" die Zieladresse. Der vom Empfänger zur Bestätigung zurückgesandte ACK-Frame enthält wiederum die Empfängeradresse RA (Receiver Address), so dass der Sender die Bestätigung eindeutig zuordnen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches eine einfache Implementierung einer adaptiven Modulation gewährleistet.
Zur Losung dieser Aufgabe ist erfindungsgemaß vorgesehen ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Kommunikationssystem aufweisend eine Vielzahl von Stationen mit organisiertem Zugriff auf ein Ubertragungsmedium unter Verwendung mehrerer Ubertragungsmodi, durch Senden mindestens eines Pilotsignals vom Sender zum Empfanger, wobei unter Sender eine Station zu verstehen ist, welche die Quelle einer aktuellen Übertragung darstellt und unter Empfanger eine Station zu verstehen ist, welche die Senke einer Übertragung darstellt, so dass erfin- dungsgemaß jede Station je nach aktuellem Status, Sender oder Empfanger sein kann und somit in der Lage sein muss die Er- findungsgemäßen Schritte für beide Rollen durchfuhren zu können. Erfindungsgemaß erfolgt des Weiteren ein Berechnen einer Zuordnungstabelle/Loading-Tabelle bezuglich der Ubertragungs- modi anhand der empfangenen Pilotsignale durch den Empfanger, ein Senden der Zuordnungstabelle vom Empfanger an den Sender sowie ein Senden der Datensignale unter Anwenden eines der Ubertragungsmodi gemäß der Zuordnungstabelle vom Sender zum Empfanger oder vom Empfanger zum Sender .
Somit kann adaptive Modulation auch in Mehrfachzugriffssystemen, beispielsweise dem CSMA-System (Carrier Sense Multiple Access) auf der Basis des erfindungsgemaßen Bit-Loading-
Signalisierungsschemas angewendet werden. Für die adaptive Modulation ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass die gewünschten Bit-Loading-Tabellen korrekt vom Empf nger zum Sender übertragen werden. Wenn dies nicht der Fall ist, können gravierende Störungen auftreten. Durch die Anwendung des Bit- loading-SignalisierungsSchemas wird die Übertragung adaptiv modulierter Datenpakete überhaupt ermöglicht, welche durch die adaptive Modulation gegenüber Paketfehler weniger anfallig ist.
Besonders vorteilhaft lasst sich die vorgeschlagene Losung auf ein CSMA/CA-Schema (Collision Avoidance) mit dezentralem
Zugriff anwenden, bei dem die RTS-Signale (Ready to Send) , CTS-Signale (Clear to Send) und NAV (Network Allocation Vec- tor) zur Reservierung des gemeinsamen Mediums für die Datenübertragung und gegebenenfalls auch die Bestatigungsnachricht ACK (Acknowledge) zur Bestätigung des Datenempfangs verwendet werden. Damit kann auf grundlegendem Niveau adaptive Modulation für ein OFDM-System (Orthogonal Frequency Divison Mul- tiplexing) oder ein MC/CDMA-System (Multi Carrier Code Division Multiple Access) , die auf dem CSMA/CA-Zugriff basieren, angewandt werden.
Wie bereits angedeutet, lasst sich das erfindungsgemaße Verfahren sehr vorteilhaft für IEEE 802.11 standardisierte Systeme verwenden. Dabei können Piloten zur Berechnung von Bit- Loading-Tabellen in dem RTS-Signal für dezentralen Zugriff gesendet werden. Des Weiteren ist es zweckmäßig, dass der Sender in dem RTS-Signal beim Empfanger anfragt, ob er zu a- daptiver Modulation und gegebenenfalls zur Durchfuhrung zusatzlicher Funktionen im Rahmen der physikalischen Schicht, den sogenannten PHY extensions, in der Lage ist.
In ahnlicher Weise ist es vorteilhaft, wenn der Empfanger beim Sender in dem CTS-Signal nach der Durchführbarkeit von adaptiver Modulation und gegebenenfalls weiteren PHY extensi- ons nachfragt. Gleichzeitig kann der Empfanger die aufgrund der Piloten berechnete Zuordnungstabelle beziehungsweise Bit- Loading-Tabelle in dem CTS-Signal an den Sender schicken.
Für bi-direktionalen Datenverkehr mittels adaptive Modulation von zwei Kommunikationsendgeraten ist besonders herauszustellen, dass jedes Endgerat sowohl Sender als auch Empf nger sein kann. Im Rahmen des IEEE 802. lla-Standards scheint es sinnvoll, die Bit-Loading-Tabelle mit Hilfe von zwei OFDM- Datensymbolen, welche jeweils aus 24 Datenbits (bzw. jeweils 48 Codebits mittels Rate R = 0.5 codiert) bestehen, zu bertragen.
Eine Bestätigung der Verwendung einer spezifischen PHY exten- sion kann in dem CTS-Signal des Empfängers erfolgen.
Sowohl im Falle des zentralen als auch im Falle des dezentra- len Zugriffs sollte die Datenübertragung mit einem festen Mo- dulationsSchema erfolgen, solange keine aktuelle Bit-Loading- Tabelle beim Sender beziehungsweise Empfänger vorliegt.
Beide Systeme, das System mit dem dezentralen und das System mit dem zentralen Zugriff, können zeitlich ineinander geschachtelt werden, so dass die jeweils spezifischen Komponenten parallel nebeneinander verwendet werden können.
Insbesondere bei zentral organisiertem Zugriff, vorzugsweise einem IEEE 802.11 System mit einer Point Coordination Function (PCF) oder einer Hybrid Coordination Function (HCF) , erfolgt eine Verbesserung dadurch, dass bereits mit der Übermittlung einer Zuordnungstabelle die darauffolgenden Daten entsprechend adaptiv moduliert werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Figur 1 ein Signalisierungsschema eines DCF-Datenaustauschs (Distributed Coordination Function) gemäß dem Standard IEEE 802.11;
Figur 2 die Datenpaketstruktur für den Datenaustausch nach Figur 1;
Figur 3 die konventionelle Modulation von OFDM Unterträgern;
Figur 4 die adaptive Modulation von OFDM Unterträgern;
Figur 5 schematisch die erfindungsgemäße Erweiterung von "Request To Send" (RTS) und "Clear To Send" (CTS) Rahmen (Frame) ;
Figur 6 das erfindungsgemäße Rahmenformat eines RTS-Frames ;
Figur 7 das erfindungsgemäße Rahmenformat eines CTS-Frames;
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel eine Liste (Tabelle) mit Zuordnungen für die Kodierung bzw. Modulation, wie sie sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt, wobei jede Zuordnung eine Kodierung und Modulation festlegt, welche zu einem bestimmten Unterträger genutzt wird.
Figur 9 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare
Reichweite;
Figur 10 eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare
Datenrate;
Figur 11 einen Vergleich zwischen konventioneller und adapti- ver Modulation auf Grundlage der Geschwindigkeit einer sich bewegenden mobilen Station des Kommunikationssystems .
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in Figur 3 gezeigt, erhalten alle Unterträger eines "orthogonal frequency division multiplex" OFDM basierten Kommu- nikaitonssystems, welches konventionelle Modulation nutzt, das gleiche Modulationsalphabet.
Während in einem OFDM Kommunikationssystem, das eine adaptive Modulation verwendet, zur Modulation der Unterträger Gruppen von benachbarten Unterträgern gebildet werden, für die je- weils individuell pro Gruppe Modulationsalphabete vergeben werden.
According to the invention a small extension as shown in Fig- ure 5 in the RTS / CTS frames is to at least a part of a pos- sible solution for implementing a signalling method within a Communications System using adaptive modulation.
Figure 6 zeigt einen erfindungsgemäß erweiterten RTS-Frame an in detaillierter Darstellung. Wie zu hieran zu erkennen ist, kann die erfindungsgemäße Erweiterung durch Belegen von ungenutzten Bitkombinationen des Frames erfolgen, beispielsweise des "Subtype" Feldes, um innerhalb des RTS-Frames zu signalisieren, dass eine Station (Terminal) in der Lage ist gemäß eine adaptive Modulation anzuwenden. Bei dem gezeigten Beispiel erfolgt dies durch die ungenutzte Bitkombination 0011 im "Subtype"-Feld, übertragen kann.
Eine Station, die als Senke der Übertragung dient, misst daraufhin die Unterträger des RTS-Frames aus und antwortet mit einer hieraus resultierenden Bitloading Tabelle. Diese für die adaptive Modulation zu nutzende Tabelle wird anschließend innerhalb eines CTS-Frames an die als Quelle der Übertragung, d.h. die oben genannte die Übertragung initiierende Station. Dieser Ablauf kann der Figur 7 entnommen werden, wobei die "Quellstation" anschließend von ihr übertragene Daten gemäß der Bitloading Tabelle moduliert.
In Figur 8 ist ein Beispiel einer solchen Bitloading Tabelle dargestellt. Wie zu erkennen ist, kann aus der in dieser Tabelle enthaltenen Zuordnungsinformation abgeleitet werden, dass beispielsweise bei einer Addressierung von drei Bit pro Subträgergruppe für eine Übertragung grundsätzlich acht mögliche PHY-Modi existieren (bei einer Adressierung von vier Bits entsprechend - 2Adressb:":s - 16 PHY-Modi), wobei zudem jeweils eine Codierung für jedes der 16 Unterträgergruppen (bündle) , beispielsweise eine 3 Bit/Subträgergruppe x 16 Gruppen/OFDM-Symbol = 48 Bit = 6 Bytes pro Zuordnungstabelle, ableitbar ist. Sofern die Zuordungstabelle über 48 OFDM- Subträger die mittels BPSK moduliert und mit einer Coderate
von R =1/2 übetragen werden benötigt man hierfür 2 OFDM- Symbole.
Dies führt - wie es in Figur 9 dargestellt ist - dazu, dass bei Anwendung einer adaptiven Modulation durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens eine herausragende Steigerung der Reichweite erzielt werden kann.
Zudem wird auch eine signifikante Erhöhung des Datendurchsatzes erreicht.
Aus Figur 11 ist zu entnehmen, dass Adaptive Modulation die konventionelle (fixe) Modulation bei Geschwindigkeiten von Fußgängern übertrifft, währen dies Geschwindigkeiten größer oder gleich to 15km/h umgekehrt ist.
Wie gezeigt, kann durch die erfindungsgemäße RTS/CTS der vorteilhafte Einsatz einer Adaptive Modulation deutlich in Durchsatz und Rate gesteigert werden, wobei sich die erfindungsgemäße Verfahrensweise zusätzlich durch seine Einfach- heit in der Implementierung auszeichnet.
Claims
1. Verfahren zur Datenübertragung in einem Kommunikations- system aufweisend eine Vielzahl von Stationen mit orga- nisiertem Zugriff auf ein Ubertragungsmedium unter Verwendung mehrerer Ubertragungsmodi, durch a) Senden mindestens eines Pilotsignals vom Sender zum Empfanger, b) Berechnen einer Zuordnungstabelle bezuglich der Uber- tragungsmodi anhand der empfangenen Pilotsignale durch den Empfanger, c) Senden der Zuordnungstabelle vom Empfanger an den Sender und d) Senden der Datensignale (Data) unter Anwenden eines der Ubertragungsmodi gemäß der Zuordnungstabelle vom
Sender zum Empfanger oder vom Empfanger zum Sender .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der organisierte Zugriff dezentral erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dessen Grundlagen nach IEEE 802.11 spezifiziert sind.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Pilotsignale in einer RTS-Nachricht übertragen werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Anspr che, wobei die Zuordnungstabelle eine Bitloadmg-Tabelle für adap- tive Modulation und/oder Erweiterungsdaten für Erweiterungen der Medien Zugriffsschicht "MAC-Layer" , die u- ber den Standard IEEE 802.11a oder andere Standards der physikalischen Schicht hinausreichen, umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Anfrage vom Sender nach adaptiver Modulation und/oder nach Erweiterungen der Medienzugriffschicht MAC-Layer, die über den Standard IEEE 802.11a hinausreichen, in einer RTS-Nachricht erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Anfrage und/oder Bestätigung von dem Empfänger bezüglich adaptiver Modulation und/oder Erweiterungen der Medienzugriffsschicht, die über den Standard IEEE 802.11a hinausgehen, in einer CTS-Nachricht übertragen werden .
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zuordnungstabelle des Empfängers in einer CTS- Nachricht übertragen wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Kommunikationsendgerät sowohl Sende- als auch Empfängerfunktionalität beinhaltet und eine Zuordnungstabelle entweder vom Empfänger an den Sender oder umgekehrt übertragen wird.
10.Verfahren nach vorherigen Ansprüche, wobei die Zuordnungstabelle in dem Datenübermittlungspaket (Data) angewendet wird.
11.Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zur Übertragung der Zuordnungstabelle mindestens ein Datensymbol, vorzugsweise zwei OFDM-Datensymbolen bestehend aus jeweils 48 Bits, verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei die Verwendung einer spezifischen Erweiterung der Medienzugriffsschicht, die über den Standard IEEE 802.11a hinausgeht, in einem CTS-Nachricht bestätigt wird.
13.Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der organisierte Zugriff zentral erfolgt.
14.Verfahren nach Anspruch 13, wobei zu sendende Daten mit einem festen Modulationsschema moduliert werden, solange keine Zuordnungstabelle bezüglich der Übertragungs- modi vorliegt .
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Zuordnungstabelle eine Bitloading-Tabelle für adaptive Modulation und/oder Erweiterungsdaten für Erweiterungen der physikalischen Schicht, die über den Standard IEEE 802.11a oder andere Standards der physikalischen Schicht hinausreichen, umfasst.
• 16.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kommunikationssystem ein VielfachzugriffSystem und insbesondere ein CSMA-System, vorzugsweise nach dem IEEE802.il Standard, ist.
17.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ubertragungsmodi zumindest teilweise aus einer adaptiven Modulation resultieren.
18. Verfahren zum Senden von Datensignalen, wobei ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und ein Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17 zeitlich in- einander verschachtelt werden.
19.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuordnungstabelle die Modulationswertigkeiten über GRAY-codierte Bits adressiert.
20.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nicht benutzte Bitkombinationen des Feldes „Type" oder des Feldes „Subtype" des IEEE 802.11 Standards benutzt wird, um Erweiterungen der RTS /CTS Signalisie- rung vorzunehmen .
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