Beschreibung
Verfahren zur Datenübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und Teilnehmerstationen, die einen durch einen gleichen Zeitschlitz aufeinanderfolgender Rahmen definierten Übertragungskanal gemeinsam nutzen, sowie eine Teilnehmerstation und eine Basisstation, die an das Verfahren angepaßt sind.
Derartige Verfahren werden für die Übertragung von Datendiensten in Funk-Kommunikationssystemen eingesetzt, insbesondere im Rahmen von Paketdatendiensten wie z.B. GPRS oder EGPRS .
Die Rahmenstrukturen herkömmlicher Funk-Kommunikationssysteme wie etwa GSM sind von alters her an den Bedürfnissen der Sprachübertragung orientiert; d.h. ein Rahmen ist in eine regelmäßig wiederkehrende Folge von Zeitschlitzen unterteilt, wobei die Dauer eines Zeitschlitzes bzw. ihre Anzahl in einem Rahmen so bemessen ist, daß innerhalb eines Zeitschlitzes diejenige Menge an digitalisierten Sprachdaten übertragen werden kann, die der Dauer eines Rahmens (bei „Füll Rate-Kommunikation" ) bzw. von zwei Rahmen (bei „Half Rate-Kommunika- tionen" ) entspricht. Im Unterschied zu Sprachübertragung ergeben sich bei der Übertragung von Datendiensten Datenraten, die im Laufe der Zeit zwar stark schwanken können und Bruchteile oder ein (nicht notwendigerweise ganzzahliges) Vielfaches der Datenrate einer Sprachverbindung betragen können. Um auch solche Datendienste wirtschaftlich übertragen zu können, sind Verfahren entwickelt worden, die die Nutzung eines jeweils durch einen gleichen Zeitschlitz aufeinanderfolgender Rahmen definierten Übertragungskanals im Zeit ultiplex durch mehrere Teilnehmerstationen erlauben. Ein solcher Kanal wird im GPRS- oder EGPRS-System als „Packet Data Channel'' PDCH be-
zeichnet. Bis zu 32 Teilnehmerstationen können sich einen
PDCH im Zeit ultiplex teilen. Die 52 Rahmen pro Multirah en des PDCH setzen sich zusammen aus zwölf Gruppen von vier Rahmen des sogenannten „Packet Data Traffic Channel" PDTCH, die dem Transport von Blöcken von Nutzdaten zwischen Basisstation und Teilnehmerstationen dienen, und vier jeweils zwischen zwei Gruppen von Rahmen des PDTCH angeordneten einzelnen Rahmen, von denen zwei den sogenannten "Packet Timing Control Channel" PTCCH bilden und zwei als sogenannte "idle Frames" den MS beispielsweise für Nachbarzellmessungen zur Verfügung stehen. Deren sogenannter „Packet Associated Control Channel" PACCH zur Übermittlung von Signalisierungsdaten und Radio- Messungen wird gemeinsam mit dem PDTCH auf die Radioblöcke des 52-Rahmens abgebildet.
Eine Steuereinheit, auch als Scheduler bezeichnet, hat die Aufgabe, die Resource PDTCH den Teilnehmerstationen zuzuteilen. Sie verwaltet den PDTCH in Form von als Radioblöcke oder kurz Blöcke bezeichneten Einheiten, die jeweils vier aufein- anderfolgende Rahmen umfassen.
Die von der Basisstation an eine Teilnehmerstation übertragenen Radioblöcke enthalten diverse Steuerinformationen, darunter die Bezeichnung der Teilnehmerstation, als TFI (Temporary Flow Identifier) bezeichnet, für die der betreffende Radioblock bestimmt ist, sowie eine Angabe, als Uplink State Flag (USF) bezeichnet, die die Teilnehmerstation bezeichnet, die das nächste Paket auf diesem Kanal in Uplink-Richtung (Teilnehmerstation zur Basisstation) übertragen darf.
Damit eine Teilnehmerstation erkennen kann, wann die Basisstation für sie bestimmte Daten sendet oder wann sie selbst Daten an die Basisstation senden darf, muß sie die Steuerinformationen aller von der Basisstation in dem Kanal ausge- strahlten Radioblöcke decodieren. Der Empfänger der Teilneh-
merstation muß daher ständig aktiv sein, um die Zuteilung eines Blocks in Abwärtsrichtung oder die Zuteilung der nächsten Uplink-Ressource an die Station erkennen zu können, auch wenn keine für die. Teilnehmerstation bestimmten Nutzdaten übertra- gen werden.
Je größer die Zahl der einen Kanal gemeinsam nutzenden Teilnehmerstationen ist, um so länger muß der Empfänger einer Teilnehmerstation im Mittel aktiv sein, ohne daß Daten für sie gesendet werden oder ihr das Recht zum Senden eines
Blocks zugeteilt wird. In dieser Zeit verbraucht der Empfänger elektrische Energie, ohne daß für einen Benutzer der Teilnehmerstation ein Nutzen damit verbunden ist. Je mehr E- nergie verbraucht wird, um so kürzer ist jedoch die maximale netzunabhängige Betriebsdauer der mobilen Teilnehmerstationen.
Da die Steuerinformationen jedes Radioblocks im allgemeinen für wenigstens zwei Teilnehmerstationen empfangbar sein müs- sen, die sich im allgemeinen an beliebigen Orten in der Zelle befinden können, nämlich die, für die die Nutzdaten des Radioblocks bestimmt sind und die im Uplink State Flag bezeichnete, ist eine hohe Sendeleistung der Basisstation erforderlich, und eine Reduzierung der Sendeleistung durch gezieltes Ausstrahlen mit Hilfe einer adaptiven Antennne stößt auf Schwierigkeiten.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher zum einen, ein Verfahren für die Datenübertragung zwischen einer Basisstation und ei- nen Zeitschlitz gemeinsam nutzenden Teilnehmerstationen zu schaffen, mit dem ein unnötiger Energieverbrauch der Teilnehmerstationen während des Wartens auf eine Zuteilung von Übertragungszeit vermieden werden kann. Eine weitere Aufgabe ist, eine Teilnehmerstation und eine Basisstation anzugeben, die eine solche Reduzierung des Energieverbrauchs erlauben.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. den Teilnehmerstationen mit den Merkmalen des Anspruchs 19 und die Basisstation mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst.
Indem die Daten von der Basisstation in Form von Zügen von Blöcken gesendet werden, die jeweils mehrere Blöcke umfassen können, und vor oder zu Beginn eines solchen Zuges die als Downlink-Granularität bezeichnete Zahl der Blöcke des Zuges gesendet wird, besteht für jede Teilnehmerstation die Möglichkeit, zu Beginn eines solchen Zuges zu erkennen, wie viele noch folgende Blöcke nicht für sie bestimmt sein werden, und während wenigstens eines Teiles der Zeit, die das Senden dieser Blöcke in Anspruch nimmt, ihren Empfänger auszuschalten.
Gemäß einer ersten, einfachen Variante des Verfahrens kann vorgesehen werden, daß die Downlink-Granularität für alle mit der Basisstation kommunizierenden Teilnehmerstationen einheitlich festgelegt wird. Dadurch ist eine sehr einfache Verwaltung der einzelnen Radioblöcke möglich.
Nur geringfügig komplizierter ist die Verwaltung, wenn die Downlink-Granularität für alle einen gegebenen Kanal der Basisstation gemeinsam nutzenden Teilnehmerstationen einheitlich festgelegt wird, unterschiedliche gemeinsam genutzte Kanäle aber jeweils andere Downlink-Granularitäten haben können. In einem solchen Fall kann eine Teilnehmerstation beim Aufbau einer Kommunikation je nach der benötigten Dienstqualität, die sie der Basisstation meldet, oder der von ihr zu übertragenden Datenmenge einem der Kanäle zugeteilt werden.
Beide Varianten erlauben eine einfache und ökonomische Be- nachrichtigung der Teilnehmerstationen über die geltende
Downlink-Granularität durch Broadcast an alle Teilnehmerstationen der Zelle bzw. des Kanals.
Eine besonders flexible Berücksichtigung des Übertragungsbe- darfs der verschiedenen Teilnehmerstationen ist möglich, wenn gemäß einer dritten Variante des Verfahrens die Downlink-Granularität für jede mit der Basisstation kommunizierende Teilnehmerstation individuell festgelegt wird.
Bei dieser Variante erfolgt die Festlegung der Downlink-Granularität vorteilhafterweise nicht pauschal, sondern jeweils individuell für jede Teilnehmerstation beim Aufbau der Kommunikation mit der Basisstation, wobei vorzugsweise die von der Teilnehmerstation benötigte Dienstqualität oder zu übertra- gende Daten enge berücksichtigt wird.
Falls sich diese Größen der Teilnehmerstationen im Laufe der Kommunikation ändern, so kann auf eine entsprechende Nachricht der Teilnehmerstation an die Basisstation hin die Down- link-Granularität des betreffenden Endgerätes an den veränderten Bedarf angepaßt werden.
Insbesondere in dem Fall, daß die Downlink-Granularität individuell festgelegt wird, ist es zweckmäßig, daß ihr Wert je- weils im ersten einer Teilnehmerstation zugeteilten Block ü- bertragen wird, so daß alle Teilnehmerstationen, für die der Block nicht bestimmt ist, erkennen können, für wie viele Blöcke sie den Empfang von Signalen von der Basisstation unterbrechen dürfen. Eine elegante vorzugsweise Möglichkeit der Übertragung des Wertes der Downlink-Granularität besteht in der geeigneten Modifikation der USF-Kodierung, durch Erweiterung des RLC/MAC Radio Block Headers, durch Signalisierung über modifizierte Trainings-Sequenzen bzw. durch modifizierte Stealing Bits. Genauso ist jedoch die Einführung eines sepa- raten Informations-Blocks im Radio Block denkbar.
Selbstverständlich kann eine solche Übertragung des Wertes der Downlink-Granularität auch bei den zwei erstgenannten Varianten des Verfahren erfolgen; dies kann unter anderem unter Kompatibilitätsaspekten sinnvoll sein, wenn verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens in verschiedenen Zellen eines Funk-Kommunikationssystems eingesetzt werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, daß in dem jeweils n-tel auf den ersten einer Teilnehmerstation zugeteilten Block folgenden Block eines Zuges der um n verringerte Wert der Downlink-Granularität übertragen wird. Falls eine Teilnehmerstation den Wert der Downlink-Granularität im ersten Block des Zuges nicht korrekt oder nicht mit hinreichender Sicherheit empfan- gen hat, so findet sie an entsprechender Stelle des zweiten Blocks oder nachfolgender Blöcke wiederum eine Angabe, aus der sie die Zahl der bis zum Beginn des nächsten Zuges abzuwartenden Blöcke entnehmen kann.
Die Downlink-Granularität kann vorzugsweise auf beliebige ganzzahlige Werte unterhalb einer Obergrenze festgelegt werden, die z.B. durch die zu ihrer Übertragung von der Basisstation zu den Teilnehmerstationen zur Verfügung stehende Bitzahl festgelegt ist.
Die Zuordnung von Zügen von Blöcken zu den Teilnehmerstationen im Downlink und die Festlegung der Downlink-Granularität kann unabhängig von der Zuteilung von Uplink-Blöcken an die Teilnehmerstationen und der Festlegung der Uplink-Granulari- tat erfolgen. Auf diesen Weise kann äußerst flexibel einem eventuell in Uplink und Downlink asymmetrischem Übertragungsbedarf der Teilnehmerstationen Rechnung getragen werden.
Wenn eine Teilnehmerstation nicht nur Nutzdaten zu empfangen, sondern auch zu senden hat, so muß sie diejenigen von der Ba-
sisstation gesendeten Blöcke abhören, in denen eine Sendeerlaubnis übertragen wird, d.h. in denen ein Update State Flag enthalten ist. Um die Zahl dieser Blöcke gering zu halten, ist es selbstverständlich zweckmäßig, wenn auch im Uplink Da- ten in Form von Zügen von n Blöcken übertragen werden, wobei n eine vom Telekommunikationsnetz der jeweiligen Teilnehmerstation vorgegebene Größe ist, die im folgenden als Uplink- Granularität bezeichnet wird (Stand der Technik ist GSM im Standard eine fest vorgegebene USF-Granularität von 1 bzw. 4) .
Vorzugsweise sind Uplink- und Downlink-Granularität gekoppelt, in der Form, daß ihre Zahlenwerte n jeweils gleich sind und die Erlaubnis zum Senden eines Uplink-Zuges von n Blöcken an die Basisstation jeweils im ersten Block eines Zuges von n Downlink-Blöcken übertragen wird.
Durch die Kopplung verringert sich die Zahl der Blöcke, die jede Teilnehmerstation empfangen muß, denn die ersten Blöcke jedes Downlink-Zuges, die abgehört werden müssen, damit die Teilnehmerstation feststellen kann, ob der Zug Nutzdaten für sie enthält, und wie viele Blöcke er umfaßt, und die Blöcke, in denen durch ein Uplink State Flag die Erlaubnis zum Senden eines Blockes vergeben wird, sind jeweils identisch.
Eine Vereinfachung der Verwaltung des Datenverkehrs ergibt sich, wenn die Erlaubnis zum Senden von Nutzdaten einer Teilnehmerstation jeweils dann zugeteilt wird, wenn und solange wie umgekehrt auch Nutzdaten an sie gesendet werden sollen.
Dies erlaubt auch eine weitere Reduzierung der mittleren Sendeleistung der Basisstation: da jeder im Downlink übertragene Block nur noch von genau einer Teilnehmerstation benötigt wird, kann eine adaptive Antenne zum gezielten Ausstrahlen in Richtung dieser Teilnehmerstation eingesetzt werden.
Übertragungsverfahren, bei denen Granularität angewendet wird, basieren auf der Annahme, daß als eine Einheit von einer Teilnehmerstation zu übertragende Datenmengen wie etwa ein TCP/IP-Paket stets eine Vielzahl von Radioblöcken belegen. Durch eine Granularisierung, d.h. durch Zuteilen der Radioblöcke zu einer Teilnehmerstation in Form von mehreren Blöcke umfassenden Zügen, läßt sich Verwaltungsaufwand einsparen. Es liegt auf der Hand, daß, wenn eine feste Granula- rität für eine ganze Zelle oder einen Kanal dieser Zelle vorgeschrieben wird, es Kommunikationen geben wird, die nicht den gesamten ihnen zugeteilten Zug von Blöcken mit Daten zu füllen vermögen. Aber auch bei der individuellen Festlegung der Granularität für jede einzelne Kommunikation kann es zu solchen ungenutzten Blöcken kommen. Solche Blöcke können mit Leerdaten gefüllt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Möglichkeit, sie für den Datenverkehr mit solchen Teilnehmerstationen zu nutzen, die nicht in der Lage sind, den Empfang von Signalen von der Basisstation in Abhängigkeit von der Downlink-Granularität zeitweilig zu unterbrechen. Da diese herkömmlichen Teilnehmerstationen die übertragene Granularität nicht auswerten können und jeden einzelnen Block abhören müssen, ist es ohne weiteres möglich, Daten an diese Stationen in einem Block zu senden, der ursprünglich einem für eine andere Station bestimmten Zug zugeteilt war.
Da alle zum zeitweiligen Unterbrechen des Empfangs in Abhängigkeit von der Downlink-Granularität befähigten Teilnehmerstationen einen solchen Block nicht abhören, ist es notwen- dig, daß die Teilnehmerstationen auf Seiten der Basisstation in zwei Gruppen eingeteilt werden, eine erste Gruppe von Stationen, die zum zeitweiligen Unterbrechen des Empfangs in der Lage sind, und eine zweite Gruppe von Stationen, die es nicht sind, und daß in einem Zug ungenutzt gebliebene Blöcke nur
für die Kommunikation der Teilnehmerstationen der zweiten
Gruppe eingesetzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens kann eine deutliche Reduzierung der mittleren Sendeleistung der Basisstation und damit der Interferenzen mit Nachbarstationen dadurch erzielt werden, daß die Basisstation zwar den Wert der Downlink-Granularität, den alle Teilnehmerstationen kennen müssen, um den Empfang unterbrechen zu können, in die ge- samte Zelle ausstrahlt, daß sie aber Blöcke des Zuges, die diesen Wert nicht enthalten, gerichtet, insbesondere mit Hilfe einer adaptiven Antenne, an diejenige Teilnehmerstation ausstrahlt, für die die Blöcke bestimmt sind.
Alternativ hierzu sowie ergänzend kann vorgesehen werden, daß die Basisstation Blöcke des Zuges, die den Wert der Downlink- Granularität nicht enthalten, mit einer Sendeleistung ausstrahlt, die an die Entfernung der Teilnehmerstation angepaßt ist, für die Blöcke bestimmt sind.
Um die Vorteile des oben definierten Verfahrens nutzen zu können, muß eine Teilnehmerstation über eine Steuerschaltung verfügen, die in der Lage ist, eine Downlink-Granularität aus einem von einer Basisstation empfangenen Funksignals zu ex- trahieren und den Empfang von der Basisstation für eine der empfangenen Downlink-Granularität entsprechende Zeitspanne zu unterbrechen. Während dieser Zeitspanne kann die Steuerschaltung einen Empfänger der Teilnehmerstation ausschalten, um so Leistung zu sparen und die Batteriebetriebsdauer der Teilneh- merstation zu vergrößern. Die Zeitspanne kann auch genutzt werden, um den Empfänger auf eine benachbarte Basisstation abzustimmen, um Messungen an deren Funksignal durchzuführen.
Um die Vergabe von Blöcken innerhalb eines Zuges, die nicht für die Kommunikation mit einer Teilnehmerstation benötigt
werden, für andere Teilnehmerstationen verwenden zu können, ist es zweckmäßig, daß die Teilnehmerstation in der Lage ist, der Basisstation ihre Fähigkeit zum zeitweiligen Unterbrechen des Empfangs zu signalisieren. Dies ermöglicht es der Basis- Station, ungenutzt gebliebene Blöcke nur für die Kommunikation mit solchen Teilnehmerstationen zu verwenden, die ihr diese Fähigkeit nicht signalisiert haben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Funk-Kommunikationssystems, in dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
Fig. 2 ein herkömmliches Schema für die Zuordnung von Rahmen eines Packet Data Traffic Channels PDTCH an eine Mehrzahl von Teilnehmerstationen;
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Zuordnung von Rahmen an Teilnehmerstationen gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4+5 zeigen die Zuordnung von Rahmen gemäß einer dritten Variante des Verfahrens, in zwei verschiedenen Ausgestaltungen; und
Fig. 6 zeigt eine Weiterentwicklung des Verfahrens aus Fig. 3.
Fig. 1 zeigt die Struktur eines Funk-Kommunikationssystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist. Das Funk-Kommunikationsnetz umfaßt eine Vielzahl von Mobilver- mittlungsstellen MSC, die zur Vermittlung von Verbindungen
zwischen Teilnehmerstationen, insbesondere von Sprechverbindungen, dienen, sowie von Knoten SGSN zur paketorientierten Vermittlung. In der Fig. ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur eine Vermittlungsstelle MSC und ein Knoten SGSN dargestellt. Die Mobilvermittlungsstellen MSC bzw. die Knoten SGSN sind jeweils untereinander vernetzt. Ihre Aufgabe ist auch, den Zugang zu anderen Netzen, etwa einem Festnetz und/oder einem zweiten Funk-Kommunikationsnetz bzw. zu Datenübertragungsnetzen wie etwa dem Internet herzustellen. Weiter sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC und Knoten SGSN mit zumindest einem Basisstationscontroller BSC verbunden. Jeder Basisstationscontroller BSC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu wenigstens einer Basisstation, hier Basisstationen BSl, BS2, BS3. Jede solche Basisstation kann über eine Funk- schnittsteile eine Nachrichtenverbindung zu mobilen Teilnehmerstationen MSI, MS2, ... aufbauen, die sich in der entsprechenden Zelle Cl, C2, C3 aufhalten. Die Basisstationscontroller BSC umfassen jeweils eine Paketsteuereinheit (Packet Control Unit, PCU) , deren Aufgabe die Verteilung von vom Knoten SGSN empfangenen Daten an die Teilnehmerstationen MSI, MS2,
... und ihre Umsetzung in ein an die Funkübertragung angepaßtes Format, sowie die entgegengesetzte Verarbeitung von von den Teilnehmerstationen empfangenen Paketdaten ist.
Fig. 2 veranschaulicht die herkömmliche Vorgehensweise bei der Zuordnung von Blöcken für den Datenempfang (Downlink) an mehrere einen Kanal gemeinsam nutzende Stationen MSI, MS2, MS3, MS4. Die einzelnen Rahmen eines 52-Multirahmens sind jeweils zu Blöcken BO, Bl, ... Bll zusammengefaßt, der von ei- nem Teil der Paketsteuereinheit PCU des Base Station Controllers BSC, dem sogenannten Scheduler, den Teilnehmerstationen MSI bis MS4 zugeteilt werden, die sich die Benutzung eines Packet Data Traffic Channels PDTCH teilen. Der Multirahmen umfaßt 4 Gruppen von je drei Blöcken, die sich jeweils über vier Rahmen erstrecken. Diese Gruppen sind getrennt durch
einzelne Rahmen, von denen jeder zweite zu einem sogenannten
Packet Timing Control Channel PTCCH gehört, auf dem z.B. den Zeitvorsprung (Timing Advance) der einzelnen Teilnehmerstationen betreffende Informationen übermittelt werden. Diese Rahmen sind in der Fig. durch den Buchstaben T gekennzeichnet. Jeder zweite einzelne Rahmen, mit X gekennzeichnet, ist unbelegt und kann von den Teilnehmerstationen beispielsweise fuer Nachbarzell-Messungen verwendet werden.
Der Scheduler teilt die Blöcke den einzelnen Teilnehmerstationen jeweils in Abhängigkeit vom Vorhandensein von an sie zu übertragenden Daten zu. So enthält beim in Figur 2 gezeigten Beispiel der Block BO Daten für die Teilnehmerstation MSI, Bl für MS2, B2 für MS3, usw.. Es kann zwar vorkommen, daß zwei aufeinanderfolgende Blöcke für eine gleiche Teilnehmerstation bestimmte Daten enthalten, wie im Falle der Blöcke B3 und B4, die beide für MS2 bestimmt sind, doch hat keine Teilnehmerstation die Möglichkeit, zu wissen, ob ein Block für sie bestimmt ist, bevor sie nicht eine gemeinsam mit dem Block übertragene Empfängeradresse, auch als Temporary Flow Identifier TFI bezeichnet, empfangen und decodiert hat. Die einzelnen Teilnehmerstationen sind daher gezwungen, den PDTCH ständig abzuhören, um für sie bestimmte Datenblöcke nicht zu verpassen. Ausserde enthält jeder dieser Downlink-Blöcke ein Uplink State Flag USF, welches die nächste Uplink-Ressource zuteilt. Die USF Information jedes Blocks uss ebenfalls von jeder Teilnehmerstation gelesen werden.
Fig. 3 zeigt ein erstes Beispiel für eine Zuordnung von Blök- ken an die Teilnehmerstationen nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei der in dieser Fig. dargestellten Variante ist vorgesehen, daß allen Teilnehmerstationen MSI bis MS4, die den Packet Data Traffic Channel PDTCH gemeinsam nutzen, Blöcke für die Downlink-Übertragung jeweils in Zügen von n auf- einanderfolgenden Blöcken zugeteilt werden, d.h. die Über-
tragung findet mit einer Downlink-Granularität mit dem Wert n statt, wobei hier n= . Diese Festlegung der Downlink-Granularität kann mit Gültigkeit für sämtliche Teilnehmerstationen getroffen werden, die sich in der Zelle Cl der Basisstation BSl aufhalten, oder nur mit Gültigkeit für diejenigen Teilnehmerstationen, die sich einen bestimmten Packet Data Traf- fic Channel teilen, wobei dann die Basisstation BSl weitere Packet Data Traffic Channels unterhalten kann, in denen die Blöcke in kleineren Einheiten, z.B. jeweils paarweise, oder, wie in Fig. 2 gezeigt, einzeln, d.h. mit einer Downlink-Granularität von 2 bzw. 1, zugeteilt werden.
Der Wert der Downlink-Granularität, der für eine Zelle bzw. einen Packet Data Traffic Channel gilt, kann von der Basis- Station auf einem Broadcast-Kanal an alle Teilnehmerstationen der Zelle übermittelt werden, unabhängig davon, ob diese eine Paketdatenverbindung zur Basisstation unterhalten, oder nicht. Alternativ kann sie den Teilnehmerstationen jeweils beim Aufbau einer Verbindung signalisiert werden. Dies ist besonders dann zweckmäßig, wenn die Basisstation mehrere
Packet Data Traffic Channels unterschiedlicher Downlink-Granularität unterhält, und beim Etablieren einer Verbindung zu einer Teilnehmerstation diese unter Berücksichtigung einer von ihr hochgemeldeten Information über die Art eines in An- spruch genommenen Dienstes, einer voraussichtlich benötigten Übertragungsbandbreite und/oder dergleichen zugeordnet werden muß .
Auf diese Weise „weiß" jede den Packet Data Traffic Channel benutzende Teilnehmerstation, daß nur an bestimmten Stellen innerhalb des Multirahmens, bei dem Beispiel der Fig. 3 mit einer Downlink-Granularität von n=4 nur bei den Blöcken B0, B3, B6 und B9, die Möglichkeit besteht, daß die Basisstation BSl beginnt, Daten an sie zu senden. Indem die Teilnehmersta- tion ihren Empfänger jeweils während derjenigen Blöcke aus-
schaltet, in denen sie keine für sie bestimmten Daten erwarten kann, kann sie Energie sparen und dadurch ihre Batteriebetriebsdauer verlängern.
In Fig. 3 ist dies beispielhaft anhand eines Zeitdiagramms für die Teilnehmerstation MS2 gezeigt, wobei die Zahlenwerte 0 und 1 an der Abzisse des Diagramms jeweils dem aus- bzw. eingeschalteten Zustand des Empfängers entsprechen. Während des Blocks BO, in dem ein Zug von vier Blöcken beginnt, muß der Empfänger aktiv sein, damit die Teilnehmerstation feststellen kann, ob die Blöcke dieses Zuges für sie bestimmt sind oder nicht. Da der Block BO und damit auch die Blöcke Bl bis B3 für die Teilnehmerstation MSI bestimmt sind, kann die Teilnehmerstation MS2 ihren Empfänger für diese Zeit aus- schalten (lediglich zum Empfangen des Zeitsteuerkanals PTCCH zwischen den Blöcken B2 und B3 schaltet sie hier den Empfänger kurzfristig wieder ein. Mit dem Block B4 beginnt ein für die Teilnehmerstation MS2 bestimmter Zug, der vollständig empfangen wird. Auch der Block B8 muß empfangen werden; da die Teilnehmerstation MS2 jedoch feststellt, daß der mit diesem Block beginnende Zug B8 - Bll nicht für sie bestimmt sind, schaltet sie nach dem zweiten Rahmen T des Zeitsteuerkanals den Empfänger wieder aus. Bei dem in Fig. 3 als Beispiel gezeigten Multirahmen ist der Empfänger der Teilnehmer- Station MS2 während knapp der Hälfte der Zeit ausgeschaltet. Die Betriebszeit der Teilnehmerstation MS4, die in diesem Multirahmen keine Daten empfängt, beträgt sogar nur ein Drittel der Dauer des Rahmens. Wie man leicht sieht, ist die zu erwartende Energieeinsparung um so größer, je größer die Downlink-Granularität ist, denn mit zunehmender Granularität nimmt die Zahl der in jedem Rahmen abzuhörenden Blöcke ab.
Bei der Beschreibung von Fig. 3 ist bislang nur die Übertragung von der Basisstation in Richtung zur Teilnehmerstation berücksichtigt worden, nicht aber, daß in den meisten Fällen
auch die Teilnehmerstationen regelmäßig Daten an die Basisstation zu übermitteln haben. Herkömmlicherweise wird die Berechtigung zum Senden eines Blocks von Daten an die Basisstation ebenfalls vom Scheduler den einzelnen Teilnehmerstatio- nen zugeteilt, und die Basisstation sendet eine Nachricht, als Uplink State Flag bezeichnet, als Teil eines Downlink- Blocks an die Teilnehmerstationen, die jeweils diejenige vom Scheduler ausgewählte Teilnehmerstation bezeichnet, die als nächste einen - oder in dem Fall, daß auch beim Uplink Granu- larität zum Einsatz kommt, eine vorgegebene Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Blöcken an die Basisstation BSl senden darf. Falls eine Teilnehmerstation Daten zu Senden hat, kann sie somit gezwungen sein, auch solche Downlink-Blöcke der Basisstation zu empfangen, in denen sie keine Daten für sich erwartet, in denen aber die Möglichkeit bestehen könnte, daß ein Uplink State Flag enthalten ist, das ihr ein Senderecht zuteilt.
Wenn jedoch im Uplink ebenfalls ein für die den Paketdatenka- nal gemeinsam benutzenden Teilnehmerstationen gemeinsamer
Wert der Granularität vorgegeben ist, so kann die Teilnehmerstation in Kenntnis dieses Wertes auf einfache Weise diejenigen Blöcke bestimmen, die sie abhören muß, um von der Teilnehmerstation an sie gesendete Daten nicht zu verpassen und auch zu erfahren, wann ihr Zeit zum Senden an die Basisstation zur Verfügung steht.
Um die Zahl der abzuhörenden Blöcke auch unter Berücksichtigung des Uplinks gering zu halten, wird man zweckmäßigerweise gleiche Granularitäten im Uplink und im Downlink verwenden. Dies bedeutet auf den Fall der Fig. 3 bezogen, daß in den Blöcken B0, B3, B6 und B9 jeweils sowohl ein gültiger Temporary Flow Identifier TFI gesendet wird und somit ein Zug von vier an eine gleiche Teilnehmerstation gerichteten Blöcken beginnt, und auch ein gültiges Uplink State Flag gesendet
wird, welches einer Teilnehmerstation das Recht gibt, in vier aufeinanderfolgenden Blöcken Daten an die Basisstation zu senden.
Dabei ist es nicht erforderlich, daß die im Temporary Flow Identifier TFI und im Uplink State Flag USF bezeichneten Teilnehmerstationen die gleichen sind. Allerdings läßt sich die Vereinfachung der Zuteilung der Blöcke an die Teilnehmerstationen im Scheduler vereinfachen, wenn vorgesehen wird, daß empfangende und sendende Stationen jeweils die gleichen sind.
Genauso, wie die Teilnehmerstationen erfindungsgemäß nicht alle von der Basisstation gesendeten Blöcke abhören müssen, entfällt für die Basisstation die Notwendigkeit, alle Blöcke mit einer solchen Sendeleistung auszustrahlen, daß sie in der gesamten Zelle bzw. von allen den Paketdatentransportkanal PDTCH gemeinsam nutzenden Teilnehmerstationen empfangen werden können. Lediglich diejenigen Blöcke, die einen gültigen Temporary Flow Identifier TFI oder ein gültiges Uplink State Flag USF enthalten, im Falle der Fig. 3 also die Blöcke BO, B3, Bβ, B9, müssen von allen Teilnehmerstationen oder zumindest von denjenigen Teilnehmerstationen empfangbar sein, die im TFI bzw. dem USF bezeichnet sind. Diese Blöcke müssen also entweder ungerichtet in die gesamte Zelle Cl oder gerichtet an die zwei in TFI und USF bezeichneten Teilnehmerstationen ausgestrahlt werden. Alle nachfolgenden Blöcke eines Zuges können gerichtet nur an die im TFI des ersten Blocks des Zuges bezeichnete Station ausgestrahlt werden. Wenn eine Teil- nehmerstation eine große Zahl von nicht für sie bestimmten Blöcken nicht decodieren kann, so schadet dies nichts, denn weil die Downlink-Granularität des PDTCH fest vorgegeben ist, kann sie, auch ohne zwischenzeitlich Blöcke von der Basisstation mithören zu können, jederzeit den Zeitpunkt des Beginns eines Zuges ermitteln. Wenn dieser Zug für die betreffende
Teilnehmerstation bestimmte Nutzdaten oder Steuerinformationen enthält, dann hat er auch die zur Decodierung notwendige Leistung.
Die Datenübertragung mit Granularität im Downlink eignet sich deshalb besonders gut zur Anwendung in Verbindung mit Basisstationen mit einer adaptiven Antenne, deren Hauptstrahlrichtung auf eine Teilnehmerstation ausrichtbar ist. Hier ist es besonders vorteilhaft, wenn die von TFI und USF bezeichneten Teilnehmerstationen jeweils immer die gleichen sind, denn dann kann jeder Block gerichtet, und zwar immer nur gerichtet auf eine einzige Station, ausgestrahlt werden.
Zusätzlich kann die Sendeleistung der adaptiven Antenne noch in Abhängigkeit von einer abgeschätzten Entfernung zwischen Basisstation und Teilnehmerstation oder von einer Meldung der Teilnehmerstation über die Empfangsqualität geregelt werden. Auf diese Weise wird eine erhebliche Verringerung der Sendeleistung der Basisstation gemittelt über die Fläche der Zelle und infolgedessen auch eine erhebliche Verringerung von Interferenzen in Nachbarzellen im Vergleich zur Übertragung mit ungerichteter Antenne erzielt.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Zuordnung von Downlink- Blöcken an Teilnehmerstationen im Rahmen einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Teilnehmerstationen MSI, MS2, MS3, MS4 mit unterschiedlichen Granularitäten sich einen Kanal teilen. Bei der Ausgestaltung der Figur 4 sind zwei Werte der Granularität, 1 und 4, zugelassen; die Statio- nen MSI, MS3 haben die Granularität 1 und MS2, MS4 die Gra- nuarität 4. Die Granularität wird jeweils beim Aufbau einer Verbindung zwischen Teilnehmerstationen und Basisstation in Abhängigkeit vom von der Teilnehmerstation angeforderten Dienst bzw. dem erwarteten Datenaufkommen der Verbindung festgelegt.
Da eine Teilnehmerstation nicht wissen kann, welche Granularitäten den jeweils anderen Teilnehmerstationen zugeordnet sind, ist es bei dieser Ausgestaltung notwendig, daß jeweils im ersten Block eines Zuges von für eine gleiche Teilnehmerstation bestimmten Blöcken eine Information über die dieser Station zugeordnete Granularität übertragen wird. Dies kann, wie in dem untersten Diagramm der Fig. 4 dargestellt, dadurch erfolgen, daß alle ersten Blöcke, die jeweils einem Zug von vier Blöcken angehören, d.h. im hier dargestellten Beispiel der für die Station MS2 bestimmte Block B2 und der für MS4 bestimmte Block B8, ein Bit, bezeichnet durch den Buchstaben I, enthalten, das den Folgeblöcken des Zuges sowie den für eine Teilnehmerstation mit Downlink-Granularität 1 bestimmten Blöcken fehlt.
Das Zeitdiagramm der Fig. 4 zeigt für die Teilnehmerstation MS4 in analoger Weise wie bereits mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, wann die Teilnehmerstation MS4 ihren Empfänger be- treiben muß und wann sie ihn ausschalten kann. Da bei dem hier betrachteten Beispiel die Blöcke BO, Bl für Stationen mit Granularität 1 bestimmt sind, muß die Teilnehmerstation MS4 den Empfänger während der Blöcke BO, Bl, B2 und des darauffolgenden Zeitsteuerkanals T in Betrieb halten. Der Block B2 ist gekennzeichnet als erster Block eines Zugs von vier Blöcken, der für die Teilnehmerstation MS2 bestimmt ist. Das Kennzeichen kann nur ein Bit umfassen, dessen Wert jeweils den ersten Block eines Zuges - in der Fig. mit dem Buchstaben I gekennzeichnet - von Folgeblöcken des Zuges und von mit Granularität 1 übertragenen Blöcken unterscheidet.
Wenn die Teilnehmerstation MS4 in Block B2 dieses Kennzeichen erkennt, so schaltet sie ihren Empfänger für die Dauer der Blöcke B3 bis B5 aus. Während der darauffolgenden Einzel- blocke B6, B7 und des für sie bestimmten Zuges B8 bis Bll muß
die Teilnehmerstation MS4 den Empfänger durchgehend betreiben.
Man erkennt, daß diese Ausgestaltung eine größere Flexibili- tat hinsichtlich der auf einer Verbindung wirtschaftlich ü- bertragbaren Dienste bzw. Datenraten liefert, dies muß jedoch mit einer im Vergleich z.B. der Fig. 3 geringfügig verlängerten mittleren Arbeitszeit der Empfänger der Teilnehmerstationen erkauft werden. Um unnötig lange Arbeitszeiten der Empfänger zu vermeiden, ist es daher auch bei dieser Ausgestaltung wichtig, daß in den Folgeblöcken von aus mehreren Blöcken bestehenden Zügen, wie hier den Blöcken B3 bis B5, bzw. B9 bis Bll, keine Uplink State Flags übertragen werden, die von einer anderen Station empfangen werden müßten, als derjenigen, für die der Zug bestimmt ist. Es ist daher auch hier zweckmäßig, daß die in USF und TFI bezeichneten Teilnehmerstationen jeweils die gleichen sind, oder daß, wenn zugelassen wird, daß sie unterschiedlich sind, die in USF und TFI bezeichneten Stationen zumindest gleiche Granularität in Uplink und Downlink besitzen.
Fig. 5 zeigt eine Weiterentwicklung des Beispiels der Fig. 4, bei der einer Teilnehmerstation unterhalb einer oberen Grenze ein beliebiger Wert der Downlink-Granularität zugewiesen wer- den kann. Die obere Grenze ist vorgegeben durch die Zahl der Bits, die zur Übertragung des Werts der Downlink-Granularität an die Teilnehmerstationen in jedem Block zur Verfügung stehen. Wenn diese Zahl z.B. vier beträgt, so können Werte der Granularität von bis zu 24 = 16 vergeben werden. Beim hier gezeigten Beispiel haben die Teilnehmerstationen MSI, MS2,
MS3, MS4 Granularitäten von 1, 5, 1 bzw. 3. Mit dem Block B2 beginnt ein Zug von fünf Blöcken, in denen die Basisstation BSl Daten an die Teilnehmerstation MS2 überträgt. In diesem Block wird somit der Wert 5 der Downlink-Granularität ausge- strahlt, so daß alle anderen Teilnehmerstationen erkennen
können, daß in den folgenden vier Blöcken B3 bis B6 keine Daten für sie zu erwarten sind und daß sie deshalb ihre Empfänger ausschalten oder für andere Zwecke nutzen können. In den Folgeblöcken wird anstelle des ursprünglichen Granularitäts- werts ein von Block zu Block um 1 verringerter Zahlenwert ü- bertragen, so daß eine Teilnehmerstation, die einen Block nicht sicher hat decodieren können, dennoch eine Information darüber enthält, wie viel Folgeblöcke nicht für sie bestimmt sind, so daß auch sie noch die Möglichkeit hat, ihren Empfän- ger zeitweilig auszuschalten.
In den Blöcken BO, Bl, B7, Bll, die für die Teilnehmerstationen MSI, MS3 mit Downlink-Granularität 1 bestimmt sind, wird kein Zahlenwert der Downlink-Granularität übertragen. Dies ist gleichbedeutend mit dem Fall des Blocks B6, wo ein Wert von 1 übertragen wird. Einzelne Blöcke wie in BO und Bl und letzte Blöcke eines Zuges wie B6 können daher in der Signalisierung auch identisch behandelt werden.
Auch die mit Bezug auf Fig. 4 und 5 beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens eignen sich für eine Minimierung der Sendeleistung der Basisstation BSl mit Hilfe einer adaptiven Antenne. Zwar müssen alle ersten Blöcke eines Zuges, die jeweils einen TFI und ein USF enthalten, von allen Teilnehmer- Stationen MSI, MS2, MS3, MS4 der Zelle Cl, die sich den Paketdatenkanal PDTCH teilen, empfangbar sein und daher mit hinreichender Sendeleistung in die gesamte Zelle ausgestrahlt werden, alle weiteren Blöcke des Zuges jedoch werden gerichtet an die im TFI bezeichnete Teilnehmerstation und mit einer an die Empfangsbedingungen dieser Teilnehmerstation angepaßten Sendeleistung ausgestrahlt.
Fig. 6 veranschaulicht eine Weiterentwicklung der mit Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Variante, die allerdings in analoger Weise auch auf die Ausgestaltungen der Fig. 4 und 5 anwendbar
ist. Bei allen bislang betrachteten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß die Granularität jeweils zu Beginn einer Kommunikation festgelegt wird. Es kann allerdings der Fall auftreten, daß wenn einer Teilnehmerstation ein Zug von Blöcken zum Senden oder Empfangen von Daten zugeteilt wird, die Menge der Daten, die an die Teilnehmerstation oder von ihr übertragen werden müssen, nicht ausreicht, um alle diese Blöcke zu füllen. So wird im Beispiel der Fig. 6 angenommen, daß von dem Zug BO bis B3, der zur Übertragung von Daten an die Teilnehmerstation MSI vorgesehen ist, nur die Blöcke BO bis B2 gefüllt werden können, bzw. daß von für die Teilnehmerstation MS2 bestimmten Blöcken B4 bis B7 nur die Blöcke B4 und B5 gefüllt werden können. Die „überzähligen" Blöcke B3, B6, B7 müssen deshalb aber nicht ungenutzt blei- ben. Wenn sich nämlich in der Zelle Cl wenigstens eine Teilnehmerstation MS4λ aufhält, die nicht in der Lage ist, eine von der Basisstation BSl ausgestrahlte Granularitätsinforma- tion zu verarbeiten und die infolgedessen alle Blöcke abhören muß, so kann diese Station MS4 λ im TFI der Blöcke B3, B6, B7 bezeichnet werden, und es werden in diesen Blöcken Daten für die Teilnehmerstation MS4 λ ausgestrahlt, die von dieser auch korrekt empfangen werden. Es ist daher überraschenderweise für die Wirtschaftlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens durchaus von Vorteil, wenn sich in einer Zelle nicht nur sol- ehe Teilnehmerstationen aufhalten, die in Anpassung an das Verfahren zum zeitweiligen Abschalten des Empfängers in der Lage sind, sondern auch solche, die dies nicht tun.
Voraussetzung für die Vergabe von freigebliebenen Blöcken in- nerhalb eines Zuges an andere Teilnehmerstationen ist, daß auf seiten des Funk-Kommunikationsnetzes unterschieden werden kann zwischen Teilnehmerstationen mit zeitweiliger Empfängerabschaltung und solchen, die diese Fähigkeit nicht haben. Deshalb ist vorgesehen, daß die Teilnehmerstationen mit der Fähigkeit zur zeitweiligen Abschaltung diese ihre Fähigkeit
der Basisstation im Laufe des Aufbaus einer Kommunikation melden, so daß auf Seiten des Netzes davon ausgegangen werden kann, daß all diejenigen Teilnehmerstationen, die eine solche Meldung nicht gegeben haben, auch keine zeitweilige Empfän- gerabschaltung beherrschen. Diese letzteren Stationen werden daher in einer Liste verzeichnet, die zweckmäßigerweise am Scheduler geführt wird, und aus denen in dem Fall, daß in einem Zug von Blöcken im Uplink oder Downlink einer oder mehrere frei bleiben, eine Teilnehmerstation ausgewählt wird, zu deren Gunsten diese Blöcke verwendet werden können.
Es kann als Weiterentwicklung vorgesehen werden, daß Teilnehmerstationen, die zur zeitweiligen Empfängerabschaltung in der Lage sind, diese Fähigkeit der Basisstation nur dann si- gnalisieren, wenn sie durch Batterie oder Akkumulator mit e- lektrischer Energie versorgt werden. Wenn eine Energieversorgung über das Stromnetz vorhanden ist und der Energieverbrauch des Endgeräts deshalb weniger kritisch ist, kann es durch Nichtsignalisieren dieser Fähigkeit und Dauerbetrieb des Empfängers die freigebliebenen Blöcke anderer Teilnehmerstationen nutzen und so höhere Übertragungsraten erreichen.
Es kann auch vorgesehen werden, daß eine Teilnehmerstation durch ihren Benutzer zwischen einem Betriebszustand, in dem zeitweilige Empfängerabschaltung erlaubt ist, und einem herkömmlichen Betriebszustand umschaltbar ist, in dem jeder einzelne von der Basisstation gesendete Block empfangen und seine Steuerinformation decodiert wird, und daß die Teilnehmerstation den jeweils eingestellten Betriebszustand der Ba- sisstation signalisiert, so daß diese ihr je nach Wunsch des Benutzers freigebliebene Blöcke anderer Stationen zuteilen kann oder nicht.