WO2002017510A2 - Verfahren zur schnellen leistungsregelung in aufwärtskanälen bei paketorientierten mobilfunksystemen und kommunikationssystem-netzeinrichtungen dafür - Google Patents

Verfahren zur schnellen leistungsregelung in aufwärtskanälen bei paketorientierten mobilfunksystemen und kommunikationssystem-netzeinrichtungen dafür Download PDF

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WO2002017510A2
WO2002017510A2 PCT/DE2001/002730 DE0102730W WO0217510A2 WO 2002017510 A2 WO2002017510 A2 WO 2002017510A2 DE 0102730 W DE0102730 W DE 0102730W WO 0217510 A2 WO0217510 A2 WO 0217510A2
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station
transmission
information
transmission power
power
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Inventor
Carsten Ball
Eduard Humburg
Kolio Ivanov
Martin ÖTTL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication of WO2002017510A3 publication Critical patent/WO2002017510A3/de

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W52/00Power management, e.g. TPC [Transmission Power Control], power saving or power classes
    • H04W52/04TPC
    • H04W52/54Signalisation aspects of the TPC commands, e.g. frame structure

Definitions

  • the invention relates to a method for fast power control in uplink channels in packet-oriented mobile radio systems with the generic features of claim 1 and communication system devices for performing the method.
  • information for example voice, image information or other data
  • a radio interface between the transmitting and receiving station (base station or subscriber station).
  • the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system.
  • UMTS Universal Mobile Telecommunication System
  • 3rd generation systems frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
  • Novel data services such as the packet data service GPRS (General Packet Radio Service) and its extension EDGE / EGPRS (Enhanced Data) are currently being used in existing mobile radio networks according to the GSM standard (GSM: Global System for Mobile Communications) with frequencies between 400 MHz and 2.0 GHz Rates for GSM Evolution / Enhanced GPRS) introduced.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • the transmission in the mobile network is not connection-oriented or circuit-switched, but in the form of packet data. This type of transmission uses the given transmission resources in the mobile network, for example through multiplexing.
  • TDMA Time Division Multiple Access
  • a broadband carrier with e.g. a frequency range of 5 MHz with UMTS or a narrowband carrier with e.g. 200 kHz for GSM are provided in several time slots of the same duration.
  • TDD-UMTS Time Division Duplex
  • part of the time slots in the downward direction DL (downlink) from the base station to the subscriber station and part of the time slots in the upward direction UL (uplink) from the subscriber station to the base station are used on the same carrier frequency
  • eight time slots are provided for the uplink and the downlink, each on two 200 kHz carrier frequencies separated by a duplex spacing.
  • a packet data traffic channel PDTCH Packet Data Traffic Channel
  • All packet data traffic channels are unidirectional.
  • a packet data traffic channel can be assigned to a subscriber with static channel allocation (fixed allocation according to GSM 04.60) for a certain time interval or with dynamic channel allocation (dynamic allocation according to GSM 04.60) to several subscribers at the same time, i.e. several participants are supplied on this packet data traffic channel (multiplexing). This applies to the upward and downward connection independently of one another.
  • each subscriber station receives and decodes that otherwise does not have any related information has, all packets sent in the downward direction, so-called RLC blocks.
  • An identifier TFI Temporal Flow Identifier contained in the radio connection control / medium access RLC / MAC block header section (RLC / MAC: Radio Link Control / Medium Access Control Header) serves to uniquely address the data packets for the subscriber station is assigned to the packet data stream TBF (Temporary Block Flow) for the data transmission in the downward direction of the subscriber station during the traffic channel assignment.
  • TFI Temporary Flow Identifier
  • the state of the uplink is used with the help of an uplink state flag USF (Uplink State Flag) which, when assigning the traffic channel, the temporary packet block data stream (TBF - Temporary Block Flow) is assigned to the subscriber station for data transmission in the upward direction.
  • USF Uplink State Flag
  • TPF - Temporary Block Flow the temporary packet block data stream
  • the uplink flag using three bits, indicates which subscriber station is allowed to transmit the next radio block in the next uplink time block. Therefore, up to eight packet block data streams can be multiplexed in parallel on a packet data traffic channel (PDTCH).
  • PDTCH packet data traffic channel
  • T is a constant specific to the frequency band and is currently defined for the various GSM systems as follows: 39 dBm for GSM 400, GSM 900 and GSM 850 and 36dBm for DCS 1800 and PCS 1900.
  • the value r CH is one for the channel specific power control parameter, which is calculated by the base station, as follows, in order to specify a target or target value for the received signal level SS b and which is transmitted to the subscriber station by means of control messages.
  • the value C corresponds to the normalized received signal level at the subscriber station.
  • the output power of the subscriber station is then determined according to:
  • the received signal level SS m at the subscriber station is determined from:
  • the value C ie the normalized received signal level, is determined at the subscriber station:
  • the output power of the subscriber station is therefore determined from:
  • the received signal level SS b at the base station is determined from:
  • the subscriber station is given the constant value ⁇ CH by the base station in order to set the output power of the subscriber station.
  • the base station does not receive any information about the reception level at the subscriber station.
  • the value ⁇ CH specified by the network corresponds to the actual power level relative to T 0 .
  • the specification of this value can be based on a measurement of the received signal level at the base station SS ⁇ .
  • the commands for power regulation / control can be sent as required that, for example whenever a change is necessary to achieve a desired signal level.
  • the regulation of the uplink is very slow.
  • Typical control cycles of the currently known systems have e.g. switched services a duration of 480 ms. These 480ms result from the SACCH period (Slow Associated Control Channel) of 4 multiframes (4 x 120ms).
  • the temporary upstream packet block data streams are generally very short and often consist of only a few radio or radio blocks.
  • the packet block data stream radio blocks spread over a long period of time.
  • the power control strategy for control cycles of more than 640 ms, as described above cannot adapt to the actual variation of the radio channel states as quickly as is desirable.
  • an open loop means a setting only dependent on the reception level of the subscriber station, assuming the reciprocity of the radio channel. Interference states at the base station location cannot and will not be taken into account. It is therefore not possible to guarantee the quality or the signal-to-noise ratio C / l.
  • the transition to a closed or a suitable combined loop takes place slowly and also only after a first measurement of signals of an uplink from the subscriber station to the base station.
  • a quick power control would be required to reduce disruptive interference, especially when packet data transmission begins.
  • TBFs short packet data flows
  • the object of the invention is to propose an improved method for regulating power in uplinks and corresponding network devices.
  • the gel mechanism preferably works in steps of up to 40 ms, which allows the control of even very short data flows (TBFs).
  • TBFs very short data flows
  • PDTCH packet data channel
  • the network station or base station measures the reception level and the quality (C / I) of the uplink radio blocks of a TBF and transmits the desired change in performance of the subscriber station via a modified uplink flag control signal for the next block.
  • the regulation can take place on a block-by-block basis or by means of averaging and filtering, e.g. so-called
  • This fast power control for uplink connections is very efficient, particularly in the case of packet data systems based on GSM, such as GPRS, EGPRS and in the future GERAN (GSM EDGE Radio Access Network).
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • this method is fully compatible with the GSM version 99.
  • the use of the method for fast power control in the upward direction is therefore particularly advantageous in connection with GPRS / EGPRS and dynamic allocation of the packet data traffic channel.
  • use is also possible in systems with a fixed channel assignment.
  • the use of code words of the uplink markers USF for the transmission of power control information offers sufficient stability for decoding with at the same time only a slightly deteriorated decodability of the uplink markers.
  • the strategy is in particular backwards compatible with the previous GSM / GPRS / EGPRS standard, since old subscriber stations can decode the uplink marker (USF) known to them and can ignore the "fast power control" information. Changes to the current RLC / MAC header are not required. For future standards, for example GERAN, the fast power control information could also be recorded as a separate field in the RLC / MAC header sections of the radio blocks to be redefined in the downward direction or possibly also via the so-called stealing flags of the radio Blocks are signaled. However, backward compatibility is no longer guaranteed.
  • Fig. 3 is a diagram of a synthetic determination of reception qualities when using parameters of the preferred embodiment with fixed frequency
  • Fig. 4 is a diagram of a synthetic determination of reception qualities when using parameters of the ⁇ ⁇ M t P> P 1
  • An operation and maintenance center OMC implements control and maintenance functions for the mobile radio system or for parts thereof.
  • the functionality of this structure can be transferred to other radio communication systems, in particular for subscriber access networks with a wireless subscriber line.
  • the GSM carrier with 200 kHz bandwidth is broken down into eight time slots.
  • Several participants stations MS usually up to eight upstream or up to 32 in the downward direction can be multiplexed on the packet data channel PDCH by each of them by packet distribution units (Scheduler) in Basi 'sstations- subsystem BSS the appropriate Radio blocks B0, .., B11 can be assigned one after the other.
  • a multiframe of a GSM / GPRS packet data traffic channel is divided into a plurality of radio blocks with a duration of 20 ms each.
  • Each radio or radio block consists of 4 consecutive bursts of the same time slot.
  • An alternating division of the radio accesses for downlink connections DL and uplink connections UL takes place, the downlink connections DL being outlined in an upper line for better clarification and the uplink connections UL in a lower line.
  • the arrangement of corresponding network devices is schematically outlined in the lower section of FIG. 2.
  • the transmission blocks transmitted by the base station BTS in the downlink DL each comprise a first header section which, inter alia, contains an uplink identification Merker USF transmits, and a radio data block.
  • the radio data block is determined twice in succession with a gap of one (1) radio block for the subscriber station MS 1.
  • the respective head section transmits corresponding information relating to the data of the radio data block to the subscriber station MSI.
  • Radio block in the upward direction UL is assigned.
  • the content of the second radio block in the downward direction could also have been directed to any subscriber station MSx.
  • the upward and downward directions are completely decoupled apart from the uplink connection flag USF for controlling the upward direction.
  • the subscriber station MS2 together with the uplink identification flag USF is transmitted additional information from which the subscriber station MS2 can see whether the transmission power for the subsequent uplink UL e.g. should be kept constant, increased, decreased or greatly increased. That With the uplink identification flag USF, additional information or instructions for fast power control PC are transmitted to a subscriber station MS2 for which the radio data block does not actually contain any information data as standard.
  • the base station BTS measures and calculates the received power or the received signal level or signal-to-noise ratio C / I in a power control device PCU, for example in the base station BTS or in the facility RNM for allocating radio resources BSC is located or in a different type of function block for power control in these or other facilities and LL to ro P 1 P 1
  • Hj Hj Hj P P ⁇ P 0 P- H s! ⁇ ⁇ S- P ⁇ LQ rt ⁇ Hj CQ js ff P CQ tr P P. P Hj C-. Hj 0 tr td ⁇ CQ
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  • Correction transmission can be signaled.
  • the correction of the transmission power on the subscriber station side is instructed via a plurality of uplink identification flags USF transmitted to it.
  • the modified uplink identification flag USF with PC of power control information can also be used in signaling blocks or dummy blocks in the downward direction. This is necessary, for example, when there is no traffic in the downward direction DL.
  • the 3-bit information of the known uplink identifier USF is supplemented by two further bits, which enables a total of four instructions to be transmitted to the power control instructions PC.
  • a subscriber station MS can use the transmission power of its next uplink e.g. the corresponding 2-bit instructions (00) instruct the maintenance of the current transmission power, (01) the increase by 2 dB, (01) the decrease by 2dB and (11) the increase by 4dB.
  • additional bits enables even more differentiated power control instructions. Fewer bits, for example only a single bit, would only allow regulation upwards or downwards. Particularly in the case of an asymmetrical number of three power levels, as in this case, with an instruction for changing the transmission power to the subscriber station MS, a solution is preferred in which more instructions PC for increase than be available for a reduction in the transmission power. As a rule, a quick increase in performance is more important for the safe operation of the communication system than a quick decrease, since a transmission power that is too low leads to data loss or loss of the connection, while a transmission power that is too high primarily results in a transmitter-side loss of energy and possibly leads to interference.
  • the incorporation of such additional power control information into the existing concept of the uplink identification flag USF is advantageously carried out in such a way that the security of the determination of the uplink identification flag USF at the subscriber stations MSx is not impaired beyond the permissible limits.
  • the additional information bits are hidden in the existing 36-bit code for the uplink identifier flags USF in the RLC / MAC header so that the protection mechanism against transmission errors does not result in an error message for the entire uplink identifier information leads in the downward direction transmitted radio data blocks.
  • the uplink identification flag USF is precoded from 3 bits to 36 bits (see GSM 05.03), as listed in the following second table ,
  • the next column shows the 36 bits u '(0) - u' (35) assigned to them, which are in turn divided into four bursts (interleaving),
  • This coding enables an ideal so-called Hamming distance of the individual code words from one another, so that a particularly safe decoding of the uplink identification flag USF with an error rate of 1% enables a general block error rate of about 10%.
  • the Hamming distance between the 36 bits of the representation of the uplink identifier flags USF is +20 or +21, which corresponds to a very good separation between the uplink identifier flags USF.
  • the 36-bit representation of the 4 x 8 uplink identification flag values USFij is defined in such a way that the Hamming distance between each of the values for identical indices i remains minimal or at least "small” depending on the hardness of the coding and the Hamming distance between each of the values with different index i is maximum or "large”. This corresponds to a good compromise between, on the one hand, good decoding of the uplink identification flag values USFi j and, on the other hand, good, fast decoding of the power control for the upward direction.
  • uplink identification flag values USFij which are evaluated by a subscriber station MSx with a corresponding decoding device for regulating the transmission power from the next transmission in the uplink direction UL.
  • a suitable form of coding consists in changing only one individual or only very few of the 36 bits per uplink identifier value USFij.
  • An example of a particularly preferred coding is achieved by converting the 2-bit representation for fast power control PC into a 3-bit representation pcO-1-2, as shown in the following table:
  • the deterioration in the decoding of the uplink flag values USFij is due to the small Hamming distance between the uplink flag words with the same index i relative to the coding used and the large Hamming distance between the uplink flag relative to the coding used. Marking words with different index i very low. The results are as follows:
  • a subscriber station can have a smoothing device or smoothing function which initially performs a strong and later a weak smoothing.
  • the transmission power (PC) may be far below a value suitable for the specific environment.
  • Smoothing device to avoid possible channel-related fluctuations in the reception level or reception quality. filters to be passed on to the subscriber station MSx by means of a power control command, and in order to prevent the control circuit from swinging open.
  • the power control PC can begin in the upward direction after the reception of the first radio block. If a sequence of consecutive blocks is not allocated to a subscriber station MSx when multiplexing in the upward direction, but only at least every second block, the power control PC can act on each block due to the 40 ms control cycle. In the case of a sequence of consecutive blocks, this is only possible for every second block, although one could of course increase it twice, for example, by 2 dB, e.g. + 4dB increase in transmission power.
  • the use or availability of the power control or power control PC should indicate the network in the cell via the BCCH message or broadcast channel. It would also make sense for subscriber stations to inform the network of their capacity for PC power control when establishing a connection and then to negotiate the use of PC PC power control.
  • the functionality of the PC power control should be able to be switched on and off by the operator using OMC in the network.
  • the packet data control device PCU Packet Control Unit
  • the packet data control device PCU can alternatively also in other network devices, e.g. of the base station control device BSC.
  • the method described above can also be used to transmit other or additional parameters from the network to the subscriber stations.
  • a cyclical change of power control parameters with the other parameters is also conceivable, for example depending on the block number or the TDMA frame number. for example in the event that PC cycles of 80ms or more are sufficient.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Leistungsregelung in Aufwärtskanälen bei einem paketorientierten Funk-Kommunikationssystem (GSM / GPRS), mit zumindest einer Netzstation (BTS) zum Kommunizieren mit zumindest einer über eine Schnittstelle verbindbaren Station (MS1, MS2), bei dem der Station (MS2) über die Schnittstelle unter Sendeleistungs-Informationen zur Regelung der Sendeleistung der Station (MS2) übermittelt werden. Um eine schnelle Übermittlung erforderlicher Sendeleistungs-Informationen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Station (MS2) die Sendeleistungs-Information(en) über eine Anwenderdaten-Übermittlungsverbindung zu einem Zeitpunkt übermittelt bekommt, zu dem von der Netzstation (BTS) in Abwärtsrichtung (DL) keine zu dieser Station (MS2) hin gerichtete Anwenderdaten-Übermittlungs-Verbindung besteht. Insbesondere können diese Sendeleistungs-Informationen in Sende-Informationen (USF; USFi) zum Ankündigen zumindest einer für diese Station (MS2) zulässigen Sendezeit zum Senden seitens der Station (MS2) in Aufwärtsrichtung (UL) zur Netzstation (BTS) als erweiterte Sende-Information (USFij) eingesetzt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur schnellen Leistungsregelung in Aufwärtskanälen bei paketorientierten Mobilfunksystemen und Kommunikations- system-Netzeinrichtungen dafür
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen Leistungs- regelung in Aufwärtskanälen bei paketorientierten Mobilfunksystemen mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. Kommunikationssystemeinrichtungen zur Durchführung des Verfahrens .
In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen, beispielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Station (Basisstation bzw. Teilnehmerstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnittstelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommunica- tion System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
In bestehende Mobilfunknetze nach dem GSM-Standard (GSM: Global System for Mobile Communications) mit Frequenzen zwischen 400 MHz und 2,0 GHz werden derzeit neuartige Datendienste wie der Paketdatendienst GPRS (General Packet Radio Service) sowie dessen Erweiterung EDGE/EGPRS (Enhanced Data Rates for GSM Evolution / Enhanced GPRS) eingeführt. Die Übertragung im Mobilfunknetz findet hierbei nicht Verbindungsorientiert bzw. nicht leitungsvermittelt, sondern in Form von Paketdaten statt. Diese Art der Übertragung nutzt die gegebenen Übertra- gungsressourcen im Mobilfunknetz beispielsweise durch Multi- plexing besser aus.
Beim TDMA-Verfahren, wie z.B. GSM oder auch TDD UMTS, ist für eine TDMA-Komponente (TDMA: Time Division Multiple Access) eine Aufteilung eines breitbandigen Trägers mit z.B. einem Frequenzbereich von 5 MHz bei UMTS oder eines schmalbandigen Trägers mit z.B. 200 kHz bei GSM in mehrere Zeitschlitze gleicher Zeitdauer vorgesehen. Bei TDD-UMTS (TDD: Time Divi- sion Duplex) wird auf der gleichen Trägerfrequenz ein Teil der Zeitschlitze in Abwärtsrichtung DL (Downlink) von der Basisstation zur Teilnehmerstation und ein Teil der Zeitschlitze in Aufwärtsrichtung UL (Uplink) von der Teilnehmerstation zur Basisstation benutzt. Beim GSM-Standard sind für die Auf- wärtsverbindung und die Abwärtsverbindung jeweils acht Zeitschlitze auf zwei durch einen Duplexabstand getrennten 200 kHz Trägerfrequenzen vorgesehen. Zur Datenübertragung bei den Paketdatendiensten GPRS/EGPRS nach dem GSM-Standard wird jedem Zeitschlitz ein Paket-Daten-Verkehrskanal PDTCH (Packet Data Traffic Channel) zugeordnet. Alle Paket-Daten-Verkehrskanäle sind unidirektional . Eine Übertragung findet entweder in Aufwärtsverbindung (UL) für die Paketdatenübertragung von der Teilnehmerstation zur Basisstation oder in Abwärtsverbindung (DL) für die Paketdatenübertragung von der Basisstation zur Teilnehmerstation statt. Dabei kann ein Paketdaten-Verkehrskanal einem Teilnehmer bei einer statischen Kanalvergabe (fixed allocation nach GSM 04.60) fest für ein bestimmtes Zeitintervall oder bei einer dynamischen Kanalvergabe (dyna- mic allocation nach GSM 04.60) mehreren Teilnehmern gleich- zeitig zugewiesen werden, d.h. mehrere Teilnehmer werden auf diesem Paketdaten-Verkehrskanal versorgt (Multiplexing) . Das gilt für die Auf- und AbwärtsVerbindung unabhängig voneinander.
Um feststellen zu können, wann eine Teilnehmerstation ein bestimmter Datenblock übertragen werden soll, empfängt und dekodiert jede Teilnehmerstation, die ansonsten über keine diesbezügliche Information verfügt, alle in Abwärtsrichtung gesendeten Pakete, sogenannte RLC-Blöcke. Zur eindeutigen Adressierung der Datenpakete für die Teilnehmerstation in Abwärtsrichtung dient ein im Funkverbindungssteue- rungs/Mediumszugriffs-RLC/MAC-Block-Kopfabschnitt (RLC/MAC: Radio Link Control / Medium Access Control Header) enthaltener Identifikator TFI (Temporary Flow Identifier) , der bei der VerkehrskanalZuweisung dem Paketdatenstrom TBF (Temporary Block Flow) für die Datenübertragung in Abwärtsrichtung der Teilnehmerstation zugeordnet wird.
Zur kollisionsfreien Nutzung des Paketdaten-Verkehrskanals bei dynamischer Kanalvergabe in der AufwärtsVerbindung wird der Zustand der Aufwärtsverbindung mit Hilfe eines Aufwärts- verbindungs-Kennzeichnungsmerkers USF (Uplink State Flag) benutzt, der bei der VerkehrskanalZuweisung dem temporären Paketblock-Datenstrom (TBF - Temporary Block Flow) für die Datenübertragung in Aufwärtsrichtung der Teilnehmerstation zugeordnet wird. Der Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker gibt unter Verwendung von drei Bit an, welche Teilnehmerstation im nächsten Zeitblock für eine Aufwärtsverbindung den nächsten Funkblock übertragen darf. Daher können bis zu acht Paketblock-Datenströme parallel in Aufwärtsrichtung auf einen Paketdaten-Verkehrskanal (PDTCH) gemultiplext werden.
Aufgrund der Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker- Kontrolle der Aufwärtsrichtung sollen alle auf dem Paketdaten-Verkehrskanal in Aufwärtsrichtung gemultiplexten Teilnehmerstationen den im Funkverbindungssteuerungs/Mediumszu- griffs- (RLC/MAC) -Block-Kopfabschnitt enthaltenen Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker eines jeden in Abwärtsrichtung auf dem gleichen Zeitschlitz versendeten Funkverbindungs- Steuerungs- (RLC) -Blocks empfangen und korrekt dekodieren können. Um beim Empfang und der Dekodierung in der Teilnehmer- Station eine Fehlerrate von weniger als 1% zu erzielen, was einer Forderung der ETSI Spezifikation GSM 05.05 entspricht, obwohl ansonsten für die Nutzdaten eine Block-Fehlerrate von
Figure imgf000006_0001
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1
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wobei alle Angaben zur Leistungsberechnung in dB angegeben werden. Diese flexible Formel eignet sich zur Berechnung mittels verschiedener Leistungsregelungs-Algorithmen. Das Netz übermittelt der Teilnehmerstation den Wert der Konstanten α, wobei 0 <= α <= 1 gilt, über Steuermitteilungen und bestimmt mit der Übermittlung dieser Konstante, ob zur Leistungsregelung die geschlossene, die offene oder die kombiniert geschlossene und offene Leistungsregelungs-Schleife verwendet werden soll . T ist eine für das Frequenzband spezifische Konstante und derzeit für die verschiedenen GSM-Systeme definiert, wie folgt: 39 dBm für GSM 400, GSM 900 und GSM 850 und 36dBm für DCS 1800 und PCS 1900. Der Wert rCH ist ein für den Kanal spezifischer Leistungsregelungs- bzw. Leistungssteue- rungsparameter, der durch die Basisstation berechnet wird, wie folgt, um einen Ziel- bzw. Sollwert für den empfangenen Signalpegel SSb vorzugeben und der zu der Teilnehmerstation mittels Steuermitteilungen übermittelt wird. Der Wert C entspricht dem normierten empfangenen Signalpegel bei der Teilnehmerstation. Eine einfache Steuerung/Regelung einer offenen Schleife wird dadurch eingestellt, dass α = 1 gesetzt und ΓCH konstant gehalten wird. Die Ausgangsleistung der Teilnehmerstation bestimmt sich dann gemäß:
Figure imgf000007_0001
Der empfangene Signalpegel SSm bei der Teilnehmerstation bestimmt sich aus:
SSm = PBTS - Pb - L mit: PBτs als maximaler Ausgangsleistung der Basisstation,
Pb als Leistungsreduzierung der Basisstation aufgrund der Leistungsregelung und L als Wegeverlust (pathloss) . Der Wert C, d.h. der normierte empfangene Signalpegel, bestimmt sich bei der Teilnehmerstation aus:
C = SSm + Pb = PBTS - .
Die Ausgangsleistung der Teilnehmerstation bestimmt sich demnach aus :
P = To - rC - C - 48 = T0 - rCH - PBTS + L - 48 [dB] .
Der empfangene Signalpegel SSb bei der Basisstation bestimmt sich aus:
SSb = P - L = To - rcH - PBTS - 48 [dB] ,
wobei der konstante Wert von T0 angesetzt wird gemäß
TCH = T0 - PBTS - SSb - 48 [dB]
Dabei wird der Teilnehmerstation der konstante Wert ΓCH von der Basisstation vorgegeben, um die Ausgangsleistung der Teilnehmerstation einzustellen. Dabei erhält die Basisstation keinerlei Informationen über den Empfangspegel bei der Teilnehmerstation .
Eine rein geschlossene Schleife wird dadurch vorgegeben, dass die Basisstation der Teilnehmerstation einen Wert α = 0 ü- bermittelt. Die Ausgangsleistung der Teilnehmerstation bestimmt sich dann aus
p = r0 - rCH [dB] .
In diesem Fall entspricht der vom Netz vorgegebene Wert ΓCH dem tatsächlichen Leistungspegel relativ zu T0. Die Vorgabe dieses Werts kann auf einer Messung des empfangenen Signalpegels bei der Basisstation SS^ beruhen. Die Befehle zur Leis- tungsregelung/steuerung können je nach Bedarf gesendet wer- den, also z.B. immer dann, wenn eine Änderung erforderlich ist, um einen gewünschten Signalpegel zu erzielen.
Um eine kombinierte offene und geschlossene Schleife anzu- steuern, wird für die Variable α ein Wert zwischen Null und Eins vorgegeben. Die vorstehend beschriebene Formel bleibt auch dabei anwendbar. In der Realität ist dies der normale Betriebszustand.
Diese Strategie zur Vorgabe einer Leistungseinstellung für die Verbindungen in Aufwärtsrichtung von der Teilnehmerstation zur Basisstation hat jedoch eine Vielzahl von Nachteilen.
So ist die Regelung bei der AufwärtsVerbindung sehr langsam.
Typische Regelungszyklen der derzeit bekannten Systeme haben wie z.B. geschaltete Dienste (circuit switched Services) eine Dauer von 480 ms. Diese 480ms ergeben sich aus der SACCH- Periode (Slow Associated Control Channel) von 4 Multiframes (4 x 120ms) .
Bei Paketdatendiensten wie GPRS/EGPRS beruht die Regelung der Leistung auf Steuermitteilungen (control messages) von der Basisstation zur Teilnehmerstation, die auf dem PACCH/PDTCH gesendet werden, was eine unnötige Belastung des Systems durch Signalisierung verursacht und letztendlich den ansonsten möglichen Datendurchsatz in Abwärtsrichtung reduziert. Auch bei den Paketdatendiensten ist die Steuerung der Leistungsregelung sehr langsam. Bei Regelperioden von ca. 32 Funk-Blöcken mit jeweils 20ms Dauer ergeben sich bei einem Teilnehmer auf dem Paketdatenkanal 640ms und bei einem Mul- tiplex von n Teilnehmern n x 640ms.
Die temporären Paketblock-Datenströme (TBFs) in Aufwärtsrich- tung sind im allgemeinen sehr kurz und bestehen oft nur aus einigen wenigen Funk- bzw. Radioblöcken. Aufgrund des Multi- plexens werden die Paketblock-Datenstrom-Funkblöcke jedoch über eine lange Zeitdauer verteilt. An die tatsächliche Variation der Funkkanal-Zustände kann sich daher die Leistungsre- gelungsstrategie bei Regelzyklen von mehr als 640ms, wie oben beschrieben, jedoch nicht so schnell anpassen, wie dies wün- sehenswert ist.
Letztendlich ist für die vorstehende Leistungsregelung zu Beginn die Einstellung einer offenen Schleife erforderlich. Offene Schleife bedeutet jedoch eine Einstellung nur abhängig vom Empfangspegel der Teilnehmerstation unter Annahme der Reziprozität des Funkkanals. Interferenzzustände am Ort der Basisstation können und werden nicht berücksichtigt. Damit ist eine Gewährleistung der Qualität bzw. des Signal-Störabstandes C/l nicht möglich. Der Übergang zu einer geschlossenen oder einer geeigneten kombinierten Schleife erfolgt nur langsam und zudem erst nach einer ersten Messung von Signalen einer Aufwärtsverbindung von der Teilnehmerstation zu der Basisstation. Eine schnelle Leistungsregelung wäre jedoch erforderlich, um störende Interferenz insbesondere beim Beginn der Paketdatenübertragung zu reduzieren. Außerdem greift das bisherige Konzept überhaupt nicht bei kurzen Paketdatenflüssen (TBFs) in Aufwärtsrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Leistungsregelung in Aufwärtsverbindungen und entsprechende Netzeinrichtungen vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. die Netzeinrichtungen gemäß den Merk- malen des Patentanspruchs 16 bzw. eine Station gemäß den
Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Dieses Verfahren erlaubt eine schnelle Leistungsregelung in Aufwärtsrichtung mit geschlossener Schleife. Der schnelle Re- gelmechanismus arbeitet bei den derzeitigen Systemen vorzugsweise in bis zu 40ms Schritten, was die Aussteuerung auch sehr kurzer Datenflüsse (TBFs) erlaubt. Beim Multiplexen von zwei oder mehr TBFs auf dem gleichen Paketdatenkanal (PDTCH) bietet dieses Verfahren eine blockgenaue Regelung. Die Regelung kann bereits beim zweiten in Aufwärtsrichtung gesendeten Block greifen.
Dabei misst die Netzstation bzw. Basisstation den Empfangspe- gel und die Qualität (C/I) der aufwärts gesendeten Funk- Blöcke eines TBFs und gibt via einem modifizierten Aufwärts- verbindungs-Merker-Kontrollsignal für den nächsten Block die gewünschte Leistungsänderung der Teilnehmerstation durch. Die Regelung kann dabei auf Block-zu-Block-Basis erfolgen oder mittels Mittelwertbildung und Filterung, z.B. sogenannter
RUNNING AVERAGE FILTER, in der Netzstation auch glättend über mehrere Blöcke hinweg wirken.
Diese schnelle Leistungsregelung für Aufwärtsverbindungen ist insbesondere bei auf GSM beruhenden Paketdatensystemen wie GPRS, EGPRS und in Zukunft GERAN (GSM EDGE Radio Access Network) sehr effizient. Insbesondere ist dieses Verfahren vollständig kompatibel zu der GSM Fassung 99. Vorteilhafterweise werden anstelle der derzeit erforderlichen 480 ms pro Rege- lungszyklus im derzeitigen Idealfall nur noch 40 ms pro Regelungszyklus benötigt. 40 ms entsprechen dabei zwei benachbarten Funkblöcken mit jeweils 4 Bursts sowie einige Verzögerungen durch Berechnungen) .
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des Verfahrens zur schnellen Leistungsregelung in Aufwärtsrichtung daher im Zusammenhang mit GPRS/EGPRS und dynamischer Zuweisung des Paketdaten-Verkehrskanals. Eine Anwendung ist aber mit geringen Modifikationen auch bei Systemen mit einer festen Kanal- Zuweisung möglich. Die Verwendung von Kodeworten der Aufwärtsverbindungs-Merker USF zur Übertragung von Leistungsregelungs-Informationen bietet eine ausreichende Stabilität für eine Dekodierung bei zugleich einer nur geringfügig verschlechterten Dekodierbar- keit der Aufwär sverbindungs-Merker .
Die Strategie ist insbesondere rückwärtskompatibel zum bisherigen GSM/GPRS/EGPRS-Standard, da alte Teilnehmerstationen den ihnen bekannten Aufwärtsverbindungs-Merker (USF) dekodie- ren und die "Schnelle Leistungsregelungs" -Information ignorieren können. Änderungen des derzeitigen RLC/MAC- Kopfabschnitts sind nicht erforderlich. Für zukünftige Standards, beispielsweise GERAN, könnte die schnelle Leistungsregelungs-Information auch als separates Feld in neu zu defi- nierende RLC/MAC-Kopfabschnitte der Funk-Blöcke in Abwärts- richtung aufgenommen werden oder eventuell auch über die sogenannten Stealing-Flags des Funk-Blocks signalisiert werden. Dann ist jedoch die Rückwärtskompatibilität nicht mehr gewährleistet .
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Überblick über ein Funk- Kommunikationssystem,
Fig. 2 eine Zuordnung verschiedener Anweisungs- und Sendefolgen zwischen Abwärts- und Auf ärtsverbindungs- blocken,
Fig. 3 ein Diagram einer synthetischen Bestimmung von Empfangsqualitäten bei Anwendung von Parametern des bevorzugten Ausführungsbeispiels mit fester Frequenz und
Fig. 4 ein Diagram einer synthetischen Bestimmung von Empfangsqualitäten bei Anwendung von Parametern des ω ω M t P> P1
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1 Hj 1 1 P1
Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Funk-Kommunikationssysteme übertragbar, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.
Gemäß einer beispielhaften Rahmenstruktur für die Funkübertragung von Paketdaten auf einem Paketdatenkanal PDCH bei GPRS/EGPRS-Systemen wird der GSM-Träger mit 200kHz Bandbreite in acht Zeitschlitze zerlegt. Ein aus 52 TDMA-Frames/Rahmen bestehender Paketdatenkanal PDCH belegt genau einen Zeit- schlitz, der nochmals in insbesondere 12 Funk-Blöcke B0,..,B11 mit jeweils vier Bursts zerlegt wird. Mehrere Teil- nehmer-Stationen MS, in der Regel bis zu acht in Aufwärtsrichtung bzw. bis zu 32 in Abwärtsrichtung, werden auf dem Paketdatenkanal PDCH gemultiplext, indem ihnen jeweils durch Paketverteilungs-Einheiten (Scheduler) im Basi'sstations- Subsystem BSS die entsprechenden Funk-Blöcke B0,..,B11 nach- einander zugewiesen werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten, in Fig. 2 skizzierten Aus- führungsform ist ein Multiframe eines GSM/GPRS-Paketdaten- Verkehrskanals in eine Vielzahl von Funk-Blöcken mit einer Dauer von jeweils 20 ms aufgeteilt. Jeder Funk- bzw. Radio- Block besteht aus 4 aufeinanderfolgenden Bursts des selben Zeitschlitzes. Dabei findet eine abwechselnde Aufteilung der Funkzugiffe für AbwärtsVerbindungen DL und AufwärtsVerbindungen UL statt, wobei die Abwärtsverbindungen DL zur besseren Verdeutlichung in einer oberen Zeile und die Aufwärtsverbindungen UL in einer unteren Zeile skizziert sind. Im unteren Abschnitt der Fig. 2 ist schematisch die Anordnung entsprechender Netzeinrichtungen skizziert.
Die von der Basisstation BTS in Abwärtsverbindung DL übertragenen Übertragungsblöcke umfassen jeweils einen ersten Kopf- abschnitt, der u.a. einen Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungs- merker USF überträgt, und einen Funk-Datenblock. Der Funk- Datenblock ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel zweimal hintereinander mit einer Lücke von einem (1) Radio-Block für die Teilnehmerstation MS 1 bestimmt. Der jeweilige Kopfab- schnitt überträgt entsprechende Informationen zu den Daten des Funk-Datenblocks an die Teilnehmerstation MSI. Dahingegen wird der Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USF, der von allen der Teilnehmerstationen MSI - MSx (x = 0,..., ins- bes. max. 32) empfangen wird, an diejenige Teilnehmerstation MS2 gesendet, die den nächsten, hier den direkt folgenden
Funk-Block in Aufwärtsrichtung UL zugewiesen bekommt. Der Inhalt des zweiten Funk-Blocks in Abwärtsrichtung hätte auch an eine beliebige Teilnehmerstation MSx gerichtet sein können. Aufwärts- und Abwärtsrichtung sind abgesehen vom Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker USF zur Steuerung der Aufwärts- richtung vollständig entkoppelt.
Vorteilhafterweise wird der Teilnehmerstation MS2 zusammen mit dem Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USF eine zu- sätzliche Information übertragen, aus der die Teilnehmerstation MS2 entnehmen kann, ob die Sendeleistung für die nachfolgende Aufwärtsverbindung UL z.B. konstant gehalten, erhöht, erniedrigt oder stark erhöht werden soll. D.h. mit dem Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USF wird eine zu- sätzliche Information bzw. Anweisung zur schnellen Leistungsregelung PC an eine Teilnehmerstation MS2 übertragen, für die der Funk-Datenblock standardgemäß eigentlich keine Informationsdaten enthält .
Beim Empfang dieses nächsten Aufwärtsverbindungs-Funk-Daten- blocks misst und berechnet die Basisstation BTS die empfangene Leistung bzw. den empfangenen Signalpegel bzw. Signal- Stör-Abstand C/I in einer Leistungs-Regelungseinrichtung PCU, die z.B. in der Basisstation BTS oder in der Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen BSC lokalisiert ist oder in einem anders gearteten Funktionsblock zur Leistungsregelung in diesen oder anderen Einrichtungen und ver- L L to ro P1 P1
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1 Hj 1 1 1 1 1 Φ 3
Korrekturübermittlung signalisiert werden kann. In einem solchen Fall wird die Korrektur der Teilnehmerstations-seitigen Sendeleistung über mehrere an diese übermittelte Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker USF angewiesen.
Neben Datenblöcken kann der modifizierte Aufwärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker USF mit PC einer Leistungsregelungs- Information genauso in Signalisierungsblöcken bzw. Dummy- Blöcken in Abwärtsrichtung eingesetzt werden. Dies ist beispielsweise dann nötig, wenn kein Verkehr in Abwärtsrichtung DL herrscht .
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die 3-Bit- Information der bekannten Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungs- merker USF um zwei weitere Bit ergänzt, was eine Übertragung von insgesamt vier Anweisungen zur Leistungsregelungs-Anweisungen PC ermöglicht. Wie aus der ersten folgenden Tabelle ersichtlich, kann einer Teilnehmerstation MS für die Sendeleistung ihrer nächsten Aufwärtsverbindung z.B. mit den ent- sprechenden 2-Bit-Anweisungen (00) die Beibehaltung der momentanen -Sendeleistung, mit (01) die Erhöhung um 2 dB, mit (01) die Erniedrigung um 2dB und mit (11) die Erhöhung um 4dB angewiesen werden.
PC Leistung 2-Bit
0: +0 dB 0 0
1: +2 dB 0 1
2: -2 dB 1 0
3: +4 dB 1 1
Das Hinzufügen noch weiterer Bit ermöglicht noch differenziertere Leistungsregelungs-Anweisungen. Weniger Bit, z.B. nur ein einziges Bit, würde nur eine Regelung nach oben oder unten erlauben. Insbesondere bei einer unsymmetrischen Anzahl von wie hier drei Leistungsstufen mit einer Anweisung zur Änderung der Sendeleistung an die Teilnehmerstation MS wird eine Lösung bevorzugt, bei der mehr Anweisungen PC für eine Er- höhung als für eine Erniedrigung der Sendeleistung bereitstehen. In der Regel ist eine schnelle Erhöhung der Leistung für den sicheren Betrieb des Kommunikationssystems wichtiger als eine schnelle Erniedrigung, da eine zu niedrige Sendeleistung zu Datenverlusten oder Verlust der Verbindung führt, während eine zu hohe Sendeleistung in erster Linie zu einem sender- seitigen Verlust an Energie und eventuell zu Interferenzen führt .
Vorteilhafterweise kann diese Lösung mit der bekannten Lösung zur Regelung der Sendeleistung in Aufwärtsverbindungen kombiniert werden. Insbesondere ist eine Berücksichtigung bei der Bestimmung des Wertes ΓCH möglich, der vom Netz bzw. der Basisstation BTS zu der Teilnehmerstation MS übermittelt wird. Dies führt dann vorzugsweise zu der Formel
TCH = To - PBTS - SSb - 48 + ß x sum (μι)
mit 0 < ß < 1 und μi, welche die schnelle Regelung zur Leis- tungskorrektur PC innerhalb der langzeitigen Regelung der
Leistungskorrektur darstellen.
Die Eingliederung einer solchen zusätzlichen Leistungsrege- lungsinformation in das bestehende Konzept der Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker USF erfolgt vorteilhafterweise derart, dass die Sicherheit der Bestimmung der Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker USF bei den Teilnehmerstationen MSx nicht über die zulässigen Grenzen hinaus verschlechtert wird. Dazu werden die zusätzlichen Informations-Bit in den bestehenden 36-Bit-Kode für die Aufwärtsverbindungs-Kenn- zeichnungsmerker USF im RLC/MAC-Kopfabschnitt so versteckt, dass der Schutzmechanismus gegen Übertragungsfehler nicht zu einer Fehlermeldung für die gesamte Aufwärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Information eines in Abwärtsrichtung ü- bertragenen Funk-Datenblocks führt. Bei dem Modulierungs- und Kodierungsschema EGPRS MCS 5, ,9 mit 8PSK-modulierten Funk-Blöcken wird eine Vorkodierung der Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USF von 3 Bit zu 36 Bit durchgeführt (s. GSM 05.03), wie dies in der nachfolgenden zweiten Tabelle aufgelistet ist.
In der ersten Spalte sind die derzeit üblichen acht Aufwärts- verbindungs-Kennzeichnungsmerker USFi = USF0 - USF7 und die zugeordnete 3-Bit-Kodierung aufgelistet, die zur internen Steuerung in dem Kommunikationsnetz, insbesondere zur Berechnung innerhalb der Basisstation BTS bzw. der Basisstationssteuereinrichtung BSC (Base Station Controller) verwendet wird. Die nächste Spalte stellt die jeweils dazu zugeordneten 36 Bit u' (0) - u' (35) dar, die formell wiederum in jeweils vier Burst untergliedert sind (Interleaving) ,
Diese Kodierung ermöglicht einen idealen sogenannten Hamming- Abstand der einzelnen Kodewörter zueinander, so dass eine be- sonders sichere Dekodierung der Aufwärtsverbindungs-Kenn- zeichnungsmerker USF mit einer Fehlerrate von 1% trotz einer allgemeinen Block-Fehlerrate von etwa 10% ermöglicht. Der Hamming-Abstand zwischen den 36 Bit der Darstellung der Auf- wärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USF beträgt +20 oder +21, was einer sehr guten Trennung zwischen den Auf ärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerkern USF entspricht. Entsprechend der ersten Tabelle werden für jeden Wert der Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker USFi mit 0<= i <= 7 und deren 36-Bit-Darstellung drei zusätzliche Aufwärtsverbin- dungs-Kennzeichnungsmerker-Werte USFij eingeführt, mit
USFÜ: erhöht die Leistung um 2dB USFi2: erniedrigt die Leistung um 2 dB USFi3: erhöht die Leistung um 4dB
so dass 0 <= j <= 3 gilt, wobei der Zustand USFio der ursprünglichen Anweisung mit dem unveränderten Aufwärtsverbin- dungs-Kennzeichnungsmerker USFi entspricht und keine Leistungsveränderung bewirkt. Dies ermöglicht insbesondere den weiteren Einsatz von älteren Teilnehmerstationen MS, die eine solche schnelle Aufwärtsverbindungs-Leistungsregelung PC nicht implementiert haben. Mit anderen Worten ist dieses Verfahren bei einer Anwendung im Zusammenhang mit dem GSM- Standard rückwärts-kompatibel .
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform wird die 36-Bit-Darstellung der 4 x 8 Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker-Werte USFij derart festgelegt, dass der Hamming-Abstand zwischen jedem der Werte für gleiche Indizes i minimal bzw. je nach Härte der Kodierung zumindest "klein" bleibt und der Hamming- Abstand zwischen jedem der Werte mit verschiedenem Index i maximal bzw. "groß" ist. Dies entspricht einem guten Kompro- miss zwischen einerseits einer guten Dekodierung der Auf- wärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker-Werte USFij und andererseits einer guten, schnellen Dekodierung der Leistungsre- gelung für die Aufwärtsrichtung.
Wie auch aus der vierten Tabelle ersichtlich, entstehen acht Untergruppen aus Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker- Werten USFij, die von einer Teilnehmerstation MSx mit einer entsprechenden Dekodierungseinrichtung zur Regelung der Sendeleistung ab der jeweils nächsten Übertragung in Aufwärts- richtung UL ausgewertet werden. Dadurch kann einer Teilneh- merstation MSx mit 1 <= x <= 8 zusammen mit der Anweisung zur Übertragung in Aufwärtsrichtung bei Bedarf zugleich eine Anweisung zur Korrektur der Sendeleistung übermittelt werden, wobei hier beispielsweise jeweils vier Untergruppen zur Übertragung der Leistungsinformation verfügbar sind.
Demnach aktivieren alle in Abwärtsrichtung DL gesendeten Werte USFij mit gleichem i die selbe Teilnehmerstation MSx für die Aufwärtsrichtung und der Parameter j spezifiziert nunmehr das zusätzliche Leistungsregelungs-Kommando für die selbe Teilnehmerstation MSx.
Insbesondere durch die Bündelung bzw. Gruppierung der einzelnen Leistungs-Korrektur-Bit um die bestehenden Aufwärtsver- bindungs-Kennzeichnungsmerker-Werte USFi = USFio herum sowie durch die große Anzahl an Funk-Blöcken, die zu jedem temporären Paketblock-Datenstrom TBF gehören und zu einer Fehlermittelung führen, ist es möglich, eine nur geringfügig höhere Fehlerwahrscheinlichkeit zu erzielen, wie folgt.
Eine geeignete Form der Kodierung besteht in der Änderung jeweils nur eines einzelnen bzw. nur sehr wenigen der 36 Bit pro Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker-Wert USFij.
Ein Beispiel für eine besonders bevorzugte Kodierung wird dadurch erzielt, dass aus die 2-Bit-Darstellung für die schnelle Leistungsregelung PC in eine 3 -Bit-Darstellung pcO-1-2 umgewandelt wird, wie dies in der nachfolgenden Tabelle dargestellt ist:
PC Leistung 2-Bit pcO-1-2
0: +0 dB 0 0 0 0 0
1: +2 dB 0 1 0 1 1
2: -2 dB 1 0 1 0 1
3: +4 dB 1 1 1 1 0 Zur Erhöhung des Hamming-Abstands zwischen diesen Kodeworten werden diese 3 Bit für alle Leistungsbefehle dreimal wiederholt, so dass vier neue Kodeworte mit einer Länge von jeweils neun Bit entstehen. Diese drei Kodeworte zur Änderung der Sendeleistung werden jeweils über eine Exklusiv-ODER- Verknüpfung (X-OR) mit den ersten 9 Bit des ursprünglichen Kodeworts (u(0) ... u(8)) verknüpft. Die vierte Tabelle zeigt die sich daraus ergebenden Kodeworte der Auf ärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Werte USFij .
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Erste Simulationen mit den Werten des Kodierungsschemas der vorstehenden Tabelle sind in den Fig. 3 und 4 mit fester Frequenzzuweisung für einzelne Teilnehmerstationen bzw. idealem Frequenzspringen (frequency hopping) für das EGPRS-Kodier- Schema MCS-5 dargestellt.
Das Kodierungsschema ist demnach gut genug, um die Leistungs- Regelungs-Anweisungen mit einer tolerierbaren Wort-Fehler- Wahrscheinlichkeit PCerr < 2,0% bei C/l > 13,5 dB (BLER = 10%) für Frequenzspringen (Fig. 4) und PCerr < 5e-3 bei C/l > 18,0 dB (BLER =10%) für feste Frequenzen (Fig. 3) zu erzielen (mit BLER: Block Error Rate) .
Minimale Hamming-Abstände von 19 - 22 sind bei allerdings re- lativ großem Fehler erzielbar. Bevorzugt werden Hamming- Abstände von 14 - 17, da dadurch die Auf ärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Detektierwahrscheinlichkeit bei sehr guten Ergebnissen der Leistungssteuerung PC ermöglicht wird.
Die Verschlechterung der Dekodierung der Aufwärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Werte USFij ist aufgrund des relativ zur verwendeten Kodierung kleinen Hamming-Abstands zwischen den Aufwärtsverbindungs-Kennzeichnungsmerker-Worten mit gleichem Index i bzw. des relativ zur verwendeten Kodierung großen Hamming-Abstands zwischen den Aufwärtsverbindungs-Kenn- zeichnungsmerker-Worten mit unterschiedlichem Index i sehr gering. Die Ergebnisse lauten wie olgt:
mit FH ohne FH (FH: Frequenzspringen)
BLER 10 % 10 %
C/I dB 13,5 18,0
USFerr < le-3 < le-3
mit neuem Kodierungsschema:
USFerr <1 e-3 < le-3 PCerr 2,0 % 5e-3 Sogar bei einer Blockfehlerrate BLER = 50% ist der Fehler PCerr hinsichtlich der korrekten Dekodierung der Leistungsregelung PC geringer als 10%. Selbst eine so große Fehlerrate ist durchaus tolerierbar, da sie sich bei langen Paketblock- Datenströmen TBFs mit mehreren Blöcken in Aufwärtsrichtung ausmitteln würde. Für andere 8-PSK-modulierten Kodierungsschemata (MCS-6 bis MCS-9) ist ein höheres Verhältnis C/l mit 10 % Blockfehlerrate erforderlich als beim MCS-5-Kodierungs- schema, da dort eine kleinere bzw. schwächere Datenkodierung vorgenommen wird. Die Kodierung der Aufwärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Werte USF und der Leistungsregelungs- Anweisungen bleibt vorzugsweise die selbe. Daher ist davon auszugehen, dass die Aufwärtsverbindungs- Kennzeichnungsmerker-Werte USF bzw. die Leistungsregelungs- Dekodierung beim tatsächlichen üblichen Arbeitspunkt sehr viel bessere Ergebnisse bieten wird.
Vorteilhafterweise kann eine Teilnehmerstation (MS) eine Glättungseinrichtung oder Glättungsfunktion aufweisen, die anfangs eine starke und später eine schwache Glättung vornimmt. Beim Einbuchen einer Teilnehmerstation (MS) in ein Kommunikationsnetz bzw. beim Beginn eines Paketdatenflusses TBF liegt die Sendeleistung (PC) unter Umständen weit ab von einem für die spezielle Umgebung geeigneten Wert. Durch die
Aufnahme der Leistungskorrekturwerte, insbesondere z.B. deren Summe in einem Speicher und Heranziehen dieser Daten bei der Berechnung eines Korrekturwertes innerhalb der Teilnehmerstation ist eine Glättung einfach umsetzbar. Empfangene Werte oder falsch dekodierte Leistungs-Korrekturwerte, die versehentlich eine zu große oder zu kleine Korrektur fordern, werden auf diese Art durch z.B. einfache arithmetische Mittelung geglättet .
Vorteilhafterweise besitzt auch das Netzwerk eine solche
Glättungseinrichtung, um eventuelle kanalbedingte Schwankungen des Empfangspegels bzw. der Empfangsqualität nicht unge- filtert an die Teilnehmerstation MSx mittels LeistungsSteuerungs-Kommando weiterzugeben, und um so evtl. ein Aufschwingen des Regelkreises zu vermeiden.
Die Leistungsregelung PC kann bereits nach dem Empfang des ersten Funk-Blocks in Aufwärtsrichtung beginnen. Wird beim Multiplexen in Aufwärtsrichtung einer Teilnehmerstation MSx nicht eine Sequenz aufeinanderfolgender Blöcke zugeteilt, sondern immer nur mindestens jeder zweite Block, so kann die Leistungsregelung PC aufgrund des 40ms Regelzyklusses auf jeden Block einwirken. Bei einer Sequenz aufeinanderfolgender Blöcke ist das nur bei jedem zweiten Block möglich, obwohl man natürlich zweimal hintereinander um beispielsweise 2dB erhöhen könnte, um so z.B. +4dB Sende-Leistungs-Zunahme zu erzielen.
Die Verwendung bzw. Verfügbarkeit der Leistungssteuerung bzw. Leistungsregelung PC sollte das Netzwerk in der Zelle über den Nachrichten- bzw. Broadcast-Kanal BCCH anzeigen. Ferner wäre es sinnvoll, wenn Teilnehmerstationen ihre Fähigkeit zur Leistungsregelung PC dem Netzwerk beim Verbindungsaufbau mitteilen und danach die Verwendung der Leistungsregelung PC PC aushandeln.
Die Funktionalität der Leistungsregelung PC sollte vom Operator mittels OMC im Netzwerk ein- und ausschaltbar sein.
Die Paketdaten-Steuereinrichtung PCU (Packet Control Unit) kann alternativ auch in anderen Netzeinrichtungen, z.B. der Basisstations-Steuereinrichtung BSC lokalisiert sein.
Neben der Leistungsregelungs-Information können durch oben beschriebenes Verfahren auch andere oder zusätzliche Parameter vom Netzwerk an die Teilnehmerstationen übertragen wer- den. Denkbar ist auch ein zyklischer Wechsel von Leistungsregelungs-Parametern mit den anderen Parametern, beispielsweise in Abhängigkeit der Blocknummer oder der TDMA-Framenummer, und zwar z.B. für den Fall, dass PC Zyklen von 80ms oder mehr hinreichend sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Übertragen von Steuerinformation (en) , zur Leistungsregelung und/oder Leistungssteuerung in Aufwärtska- nälen bei einem paketorientierten Kommunikationssystem, insbesondere Funk-Kommunikationssystem (GSM GPRS/EGPRS) , mit zumindest einer Netzstation (BTS) zum Kommunizieren mit zumindest einer über eine Schnittstelle (VI - V3 , BCCH) verbindbaren Station (MS) , bei dem der Station (MS) über die Schnitt- stelle (VI - V3 , BCCH) unter anderem
- einmal oder mehrmals Sendeleistungs-Informationen zur Einstellung oder Regelung der Sendeleistung der Station (MS) und/oder andere Steuerinformation (en) übermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, - dass die Station (MS) die Sendeleistungs-Information (en) und/oder andere Steuerinformation (en) über eine Anwenderdaten-Übermittlungsverbindung zu einem Zeitpunkt übermittelt bekommt, zu dem von der Netzstation (BTS) in Abwärtsrichtung (DL) keine - insbesondere nicht zwingend eine - zu dieser Station (MS) hin gerichtete Anwenderdaten-Übermittlungs- Verbindung (VI - V3) besteht.
2. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zum Übertragen von Steuerinformation (en) und/oder zur Leistungssteuerung in Aufwärtskanälen bei einem paketorientierten Kommunikations- System, insbesondere Funk-Kommunikationssystem (GSM GPRS) , mit zumindest einer Netzstation (BTS) zum Kommunizieren mit zumindest einer über eine Schnittstelle (VI - V3 , BCCH) verbindbaren Station (MS) , bei dem der Station (MS) über die Schnittstelle (VI - V3 , BCCH) unter anderem übermittelt werden
- einmal oder mehrmals Sendeleistungs-Informationen (PC) zur Einstellung der Sendeleistung der Station (MS) und/oder Steuerungsinformation (en) und - Sende-Informationen (USF; USFi) über zumindest eine für diese Station (MS) zulässige Sendezeit zum Senden seitens der Station (MS) in Aufwärtsrichtung (UL) zur Netzstation (BTS) dadurch gekennzeichnet,
- dass die Station (MS) die Sendeleistungs-Information(en) (PC) als erweiterte Sende-Information (USFij) übermittelt bekommt und/oder ein separates Feld im Funk-Block für die Über- tragung der Steuerungs- und/oder Leistungssteuerungs- Information(en) verwendet wird.
3. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Station (MSI) die Steuerinformation (en) und/oder Sende- leistungs-Information(en) als erweiterte Sende-Information (USFij) eines Datenblocks, der anwendungsrelevante Daten für diese oder eine andere Station (MS2) aufweist und an diese anwendungsrelevante Daten empfangende Station (MS2) gerichtet ist, übermittelt bekommt und/oder es sich bei diesem Block um einen Dummy-Block handelt.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem als erweiterte Sende-Information (USFij) ein erweiterter Aufwärtsverbindungs-Merker (USFi) verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 4, bei dem die erweiterte Sende-Information (USFij) aus der Sendeinformation (USFi) als kodierte Daten und der Sendeleistungs- Information (PC) und/oder Sendeleistungs-Information(en) zu- sammengestellt wird, wobei bei der Kodierung der Sende- Information (USFi) eine erste Anzahl von Bit auf eine zweite, größere Anzahl von Bit (Kodewort) verteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Sendeleistungs-Information (PC) derart in die Kodierung eingepasst wird, dass die Dekodierung der Sende-Information nahezu ungestört erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 , bei dem die erweiterte Sende-Information (USFij) derart zusammengestellt wird, dass ein Schwerpunkt, insbesondere Hamming- Abstand, zwischen jedem der Werte für Zustände einer Station (gleiche Indizes i) minimal bzw. klein bleibt und der Schwerpunkt, insbesondere Ha ming-Abstand, zwischen jedem der Werte für Zustände verschiedener Stationen (verschiedener Index i) maximal bzw. groß wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 7, bei dem die erweiterte Sende-Information (USFij) derart zusammengestellt wird, dass die Grundzustände (USFi) bestehender Kodierungssysteme als eigenständige Zustände (USFi0) systemkompa- tibel erhalten bleiben.
9. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
- die Netzstation (BTS) die Empfangsqualität und/oder die Empfangsleistung eines von der Station (MS) empfangenen Sig- nals empfängt,
- damit einen Leistungskorrekturwert bestimmt und
- den Leistungskorrekturwert in die Sende-Information (USF) einfügt .
10. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem
- die Sendeleistungs-Information(en) und/oder Sendeleistungs- Information (en) an die Station (MS) spätestens mit der Übermittlung der Sende-Informationen (USF; USFi) für die für diese Station (MS) zulässige Sendezeit zum nächsten Senden sei- tens der Station (MS) in Aufwärtsrichtung (UL) zur Netzstati- on (BTS) übermittelt werden.
11. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem als die Sendeleistungs-Information (en) diskrete Sendeleis- tungsdifferenzen übermittelt werden, um die die Sendeleistung der Station (MS) erhöht oder erniedrigt werden oder gleich bleiben soll.
12. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Leistungssteuerungs-Funktionalität über eine Netzeinrichtung oder Netzinstanz (OMC) nach Bedarf ein- und ausgeschaltet wird.
13. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Unterstützung der Leistungssteuerungs-Funktionalität im Netz insbesondere über einen Nachrichtenkanal signalisiert wird.
14. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem die Netzstation (BTS) und die Station (MS) die Verwendung der Leistungssteuerungs-Funktionalität beim Verbindungsaufbau aushandeln.
15. Verfahren nach einem vorstehenden Anspruch, bei dem verschiedene Steuerparameter, insbesondere Steuerinformationen und/oder Sendeleistungs-Informationen, im einem Wechsel- verfahren nacheinander mit verschiedenen Funk-Blöcken übertragen werden.
16. Netzeinrichtung, insbesondere Netzstation (BTS) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem vorstehenden An- Spruch, in einem KommunikationsSystem mit
- einer Kodierungseinrichtung zum Kodieren einer Sende- Information (USF; USFi) für die für diese Station (MS) zulässige Sendezeit zum nächsten Senden seitens der Station (MS) in Aufwärtsrichtung (UL) , gekennzeichnet durch
- eine Zusatzinformations-Kodierungseinrichtung zum Einfügen einer Steuerungs-Information (PC) und/oder Sendeleistungs- Information in die Sende-Information (USFij).
17. Netzeinrichtung nach Anspruch 16, mit einer Bestimmungseinrichtung, insbesondere Leistungssteue- rungseinrichtung (PCU) , oder einer eigenständigen Funktionseinheit im Netzwerk zum Erfassen und Bestimmen einer Sendeleistung und/oder Sendequalität einer über eine Schnittstelle angekoppelten Station (MS) und zum Ermitteln der Differenz zu einer Soll-Sendeleistung und Bestimmen der Sendeleistungs- Information.
18. Station, insbesondere Basisstation (BTS) oder Teilnehmerstation (MS) , mit einer Leistungssteuerungseinrichtung zum Auswerten von emp- fangenen Sendeleistungs-Information(en) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 15 und zum entsprechenden Einstellen der Sendeleistung.
19. Station nach Anspruch 18, mit - einer Speichereinrichtung zum Speichern einer Vielzahl empfangener Sendeleistungs-Informationen und - einer Glättungseinrichtung zum Glätten einer Sende- leistungs-Korrekturfunktion anhand der Speicherwerte.
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