WO2002021719A2 - Verfahren zur verteilung von signalisierungsdaten auf übertragungskanälen in einem mobilfunksystem - Google Patents

Verfahren zur verteilung von signalisierungsdaten auf übertragungskanälen in einem mobilfunksystem Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for distributing signaling data on transmission channels in a mobile radio system.
  • Mobile radio systems such as cellular mobile radio networks according to the GSM (Global System for Mobile Communication) or the newer TD-SCDMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) standard enable communication connections from a network-based base station to mobile stations of mobile users via one radio interface.
  • signaling data are also transmitted via the radio interface in addition to user data of the mobile subscribers.
  • the signaling data are used, for example, to set up and clear down connections, generate background noise, call (paging) mobile stations, exchange data for handover processes, transmit short messages (SMS, Short Message Service), etc. and are generally combined into control channels.
  • control channels can be divided into two groups: channels with general access and user-specific control channels.
  • Control channels with general access transmit system information and serve to initiate the connection. After the connection has been established, the connection is switched to user-specific control channels and continued there.
  • the SACCH channel via which the signaling data relating to transmission power adjustment, background noise, frame alignment, control data etc. are sent out, can be mentioned as an example of such a user-specific control channel.
  • the SACCH signaling data is in blocks transmit fixed length, which is 480 ms according to the GSM standard and 240 ms according to the TD-SCDMA standard.
  • the GSM mobile radio network is based on a structure in which eight time slots, each with a duration of 0.577 ms, are combined to form a periodically repeating time frame (4.615 ms) and again 26 time frames form a so-called multiframe (120 ms). Since two of the 26 time frames of a multiframe are not used for the transmission of user data, SACCH-
  • the TD-SCDMA mobile radio system is also based on a time frame structure. Seven time slots with a duration of 0.714 ms each are combined to form a time frame (5 ms). Time slots 1 to 3 are used to transmit data from the mobile station to the base station (uplink), while time slots 4 to 6 are required for communication in the opposite direction (downlink). In each time slot, the transmitter uses 16 different spreading codes for subscriber separation, which results in a multitude of different transmission channels.
  • Multiframe groups 24 time frames and is therefore 120 ms long; according to the standard, a SACCH block has a length of 240 ms, which corresponds to 48 TD-SCDMA time frames.
  • a base station sends the SACCH signaling data for all transmission channels off simultaneously, ie the start time of a SACCH block is the same for all transmission channels, runtime errors can occur due to the high computing power requirements in the base station.
  • starting times of a transmission of signaling blocks are determined such that the starting times of the signaling blocks are distributed substantially uniformly over the length of a signaling block. This means that the computing power of the base station is used substantially evenly on average over time, and resources can thus be saved.
  • the mobile radio system uses a CDMA multiple access component to separate the transmission channels.
  • a training sequence is transmitted in each transmission channel, different training sequences each being formed by a cyclical shift of an initial training sequence and the starting times SFN a of a transmission of signaling data (SACCH) for a mobile station a being determined by the following algorithm:
  • SFN a [(upTN a ) modulo n] * m + midamble_shift a .
  • SFN a denotes a frame number (0 ... i), upTN a the uplink time slot (0 ... n) which a mobile station a uses, n the number of uplink time slots, m the number of used spreading codes and midamble_shift a the shift of the initial training sequence assigned to a mobile station a.
  • a frame number SFN a can be determined for each mobile station a, which designates the start time of the transmission of the SACCH block for the transmission channel assigned to the mobile station a.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a TD-SCDMA multiframe and transmitted SACCH data
  • FIG. 2 shows a schematic representation of four TD-SCDMA multiframes and two SACCH blocks
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the transmission channels 0 to j of a mobile radio system and the distribution of the SACCH blocks at the same starting times
  • a multiframe contains 24 time frames, each with a duration of 5 ms.
  • a time frame in turn is composed of 7 time slots, of which 3 time slots are reserved for uplink connections and another 3 time slots for downlink connections.
  • One time slot per time frame is used to send broadcast
  • a SACCH block comprises 48 time frames, i.e. 2 multiframes and has a duration of 240 ms.
  • SACCH blocks of length i are transmitted in one transmission channel.
  • the SACCH blocks of the individual transmission channels do not show any shift to each other, so that a base station is loaded to the maximum at the start of a SACCH block (0, i, 2i ).
  • the start time of the transmission of the SACCH blocks is shifted such that the start times are distributed substantially uniformly over the length of a SACCH block.
  • the respective starting times can be arranged randomly.
  • the start time of a SACCH block can also be shifted by a fixed bit length from one transmission channel to the next transmission channel. be ben.
  • the starting time of a SACCH block must be known both to the mobile station a and to the base station communicating with the mobile station a. Due to the largely even distribution of the starting times of the SACCH blocks, the required computing power of the base station is reduced to a minimum.
  • 5 shows a further example of a possible distribution of the starting times for a TD-SCDMA mobile radio system, which was implemented with the aid of the specified algorithm.
  • n 3 (number of uplink time slots)
  • permutations of the columns can also be used, so that the assignment of the transmission channels to the frame numbers SFN a is shifted from one another.
  • the algorithm is implemented both in the mobile station a and in the base station communicating with the mobile station a.
  • the starting times of the SACCH blocks can also be stored in a table which is stored in the mobile station a and in the base station communicating with the mobile station a.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Verteilung von Signalisierungsdaten auf Übertragungskanäle in einem Mobilfunksystem vorgeschlagen, wobei ein Übertragungskanal eindeutig festlegbar ist und zumindest durch eine TDMA-Vielfachzugriffskomponente in Form von Zeitschlitzen bestimmt ist, eine festgelegte Anzahl von Zeitschlitzen einen Zeitrahmen bildet, welcher periodisch wiederholt wird und jedem Übertragungskanal Signalisierungsdaten zuordnenbar sind, welche in Form von Signalisierungsblöcken fester Länge vorliegen. Es werden Rahmennummern (SFN1...SFNa) als Anfangszeitpunkte einer Übertragung von Signalisierungsblöcken derart bestimmt, dass die Anfangszeitpunkte der Signalisierungsblöcke im wesentlichen gleichmässig über die Länge eines Signalisierungsblocks verteilt sind.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Verteilung von Signalisierungsdaten auf Übertragungskanälen in einem Mobilfunksystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung von Signalisierungsdaten auf Übertragungskanälen in einem Mobilfunksystem.
Mobilfunksysteme, wie beispielsweise zellulare Mobilfunknetze nach dem GSM- (Global System for Mobile Com unication) oder dem neueren TD-SCDMA- (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access) Standard ermöglichen Kommunikationsverbindungen von einer netzseitig angeordneten Basissation zu Mo- bilstationen mobiler Teilnehmer über eine Funkschnittstelle. Hierzu werden über die Funkschnittstelle neben Nutzdaten der mobilen Teilnehmer auch Signalisierungsdaten übertragen. Die Signalisierungsdaten dienen dabei beispielsweise dem Auf- und Abbau von Verbindungen, der Erzeugung von Hintergrundgeräu- sehen, dem Rufen (Paging) von Mobilstationen, dem Austausch von Daten für Handover-Prozesse, dem Übertragen von Kurznachrichten (SMS, Short Message Service) usw. und sind im allgemeinen zu Steuerkanälen zusammengefaßt .
Die Steuerkanäle lassen sich zwei Gruppen zuordnen: Kanäle mit allgemeinem Zugriff und benutzerspezifische Steuerkanäle. Steuerkanäle mit allgemeinem Zugriff übertragen Systeminformationen und dienen der Verbindungsinitiierung. Nach erfolgtem Verbindungsaufbau wird die Verbindung auf benutzerspezi- fische Steuerkanäle geschaltet und dort fortgesetzt.
Der SACCH-Kanal, über den Signalisierungsdaten bezüglich Sendeleistungsanpassung, Hintergrundgeräusche, Rahmenausrichtung, Kontrolldaten etc. ausgesandt werden, kann als Beispiel für einen derartigen benutzerspezifischen Steuerkanal genannt werden. Die SACCH-Signalisierungsdaten werden in Blöcken fester Länge übertragen, welche nach dem GSM-Standard 480 ms und nach dem TD-SCDMA-Standard 240 ms betragen.
Dem GSM-Mobilfunknetz liegt eine Struktur zugrunde, bei der acht Zeitschlitze von jeweils 0,577 ms Dauer zu einem sich periodisch wiederholenden Zeitrahmen (4,615 ms) zusammengefaßt werden und wiederum 26 Zeitrahmen einen sogenannten Mul- tiframe (120 ms) bilden. Da zwei der jeweils 26 Zeitrahmen eines Multiframes nicht zur Übertragung von Nutzdaten verwen- det werden, lassen sich in diesen Zeitrahmen SACCH-
Signalisierungsdaten übertragen. Aufgrund der Länge eines SACCH-Blocks von 480 ms werden die gesamten SACCH- Signalisierungsdaten über insgesamt vier Multiframes hinweg in acht Zeitrahmen gesendet .
Auch das TD-SCDMA-Mobilfunksystem basiert auf einer Zeitrah- menstuktur. Es werden hier jeweils sieben Zeitschlitze ä 0,714 ms Dauer zu einem Zeitrahmen (5 ms) zusammengefaßt. Die Zeitschlitze 1 bis 3 dienen der Übertragung von Daten von der Mobilstation zur Basisstation (Uplink) , während die Zeit- schlitze 4 bis 6 für die Kommunikation in entgegengesetzter Richtung (Downlink) benötigt werden. In jedem Zeitschlitz verwendet der Sender zur Teilnehmerseparierung 16 unterschiedliche Spreizcodes, wodurch sich eine Vielzahl von un- terschiedlichen Übertragungskanälen ergibt. Ein TD-SCDMA-
Multiframe gruppiert 24 Zeitrahmen und hat daher eine Länge von 120 ms; ein SACCH-Block weist gemäß Standard eine Länge von 240 ms auf, welches 48 TD-SCDMA-Zeitrahmen entspricht.
Im TD-SCDMA-Mobilfunksystem werden in allen Zeitrahmen Nutzdaten übertragen, so daß anders als im GSM-System keine freien Zeitrahmen zur Verfügung stehen. Daher können die SACCH- Signalisierungsdaten nur zusammen mit den Nutzdaten ausgesandt werden.
Hierbei tritt folgendes Problem auf : Sendet eine Basisstation die SACCH-Signalisierungsdaten für alle Übertragungskanäle gleichzeitig aus, d.h. der Anfangszeitpunkt eines SACCH- Blocks ist für alle Übertragungskanäle gleich, kann es wegen der damit verbundenen hohen Anforderungen an die Rechenleistung in der Basisstation zu Laufzeitfehlern kommen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Übertragung von Signalisierungsinformationen zu schaffen, welches geringere Anforderungen an die Rechenleistung der Basisstation stellt. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden AnfangsZeitpunkte einer Übertragung von Signalisierungsblöcken (SACCH) derart bestimmt, dass die Anfangszeitpunkte der Signalisierungsblö- cke im wesentlichen gleichmäßig über die Länge eines Signali- sierungsblocks verteilt sind. Damit ist erreicht, dass die Rechenleistung der Basisstation im zeitlichen Mittel im we- sentlichen gleichmäßig ausgenutzt wird und somit Ressourcen eingespart werden können.
Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung verwendet das Mobilfunksystem zur Separierung der Übertragungskanäle eine CDMA-Vielfachzugriffskomponente. Es wird in jedem Übertragungskanal eine Trainingssequenz übertragen, wobei verschiedene Trainingssequenzen jeweils durch eine zyklische Verschiebung einer Ausgangstrainingssequenz gebildet und die Anfangszeitpunkte SFNa einer Übertragung von Signalisierungsda- ten (SACCH) für eine Mobilstation a durch folgenden Algorithmus bestimmt werden:
SFNa= [ (upTNa) modulo n] *m+midamble_shifta .
Hierbei bezeichnet SFNa eine Rahmennummer (0...i), upTNa den Uplink-Zeitschlitz (0...n) welchen eine Mobilstation a benutzt, n die Anzahl der Uplink-Zeitschlitze, m die Anzahl der verwendeten Spreizcodes und midamble_shifta die einer Mobil- Station a zugeordnete Verschiebung der Ausgangstrainingssequenz.
Mit Hilfe des vorstehenden Algorithmus läßt sich für jede Mobilstation a eine Rahmennummer SFNa bestimmen, die den AnfangsZeitpunkt der Übertragung des SACCH-Blocks für den der Mobilstation a zugeordneten Übertragungskanal bezeichnet.
Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines TD-SCDMA- Multiframes und übertragener SACCH-Daten,
FIG 2 eine schematische Darstellung von vier TD-SCDMA- Multiframes und zweier SACCH-Blöcke,
FIG 3 eine schematische Darstellung der Übertragungskanä- le 0 bis j eines Mobilfunksystems und der Verteilung der SACCH-Blöcke bei gleichen Anfangszeitpunkten,
FIG 4 eine schematische Darstellung der Übertragungskanäle 0 bis j eines Mobilfunksystems und der Verteilung der SACCH-Blöcke bei verteilten AnfangsZeitpunkten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
FIG 5 eine Übersicht einer möglichen Verteilung der Anfangszeitpunkte (Rahmennummer SFNa)
Das erfindungsgemäße Verfahren wird am Beispiel eines TD- SCDMA-Mobilfunksystems für den SACCH-Kanal nachstehend erläutert. Es kann erfindungsgemäß aber auch jedes andere Mobil- funksystem mit TDMA-Komponente zugrundegelegt werden. Auch ist das Verfahren nicht notwendigerweise auf den SACCH- Steuerkanal beschränkt, sondern kann auch für andere Steuerkanäle verwendet werden.
Die Zeitrahmenstruktur eines TD-SCDMA-Mobilfunksystems wird in Fig. 1 dargestellt. Ein Multiframe beinhaltet 24 Zeitrahmen, die jeweils eine Dauer von 5 ms haben. Ein Zeitrahmen setzt sich wiederum zusammen aus 7 Zeitschlitzen, von denen jeweils 3 Zeitschlitze für Uplinkverbindungen und weitere 3 Zeitschlitze für Downlinkverbindungen reserviert sind. Ein Zeitschlitz pro Zeitrahmen wird zum Senden von Broadcast-
Informationen benutzt. Pro Zeitschlitz werden 16 verschiedene Spreizcodes verwendet, sodass insgesamt 48 Übertragungskanäle zur Verfügung stehen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, werden in jedem TD-SCDMA-Rahmen SACCH-Signalisierungsdaten übertra- gen.
Figure imgf000007_0001
Fig. 2 JΛ?irl! die Länge der SACCH-Blöcke im Vergleich zu einem Multiframe ,datf. Ein SACCH-Block umfaßt 48 Zeitrahmen, d.h. 2 Multiframes und hat eine Dauer von 240 ms.
Die Gesamtheit aller Übertragungskanäle j eines allgemeinen Mobilfunksystems stellt Fig. 3 dar. In einem Übertragungskanal werden SACCH-Blöcke der Länge i übertragen. Für ein TD- SCDMA-Mobilfunksystem gilt i=j=48. Die SACCH-Blöcke der ein- zelnen Übertragungskanäle weisen keine Verschiebung zueinander auf, so dass jeweils zum AnfangsZeitpunkt eines SACCH- Blocks (0, i, 2i...) eine Basisstation maximal belastet wird.
In Fig. 4 wird das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt. In jedem der Übertragungskanäle 0 bis j-1 wird der Anfangszeitpunkt der Übertragung der SACCH-Blöcke derart verschoben, dass die AnfangsZeitpunkte im wesentlichen gleichmäßig über die Länge eines SACCH-Blocks verteilt sind. Dabei können die jeweiligen AnfangsZeitpunkte, wie in Fig. 4 gezeigt, zufällig angeordnet sein. Erfindungsgemäß kann von einem Übertragungskanal zum nachfolgenden Übertragungskanal der Anfangszeitpunkt eines SACCH-Blocks auch um eine feste Bitlänge verscho- ben sein. In jedem Fall muß der AnfangsZeitpunkt eines SACCH- Blocks sowohl der Mobilstation a als auch der mit der Mobil- Station a kommunizierenden Basisstation bekannt sein. Durch die weitgehend gleichmäßige Verteilung der Anfangszeitpunkte der SACCH-Blöcke wird die erforderliche Rechenleistung der Basisstation auf ein Minimum reduziert.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel für eine mögliche Verteilung der AnfangsZeitpunkte für ein TD-SCDMA-Mobilfunksystem, welche mit Hilfe des angegeben Algorithmus realisiert wurde. Neben i=j=48 gilt hier außerdem n=3 (Anzahl Zeitschlitze Uplink) sowie m=16 (Anzahl der verwendeten Spreizcodes) . Selbstverständlich können auch Permutationen der Spalten verwendet werden, sodass die Zuordnung der Übertragungskanäle zu den Rahmennummern SFNa gegeneinander verschoben wird. Erfindungsgemäß ist der Algorithmus sowohl in der Mobilstation a als auch in der mit der Mobilstation a kommunizierenden Basisstation implementiert.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens können die AnfangsZeitpunkte der SACCH-Blöcke auch in einer Tabelle abgelegt sein, welche in der Mobilstation a und in der mit der Mobilstation a kommunizierenden Basisstation gespeichert sind.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verteilung von Signalisierungsdaten auf Ü- bertragungskanäle in einem Mobilfunksystem, wobei ein Ü- bertragungskanal eindeutig festlegbar ist und zumindest durch eine TDMA-Vielfachzugriffskomponente in Form von Zeitschlitzen bestimmt ist, eine festgelegte Anzahl von Zeitschlitzen einen Zeitrahmen bildet, welcher periodisch wiederholt wird und jedem Übertragungskanal Signalisie- rungsdaten zuordnenbar sind, welche in Form von Signali- sierungsblöcken fester Länge vorliegen, bei dem
- Rahmennummern (SFNi- ..SFNa) als AnfangsZeitpunkte einer Ü- bertragung von Signalisierungsblöcken derart bestimmt werden, dass die Anfangszeitpunkte der Signalisierungsblöcke im wesentlichen gleichmäßig über die Länge eines Signali- sierungsblocks verteilt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine CDMA-Vielfachzugriffskomponente zur Separierung der Übertragungskanäle verwendet wird, in jedem Übertragungskanal eine Trainingssequenz (mi- daτtιblea) übertragen wird, wobei verschiedene Trainingssequenzen (midamblea) jeweils durch eine zyklische Verschiebung (midamble_shifta) einer Ausgangstrainingssequenz (mi- dable) gebildet, und
- die Rahmennummern (SFNi...SFNa) als Anfangszeitpunkte einer Übertragung von Signalisierungsdaten (SACCH) durch folgenden Algorithmus bestimmt werden:
SFNa=t (upTNa)modulo n] *m+midamble_ shifta
wobei SFNa eine Rahmennummer (0...i), upTNa einen Uplink- Zeitschlitz (0...n) welchen eine Mobilstation a benutzt, n die Anzahl der Uplink-Zeitschlitze, m die Anzahl der verwendeten Spreizcodes und midamble_shifta die einer Mobil- Station a zugeordnete Verschiebung der Ausgangstrainingssequenz (midamble) bezeichnet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anfangszeitpunkte der Übertragung von SACCH-Blöcken für jeden Ubertragungs- kanal tabellarisch abgelegt sind.
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