WO2009109459A1 - Verfahren zum dynamischen reservieren von frequenzteilbereichen - Google Patents

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WO2009109459A1
WO2009109459A1 PCT/EP2009/051813 EP2009051813W WO2009109459A1 WO 2009109459 A1 WO2009109459 A1 WO 2009109459A1 EP 2009051813 W EP2009051813 W EP 2009051813W WO 2009109459 A1 WO2009109459 A1 WO 2009109459A1
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frequency
communication system
communication
frequency band
reserving
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PCT/EP2009/051813
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Inventor
Markus Messner
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Siemens Ag Österreich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks

Definitions

  • the invention relates to a method in which frequency subareas, so-called slots, of a frequency band are dynamically reserved.
  • the frequency band is used by several communication systems for transmitting messages and / or data and can be divided into several frequency sub-ranges.
  • a frequency subrange is selected by a reserving communication system and an availability of this frequency subrange is checked.
  • the communication system breaks down into an application system and a transport system.
  • the transport system provides the transport path between transmitting and receiving stations, whereby transmission of the messages can take place, for example, by wire (for example via a line) or wirelessly (for example via a radio interface).
  • the application system requires this transport and interprets the transported messages in a particular manner (e.g., voice, image, data, etc.) to make them accessible and usable to the participating stations.
  • a wireless transmission of messages may be at the sending and depending on the specific embodiment of the communication system - for example, mobile or satellite communication system - to various subscriber stations, network-side radio stations (eg repeaters, etc.), base stations, ground stations or
  • Transponder act A radiation of the electromagnetic waves, which include the messages, takes place with so-called carrier frequencies, which lie in a frequency band provided for the respective communication system.
  • Satellite communication is then spoken of when the communication system for transmission of messages between so-called ground stations with transmitting and / or
  • Receiving equipment e.g., antennas, etc.
  • a satellite communication system is usually composed of a so-called ground segment or ground segment and a so-called space segment or space segment.
  • Ground segment includes all components installed on the ground for the purpose of satellite communications such as ground stations with their transmit and / or receive facilities (uplinks and downlinks) and their connections to other ground stations or gateway stations for connection to other communication systems (eg fixed networks, mobile networks, etc.).
  • satellite communications such as ground stations with their transmit and / or receive facilities (uplinks and downlinks) and their connections to other ground stations or gateway stations for connection to other communication systems (eg fixed networks, mobile networks, etc.).
  • the space or space segment is that part of the satellite communication system that is in space. That is, it includes all facilities in orbit such as e.g. the satellite with his or her transponders.
  • An uplink designates in the satellite communication a transmission direction from a transmitting ground station to a satellite, ie an uplink.
  • the opposite direction - ie from the satellite to a receiving ground station - is referred to as downlink.
  • the term uplink is also used, and for a radio link from a base station to a mobile station, the term downlink is also used.
  • Transponders an artificial word from the terms transmitter and responder, are used, for example, in high-frequency transmission systems, such as e.g. Sat satellite communication systems. From a transponder, the entire message processing processing of a transmitted message is accepted. An operation of a transponder is referred to, for example, as transparent or as Bent Pipe communication when receiving messages from the satellite and then immediately, e.g. be radiated again in a different frequency. That is, in the Bent Pipe communication, messages are transmitted from a ground station to the satellite or to the corresponding transponder of the satellite, from which the messages are amplified and at a different frequency into one, a beam angle of the
  • Bandwidth (slots) are divided. Usually then those communication systems or their operators, of which certain satellites are used for the transmission of messages and / or data, from the operator of the satellite certain slots for messaging, e.g. assigned by contract. As a result, the use of the frequency band on the transponder of the satellite is divided into several communication systems.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • UMTS Universal Mobile Telecommunications System
  • the document US 2006/0252418 A1 likewise describes a method for reserving frequency subregions, in which a so-called information handling system is provided in order to manage the frequency spectrum to be distributed. In this case, the use of the frequency subareas is monitored by this information handling system.
  • the information handling system thus provides an additional system to be monitored with the frequency subset and dynamically assigned to the communication systems.
  • additional units must be installed and installed and possibly costly hardware is necessary for a realization.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method by which a trouble-free, dynamic and demand-oriented allocation of frequency sub-ranges is made possible in a simple and cost-effective manner.
  • a part of the frequency subregions of the frequency band is assigned permanently to the communication systems of which the frequency band is used.
  • This has the advantage that a so-called basic frequency subarea is always available to the communication systems for message transmission.
  • These basic frequency sub-ranges may additionally be used in a simple manner for controlling reservation of frequency sub-ranges. As a result, control of reservation of frequency subareas can be easily performed to prevent collisions in the reservation.
  • the field of application of the method according to the invention may preferably be satellite communication, in particular the so-called bent pipe communication. Since bandwidth is particularly expensive for message transmission in satellite communication, it can be exploited efficiently by the method according to the invention in a simple manner.
  • a so-called terrestrial communication there is also the advantageous possibility, for controlling the reservation of frequency subregions of the frequency band, a so-called terrestrial
  • Such a control has the advantage that the reservation can be negotiated without a large communication delay of the satellite communication.
  • FIG. 1 shows in schematic form a frequency band FB which is used, for example, for communication between a ground station and a satellite or a satellite transponder.
  • the exemplary frequency band is used eg by two communication systems A, B, both of which are not shown in FIG. 1 for the sake of simplicity, for eg satellite communication.
  • the frequency band FB For this purpose, it is subdivided in an exemplary manner into a plurality of frequency subareas KA, Sl, S2, S3, KB, so-called slots.
  • the frequency subrange KA is a first communication system A e.g. from the operator of
  • the frequency range KB has also been fixedly assigned to a second communication system B by the satellite operator.
  • the frequency sub-area Sl, S2, S3 represent so-called slots that are not assigned to either the first communication system A or the second communication system B fixed. These slots Sl, S2, S3 can therefore be allocated temporarily and dynamically to one of the two communication systems A, B, of which the frequency band FB is used.
  • the two communication systems A, B are configured so that they know the distribution of the frequency band FB in the slots Sl, S2, S3.
  • the frequency subareas KA, KB are not assigned to the two communication systems A, B using the frequency band FB.
  • slots Sl, S2, S3, in which the frequency band FB is divided are then used for communication.
  • the sequence is shown in a schematic manner in Figure 2 and which will be described in the sequence, it is irrelevant whether gaps between the slots KA, Sl, S2, S3, KB are present and in how many not firmly assigned slots Sl, S2, S3, the frequency band FB is divided.
  • the division of the frequency band FB must be known only to the communication systems A, B, of which this is used. This can be done by a corresponding configuration of the communication systems.
  • FIG. 2 schematically shows the sequence of the method according to the invention, by which in each case one of the dynamically assignable slots S1, S2, S3 of a communication system-for example the first communication system A-for transmitting messages can be assigned due to additional bandwidth requirements.
  • the number of slots Sl, S2, S3 for a sequence of the inventive method is irrelevant.
  • the sequence of the method will be explained with reference to the example Slots Sl, S2, S3, which have already been shown in Figure 1.
  • the method according to the invention starts with a starting step 1, in this starting step a slot S1, S2, S3 for a reservation or allocation is selected by a reserving communication system (for example communication system A) which is not used by this communication system.
  • a reserving communication system for example communication system A
  • an allocating message is sent by the reserving communication system (e.g., communication system A) via the selected slot S1, S2, S3.
  • the reserving communication system A checks whether the allocation message could be received without collision.
  • the selected slot S1, S2, S3 is marked as reserved by the reserving communication system A in a sixth method step 51.
  • the reservation is made by a use of
  • the reserving communication system A carries out a new reservation attempt.
  • a certain period of time is waited before a new reservation attempt is carried out. The length of the
  • Time duration depends on how the detected collision has occurred.
  • Communication systems are used in terms of reservation. After waiting for the time duration is then sent in a eighth step 6 from the reserving communication system A another Allok istsnachricht on the slot to be reserved Sl, S2, S3 and then checked by repeating the third step 3, whether a collision has occurred again or not. According to a result of the third method step 3, the fourth method step 41 is then carried out if no collision is detected, or the fifth and the sixth method step 42, 52 are then repeated again upon detection of a collision.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem Frequenzteilbereiche (S1, S2, S3) eines Frequenzbandes (FB) dynamisch von mehreren Kommunikationssystemen reserviert werden. Dabei wird das Frequenzband (FB) von diesen Kommunikationssystemen zum Übertragen von Nachrichten und/oder Daten genutzt und ist in mehrere Frequenzteilbereiche (KA, KB, S1, S2, S3) unterteilt. Von einem reservierenden Kommunikationssystem, welches zur Nutzung des Frequenzbandes (FB) berechtigt ist, wird ein Frequenzteilbereich (S1, S2, S3) ausgewählt und eine Verfügbarkeit dieses Frequenzteilbereichs geprüft wird (1, 21, 22). Dann wird vom reservierenden Kommunikationssystem eine sogenannte Allokierungsnachricht über diesen Frequenzteilbereich (S1, S2, S3) ausgesendet (3). Dann wird ein kollisionsfreier Empfang dieser Allokierungsnachricht überprüft (4) und bei kollisionsfreiem Empfang der Frequenzteilbereich (S1, S2, S3) vom reservierenden Kommunikationssystem als reserviert markiert (51). Durch das Verfahren wird von einem reservierenden Kommunikationssystem zuerst geprüft, ob ein entsprechender Frequenzteilbereich (S1, S2, S3) für einen Übertragung frei ist. Dadurch können, insbesondere bei der Satellitenkommunikation, bei der Bandbreite teuer ist, die verfügbaren Frequenzteilbereiche (S1, S2, S3) wesentlich effizienter ausgenutzt werden als bei einer festen Zuweisung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum dynamischen Reservieren von Frequenzteilbereichen
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, bei welchem Frequenzteilbereiche, so genannte Slots, eines Frequenzbandes dynamisch reserviert werden. Das Frequenzband wird von mehreren Kommunikationssystemen zum Übertragen von Nachrichten und/oder Daten genutzt und kann in mehrere Frequenzteilbereiche unterteilt werden. Dabei wird von einem reservierenden Kommunikationssystem ein Frequenzteilbereich ausgewählt und eine Verfügbarkeit dieses Frequenzteilbereichs überprüft .
Stand der Technik
Unter einem Kommunikationssystem wird üblicherweise eine
Einrichtung zum Übermitteln von Nachrichten, wie beispielsweise Sprachinformationen, Bildinformationen, Videoinformationen oder andere Daten, mit elektromagnetischen Wellen über einen Transportweg verstanden. Das Kommunikationssystem zerfallt dabei in ein Anwendungssystem und in ein Transportsystem. Vom Transportsystem wird dabei der Transportweg zwischen sendenden und empfangenden Stationen zur Verfugung gestellt, wobei eine Übertragung der Nachrichten beispielsweise drahtgebunden (z.B. über eine Leitung) oder drahtlos (z.B. über ein Funkschnittstelle) erfolgen kann. Das Anwendungssystem setzt diesen Transport voraus und interpretiert die transportierten Nachrichten auf eine bestimmte Art und Weise (z.B. Sprache, Bild, Daten, etc.), um sie den teilnehmenden Stationen entsprechend zuganglich und nutzbar zu machen.
Wird von einer drahtlosen Übertragung der Nachrichten ausgegangen, so kann es sich bei den sendenden und empfangenden Stationen je nach konkreter Ausgestaltung des Kommunikationssystems - beispielsweise Mobilfunk- oder Satellitenkommunikationssystem - um verschiedenartige Teilnehmerstationen, netzseitige Funkstationen (z.B. Repeater, etc.), Basisstationen, Bodenstationen oder
Transponder handeln. Ein Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen, welche die Nachrichten beinhalten, erfolgt mit sogenannten Tragerfrequenzen, die in einem für das jeweilige Kommunikationssystem vorgesehenen Frequenzband liegen.
Ein Frequenzband ist dabei ein zusammenhangender Frequenzbereich, welcher sich durch gleiche Ubertragungs- eigenschaften auszeichnet. Ein Frequenzband kann in zusammenhangende Frequenzteilbereiche mit definierter Bandbreite - sogenannte Slots - unterteilt werden, wobei diese Slots z.B. einzelnen Kommunikationssystemen z.B. per Vertrag zugewiesen werden und dann nur von diesen Kommunikationssystemen zur Übertragung von Nachrichten genutzt werden können. Ein Frequenzband wird durch eine obere und untere Frequenz definiert. Von bestimmten Kommunikationssystemen (z.B. Satellitenkommunikationssystem, etc.) werden dabei bestimmte Frequenzbander genutzt. So werden zum Beispiel für die Satellitenkommunikation das sogenannte C- Band von 4 GHz bis 8 GHz oder die sogenannten K-Bander, welche im Frequenzbereich von 12,5 GHz bis 40 GHz liegen, eingesetzt .
Von Satellitenkommunikation wird dann gesprochen, wenn vom Kommunikationssystem für eine Übertragung von Nachrichten zwischen sogenannten Bodenstationen mit Sende- und/oder
Empfangseinrichtungen (z.B. Antennen, etc.) ein oder mehrere Satelliten eingesetzt werden. Ein Satellitenkommunikationssystem setzt sich üblicherweise aus einem sogenannten Bodensegment oder Ground segment und einem sogenannten Raumsegment oder Space segment zusammen. Das
Bodensegment umfasst alle Komponenten, die auf dem Boden zum Zwecke der Satellitenkommunikation installiert sind wie z.B. Bodenstationen mit ihren Sende- und/oder Empfangs- einrichtungen (Uplinks und Downlinks) sowie ihren Verbindungen zu anderen Bodenstationen oder Gateway-Stationen zur Verbindung mit anderen Kommunikationssystem (z.B. Festnetzen, mobilen Netzen, etc.) .
Das Raum- oder Space segment ist jener Teil des Satellitenkommunikationssystems, welcher sich im Weltraum befindet. Das heißt, es umfasst aller Einrichtungen im Orbit wie z.B. den Satelliten mit seinem oder seinen Transpondern .
Ein Uplink bezeichnet dabei in der Satellitenkommunikation eine Ubertragungsrichtung von einer sendenden Bodenstation zu einem Satelliten, also ein Aufwartsstrecke . Die entgegengesetzte Richtung - also vom Satelliten zu einer empfangenden Bodenstation - wird als Downlink bezeichnet. Analog dazu werden bei Mobilfunkkommunikationssystem für eine Funkstrecke von einer Mobilstation (z.B. Mobiltelefon, etc.) zu einer Basisstation ebenfalls der Begriff Uplink und für eine Funkstrecke von einer Basisstation zu einer Mobilstation ebenfalls der Begriff Downlink verwendet.
Transponder, ein Kunstwort aus den Begriffen Transmitter und Responder, werden beispielsweise in hochfrequenten Ubertragungssystemen wie z.B. Satellitenkommunikations- Systemen eingesetzt. Von einem Transponder wird die gesamte nachrichtentechnisch Verarbeitung einer übertragenen Nachricht übernommen. Eine Arbeitsweise eines Transponders wird beispielsweise als transparent oder als Bent Pipe Kommunikation bezeichnet, wenn Nachrichten vom Satelliten empfangen und dann unmittelbar z.B. in einer anderen Frequenz wieder abgestrahlt werden. Das heißt, bei der Bent Pipe Kommunikation werden Nachrichten von einer Bodenstation zum Satelliten bzw. zum entsprechenden Transponder des Satelliten gesendet, von welchem die Nachrichten verstärkt und in einer anderen Frequenz in einen, einem Abstrahlwinkel der
Satellitenantenne entsprechenden Bereich auf die Erde zurückstrahlt werden. Für den Uplink bzw. den Downlink zum Übertragen von Nachrichten sind bestimmte Frequenzbander verfugbar, welche beispielsweise durch die jeweiligen Transponder des Satelliten vorgegebenen sind. Diese Frequenzbander können in zusammenhangende Frequenzteilbereiche mit definierter
Bandbreite (Slots) unterteilt werden. Üblicherweise werden dann jenen Kommunikationssystemen bzw. deren Betreibern, von denen bestimmte Satelliten für das Übertragen von Nachrichten und/oder Daten genutzt werden, vom Betreiber des Satelliten bestimmte Slots zur Nachrichtenübertragung z.B. per Vertrag zugewiesen. Dadurch wird die Nutzung des Frequenzbandes auf dem Transponder des Satelliten auf mehrere Kommunikationssysteme aufgeteilt.
Eine ahnliche Vorgehensweise ist beispielsweise aus dem
Mobilfunkbereich bekannt. Dort wird durch einen sogenannten Regulator oder eine staatliche Regulierungsbehorde das für eine Mobilfunktechnologie (z.B. Global System for Mobile Communications (GSM) , Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), etc.) nutzbar Frequenzband in zusammenhangende Frequenzteilbereiche unterteilt. Diese werden dann einzelnen Betreibern von Mobilfunkkommunikationssystemen bzw. Mobilfunknetzen per Vertrag zur Nutzung zugewiesen.
Diese feste Zuordnung von Frequenzteilbereichen zu bestimmten Kommunikationssystemen bzw. zu ihren Betreibern hat, insbesondere in der Satellitenkommunikation, den Nachteil, dass die Bandbreite - d.h. die Differenz zwischen unterer und oberer Frequenz - des von einem bestimmten Kommunikations- System für Übertragungen nutzbaren Frequenzteilbereichs fest vorgegeben ist. Wird von einem Kommunikationssystem für eine Nachrichtenübertragung eine größere Bandbreite benotigt, so bleibt dieses Kommunikationssystem trotzdem auf die aufgrund der Zuweisung vorgegebene Bandbreite beschrankt. Das ist auch dann der Fall, wenn Frequenzteilbereiche, welche anderen Kommunikationssystemen zugeordnet worden sind, von diesen kaum genutzt werden oder unausgelastet bleiben. Es besteht nur die Möglichkeit, dass von einem Betreiber eines Kommunikationssystems nur der ihm zugeteilte Slot umkonfiguriert werden kann. Eine derartige Umkonfiguration ist allerdings Zeit aufwendig, da sie üblicherweise per Konfigurationsänderung durch den Betreiber des Satelliten durchgeführt wird.
In der Schrift Leaves, P.; Moessner, K.; Tafazolli R. u.a.: Dynamic spektrum allocation in composite reconfigurable wireless netwokrs; IN: Communications Magazine, IEEE; Vol. 42, Issue: 5, Page: 72-81 wird ein Verfahren zum dynamischen Reservieren von Frequenzteilbereichen beschrieben, wobei von einem reservierenden Kommunikationssystem ein Frequenzteilbereich ausgewählt und eine Verfügbarkeit dieses Frequenzteilbereichs geprüft wird. Bei der eine in dieser Schrift beschriebenen Methode des dynamischen Reservierens von Frequenzteilbereichen - der so genannten zusammenhängenden Reservierung - kann von einem Kommunikationssystem im Fall eines größeren Bandbreitenbedarfs nur ein Frequenzteilbereich eines Kommunikationssystems, welchem ein benachbarter Frequenzbereich zugeordnet ist, mitgenutzt werden, sofern dieser Frequenzbereich vom benachbarte Kommunikationssystem nicht benötigt bzw. freigegeben wird. Bei der zweiten beschriebenen Methode - der so genannten fragmentierten Reservierung von Frequenzteilbereichen - wird ein Frequenzteilbereich als frei teilbarer Bereich definiert, welcher von den Kommunikationssystemen bei Bedarf genutzt werden kann.
Bei in dieser Schrift offenbarten Methoden weist damit teilweise ähnliche Nachteile auf wie eine feste Zuordnung von Frequenzteilbereichen zu Kommunikationssystemen, da bei beiden Methoden zuerst eine feste Zuordnung der Frequenzbereiche zu Kommunikationssystemen bzw. als teilbarer Bereich erfolgt. Bei der zusammenhängenden Reservierung können Frequenzteilbereiche nur sehr restriktiv - d.h. nach vorheriger Freigabe des jeweiligen Kommunikationssystems genutzt werden. Bei der Methode der fragmentierten Reservierung wird ein Frequenzteilbereich als frei für alle Kommunikationssysteme definiert. Dadurch kann es zu einer gegenseitigen Störung von Übertragungen durch die Kommunikationssysteme kommen oder es sind kostenintensive Kontrollmechanismen notwendig, um diese Störung zu verhindern.
Weiters sind aus den Schriften EP 1 729 532 Al und EP 1 479 256 Bl Verfahren zum dynamischen Reservieren und Managen von Frequenzteilbereichen eines Frequenzbandes bekannt, wobei das Frequenzband von mehreren Kommunikationssystemen, wie z.B. von so genannten Radio Access Networks (RAN) oder von Funknetzen zum Übertragen von Nachrichten genutzt wird. Bei dem in der Schrift EP 1 729 532 Al offenbarten Verfahren wird allerdings eine Vergabe von Frequenzteilbereichen auf die Kommunikationssysteme mittels komplexer Verhandlungs- und Auktionsmethoden entsprechend der Zeit, Platz und/oder Priorität durchgeführt. Beim in der Schrift EP 1 479 256 Bl beschriebene Verfahren zum dynamischen Reservieren von Frequenzteilbereichen wird bei einer festen Zuordnung der Frequenzteilbereiche von einem vordefinierten Zuordnungsschema ausgegangen, wobei dann die dynamische Zuordnung eines Frequenzteilbereichs zu einem Kommunikationssystem entsprechend einem Frequenzguthaben durchgeführt wird. Beide Verfahren weisen damit einen relativ hohen und komplexen Verwaltungsaufwand (z.B. Prioritäten, Guthaben je Kommunikationssystem) auf.
In der Schrift US 2006/0252418 Al wird ebenfalls ein Verfahren zum Reservieren von Frequenzteilbereichen beschrieben, bei welchem eine so genanntes Informations- handhabungssystem vorgesehen ist, um das zu verteilende Frequenzspektrum zu managen. Von diesem Informations- handhabungssystem wird dabei die Verwendung der Frequenzteilbereiche überwacht. Das Informationshandhabungssystem stellt damit ein zusatzliches System dar, mit dem Frequenzteilbereich überwacht und dynamisch den Kommunikationssystemen zugeordnet werden. Damit weist das in der Schrift US 2006/0252418 Al den Nachteil auf, dass für ein dynamisches Reservieren von Frequenzteilbereichen zusatzliche Einheiten eingesetzt und installiert werden müssen und gegebenenfalls eine kostspielige Hardware für eine Realisierung notwendig ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache und kostengünstige Weise eine störungsfreie, dynamische und bedarfsorientierte Zuweisung von Frequenzteilbereichen ermöglicht wird.
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, wobei für eine Überprüfung eines zu reservierenden Frequenzteilbereichs vom reservierenden
Kommunikationssystem eine so genannte Allokierungsnachricht über diesen Frequenzteilbereich des Frequenzbandes ausgesendet und ein kollisionsfreier Empfang der Allokierungsnachricht überprüft wird. Bei einem kollisions- freien Empfang wird der Frequenzteilbereich von diesem Kommunikationssystem aufgrund dieser Verwendung als reserviert markiert. Die das Frequenzband nutzenden Kommunikationssysteme sind dabei derart konfiguriert, dass ihnen eine Aufteilung des Frequenzbandes in die Frequenzteilbereiche bekannt ist.
Der Hauptaspekt des erfindungsgemaß vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass zuerst von einem Kommunikationssystem mittels Allokierungsnachricht geprüft wird, ob ein entsprechender Frequenzteilbereich bzw. Slot für eine Übertragung frei ist und dieser dann dynamisch reserviert wird. Dadurch können, insbesondere bei der Satellitenkommunikation, bei der Bandbreite teuer ist, die verfugbaren Slots wesentlich effizienter ausgenutzt werden als bei einer festen Zuweisung. Zusatzlich lasst sich kostengünstig und ohne zusatzliche Hardware ein Protokoll für die Implementierung der dynamischen Reservierung einfach gestalten, sodass es von z.B. Herstellern, Betreiber von Satelliten oder Kommunikationssystemen auf einfache Weise implementiert werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn vom reservierenden Kommunikations- System eine definierte Mindestbenutzung des Frequenzteilbereichs sichergestellt wird, damit die Reservierung des Frequenzteilbereichs aufrecht bleibt, da auf diese Weise sichergestellt wird, dass eine Benutzung dieses Frequenzteilbereichs durch die aktive Reservierung von anderen Kommunikationssystemen erkannt wird.
Es ist auch gunstig, wenn ein reservierter Frequenzteilbereich freigegeben wird, wenn von einem reservierenden Kommunikationssystem keine Nachrichten mehr auf diesem Segmentteil übertragen werden, da diese Frequenzteilbereiche dann von anderen Kommunikationssystemen mit höheren Bandbreitenbedarf oder größerem Nutzungsbedarf für Nachrichtenübertragungen reserviert werden können.
Es empfiehlt sich auch, wenn bei nicht kollisionsfreiem
Empfang vom reservierenden Kommunikationssystem eine weitere Allokierungsnachricht ausgesendet wird. Durch eine Kollision wird angezeigt, dass dieser Frequenzbereich auch von einem anderen Kommunikationssystem für eine Übertragung reserviert werden soll. Durch das Versenden einer weiteren
Allokierungsnachricht nach einer festgestellten Kollision wird sichergestellt, dass nur von einem der reservierenden Kommunikationssysteme eine Reservierung vorgenommen wird und der Frequenzteilbereich ab dem kollisionsfreien Empfang der Allokierungsnachricht störungsfrei benutzt werden kann.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung des erfindungs- gemaßen Verfahrens wird eine Zeitdauer bis zum Aussenden einer weiteren Allokierungsnachricht von der Art einer aufgetretenen Kollision und einer Priorisierung abhangig gemacht. Das weist den Vorteil auf, dass durch ein Abwarten einer Zeitdauer weitere Kollisionen je nach Konstellation vermieden oder verhindert werden. Die Zeitdauer bis zum Aussenden einer weiteren Allokierungsnachricht kann beispielsweise von der Art der Kollision abhangen. Über diese Zeitdauer kann auch gesteuert werden, welches Kommunikationssystem beim nächsten Reservierungs-versuch bevorzugt wird. Die Steuerung der nach einer Kollision stattfindenden Reservierung eines Frequenzteil-bereichs ist z.B. deswegen wichtig, da insbesondere z.B. bei der Satellitenkommunikation ein Feststellen eine Kollision relativ lang dauern kann (z.B. bei einem geostationaren Satelliten ca. 500 ms) .
Bei einer weiteren, alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens wird ein Teil der Frequenzteilbereiche des Frequenzbandes den Kommunikationssystemen, von welchen das Frequenzband genutzt wird, fest zugeordnet. Das hat den Vorteil, dass den Kommunikationssystemen für die Nachrichtenübertragung ein so genannter Basisfrequenzteilbereich immer zur Verfugung steht. Diese Basisfrequenzteilbereiche können zusatzlich in einfacher Weise für eine Steuerung einer Reservierung von Frequenzsteilbereichen verwendet werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine Steuerung der Reservierung von Frequenzteilbereichen durchgeführt werden, um Kollisionen bei der Reservierung zu verhindern .
Dazu wird vom Kommunikationssystem auf seinem Basisfrequenzteilbereich eine Ankündigung der Reservierung eines vergebbaren Frequenzteilbereichs angekündigt. Dieser Vorgang muss derart rechtzeitig erfolgen, dass von alle anderen Kommunikationssystemen, von welchen ebenfalls eine
Reservierung dieses Frequenzteilbereichs angestrebt wird, ein Versand einer eigenen Allokierungsnachricht unterbunden werden kann. Beide dieser vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemaßen Verfahrens müssen von jedem Kommunikations- System die Basisfrequenzteilbereiche der jeweils anderen
Kommunikationssysteme ausgewertet und Ankündigungen für eine Reservierung eines Frequenzteilbereichs - für eine sogenannte Allokieriung - berücksichtigt werden. Vorzugsweise kann als Einsatzbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens die Satellitenkommunikation, insbesondere die sogenannte Bent Pipe Kommunikation, vorgesehen sein. Da gerade bei der Satellitenkommunikation Bandbreite für Nachrichtenübertragung teuer ist, kann diese durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise effizient ausgenutzt werden. Beim Einsatz in der Satellitenkommunikation besteht außerdem die vorteilhafte Möglichkeit, für die Steuerung der Reservierung von Frequenzsteilbereichen des Frequenzbandes eine so genannte terrestrische
Kommunikation zu verwenden. Eine derartige Steuerung hat den Vorteil, dass ein Aushandeln der Reservierung ohne eine große Kommunikationsverzögerung der Satellitenkommunikation erfolgen kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand von beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig.l: in beispielhafter Weise schematisch eine Aufteilung eines Frequenzbandes in Frequenzteilbereiche für das erfindungsgemäße Verfahren
Fig. 2: in beispielhafter Weise den schematischen Ablauf einer dynamischen Reservierung von Frequenzteilbereichen eines Frequenzbandes
Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in schematischer Form ein Frequenzband FB, welches beispielsweise für eine Kommunikation zwischen einer Bodenstation und einem Satelliten bzw. einem Satelliten- Transponder verwendet wird. Das beispielhafte Frequenzband wird z.B. von zwei Kommunikationssystemen A, B, welche beide der Einfachheit halber in der Fig. 1 nicht dargestellt sind, für z.B. Satellitenkommunikation genutzt. Das Frequenzband FB ist dazu in beispielhafter Weise in mehrere Frequenzteilbereiche KA, Sl, S2, S3, KB, sogenannte Slots, unterteilt.
Dabei ist beispielsweise der Frequenzteilbereich KA einem ersten Kommunikationssystem A z.B. vom Betreiber des
Satelliten fest zugeordnet worden. Der Frequenzbereich KB ist einem zweiten Kommunikationssystem B ebenfalls durch den Satellitenbetreiber fest zugewiesen worden. Die Frequenzteilbereich Sl, S2, S3 stellen so genannte Slots dar, die weder dem ersten Kommunikationssystem A noch dem zweiten Kommunikationssystem B fest zugeordnet sind. Diese Slots Sl, S2, S3 können daher temporar und dynamisch einem der beiden Kommunikationssysteme A, B, von welchen das Frequenzband FB genutzt wird, zugewiesen werden. Die beiden Kommunikations- Systeme A, B sind so konfiguriert, dass ihnen die Aufteilung des Frequenzbandes FB in die Slots Sl, S2, S3 bekannt ist.
Alternativ ist es auch möglich, dass den beiden das Frequenzband FB nutzenden Kommunikationssystemen A, B die Frequenzteilbereiche KA, KB nicht zugeordnet sind. In diesem Fall werden dann nur Slots Sl, S2, S3, in welche das Frequenzband FB unterteilt ist, zur Kommunikation benutzt. Für die Funktionsweise des erfindungsgemaßen Verfahrens, dessen Ablauf in schematischer Weise in Figur 2 dargestellt ist und welches in der Folge beschrieben wird, ist es unerheblich, ob Lucken zwischen den Slots KA, Sl, S2, S3, KB vorhanden sind und in wie viele nicht fest zugeordnete Slots Sl, S2, S3 das Frequenzband FB unterteilt wird. Die Aufteilung des Frequenzbandes FB muss nur den Kommunikationssystemen A, B, von welchen dieses genutzt wird, bekannt sein. Dies kann durch eine entsprechende Konfiguration der Kommunikationssysteme erfolgen.
Figur 2 zeigt in schematischer Weise den Ablauf des erfindungsgemaßen Verfahrens, durch welches jeweils einer der dynamisch vergebbaren Slots Sl, S2, S3 von einem Kommunikationssystem - beispielsweise dem ersten Kommunikationssystem A - für ein Übertragen von Nachrichten aufgrund von zusatzlichem Bandbreitenbedarf zugeordnet werden kann. Dabei ist die Anzahl an Slots Sl, S2, S3 für einen Ablauf des erfindungsgemaßen Verfahrens unerheblich. In der Folge wird z.B. der Ablauf des Verfahrens anhand der beispielhaften Slots Sl, S2, S3 erläutert, welche bereits in Figur 1 dargestellt worden sind.
Das erfindungsgemaße Verfahren beginnt mit einem Startschritt 1, bei diesem Startschritt wird ein Slot Sl, S2, S3 für eine Reservierung bzw. Allokierung von einem reservierenden Kommunikationssystem (z.B. Kommunikationssystem A) ausgewählt, welcher nicht von diesem Kommunikationssystem verwendet wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 21 wird dann überprüft, ob dieser Slot Sl, S2, S3 in Verwendung ist. Dies geschieht beispielsweise, indem die über eine Zeit gemittelte Leistungsdichte in diesem Slot Sl, S2, S3 gegen einen Schwellwert geprüft wird. Wird dabei festgestellt, dass Slot Sl, S2, S3 in Verwendung ist, so wird in einem dritten Verfahrensschritt 22 eine neuer, nicht vom reservierenden Kommunikationssystem selbst verwendeter Slot Sl, S2, S3 für die Reservierung ausgewählt und wiederum die Verfahrensschritte 1 und 21 wiederholt.
In einem vierten Verfahrensschritt 3 wird vom reservierenden Kommunikationssystem (z.B. Kommunikationssystem A) eine Allokierungsnachricht über den gewählten Slot Sl, S2, S3 gesendet. In einem fünften Verfahrenschritt 4 wird beispielsweise vom reservierenden Kommunikationssystem A überprüft, ob die Allokierungsnachricht kollisionsfrei empfangen werden konnte.
Wird keine Kollision festgestellt, so wird in einem sechsten Verfahrensschritt 51 der gewählte Slot Sl, S2, S3 vom reservierenden Kommunikationssystem A als reserviert markiert. Die Reservierung wird durch eine Nutzung zum
Übertragen von Nachrichten ohne längere Unterbrechungen über den Slot Sl, S2, S3 durch das reservierende Kommunikationssystem durchgeführt. Um den Slot Sl, S2, S3 reserviert zu halten, wird vom reservierenden Kommunikationssystem eine definierte Mindestnutzung des reservierten Slots Sl, S2, S3 sicher gestellt wird. Dies kann beispielsweise durch Nachrichtenübertragung oder durch Senden von anderen Inhalten (z.B. festen Mustern, etc.) geschehen. Eine Freigabe eines reservierten Slot Sl, S2, S3 wird beispielsweise durch eine interne Kennzeichnung des Slots Sl, S2, S3 als „nicht reserviert" durch das reservierende Kommunikationssystem A und keine weitere Verwendung des Slots Sl, S2, S3 durchgeführt. Dieser Slot Sl, S2, S3 kann dann von anderen Kommunikationssystemen, welche ebenfalls zur Nutzung der Slots Sl, S2, S3 berechtigt sind, als reserviert markiert werden .
Wird im fünften Verfahrensschritt 4 eine Kollision detektiert, wird vom reservierenden Kommunikationssystem A ein neuerlicher Reservierungsversuch durchgeführt. Dabei wird beispielsweise in einem siebenten Verfahrensschritt 52 eine bestimmte Zeitdauer abgewartet, bevor ein neuer Reservierungsversuch durchgeführt wird. Die Länge der
Zeitdauer ist davon abhängig, wie die detektierte Kollision aufgetreten ist.
Hierfür kann beispielsweise festgestellt werden, in welcher zeitlichen Abfolge von reservierenden Kommunikationssystem A und von den anderen Kommunikationssystemen Allokierungs- nachrichten ausgesendet worden sind. Von jedem Kommunikationssystem kann dann z.B. mit dem nächsten Reservierungsversuch umso länger gewartet werden, umso später von ihm die Allokierungsnachricht im Vergleich zu den anderen Kommunikationssystemen gesendet wurde. In der Satellitenkommunikation bei geostationären Satelliten kann eine Detektion einer Kollision beispielsweise ca. 500 ms benötigen. Die Zeitdauer bis zur Wiederholung des Reservierungsversuchs kann z.B. auch zur Priorisierung der
Kommunikationssysteme hinsichtlich der Reservierung verwendet werden . Nach Abwarten der Zeitdauer wird dann in einem achten Verfahrensschritt 6 vom reservierenden Kommunikationssystem A eine weitere Allokierungsnachricht über den zu reservierenden Slot Sl, S2, S3 gesendet und dann durch Wiederholung des dritten Verfahrensschritt 3 geprüft, ob wieder eine Kollision aufgetreten ist oder nicht. Entsprechend einem Ergebnis des dritten Verfahrensschrittes 3 wird dann der vierte Verfahrensschritt 41 durchgeführt, falls keine Kollision festgestellt wird, oder es werden dann bei Detektion einer Kollision der fünfte und der sechste Verfahrensschritt 42, 52 nochmals wiederholt.
Das erfindungsgemaße Verfahren kann beispielsweise im Bereich der Satellitenkommunikation für zwei oder - ohne Änderungen der Funktionsweise - für mehrere Kommunikationssysteme verwendet werden. Das erfindungsgemaße Verfahren ist auch für einen Einsatz im Bereich der Mobilfunkkommunikation geeignet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum dynamischen Reservieren von Frequenzteilbereichen (Sl, S2, S3) eines Frequenzbandes (FB), wobei das Frequenzband (FB) von mehreren Kommunikationssystemen zum Übertragen von Nachrichten genutzt wird, und wobei von einem reservierenden Kommunikationssystem ein Frequenzteilbereich (Sl, S2, S3) ausgewählt und eine Verfügbarkeit dieses Frequenzteilbereichs geprüft wird (1, 21, 22), dadurch gekennzeichnet, dass
- vom reservierenden Kommunikationssystem eine Allokierungsnachricht über diesen Frequenzteilbereich
(Sl, S2, S3) ausgesendet wird (3),
- dass ein kollisionsfreier Empfang der Allokierungs- nachricht überprüft wird (4),
- und dass dann bei kollisionsfreiem Empfang der Frequenzteilbereich (Sl, S2, S3) von diesem Kommunikationssystem als reserviert markiert wird (51) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom reservierenden Kommunikationssystem eine definierte Mindestbenutzung des Frequenzteilbereichs (Sl, S2, S3) sichergestellt wird, um den Frequenzteilbereich (Sl, S2, S3) reserviert zu halten.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein reservierter Frequenzteilbereich (Sl, S2, S3) dann freigegeben wird, wenn von einem reservierenden Kommunikationssystem keine Nachrichten mehr auf diesem Frequenzteilbereich übertragen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht kollisionsfreiem Empfang durch das reservierende Kommunikationssystem eine weitere Allokierungsnachricht ausgesendet wird (6) .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer bis zum Aussenden einer weiteren Allokierungsnachricht von der Art einer aufgetretenen Kollision und einer Priorisierung abhängig gemacht wird (52) .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Frequenzteilbereiche (KA, KB) des Frequenzbandes (FB) den Kommunikationssystemen, von welchen das Frequenzband (FB) genutzt wird, fest zugeordnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Steuerung einer Reservierung von Frequenzsteilbereichen (Sl, S2, S3) der einem Kommunikationssystem fest zugeordnete Teil der Frequenzteilbereiche (KA, KB) des Frequenzbandes (FB) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatzbereich die Satellitenkommunikation, insbesondere die sogenannte Bent Pipe Kommunikation vorgesehen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die Steuerung der Reservierung von Frequenzsteilbereichen (Sl, S2, S3) des Frequenzbandes (FB) eine so genannte terrestrische Kommunikation verwendet wird.
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