DE10319090A1

DE10319090A1 - Verfahren, Funksende-/Funkempfangsvorrichtung, Mobiles Endgerät sowie Basisstation zur Datenübertragung in einem Mehrträgersysem

Info

Publication number: DE10319090A1
Application number: DE10319090A
Authority: DE
Inventors: Jürgen KOCKMANN; Kalyan Dr. Koora; Elmar Ofenbach; Jürgen SCHÜLING; Damian Wisniowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Funksende-/Funkempfangsvorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem mit ersten, zur Übertragung von Daten mit einer hohen Datenrate ausgestalteten Endgeräten und zweiten, zur Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate ausgestalteten Endgeräten, bei dem ein dem Mehrträgersystem zugeordnetes Frequenzband in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, erfolgt eine Selektion der Subträger der Subträgergruppen, derart, dass zumindest ein Teil der Subträger der Subträgergruppen zumindest bevorzugt für die Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate reserviert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein die Funksende-/Funkempfangsvorrichtung enthaltendes mobiles Endgerät sowie eine Basisstation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Funksende-/Funkempfangsvorrichtung zur Datenübertragung in einem Mehrträgersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10, ein Mobiles Endgerät gemäß Anspruch 11 sowie eine Basisstation gemäß Anspruch 12.

Schnurlose Übertragungssysteme, die eine hohe Bandbreite zur Verfügung stellen, werden häufig als Mehrträger- bzw. Multi-Carrier-Systeme realisiert. Beispiele derartiger Systeme sind "Orthogonal Frequency Devision Multiplex" (OFDM) basierte HiperLAN/2- sowie gemäß dem IEEE 802.11-Standard und Derivaten hierzu funktionierenden Wireless LAN (WLAN) Systeme. Üblicherweise werden in diesen Systemen mobile Terminals und andere Endgeräte eingesetzt, die in der Lage sind, hohe Datenraten zu empfangen, zu verarbeiten und zu senden. Der Aufbau derartiger Endgeräte für hohe Datenraten ist verhältnismäßig komplex.

Soll an einem Mehrträgersystem ein Endgerät mit niedriger Datenrate betrieben werden, so muss dieses trotzdem in der Lage sein, die Mehrträgersignale aufzunehmen und weiterzuverarbeiten. Damit ist der Implementierungsaufwand für diese niederratigen Terminals verhältnismäßig hoch. Der Grund hierfür liegt darin, dass bei den gängigen Mehrträger-Konzepten auf allen Trägern bzw. Subcarriern in einem kurzen Slot bzw. Zeitschlitz Daten gleichzeitig übertragen werden. Dies bedeutet, dass der Empfangs- und Sendezweig eines Terminals alle Subcarrier bedienen können muss, womit dessen Komplexität steigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Komplexität von Endgeräten bzw. Terminals, die lediglich bei niederen Datenraten z. B. für Sprachübertragung arbeiten, zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale sowie durch die Funksende-/Funkempfangsvorrichtung gemäß Anspruch 10 ausgehend von dem Oberbegriff des Anspruchs 10 durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe von dem Mobilen Endgerät gemäß Anspruch 11 sowie der Basisstation gemäß Anspruch 12 gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem mit ersten, zur Übertragung von Daten mit einer hohen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten und zweiten, zur Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten, bei dem ein dem Mehrträgersystem zugeordnetes Frequenzband in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, erfolgt eine Selektion der Subträger der Subträgergruppen derart, dass zumindest ein Teil der Subträger der Subträgergruppen zumindest bevorzugt für die Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate reserviert werden.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von zweiten Endgeräten in einem Mehrträgersystem, die eine reduzierte Komplexität aufweisen. Dies ergibt sich beispielsweise dadurch, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die zweiten Endgeräte von dem Zwang befreit sind, derart ausgestaltet zu sein, dass sie alle Mehrträgersignale empfangen können. Die zweiten Endgeräte können sich vielmehr durch die Reservierung der Subträger auf Datenübertragung niederer Datenrate beschränken, so dass beispielsweise Digital-Analog bzw. Analog-Digitalwandler geringer Komplexität eingesetzt werden können. Es besteht kein Bedarf nach einer Fast Fourier Transformation, so dass auch dies zu einer Reduzierung der Komplexität der zweiten Endgeräte führen kann. Auch die für die ersten Endgeräte notwendige aufwendige Synchronisation in Mehrträgersystemen muss nicht mehr durch die zweiten Endgeräte durchführbar sein. Insgesamt führt das erfindungsgemäße Verfahren daher zu einem simpleren weniger aufwendigen Design. Vorteilhaft ist auch, dass durch das Verfahren die zweiten Endgeräte effektiver genutzt werden können, so dass zum Beispiel Probleme mit dem Formfaktor reduziert und eine Empfangsvorrichtung der zweiten Endgeräte im Sättigungsbereich betrieben werden kann. Letztlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren damit, dass bereits vorhandene Endgeräte niederer Komplexität in Mehrträgersystemen genutzt werden können bzw. gegebenenfalls die Komplexität bereits existierender Geräte reduziert und somit die Kosten dieser Geräte gesenkt werden.

Die Reduzierung der Komplexität von Endgeräten wird unterstützt, wenn der Teil der Subträger ausschließlich für die Übertragung von Daten mit niedriger Datenrate reserviert sind. Dies erspart eine Vorrichtung, die differenzieren muss, ob nun Daten höherer oder niederer Datenrate auf den reservierten Subträgern übertragen werden sollen.

Steht jedoch eine effiziente Nutzung der vorhandenen Funkressourcen im Vordergrund, ist es vorteilhaft, wenn die Reservierung aufgrund einer Priorisierung erfolgt, wobei eine Datenübertragung mit niedriger Übertragungsrate die höchste Priorität aufweist. Durch diese Weiterbildung ist zwar eine Differenzierungsvorrichtung nötig, jedoch können in Zeiten, wo keine Daten niedrigerer Datenrate vorhanden sind, die Subträger für Datenübertragung höherer Datenrate verwendet werden, so dass die Subträger effizient genutzt werden können.

Eine mögliche Implementierung des Verfahrens, die sich durch Aufwandsarmut auszeichnet, wird erreicht, wenn erfindungsgemäß bei anstehenden Daten eines Datenstroms mit niedriger Übertragungsrate die Datenübertragung derart erfolgt, dass eine Funksende-/Funkempfangvorrichtung eines sendenden zweiten Endgerätes die Daten auf zumindest einen Teil der reservierten Subträger aufmoduliert und eine Funksende-/Funkempfangvorrichtung eines empfangenden zweiten Endgerätes zumindest einen Teil der reservierten Subträger auf übertragene Daten prüft und an ihn gerichtete Daten empfängt.

Eine einfach zu implementierende Möglichkeit, die Funksende-/Funkempfangvorrichtungen über Reservierung in Kenntnis zu setzen, ist durch die Signalisierung der reservierten Subträger an die zweiten Endgeräte gegeben.

Alternativ kann man, um Signalisierungen zu sparen und somit Ressourcen zu schonen, die Funksende-/Funkempfangvorrichtungen der zweiten Endgeräte die reservierten Subträger auf Grundlage eines Algorithmus ermitteln.

Werden bei zu den reservierten Subträgern benachbarten Subträgern keine Daten aufmoduliert, werden die Anforderungen an Empfangsfilter reduziert. Zugleich nimmt die Störungsempfindlichkeit sowie -wahrscheinlichkeit ab.

Vorzugsweise basiert das Mehrträgersystem auf OFDM, insbesondere auf HiperLAN/2 oder einem der IEEE 802.11 Standards, wo bei geeigneter Weise in dem Mehrträgersystem ein Verfahren zur Teilnehmertrennung, insbesondere das "Time Division Multiple Access" TDMA oder "Frequency Division Multiple Access" FDMA, eingesetzt wird.

Funksende-/Funkempfangvorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit ersten, zur Übertragung von Daten mit einer hohen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten und zweiten; zur Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten, wobei ein dem Mehrträgersystem zugeordnetes Frequenzband in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, ist gekennzeichnet durch Mittel zur Selektion der Subträger der Subträgergruppen, die derart ausgestaltet sind, dass zumindest ein Teil der Subträger der Subträgergruppen zumindest bevorzugt für die Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate genutzt werden.

Das erfindungsgemäße Funksende-/Funkempfangsgerät ermöglicht den Einsatz des Verfahrens in gängige Endgeräte eines Mehrträgersystems und erlaubt eine simple Implementierung und Durchführung zur Erzielung der zum Verfahren genannten Vorteile innerhalb eines bestehenden Mehrträgersystems.

Das erfindungsgemäße mobile Endgerät, welches die erfindungsgemäße Funksende-/Funkempfangvorrichtung beherbergt, sowie die erfindungsgemäße Basisstation, welche die erfindungsgemäße Funksende-/Funkempfangvorrichtung gleichermaßen beherbergt, leisten einen Beitrag zur Reduktion der Komplexität von zweiten Endgeräten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in den 1 bis 2 gezeigten Darstellungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Davon zeigt
1 schematisch die Wirkungsweise der Erfindung,
2 ein Blockschaltbild eines Empfängers sowie Diagramm eines empfangenen Signals gemäß erfindungsgemäßer Funksende-/Funkempfangseinrichtung.
Die 1 zeigt den Einsatz des Verfahrens in einem Orthogonal Frequency Division Multiplex Mehrträgersystem OFDM. Ein derartiges System zeichnet sich unter anderem durch die Aufteilung eines zur Verfügung gestellten Frequenzbandes in mehrere Frequenzuntergruppen, den sogenannten Subträgergruppen, aus.
Erfindungsgemäß werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einige Frequenzen dieser Subträgergruppen für die aus schließliche Übertragung von Daten mit niedriger Datenrate reserviert. Die Darstellung in der Figur zeigt, dass lediglich eine erste reservierte Frequenz f_c + Δf sowie eine zweite reservierte Frequenz f_c – Δf für die Übertragung von Daten niedriger Datenrate reserviert werden. An diesen beiden Frequenzen wird das erfindungsgemäß im Mehrträgersystem OFDM eingesetzte Umtastverfahren deutlich, welches in diesem Ausführungsbeispiel als ein Frequenzumtastverfahren ("Frequency Shift Keying") FSK ausgestaltet ist. Gemäß dem eingesetzten Frequenzumtastverfahren entspricht ein aufmoduliertes Signal auf der ersten Frequenz f_c + Δf einem Bitwert "0", während ein auf der zweiten Frequenz f_c – Δf einem Bitwert "1" entspricht, wie in dem ersten Diagramm in der Mitte der Figur zu entnehmen ist. Im ersten Diagramm ist auch eine für die nicht reservierten Frequenzen stellvertretend herausgehobene dritte Frequenz f_c dargestellt. Diese Frequenz dient zugleich als Mittenfrequenz bei der Frequenzumtastung.
Im zweiten Diagramm im linken Teil der Figur ist dargestellt, wie eine zu übertragende Sequenz von Daten, die mit niedriger Datenrate übertragen werden sollen, gemäß Umtastverfahren von einer Sendeeinrichtung einer Funksende-/Funkempfangeinrichtung abgegeben werden wird. Ein Bitwert entspricht dabei einer für eine bestimmte Zeit t vorhandenen Modulation einer der ersten oder zweiten Frequenzen f_c + Δf, f_c – Δf. D.h., es entspricht prinzipiell dem Vorhandensein von Energie innerhalb einer diskreten Zeit auf dieser Trägerfrequenz.
In einem Empfänger stellt sich im Basisband ein übertragener Bitstrom, wie in dem dritten Diagramm gezeigt, dar. Der Empfänger detektiert um die Mittenfrequenz f_c verteilte Energien. Die zu detektierende Größe V nimmt dabei zwei sich im Vorzeichen unterscheidende diskrete Werte +v, –v an, die je nach Codierung einem Bitwert "1" oder "0" entsprechen.
Aus der Darstellung wird deutlich, dass mit lediglich zwei zu reservierenden Frequenzen f_c + Δf, f_c – Δf ein Endgerät einen Da tenstrom niedriger Datenrate übertragen kann. Die verbleibenden Frequenzen können, ohne gestört zu werden, für die Übertragung von Daten höherer Datenrate, wie in OFDM Systemen bekannt, genutzt werden. Je nach geforderter Komplexität der Codierung von zu übertragenden Daten kann die Anzahl der zu reservierenden Frequenzen auch erhöht werden. Beispielsweise könnten für eine Codierung, die zwei Bitstellen benötigt, erfindungsgemäß für die Übertragung von Daten niedriger Datenrate reserviert werden.
Auch kann es erforderlich sein, die den reservierten Frequenzen f_c + Δf, f_c – Δf benachbarten Frequenzen frei von jeglicher Modulation, d.h. frei von jeder Energie, zu halten, um damit ein Stören benachbarter in üblicher Weise genutzter Frequenzen zu vermeiden bzw. um Filter für die Signaldetektion so einfach wie möglich zu halten. Die diese Filter einsetzenden Endgeräte können so einfach gehalten und kostengünstig hergestellt werden.
In 2 ist ein möglicher Aufbau einer Empfangsanordnung der erfindungsgemäßen Funksende-/Funkempfangseinrichtung als Blockschaltbild dargestellt. Es zeichnet sich erfindungsgemäß durch eine sehr einfache Struktur aus.
Beginnend mit einer Antenne ANT zum Empfang von Funksignalen werden empfangene Funksignale einem Bandpassfilter BP zugeführt.
Eine dem Bandpassfilter BP folgende Verstärkereinrichtung ("Low Noise Amplifier") LNA dient dazu, die relativ schwachen Signale, die von der Antenne ANT aufgenommen werden, so zu verstärken, dass sie durch dem Verstärker LNA folgende Einrichtungen der Empfangsanordnung weiterverarbeitet werden können.
Das verstärkte Signal wird anschließend einem Mischer zugeführt, dem als ein weiteres Eingangssignal eine lokale Oszil latorfrequenz LO des Empfängers zugeführt wird. Ein Amplitudenbegrenzer L begrenzt die Amplitude des Ausgangssignals des Mischers MX und führt dies einem FM-AM-Konverter CON zu, der aus dem immer noch frequenzmodulierten Signal ein amplitudenmoduliertes Signal formt und einem Komparator COM zuführt. Der Komparator COM ist ein Schwellwertentscheider, der mit seinem rückgeführten Ausgangssignal, welches eine Synchronisationseinrichtung SYN durchläuft, synchronisiert wird.
Ein mit dieser Einrichtung empfangenes Signal stellt sich, wie in dem Diagramm gezeigt, dar. Zu erkennen ist ein Bitdatenstrom, wie er bis zu einem Synchronisationszeitpunkt T_sync empfangen wird. Zum Synchronisationszeitpunkt T_sync greift die durch den Rückzweig realisierte Synchronisation ein. Ab diesem Zeitpunkt beginnt eine Detektion der Bitwerte des Datenstroms niederer Datenrate.

Claims

Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem mit ersten, zur Übertragung von Daten mit einer hohen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten und zweiten, zur Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten, wobei ein dem Mehrträgersystem zugeordnetes Frequenzband in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Selektion der Subträger der Subträgergruppen derart erfolgt, dass zumindest ein Teil der Subträger (f_c + Δf, f_c – Δf) der Subträgergruppen zumindest bevorzugt für die Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate reserviert werden.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Subträger (f_c + Δf, f_c – Δf) ausschließlich für die Übertragung von Daten mit niedriger Datenrate reserviert ist.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reservierung aufgrund einer Priorisierung erfolgt, wobei eine Datenübertragung mit niedriger Übertragungsrate die höchste Priorität aufweist.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei anstehenden Daten eines Datenstroms mit niedriger Übertragungsrate die Datenübertragung derart erfolgt, dass eine Funksende-/Funkempfangvorrichtung eines sendenden zweiten Endgerätes die Daten auf zumindest einen Teil der reservierten Subträger aufmoduliert und eine Funksende-/Funkempfangvorrichtung eines empfangenden zweiten Endgerätes zumindest einen Teil der reservierten Subträger (f_c + Δf, f_c – Δf) auf übertragene Daten prüft und an ihn gerichtete Daten empfängt.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Funksende-/Funkempfangvorrichtungen der zweiten Endgeräte die reservierten Subträger (f_c + Δf, f_c – Δf) signalisiert werden.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Funksende-/Funkempfangvorrichtungen der zweiten Endgeräte die reservierten Subträger f_c + Δf, f_c – Δf) auf Grundlage eines Algorithmus ermitteln.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den reservierten Subträgern f_c + Δf, f_c – Δf) benachbarten Subträgern keine Daten aufmoduliert werden.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrträgersystem auf OFDM, insbesondere auf HiperLAN/2 oder einem der IEEE 802.11 Standards, basiert.
Verfahren zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mehrträgersystem ein Verfahren zur Teilnehmertrennung, insbesondere das "Time Division Multiple Access" TDMA oder "Frequency Division Multiple Access" FDMA, eingesetzt wird.
Funksende-/Funkempfangvorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Daten in einem Mehrträgersystem, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit ersten, zur Übertragung von Daten mit einer hohen Daten rate ausgestalteten, Endgeräten und zweiten, zur Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate ausgestalteten, Endgeräten, wobei ein dem Mehrträgersystem zugeordnetes Frequenzband in eine Vielzahl von Subträgergruppen unterteilt ist, gekennzeichnet durch Mittel zur Selektion der Subträger der Subträgergruppen, die derart ausgestaltet sind, dass zumindest ein Teil der Subträger der Subträgergruppen zumindest bevorzugt für die Übertragung von Daten mit einer niedrigen Datenrate genutzt werden.
Mobiles Endgerät, gekennzeichnet durch die Funksende-/Funkempfangvorrichtung nach Anspruch 10.
Basisstation, gekennzeichnet durch die Funksende-/Funkempfangvorrichtung nach Anspruch 10.