DE19857041A1 - Verfahren zur Datenübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem - Google Patents
Verfahren zur Datenübertragung in einem Funk-KommunikationssystemInfo
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Abstract
Die Erfindung beruht auf der Idee, die feste Zeitlage eines gemeinsamen Kanals aufzugeben und stattdessen den gemeinsamen Kanal zeitlich synchron zu den dedizierten Kanälen derjenigen Verbindung zu übertragen, dem der gemeinsame Kanal momentan zugeordnet ist. Ein besonderer Vorteil dieser besonders in der Abwärtsrichtung von UMTS-Funk-Kommunikationssystem einzusetzenden Lösung besteht darin, daß für die zeitgleich mit den Daten des dedizierten Kanals gesendeten Daten des gemeinsamen Kanals insbesondere Soft-Combining durchgeführt und damit dieselbe Übertragungsqualität wie bei der ausschließlichen Nutzung von dedizierten Kanälen garantiert werden kann.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in
einem Funk-Kommunikationssystem, in dem dedizierte und ge
meinsame Kanäle für Verbindungen parallel existieren.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Daten mit Hilfe von
elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle über
tragen. Die Funkschnittstelle bezieht sich auf eine Verbin
dung zwischen einer Basisstation und Teilnehmerstationen,
wobei die Teilnehmerstationen Mobilstationen oder ortsfeste
Funkstationen sein können. Das Abstrahlen der elektromagne
tischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequenzen, die in dem
für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.
Für zukünftige Funk-Kommunikationssysteme, beispielsweise das
UMTS-Mobilfunksystem (universal system for mobile communica
tions) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen
im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen, wobei die Band
breite eines Kanals 5 MHz beträgt.
Bei dem für den FDD-Modus (FDD frequency division duplex) für
das UMTS-Mobilfunksystem gewählten Breitband-CDMA System
tritt beim Senden von der Basisstation zur Teilnehmerstation
in Abwärtsrichtung (Downlink) das Problem auf, daß die Anzahl
der gleichzeitig zu nutzbaren orthogonalen Spreizcodes limi
tiert und hierdurch die Unterstützung variabler Datenraten
erschwert ist. So ist es bei höheren Verkehrsdichten im System
nicht möglich, allen Teilnehmerstationen soviele dedizierte,
d. h. ausschließlich von der Teilnehmerstation genutzte, Ka
näle (DCH) zuzuordnen, wie diese bei Übertragung mit ihrer
jeweils höchsten Datenrate benötigten.
Deshalb werden in Abwärtsrichtung gemeinsame Kanäle, soge
nannte "Shared Channel" (DSCH downlink shared channel) defi
niert, siehe dazu ETSI SMG2 UMTS-L1, Tdoch SMG2 UMTS-L1
559/98, vom 9. November 1998. Die gemeinsamen Kanäle werden
innerhalb des breitbandigen Frequenzbandes durch Spreizcodes
gebildet, die temporär verschiedenen Verbindungen bzw. Teil
nehmerstationen für jeweils die Dauer eines oder mehrerer
Rahmen zugeordnet werden. Gemeinsame Kanäle stellen jedoch
nur eine Notlösung dar, um in Abwärtsrichtung mit einer be
grenzten Anzahl von Kanälen auszukommen.
Aus ETSI SMG2 UMTS-L1, Tdoc SMG2 UMTS-L1 559/98, vom 9. No
vember 1998, ist dazu bekannt, daß die gemeinsamen Kanäle
zeitliche synchron zum Organisationskanal BCCH übertragen
werdem (siehe auch Fig. 2). Der Organisationskanal hat im
Funk-Kommunikationssystem eine Zeitlage, die jeder
Teilnehmerstation bekannt ist.
Hierbei entsteht jedoch in einem nicht-synchronen Funk-Kom
munikationssystem (z. B. UMTS FDD-Modus) das Problem, daß
gemeinsame Kanäle nur mit erheblichem Aufwand für eine Kom
bination mit Daten anderer Kanäle oder anderer Basisstationen
(z. B. sogenanntes Soft-Combining) genutzt werden können, da
die zeitliche Abweichung zwischen einem dedizierten Kanal und
den gemeinsamen Kanälen, die ggf. von verschiedenen Basis
stationen gesendet würden, berücksichtigt werden muß, was
einen erhöhten Verarbeitungsaufwand und eine zusätzliche
Zwischenspeicherung erfordert.
Deshalb können nach dem Stand der Technik nur zeitunkritische
Dienste (Non-Real Time NRT) in gemeinsamen Kanälen übertragen
werden, für die mittels eines Wiederhol-Mechanismus (ARQ
automatic repeat request) die schlechtere Übertragungsquali
tät auf der Funkschnittstelle ausgeglichen wird.
Diese Lösung weist aber zwei Nachteile auf. Einerseits kann
es bei der Vergabe von Spreizkodes und damit von Kanälen zu
Engpässen kommen, wenn in einer Zelle hochratige Dienste mit
Echtzeitanforderung übertragen werden sollen, für die dann
ggf. zu wenig dedizierte Kanäle zur Verfügung stehen. Ande
rerseits verhindert dieser Ansatz, daß für sämtliche Dienste
ein einheitliches und flexibles Multiplexverfahren angewandt
werden kann, das eine optimale Spreizkodenutzung garantiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
ein Funk-Kommunikationssystem anzugeben, die bei der Nutzung
von gemeinsamen Kanälen eine ähnliche Übertragungsqualität
und Flexibilität wie bei der ausschließlichen Nutzung von de
dizierten Kanälen gewährleisten. Diese Aufgabe wird durch das
Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Kommu
nikationssystem mit den Merkmalen des Anspruch 10 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
Die Erfindung beruht auf der Idee, die feste Zeitlage eines
gemeinsamen Kanals aufzugeben und stattdessen den gemeinsamen
Kanal zeitlich synchron zu den dedizierten Kanälen derjenigen
Verbindung zu übertragen, der der gemeinsame Kanal momentan
zugeordnet ist. Gegenüber einer unsynchronisierten Lösung
oder anderweitig synchronisierten gemeinsamen Kanälen scheint
das erfinderische Verfahren umständlich zu sein und Übertra
gungskapazität zu opfern.
Der besonderer Vorteil des erfinderischen Verfahrens besteht
jedoch darin, daß für die zeitgleich mit den Daten des dedi
zierten Kanals gesendeten Daten des gemeinsamen Kanals ins
besondere Soft-Combining durchgeführt und damit dieselbe
Übertragungsqualität wie bei der ausschließlichen Nutzung von
dedizierten Kanälen garantiert werden kann, was wiederum ein
einheitliches Multiplexverfahren ermöglicht. Dieser Mecha
nismus kann damit für alle Dienste genutzt werden.
Auch eine Übergabeprozedur einer Verbindung zwischen zwei
Basisstationen mit zwischenzeitlicher Versorgung der Teil
nehmerstation durch beide Basisstationen (Soft Handover) wird
erleichtert. Bei einem Soft Handover können auch Daten ge
meinsamer Kanäle der zwei Basisstationen kombiniert werden,
da auch diese gemeinsamen Kanäle nunmehr miteinander synchro
nisiert sind.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bedeutet
dies, daß nach jeder geänderten Zuteilung eines gemeinsamen
Kanals dieser nach Beendigung des jeweils letzten Rahmen
intervalls solange nicht gesendet wird, bis die Rahmensyn
chronisation mit der neuen Verbindung wieder erreicht wird.
Bei einer gleichmäßigen Verteilung der Zeitlagen aller Ver
bindungen, geht hierbei im Mittel bei jedem Umschalten eines
gemeinsamen Kanals dessen Kapazität für eine halbe Rahmen
dauer verloren. Da allerdings während dieser Zeit auch keine
störende Interferenz erzeugt wird, ist diese Reduzierung der
zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität akzeptabel.
Eine Anwendung findet das erfinderische Verfahren insbeson
dere in der Abwärtsrichtung von Funk-Kommunikationssystemen,
z. B. UMTS, da hierbei das Konzept der gemeinsamen Kanäle zur
Beseitigung des Engpasses an zur Verfügung stehenden Spreiz
kodes besondere Vorteile hat.
Durch die Nutzung von gemeinsamen Kanälen kann für jede Ver
bindung eine hohe maximale Übertragungskapazität allokiert
werden. Die hierbei auftretenden Abhängigkeiten der möglichen
Datenraten zwischen den Verbindungen fallen um so weniger ins
Gewicht, je mehr Verbindungen beteiligt sind und gemeinsame
Kanäle zur Verfügung stehen. Durch die zusätzlich mögliche
Zuordnung gleicher Dienstkombinationen auf verschiedene ge
meinsame Kanäle mit jeweils eindeutigem TFCI-Wert (TFCI
transport format combination identifier) kann eine sehr hohe
Flexibilität erreicht werden.
Die gemeinsamen Kanäle werden nach einer vorteilhaften Wei
terbildung der Erfindung bevorzugt für Verbindungen mit hoher
maximaler Datenrate oder hoher Datenratendynamik zugeteilt.
Niedrigratige Dienstkombinationen werden hingegen ausschließ
lich mittels dedizierter Kanäle übertragen. Damit werden die
gemeinsamen Kanäle als gemeinsamer Ressourcenpool für sich
schnell ändernde Verkehrsspitzen genutzt. Es ist möglich,
gemeinsame Kanäle verbindungsorientiert und dynamisch zuzu
teilen, abhängig von der aktuellen Anzahl belegter Kanäle.
Wird die Zuteilung eines gemeinsamen Kanals mittels einer In-
Band-Signalisierung über die Datenrate angezeigt, so ist es
vorteilhaft, daß eine Beziehung zwischen zugewiesener Daten
rate und zu benutzenden gemeinsamen Kanälen beim Verbindungs
aufbau oder in einem getrennten Kanal verbindungsbegleitend
vereinbart wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beilie
genden Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Funk-Kommuni
kationssystems,
Fig. 2 eine Datenübertragung mit gemeinsamen Kanälen nach
dem Stand der Technik, und
Fig. 3 eine erfindungsgemäße Datenübertragung mit gemein
samen Kanälen.
Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines
Funk-Kommunikationssystems besteht aus einer Vielzahl von Mo
bilvermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind
bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin
sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest
einer Einrichtung RNM zur Steuerung der Übertragungsressour
cen verbunden. Jede dieser Einrichtungen RM4 ermöglicht wie
derum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS.
Eine Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine
Verbindung zu Teilnehmerstationen, z. B. Mobilstationen MS
oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten auf
bauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funk
zelle gebildet. In Fig. 1 sind Verbindungen zur Übertragung
von Nutzinformationen zwischen einer Basisstation BS und Mo
bilstationen MS über die Funkschnittstelle dargestellt. Die
Funkschnittstelle wird durch sich anhand von individuellen
Spreizkodes unterscheidender Kanäle in einem breitbandigen
Frequenzband, z. B. 5 MHz, gebildet, wobei unterschiedlichen
Verbindungen V1, V2, V3 zugeteile dedizierte Kanäle DCH nicht
synchronisiert sind (siehe Fig. 2 und 3).
Für eine Verbindung V1 werden Daten von beispielsweise drei
Diensten S (S1, S2, S3) in einem oder mehreren physikalischen
Kanälen Phy CH und Signalisierungsinformationen, z. B. die
zugeteilten funktechnischen Ressourcen für eine Verbindung
V1, in einem verbindungsbegleitenden Kontrollkanal FACH
(Forward link Access CHannel) übertragen.
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, in denen die Erfin
dung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmer
zugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß.
Im Funk-Kommunikationssystem nach Fig. 1 sind sowohl in den
Basisstationen BS als auch den Mobilstationen MS Übertra
gungsmittel vorgesehen. Die Übertragungsmittel (Sende-,
Empfangs- und Signalverarbeitungseinrichtungen) der Basis
station BS und der Teilnehmerstation MS kommunizieren mit
einander. Die Übertragungsmittel dienen der Übertragung von
Daten einer Kombination mehrerer Dienste S über die aktuell
verfügbaren physikalischen Kanäle Phy CH.
Die physikalischen Kanäle Phy CH können als dedizierte Kanäle
DCH, d. h. von einer Verbindung exklusiv genutzt, oder als
gemeinsame Kanäle DSCH, d. h. abwechselnd von unterschied
lichen Verbindungen V1, V2 genutzt, ausgebildet sein. Es ist
also zu unterscheiden zwischen von mehreren Diensten S1, S2,
S3 einer Verbindung V1 gemeinsam genutzten physikalischen
Kanälen Phy CH und gemeinsamen Kanälen DSCH, die mehreren
Verbindungen V1, V2 zugeteilt sind, jedoch während einer
Zeitspanne nur einer der Verbindungen V1 oder V2 zur Be
nutzung zugeteilt wird. Die Änderung der Zuteilung eines
gemeinsamen Kanals DSCH ist ohne zusätzlichen Signalisie
rungsaufwand sehr schnell von Rahmen zu Rahmen möglich. Durch
die zeitlich aufeinanderfolgenden Nutzung eines gemeinsamen
Kanals DSCH von unterschiedlichen Verbindungen kann insbeson
dere der hohen Datenrate und hohen Dynamik der Datenrate man
cher Verbindungen V1, V2 gut entsprochen werden. Die Daten
data für eine Verbindung V1 werden sowohl im dedizierten
Kanal DCH als auch im gemeinsamen Kanal DSCH übertragen.
Die Signalisierungsmittel bestimmen TFCI-Werte zu den ausge
wählten Kombinationen von Transportformaten TF für die Dien
ste S1, S2, S3 und führen eine In-band-Signalisierung der
Transportformate TF durch. In dem getrennten Kanal FACH wird
die Abbildungsvorschrift von TFCI-Wert zu Kombination von
Transportformaten TF und benutzten Kanälen DCH, DSCH signali
siert.
Die Synchronisationsmitteln in der Basisstation BS dienen dem
Synchronisieren des gemeinsamen Kanals DSCH mit dem einer
Verbindung V1 zugeteilten dedizierten Kanal DCH. Ändert sich
die Zuteilung, so wird die Synchronisation angepaßt. Solange
die neue Synchronisation noch nicht hergestellt ist, wird
nicht gesendet.
Mittel zur Kanalzuteilung sind in der Einrichtung RNM zur
Steuerung der Übertragungsressourcen realisiert, die gemein
same Kanäle DSCH mehreren Verbindungen V1, V2 zur zeitlich
aufeinanderfolgenden Nutzung und dedizierte Kanäle DCH Ver
bindungen V1, V2 exklusiv zuteilen.
Zur Verdeutlichung der zeitlichen Synchronisation von gemein
samen Kanälen DSCH dienen die Fig. 2 und 3, in denen die
bisherige und die neue Lösung gegenübergestellt werden.
Die erste Zeile der Fig. 2 und 3 stellt ausschnittsweise
mehrere Rahmenintervalle eines Organisationskanals BCCH dar,
an den in Fig. 2 nach dem Stand der Technik sämtliche gemein
samen Kanäle DSCH starr gekoppelt sind. Der gemeinsame Kanal
DSCH wird während der ersten beiden Rahmen der Verbindung V1
und anschließend für die Zeitdauer von drei Rahmen der Ver
bindung V2 zugeordnet. Während des folgenden Rahmens wird
dieser gemeinsame Kanal DSCH nicht benutzt. Danach wird der
gemeinsame Kanal DSCH wiederum mit Daten für Verbindung V1
für die Dauer eines Rahmens belegt, worauf wiederum eine
Pause folgt.
Nach Fig. 3 erfolgt die erfindungsgemäße Synchronisation des
gemeinsamen Kanals DSCH auf den jeweiligen dedizierten Kanal
DCH der Verbindung V1, der der gemeinsame Kanal DSCH momentan
zugeteilt ist. Beim Umschalten von einer Verbindung V1 auf
die andere Verbindung V2 tritt jeweils eine zusätzliche Pause
auf, um die zeitliche Synchronisation mit dem neuen dedizier
ten Kanal DCH zu ermöglichen. Die Länge der Pause hängt vom
Versatz der Rahmensynchronisation zwischen den dedizierten
Kanälen DCH ab. In der Pause wird nicht gesendet.
Claims (10)
1. Verfahren zur Datenübertragung über eine Funkschnittstelle
zwischen einer Basisstation (BS) und Teilnehmerstationen ei
nes Funk-Kommunikationssystems, bei dem
- 1. in einem breitbandigen Frequenzband sich Kanäle (DCH, DSCH, FACH) anhand individueller Spreizkodes unterscheiden, wobei unterschiedlichen Verbindungen (V1, V2) zugeteile dedizier te Kanäle (DCH) nicht synchronisiert sind,
- 2. zumindest ein gemeinsamer Kanal (DSCH) mehreren Verbin dungen (V1, V2) zur zeitlich aufeinanderfolgenden Nutzung zugeteilt wird,
- 3. dieser gemeinsame Kanal (DSCH) mit dem einer Verbindung (V1) zugeteilten dedizierten Kanal (DCH) synchronisiert wird, und
- 4. Daten (data) für der Verbindung (V1) sowohl im dedizierten Kanal (DCH) als auch im gemeinsamen Kanal (DSCH) übertragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
nach jeder Zuteilung eines gemeinsamen Kanals (DSCH) an eine
Verbindung (V2) eine erneute Synchronisation auf den dedi
zierten Kanal (DCH) dieser Verbindung (V2) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem
die Synchronisation eine Rahmensynchronisation ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
für die im dedizierten und im gemeinsamen Kanal (DCH, DSCH)
einer Verbindung (V1) übertragenen Daten (data) empfangssei
tig eine Kombination mehrerer Signale zur Erzielung einer
besseren Empfangsqualität durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
die Datenübertragung in Abwärtsrichtung von der Basisstation
(BS) zu den Teilnehmerstationen (MS) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
eine möglichst große Anzahl von Kanälen als gemeinsame Kanäle
(DSCH) zugeteilt wird, wobei zumindest ein Kanal (DCH) pro
Verbindung (V1, V2) exklusiv zugeteilt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem
gemeinsame Kanäle (DSCH) bevorzugt für Verbindungen (V1) mit
hoher maximaler Datenrate oder hoher Datenratendynamik zuge
teilt werden.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
bei einer Teilmenge der Datenraten für eine Verbindung (V1)
mittels einer In-Band-Signalisierung mehrere Kombinationen
von Kanälen (DCH, DSCH) auswählbar sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem
eine Beziehung zwischen zugewiesener Datenrate und zu benut
zenden gemeinsamen Kanälen (DSCH) beim Verbindungsaufbau ver
einbart wird.
10. Funk-Kommunikationssystem zur Datenübertragung über eine
Funkschnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und Teil
nehmerstationen (MS),
mit Übertragungsmitteln zum Übertragen von Daten (data) für eine Verbindung (V1) sowohl im dedizierten Kanal (DCH) als auch im gemeinsamen Kanal (DSCH),
mit Synchronisationsmitteln zum Synchronisieren des gemein samen Kanals (DSCH) mit dem einer Verbindung (V1) zugeteilten dedizierten Kanal (DCH).
- 1. wobei die Funkschnittstelle durch sich anhand von indivi duellen Spreizkodes unterscheidender Kanäle (DCH, DSCH, FACH) in einem breitbandigen Frequenzband gebildet wird,
- 2. wobei unterschiedlichen Verbindungen (V1, V2) zugeteile dedizierte Kanäle (DCH) nicht synchronisiert sind,
mit Übertragungsmitteln zum Übertragen von Daten (data) für eine Verbindung (V1) sowohl im dedizierten Kanal (DCH) als auch im gemeinsamen Kanal (DSCH),
mit Synchronisationsmitteln zum Synchronisieren des gemein samen Kanals (DSCH) mit dem einer Verbindung (V1) zugeteilten dedizierten Kanal (DCH).
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DE1998157041 DE19857041A1 (de) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | Verfahren zur Datenübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem |
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