DE60126366T2

DE60126366T2 - Adaptives Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystem

Info

Publication number: DE60126366T2
Application number: DE60126366T
Authority: DE
Inventors: Jarmo MÄKINEN; Aimo Leikas; Jyrki Louhi; Mika Pehkonen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: EP1435146A1; US20050075078A1; ES2279463T3; DE60110942T2; DE60110942D1; ES2242774T3; ATE352917T1; EP1545037A1; WO2003034639A1; ATE296004T1; EP1435146B1; DE60126366D1; EP1545037B1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Signalen über eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke von einer Sendeeinheit zu einer Empfangseinheit eines Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems, wobei die Signale Pakete umfassen. Die Erfindung betrifft gleichermaßen ein solches Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystem, das zwei Einheiten unfasst, zwischen denen Signale in wenigstens einer Richtung zu senden sind, und eine Sendeeinheit für ein solches System.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksysteme sind vom Stand der Technik her bekannt. Sie wurden zum Beispiel in der europäischen Norm ETSI EN 300 198 V1.4.1: "Fixed Radio Systems; Point-to-Point-Equipment" definiert. Mikrowellenfunkstrecken können insbesondere anstelle einer verdrahteten Verbindung zwischen allen Elementen eines Netzes, für die eine Festverbindung erwünscht ist, eingesetzt werden.
Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksysteme werden traditionell für Zeitmultiplex (TDM: Time Division Multiplex) wie Verkehr entwickelt. Das bedeutet, dass eine Sendeeinheit des Systems einen Festbitratenkanal bereitstellt, der oft, aber nicht immer, transparent ist. Mit diesem Festbitratenkanal sendet die Sendeeinheit in den konstanten Bitstrom eingebettete Pakete, z.B. unter Verwendung des PPP-Protokolls in Verbindung mit IP-Paketen, zu einer Empfangseinheit am anderen Ende der Funkstrecke. Jede Sendeeinheit kann einen Multiplexer haben, der verschiedene Signale miteinander zu einem zusammengesetzten Signal multiplexiert, das auf dem Festbitratenkanal zur Empfangseinheit zu senden ist. Die multiplexierten Signale können insbesondere Pakete von Nutzbitströmen und Steuersignalen umfassen.
Die jeweilige Bitrate eines Festbitratenkanals, der von einer Sendeeinheit von konventionellen Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystemen bereitgestellt wird, wird nach verschiedenen Anforderungen ausgewählt. Für die Funkstrecken wird ein Verfügbarkeitsanteil als eine gewisse jährliche Wahrscheinlichkeit definiert, mit der die Luftschnittstelle das Signal mit einer Bitfehlerrate, die niedrig genug ist, unter variierenden Ausbreitungsbedingungen leiten kann. Die Bitrate wird hauptsächlich von der erforderlichen Bitrate bestimmt, die von der erforderlichen Kapazität abhängt, d.h. der angenommenen Verkehrsbelastung. Die Verfügbarkeit von Übertragungskanälen kann auch die Auswahl begrenzen. Wenn die Sollbitrate bekannt ist, wird ein Verfügbarkeitssoll festgesetzt, und auf der Grundlage dieser Bedingungen wird die angemessene Modulation und Sendeleistung zum Erfüllen der vorgegebenen Anforderungen bestimmt. In einem konventionellen Punkt-zu-Punkt-System sind Modulation und Bitrate konstant.
Das bedeutet, dass die Ausbreitungsbedingungen meistens den Transport viel höherer Bitraten zulassen würden, da sie nur selten den für den schlimmsten Fall angenommenen Ausbreitungsbedingungen entsprechen. Die Luftschnittstelle wird daher oft nicht effizient benutzt.
In der Patentanmeldung WO 01/47144 A1 wird erwähnt, dass in drahtlosen Paketdatensystemen der Kanaldurchsatz durch Auswählen eines entsprechenden Modulations- und Codierschemas für eine bestimmte Verbindungsgüte zwischen einer Mobilstation und einem drahtlosen Paketdatensystem eingestellt werden kann.
Das US-Patent 5,909,469 A betrifft ein digitales Kommunikationssystem, das mehrere Modulationsschemata unterstützt. Streckenanpassungsverfahren werden erwähnt, die die Fähigkeit zum dynamischen Ändern von Modulation und/oder Codierung auf der Grundlage der Kanalbedingungen zum Ausgleichen der Benutzerbitrate im Verhältnis zur Verbindungsgüte bereitstellen.
In der Patentanmeldung WO 99/12304 A1 ist das Auswählen einer Kombination aus einer Mehrzahl von Kombinationen von Modulations- und Kanalcodierungsschemata vorgesehen, die den besten Benutzergütewert hinsichtlich eines gemessenen Verbindungsgüteparameters einer RF-Funkstrecke bereitstellt.
In der Patentanmeldung WO 00/21235 A1 ist ein Verfahren zum Verwalten von Modulation und Kanalcodierung in einer Mehrzahl von Funkstrecken einer bestimmten Zelle in einem digitalen Zellfunkkommunikationsnetz vorgesehen. Ein einzelnes Modulations- und Kanalcodierungsschema, das in allen der Funkstrecken zu benutzen ist, wird in Abhängigkeit von empfangenen Güteinformationen ermittelt, die für eine mit der Mehrzahl von Strecken assoziierte Kommunikationsgüte bezeichnend sind.
Die Patentanmeldung EP 0 713 300 A1 bezieht sich auf die Durchführung von Einstellungen an einer örtlichen Teilnehmereinheit zum Verringern von Störungen in einem Fremdsystem. Die Einstellungen weisen im Fall von Störungen das Erhöhen der Codierraten durch Auswählen eines höher M-stufigen Modulationsschemas aus.
Das US-Patent 6,262,994 B1 betrifft eine Anordnung zum Optimieren der Datenübertragung über einen bidirektionalen Funkkanal. Die Größe von Datenpaketen und/oder die Modulationsart und/oder die Coderate einer Vorwärtsfehlerkorrektur und/oder die Leistung des Senders ist je nach einer zurückgesendeten Fehlerrate unterschiedlich, so dass auf der Empfangsseite eine vorbestimmte Fehlerrate erzielt wird.
Patentanmeldung WO 00/76114 A1 gibt an, dass Mikrowellenkommunikation auf Grund von Streckencharakteristiken, die konstante und zeitvariable Faktoren beinhalten können, eine Signalverschlechterung erfährt. Es wird vorgeschlagen, dass ein spezieller Modulationspegel eines Mehrpegel-Modulationsformats auf der Basis von Streckenbedingungen zur Verwendung ausgewählt wird. Beispielsweise kann eine vergrößerte Datendichte von einem Hub einem geografisch nahe einem Hub positionierten Knoten mitgeteilt werden und eine verringerte Datendichte kann von dem Hub einem geografisch am Rand der Strahlungscharakteristik des Hubs positionierten Knoten mitgeteilt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystem für Paketverkehr zu optimieren. Im Besonderen ist es eine Aufgabe, die Effizienz einer Funkstrecke in einem solchen System zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gemäß den angehängten Ansprüchen erfüllt.
Die Sendeeinheit und die Empfangseinheit können beide als ausschließliche Sende- oder ausschließliche Empfangseinheit oder als eine Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) realisiert werden. Dementsprechend ist eine der zwei Einheiten des vorgesehenen Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems zumindest eine Empfangseinheit und eine ist zumindest eine Sendeeinheit, während eine der Einheiten oder beide auch als Sende-/Empfangseinrichtung oder als eine Kombination aus einer Sende- und einer Empfangseinheit realisiert werden kann/können. Die vorgesehene Anpassung von Übertragungen kann nur in einer Richtung oder in beiden Richtungen einer Punkt-zu-Punkt-Funkstrecke realisiert werden.
Die Erfindung geht von dem Konzept aus, dass die Luftschnittstelle effizienter benutzt werden kann, wenn die von einer Sendeeinheit eingesetzte Bitrate nicht fest ist, sondern vielmehr an unterschiedliche Übertragungsbedingungen angepasst wird. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens das auf Signale, die auf der Funkstrecke zu übertragen sind, angewendete Modulationsschema angepasst wird. Bei einer Modulation höherer Ordnung können Informationen in einem kürzeren Übertragungsburst verpackt werden als bei einer Modulation niedrigerer Ordnung. Da dementsprechend Zeit zum Transportieren von mehr Informationen übrig bleibt, wird eine höhere Bitrate erzielt. Um sicherzustellen, dass die für eine bestimmte Übertragung erforderliche Güte aufrecht erhalten wird, wird die Modulation gemäß dem aktuellen Verkehrsaufkommen, gemäß den aktuellen Bedingungen auf dem Übertragungsweg und gemäß den Anforderungen für die jeweiligen in einem Signal übertragenen Pakete angepasst, vorzugsweise in dieser Prioritätsordnung. Die Anforderungen für die Pakete werden durch die vorgesehene Klassifizierung der Pakete gemäß den Netzelementen, von denen sie an einer Sendeeinheit empfangen wurden oder an die sie von einer Empfangseinheit weitergeleitet wurden, gruppiert. Die Bedingungen auf dem Übertragungsweg werden von Gütemessungen von Signalen reflektiert, die zuvor auf der Funkstrecke übertragen wurden.
Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass sie die Effizienz an der Luftschnittstelle verbessert. Infolgedessen kann auch ein besseres Kosten- und/oder Leistungsverhältnis erreicht werden. Außerdem kann die Toleranz für Störungen, z.B. wechselnde Witterungsbedingungen, verbessert werden. Somit wird eine intelligente Mediumszugangssteuerung (MAC = Media Access Control) des Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems erzielt.
Die Pakete in den von dem System zu übertragenden Signalen sind Dateneinheiten, die von einem Netzelement an eine Sendeeinheit zur Übertragung zu einer Empfangseinheit bereitgestellt werden. Sie können insbesondere IP-Pakete, ATM-Zellen oder Segmente segmentierter TDM-Bitströme sein. Das System kann mehr als ein Paket in einen einzelnen Sendeburst legen, vorzugsweise Pakete der gleichen Klasse. Die Modulation der zu sendenden Signale kann jedesmal, wenn neue Signalgütemessungen verfügbar sind, Burst für Burst angepasst werden.
Die Pakete können außerdem auf der Grundlage jedes beliebigen geeigneten Dienstgüteparameters (QoS-Parameters) oder einer Kombination von geeigneten QoS-Parametern klassifiziert werden. In einem IP-System können die in dem Kopfbereichsfeld DiffServ (differentiated services) eines IP-Pakets enthaltenen Informationen zum Trennen der Pakete verwendet werden. Desgleichen können Pakete mit einer garantierten Verkehrsgüte und mit einem Best-Effort-Verkehr getrennt werden. Der Verkehr kann in Bezug auf verschiedene Aspekte, z.B. Zuverlässigkeit, Latenz- oder Verzögerungszeit, eine garantierte Güte haben. Ferner können Pakete in Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Verkehr getrennt werden.
Die als Basis zum Anpassen von Übertragungsparametern wie Modulation, Codierung, Sendeleistung und Zeitschlitzzuordnung angewendeten Signalgütemessungen werden vorzugsweise von der jeweiligen Empfangseinheit einer Funkstrecke durchgeführt. Die Empfangseinheit sendet die Messwerte dann als eine Rückkopplung an die Sendeeinheit für eine nachfolgende Übertragung.
Die Signalgütemessungen können jede beliebige Signalgütemessung sein, die aktuelle Bedingungen auf dem Ausbreitungsweg wiederspiegeln. Zum Implementieren der Signalgütemessungen kann jedes geeignete Verfahren verwendet werden. Beispielsweise kann der Rausch- und Störabstand C/(N + I), die Signalstärke, die Zahl erfasster Bitfehler (d.h. gemessene Bitfehlerrate BER) oder die Zahl erfasster "Pseudo-Fehler", d.h. die Fälle, in denen beinahe ein Bitfehler gemacht wurde, eingesetzt werden. Dieses Pseudofehlerverfahren wird in der internationalen Patentanmeldung WO 00/4417 beschrieben. Außerdem können Signalgüteanzeigen verwendet werden, die von einem Vorwärtsfehlerkorrektur-(FEC)-Decodierer bereitgestellt werden, z.B. eine Anzeige, ob Korrekturen benötigt wurden oder nicht.
Eine adaptive Signalmodulation wurde für Punkt-zu-Mehrpunkt-Mikrowellenfunksysteme z.B. im IEEE-Entwurf P802.16/D4-2001 vorgesehen: "Local and Metropolitan Area Networks – Part 16: Standard Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems". Die Norm spezifiziert die Luftschnittstelle, einschließlich der MAC-Schicht (Media Access Control) und einer physikalischen Schicht (PHY), von festen Punkt-zu-Mehrpunkt breitbandigen, drahtlosen Zugangssystemen, die mehrere Dienste bereitstellen. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Merkmale können zum Weiterentwickeln des Verfahrens und der Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksysteme der Erfindung adaptiert werden. Zu diesen Merkmalen zählen neben der adaptiven Modulation die Fähigkeit, Codierung und Endeinrichtungssendeleistung in Echtzeit im Verhältnis zu vorherrschenden Ausbreitungsbedingungen zu ändern. Außerdem beinhalten sie die Fähigkeit, Pakete zur Übertragung auf der Basis von standardmäßigen QoS-Klassifizierungsparametern nach Priorität zu ordnen oder Netzschnittstellen nach Priorität zu ordnen, wenn mehrere Netzschnittstellen verwendet werden, und die Fähigkeit, den Sender auszuschalten, wenn eine Endeinrichtung nichts zu senden hat.
Es ist aber zu beachten, dass das Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystem der Erfindung nicht als ein Spezialfall eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Mikrowellenfunksystems verstanden werden darf, sondern vielmehr als ein speziell für Punkt-zu-Punkt-Übertragungen entwickeltes System zu betrachten ist.
In Punkt-zu-Mehrpunkt-Systemen ist die zum Anpassen einer Übertragung an die Bedingungen auf dem Ausbreitungsweg erforderliche Intelligenz immer in Basisstationen genannte Netzelemente integriert, die als jeweiliges einzelnes Ende einer Übertragung dienen können. Andere Netzelemente, die als die mehreren Enden an Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungen beteiligt sind, werden als Endeinrichtungen bezeichnet und umfassend keine derartige Intelligenz.
Zwei bekannte Punkt-zu-Mehrpunkt-Endeinrichtungen können ohne Modifikationen keine Verbindung zwischen sich aufbauen. Desgleichen können zwei bekannte Punkt-zu-Mehrpunkt-Basisstationen keine Verbindung zwischen sich aufbauen.
In Punkt-zu-Punkt-Funksystemen besteht die Zuständigkeit und Intelligenz für die Anpassung vorzugsweise in beiden Enden, in einigen Sonderfällen kann die Hauptzuständigkeit aber auch mehr an das andere Ende gebunden sein. Da Intelligenz in beiden Enden vorhanden ist, steuert jeder Sender die Modulation seiner abgehenden Signale, wohingegen dann, wenn die Intelligenz nur in einem Ende ist, dieses eine Ende die Modulation in beide Richtungen steuert. Die Intelligenz kann auch auf eine beliebige andere Art zwischen den zwei Enden einer Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke aufgeteilt sein. Selbstverständlich erfordert eine geteilte Entscheidungszuständigkeit, dass zwischen den zwei Parteien Verhandlungen stattfinden.
Darüber hinaus steht in dedizierten Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystemen stets die gleiche Menge an Zeitschlitzen zur Verfügung, während bei Punkt-zu-Mehrpunkt Zeitschlitze von einer anderen Verbindung im selben Sektor geliehen werden können.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden aus den Unteransprüchen offensichtlich.
Die Erfindung kann für jede gewünschte Festverbindung zwischen zwei Elementen, insbesondere Netzelementen, eingesetzt werden. Die Erfindung kann zum Beispiel, aber nicht ausschließlich, für eine Verbindung zwischen einem breitbandigen, drahtlosen Zugangsnetz (Broadband-Wireless-Access-Netz), das ein Privatnetz sein kann, und dem Netz eines Internet Service Providers (ISP) als Heranführungssystem (Backhaul) zwischen einem PMP-Funksystem und einem ISP-Netz oder in einem Zellularnetz-Basisstation-Subsystem eingesetzt werden.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit der Begleitzeichnung hervor. Es versteht sich aber, dass die Zeichnung ausschließlich zum Zweck der Veranschaulichung bestimmt ist und nicht als eine Definition der Begrenzungen der Erfindung, für die auf die angehängten Ansprüche Bezug zu nehmen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Dabei zeigt:
1 schematisch eine Ausgestaltung eines Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems, in dem die Erfindung implementiert sein kann, und
2 schematisch eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangseinrichtung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die in 1 abgebildete Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems kann zum Beispiel zum Einrichten einer Festverbindung zwischen einem breitbandigen drahtlosen Zugangsnetz (Broadband Wireless Access-Netz) und einem ISP-Netz eingesetzt werden.
Das System kann ein System auf FDD- oder auf TDD-Basis sein, das eine erste Sende-/Empfangseinrichtung (Transceiver) 1 und eine zweite Sende-/Empfangseinrichtung 2 umfasst. Zwischen den beiden Sende-/Empfangseinrichtungen 1, 2 sind Signale mithilfe von Mikrowellenfunksignalen bidirektional und Punkt-zu-Punkt-mäßig über die Luftschnittstelle zu übertragen. Bei FDD werden diese Signale in Frames oder Bursts in Hin- und Rückkanälen gesendet und bei TDD werden diese Signale in Sende- und Empfangsframes oder -bursts gesendet. Die erste Sende-/Empfangseinrichtung 1 ist mit n Netzschnittstellen 11, 12, ... 1n verbunden, z.B. der jeweiligen Schnittstelle von mehreren breitbandigen drahtlosen Zugangs-Netzelementen, während die zweite Sende-/Empfangseinrichtung 2 mit m Netzschnittstellen 21, 22, ... 2m verbunden ist, z.B. der jeweiligen Schnittstelle von mehreren ISP-Netzelementen. Beide Sende-/Empfangseinrichtungen 1, 2 umfassen Multiplexmittel, adaptive Modulationsmittel, adaptive Codierungsmittel, einen Sender mit einer einstellbaren Sendeleistung, einen Empfänger, Mittel zum Messen der Signalgüte von über eine Mikrowellenfunkstrecke empfangenen Signalen und Verarbeitungsmittel mit einem steuernden Zugang zu den adaptiven Modulationsmitteln, den Codiermitteln und dem Sender.
Die erste Sende-/Empfangseinrichtung 1 empfängt über die Netzschnittstellen 11, 12, ... 1n Signalpakete, die über die Luftschnittstelle zu der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung 2 zu senden sind. Dies wird in der Figur durch Pfeile angedeutet.
Die Verarbeitungsmittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 klassifizieren alle ankommenden Pakete auf der Grundlage von dem jeweiligen Paket zugeteilten QoS-Parametern. Genauer gesagt trennen die Verarbeitungsmittel Echtzeit-Verkehrspakete von Nicht-Echtzeit-Verkehrspaketen und Pakete mit einer garantierten Güte von Paketen, für die nur Best-Effort-Verkehr erforderlich ist. Auf diese Weise werden die Pakete Klassen mit verschiedenen Anforderungen bezüglich Bitrate und Güte zugeordnet.
Die Multiplexmittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 multiplexen dann Nutzbitströme und Steuersignale, die von einer einzigen Netzschnittstelle 11, 12, ... 1n in Paketen bereitgestellt werden, zu einem zusammengesetzten Signal. Gleichzeitig bündeln die Multiplexmittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 Pakete, die von den verschiedenen Netzschnittstellen 11, 12, ... 1n bereitgestellt werden. Die Multiplexmittel können dafür sorgen, dass Pakete der gleichen Klasse hintereinander platziert werden.
Außerdem empfängt die erste Einheit 1 regelmäßig Signalgütemessergebnisse von der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung 2. Diese Ergebnisse umfassen eine Güteanzeige durch eine FEC (Vorwärtsfehlerkorrektur), eine Bitfehlerrate (BER), einen Pseudofehler, einen Pegel des ankommenden Signals oder einen Rausch- und Störabstand (signal to noise plus interference ratio) C/(N + I), der an der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung 2 für die vorhergehenden Signale, die über die Funkstrecke übertragen wurden, ermittelt wurde. Die Messergebnisse zeigen somit die aktuellen Bedingungen auf der Funkstrecke zwischen den zwei Sende-/Empfangseinrichtungen 1, 2 an.
Die von den Multiplexmitteln der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 gebündelten Signale sind auf der Funkstrecke in Frames oder Bursts zu senden, wobei jeder Frame (Rahmen) oder Burst (Büschel) mehrere Pakete umfasst. Gestützt, in dieser Prioritätsfolge, auf die aktuelle Menge des abgehenden Verkehrs, auf die aktuellen Bedingungen auf dem Übertragungsweg und auf die jeweilige Klasse, mit der Pakete in einem Burst assoziiert sind, ermitteln die Verarbeitungsmittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 in Echtzeit eine optimale Kombination von Modulation, Codierung und Sendeleistung für einen diese Pakete umfassenden Burst auf eine Weise, die eine optimale Effizienz an der Luftschnittstelle gewährleistet.
Die Bitrate kann beispielsweise durch Auswählen einer einfachen Modulation und/oder des Codierschemas reduziert werden, wenn schlechte Kanalbedingungen entdeckt werden, sofern dies nicht durch eine höhere Sendeleistung ausgeglichen werden kann. Ferner können die Verarbeitungsmittel der ersten Einheit 1 bestimmen, dass einige Pakete vor der Übertragung in einer Warteschlange in einem Pufferspeicher warten müssen oder ganz fallengelassen werden müssen, um sicherzustellen, dass die erforderliche Übertragungszeit für Pakete für Echtzeit-Verkehr oder Verkehr einer anderen verzögerungsempfindlichen Klasse auch im Fall schlechter Bedingungen auf der Funkstrecke eingehalten werden kann. Pakete können auch zuerst in eine Warteschlange in einem Pufferspeicher gesetzt werden und dann später fallengelassen werden, wenn sie nach dem Zwischenspeichern immer noch nicht weitergeleitet werden können. Die Erfindung ist daher besonders vorteilhaft für Verbindungen, die einen gewissen Anteil von Verkehr niedriger Priorität oder von nicht verzögerungsempfindlichem Verkehr enthalten.
Als nächstes codieren die adaptiven Codiermittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 die abgehenden Bursts oder Frames nach dem ermittelten Codierungsschema, die adaptiven Moduliermittel der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 modulieren die codierten Bursts oder Frames mit dem ermittelten Modulationsschema und der Sender sendet die modulierten Bursts oder Frames mit der ermittelten Sendeleistung über die Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke zur zweiten Sende-/Empfangseinheit 2. Die Übertragung über die Luftschnittstelle ist in der Figur wieder mit einem Pfeil bezeichnet.
Die Modulation und die Codierung der zu sendenden Signale und die Sendeleistung können jedesmal, wenn neue Signalgütemessungen verfügbar sind, in der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 Burst für Burst bzw. Frame für Frame angepasst werden.
Der Empfänger der zweiten Sende-/Empfangseinrichtung 2 empfängt die Signale und sorgt dafür, dass die Signale nach einer entsprechenden Verarbeitung, einschließlich Demodulation, Decodierung und eventuell Demultiplexen, über wenigstens eine der Netzschnittstellen 21, 22, ..., 2m, die in der Figur ebenfalls mit einem Pfeil angedeutet werden, zu wenigstens einem angeschlossenen Netzelement weitergeleitet werden.
In vielen Fällen sind Bursts in Frames fester Länge enthalten und nach dem Ende des Bursts kann vor dem Ende des Frames noch Zeit übrig sein. Während dieser Zeit wird der Sender der ersten Sende-/Empfangseinrichtung 1 ausgeschaltet, um das Erzeugen unnötiger Störung von anderen Verbindungen auf dem gleichen Kanal oder von anderen Systemen zu vermeiden. Im Gegensatz zu den zuvor vorgelegten Aspekten der Erfindung, die sich alle auf die MAC-Schicht des Systems beziehen, bezieht sich dieser Aspekt auf die PHY-Schicht des Systems.
In 1 wird die Signalübertragung nur in einer Richtung angedeutet, eine Übertragung in der entgegengesetzten Richtung kann aber entsprechend durchgeführt werden. In diesem Fall führt die zweite Sende-/Empfangseinrichtung 2 alle oben für die erste Sende-/Empfangseinrichtung 1 beschriebenen Aufgaben durch und umgekehrt.
Im Fall von TDD kann die TDD-Zeitschlitzzuordnung zu den verschiedenen Übertragungsrichtungen des Systems zusätzlich zum Ausgleichen einfacher Modulationen verwendet werden. Beispielsweise werden im Fall von schlechten Wetterverhältnissen, die zum Erzielen eines guten Rauschabstands (S/N) eine einfachere Modulation benötigen, diesem Verkehr mehr Zeitschlitze zugeordnet, um eine ausreichende Kapazität aufrecht zu erhalten, falls zu diesem Zeitpunkt in der anderen Richtung nur geringe Kapazität benötigt wird. So wird eine adaptive Kapazitätsasymmetrie zwischen den entgegengesetzten Richtungen implementiert.
2 präsentiert schematisch detaillierter eine mögliche Implementierung einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangseinrichtung.
Die abgebildete Sende-/Empfangseinrichtung umfasst für ihre Funktion als Sendeeinheit eine erste MAC 31, einen FEC-Codierer 32, einen Modulator 33 und einen Sender TX 34. Ein Ausgang der MAC 31 ist über den FEC-Codierer 32 und den Modulator 33 mit einem Eingang des Senders 34 verbunden. Außerdem hat die MAC 31 einen direkten steuernden Zugang zu Steuereingängen des FEC-Codierers 32, des Modulators 33 und des Senders 34. Die MAC 31 ist darüber hinaus, gewöhnlich über einen Multiplexer, mit Schnittstellen von Netzelementen verbunden, von denen Signale über eine Mikrowellenfunkstrecke zu übertragen sind, wobei der Multiplexer, die Schnittstellen und die Netzelemente in 2 nicht gezeigt werden.
Die Sende-/Empfangseinrichtung umfasst für ihre Funktion als Empfangseinheit einen Empfänger RX 44, einen Demodulator 43, einen FEC-Decodierer 32 und eine zweite MAC 41. Ein Ausgang des Empfängers 44 ist über den Demodulator 43 und den FEC-Decodierer 32 mit einem Eingang der MAC 41 verbunden. Die MAC 41 hat des Weiteren einen steuernden Zugang zum Demodulator 43. Die MAC 41 ist darüber hinaus, vorzugsweise über einen Demultiplexer, mit Schnittstellen von Netzelementen verbunden, zu denen über eine Mikrowellenfunkstrecke empfangene Signale weiterzuleiten sind, wobei der Demultiplexer, die Schnittstellen und die Netzelemente in 2 nicht abgebildet sind.
Der Ausgang der Sende-/Empfangseinrichtung 34 und der Eingang des Empfängers 44 sind über einen Duplexer 35 mit einer stark bündelnden Richtantenne 40 verbunden. Die Antenne 40 stellt die Funkverbindung zum anderen Ende des Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems bereit, d.h. in 1 zur jeweiligen anderen Sende-/Empfangseinrichtung 2 oder 1.
Schließlich umfasst die Sende-/Empfangseinheit einen Mikroprozessor 45. Der Mikroprozessor 45 hat zum einen Zugang zur ersten MAC 31 und zum anderen Eingänge für Steuersignale von dem Empfänger 44, dem Demodulator 43 und dem FEC-Decodierer 42.
Zunächst wird die Empfangsfunktion der Sende-/Empfangseinrichtung von 2 erläutert.
Von der Sende-/Empfangseinheit des anderen Endes des Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems gesendete Mikrowellensignale werden von der Antenne 40 empfangen und an den Duplexer 35 angelegt. Der Duplexer 35, der zum Handhaben der zwei Signalisierungsrichtungen von und zu der Antenne 40 verwendet wird, leitet alle empfangenen Signale zum Empfänger 44 weiter. Der Empfänger 44 leitet die Signale über den Demodulator 43, der die Signale demoduliert, und den FEC-Decodierer 42, der die Signale decodiert, zu der MAC 41 weiter. Die MAC 41 leitet schließlich die Signale zu einem Demultiplexer (nicht abgebildet) weiter, der die verarbeiteten Signale demultiplext und sie an die jeweiligen Netzelemente weiterleitet, für die die Signale bestimmt sind. Die MAC 41 kann, muss aber nicht, dem Demodulator 43 Steuerinformationen zur Verfügung stellen, damit der Demodulator 43 wissen kann, welche Art von Signal er wahrscheinlich erhalten wird. Alternativ kann der Demodulator 43 so gestaltet sein, dass er Steuerinformationen für die Demodulation von einem Steuerkanal empfängt, der ein vorbestimmtes Modulationsschema nutzt, das vorzugsweise ein robustes Modulationsschema ist. Der Demodulator 43 kann dann stets die Informationen über die verwendete Modulation empfangen. So können die folgenden ankommenden modulierten Daten richtig empfangen werden, da das verwendete Modulationsschema bekannt ist.
Auf der Grundlage der jeweils empfangenen Signale stellen der Empfänger 44, der Demodulator 43 und der FEC-Decodierer 42 außerdem dem Mikroprozessor 45, der Intelligenz zum Handhaben der Informationen in empfangenen Steuersignalen umfasst, Steuersignale zur Verfügung.
Genauer sendet der Empfänger 44 Steuersignale mit Informationen über den Pegel des ankommenden Signals (RSL) empfangener Signale. Der Demodulator 43 sendet Steuersignale mit Informationen über die Signalgüte, zum Beispiel über den Rausch- und Störabstand S/(N + I). Der FEC-Decodierer 42 stellt Steuersignale mit Informationen über die Güte des ankommenden Signals bereit, zum Beispiel durch Berichten über die für das Signal benötigten Korrekturen.
Für die Sendefunktion der Sende-/Empfangseinrichtung kommen zu übertragende Signale an der MAC 31 an, möglicherweise über einen Multiplexer (nicht abgebildet), der von angeschlossenen Schnittstellen kommende Signale multiplext. Die MAC 31 leitet die empfangenen gemultiplexten Signale über den FEC-Codierer 32, der die Signale codiert, und den Modulator 33, der die Signale moduliert, zu dem Sender 34 weiter. Der Sender 34 sendet die empfangenen Signale mit einer ausgewählten Sendeleistung über den Duplexer 35 und die Antenne 40 zu dem anderen Ende des Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems.
Zum Anpassen der jeweiligen Übertragungen über die Mikrowellenfunkstrecke des erfindungsgemäßen Systems stellt der Mikroprozessor 45 der sendenden MAC 31 Informationen über die Güte des ankommenden Signals usw. zur Verfügung. Die MAC 31 ermittelt außerdem das aktuell abgehende Verkehrsaufkommen und klassifiziert die zu sendenden Pakete. Auf der Grundlage der ermittelten Informationen und der empfangenen Informationen steuert die MAC 31 den FEC-Codierer 32, den Modulator 33 und den Sender 34 über den jeweiligen Steuereingang, um die optimale Kombination der Einstellungen für zu sendende Signale zu erreichen, wie mit Bezug auf 1 erläutert wurde. Die MAC 31 steuert somit eine Anpassung der von dem FEC-Codierer 32 durchgeführten Codierung, des von dem Modulator 33 verwendeten Modulationsschemas und der von dem Sender 34 eingesetzten Sendeleistung.
Die in 2 dargestellte Sende-/Empfangseinrichtung passt die Übertragungen über die Funkstrecke auf der Basis von Signalgütemessungen an empfangenen Signalen an. Alternativ kann die Anpassung auf Signalgütemessungen basieren, die am anderen Ende der Funkstrecke durchgeführt werden. In diesem Fall können Informationen über die Signalgüte von Signalen, die am anderen Ende der Funkstrecke empfangen werden, in nachfolgende Signale eingeschlossen werden, die von diesem anderen Ende gesendet und über die Antenne 40 empfangen werden. Diese Informationen werden dann nach Demodulation und Decodierung aus den Signalen entnommen und an den Mikroprozessor 45 gesendet. Diese Rückkopplungsinformationen können in dem internen Steuerverkehrsteil der von der Empfangseinheit über die bidirektionale Strecke zur Sendeeinheit gesendeten Signale eingeschlossen sein.
Die Erfindung wurde zwar in der Anwendung auf eine bevorzugte Ausgestaltung beschrieben, es versteht sich aber, dass fachkundige Personen Verschiedenes in den Details der beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren auslassen, ersetzen oder ändern können. Außerdem ist ausdrücklich vorgesehen, dass einige der beschriebenen Merkmale und Schritte ausgelassen werden können. Darüber hinaus ist zu beachten, dass Strukturen und/oder Elemente und/oder Verfahrensschritte, die in Verbindung mit irgendeiner offengelegten Form oder Ausgestaltung der Erfindung gezeigt und/oder beschrieben werden, als eine allgemeine Frage der Gestaltungswahl in einer beliebigen anderen offengelegten oder beschriebenen oder vorgeschlagenen Form oder Ausgestaltung eingebunden sein können. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nur wie durch den Umfang der hieran angefügten Ansprüche gezeigt begrenzt ist.

Claims

Verfahren zum Übertragen von Signalen über eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke von einer Sendeeinheit (1, 2) zu einer Empfangseinheit (2, 1) eines Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems, wobei die genannten Signale Pakete umfassen und wobei die genannten Signale von der genannten Sendeeinheit (1, 2) zur Übertragung mit einer adaptiven Modulation in Echtzeit moduliert werden, wobei diese Modulation auf der Grundlage von die Ausbreitungsbedingungen auf der Funkstrecke bezeichnenden Signalgütemessungen angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die genannten Pakete der genannten Signale vor der Übertragung in Abhängigkeit von einem Netzelement, von dem die genannten Pakete an der genannten Sendeeinheit (1, 2) empfangen werden, und/oder in Abhängigkeit von einem Netzelement, an das die genannten Pakete von der genannten Empfangseinheit (2, 1) weiterzuleiten sind, klassifiziert werden; und – die genannte Modulation außerdem auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens und der Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem außerdem von der genannten Sendeeinheit (1, 2) eine adaptive Codierung auf die genannten Signale angewendet wird, wobei diese Codierung auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens, der genannten Signalgütemessungen und der genannten Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem außerdem von der genannten Sendeeinheit (1, 2) zum Senden von Signalen eine adaptive Sendeleistung eingesetzt wird, wobei diese Sendeleistung auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens, der genannten Signalgütemessungen und der genannten Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die genannte adaptive Sendeleistung auf null reduziert werden kann, wenn keine Pakete zu senden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Klassifizierung jedem Paket eine spezifische Priorität zuweist und bei dem Pakete je nach ihrer Priorität zwischengespeichert oder fallengelassen werden, wenn ein derartiges Zwischenspeichern oder Fallenlassen gemäß den genannten Signalgütemessungen notwendig ist, um eine erwünschte Signalgüte und/oder Bitrate für andere Pakete aufrecht zu erhalten, denen eine höhere Priorität zugeordnet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke unter Verwendung des FDD-Verfahrens (Frequency Division Duplex) bidirektional eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die genannte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke unter Verwendung von TDD-(Time Division Multiplex)-Zeitschlitzen für die Übertragung der genannten Signale bidirektional eingesetzt wird und bei dem eine TDD-Zeitschlitzzuordnung für jede Richtung auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens, der genannten Signalgütemessungen und der genannten Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Anpassungen auf dem genannten Verkehrsaufkommen, den genannten Signalgütemessungen und der genannten Klassifizierung von Paketen in dieser Prioritätsordnung basieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Signalgütemessungen wenigstens eines der Folgenden umfassen: einen Pegel des ankommenden Signals, eine auf Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) basierende Güteanzeige, eine Pseudofehlererkennung und einen Rausch- und Störabstand (signal to noise plus interference ratio) (C/(N + I)).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Signalgütemessungen von der genannten Empfangseinheit (2, 1) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Signale Nutzdatenpakete und/oder internen Steuerverkehr umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke für bidirektionale Übertragungen eingesetzt wird und bei dem die genannte Sendeeinheit (1, 2) über die genannte Funkstrecke Signale einschließlich internen Steuerverkehr von der genannten Empfangseinheit (2, 1) empfängt, wobei der interne Steuerverkehr Rückkopplungsinformationen über die Messung der Signalgüte an der genannten Empfangseinheit (2, 1) von über die genannte Funkstrecke von der genannten Sendeeinheit (1, 2) zu der genannten Empfangseinheit (2, 1) übertragenen Signalen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Signale Pakete von mehreren Netzschnittstellen (11, 12, ..., 1n; 21, 22, ..., 2m) umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem stets die gleiche Menge von Zeitschlitzen für eine bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke zur Verfügung steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Sendeeinheit (1, 2) einer Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke das genannte Verkehrsaufkommen, die genannten Signalgütemessungen und die genannte Klassifizierung von Paketen zum Steuern ihrer eigenen Übertragungen selbst auswertet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die genannte Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke bidirektional verwendet werden kann und bei dem ein Ende der genannten Funkstrecke das genannte Verkehrsaufkommen, die genannten Signalgütemessungen und die genannte Klassifizierung von Paketen zum Steuern der Übertragungen an beiden Enden der genannten Funkstrecke auswertet.
Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystem, umfassend zwei Einheiten (1, 2), zwischen denen Pakete aufweisende Signale wenigstens in einer Richtung über eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke zu übertragen sind, und Mittel (31, 33, 35, 40, 42–45) zum Modulieren der genannten Signale zur Übertragung mit einer adaptiven Modulation in Echtzeit, wobei die Modulation auf der Grundlage von für die Ausbreitungsbedingungen auf der Funkstrecke bezeichnenden Signalgütemessungen angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die genannten zwei Einheiten (1, 2) Mittel (31) umfassen zum Klassifizieren der genannten Pakete vor der Übertragung in Abhängigkeit von einem Netzelement, von dem die genannten Pakete an der genannten Sendeeinheit (1, 2) empfangen werden, und/oder in Abhängigkeit von einem Netzelement, an das die genannten Pakete von der genannten Empfangseinheit (2, 1) weiterzuleiten sind; und – die genannten Mittel (31, 33, 35, 40, 42–45) zum Modulieren der genannten Signale zur Übertragung dazu ausgebildet sind, die genannten Signale mit einer Modulation zu modulieren, die außerdem auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens und der Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Verarbeitungsmittel (31) für eine Sendeeinheit (1, 2) eines Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems, wobei die genannten Verarbeitungsmittel (31) Mittel (31) zum Ermitteln einer Modulation der genannten Signale zur Übertragung umfassen, wobei diese Modulation auf der Grundlage von die Ausbreitungsbedingungen auf der Funkstrecke bezeichnenden Signalgütemessungen ermittelt wird, und die genannten Verarbeitungsmittel (31) Mittel (31) zum Steuern von Modulationsmitteln der genannten Sendeeinheit (1, 2) umfassen, wobei diese Modulationsmittel dazu ausgebildet sind, die genannten Signale zur Übertragung mit einer adaptiven Modulation in Echtzeit gemäß einer ermittelten Modulation zu modulieren, dadurch gekennzeichnet, dass – die genannten Verarbeitungsmittel (31) ferner Mittel (31) umfassen zum Klassifizieren von Signalpaketen, die über eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke an eine Empfangseinheit (2, 1) des genannten Funksystems zu senden sind, vor der Übertragung in Abhängigkeit von einem Netzelement, von dem die genannten Pakete an der genannten Sendeeinheit (1, 2) empfangen werden, und/oder in Abhängigkeit von einem Netzelement, an das die genannten Pakete von der genannten Empfangseinheit (2, 1) weiterzuleiten sind; und – die genannten Mittel (31) zum Ermitteln einer Modulation der genannten Signale zur Übertragung dazu ausgebildet sind, die genannte Modulation außerdem auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens und der Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen zu ermitteln.
Sendeeinheit (1, 2) für ein Funksystem, umfassend Verarbeitungsmittel (31) nach Anspruch 18 und Mittel (34, 35, 40) zum Übertragen von Signalen über eine Funkstrecke zu einer Empfangseinheit (2, 1) des genannten Funksystems.
Sende-/Empfangseinrichtung (1, 2) für ein Funksystem, umfassend Verarbeitungsmittel (31) nach Anspruch 18 und Mittel (34, 35, 40) zum Übertragen von Signalen über eine Funkstrecke zu einer Empfangseinheit (2, 1) des genannten Funksystems.
Mittel zum Modulieren (31, 33) für eine Sendeeinheit (1, 2) eines Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunksystems, wobei die genannten Modulationsmittel (31, 33) Mittel (31) zum Modulieren von Signalen zur Übertragung über eine Punkt-zu-Punkt-Mikrowellenfunkstrecke mit einer adaptiven Modulation in Echtzeit umfassen, wobei diese Modulation auf der Grundlage von die Ausbreitungsbedingungen auf der Funkstrecke bezeichnenden Signalgütemessungen angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die Klassifizierung von einem Netzelement, von dem die genannten Pakete an der genannten Sendeeinheit (1, 2) empfangen werden, und/oder von einem Netzelement abhängt, an das die genannten Pakete von einer Empfangseinheit (2, 1) weiterzuleiten sind; und – die genannten Mittel (33) zum Modulieren der genannten Signale zur Übertragung dazu ausgebildet sind, die genannten Signale mit einer Modulation zu modulieren, die außerdem auf der Grundlage des aktuellen Verkehrsaufkommens und einer Klassifizierung von in den Signalen enthaltenen Paketen angepasst wird.
Mittel zum Modulieren (31, 33) nach Anspruch 21, ferner umfassend Mittel (31) zum Ermitteln der genannten Modulation der genannten Signale zur Übertragung.
Sendeeinheit (1, 2) für ein Funksystem, umfassend Mittel zum Modulieren (31) nach Anspruch 21 und Mittel (34, 35, 40) zum Übertragen von Signalen über eine Funkstrecke zu einer Empfangseinheit (2, 1) des genannten Funksystems.
Sende-/Empfangseinrichtung (1, 2) für ein Funksystem, umfassend Mittel zum Modulieren (31) nach Anspruch 21 und Mittel (34, 35, 40) zum Übertragen von Signalen über eine Funkstrecke zu einer Empfangseinheit (2, 1) des genannten Funksystems.