DE10039532B4

DE10039532B4 - Wechselseitige Steuerung von Funksystemen unterschiedlicher Standards im gleichen Frequenzband

Info

Publication number: DE10039532B4
Application number: DE10039532A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Walke; Stefan Mangold
Original assignee: Mangold Stefan Dipl-Ing
Current assignee: Mangold Stefan Dipl-Ing
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2000-08-08
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: EP1224771A2; DE10039532A1; US20020168979A1; WO2002013457A3; JP2004506381A; WO2002013457A2; US7016676B2

Abstract

Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren für ein Funksystem, bei dem eine Funkstation (S1) die Zeitpunkte des Zugriffs auf einen Funkkanal durch andere Funkstationen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben den durch einen Funkschnittstellenstandard (A) festgelegten Funktionen zu Zeitpunkten, zu denen Funkstationen gemäß diesem Standard (A) nicht übertragen und keine standardgemäße Information von der Funkstation (S1) erwarten, in einem anderen Funkschnittstellenstandard (B) beschriebene Funktionen ausführt, wobei die Funkstation (S1) die Dauer festlegt, während der gemäß dem anderen Standard (B) übertragen werden darf.

Description

Ein Funksystem zur drahtlosen Übertragung von Information darf nur standardgemäß Sendeleistungen benutzen. Die nationale Regulierungsbehörde bestimmt, auf welchen Frequenzen, mit welcher Sendeleistung, und nach welchem Funkschnittstellenstandard ein Funksystem übertragen darf.

Dabei ist für so genannte ISM-Frequenzbänder (Industrial Scientific Medical) vorgesehen, dass Funksysteme nach unterschiedlichen Funkschnittstellenstandards im gleichen Frequenzband übertragen. Ein Beispiel ist das US-amerikanische Funksystem IEEE 802.11a und das europäische ETSI BRAN Hiper-LAN/2. Beide Funksysteme übertragen in gleichen Frequenzbändern zwischen 5.15 GHz und 5.875 GHz mit annähernd dem gleichen Funkübertragungsverfahren, aber verschiedenen Übertragungsprotokollen.

Für den Fall einer Störung wurden Verfahren für ein aktives Ausweichen auf eine andere Frequenz innerhalb des erlaubten Frequenzbands, Sendeleistungsregelung und adaptive Codierung und Modulation zur Interferenzreduzierung standardisiert.

Funksysteme von BreitbandLANs der Funkschnittstellen-Standards ETSI BRAN HiperLAN/2 und IEEE 802.11a nutzen das gleiche Funkübertragungsverfahren, ein 64-Träger OFDM-Verfahren mit einer adaptiven Modulation und Codierung. Annähernd die gleichen Modulations- und Codierverfahren (Link Adaptation, LA) sind für beide Standards definiert.

Das Medienzugriffsverfahren (Medium Access Control, MAC) beider Systeme ist vollständig unterschiedlich. ETSI BRAN HiperLAN/2 verwendet ein zentral gesteuertes, reservierungsbasiertes Verfahren, bei dem eine Funkstation die Aufgabe einer zentralen, die Funkressourcen koordinierenden Instanz übernimmt. Diese zentrale Funkstation (Access Point, AP), die unter Umständen Zugangspunkt zum Weitverkehrsnetz ist, signalisiert periodisch alle 2ms die MAC-Rahmenstruktur je nach Bedarf von AP und den zugehörigen Stationen. 1 zeigt die Struktur des HiperLAN/2 MAC-Rahmens. Durch die zentrale Steuerung durch den AP, der den MAC-Rahmen periodisch erzeugt und dabei die Daten der Broadcast-Phase überträgt, ist die Dienstgüte (Paketverzögerung, Übertragungsrate usw.) einzelner Verbindungen individuell steuerbar.

Der IEEE 802.11a Standard beschreibt ein nicht reservierungsbasiertes CSMA/CA Verfahren (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance), bei dem alle Funkstationen das Medium abhören und voraussetzen, dass der Kanal für eine Mindestdauer (Short Inter Frame Space, SIFS) ungenutzt ist bevor bei Bedarf 802.11a-MAC-Frames, also Nutzdatenpakete, versendet werden. Das Verfahren ist gut für selbstorganisierende Ad-Hoc Netze geeignet, verlangt jedoch positive Quittierungen aller Pakete. Dienstgüte unterstützende Maßnahmen (Point Coordination Function, PCF) erlauben darüber hinaus die Unterstützung von Multimedia-Anwendungen. 2 zeigt beispielhaft den Zeitablauf beim Medienzugriff bei IEEE 802.11a. Demnach muss in einer Variante des Standards eine Station ein RTS Paket (Ready To Send) übertragen und auf ein CTS (Clear To Send) Paket der adressierten Station warten, bevor sie Nutzdaten übertragen darf. Alle anderen Stationen in Funkreichweite setzen eine Zeitüberwachung (Network Allocation Vector, NAV) und übertragen erst wieder, wenn die adressierte Station eine Bestätigung (Acknowledge, ACK) gesendet hat.

"Eine einfache und nicht wechselseitig koordinierte Aufteilung von Funkressourcen durch eine zentrale Instanz wird in den Dokumenten [4] und [5] beschreiben."

BreitbandLANs nach den Standards HiperLAN/2 und 802.11a werden in Zukunft im gleichen Frequenzband zwischen 5.15 und 5.825 GHz operieren. Die BreitbandLANs arbeiten zwar mit Sendeleis tungsregelung (Transmitter Power Control, TPC), adaptiven Funkübertragungsverfahren und der dynamischen Auswahl von Frequenzen (Dynamic Frequency Selection, DFS), um die wechselseitig störenden Einflüsse zu minimieren, diese Verfahren ermöglichen jedoch nicht die optimale Nutzung und Aufteilung der Funkkanäle auf die nach verschiedenen Standards übertragenden Stationen. Die Garantie der für Multimedia-Anwendungen nötigen Dienstgüte ist bei Störung durch eigene Stationen oder Stationen fremder Systeme nicht möglich. Bei wechselseitiger Störung arbeiten Systeme ineffizient und belegen selbst bei geringen Übertragungsraten einen Frequenzkanal.

Bei Systemen mit gleichen Funkübertragungsverfahren wie bei den beispielhaft erwähnten Funksystemen ist der standardübergreifende Austausch von impliziter bzw. auch expliziter Steuerinformationen bisher nicht vorgesehen. Dies zu ermöglichen ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Beim Betrieb von Funksystemen ist in Phasen, in denen standardgemäß keine Information von einer Funkstation gesendet oder empfangen wird, das zusätzliche Senden von Informationen gemäß eines anderen Funkschnittstellenstandards möglich, so dass der Zugriff auf den Funkkanal durch konkurrierende Funksysteme gesteuert werden kann. Dabei ist möglich, dass eine Funkstation (S1), die nach Funkschnittstellenstandard (A) operiert, zusätzlich bestimmte in einem fremden Funkschnittstellenstandard (B) beschriebene Funktionen ausführt, wobei durch Funkstation (S1) oder eine koordinierende Funkstation (S2), die nach Standard (A) überträgt, Beginn und Dauer der Phase, die gemäß Standard (B) von Station (S1) zur Übertragung benutzt werden darf, festgelegt werden. Je nach Funkschnittstellenstandard können Beginn und Dauer nur näherungsweise definiert werden, wobei Festlegungen der betroffenen Standards zeitweise oder regelmäßig verletzt werden. Station (S1) kann die Phase, während der sie nach Standard (B) überträgt, jederzeit beenden, ohne Rücksicht auf resultierende Störungen bei Stationen gemäß Standard (B).

Die Funkstation (S1) kann neben Funktionen nach Standard (B) auch Funktionen ausführen, die Funksysteme nach Standard (B) oder Funksysteme nach Standard (A) veranlassen, den Funkkanal als gestört zu interpretieren und einen anderen Funkkanal für den eigenen Betrieb belegen.

Die effiziente gemeinsame Nutzung eines Funkkanals durch unterschiedliche Funksysteme kann durch ein geeignetes Steuerungsprotokollverfahren erreicht werden. Ein solches Funkschnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren ermöglicht einer Station (S1) eines Funksystems nach Funkschnittstellenstandard (A) die Zeitpunkte des Zugriffs auf den Funkkanal durch andere Stationen zu steuern. Sie muss dafür neben den durch ihren eigenen Funkschnittstellenstandard (A) festgelegten Funktionen zu Zeitpunkten, zu denen Stationen gemäß Standard (A) nicht übertragen und keine standardgemäße Information von Station (S1) erwarten, in einem anderen Funkschnittstellenstandard (B) beschriebene Funktionen ausführen, wobei Station (S1) oder eine weitere Station (S2) die Dauer festlegt, während der Station (S1) gemäß Standard (B) übertragen darf.
Die Dauer des Betriebs nach Standard (B) muss nicht exakt, sondern kann auch nur näherungsweise festgelegt sein.
Die Station (S1) kann die Nutzung der Funkschnittstelle gemäß Standard (B) ohne Rücksicht auf resultierende Störungen bei Stationen, die gemäß Standard (B) übertragen, durch Übertragung gemäß Standard (A) beenden.
Die Funkstation (S1) kann neben Funktionen nach Standard (B) auch Funktionen ausführen, die Funksysteme nach Standard (B) oder Funksysteme nach Standard (A) veranlassen, den Funkkanal als gestört zu interpretieren und einen anderen Funkkanal für den eigenen Betrieb belegen.
Übertragen auf 1 und 2 bzw. die zugehörigen Standards bedeutet das, dass ein HiperLAN/2 AP bei teilweise nicht genutzter Downlink-, Uplink- und Direct Mode Phase darauf verzichten könnte, nutzlose (dummy) Information zu übertragen und 802.11-Systemen keine Gelegenheit zu geben, eine Zeitspanne SIFS lang einen ungenutzten Kanal zu beobachten und den Ablauf nach 2 zu beginnen. Der AP könnte die Kontrolle sehr bald zurückgewinnen, in dem die HiperLAN/2-Standard-gemäße Übertragung die Broadcast-Phase nicht unterdrückt, sondern gesendet wird.
Ebenso könnte die Funktion PCF des 802:11-Standards genutzt werden, um HiperLAN/2-Systemen zeitweise befristet (periodisch) den Funkkanal zur Verfügung zu stellen.
Die hier vorgeschlagene und am Beispiel der BreitbandLANs ETSI BRAN HiperLAN/2 und IEEE 802.11a diskutierte wechselseitige Steuerung von Funksystemen unterschiedlicher Standards kann in einer heterogenen Umgebung, in der verschiedene Funksysteme zur gleichen Zeit in unmittelbarer Nähe im gleichen Spektrum übertragen, eine dezentral gesteuerte Adaptivität bezüglich der in den jeweiligen Systemen verfügbaren Übertragungskapazität zur Bewältigung des jeweils aktuellen Verkehrsangebots, der geforderten Dienstgüte und der momentanen Nutzungsumgebung gewährleisten.
Bei der Anwendung der erfindungsgemäßen integrierten Steuerung können unterschiedliche Funksysteme kompatibel gemacht werden in dem Sinn, dass sie konstruktiv im gleichen Frequenzband koexistieren und dabei Dienste erbringen können, die eine hohe Dienstgüte verlangen. Das Funkspektrum wird deutlich effizienter genutzt, ohne Anwendung des neuen Verfahrens ist dies nur mit jeweils exklusiv verwendeten Funkkanälen möglich.
Literaturverzeichnis

[1] ETSI Broadband Radio Access Networks (BRAN); HIPERLAN Type 2; System Overview; ETSI TR 101 683, Oct. 1999.
[2] IEEE. International Standard [for] Information Technology-Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks-Specific Requirements-Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications," Reference number ISO/IEC 8802-11:1999(E) IEEE Std 802.11, 1999 edition. 1999.
[3] DE 199 46 540
[4] WO 99/23790 A1
[5] US 5 710 766 A

Claims

Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren für ein Funksystem, bei dem eine Funkstation (S1) die Zeitpunkte des Zugriffs auf einen Funkkanal durch andere Funkstationen steuert, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben den durch einen Funkschnittstellenstandard (A) festgelegten Funktionen zu Zeitpunkten, zu denen Funkstationen gemäß diesem Standard (A) nicht übertragen und keine standardgemäße Information von der Funkstation (S1) erwarten, in einem anderen Funkschnittstellenstandard (B) beschriebene Funktionen ausführt, wobei die Funkstation (S1) die Dauer festlegt, während der gemäß dem anderen Standard (B) übertragen werden darf.
Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Betriebs nach den Standards (A, B) nur näherungsweise festgelegt ist, wobei Festlegungen der betroffenen Standards zeitweise oder regelmäßig verletzt werden.
Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkstation (S1) die Nutzung der Funkschnittstelle gemäß dem anderen Standard (B) durch Übertragung gemäß dem einen Standard (A) beendet, ohne Rücksicht auf resultierende Störungen bei Funkstationen gemäß dem anderen Standard (B).
Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Dauer und Art der Steuerung der Funkschnittstelle gemäß dem anderen Standard (B) durch die Funkstation (S1) nicht durch die Funkstation (S1), sondern durch eine weitere Funkstation (S2) festgelegt und an die erstgenannte Funkstation (S1) übermittelt wird, die gemäß dem einen Standard (A) überträgt.
Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkstation (S1) neben Funktionen nach dem anderen Standard (B) auch Funktionen ausführt, die Funksysteme nach dem anderen Standard (B) veranlassen, den Funkkanal als gestört zu interpretieren und einen anderen Funkkanal für den eigenen Betrieb zu belegen.
Schnittstellen-Steuerungsprotokollverfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkstation (S1) auch Funktionen ausführt, die Funksysteme nach dem einen Standard (A) veranlassen, den Funkkanal als gestört zu interpretieren und einen anderen Funkkanal für den eigenen Betrieb zu belegen.