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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf das Anpassen einer Funkverbindung
an die Menge der zu übertragenden
Daten und die vorherrschende Funkverkehrsumgebung. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine solche Anpassung, die am Beginn
und während
der Funkverbindung stattfinden mag.
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Zellulare
Funksysteme der zweiten Generation, wie D-AMPS (Digital Advanced
Mobile Phone Service, digitaler fortgeschrittener Mobiltelefondienst),
GSM (Global System for Mobile communications, Globales System für Mobilkommunikation)
und PDC (Personal Digital Cellular) sind hauptsächlich für solche Telefonverbindungen
gedacht, die alle dieselbe Datenübertragungsrate
aufweisen. Zusätzlich
zu Telefonverbindungen werden in der Zukunft sehr viele unterschiedliche
Verbindungen über
die Funkschnittstelle hergestellt, wie Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Datenübertragungsverbindungen
und Videoverbindungen. Die erforderliche Datenübertragungsrate kann zwischen
den verschiedenen Verbindungen stark variieren, und sie kann sich
sogar während
der Kommunikation ändern.
Darüber
hinaus kann die Interferenz, die variabel in der Funkverbindung
auftritt, ein Kodieren auf verschiedenen Ebenen erfordern, um die
Information, die in der Verbindung befördert wird, an den Empfänger in
einer brauchbaren Form zu übertragen.
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In
Systemen, die auf TDMA (Mehrfachzugriff im Zeitmultiplex) basieren,
wird ein gegebener Zeitschlitz für
die Verwendung jeder einzelnen Verbindung zugewiesen, wobei der
Zeitschlitz Teil einer zyklisch wiederholten Rahmenstruktur bei
einer gegebenen Trägerfrequenz
ist. In Systemen, die auf CDMA (Mehrfachzugriff im Kodemultiplex)
basieren, ist die entsprechende Basiseinheit, die für die Verwendung
einer Verbindung zugewiesen wird, ein gegebener Teilungskode in
einer gegebenen Trägerwellenfrequenz.
In ihrer ursprünglichen
Form erlauben die zellularen Funksysteme der zweiten Generation
nicht die Zuweisung von mehr als einer Basiseinheit für eine Verbindung
zu einer Zeit, aber um die Verteilung der Datenübertragungskapazität flexibler zu
machen, wurden verschiedene Vorschläge gemacht, wie dass mehr Teilungskodes,
Rahmenzeitschlitze oder Trägerwellenfrequenzen
für eine
Verbindung hoher Kapazität
zugewiesen werden könnten.
Zusätzlich
zu leitungsvermittelten Telefonverbindungen wurden Verfahren und
Systeme für
das Schaffen einer paketvermittelten Datenkommunikation vorgeschlagen.
Ein paketvermittelte Verbindung kann leicht an Variationen der Menge
der übertragbaren
Daten angepasst werden, da die Anzahl der Pakete, die pro Zeiteinheit
zu übertragen
sind, von der Menge der Daten, die zu jedem Zeitpunkt zu übertragen
sind, und von der verfügbaren
Datenübertragungskapazität abhängt.
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Bei
der Funkkommunikation ist die Natur der Interferenz ein Schwund
oder Rauschen. Um diese Interferenz zu kompensieren, verwenden zellulare Funksysteme
im allgemeinen ein Einstellen der Sendeleistung, so dass die sendende
Vorrichtung durch ein Verfahren die niedrigst mögliche Leistung definiert,
bei der das Signal vom Sichtpunkt der empfangenden Vorrichtung ausreichend
stark erscheint. Für das
Kompensieren der Interferenz wird auch manchmal ein Frequenzspringen,
das ist eine schnelle Variation der Sende- und Empfangsfrequenzen,
verwendet. Um es dem Empfänger
zu ermöglichen,
das Signal trotz Interferenz korrekt zu interpretieren, kann der
Sender das Signal vor dem Senden verschachteln und kodieren.
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Alle
solche Maßnahmen,
die darauf abzielen, die Qualität
der Funkverbindung und die effektive Verwendung der Ressourcen zu
maximieren und zur selben Zeit den Leistungsverbrauch, der vom Senden
und Empfangen verursacht wird, zu minimieren, können zusammen als Anpassung
der Funkverbindung bezeichnet werden. In einem zellularen Funksystem
der dritten Generation wird die Rahmenstruktur der Funkschnittstelle
beträchtlich
komplexer als in aktuellen Systemen sein, wobei diese Tatsache die Anforderungen
an das Anpassen der Funkverbindung beträchtlich erhöhen. Als Beispiel einer Rahmenstruktur
der dritten Generation werde eine Rahmenstruktur studiert, die in
der finnischen Patenanmeldung Nr. 964,308 und der entsprechenden US-Patentanmeldung
Nr. 802,645, die am 19. Februar 1997 eingereicht wurde, eingeführt wurde.
Jeder Rahmen ist in eine vorbestimmte Anzahl von Zeitschlitzen aufgeteilt.
Jeder Zeitschlitz kann weiter entweder in kleinere Zeitschlitze
oder Abschnitte der Größe eines
Teilungskodes oder eines schmalen Frequenzbandes unterteilt werden.
Zeitschlitze und Teile von ihnen, die in irgend anderer Weise unterteilt wurden,
können
zusammen Schlitze genannt werden. Zeitschlitze können in Schlitze auf unterschiedliche
Arten aufgeteilt werden, so dass ein Rahmen Schlitze variierender
Größe enthalten
kann. Der Teil mit der kleinsten Datenübertragungskapazität, der im Rahmen
enthalten ist, wobei dieser Teil als ein Ganzes für die Verwendung
einer Datenübertragungsverbindung
zugewiesen werden kann, wird Ressourceeinheit genannt. In getrennten
Zellen kann die Rahmenstruktur in Schlitze verschiedener Größe durch mehrere
unterschiedliche Verfahren aufgeteilt werden.
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Die
Anforderungen, die an die Anpassung der Funkverbindung gestellt
werden, hängen
entweder von einer Zunahme oder Abnahme des Interferenzpegels oder
von Fluktuationen in der Menge der zu übertragenden Quellendaten ab.
Wenn der allgemeine Interferenzpegel durch andere gleichzeitige Funkübertragungen
ansteigt, oder wenn sich die Ausbreitungsbedingungen der Funkwellen
auf dem Pfad zwischen dem Sender und dem Empfänger ändern, wird die Qualität der Funkverbindung
schlechter. Durch das Anpassen der Funkverbindung wird versucht
die Qualität
der Funkverbindung über
einer gegebenen minimalen Grenze zu halten. Die Qualität der Verbindung
wird beispielsweise durch das Bitfehlerverhältnis (BER), das Rahmenfehlerverhältnis (FER),
die Datenübertragungsverzögerung und/oder die
Anzahl fehlerhaft empfangender Impulsfolgen im Verhältnis zur
Anzahl aller empfangenen Impulsfolgen beschrieben. Wenn die Menge
der Quellendaten mit der Zeit variiert, muss das Anpassen der Funkverbindung
auf eine Situation zielen, bei der alle Quellendaten zum Empfänger innerhalb
einer gegebenen maximalen Verzögerung übertragen
werden. Andererseits darf die Datenübertragungskapazität der Funkschnittstelle
nicht vergeblich für
irgend eine einzelne Verbindung reserviert werden, wenn die Menge der übertragenen
Daten erniedrigt wird.
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Vor
diesem Hintergrund versucht die vorliegende Erfindung ein Verfahren
und ein System einzuführen,
bei dem eine Funkverbindung in einem zellularen Funksystem der dritten
Generation an variierende Interferenzzustände und an variierende Mengen
der Quellendaten angepasst werden kann.
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"Adaptive Modulation/TDMA
scheme for large capacity personal multi-media communication systems", IEICE Transactions
on Communikations Band 77-B, Nr. 9, September 1994 beschreibt ein
adaptives Modulationsschema, um eine persönliche Multimedia-Kommunikation
hoher Kapazität
zu erzielen.
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Die
WO 97/13388 beschreibt ein System und ein Verfahren für das dynamische
Anpassen der Benutzerbitrate eines zellularen Kommunikationssystems
des Mehrfachzugriffs im Zeitmultiplex (TDMA), um eine optimale Sprachqualität über einem
breiten Bereich von Funkkanalzuständen zu erzielen. Das System überwacht
kontinuierlich die Funkkanalqualität sowohl auf der Aufwärtsverbindung
als auch der Abwärtsverbindung
und passt die Kombination der Sprachkodierung, der Kanalkodierung,
der Modulation und der Anzahl der zuweisbaren Zeitschlitze pro Verbindung
des Systems dynamisch an, um die Sprachqualität der gemessenen Zustände zu optimieren.
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Es
wird gemäß der Erfindung
ein Verfahren für
das Anpassen einer Funkverbindung an eine Umgebung, die sich über der
Funkverbindung ändert,
in einem zellularen Funksystem bereitgestellt, wo der Funkverkehr
zwischen einer Basisstation und Mobilstationen in einem Mehrfachzugriffsprinzip
gemäß einer
gegebenen Rahmenstruktur ausgebildet ist, wobei in diesem Verfahren
für eine
gegebene Funkverbindung zwischen einer sendenden Vorrichtung und einer
empfangenden Vorrichtung eine gegebene Datenübertragungskapazität in dieser
Rahmenstruktur reserviert wird, und wobei während der Verbindung die empfangende
Vorrichtung die Verbindungsqualität misst, und bei dem auf der
Basis der gemessenen Verbindungsqualität die Größe der Datenübertragungskapazität, die für diese
Verbindung in dieser Rahmenstruktur, verwendet wird, geändert wird,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die sendende
Vorrichtung die Menge der während der
Verbindung zu übertragenden
Daten misst, und auf der Basis der gemessenen zu übertragenden
Daten während
der Verbindung die Größe der Datenübertragungskapazität, die für diese
Verbindung in dieser Rahmenstruktur reserviert ist, geändert wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Mittel für das Anpassen einer Funkverbindung
an eine Umgebung, die sich über
der Funkverbindung in einem zellularen Funksystem ändert, bereitgestellt,
wobei der Funkverkehr zwischen einer Basisstation und Mobilstationen
auf einem Mehrfachzugriffsprinzip gemäß einer gegebenen Rahmenstruktur
ausgebildet ist, wobei für
eine gegebene Funkverbindung zwischen einer sendenden Vorrichtung
und einer empfangenden Vorrichtung eine gegebene Datenübertragungskapazität in dieser
Rahmenstruktur reserviert ist; und wobei die empfangende Vorrichtung
Mittel umfasst für
das Messen der Verbindungsqualität
während
der Verbindung, und Mittel umfasst, die ausgelegt sind, die Größe der Datenübertragungskapazität, die für diese
Verbindung in dieser Rahmenstruktur reserviert ist, auf der Basis der
gemessenen Verbindungsqualität
zu ändern;
dadurch gekennzeichnet, dass die sendende Vorrichtung Mittel für das Messen
der Menge der Daten, die während
der Verbindung zu übertragen
sind, umfasst, und sie Mittel für
das Ändern
der Größe der Datenübertragungskapazität, die für diese
Verbindung in dieser Rahmenstruktur reserviert ist, auf der Basis der
gemessenen Daten, die während
der Verbindung zu übertragen
sind, umfasst.
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Vorzugsweise
wird ein Verfahren und ein System bereit gestellt, das das Einstellen
der Sendeleistung und eine dynamische Variation der Datenübertragungskapazität, die für eine gegebene
Verbindung reserviert ist, kombiniert, wobei das letztere Merkmal
auf dem Messen der Verbindungsqualität basiert.
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Am
vorteilhaftesten ist es, wenn die Erfindung in einem zellularen
Funksystem der dritten Generation angewandt wird, wobei das Konzept "Träger" für das Beschreiben
der Verbindung zwischen der Basisstation und der Mobilstation verwendet wird.
Hier bedeutet Träger
die Einheit, die von allen solchen Faktoren gebildet wird, die die
Datenübertragung
zwischen der Basisstation und einer gegebenen Mobilstation beeinflusst.
Das Konzept Träger umfasst
unter anderem Datenübertragungsrate,
Verzögerung,
Bitfehlerverhältnis,
Fluktuationen in diesen mit gegebenen minimalen und maximalen Werten. Der
Träger
kann auch als ein Datenübertragungspfad verstanden
werden, der durch die kombinierte Wirkung von allen diesen Faktoren
geschaffen wird, diesem Pfad, der die Basisstation und eine gegebene Mobilstation
verbindet, durch welchen Pfad es möglich ist, nützliche
Daten, das heißt
Nutzlastinformation zu übertragen.
Ein Träger
verbindet immer nur eine Mobilstation mit der Basisstation. Mehrfunktions-Mobilstationen können gleichzeitig
mehrere Träger
aufrecht halten, die die Mobilstation mit einer oder mehreren Basisstationen
kombiniert.
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In
Verbindung mit dem Trägeraufbau
werden Werte für
gewisse Basisparameter ausgewählt,
und unter den Faktoren, die die Definition dieser Werte beeinflussen,
werde der Typ der sendenden und der empfangenden Vorrichtung und
ihre Fähigkeit,
verschiedene Betriebsarten zu verwenden, wie Datenübertragungsraten,
Modulationsverfahren verschiedener Grade und verschiedene Kodieranordnungen, ausgeführt. Unter den
Basisparametern seien beispielsweise die Kodierrate, der Kodiertyp,
die Modulationsordnung, die Verschachtelungstiefe, der Verschachtelungstyp,
der Impulsfolgentyp und über
allem die Größe des Schlitzes
(oder die Anzahl und Größe der Schlitze),
die in der verwendeten Rahmenstruktur für den in Frage stehenden Träger reserviert
sind, erwähnt.
Das Konzept "Impulsfolge
(burst)" bedeutet
die Menge von Daten, die in einem Schlitz der Rahmenstruktur übertragen
wird. Jeder Basisparameter kann mehrere mögliche Werte aufweisen, um
zu bewirken, dass jeder aufgebaute Träger so gut wie möglich auf
die Fähigkeiten
der sendenden und der empfangende Vorrichtung und auf die Datenübertragungsanforderung
im in Frage stehenden Moment reagiert. Andererseits kann die Vielzahl
der Basisparameterwerte auch eine Verwirrung und eine übermäßige Signalisierung
verursachen; um dies zu verhindern, kann man sich einigen, dass
nur einige Kombinationen der Basisparameterwerte erlaubt sind. Der
Trägeraufbau
findet statt, neben dem Beginn eines Gesprächs oder irgend einer anderen Kommunikation
auch in Verbindung mit dem Wechseln der Basisstation, das heißt bei der Übergabe.
Einige Basisparameterwerte können
auch zwischen der Basisstation und der Mobilstation, wenn sich die Mobilstation
im sogenannten Leerlaufmodus befindet, das heißt es liegt kein Gespräch oder
eine andere aktive Verbindung vor, übertragen werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung findet die Funkverbindungsanpassung statt, nachdem
der Trägeraufbau
ausgeführt
wurde, in einem etwas anderen Verfahren, in Abhängigkeit davon, ob man von
einer Echtzeitdatenübertragung (real-time,
RT) oder einer Nicht-Echtzeitdatenübertragung (non-real-time,
NRT) spricht. Eine Echtzeitdatenübertragung
wird oft als eine verzögerungskritische
Datenübertragung
bezeichnet, und für
einen RT-Träger
wird typischerweise in der Rahmenstruktur ein gegebener Schlitz
oder es werden gegebene Schlitze reserviert, die von Rahmen zu Rahmen
in gleicher Größe wiederholt
werden. Bei einem NRT-Träger
werden typischerweise Zeitschlitze von verschiedenen Rahmen zugeordnet
in Abhängigkeit davon,
wie viele nach den Reservierungen, die für die RT-Träger vorgenommen wurden, übrig sind;
es kann jedoch eine gegebene feste minimale Reservierung auch für einen
NRT-Träger
gemacht werden. Zusätzlich
zu diesem Unterschied RT/NRT kann die Funkverbindungsanpassung gemäß der bevorzugten Ausführungsform
auch in eine Modulations- und Übertragungsleistungseinstellung,
die auf der Basis der Verbindungsqualität oder Quellenquantität ausgeführt wird,
aufgeteilt werden.
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Es
werden angenommen, dass die Quellendatenmenge konstant ist. In der
Rahmenstruktur ist ein vorgegebener Schlitz oder sind vorgegebene Schlitze
für einen
vorgegebenen Träger
reserviert. Die Funkverbindungsanpassung, die auf der Verbindungsqualität basiert,
findet folgendermaßen
statt: wenn sich die Verbindungsqualität verschlechtert, wird mehr
Kapazität,
das heißt
ein größerer Schlitz oder
mehr Schlitze in der Rahmenstruktur für den in Frage stehenden Träger reserviert.
Um die erhaltene größere Datenübertragungskapazität zu verwenden, erhöht die sendende
Vorrichtung die Kodierrate, ändert
den Kodiertyp oder erniedrigt die Modulationsordnung (modulation
order), so dass in den zu übertragenden
Daten mehr Redundanz oder eine klarerer Modulation geschaffen wird,
auf deren Basis die empfangende Vorrichtung die Daten unabhängig von der
Interferenz leicht korrekt rekonstruieren kann. Entsprechend wird,
wenn die Verbindungsqualität ausgesprochen
gut ist, die Menge der Kapazität,
die für
den in Frage stehenden Träger
reserviert ist, in der Rahmenstruktur reduziert, so dass die sendende Vorrichtung
die Kodierrate erniedrigen, den Kodiertyp ändern oder die die Modulationsordnung
erhöhen kann,
um alle Daten, die übertragen
werden, in die reservierte Kapazität einzupassen. Nun sind die
Redundanz der übertragenen
Daten und die Klarheit der Modulation erniedrigt, aber wenn die
Verbindungsqualität
gut ist, so kann die empfangende Vorrichtung dennoch die Daten korrekt
rekonstruieren.
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In
jeder Zelle unterhält
die Basisstation Reservierungstabellen, die die Reservierungssituation sowohl
auf Abwärtsverbindungs-
als auch auf Aufwärtsverbindungsrahmen
anzeigen. Um die Reservierungssituation zu ändern, muss angenommen werden,
dass jede Zelle einen gegebenen definierten Mechanismus hat, mit
dem die Mobilstationen eine Zunahme oder Abnahme der Zahl und/oder
der Größe der Schlitze,
die für
einen gegebenen Träger
reserviert sind, anfordern kann, und mit der die Basisstation die
Mobilstationen über
die jeweiligen Änderungen,
die in der Reservierungssituation vorgenommen wurden, informieren
kann. Die vorliegende Erfindung beschränkt nicht die Verwirklichung
solcher Mechanismen; geeignete Mechanismen sind beispielsweise in
der oben erwähnten
finnischen Patentanmeldung Nr. 964,308 beschrieben.
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Die
Funkverbindungsanpassung findet auf der Basis der Verbindungsqualität statt,
was es erforderlich macht, dass die Verbindungsqualität durch eine
unzweideutige Funktion beschrieben werden kann. Das Messen der Verbindungsqualität im Empfänger kann
beispielsweise auf dem C/I-Verhältnis, das
ist das Träger-zu-Interferenz-Verhältnis, basieren,
wobei in diesem Fall die unzweideutige Funktion Q, die die Verbindungsqualität und ihre
Abhängigkeit vom
C/I-Verhältnis
beschreibt, beispielsweise durch die Formel Q = f(C/I) ausgedrückt werden
kann. Wenn die Signalübertragung
eine Verschachtelung verwendet, die die Bits, die in einer gegebenen
zu übertragenden
Datensequenz enthalten sind, in mehrere Bursts während einer gegebenen Verschachtelungsperiode
spreizt, so kann das C/I, das in der Formel als das Argument der
Funktion dargestellt ist, ein Vektor, das heißt eine Anzahl von Werten sein,
wobei jeder das detektierte Träger-zu-Interferenz-Verhältnis eines
einzigen Bursts, der zu einer gegebenen Verschachtelungsperiode
gehört,
beschreibt.
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Die
Erfindung wird unten detaillierter unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen,
die beispielhaft präsentiert
sind, und auf die angefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
einen Algorithmus gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
einen anderen Algorithmus gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
eine Wiederübertragung
als Teil des Verfahrens gemäß der Erfindung;
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4 zeigt
einige Leistungseinstellnachrichten in der Rahmenstruktur;
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5 zeigt
das Einstellen der Übertragungsleistung
als Teil des Verfahrens gemäß der Erfindung; und
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6 zeigt
ein Mobiltelefon, bei dem das Verfahren gemäß der Erfindung angewandt werden kann.
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Eine
Funkverbindungsanpassung, die sich auf einen gegebenen RT-Träger bezieht
und auf der Basis der Verbindungsqualität stattfindet, besteht am vorteilhaftesten
aus zwei Teilen. Der erste Teil ist ein Referenzalgorithmus, der
die gemessene Verbindungsqualität
(das ist der Wert der Funktion Q) mit Schwellwerten vergleicht,
und wenn notwendig auf der Basis dieses Vergleichs eine Anforderung
erzeugt, um die Größe und/oder
Anzahl der Schlitze, die für
den in Frage stehenden Träger
reserviert sind, zu erhöhen
oder zu erniedrigen. Der zweite Teil ist eine Einstellschleife,
die diese Schwellwerte aufrecht hält, und diese, wenn notwendig, ändert, so
dass die Anforderungen, die vom Referenzalgorithmus erzeugt werden,
sich in korrektem Verhältnis
zur Fähigkeit
des Empfängers,
die empfangenen Daten korrekt zu rekonstruieren, befinden. 1 ist
ein Flussdiagramm einer bevorzugten Anwendung des Referenzalgorithmus 100.
Im Schritt 101 prüft
der Empfänger,
nachdem er einen gegebenen Burst empfangen hat, ob er alle Bursts,
die zu einer Verschachtelungsperiode gehören, empfangen hat. Wenn nicht, so
empfängt
der Empfänger
einen weiteren Burst im Schritt 102 und kehrt zum Schritt 101 zurück. Wenn alle
Bursts, die zu einer Verschachtelungsperiode gehören, empfangen sind, geht der
Empfänger,
der den Algorithmus 100 ausführt, weiter zum Schritt 103,
wo er herausfindet, ob der Wert der Funktion Q, die die Verbindungsqualität beschreibt,
höher als
der Schwellwert Q_th ist, der die minimale Qualität beschreibt.
Wenn nicht, so wird für
den in Frage stehenden Träger
eine Anforderung erzeugt, um die Größe und/oder Anzahl der reservierten
Schlitze im Schritt 104 zu erhöhen. Im Schritt 105 wird
ein gegebener Zähler
C auf seinen positiven maximalen Wert C_max gesetzt, wonach der
Schritt 101 wieder aufgenommen wird, um den nächsten Burst
zu empfangen.
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Der
Schwellwert Q_th, der den minimalen Wert beschreibt, ist auch der
Zielwert: der Wert der Funktion Q, die die Verbindungsqualität beschreibt, sollte
so nahe wie möglich
auf den Wert Q_th fallen, aber so dass Q > Q_th ist. Dies ergibt sich daraus, dass
ein Wert der Funktion Q, der merklich höher als Q_th ist, bedeutet,
dass ein unnötig
großer
Teil der Kapazität
in der Rahmenstruktur für
den in Frage stehenden Träger
reserviert ist. Wenn im Schritt 103 beobachtet wird, dass
der Wert der Funktion Q höher als
Q_th ist, so wird zum Schritt 106 gegangen, wo der Empfänger schätzt, was
der Wert der Funktion Q sein würde,
wenn die Kapazität,
die für
den Träger
reserviert ist, um eine Ressourceneinheit reduziert wird. Der Wert,
der mittels der Schätzung
erhalten wird, kann mit dem Symbol Q_less bezeichnet werden. Wir
werden unten einige vorteilhafte Verfahren für das Ausbilden der Schätzung Q_less
beschreiben. Im Schritt 107 wird studiert, ob Q_less höher als der
Wert Q_th ist, der den minimalen Pegel und Zielpegel beschreibt.
Wenn nicht, so geht man zum Schritt 105 und über diesen
zum Anfangsschritt 101. Wenn das Ergebnis des Vergleichs,
der im Schritt 107 ausgeführt wird, positiv ist, wird
der Wert des Zählers
C um eins im Schritt 108 reduziert, und im Schritt 109 wird
detektiert, ob der Wert des Zählers
C null erreicht hat. Der Wert des Zählers C beschreibt, wie viele "zu gute" Werte der Funktion
Q noch gemessen werden sollten, bevor es profitabel ist, die Kapazität, die für den Träger reserviert
ist, zu erniedrigen. Wenn im Schritt 109 detektiert wird,
dass der Wert des Zählers
C null erreicht hat, wird gemäß dem Schritt 110 eine
Anforderung für
den in Frage stehenden Träger
erzeugt, um die Größe und/oder
Zahl der Schlitze, die für
den Träger
reserviert sind, zu erniedrigen, und über den Schritt 105 geht
man wieder zum Schritt 101. Wenn jedoch im Schritt 109 herausgefunden
wird, dass der Wert des Zählers
C höher
als null ist, so geht man direkt zum Schritt 101.
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Der
in 1 dargestellte Algorithmus erniedrigt die reservierte
Kapazität
nur, wenn eine gewisse Zahl, die dem höchsten Wert C_max des Zählers C entspricht,
von "zu guten" Werten der Funktion
Q sukzessiv gemessen wird. In einer alternativen Ausführungsform
kann statt des vorgeschlagenen Zählers
C ein Zustand festgelegt werden, gemäß dem die reservierte Kapazität reduziert
wird, wenn unter N ausgeführten
Messzyklen in M Zyklen detektiert wird, dass die Schätzung Q_less
höher als
der Wert Q_th ist, der den Zielpegel beschreibt, wobei N und M positive
ganze Zahlen sind und N > M
ist. Somit ist es nicht erforderlich, dass solche Werte der Schätzung Q_less,
die höher
als der Zielpegel Q_th sind, mittels der aufeinanderfolgenden Messzyklen
speziell erhalten werden.
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Die
Schätzung
Q_less kann auf unterschiedlichen Wegen ausgebildet werden. In einem
bevorzugten Beispiel wird im Empfänger im Vorhinein eine Tabelle
aufgezeichnet, die die Korrespondenz zwischen gemessenen C/I-Werten
und dem Wert der Funktion Q beschreibt. Nun kann der Empfänger im Schritt 106 den
Wert des Träger-zu-Interferenz-Verhältnisses,
der einen Burst aus dem Vektor C/I beschreibt, der im Schritt 103 zuletzt
verwendet wurde, als Argument der Funktion Q = f(C/I) lassen und
den Wert Q_less mittels der Tabelle definieren. Eine andere Alternative
ist die, dass der Empfänger
einen empfangenen Burst vollständig
undemoduliert und undekodiert lässt
und den Wert der Funktion Q nur auf der Basis anderer Bursts, die
zur Verschachtelungsperiode gehören,
berechnet. Wenn es im Schritt 103 des Algorithmus 100 zusätzlich zu
einem einfachen Größenvergleich
möglich
ist, zu detektieren, wie viel größer als
der Schwellwert Q_th der gemessene Wert Q ist, dann ist es in entsprechender
Weise möglich,
im Schritt 106 eine Schätzung
Q_less für
einen Fall zu berechnen, bei dem die reservierte Kapazität nur um
eine Ressourceneinheit reduziert würde (wenn beobachtet wurde,
dass Q nur ein bisschen größer als
Q_less ist) oder für
einen Fall, bei dem die reservierte Kapazität um mehrere Einheiten reduziert würde (wenn
beobachtet wurde, dass Q beträchtlich größer als
Q_less ist). Ebenso kann es vom Schritt 103 eine Verbindung
zum Schritt 108 geben, so dass wenn Q viel größer als
Q_less ist, der Wert des Zählers
C im Schritt 108 um mehr als eins reduziert wird.
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Der
in 1 dargestellte Algorithmus kann auch auf andere
Arten modifiziert werden, ohne vom Umfang der neuen Idee der vorliegenden
Erfindung abzuweichen. Statt des Schritts 104 kann beispielsweise
eine andere Zählerschleife
wie die Schritte 108, 109 und 110 angeordnet
sein, die eine Anforderung erzeugt, die eine Erhöhung der Kapazität nur dann
fordert, wenn der Wert der Funktion Q K-mal aufeinanderfolgend niedriger
als der Schwellwert Q_th ist, wobei K eine positive ganze Zahl ist.
In einem alternativen Beispiel eines solchen Zählers ist es auch möglich, statt
der sukzessiven Werte der Funktion Q, die niedriger als Q_th sind,
zu beobachten, ob in N ausgeführten
Messungen mindestens M zu schlechte Werte der Funktion Q auftauchen.
Sowohl der Schritt 104 in 1 als auch
die beschriebene Schleife können
natürlich
mit allen Modifikationen versehen werden, die oben beschrieben wurden, unter
Bezug auf die Tatsache, dass es im Schritt 103 möglich ist,
zusätzlich
zu einem einfachen Größenvergleich
auch die Größe der Differenz
der Werte Q und Q_th zu detektieren. Die Tatsache ist, dass wenn die
detektieree Qualität
der Verbindung merklich schlechter als der Zielpegel ist, eine zusätzliche
Kapazität schnell
genug erhalten werden muss, um eine Unterbrechung der Übertragung
wegen schlechter Qualität
zu vermeiden. Eine Anforderung nach einem Erhöhen der Kapazität, die im
Schritt 104 ausgebildet wird, kann Information darüber enthalten,
wie viele Ressourceneinheiten die angenommene Menge der geforderten
zusätzlichen
Kapazität
enthält.
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Der
in 1 dargestellte Algorithmus 100 wird vorteilhafterweise
parametrisiert, so dass die Werte Q_th und C_max als auch mögliche andere entsprechende
Schwellwert- und Grenzwerte nicht fest sind, sondern sie beispielsweise
auf der Basis einer Messung der Verkehrssituation, die von der Basisstation
ausgeführt
wird, auf der Basis eines Bitfehlerverhältnisses oder einer Rahmenfehlerverhältnismessung,
die von der Basisstation oder einer Mobilstation ausgeführt wird,
oder auf der Basis einer manuellen Einstellung, die von einem Operator
vorgenommen wird, modifiziert werden können. Wenn beispielsweise die
Verkehrssituationsmessung, die von der Basisstation ausgeführt wird,
zeigt, dass die Basisstation überlastet
ist und nicht auf alle Anforderungen, eine Verbindung zu errichten,
antworten kann, so kann die Basisstation anweisen, dass ihre Zelle
einen Wert Q_th und/oder C_max verwendet, der niedriger als vorher
ist, so dass in Bezug auf aktive Träger eine schlechtere Verbindungsqualität akzeptiert
wird, und Kapazität
für die
Verwendung neuer Träger,
die aufzubauen sind, freigegeben wird. Eine andere Alternative ist
die, dass in Bezug auf jeden Träger
während
eines Intervalls, das länger
als eine Verschachtelungsperiode ist, detektiert wird, wie viele
Bitfehler beim Empfang auftreten; somit würde eine hohe oder steigende
Rate von Bitfehlern den Wert Q_th und oder den Wert C_max erhöhen, und
entsprechend würde
eine niedrige oder abnehmende Rate von Bitfehlern den Wert Q_th
und/oder C_max erniedrigen. Die Messung der Fehler, Verzögerungen
oder anderer Faktoren, die die Verbindung verschlechtern und die
sich ergebende Optimierung der Werte von Q_th und/oder C_max kann
auch in einer definierten Mobilstationsgruppe konzentriert werden,
die alle Mobilstationen enthält,
die unter einer gegebenen Basisstation funktionieren oder nur einen
Teil davon. Wenn die Werte von Q_th und/oder C_max auf der Systemebene
optimiert sind, können
die Messungen sogar innerhalb des Bereichs mehrerer Basisstationen ausgeführt werden.
Bei Messungen, die in einer großen
Gruppe ausgeführt
werden, werden sogar seltene Fehler besser erkannt. Ein Algorithmus,
der versucht die Werte Q_th und C_max und mögliche andere parametrisierte
Schwellwert- und Grenzwerte optimal zu halten, wird oben als Einstellschleife
bezeichnet.
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Im
Schritt 101 der 1 wird die Berechnung des Werts
der Funktion Q gestartet, die auf die Anpassung der Funkverbindung
zielt, nach dem Ende jeder Verschachtelungsperiode. Durch das Setzen
des Werts C_max in ausreichender Höhe (typischerweise 10 – 100) ist
es jedoch möglich,
zu gewährleisten,
dass die Funkverbindungsanpassung keine übermäßige Signalisierung zwischen
der Mobilstation und der Basisstation verursacht. Wenn notwendig,
ist es natürlich
möglich,
beim Schritt 101 eine Grenze festzulegen, wobei gemäß dieser
Grenze der Wert der Funktion Q in längeren Intervallen, beispielweise
nur nach jeder fünften
Verschachtelungsperiode, berechnet wird. Dies verlangsamt jedoch
die Reaktion auf einen plötzlichen
Abfall der Verbindungsqualität.
Wenn der in Frage stehende Träger
beispielsweise eine Pause durch eine diskontinuierliche Übertragung
DTX aufweist, kann der Algorithmus 100 so angewandt werden,
dass während
der Pause einer der Kanäle,
der der gesamten Zelle gemeinsam ist oder eine andere Übertragung
beobachtet wird, und auf dieser Basis der Wert Q in Schritt 103 geschätzt wird.
Somit ist es möglich,
zumindest die Zunahme des allgemeinen Interferenzpegels zu berücksichtigen,
und die Anpassung der Funkverbindung wird nicht unterbrochen, sogar
dann wenn der in Frage stehende Träger eine Pause hat. Die Möglichkeit, ein
kürzeres
oder längeres
Intervall zwischen aufeinander folgenden Berechnungen der Funktion
Q zu haben, ermöglicht
es, dass die Erfindung auf verschiedene zellulare Funksysteme angewandt wird, da
es in jedem System eine unterschiedliche Menge von Kapazität, die für die entsprechenden
Berechnungen verfügbar
ist, geben kann. Ein geeignetes Gebiet der Anwendung der Erfindung
ist ein WB-TDMA-Schema (Wide Band Time Division Multiple Acces,
Breiband-Mehrfachzugriff im Zeitmultiplex), wie dasjenige, das für das UMTS-System
(Universal Mobile Telecommunications System), das das bekannte GSM-System
in der Zukunft ersetzen soll, gewählt ist.
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Es
werde als nächstes
eine Funkverbindungsanpassung in Bezug auf eine Echtzeitdatenübertragung
und auf der Basis der Menge der Quellendaten, die Echtzeit-Vorwärtsverbindungsanpassung, RT
FLA genannt wird, betrachtet. Im einfachsten Fall werden auf der
Basis der Quellendatenmenge andere Basisparameter des Trägers als
die Größe und/oder
die Anzahl der Schlitze, die in der Rahmenstruktur reserviert sind,
nicht geändert.
Dies erfordert jedoch, dass Änderungen,
die in der Menge der Quellendaten stattfinden, in der Größe exakt
so sind, dass sie durch das Erhöhen
oder Reduzieren einer gestatteten Anzahl von Schlitzen kompensiert werden
können.
Es ist wahrscheinlicher, dass sich die Menge der Quellendaten in
nahezu zufälligen Schritten ändert, so
dass es zusätzlich
zu den Basisparametern des Trägers
notwendig ist, die Kodierrate, den Kodiertyp und/oder die Modulationsordnung
zu ändern.
In jeder Reservierungsanforderung der Schlitze der Rahmenstruktur
wird angekündigt, wie
viele Ressourceneinheiten der Schlitze die minimale Reservierung
für den
in Frage stehenden Träger
darstellen würden,
wenn man annimmt, dass die Kodierung und die Modulation unverändert erscheinen.
Die Schlitzreservierungsanforderung kann statt der Zahl der Ressourceneinheiten
auch eine allgemeinere Anzeige im Hinblick auf die zu übertragenden
Daten enthalten, wobei in diesem Fall der Algorithmus, der die Rahmenstruktur
aufrecht hält,
die benötigte
Kapazität
interpretiert und Schlitze für
in Frage stehende Verbindung gemäß dem freien
Raum, der in der Rahmenstruktur gelassen wurde (beispielsweise einige
wenige größere Schlitze
oder mehrere kleinere Schlitze) reserviert. Wenn als Konsequenz
der Reservierungsanforderung die Zellen, die für den in Frage stehenden Träger reserviert
sind, zusätzlichen
Platz enthalten, so kann dieser mit einer Wiederholung oder einem
anderen Verfahren, das die Redundanz erhöht, gefüllt werden. Wenn andererseits
zu wenig Platz vorhanden ist, müssen
die zu übertragenden
Daten punktiert werden, um sie in den für sie reservierten Platz einzupassen.
Es ist am profitabelsten, die Wiederholungs- und Punktieroperationen
so auszuführen,
dass ihre Einfluss gleichmäßig auf
alle Schlitze, die für
den in Frage stehenden Träger
reserviert sind, verteilt wird.
-
Ein
Funkverbindungsanpassungsalgorithmus, der in der sendenden Vorrichtung
funktioniert und auf der Menge der Quellendaten basiert, kann beispielsweise
in der Art betrieben werden, die in 2 beschrieben
ist. Im Schritt 201 empfängt die Protokollebene oder
die Sendevorrichtung, die den Funkverbindungsanpassungsalgorithmus
enthält, Daten
von einer gegebenen höheren
Protokollebene. Im Schritt 202 wird die Menge der Quellendaten,
die von der höheren
Protokollordnung übertragen
werden, untersucht. Am vorteilhaftesten ist es, wenn diese immer
dann ausgeführt
wird, wenn die Zeit, die vor dem Senden der nächsten PDU (Protokolldateneinheit)
gelassen wird, gleich der Zeit ist, die es wahrscheinlich vom Senden
der Anforderung für
das Reservieren neuer Schlitze bis zum Empfangen der Bestätigung der
reservierten neuen Schlitze, erhöht
um eine gegebene Verzögerungsgröße, braucht.
Wenn die Menge der neuen Daten so groß ist, dass sie nicht in die
Schlitze passen, die bisher in der Rahmenstruktur reserviert sind,
sendet der Algorithmus gemäß Schritt 203 eine
Anforderung für
das Reservieren neuer Kapazität
für eine "extra" Menge von Daten.
Wenn beobachtet wird, dass die Menge der neuen Daten beträchtlich
kleiner ist als das, was in die bisher reservierten Rahmenschlitze
passt, sendet der Algorithmus gemäß Schritt 205 eine
Anforderung für
das Freigeben von Kapazität.
Im letzteren Fall kann eine Verzögerung,
die durch einen gegebenen Zähler
verwirklicht wird, in ähnlicher
Weise wie beim Zähler
C im Algorithmus 100 der 1 oder durch die
Verwendung eines alternativen Zustands des Typs "M aus N", der oben beschrieben wurde, angewandt
werden.
-
In
der sendenden Vorrichtung kann die Protokollebene, die den Funkverbindungsalgorithmus verwirklicht,
regelmäßig die
Quellendaten von der höheren
Protokollebene so spät
empfangen, dass sie keine Zeit hat, die Anforderung für das Reservieren zusätzlicher
Kapazität
zu senden, bevor die Daten schon weiter übertragen werden müssen. Nun
ist es möglich,
den RT FLA Algorithmus 200, der in 2 dargestellt
ist, zu verwenden. Wir können
jedoch ein Beispiel der Erfindung vorschlagen, bei dem, während die
Menge der Quellendaten fluktuiert, für den Träger permanent ein gegebener
Teil der zusätzlichen
Kapazität
in der Rahmenstruktur reserviert ist. So lange wie die Menge der
Quellendaten sich nicht ändert,
füllt die
sendende Vorrichtung die zusätzliche Kapazität unter
Verwendung einer Wiederholung oder eines anderen solchen Verfahrens,
das die Redundanz in den zu übertragenden
Daten erhöht. Wenn
die Menge der zu übertragenden
Daten zunimmt, wird die Wiederholung oder ein anderes solches Verfahren
für das
Erhöhen
der Redundanz entsprechend erniedrigt. Wenn andererseits die Menge der
Quellendaten abnimmt, wird die Wiederholung oder ein anderes solches
Verfahren für
das Erhöhen der
Redundanz jeweils erhöht.
-
Dies
wird vorteilhafterweise mit einem Funkverbindungsanpassungsalgorithmus 100 gemäß 1 kombiniert,
der in der empfangenden Vorrichtung ausgeführt wird, wobei dieser Algorithmus
auf der Verbindungsqualität
basiert. Nun wird für
einen Träger
mit einer Menge der Quellendaten, die sich ändern kann, ein etwas höherer Schwellwert
Q_th als für
einen Träger,
dessen Menge der Quellendaten konstant bleibt, festgelegt, und der
dasselbe Ziel im Hinblick auf das Bitfehlerverhältnis und die maximale Verzögerung aufweist.
Wenn nun die Menge der Quellendaten zunimmt, wird eine zusätzliche
Wiederholung oder eine andere Kodierung vermindert, was man daran
sieht, dass der Q-Wert, der im Empfänger berechnet wird, abnimmt.
Dies kann wiederum ein Verfahren gemäß dem Algorithmus 100 für das Reservieren
zusätzlicher
Kapazität
auslösen.
Wenn andererseits die Menge der Quellendaten abnimmt, so macht eine
zusätzliche
Wiederholung oder eine andere Kodierung den Wert Q, der vom Empfänger berechnet
wird, sogar höher,
was wiederum ein Verfahren gemäß dem Algorithmus 100 für das Reduzieren der
zusätzlich
reservierten Kapazität
auslöst.
Somit muss die sendende Vorrichtung keine Anforderung für das Ändern der
reservierten Kapazität
senden, sondern die Funkverbindungsanpassung findet auf der Basis
der Verbindungsqualitätsmessungen
statt, die von der empfangenden Vorrichtung ausgeführt werden.
-
Als
nächstes
sollten wir die Anpassung einer Funkverbindung, die mit einer Nicht-Echtzeit-Datenübertragung
verbunden ist, unter Bezug auf 3 erläutern. Bei
einer Nicht-Echtzeit-Datenübertragung sind Änderungen
in den Quellendaten nicht so signifikant wie bei einer Echtzeit-Datenübertragung.
Für die Übertragung
werden die Quellendaten gemäß dem Schritt 301 einer
Kanalkodierung und einer Verschachtelung unterworfen, so dass eine
gegebene Datensequenz für
die Dauer einer relativ kurzen Periode (gewöhnlicherweise 2 bis 8 Bursts;
in 3 vier Bursts) verschachtelt wird, und so dass
diese Datensequenz vollständig
dekodiert werden kann, bevor alle Bursts, die zu dieser Verschachtelungsperiode gehören, empfangen
werden. Die Übertragung
von Bursts ist in den Schritten 302, 303, 304 und 305 angegeben.
Die empfangende Vorrichtung versucht in den Schritten 306, 307, 308 und 309 diese
Datensequenz nach jedem empfangenen Burst zu dekodieren und sendet
zusammen mit der Bestätigung
eine Nachricht über
den Erfolg (positiv) oder das Misslingen (negativ) der Dekodierung
für die
sendende Vorrichtung. Die sendende Vorrichtung sendet den nächsten Burst,
der mit dieser Datensequenz verbunden ist, nur wenn die empfangende
Vorrichtung bis dahin die Datensequenz nicht korrekt dekodiert hat.
Wenn alle Bursts übertragen
wurden, aber die Dekodierung dennoch nicht erfolgreich ist, folgt
eine Wiederübertragung
vom ARQ-Typ (Automatic Repeat reQuest). Die empfangende Vorrichtung
studiert im Schritt 309, welcher der Bursts, den sie übertragen
hat, der schlechteste in der Qualität war, und fordert die sendende
Vorrichtung auf, diesen Burst gemäß dem Schritt 310 erneut
zu übertragen.
Um die Demodulation zu verbessern, werden der ursprüngliche
Burst und seine wieder übertragene
Kopie im Schritt 311 durch das Verwenden eines bekannten Verfahrens
des Diversity-Typs kombiniert, wobei durch Multiplikation und Addition
ein Ergebnis erhalten wird, das dem Burst entspricht, der das Ziel
der Wiederübertragung
war, wobei das Ergebnis die höchste
Korrelation zwischen dem ursprünglichen Burst
und seiner erneut übertragenen
Kopie darstellt. Die Ankündigung
und die Wiederübertragung
des schlechtesten Bursts setzen sich fort, bis die Dekodierung gelingt
oder bis ein gegebener Zeitgeber der Wiederübertragung weitere Versuche
einer erneuten Übertragung
verhindert (in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Bei
einer Nicht-Echtzeit-Datenübertragung findet
die Funkverbindungsanpassung durch die oben beschriebene Kodier- und Verschachtelungsfunktion
als auch durch eine Wiederübertragung statt.
Wenn die Datensequenz, das ist ein Paket, das zu einer Zeit zu übertragen
ist, in vier Bursts aufgeteilt wird, wenn es mit einer Rate 1/2
faltungskodiert wird, so ist es für den Empfänger nach dem Empfang zweier
Bursts am besten dekodierbar. Wenn keine Notwendigkeit besteht,
die zwei verbleibenden Bursts zu übertragen, so wurde die zu übertragende Datensequenz
praktisch unkodiert, das ist mit der verwirklichten Kodierrate 1/1, übertragen,
und es besteht keine Notwendigkeit, Kapazität in der Rahmenstruktur für die zwei
verbleibenden Bursts zu reservieren. Wenn der Sender eine dritten
Burst senden muss, wird die verwirklichte Kodierrate 3/4 sein und
auch ein vierter Burst 1/2. Wenn die Dekodierung immer noch nicht
erfolgreich ist, überträgt die sendende
Vorrichtung die schlechtesten Bursts erneut. Wenn sie mit einem
früheren
Burst Diversitäts-kombiniert
wird, und die Verschachtelung, die darin enthalten ist, nicht aufgelöst ist,
so beträgt
die verwirklichte Kodierrate grob 2/5. Das Verfahren wird in dieser
Weise fortgesetzt, und die verwirklichte Kodierrate nimmt die ganze
Zeit ab, bis in einer gewissen Stufe die Dekodierung erfolgreich
ist oder eine vorgegebene Zeitgrenze der Wiederübertragung weitere erneute Übertragungen
verhindert. Dieses Verfahren erfüllt
die Funkverbindungsanpassungseigenschaften, da die Rate der verwirklichten
Kodierung und die Kapazität,
die auf ihrer Basis verfügbar
ist, vom Auftreten einer Funkfrequenzinterferenz abhängt, und für alle Daten
nur eine notwendige Größe der Kapazität in der
Rahmenstruktur reserviert wird.
-
Zusätzlich zum
oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, in Verbindung mit einer
Nicht-Echtzeit-Datenübertragung
ein Verfahren zu verwenden, das auf dem Ändern der Modulation basiert.
Gleichzeitig mit dem Ändern
der Modulation ist es vorteilhaft, die Verschachtelungstiefe zu ändern, um
eine Neukodierung der schon kodierten Datensequenzen, die im Übertragungspuffer
enthalten sind, zu vermeiden. Wenn beispielsweise zuerst eine Modulation niedrigerer
Ordnung und eine Verschachtelungstiefe 4 verwendet wird, so kann,
wenn man sich zu einer Modulation höherer Ordnung bewegt, die Verschachtelungstiefe
auf 2 fallen gelassen werden. Entsprechend kann, wenn man sich von
einer Modulation höherer
Ordnung zu einer Modulation niedrigerer Ordnung bewegt, die Verschachtelungstiefe
erhöht
werden. Die Entscheidung für
das Ändern
der Modulationsordnung basiert am vorteilhaftesten auf der Tatsache,
dass das gemessene C/I-Verhältnis
oder der Wert der Funktion Q, die davon abhängt und die Verbindungsqualität beschreibt,
mit gegebenen Schwellwerten verglichen wird, und wenn das C/I-Verhältnis oder
der Wert der Funktion Q in Relation zu diesen Schwellwerten hoch
ist, eine Modulation hoher Ordnung angenommen wird; entsprechend
mit einem niedrigen C/I-Verhältnis
oder einem niedrigen Wert der Funktion Q eine Modulation niedriger
Ordnung angenommen wird. Als Beispiele von Modulationsverfahren
niedrigerer Ordnung und höherer
Ordnung seien BPSK (Binary Phase Shift Keying, Binär-Phasen-Verschiebungs-Verschlüsselung)
und QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, Quadratur-Phasen-Verschiebungs-Verschlüsselung)
genannt. Durch das Anwenden eines Modulationsverfahrens höherer Ordnung
können
mehr Bits innerhalb derselben Zeitdauer übertragen werden, aber wenn
sich die Modulationsarten einander nähern, so wird die Übertragung
empfindlicher gegenüber
einer Zeitdispersion, weswegen Modulationsverfahren höherer Ordnung
dazu neigen, hautsächlich
für kleinen
Zellen, bei denen die Distanzen kurz sind, geeignet zu sein.
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Bei
einer Nicht-Echtzeit-Datenübertragung können relativ
lange Pausen in der Übertragung
auftreten, da eine regelmäßig wiederholte
Kapazität
für die Übertragung
in der Rahmenstruktur nicht reserviert ist. Vom Standpunkt der Funkverbindungsanpassung
sind Pausen schädlich,
da eine Anpassung am effektivsten ist, wenn Messungen konstant ausgeführt werden
können
und auf die detektierten Änderungen
schnell geantwortet werden kann. In Verbindung mit der Nicht-Echtzeit-Datenübertragung kann
die Funkverbindungsanpassung mit einem Timer kombiniert werden,
der untersucht, wie lange das Intervall ist, das von der letzten
C/I-Verhältnismessung
vergangen ist und auf der Basis der vergangenen Zeit und vorteilhafterweise
auch der bekannten relativen Geschwindigkeit zwischen der Mobilstation
und der Basisstation bestimmt, ob die früher berechneten Werte noch
gültig
sind. Wenn gemäß dem Timer
die seit der letzten Messung des C/I-Verhältnisses vergangene Zeit einen
gegebenen Grenzwert übersteigt,
können
in der nächsten Übertragung,
um sicher zu gehen, gewisse Standardwerte des "schlimmsten Falls" in Bezug auf die Kodierung, Modulation
und die Verschachtelung verwendet werden, oder es kann ein ähnliches
Verfahren der Vereinbarung zwischen der Basisstation und der Mobilstation wie
in Verbindung mit dem Trägeraufbau
oder der Übergabe
angewandt werden. Eine andere Alternative besteht darin, während der
Pausen eine ähnliche Schätzung auf
der Basis eines für
die gesamte Zelle gemeinsamen Kanals oder einer anderen Übertragung
zu verwenden, was oben in Bezug auf Pausen erläutert wurde, die bei einer
Echtzeit-Datenübertragung
auftreten und die sich aus einer diskontinuierlichen Übertragung
ergeben. Diese Art der Schätzung des
C/I-Verhältnisses,
die auf einem gemeinsamen Zellenkanal basiert, kann auch im Vorhinein
verwendet werden, um die aktive Verbindung passend aufzubauen.
-
In
der obigen Beschreibung haben wir die Frage nicht kommentiert, in
welcher Vorrichtung (das ist Basisstation oder Mobilstation) die
Funktionen, die auf die Funkverbindungsanpassung zielen, verwirklicht
werden. Es ist vorteilhaft, die Steuerung der Reservierungssituation
der Rahmenstruktur in der Basisstation zu konzentrieren, so dass
die Basisstation alle Anforderungen handhabt, die sich auf die Reservierung
und Freigabe von Kapazität
beziehen, unabhängig
ob sie von der Basisstation oder den Mobilstationen stammen. Auf
der Basis der Anforderungen nimmt die jeweilige Einheit in der Basisstation
die notwendigen Änderungen
in den Reservierungstabellen vor, die die Rahmenreservierungssituation
beschreiben, und kündigt
die zugestandenen und gelöschten
Schlitze für
die Einheit und die Mobilstationen an. Die Messung des C/I-Verhältnisses
in Bezug auf einen gegebenen Träger
kann nur in der Vorrichtung stattfinden, die im jeweiligen Moment
empfängt, aber
die Erfindung beschränkt
die Implementierung des Algorithmus, der die Kapazitätsreservierung
und Freigabeanforderungen erzeugt, nicht darauf, ob er sowohl in
der Basisstation als auch in den Mobilstationen oder nur in einer
von diesen verwirklicht wird. Eine empfangende Vorrichtung, die
in sich selbst keine Mittel für
das Verwenden eines Algorithmus des beschriebenen Typs aufweist,
kann einer anderen Vorrichtung die gemessenen Werte des C/I-Verhältnisses
signalisieren, wobei in diesem Fall die andere Vorrichtung diese
Werte für
das Erzeugen von möglichen
Kapazitätsreservierungs-
und Freigabeanforderungen verwendet. Ebenso kann eine Einstellschleife,
die auf der Basis des detektierten Bitfehlerverhältnisses oder Rahmenfehlerverhältnisses
(Zahl der fehlerhaften Rahmen in Bezug auf alle Rahmen) funktioniert,
und die Parameterwerte optimiert, die bei der Funkverbindungsanpassung
verwendet werden, entweder in den Mobilstation oder in der Basisstation
oder in beiden funktionieren.
-
Gemäß einem
bevorzugten Beispiel werden sowohl der Algorithmus, der Kapazitätsreservierungs-
und Freigabeanforderungen auf der Basis des C/I-Verhältnisses
erzeugt, und die Einstellschleife, die die Parameter optimiert,
die in diesem Algorithmus verwendet werden, sowohl in den Mobilstationen
als auch in der Basisstation verwirklicht. Nun müssen die gemessenen Werte des
C/I-Verhältnisses,
des Bitfehlerverhältnisses
und/oder des Rahmenfehlerverhältnisses
nicht kontinuierlich als eine Signalisierung zwischen getrennten
Vorrichtungen übertragen
werden, was die Gesamtmenge der Signalisierung im System vermindert.
Im Beispiel messen sowohl die Basisstation als auch die Mobilstation das
C/I-Verhältnis
in jedem empfangenen Schlitz, als auch das Bitfehlerverhältnis und
das Rahmenfehlerverhältnis
für die
Dauer jeder Verschachtelungsperiode. Wenn es notwendig ist, kann
eine Mittelung für die
Dauer mehrerer aufeinander folgender Messungen in beiden Messverfahren
angewandt werden. In Verbindung mit dem Trägeraufbau zeigt die sendende
Vorrichtung an, welches die Basisparameter sind, die zuerst in Verbindung
mit dem Träger
zu verwenden sind. Wenn es notwendig ist, ist es möglich, bei der
Auswahl der Basisparameter ein Vereinbarungsprotokoll anzuwenden,
bei dem die empfangende Vorrichtung die Basisparameter, die von
der sendenden Vorrichtung angezeigt werden, entweder akzeptiert
oder zurückweist,
und im Fall der Zurückweisung schlägt die sendende
Vorrichtung neue Basisparameterkombinationen vor, bis sie eine Akzeptanz
von der empfangenden Vorrichtung empfängt. Während der Verwendung des Trägers können solche Änderungen
in den Basisparametern, die auf die Funkverbindungsanpassung zielen,
gemäß der Art,
wie die Signalisierung zwischen der Mobilstation und der Basisstation
allgemein ausgelegt ist, beispielsweise auf der Abwärtsverbindung
in Intervallen von 20 – 500 ms,
und in der Aufwärtsverbindung
in Paketen, nur dann wenn es notwendig ist, übertragen werden.
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Es
werde als nächstes
das Einstellen der Sendeleistung im erfindungsgemäßen Verfahren
beobachtet. Im allgemeinen versucht die Einstellung der Sendeleistung
die Sendeleistung, die mit jedem Träger verbunden ist, so niedrig
wie möglich
zu halten, aber jedoch so, dass das S/N-Verhältnis (Signal-zu-Rauschverhältnis),
das mit dem Träger
verbunden und von der empfangenden Vorrichtung detektiert wird,
mindestens dem definierten Ziel entspricht. In der Erfindung ist
die Einstellung der Sendeleistung mit der oben beschriebenen Funkverbindungsanpassung
verbunden, die auf der Basis der Verbindungsqualität oder der
Menge der Quellendaten ausgeführt
wird: das Einstellen der Sendeleistung kompensiert Rauschen, und
die andere Funkverbindungsanpassung kompensiert Interferenz.
-
Das
Einstellen der der Aufwärtsverbindungs- und
Abwärtsverbindungssendeleistung
findet gemäß leicht
unterschiedlichen Verfahren statt. Die Basisstation 401 kann
Nachrichten übertragen,
die mit dem Einstellen der Sendeleistung verbunden sind, in gemultiplexter
Weise, wie das in 4 gezeigt ist, an alle Mobilstation
durch das Reservieren eines Schlitzes 403 oder eines Teils
davon in der Rahmenstruktur 402 für Leistungseinstellnachrichten
und durch das Packen der kurzen Leistungseinstellnachrichten 404, 405 und 406,
die für
alle Mobilstation gedacht sind, nacheinander in diesen Schlitz oder
Schlitzteil. Aus Gründen
der Klarheit zeigt die Zeichnung nur die Leistungseinstellnachrichten,
die für
die drei Mobilstationen 407, 408 und 409 zu übertragen
sind. Unter den Einstellnachrichten interpretiert jede Mobilstation den
relevanten Teil. In der Aufwärtsverbindungsrichtung
nimmt eine Leistungseinstellnachricht, die von einer Mobilstation
gesendet wird, mehr Raum ein als eine Leistungseinstellnachricht,
die an eine Mobilstation in der Abwärtsverbindungsrichtung gesendet wird,
da zwischen den Mobilstationen, die in derselben Zelle funktionieren,
keine extrem genaue Synchronisation existiert, und somit für jede Aufwärtsverbindungsleistungseinstellnachricht
ein größerer Teil der
Rahmenstruktur als für
die jeweilige Leistungseinstellnachricht in der Abwärtsverbindung
reserviert werden muss.
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Bei
der Leistungseinstellung einer Aufwärtsverbindungsübertragung,
wird am vorteilhaftesten eine schnelle Δ-Modulation implementiert, die
auf der Schätzung
der Verluste auf dem Funkpfad basiert (eine sogenannte pfadlos basierte
Leistungseinstellung). Die Schnelligkeit hier bedeutet, dass die
Basisstation Leistungseinstellnachrichten ziemlich oft an die Mobilstationen,
am vorteilhaftesten in jedem Abwärtsverbindungsrahmen, überträgt. Als
ein Leistungseinstellverfahren bedeutet die Δ-Modulation, dass die Leistungseinstellbefehle
vom Typ "Schritt
hinauf" oder "Schritt herab" sind, und keinen
Befehl enthalten, eine bestimmte absolute Leistung zu verwenden.
Bei der Leistungseinstellung der Echtzeit-Datenübertragung ist es vorteilhaft,
einen größeren Leistungseinstellschritt
als bei der Nicht-Echtzeit-Datenübertragung
anzuwenden. Als ein Leistungseinstellverfahren kann statt der Δ-Modulation auch
eine direkte Anweisung verwendet werden, wobei in diesem Fall der
Leistungseinstellbefehl eine Referenz auf einen gegebenen absoluten
Wert der Übertragungsleitung
enthält,
mit dem die sendende Vorrichtung beginnen muss.
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In
Verbindung mit dem Trägeraufbau
fordert die Mobilstation gemäß dem in 5 dargestellten Verfahren
eine gegebene Anfangsleistung auf der Basis der Leistung an, die
sie auf dem allgemeinen Steuerkanal detektiert, der regelmäßig durch
die Basisstation übertragen
wird. Diese Anforderung wird durch Block 501 dargestellt.
In Block 502 ermöglicht die
Basisstation es der Mobilstation, die Übertragung 503 mit
einer gegebenen Anfangsleistung zu starten, wobei deren Größe durch
den Leistungspegel, der von der Mobilstation angefordert wird, den
höchsten erlaubten
Leistungspegel und den niedrigsten erlaubten Leistungspegel definiert
ist. Danach wird die Leistungseinstellung auf der Basis der Leistungseinstellnachrichten 504 oder 505,
die regelmäßig durch die
Basisstation übertragen
werden, ausgeführt.
In der Leistungseinstellnachricht befiehlt die Basisstation der
Mobilstation, die Sendeleistung zu reduzieren, wenn sie detektiert
hat, dass die empfangene Leistung in Block 506 um mehr
als den Zielpegel höher als
die äquivalente
Rauschleistung ist, oder die Sendeleistung zu erhöhen, wenn
die Differenz der empfangenen Leistung und der äquivalenten Rauschleistung
niedriger als der Zielpegel ist. Das Kreisen in der Schleife, die
durch die Blöcke 503, 504, 505 und 506 geformt
wird, endet, wenn die Verbindung beendet wird (in der Zeichnung
nicht dargestellt).
-
Bei
der Leistungseinstellung der Abwärtsverbindungsübertragung
wird auch die Schätzung
der Funkpfadverluste angewandt. Die Basisstation schätzt eine
geeignete anfängliche
Leistung auf der Basis der Kenntnis, mit welcher Leistung eine gegebene
Steuernachricht gesendet und empfangen wurde. Danach sendet die
Mobilstation, immer wenn es notwendig ist, eine Leistungseinstellnachricht
für die Basisstation,
und die Basisstation ändert
ihre Sendeleistung auf der Basis der empfangenen Leistungseinstellnachricht.
Die Leistungseinstellnachricht, die von der Mobilstation gesendet
wird, kann entweder ein reines Messergebnis enthalten, das den Leistungspegel
beschreibt, auf dem die Mobilstation die Übertragung von der Basisstation
empfängt,
oder einen Befehl, der von der Mobilstation gesendet wird, um die
Sendeleistung zu erniedrigen oder zu erhöhen.
-
Es
ist vorteilhaft, die Leistungseinstellalgorithmen zu parametrisieren,
um ihre Implementierung so flexibel wie möglich zu machen. In der folgenden Liste
geben wir eine bevorzugte Anzahl von Parametern an, die beim Einstellen
der Aufwärtsverbindungsübertragungsleistung
verwendet werden kann. Die Namen der Parameter werden natürlich nur
beispielhaft angegeben. Für
Parameter, die speziell als Aufwärtsverbindungsparameter
bezeichnet sind, werden entsprechende Abwärtsverbindungsgegenstücke leicht
durch das Ändern
des UL im Parameternamen durch DL und "Aufwärtsverbindung" in der Beschreibung
durch "Abwärtsverbindung" definiert.
-
Contr_per_RT_UL
-
Die
Länge der
Periode, die zu einer Zeit bei der Leistungseinstellung verarbeitet
wird, das heißt, während der
die empfangene Leistungsmessung gemittelt wird. RT bedeutet Echtzeit
und UL Aufwärtsverbindungsrichtung.
Bei einer schnellen Leistungseinstellung beträgt sie beispielsweise 5 ms
und bei einer langsamen 500 ms.
-
Contr_per_NRT_UL
-
Dasselbe
wie oben aber für
eine Nicht-Echtzeit-Datenübertragung.
-
Step_size_RT_UL
-
Die
Größe des Leistungseinstellschritts.
Beispielsweise 1 dB.
-
Step_size_NRT_UL
-
Dasselbe
wie oben aber für
eine Nicht-Echtzeit-Datenübertragung.
-
Dynamics_RT_UL
-
Die
Größe des Dynamikbereichs
bei der Leistungseinstellung. Beispielsweise 20 dB.
-
Dynamics_NRT_UL
-
Dasselbe
wie oben aber für
eine Nicht-Echtzeit-Datenübertragung.
-
P_Noise
-
Die äquivalente
Rauschleistung, die von der empfangenden Vorrichtung in Einheiten
dBm geschätzt
wird.
-
S_N_th_RT_UL
-
Der
Zielpegel des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses des Trägers. Beispielsweise
20 dB.
-
S_N_th_NRT_UL
-
Dasselbe
wie oben, aber für
eine Nicht-Echtzeit-Datenübertragung.
Beispielsweise 10 dB.
-
Ptx_BCCH
-
Sendeleistung
im allgemeinen Steuerkanal (Rundsendesteuerkanal) in Einheiten dBm.
-
Prx_BCCH
-
Empfangene
Leistung im allgemeinen Steuerkanal in Einheiten dBm.
-
Ptx
-
Sendeleistung
im allgemeinen Verkehrskanal in Einheiten dBm.
-
Prx
-
Empfangene
Leistung im allgemeinen Verkehrskanal in Einheiten dBm.
-
Max_Pow_RT_UL
-
Höchste erlaubte
Leistung in Einheiten dBm.
-
Max_Pow_NRT_UL
-
Dasselbe
wie oben aber für
eine Nicht-Echtzeit-Datenübertragung.
-
Durch
die Auswahl der zwei zuletzt erwähnten
Parameter kann der Betreiber, der das zellulare Funksystem unterhält, entweder
als ein Betreiber, der Dienste hauptsächlich auf der Basis einer
Echtzeit-Datenübertragung
(Max_Pow_RT_UL ist relativ höher)
oder als ein Betreiber, der Dienste hauptsächlich auf der Basis einer
Nicht-Echtzeit-Datenübertragung
(Max_Pow_NRT_UL ist relativ höher)
anbietet, profiliert werden. Durch das Auswählen der Parameterwerte kann
der Betreiber auch auf andere Weise den Betrieb des Netzes steuern,
beispielsweise durch das Wählen
der Werte der maximalen Leistung und den Dynamikbereichs so, dass
die Interferenz zwischen den Zellen so niedrig wie möglich ist.
Die Basisstationen können
auch Algorithmen enthalten, mit denen die Parameterwerte an die
vorherrschende Verkehrssituation angepasst werden. Beispielsweise können die
Parameter S_N_th_RT_UL und S_N_th_NRT_UL (und entsprechend S_N_th_RT_DL
und S_N_th_NRT_DL für
die Abwärtsverbindung)
verwendet werden, um eine allgemeine zellenweite Änderung
in den Werten der Parameter C_max und/oder Q_th zu kompensieren.
Ihre Werte können
auch als eine Funktion des Parameters Q_less gewählt werden.
-
Als
nächstes
sollten wir auf die Anforderungen schauen, die die Erfindung an
die Basisstation und die Mobilstation in einem zellularen Funksystem stellt.
Eine Funkverbindungsanpassung auf der Basis der Verbindungsqualität erfordert,
dass die empfangende Vorrichtung das C/I-Verhältnis in den empfangenen Daten
jeweils für
einen Burst messen kann, was schon als eine Signalverarbeitungsoperation
bekannt ist. Darüber
hinaus erfordert die Verwirklichung einer Einstellschleife, die
auf eine Parameteroptimierung zielt, dass die empfangende Vorrichtung
das Bitfehlerverhältnis
in den dekodierten Daten messen kann. Wenn wir annehmen, dass die
Algorithmen für das
Erzeugen von Kapazitätsreservierungs-
und Freigabeanforderungen sowohl in der Basisstation als auch in
der Mobilstation verwirklicht werden, so müssen beide die notwendigen
Speicher- und Verarbeitungsmittel für das Ausführen der Algorithmen und für das Aufzeichnen
der Parameter, die darin verwendet werden, besitzen. Die Verwirklichung
von Algorithmen als programmierten Verfahren stellt eine Technik
dar, die als solche Fachleuten bekannt ist.
-
6 zeigt
ein Mobiltelefon 600, das als Mobilstation eines zellularen
Funksystems gemäß der Erfindung
verwendet werden kann. Das dargestellte Mobiltelefon 600 umfasst
eine Antenne 601 und ein verbundenes Duplexfilter 602,
wo das Empfangsfrequenzsignal, das durch die Antenne 601 empfangen wird,
zum Empfängerblock 603 gelenkt
wird, und das Signal, das vom Senderblock 604 kommt, zur
Antenne 601 gelenkt wird. Der Empfängerblock 603 umfasst
die gewöhnlichen
Empfangs-, Abwärtsmischungs-,
Demodulations- und Dekodierfunktionen, mit denen ein empfangenes
Funkfrequenzsignal in ein analoges Audiosignal umgewandelt wird,
das dann zum Lautsprecher 605 gelenkt wird, und in Datensignale,
die zum Steuerblock 606 gelenkt werden. Der Senderblock 604 umfasst
die gewöhnlichen
Kodier-, Verschachtelungs-, Modulations- und Aufwärtsmischfunktionen,
mit denen das analoge Audiosignal, das vom Mikrofon 607 erzeugt
wird, und die Datensignale, die in den Steuerblock 606 eingegeben werden,
in ein übertragbares
Funkfrequenzsignal umgewandelt werden. Zusätzlich umfasst das Mobiltelefon 600 Speichermittel 608,
eine Tastatur 609, eine Anzeige 610 und eine Leistungsquelle 611.
-
Die
Mittel für
das Messen des C/I-Verhältnisses
und des Bitfehlerverhältnisses
sind im Empfängerblock 603 enthalten.
Der Steuerblock 606, der im allgemeinen ein Mikroprozessor
ist, führt
die notwendigen Algorithmen aus und steuert auch auf andere Weise
den Betrieb des Mobiltelefons, unter Anweisung des Programms, das
im Speicher 608 gespeichert ist, und der Tastaturbefehle,
die vom Benutzer gegeben werden, und der Systembefehle, die über die
Basisstation übertragen
werden.