DE60126121T2

DE60126121T2 - Übertragungs-ablaufsteuerung für ein zellulares drahtloses netzwerk mit mehreren antennen

Info

Publication number: DE60126121T2
Application number: DE60126121T
Authority: DE
Inventors: Manish Austin AIRY; Baraa Sunnyvale AL-DABAGH; Jose Mountain View TALLADO; Partho Cupertino MISHRA; John Livingston FAN; K. Peroor Mountain View SEBASTIAN; J. Arogyaswami Stanford PAULRAJ
Original assignee: Iospan Wireless Inc
Current assignee: Iospan Wireless Inc
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: CN1475053A; EP1334571A4; EP1334571B1; CN1230995C; ATE352132T1; EP1334571A1; AU2001295045A1; WO2002023760A1; DE60126121D1; US6400699B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die kabellose Kommunikation. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung das Scheduling von Daten, die kabellos zwischen einer Basissteuerstation mit mehreren Antennen und Teilnehmereinheiten übermittelt werden.
Stand der Technik
Kabellose Kommunikationssysteme weisen für gewöhnlich Informationen führende modulierte Trägersignale auf, die kabellos bzw. über Funk von einer Übertragungsquelle (zum Beispiel einer Basis-Transceiver-Station) zu einem oder mehreren Teilnehmern (zum Beispiel Teilnehmereinheiten) innerhalb eines Gebiets oder Bereichs übertragen werden.
Räumliches Mutiplexieren
Das räumliche Multiplexieren ist eine Übermittlungstechnologie, die mehrere Antennen sowohl an der Basis-Transceiver-Station und an den Teilnehmereinheiten nutzt, um die Bitrate in einer kabellosen Funkverbindung zu erhöhen, ohne dass dabei zusätzliche Leistung oder Bandbreite verbraucht werden. Unter bestimmten Bedingungen ermöglicht das räumliche Multiplexieren einen linearen Anstieg der Spektrumeffizienz in Bezug auf die Mehrzahl von Antennen. Die Unterströme belegen den gleichen Kanal eines Mehrfachnutzungsprotokolls, den gleichen Zeitschlitz in einem zeitüberlappten Mehrfachnutzungsprotokoll, den gleichen Frequenzschlitz in einem Frequenz-Mehrfachnutzungsprotokoll, die gleiche Codesequenz in einem Codemultiplex-Mehrfachnutzungsprotokoll oder die gleiche räumliche Zielposition in einem Raumvielfach-Mehrfachnutzungsprotokoll. Die Unterströme werden den Sendenantennen separat zugeführt und über einen Funkkanal übertragen. Aufgrund des Vorhandenseins verschiedener Streuungsobjekte in der Umgebung erfährt jedes Signal eine Mehrpfadausbreitung.
Die aus der Übermittlung resultierenden Verbundsignale werden letztlich von einer Anordnung von Empfangsantennen mit einer Zufallsphase und Zufallsamplituden erfasst. An der Teilnehmeranordnung wird eine räumliche Signatur jedes der empfangenen Signale geschätzt. Auf der Basis der räumlichen Signaturen wird eine Signalverarbeitungstechnik angewandt, um die Signale zu trennen, wobei die ursprünglichen Unterströme wiederhergestellt werden.
Die Abbildung aus 1 zeigt drei Senderantennenanordnungen 110, 120, 130. Die Senderantennenanordnungen 110, 120, 130 senden Datensymbole an eine Teilnehmerantennenanordnung 140. Jede Senderantennenanordnung weist räumlich getrennte Antennen auf. Ein mit der Teilnehmerantennenanordnung 140 verbundener Teilnehmer trennt die empfangenen Signale.
Die Abbildung aus 2 zeigt modulierte Trägersignale, die von einem Sender 210 zu einem Teilnehmer 220 verlaufen und dabei vielen verschiedenen (mehreren) Übertragungswegen folgen.
Mehrkanal- oder Mehrwegübertragungen können eine Zusammensetzung eines primären Signals plus Duplikat- oder Echobilder aufweisen, bewirkt durch Reflexionen von Signalen von Objekten zwischen dem Sender und dem Teilnehmer. Der Teilnehmer kann das von dem Sender übermittelte Primärsignal empfangen, aber auch sekundäre Signale, die von Objekten reflektiert werden, dies sich in dem Signalpfad bzw. dem Signalweg befinden. Die reflektierten Signale erreichen den Teilnehmer später als das primäre Signal. Aufgrund dieses Versatzes können Mehrkanalsignale eine Nachbarzeichenstörung oder Verzerrung des empfangenen Signals bewirken.
Das tatsächlich empfangene Signal kann eine Kombination aus primären und verschiedenen reflektierten Signalen aufweisen. Da die Strecke, die das ursprüngliche Signal zurücklegt, kürzer ist als die der reflektierten Signale, werden die Signale zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen. Der Zeitunterschied zwischen dem zuerst empfangenen und dem zuletzt empfangenen Signal wird als Verzögerungsspanne bezeichnet und kann bis zu mehrere Mikrosekunden betragen.
Die mehreren Pfade, die das modulierte Trägersignal zurücklegt, führen für gewöhnlich zu einem Schwund bzw. Fading des modulierten Trägersignals. Schwund bewirkt, dass sich das modulierte Trägersignal in der Amplitude abschwächt, wenn mehrere Pfade durch Subtraktion kombiniert werden.
Kommunikationsdiversität
Die Antenna Diversität (Antennendiversität) ist eine Technik, die in einem Kommunikationssystem auf der Basis mehrerer Antennen eingesetzt wird, um die Effekte des Mehrkanalschwunds zu reduzieren. Die Antennendiversität kann erreicht werden durch die Bereitstellung eines Senders und/oder Teilnehmers mit zwei oder mehr Antennen. Diese Antennenmehrzahl impliziert mehrere Kanäle, die unter Schwund auf statistisch unabhängige Art und Weise leiden. Wenn somit ein Kanal aufgrund der zerstörenden Wirkungen der Mehrwegstörungen Schwund aufweist, ist es unwahrscheinlich, dass ein anderer Kanal gleichzeitig unter Schwund leidet. Durch die durch diese unabhängigen Kanäle bereitgestellte Redundanz kann ein Teilnehmer häufig die nachteiligen Effekte von Fading bzw. Schwund reduzieren.
Kabellose bzw. Funksysteme erfordern allgemein ein Scheduling bzw. eine Steuerung der Informationen, die zwischen Basis-Transceiver-Stationen und Teilnehmereinheiten übertragen werden. Die Bandbreite der verfügbaren Übertragungsfrequenzen ist beschränkt. Somit erfordert die Übertragung zwischen mehreren Transceiver-Stationen und Teilnehmereinheiten allgemein ein zeitliches, Frequenz- oder andersartiges Multiplexieren. Je größer die Anzahl der Basisstation-Transceiver und Teilnehmereinheiten, desto komplexer ist das Scheduling. Darüber hinaus wird die Komplexität des Scheduling erhöht durch das vorstehend im Text beschriebene räumliche Multiplexieren und die Kommunikationsdiversität.
Eine individuelle Übertragungsstrecke existiert zwischen jeder einzelnen Basis-Transceiver-Stationsantenne und einer Teilnehmereinheit, die sich in Übertragungsverbindung mit der Basis-Transceiver-Station befindet. Das vorstehend beschriebene räumliche Multiplexieren und die Kommunikationsdiversität erfordern mehrere Antennen, die jeweils Übertragungsvermittlungsabschnitte mit einer einzelnen Teilnehmereinheit aufweisen. Im optimalen Fall kann die Basis-Transceiver-Station die Datenübertragung gemäß der Übertragungsstreckengüte zwischen jeder der Basis-Transceiver-Stationsantennen und der Teilnehmereinheit zeitlich steuern. Das heißt, die Menge an Informationen, die zwischen den einzelnen Basis-Transceiver-Stationsantennen und der Teilnehmereinheit übertragen werden kann, basiert auf der Güte der Übertragungsstrecken. Im Idealfall ist das Scheduling der Übertragung von Informationen zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmereinheiten abhängig von der Güte der einzelnen Übertragungsstrecken.
WO 99/07170 offenbart ein Kommunikationssystem mit zwei verschiedenen Kommunikationsklassen mit unterschiedlichen Übertragungsverzögerungen, einer ersten Klasse, die bei geringen Verzögerungsanforderungen leitungsvermittelte Verbindungen verwendet, und mit einer zweiten Klasse mit weniger strengen Verzögerungsanforderungen unter Verwendung von Paketvermittlung.
EP 0 966 125 offenbart ein Verfahren zur Optimierung der Übermittlungsdiversität in einer Antennenanordnung als Reaktion auf Rückkopplungsdaten, die von einem Anschluss empfangen werden, der so angeordnet ist, dass er Übertragungen von der Antennenanordnung empfängt. Eine Basisstation weist einen Diversitätsprozessor auf, um ein Signal zu empfangen, das die Güte der an der Basisstation empfangenen Signale anzeigt. Die Rückkopplungsdaten enthalten Daten, die sich auf die Leistung der übermittelten Signale beziehen, im Besonderen auf die Abwärtsstrecke und/oder auf Daten, die ein mobiler Anschluss verwendet, um die Basisstation anzuweisen in Bezug auf die anzuwendenden Gewichtungen und Verzögerungen in einer Antennengewichtungs- und Auswahleinheit. Alle Anschlüsse in Übertragungsverbindung mit einer Basisstation verwenden das gleiche Diversitätsoptimierungsmodell.
Wünschenswert sind eine Vorrichtung und ein Verfahren, die ein Scheduling der Übermittlung von Datenblöcken zwischen Basisstations-Transceiver-Antennen und Teilnehmereinheiten (Teilnehmer) bereitstellen. Es ist wünschenswert, dass das Scheduling an die Güte der Übertragungsstrecken zwischen den Basisstations-Transceiver-Antennen und jeder der Teilnehmereinheiten (Teilnehmer) angepasst werden kann. Darüber hinaus ist es wünschenswert, es zu ermöglichen, dass die Vorrichtung und das Verfahren ein räumliches Multiplexieren und Kommunikationsdiversität ermöglichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Vorgesehen ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen und einem Teilnehmer gemäß dem gegenständlichen Anspruch 1.
Vorgesehen ist gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Basisstations-Transceiver gemäß dem gegenständlichen Anspruch 13.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung umfasst eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Scheduling der kabellosen Übertragung von Datenblöcken zwischen mindestens einer Antenne einer Basis-Transceiver-Station und mehreren Teilnehmereinheiten. Das Scheduling kann auf der Güte einer Übertragungsstrecke zwischen den Basisstationsantennen und den Teilnehmereinheiten basieren, der von den Teilnehmereinheiten angeforderten Datenmenge und/oder dem Datentyp, der von den Teilnehmereinheiten angefordert wird. Das Scheduling umfasst allgemein das Zuweisen von Frequenzblöcken und Zeitschlitzen an jede der Teilnehmereinheiten für den Empfang oder das Senden von Datenblöcken.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Übermitteln von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einer Mehrzahl von Teilnehmern. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Protokolldateneinheiten von einem Netzwerk, das Erzeugen von Unterprotokolldateneinheiten aus den Protokolldateneinheiten und einmal je Zeitfenster das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, innerhalb denen jeder Teilnehmer der Mehrzahl von Teilnehmern jede der Unterprotokolldateneinheiten von einer Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen empfängt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich. Das zweite Ausführungsbeispiel umfasst ferner das Übertragen des Plans an jeden Teilnehmer und das Übertragen der Unterprotokolldateneinheiten gemäß dem Plan durch die Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dem zweiten Ausführungsbeispiel ähnlich. Das dritte Ausführungsbeispiel umfasst das Auswählen mindestens eines Übertragungsmodus für jeden Teilnehmer. Der Übertragungsmodus gibt die Art der Modulation und/oder Codierung während der Übermittlung der Unterprotokolldateneinheiten vor. Die Auswahl des Übertragungsmodus kann von der Güte der Übertragungsstrecke zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmern und/oder einer von den Teilnehmern angeforderten Dienstgüte abhängig sein.
Ein viertes Ausführungsbeispiel ist dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich. In dem dritten Ausführungsbeispiel umfasst das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, den Empfang von Dienstablaufanforderungen von den Teilnehmern. Die Dienstablaufanforderungen zeigen von den Teilnehmern nachgefragte Daten an. Das Erzeugen eines Plans kann ferner das Empfangen einer Informationsgrößenanforderung von den Teilnehmern und/oder das Empfangen einer Blockgewichtung für jede der Dienstablaufanforderungen aufweisen, wobei die Blockgewichtung abhängig ist von einer Priorität jeder der Dienstablaufanforderungen. Die Blockgewichtung bestimmt, wie viele aufeinanderfolgende Zeitschlitze und Frequenzblöcke an jeden Teilnehmer übertragen werden.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, die beispielhaft die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein dem Stand der Technik entsprechendes kabelloses System, das räumlich getrennte Sender aufweist;
2 ein dem Stand der Technik entsprechendes kabelloses System, das mehrere Pfade bzw. Wege von einem Systemsender zu einem Systemteilnehmer aufweist;
3 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4A ein Flussdiagramm der Schritte in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4B ein weiteres Flussdiagramm der Schritte in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A eine Reihe von Dienstablaufanforderungen, die Datenanforderungen von Teilnehmern anzeigen;
5B eine Reihe geschätzter Dienstablaufpuffergrößen, welche die Nachfrage nach Aufwärtsstreckendaten seitens der Teilnehmereinheiten anzeigen;
6 ein Frequenzspektrum von OFDM-Zwischenträgersignalen;
7A eine Rahmenstruktur, die Blöcke von Übertragungsdaten zeigt, die durch die Übertragungszeit und die Übertragungsfrequenz definiert werden;
7B eine Rahmenstruktur, die eine Aufwärtsstreckenabbildung aufweist, die auf einem Frequenzband übertragen wird, und eine Abwärtsstreckenabbildung, die auf einem anderen Frequenzband übertragen wird;
7C eine Rahmenstruktur, die eine Aufwärtsstreckenabbildung aufweist, die zu einem ersten Zeitraum übertragen wird, und eine Abwärtsstreckenabbildung, die zu einem anderen Zeitraum übertragen wird;
8 ein Beispiel für eine Dienstablauftabelle;
9 ein Flussdiagramm der Schritte in einem Ausführungsbeispiels eines Schedulers gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 verschiedene Modi der Blockübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 eine Rahmenstruktur, die einen Code aufweist, der die Blöcke des Rahmens von Blöcken anderer Rahmen mit anderem Code unterscheidet, wodurch ein Codemultiplex-Mehrfachzugriff bereitgestellt wird; und
12 eine Struktur einer Abbildungsnachricht, die einmal je Rahmen gesendet wird.
Genaue Beschreibung
Wie dies in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken dargestellt ist, wird die vorliegende Erfindung in einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Steuern bzw. Planen (Scheduling) der kabellosen Übertragung von Datenblöcken zwischen mindestens einer Antenne einer Basis-Transceiver-Station und mehreren Teilnehmereinheiten ausgeführt. Das Scheduling kann auf der Güte einer Übertragungsstrecke zwischen den Basisstationsantennen und den Teilnehmereinheiten basieren, der von den Teilnehmereinheiten angeforderten Datenmenge und/oder dem von den Teilnehmereinheiten angeforderten Datentyp. Das Scheduling umfasst allgemein die Zuweisung von Frequenzblöcken und Zeitschlitzen an jede der Teilnehmereinheiten für den Empfang oder das Senden von Datenblöcken.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, umfasst die Erfindung die kabellose Kommunikation zwischen mindestens einer Basis-Transceiver-Station und Teilnehmereinheiten. Die Kommunikation ist eine Zweiwegkommunikation. Das heißt, Informationen werden von der Basis-Transceiver-Station zu den Teilnehmereinheiten übertragen (Abwärtsstreckenübertragung bzw. Down-Link-Übertragung), und Informationen werden von den Teilnehmereinheiten zu der Basis-Transceiver-Station übertragen (Aufwärtsstreckenübertragung bzw. Up-Link-Übertragung).
Bei der Übertragung kann es sich zum eine Zeitduplex-Übertragung (TDD als englische Abkürzung von Time Division Duplex) handeln. Das heißt, die Abwärtsstreckenübermittlung kann den gleichen Kanal (gleiche Übertragungsfrequenz) belegen bzw. nutzen, wie die Aufwärtsstreckenübertragung, wobei sie jedoch zu unterschiedlichen Zeiten auftritt. Alternativ kann die Übertragung eine Frequenzduplex-Übertragung (FDD als englische Abkürzung von Frequency Division Duplex) darstellen. Das heißt, die Abwärtsstreckenübertragung kann eine andere Frequenz aufweisen als die Aufwärtsstreckenübertragung. FDD ermöglicht das gleichzeitige Auftreten von Abwärtsstreckenübertragung und Aufwärtsstreckenübertragung. Die folgende Beschreibung der Erfindung behandelt allgemein FDD. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass eine TDD-Implementierung ebenfalls möglich ist.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, befinden sich mehrere Teilnehmereinheiten in Übertragungsverbindung mit mindestens einer Basis-Transceiver-Stationsantenne. Derartige kabellose Mehrpunkt-Kommunikationssysteme können Zeitmultiplexieren (TDM), Frequenzmultiplexieren (FDM), Codemultiplexieren (CDM), räumliches Multiplexieren (SDM) oder jede Kombination dieser Möglichkeiten aufweisen, um mit mehreren Einheiten zu kommunizieren. Die folgende Beschreibung der Erfindung behandelt eine TDM-FDM-Kombination. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass auch andere der vorstehend beschriebenen Kombinationen von Multiplexing-Modellen implementiert werden können.
Die Abbildung aus 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Ausführungsbeispiel umfasst einen Basisstations-Transceiver, der standardmäßige Protokolldateneinheiten (PDUs) empfängt. Die PDUs werden in kleinere Unterprotokolldateneinheiten unterteilt, die in dem Speicher gespeichert werden. Ein Plan (Schedule) wird erzeugt, der Zeitschlitze und Frequenzblöcke bezeichnet, in denen die Unterprotokolldateneinheiten an jede der Teilnehmereinheiten übermittelt werden müssen, und Zeitschlitze sowie Frequenzblöcke, in denen andere Unterprotokolldateneinheiten von den Teilnehmereinheiten zu dem Basisstations-Transceiver übermittelt werden müssen.
Eine MAC-Adaptionseinheit (Media Access Control) 310 empfängt die Protokolldateneinheiten von einem standardmäßigen Computernetzwerk. Die Protokolldateneinheiten können Ethernet- oder ATM-Rahmen (Frames), oder IP- (Internet Protocol) oder Frame-Relay-Pakete darstellen. Die MAC-Adaptionseinheit 310 unterteilt die Protokolldateneinheiten in kleinere Unterprotokolldateneinheiten, die sich besser für die Übermittlung in kabellosen Kommunikationssystemen anpassen lassen. Die kleineren Unterprotokolldateneinheiten erleichtern eine effizientere Fehlerbehebung durch neuerliche Übertragung. Funkkanäle variieren häufig. Die kleinere Größe der Unterprotokolldateneinheiten macht es wahrscheinlicher, dass die Dateneinheiten während der Übertragung einen stabilen Kanal aufweisen.
Die digitale Schaltkreisanordnung oder Software, die erforderlich ist, große Gruppen von Daten in kleinere Datengruppen aufzuteilen ist im Fach der Konstruktion digitaler Schaltungen und Software allgemein bekannt.
Die Unterprotokolldateneinheiten werden in Unterprotokolldatenpuffern 320 gespeichert. Die Unterprotokolldatenpuffer 320 stellen einen Scheduler 330 bereit, mit einfachem Zugriff auf die Unterprotokolldaten.
Der Scheduler 330 erzeugt eine Abbildung oder einen Plan in Bezug auf, wann die Unterprotokolldateneinheiten übertragen werden sollen, welche Unterprotokolldateneinheiten von welcher Teilnehmereinheit empfangen werden sollen und in welchem Frequenzband die Teilnehmereinheiten Unterprotokolldateneinheiten zurück zu dem Basisstation-Transceiver senden können. Die Abbildung wird danach zu den Teilnehmereinheiten gesendet, so dass jede Teilnehmereinheit weiß, wann die Unterprotokolleinheiten empfangen und gesendet werden sollen. Eine Abbildung (Map) wird einmal je Zeiteinheit übermittelt. Die Zeiteinheit wird allgemein als ein Rahmen (Frame) bezeichnet. Die Zeitdauer eines Rahmens ist variabel.
Der Scheduler 330 empfängt Informationen über die Güte der Übertragungsstrecken zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmereinheiten. Die Güte der Strecken bzw. Vermittlungsabschnitte kann eingesetzt werden, um zu bestimmen, ob die Datenübermittlung räumliches Multiplexieren oder Kommunikationsdiversität enthalten soll. Zusätzlich empfängt der Scheduler 330 Datenanforderungen von den Teilnehmereinheiten. Die Datenanforderungen enthalten Informationen in Bezug auf die Größe und den Typ der zu übermittelnden Daten. Der Scheduler verwendet die Informationen über die Streckengüte, die Datengröße und den Datentyp (einschließlich Priorität und erforderlicher Dienstgüte (QoS als englische Abkürzung von Quality of Service) zur Erzeugung des Plans. Es folgt eine nähere Beschreibung einer Implementierung des Schedulers.
Die Abbildung aus 3 enthält einen Block räumliches Multiplexieren/Diversität/weder noch 335. Der Block räumliches Multiplexieren/Diversität/weder noch 335 ist enthalten, um zu zeigen, dass eine Entscheidung getroffen wird, ob räumliches Multiplexieren oder Diversität vorgesehen wird, und zwar auf der Basis der Güte der Übertragungsstreckenparameter zwischen der Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit. Der Entscheidungsprozess kann sich in dem Scheduler 330 oder auch in der Teilnehmereinheit befinden.
Das Scheduling von Entscheidungen, die auf der Übertragungsgüte zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit basieren, können entweder an dem Basisstations-Transceiver oder an der Teilnehmereinheit getroffen werden. Die Scheduling-Entscheidungen können sowohl für Aufwärtsstreckenübertragungen als auch für Abwärtsstreckenentscheidungen getroffen werden. Es ist wesentlich, dass sowohl die Basis-Transceiver-Station als auch die Teilnehmereinheit Kenntnis von den Entscheidungen in Bezug auf das Scheduling, das räumliche Multiplexieren und die Diversität haben, die auf der Basis der Güte der Übertragungsstrecke getroffen werden.
Der Scheduler 330 greift auf die Unterprotokolldateneinheiten in den Unterprotokolldatenpuffern 320 zu. Jede Datenanforderung kann einen dedizierten Puffer in den Unterprotokolldatenpuffern 320 aufweisen. Eine vorbestimmte Anzahl von Unterprotokolldateneinheiten wird durch den Scheduler 330 abgerufen und in einem Rahmen in einer Rahmeneinheit 340 geordnet. Eine Abbildung des Plans ist in jedem Rahmen zum Zweck des Anzeigens an jede Teilnehmereinheit enthalten, wann (das heißt, in welchem Zeitschlitz) und auf welcher Frequenz von der Teilnehmereinheit angeforderte Datenblöcke übermittelt werden, und wann und auf welcher Frequenz Datenblöcke von der Teilnehmereinheit übermittelt werden können. Der Rahmen enthält eine vorbestimmte Anzahl von Unterprotokolldateneinheiten, wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird. Eine Implementierung der Rahmeneinheit 340 wird später im Text beschrieben.
Die gerahmten Unterprotokolldateneinheiten werden durch Codierungs-, Diversitätsverarbeitungs-, Mehrträgermodulations-Einheiten 350, 360, 370 empfangen. Die Codierung in den Einheiten 350, 360, 370 wird später im Text beschrieben. Die Einheiten 350, 360, 370 können eine Diversitätsverarbeitung der Unterprotokolleinheiten enthalten. Diversitätskomrnunikationen und -verarbeitung sind auf dem Gebiet der Kommunikation allgemein bekannt.
Die Mehrträgermodulatoreinheiten 350, 360, 370 erzeugen jeweils eine Mehrzahl von Mehrträger-modulierten Signalen. Jeder Mehrträgermodulator 350, 360, 370 empfängt einen verarbeiteten (Codierung und/oder Diversitätsverarbeitung) Unterprotokolldateneinheitsstrom und erzeugt ein Mehrträger-moduliertes Signal auf der Basis des entsprechenden verarbeiteten Unterprotokolldateneinheitsstroms. Die Mehträger-modulierten Signale werden in Bezug auf die Frequenz aufwärtsgewandelt und verstärkt, wie dies im Fach der Kommunikationssysteme allgemein bekannt ist.
Ein Ausgang des ersten Mehrträgermodulators 350 ist mit einer ersten Sendeantenne 375 verbunden. Ein Ausgang eines zweiten Mehrträgermodulators 350 ist mit einer zweiten Sendeantenne 385 verbunden. Ein Ausgang eines dritten Mehrträgermodulators 370 ist mit einer dritten Sendeantenne 395 verbunden. Die erste Sendeantenne 375, die zweite Sendeantenne 385 und die dritte Sendeantenne 395 können in einer Antennenanordnung an einer einzigen Basisstation angeordnet sein. Alternativ können erste Sendeantenne 375, die zweite Sendeantenne 385 und die dritte Sendeantenne 395 jeweils an einer separaten Basisstation angeordnet sein. Die erste Sendeantenne 375, die zweite Sendeantenne 385 und die dritte Sendeantenne 395 können unterschiedliche Polarisationszustände aufweisen und entweder physikalisch gemeinsam an einer einzigen Basisstation angeordnet sein oder jeweils an separaten Basisstationen angeordnet sein. Die den Sendeketten zugeordnete Schaltkreisanordnung kann separat mit den Antennen 375, 385, 395 angeordnet sein.
Das Ausführungsbeispiel aus 3 weist drei Sendeantennen auf. Hiermit wird festgestellt, dass die Erfindung zwei oder mehr Sendeantennen aufweisen kann. Die zusätzlichen Antennen können durch zusätzliche Mehrträgermodulatoren gesteuert werden, die jeweils separate, entsprechend verarbeitete Unterprotokolldateneinheitsströme aufweisen.
Das Ausführungsbeispiel aus 3 kann ferner die Teilnehmereinheiten 397, 399 aufweisen. Die Teilnehmereinheiten 397, 399 können mehrere räumlich getrennte Teilnehmerantennen aufweisen.
Mehrere Sendeantennen und mehrere Teilnehmerantennen ermöglichen es, dass das kabellose Kommunikationssystem räumliches Multiplexieren und Kommunikationsdiversität aufweist. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, können räumliches Multiplexieren und Kommunikationsdiversität die Kapazität des Kommunikationssystems verbessern und die Effekte von Schwund bzw. Fading und Mehrpfaden reduzieren, was zu einer höheren Kapazität führt.
Der Scheduler 330 kann die erforderliche Verarbeitung für das räumliche Multiplexieren unterstützten. Das heißt, der Scheduler kann die Übermittlung von Unterprotokolldateneinheiten von mehreren Basis-Transceiver-Antennen (eine Basis oder mehrere Basen) anweisen, so dass die Übermittlung an eine bestimmte Teilnehmereinheit räumliches Multiplexieren aufweist. Für das räumliche Multiplexieren werden mehr Unterprotokolldateneinheiten für die Übermittlung geplant bzw. gesteuert. Die Anzahl der für die Übermittlung vorgesehenen Unterprotokolldateneinheiten ist von der Anordnung bzw. Reihenfolge des räumlichen Multiplexierens abhängig.
Hochfrequenzsignale (HF-Signale) sind zwischen die Senderantennen und die Teilnehmerantennen gekoppelt. Die HF-Signale werden mit Datenströmen moduliert, die die übermittelten Symbole aufweisen. Die von der Senderantenne übermittelten Signale können aus verschiedenen Datenströmen gebildet werden (räumliches Multiplexieren) oder aus einem Datenstrom (Kommunikationsdiversität) oder beides.
Abwärtsstreckenübertragung
Die Abbildung aus 4A zeigt ein Flussdiagramm der Schritte in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der erste Schritt 410 umfasst den Empfang der PDUs. Der zweite Schritt 420 umfasst das Erzeugen von Unterprotokolldateneinheiten aus den PDUs. In dem dritten Schritt 430 werden die Unterprotokolldateneinheiten in Unterprotokolldateneinheitspuffern gespeichert. Ein vierter Schritt 440 umfasst das Scheduling von Zeitschlitzen und Frequenzblöcken in Bezug auf jede der Teilnehmereinheiten. In dem fünften Schritt 450 wird der Plan (Schedule) an die Teilnehmereinheiten gesendet. Ein sechster Schritt 460 umfasst das Senden der Unterprotokolldateneinheiten an die Teilnehmer. Hiermit wird festgestellt, dass die Schritte aus dem Flussdiagramm aus 4A nicht unbedingt sequentiell sein müssen.
Aufwärtsstreckenübertragung
Die Abbildung aus 4B zeigt ein weiteres Flussdiagramm der Schritte eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist die Abläufe für die Aufwärtsstreckenübertragung auf.
In dem ersten Schritt 415 wird eine Teilnehmereinheit hochgefahren.
Ein zweiter Schritt 425 umfasst das Synchronisieren der Teilnehmereinheit mit Rahmen, die von einer Basis-Transceiver-Station gesendet werden. Die Basis-Transceiver-Station übermittelt Informationen in Rahmen, was es den Teilnehmereinheiten ermöglicht, eine Phasenverriegelung oder Synchronisierung mit der Basis-Transceiver-Station herzustellen. Im Allgemeinen werden alle Basis-Transceiver-Stationen eines Mobilfunksystems mit einem gemeinsamen Refererenztaktsignal synchronisiert.
Ein dritter Schritt 435 weist das Decodieren einer in der Basis-Transceiver-Station übermittelten Abbildung auf. Die übermittelte Abbildung ermöglicht die Identifikation von Vermessungsblöcken und Konkurrenzblöcken, die der Teilnehmer einsetzen kann, um Informationen zu der Basis-Transceiver-Station zu übermitteln.
Ein vierter Schritt 445 umfasst das Senden von Vermessungsinformationen an die Teilnehmereinheit. Die Vermessungsinformationen werden übermittelt, um die Ausbreitungsverzögerung zwischen der Teilnehmereinheit und der Basis-Transceiver-Station zu schätzen. Die geschätzte bzw. prognostizierte Verzögerung wird eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Sendezeitsteuerung der Teilnehmereinheit so angepasst wird, dass die Ausbreitungsverzögerung kompensiert wird.
Ein fünfter Schritt 455 umfasst das Decodieren einer Abbildung, die in der Folge von der Basis-Transceiver-Station gesendet wird, um einen Vermessungs- bzw. Ranging-Versatz zu bestimmen. Der Vermessungsversatz kann für die zukünftige Übertragung durch die Teilnehmereinheit verwendet werden.
Ein sechster Schritt 465 umfasst das Einführen des Vermessungsversatzes in zukünftige Übermittlungen der Teilnehmereinheit.
Ein siebter Schritt 475 umfasst das Konkurrieren um Datenanforderungen mit anderen Teilnehmereinheiten.
Ein achter Schritt 485 umfasst das Empfangen einer Abbildung mit Blockzuweisungen, in denen Datenanforderungen (Aufwärtsstrecke) von der Teilnehmereinheit an die Basis-Transceiver-Station gesendet werden können.
Dienstabläufe
Eine Dienstablaufanforderung stellt eine bidirektionale Datenanforderung (Upstream und Downstream) zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit dar, mit einer zugeordneten Reihe von Dienstgüteparametern. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Dienstablaufanforderungen, konstante Bitrate (CBR als englische Abkürzung von Constant Bit Rate) und uneingeschränkte Bitrate (UBR als englische Abkürzung von Unrestricted Bit Rate).
Die CBR-Dienstablaufanforderungen umfassen das Scheduling der Teilnehmer durch den Scheduler, periodisch Unterprotokolldateneinheiten zu empfangen oder zu senden. Die Periode kann eine vorbestimmte Häufigkeit je Rahmen darstellen. Nachdem eine Dienstablaufanforderung gestellt worden ist, sind die Aufwärtsstrecken-Bandbreitenzuweisung und die Abwärtsstrecken-Bandbreitenzuweisung periodisch. Informationen werden zu den und von den Teilnehmereinheiten übermittelt, ohne dass die Teilnehmereinheiten Informationsgrößenanforderungen senden müssen. Die Aufwärtsstreckenzuweisungen werden periodisch gesteuert, ohne Aufforderung durch die Teilnehmereinheit.
Die UBR-Dienstablaufanforderungen umfassen es, dass der Scheduler das Scheduling der Aufwärtsstrecke und der Abwärtsstrecke steuert, auf der Basis der Informtionsgrößenanforderungen durch die Teilnehmer. Die Abwärtsstrecken-Abbildungszuweisungen erfolgen auf der Basis der Datenmenge in den zugeordneten Dienstablaufpuffern. Die Aufwärtsstrecken-Abbildungszuweisungen erfolgen auf der Basis der Informationsgrößenanforderungen, die von den Teilnehmereinheiten übermittelt werden. Jede Informationsgrößenanforderung aktualisiert die Prognose des Schedulers in Bezug auf die Datenmenge in einem zugeordneten Dienstablaufpuffer.
Abwärtsstrecken-Dienstablaufanforderung
Die Abbildung aus 5A zeigt eine Reihe von Dienstablaufpuffern 510, 520, 530, 540, die Unterprotokolldateneinheiten für Teilnehmereinheiten aufweisen. Der Scheduler verwendet die Dienstablaufpuffer 510, 520, 530, 540 zum Erzeugen eines Plans für die Unterprotokolldatenübermittlung. Die Dienstablaufpuffer können unterschiedliche Datengrößen aufweisen. Der Scheduler adressiert die Dienstablaufpuffer und bildet den Plan.
Die Dienstablaufpuffer 510, 520, 530, 540 weisen Daten für die Teilnehmereinheiten auf. Die Puffer 510, 520, 530, 540 weisen Daten auf, die von dem Netzwerk allgemein als Reaktion auf Anforderungen empfangen werden, die von den Teilnehmern übermittelt worden sind. Auf die Puffer 510, 520, 530, 540 kann über einen Prozessor in der Basis-Transceiver-Station zugegriffen werden.
Die Dienstablaufpuffer 510, 520, 530, 540 können verschiedenartige Daten und unterschiedliche Datenmengen aufweisen. Wie dies nachstehend im Text beschrieben wird, beeinflussen diese Faktoren, wie der Scheduler die von den Teilnehmereinheiten angeforderten Daten beeinflusst.
Der Scheduler greift während der Erzeugung der Abbildung des Plans auf die Dienstablaufpuffer 510, 520, 530, 540 zu.
Wie dies in der Abbildung aus 5A durch den Pfeil 550 dargestellt ist, weist ein Ausführungsbeispiel des Schedulers die sequentielle Adressierung jedes Dienstablaufs sowie die Bildung der Abbildung des Plans auf. Wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird, sind die für jede Dienstablaufanforderung dedizierten Datenblöcke von einer Blockgewichtung abhängig. Die Blockgewichtung ist allgemein von der Priorität der jeweiligen Datennachfrage bzw. Datenanforderung abhängig.
Aufwärtsstrecken-Dienstablaufanforderung
Die Abbildung aus 5B zeigt eine Reihe prognostizierter bzw. geschätzter Größen von Dienstablaufpuffern 515, 525, 535, 545 auf der Basis des Dienstablaufs (CBR, UBR), welche die Nachfrage nach Aufwärtsstreckendaten seitens der Teilnehmereinheiten anzeigen. Der Scheduler verwendet die geschätzten Größen der Dienstablaufpuffer 515, 525, 535, 545 für die Erzeugung des Unterprotokolldaten-Aufwärtsstreckenübermittlungsplans. Der Scheduler adressiert die den Plan bildenden geschätzten Größen des Dienstablaufpuffers.
Die geschätzten Größen der Dienstablaufpuffer 515, 525, 535, 545 stellen die geschätzte Nachfrage nach Daten durch die Teilnehmereinheiten dar. Die geschätzten Größen der Dienstablaufpuffer 515, 525, 535, 545 werden allgemein über Funk bzw. kabellos von den Teilnehmereinheiten an der Basis-Transceiver-Station empfangen. Die geschätzten Größen der Dienstablaufpuffer 515, 525, 535, 545 können in Speicherpuffern in Warteschlangen gespeichert werden, auf die ein Prozessor in der Basis-Transceiver-Station zugreifen kann.
Wie dies in der Abbildung aus 5B durch den Pfeil 555 dargestellt ist, umfasst ein Ausführungsbeispiel des Schedulers die sequentielle Adressierung jeder geschätzten Größe eines Dienstablaufpuffers sowie die Bildung der Abbildung des Plans. Wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird, sind die jeder geschätzten Dienstablaufpuffergröße dedizierten Datenblöcke abhängig von einer Blockgewichtung. Die Blockgewichtung ist allgemein abhängig von der Priorität der speziellen Datennachfrage.
Orthogonale Frequenzmultiplexing-Modulation (OFDM)
Systeme mit Frequenzmultiplexverfahren umfassen das Aufteilen der verfügbaren Bandbreite in mehrere Datenträger. OFDM-Systeme weisen mehrere Träger (oder Töne) auf, welche die übermittelten Daten über das verfügbare Frequenzspektrum aufteilen. Bei OFDM-Systemen gilt jeder Ton als orthogonal (unabhängig oder ohne Verhältnis dazu) zu den benachbarten Tönen. OFDM-Systeme verwenden Datenbündel oder Datenblöcke, wobei jeder Block eine zeitliche Dauer aufweist, die deutlich größer ist als die Verzögerungsausbreitung, um den Effekt von ISI zu minimieren, verursacht durch die Verzögerungsausbreitung. Daten werden in Bündeln oder Blöcken übertragen, und wobei jedes Bündel ein zyklisches Präfix aufweist, gefolgt von Datenzeichen und/oder Datenzeichen gefolgt von einem zyklischen Suffix.
Die Abbildung aus 6 zeigt ein Frequenzspektrum von OFSDM-Zwischenträgersignalen 610, 620, 630, 640, 650, 660. Jeder Zwischenträger 610, 620, 630, 640, 650, 660 wird durch separate Zeichen oder Kombinationen von Zeichen moduliert.
Ein beispielhaftes OFDM-Signal im Bereich von 6 MHz besteht aus 1024 einzelnen Trägern (oder Tönen), die jeweils ein einzelnes QAM-Zeichen je Bündel tragen bzw. führen. Ein zyklisches Präfix oder ein zyklisches Suffix wird verwendet, um Übergänge von vorherigen Bündeln zu absorbieren, bewirkt durch Mehrwegsignale. Darüber hinaus bewirkt das zyklische Präfix oder das zyklische Suffix, das die gesendete OFDM-Kurvenform periodisch erscheint. Bis zu dem Zeitpunkt, wenn das zyklische Präfix abgelaufen ist, stellt die durch die kombinierten Mehrkanal- bzw. Mehrwegsignale erzeugte Kurvenform keine Funktion etwaiger Abtastwerte des vorherigen Bündels dar. Somit tritt ISI nicht auf. Das zyklische Präfix muss größer sein als die Verzögerungsausbreitung der Mehrwegsignale.
Rahmenstruktur
Die Abbildung aus 7A zeigt eine Rahmenstruktur, die Blöcke von Übertragungsdaten darstellt, die durch Übertragungszeitschlitze und Übertragungsfrequenzblöcke definiert werden. Der Scheduler bildet Anforderungen zur Übermittlung oder zum Empfang von Daten in einer derartigen Datenstruktur ab. Zum Beispiel können die Datenblöcke B1, B2 und B3 während einem ersten Zeitschlitz übermittelt werden, jedoch über unterschiedliche Frequenzbereiche oder Blöcke. Die Datenblöcke B4, B5 und B6 werden während einem zweiten Zeitschlitz übertragen, jedoch über sich voneinander unterscheidende Frequenzbereiche oder Blöcke. Die verschiedenen Frequenzbereiche können definiert werden als verschiedene Gruppierungen oder Reihen der vorstehend beschriebenen OFDM-Zeichen. Wie dies in der Abbildung aus 7A dargestellt ist, weist der gesamte Übermittlungsfrequenzbereich drei Frequenzblöcke in einem Rahmen auf.
Die Datenblöcke B1, B6, B7, B12, B13, B18, B19, B24, B25 und B30 werden über gemeinsame Frequenzbereiche übertragen, jedoch in unterschiedlichen Zeitschlitzen. Wie dies in der Abbildung aus 7A dargestellt ist, sind zehn Zeitschlitze in einem einzigen Rahmen enthalten. Die Anzahl der Zeitschlitze je Rahmen ist nicht unbedingt fest.
Die Nummerierung der Datenblöcke ist in der Reihenfolge dargestellt, die aufgrund ihrer einfachen Implementierung ausgewählt worden ist.
Die Datenblöcke belegen allgemein einen vorbestimmten Teil des Frequenzspektrums und einen vorbestimmten Zeitraum. Aufgrund der Variationen in den möglichen Modulationsarten ist jedoch die Anzahl der innerhalb eines Blocks übertragenen Bits variabel. Das heißt, für gewöhnlich weisen die Datenblöcke eine vorbestimmte Anzahl von OFDM-Zeichen auf. Die Anzahl der Bits in einem OFDM-Zeichen basiert auf der Art der Modulation, die bei der Übermittlung eingesetzt wird. Das heißt, ein 4 QAM-Zeichen weist weniger Bits auf als ein 16 QAM-Zeichen. Die Anzahl der Bits in einer Unterprotokolldateneinheit wird allgemein auf eine vorbestimmte Anzahl festgelegt. Abhängig von der Güte der Übertragungsstrecke können zusätzlich die zu übermittelnden Bits codiert werden, wobei zusätzliche Bits hinzugefügt werden. Somit ist die Anzahl der in einem Datenblock enthaltenen Unterprotokolldateneinheiten variabel. Die Variabilität der Anzahl der Unterprotokolleinheit in einem Datenblock wird nachstehend im Text in Bezug auf die Beschreibung der Übertragungsmodi näher beschrieben.
Die Abbildung aus 7B zeigt zwei Abbildungen 710, 720. Eine erste Abbildung 710 kann als die Aufwärtsstreckenabbildung bezeichnet werden, und eine zweite Abbildung 720 kann als die Abwärtsstreckenabbildung bezeichnet werden. Wie dies in der Abbildung aus 7B dargestellt ist, belegt die Aufwärtsstreckenabbildung 710 ein anderes Frequenzband als die Abwärtsstreckenabbildung 720. Wie dies vorstehend im Text bereits beschrieben worden ist, weisen die Abbildungen eine endliche Anzahl von Frequenzblöcken und Zeitschlitzen auf. Die Abbildungen 710, 720 aus 7B entsprechen der FDD-Übertragung.
Die Abbildung aus 7C zeigt ebenfalls zwei Abbildungen 730, 740. Eine erste Abbildung 730 kann als die Aufwärtsstreckenabbildung bezeichnet werden, und eine zweite Abbildung 740 kann als die Abwärtsstreckenabbildung bezeichnet werden. Wie dies in der Abbildung aus 7C dargestellt ist, belegt die Aufwärtsstreckenabbildung 730 einen anderen Zeitraum als die Abwärtsstreckenabbildung 740. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, weisen die Abbildungen eine endliche Anzahl von Frequenzblöcken und Zeitschlitzen auf. Die Abbildungen 730, 740 aus der Abbildung aus 7C entsprechen TDD-Übertragungen.
Dienstablaufanforderungstabelle
Die Abbildung aus 8 zeigt ein Beispiel für eine Dienstablauftabelle. Die Dienstablauftabelle zeigt Informationen über jede Dienstablaufanforderung, die für die Erzeugung des Datenblockübertragungsplans nützlich ist. Die Informationen in der Dienstablauftabelle umfassen eine Dienstablaufanforderungs-Identifikationsnummer (SF₁, SF₂, SF₃, SF_N), eine Dienstablauf-Warteschlangengröße (SFQ₁, SFQ₂, SFQ₃, SFQ_N), eine Moduszuweisung (M₁, M₂, M₃, M_N), eine Blockgewichtung (BW₁, BW₂, BW₃, BW_N) und einen Systemmodus (SM, Diversität).
Die Dienstablaufanforderungs-Identifikationsnummer identifiziert jede einzelne Dienstablaufanforderung.
Die Dienstablauf-Warteschlangengröße stellt Informationen in Bezug auf die Größe oder die Menge der Informationen bereit, die von der Dienstablaufanforderung angefordert werden.
Die Moduszuweisung stellt Informationen über die Art der Modulation und der Codierung bereit, die eingesetzt werden sollen, wenn Datenblöcke der Dienstablaufanforderung bereitgestellt werden. Die Moduszuweisung wird allgemein bestimmt durch die Güte der Übertragungsstrecke zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmereinheiten. Die Güte der Übertragungsstrecke kann auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden.
Die Übertragungsgüte der Vermittlungsabschnitt zwischen einer Teilnehmereinheit und den Basis-Transceiver-Stationen kann auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. Eine Fehlerrate einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC) kann überwacht werden. Je höher die Güte der Strecke ist, desto niedriger sind die CRC-Fehlerraten. Die Überwachung der CRC-Fehlerraten der Zeichenströme ist auf dem Gebiet der Kommunikationen allgemein bekannt.
Eine Überwachung des Signal-Interferenz-Störabstands (SINR) kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Güte der Übertragungsstrecken zu bestimmen. Verschiedene auf dem Gebiet der Kommunikation allgemein bekannte Techniken können für die Bestimmung des SINR eingesetzt werden.
Auf der Basis der Güte der Strecke zwischen einem Basisstations-Transceiver und einer Teilnehmereinheit wird ein Übertragungsmodus der Teilnehmereinheit zugeordnet. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, bestimmt der Übertragungsmodus die verwendete Codierung und Modulation bei der Übertragung von Daten zwischen dem Basisstations-Transceiver und einer Teilnehmereinheit. Je besser die Güte der Übertragungsstrecke, desto größer ist die Informationsmenge, die übertragen werden kann. Zum Beispiel gilt, je besser die Güte der Strecke, desto höher die zulässige Modulationsordnung. Das heißt, eine 16 QAM erfordert allgemein eine bessere Übertragungsstrecke als eine 4 QAM.
Ein Vermittlungsabschnitt bzw. eine Strecke mit schlechter Güte bzw. Qualität kann eine Codierung der übermittelten Daten erforderlich machen, um die Fehlerrate der übermittelten Daten zu minimieren. Im Allgemeinen reduziert die Codierung der übermittelten Informationen die Rate, mit der die Daten übertragen werden, da die Codierung zusätzliche Codierungsdaten hinzufügt. Beispiele für die verwendeten Codierungsarten sind unter anderem die Faltungscodierung und die Reed-Solomon-Codierung. Diese üblichen Codierungsarten sind auf dem Gebiet der Kommunikation allgemein bekannt.
Die Moduszuweisung kann zudem auch andere Übertragungseigenschaften bestimmen. Zum Beispiel kann die Moduszuweisung verwendet werden, um die Übertragungsfrequenzbreite oder die Übertragungsleistung zu bestimmen.
Die Blockgewichtung bestimmt die Mindestanzahl der vorstehend beschriebenen Blöcke, die zu einem bestimmten Zeitpunkt einer Dienstablaufanforderung zugeordnet sind. Die Blockgewichtung wird allgemein gemäß der Priorität der angeforderten Daten bestimmt. Das heißt, bestimmte Arten von Dienstablaufanforderungen beziehen sich auf Informationen mit höherer Priorität. Durch die Zuweisung einer höheren Blockgewichtung wird die Dienstablaufanforderung schneller erfüllt.
Für eine Dienstanforderung mit einer Blockgewichtung von zum Beispiel zwei weist die Abbildung des Plans zwei aufeinanderfolgende Blöcke der Dienstanforderung zu. Eine größere Blockgewichtung bewirkt, dass eine größere Anzahl einer Dienstanforderung zugewiesen wird.
Der Systemmodus bestimmt, ob die Datenübertragung räumliches Multiplexieren, Diversität oder weder noch aufweist. Wiederum bestimmt die Güte der Übertragungsstrecke zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmereinheiten allgemein, ob die Übertragung räumliches Multiplexieren oder Diversität aufweisen soll.
Die Abbildung aus 9 zeigt ein Flussdiagramm der Schritt in einem Ausführungsbeispiel eines Schedulers gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, weist der Scheduler Zeitschlitze und Frequenzblöcke zu, in denen Unterprotokolldateneinheiten von bestimmten Teilnehmereinheiten empfangen werden. Ein Plan wird einmal je Rahmen einer Zeiteinheit erzeugt. Eine vorbestimmte Anzahl von Datenblöcken ist in einem Rahmen enthalten. Im Allgemeinen weist der Scheduler eine gewichtete Round-Robin-Zuweisungsmethode auf.
Der Scheduler wird allgemein in Software implementiert, die auf der Steuereinheit in der Basis-Transceiver-Station ausgeführt wird. Die Steuereinheit (Controller) ist allgemein elektronisch verbunden mit der MAC-Adaptionseinheit, den Unterprotokolldatenpuffern und der Rahmeneinheit.
Ein erster Schritt 910 umfasst das Adressieren einer Dienstablaufanforderung.
Ein zweiter Schritt 920 umfasst die Bestimmung, ob die aktuelle Dienstablaufanforderung zu sendende Daten aufweist. Wenn Daten zu senden sind, so weist der Scheduler die aktuelle Dienstablaufanforderung einem oder mehreren Datenblöcken auf der Basis des Modus, der Blockgewichtung und des Systemmodus zu.
Ein dritter Schritt 930 umfasst das Aktualisieren der Dienstablaufwarteschlange. Das heißt, die Unterprotokolldateneinheiten sind Datenblöcken zugeordnet, woraufhin die Dienstablaufwarteschlange aktualisiert werden sollte, um die Zuordnung zu reflektieren.
Ein vierter Schritt 940 umfasst das Heraufsetzen des Blockzählwertes. Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, tritt die Abbildung eines Plans nur einmal je Rahmen auf. Jeder Rahmen weist allgemein eine vorbestimmte Anzahl von Frequenzblöcken und Zeitschlitzen bzw. Zeitscheiben auf. Der Blockzählwert beginnt, wenn eine Abbildung eines Plans erzeugt wird. Wenn Dienstablaufanforderungen adressiert werden, wird ein Blockzähler heraufgesetzt. Hiermit wird festgestellt, dass die Blockgewichtung in dem Blockzählwert berücksichtigt wird.
Ein fünfter Schritt 950 umfasst die Prüfung, ob der Blockzählwert einer vorbestimmten Zahl N entspricht. Wenn der Blockzählwert die vorbestimmte Zahl erreicht hat, so sind alle Blöcke in dem vorliegenden Rahmen zugewiesen worden. Wenn der Blockzählwert unter der vorbestimmten Zahl N liegt, so können noch Blöcke in dem Rahmen Unterprotokolldateneinheiten zugeordnet werden.
Ein sechster Schritt wird ausgeführt, wenn alle Blöcke in einem Rahmen zugewiesen worden sind. Der abgebildete Plan des Rahmens kann danach gesendet werden.
Übertragungsgmodi
Die Abbildung aus 10 zeigt verschiedene Modi für die Blockübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Modusauswahl basiert allgemein auf der Güte der Übertragungsstrecke zwischen dem Basisstations-Transceiver und den Teilnehmereinheiten. Die Modusauswahl kann die Art der Modulation bestimmen (zum Beispiel 4 QAM, 16 QAM oder 64 QAM), die Art der Codierung (Faltungscodierung oder Reed-Solomon-Codierung) oder ob die Übertragung räumliches Multiplexieren oder Diversität aufweist.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, können verschiedeneÜbertragungsstreckenparameter verwendet werden, um den Modus festzulegen, der der Übertragung einer von einem Dienstablauf angeforderten Unterprotokolldateneinheit zugeordnet ist. Die Abbildung aus 10 stellt ein Verhältnis zwischen einem Übertragungsdatenblock (definiert durch einen Frequenzblock und einen Zeitschlitz) und einer Unterprotokolldateneinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Die Abbildung aus 10 zeigt einen einzelnen Zeitschlitz, der in drei Datenblöcke für sechs verschiedene Modi aufgeteilt ist. Ein erster Modus 1010 umfasst eine Unterprotokolldateneinheit, die zwei Datenblöcke belegt. Ein zweiter Modus 1020 umfasst eine Unterprotokolldateneinheit, die einen einzigen Datenblock belegt. Ein dritter Modus 1030 umfasst drei Unterprotokolldateneinheiten, die zwei Datenblöcke belegen. Ein vierter Modus 1040 umfasst zwei Unterprotokolldateneinheiten, die einen Datenblock belegen. Ein fünfter Modus 1050 umfasst fünf Unterprotokolldateneinheiten, die zwei Datenblöcke belegen. Ein sechster Modus 1060 umfasst drei Unterprotokolldateneinheiten, die einen einzelnen Datenblock belegen.
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, bestimmt die Moduszuweisung die innerhalb jedes Datenblocks übertragene Informationsmenge. Im Allgemeinen gilt, je besser die Güte der Übertragungsstrecke zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit, desto höher die Moduszuordnung und desto größer die je Datenblock übertragene Informationsmenge.
Hiermit wird festgestellt, dass die Moduszuweisung der Übertragungsstrecken zwischen Basis-Transceiver-Stationen und Teilnehmereinheiten von Teilnehmereinheit zu Teilnehmereinheit variieren kann. Hiermit wird ferner festgestellt, dass die Moduszuweisung einer Übertragungsstrecke zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit sich von Zeitrahmen zu Zeitrahmen verändern kann.
Hiermit wird festgestellt, dass die Anzahl der je Zeitschlitz zugeordneten Frequenzblöcke variabel ist. Ein Ausführungsbeispiel des Schedulers umfasst es, dass der Scheduler Beschränkungen der Frequenzbandbreite bei der Aufwärtsstrecken- oder der Abwärtsstreckenübertragung berücksichtigt. Die Zuweisungen der Frequenzbandbreite können angepasst werden, indem die Anzahl der Frequenzblöcke in einem Zeitschlitz variiert wird. Die einem Teilnehmer zugewiesene Frequenzbandbreite kann auf Grund der Aspekte des Signal-Rauschabstands oder Beschränkungen des Federal Communication Committee (FCC) beschränkt bzw. begrenzt werden. Der Scheduler kann diese Beschränkungen über Zuweisungen der Frequenzbandbreite über Scheduling berücksichtigen.
Die Beschreibung der Erfindung ist auf FDMA und TDMA beschränkt. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass die Grundsätze und Konzepte der Erfindung so erweitert werden können, dass sie CDMA einschließen. Die Abbildung aus 11 zeigt eine Rahmenstruktur, die einen Code aufweist, der die Blöcke des Rahmens von den Blöcken anderer Rahmen unterscheidet, die einen anderen Code aufweisen, wodurch ein Codemultiplex-Zugang (CDMA) bereitgestellt wird.
Die Abbildung aus 11 zeigt einen Rahmen 1110, der die Blöcke B1, C bis BN, C aufweist. Das an jeden Block angehängte C zeigt an, dass jeder Block gemäß dem Rahmen codiert ist, zu dem der Block gehört. Andere Rahmen können Blöcke mit den gleichen Frequenzbereichen und Zeitschlitzen aufweisen. Der Mehrfachzugang der Blöcke kann erreicht werden durch unterschiedliche Codierung der Blöcke verschiedener Rahmen. CDMA kann sowohl für die Abwärtsstrecken- als auch die Aufwärtsstrecken-Blockübertragung eingesetzt werden.
Ruhe- und Paging-Modi
Die Teilnehmereinheiten können so konfiguriert werden, dass sie einen Ruhe- oder Paging-Modus aufweisen. In dem Ruhemodus fahren die Teilnehmereinheiten herunter, um Energie zu sparen, die nicht zeitlich so gesteuert sind, dass sie Dateneinheiten empfangen oder übermitteln. Das heißt, wenn der Abbildungsplan eines Rahmens keine Übermittlungen zwischen einer beliebigen Basis-Transceiver-Station und einer Teilnehmereinheit aufweist, fährt die Teilnehmereinheit für diesen speziellen Rahmen herunter. Somit benötigt die Teilnehmereinheit weniger Energie. Ein Paging-Modus erweitert die Abschaltperiode auf mehrere Rahmen. In dem Paging-Modus fährt eine Teilnehmereinheit nur hoch, wenn eine Anforderung für die Übermittlung von Daten empfangen wird. Die Anforderung kann zu bestimmten Zeitpunkten empfangen werden, wie zum Beispiel, wenn Synchronisierungssignale von den Teilnehmern von den Basis-Transceiver-Stationen empfangen werden.
Datenblock-Header
Wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist, wird die Abbildung des Plans jedes Rahmens am Anfang der Übertragung eines Rahmens übertragen. Darüber hinaus werden die Dienstablaufidentifikation und die Modusauswahl für jeden Frequenzblock und Zeitschlitz allgemein innerhalb der Abbildung übertragen.
Die Abbildung aus 12 zeigt eine Struktur einer Abbildungsnachricht, die einmal je Rahmen gesendet wird. Die Abbildungsnachricht weist einen Header 1205 und Informationselemente (IEs) 1210, 1220, 1230, 1240 auf. Der Header weist die Nummer des zugeordneten Rahmens auf. Die IEs 1210, 1220, 1230, 1240 weisen eine Dienstablaufidentifikation, eine Modusnummer, die Anzahl der der Dienstablaufidentifikation zugeordneten Blöcke und Informationen auf, die anzeigen, ob der Dienstablauf eine Aufwärtsstrecke oder eine Abwärtsstrecke darstellt.
Beschrieben und veranschaulicht wurden bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die bestimmten Ausführungen oder Anordnungen der Bauteile gemäß der Beschreibung und Veranschaulichung beschränkt ist. Die Erfindung ist ausschließlich durch die anhängigen Ansprüche beschränkt.

Claims

Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen (375, 385, 395) und einem Teilnehmer (397, 399), wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) das Empfangen (410) von Protokolldateneinheiten von einem Netzwerk; b) das Erzeugen (420) von Unterprotokolldateneinheiten aus den Protokolldateneinheiten; c) das Auswählen eines Übertragungsmodells, das mindestens entweder das räumliche Multiplexieren, den Einsatz verschiedener Datenströme oder Übermittlungsverschiedenartigkeit aufweist, unter Verwendung eines Datenstroms, auf der Basis einer Übertragungsstreckengüte zwischen jeder Basisstations-Transceiver-Antenne und der Teilnehmereinheit; und d) einmal je Zeitfenster das Erzeugen (440) eines Plans gemäß dem ausgewählten Übertragungsmodell, wobei der Plan Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, innerhalb denen der Teilnehmer jede der Unterprotokolldateneinheiten von der Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen empfängt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Basisstation die Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen umfasst.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, wobei dieses ferner folgendes umfasst: das Übertragen (450) des Plans zu dem Teilnehmer; und das Übertragen (460) der Unterprotokolldateneinheiten gemäß dem Plan durch die Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen (460).
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, wobei dieses ferner folgendes umfasst: das Speichern (430) der Unterprotokolldateneinheiten in Unterprotokollpuffern; und das Zugreifen auf die Unterprotokolldateneinheiten aus den Unterprotokollpuffern gemäß dem Plan.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, folgendes umfasst: das Auswählen mindestens eines Übertragungsmodus für den Teilnehmer, indem eine Güte der Übertragungsstrecken zwischen dem Basisstations-Transceiver und dem Teilnehmer bestimmt wird.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, wobei das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, folgendes umfasst: das Auswählen mindestens eines Übertragungsmodus für den Teilnehmer, bestimmt durch die durch den Teilnehmer nachgefragte Dienstgüte.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 5, wobei das Auswählen eines Übertragungsmodus folgendes umfasst: das Bestimmen, wie Daten in den Unterprotokolleinheiten codiert werden.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 5, wobei das Auswählen eines Übertragungsmodus folgendes umfasst: das Bestimmen eines zu verwendenden Modulationstyps zur Verwendung für die Übermittlung der Unterprotokolldateneinheiten.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Mehrzahl von Teilnehmern, und wobei das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, folgendes umfasst: das Empfangen einer Blockgewichtung von jedem der Teilnehmer, wobei die Blockgewichtung abhängig ist von der Priorität einer Dienstablaufanforderung von dem Teilnehmer.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Mehrzahl von Teilnehmern, und wobei das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, folgendes umfasst: das Empfangen von Dienstablaufanforderungen von den Teilnehmern, wobei die Dienstablaufanforderungen Datennachfragen der Teilnehmer anzeigen.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 3, wobei das Erzeugen eines Plans die Auswahl mindestens eines Übertragungsmodus für den Teilnehmer durch die Bestimmung einer Güte der Übertragungsstrecken zwischen dem Basisstations-Transceiver und dem Teilnehmer umfasst.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 10, wobei das Erzeugen eines Plans, der Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, folgendes umfasst: das Auswählen mindestens eines Übertragungsmodus für einen Teilnehmer, bestimmt durch die von dem Teilnehmer nachgefragte Dienstgüte.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer, wobei der Basisstations-Transceiver folgendes umfasst: a) eine Adaptionseinheit (310) zum Erzeugen von Unterprotokolldateneinheiten aus von einem Netzwerk empfangenen Protokolldateneinheiten; gekennzeichnet durch: b) eine Einrichtung (335) zur Auswahl eines Übertragungsmodells, das mindestens entweder das räumliche Multiplexieren, den Einsatz verschiedener Datenströme oder Übermittlungsverschiedenartigkeit aufweist, unter Verwendung eines Datenstroms, auf der Basis einer Übertragungsstreckengüte zwischen jeder Basisstations-Transceiver-Antenne einer Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen (375, 385, 395) und der Teilnehmereinheit (397, 399); und c) einen Scheduler (330), der eine Abbildung eines Plans gemäß dem ausgewählten Übertragungsmodell erzeugt, welcher Zeitschlitze und vordefinierte Frequenzblöcke bezeichnet, innerhalb denen die Mehrzahl von Teilnehmern jede der Unterprotokolldateneinheiten von der genannten Mehrzahl von Basisstations-Transceiver-Antennen empfängt.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Daten zu einem Teilnehmer nach Anspruch 13, wobei dieser ferner folgendes umfasst: eine Einrichtung zur Übermittlung des Abbildungsplans an den Teilnehmer; und wobei der Basisstations-Transceiver die Unterprotokolldateneinheiten gemäß dem Abbildungsplan übermittelt.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer nach Anspruch 14, wobei dieser ferner folgendes umfasst: Unterprotokollpuffer (320) zum Speichern der Unterprotokolldaten, wobei der Scheduler (330) mit den Unterprotokollpuffern verbunden ist, was einen Zugriff auf die Unterprotokolldateneinheiten gemäß dem Abbildungsplan bereitstellt.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer nach Anspruch 15, wobei der Scheduler (330) mindestens einen Übertragungsmodus für den Teilnehmer auswählt, indem die Güte der Übertragungsstrecken zwischen dem Basisstations-Transceiver und dem Teilnehmer bestimmt wird.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer nach Anspruch 15, wobei der Scheduler (330) mindestens einen Übertragungsmodus für den Teilnehmer auswählt, indem die von dem Teilnehmer nachgefragte Dienstgüte bestimmt wird.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer nach Anspruch 14, wobei das Erzeugen der Abbildung das Auswählen mindestens eines Übertragungsmodus für den Teilnehmer umfasst, indem die Güte der Übertragungsstrecken zwischen dem Basisstations-Transceiver und dem Teilnehmer bestimmt wird.
Basisstations-Transceiver für die Übermittlung von Datenströmen zu einem Teilnehmer nach Anspruch 18, wobei der Scheduler (330) mindestens einen Übertragungsmodus für den Teilnehmer auswählt, wobei der Übertragungsmodus durch die von dem Teilnehmer nachgefragte Dienstgüte bestimmt wird.
Verfahren zur Übermittlung von Datenströmen zwischen einer Basis-Transceiver-Station und einem Teilnehmer nach Anspruch 1, wobei jede der Basis-Transceiver-Stationen mindestens eine Basisstations-Transceiver-Antenne umfasst, wobei das Verfahren folgendes umfasst: a) das Empfangen von Protokolldateneinheiten von einem Netzwerk durch jede der Basis-Transceiver-Stationen; b) das Erzeugen von Unterprotokolldateneinheiten aus den Protokolldateneinheiten durch jede der Basis-Transceiver-Stationen; c) das Auswählen eines Übertragungsmodells durch jede Basis-Transceiver-Station, das mindestens entweder das räumliche Multiplexieren oder Übermittlungsverschiedenartigkeit aufweist, auf der Basis einer Übertragungsstreckengüte zwischen jeder Basisstations-Transceiver-Antenne und der Teilnehmereinheit.