Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zugriff
von Teilnehmer-Endgeräten unterschiedlicher Leistungsklassen
auf Zugangskanäle eines Kommunikationssystems mit
unterschiedlichen Leistungsklassen und ein entsprechend
ausgebildetes Kommunikationssystem.
Aktuell existierende Kommunikationssysteme werden
kontinuierlich verbessert und es werden ständig neue,
erweitere oder optimierte Leistungen in diesen
Kommunikationssystemen bereitgestellt, die sich in
unterschiedlichen Leistungsklassen der entsprechenden
Kommunikationssysteme äußern. Solche Leistungen können
bestimmte Dienste darstellen, die ein Teilnehmer des
Kommunikationssystems direkt nutzen kann, wie beispielsweise
Sprach-, Daten- oder Multimediakommunikation oder begleitende
Dienste wie Anrufbeantworterfunktion oder ähnliches. Es
können aber auch Leistungen bereitgestellt werden, die die
internen Abläufe des Kommunikationssystems betreffen wie die
Art, Zahl und Kapazität von Kommunikationskanälen, die Art
der Datenweiterleitung oder -verarbeitung oder ähnliches.
Ein Beispiel hierfür sind Mobilfunksysteme, wobei derzeit
Mobilfunksysteme der zweiten Generation wie insbesondere GSM
bzw. GPRS betrieben werden und Mobilfunksysteme der dritten
Generation wie insbesondere UMTS bzw. UTRAN spezifiziert
werden. Es sind hierbei auch Netze vorgesehen, die eine
Schnittstellenfunktion zwischen Mobilfunksystemen der zweiten
und der dritten Generation bilden, wie insbesondere GERAN-
Netze, und somit Einrichtungen aufweisen, die parallel
Leistungen der zweiten Generation und der dritten Generation
von Mobilfunksystemen ermöglichen. Hierbei ist der
Funkübertragungsteil (Luftschnittstelle) des GERAN-Netzes
nach der zweiten Generation von Mobilfunksystemen
ausgebildet, der Festnetzteil des GERAN-Netzes nach der
dritten Generation von Mobilfunksystemen. In einem GERAN-
System wird daher sowohl die A-Schnittstelle für
leitungsvermittelte Verbindungen und Gb-Schnittstelle für
paketvermittelte Verbindungen der zweiten Generation als auch
die Iups-Schnittstelle für paketvermittelte Verbindungen und
die Iucs-Schnittstelle für leitungsvermittelte Verbindungen
der dritten Generation unterstützt.
For solche GERAN-Netze ist als eine Leistung einer ersten
Leistungsklassen beispielsweise - entsprechend
Mobilfunksystemen der zweiten Generation - die Bereitstellung
von bidirektionalen Kommunikationskanälen vorgesehen, d. h.
von Kanälen in Abwärtsrichtung (Downlink) vom
Kommunikationssystem zu einem Teilnehmerendgerät und in
Aufwärtsrichtung (Uplink) vom Teilnehmer-Endgerät zum
Kommunikationssystem, die aneinander gekoppelt sind und einen
definierten Frequenzabstand (45 MHZ) und definierten Abstand
in der Zeitschlitzstruktur (3 Zeitschlitze) der TDMA-
Luftschnittstelle des GERAN-Netzes aufweisen. Andererseits
können im Rahmen von Leistungen einer weiteren
Leistungsklasse auch unidirektionale Kommunikationskanäle in
Aufwärtsrichtung oder Abwärtsrichtung bereitgestellt werden,
die nicht an einen entsprechenden zweiten Kanal gekoppelt
sind und somit eine größere Flexibilität bei der Zuweisung
von Übertagungskapazitäten zu Kommunikationsverbindungen
gestatten. Damit können die insgesamt zur Verfügung stehenden
Übertragungskapazitäten besser genutzt werden und mehr
Kommunikationsverbindungen mit der nötigen
Übertragungskapazität versorgt werden als bei Systemen mit
bidirektionalen Kanälen. Diese Maßnahmen sind beispielsweise
in Tdoc 2e00-126 "GERAN Physical Sub-Channels", ETSI SMG2
Working Session on EDGE, Seattle, Washington USA, May 8-12.
2000, beschrieben.
Der Zugriff von Teilnehmer-Endgeräten auf
Kommunikationssysteme kann speziell über bestimmte
Zugangskanäle erfolgen. So ist beispielsweise in
Mobilfunksystemen ein spezieller, gemeinsamer
Signalisierungskanal (Common Control Channel CCCH) hierfür
vorgesehen, der als Zugangskanal (Random Access Channel RACH)
ausgelegt ist. Bisherige Zugriffsverfahren gestatten jedoch
nicht, ein Teilnehmer-Endgerät frühzeitig den Leistungen
derjenigen Leistungsklasse zuzuweisen, die für die
Leistungsklasse des Endgerätes insgesamt oder für den aktuell
vom Teilnehmer-Endgerät geforderten Dienst notwendig oder
optimal ist. Eine solche optimierte Zuweisung erfolgt
allenfalls erst in einem zweiten Schritt nach einem zuvor
abgeschlossenen Zugriff des Teilnehmer-Endgerätes auf das
Kommunikationssystem, was den Signalisierungsaufwand erhöht
oder gar einen nochmaligen Zugriff des Endgerätes auf das
Kommunikationssystem erforderlich macht, diesmal gezielt auf
die entsprechenden Leistungen der passenden Leistungsklasse
gerichtet (Directed Retry).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen
optimierten Zugriff von Teilnehmer-Endgeräten auf ein
Kommunikationssystem bereitzustellen, der eine
Berücksichtigung der spezifischen Leistungsklassen der
Teilnehmer-Endgeräte mit möglichst geringem Aufwand erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1
und 9.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Zugriff von
Teilnehmer-Endgeräten unterschiedlicher Leistungsklassen auf
Zugangskanäle eines Kommunikationssystems mit
unterschiedlichen Leistungsklassen. Es wird nun vorgesehen,
dass in dem Kommunikationssystem mindestens zwei
Zugangskanäle unterschiedlicher Leistungsklasse
bereitgestellt werden. Damit kann jedes Teilnehmer-Endgerät
entsprechend seiner Leistungsklasse oder der Leistungsklasse
des aktuell geforderten Dienstes durch Zugriff auf den
entsprechenden Zugangskanal bereits während des ersten
Zugriffs auf das Kommunikationssystem mit denjenigen
Einrichtungen des Kommunikationssystems in Kontakt treten,
die die passende Leistungsklasse besitzen. In bisherigen
Zugriffsverfahren war dies nicht möglich, da in bisher
bekannten Systemen lediglich ein Zugangskanal bereitgestellt
wurde, der keine Unterscheidung der Leistungsklasse der
Teilnehmer-Endgeräte oder der von ihnen geforderten Dienste
zulässt. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann nun aber
bereits zum frühestmöglichen Zeitpunkt die passende Zuordnung
zu den entsprechenden Leistungsklassen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Lösung kann grundsätzlich in jeder Art
von Kommunikationssystem Einsatz finden, die einen Zugriff
von Teilnehmer-Endgeräten über Zugangskanäle vorsehen und die
unterschiedliche Leistungsklassen bereitstellen.
Es kann nun, je nach Art und Anzahl der im
Kommunikationssystem vorliegenden Leistungsklassen,
vorgesehen werden, dass für jede Leistungsklasse des
Kommunikationssystems ein Zugangskanal bereitgestellt wird.
Es können aber auch gewisse Leistungsklassen zu einer
übergeordneten Leistungsklasse zusammengefasst werden,
beispielsweise einzelne Leistungen eines Mobilfunksystems zu
einer Leistungsklasse, die der Generation dieser Leistungen
oder der Entwicklungsstufe (Release) innerhalb einer
Generation entspricht. Daraus können sich insbesondere höhere
und niedrigere Leistungsklassen ergeben, je nach Art und
Qualität der darin enthaltenen Leistungen.
Teilnehmer-Endgeräte einer höheren Leistungsklasse, die
sowohl die Leistungen dieser höheren Leistungsklasse als auch
die Leistungen einer niedrigeren Leistungsklasse abdecken,
können entweder grundsätzlich über den entsprechenden
Zugangskanal der höheren Leistungsklasse auf das
Kommunikationssystem zugreifen, sie können aber auch diesen
Zugriff von dem aktuell geforderten Dienst abhängig machen.
Kann dieser Dienst alternativ oder sogar besser über die
Leistungen der niedrigeren Leistungsklasse abgewickelt
werden, so kann das Teilnehmer-Endgerät in einem solchen Fall
auf den Zugangskanal der entsprechenden niedrigeren
Leistungsklasse zugreifen, um die Leistungen der höhere
Leistungsklasse für solche Teilnehmer-Endgeräte freizuhalten,
deren Dienste nur über diese Leistungen abgewickelt werden
können. Für Teilnehmer-Endgeräte der niedrigeren
Leistungsklasse kann Sinnvollerweise nur der Zugriff auf
einen Zugangskanal der niedrigeren Leistungsklasse zugelassen
werden.
In einem solchen Fall können, wie bereits beschrieben, als
erste Leistungsklasse bestimmte Leistungen eines
Mobilfunksystems der zweiten Generation und als zweite
Leistungsklasse bestimmte Leistungen eines Mobilfunksystems
der dritten Generation bereitgestellt werden. Es können die
Leistungsklassen aber auch Leistungen unterschiedlicher
Entwicklungsstufen (Release) von Mobilfunksystemen innerhalb
einer Generation von Mobilfunknetzen darstellen.
So können, z. B. bei einem GERAN-Netz wie oben beschrieben,
als eine erste Leistungsklasse bidirektionale
Übertragungskanäle und als zweite Leistungsklasse
unidirektionale Übertragungskanäle bereitgestellt werden und
ein erster Zugriffskanal in einem bidirektionalen
Übertragungskanal und ein zweiter Zugriffskanal in einem
unidirektionalen Übertragungskanal bereitgestellt werden. Je
nach der Fähigkeit, bidirektionale oder unidirektionale
Übertragungskanäle zu verarbeiten, kann dann das Teilnehmer-
Endgerät auf den für es passenden Zugangskanal zugreifen und
damit den Zugang zum Kommunikationssystem initiieren. Die
weitere Verbindung zum Kommunikationssystem kann dann
automatisch in der passenden Leistungsklasse erfolgen, die
bereits durch die Art des Zugriffs definiert wird.
Die beiden Zugangskanäle können auf verschiedene geeignete
Weisen in die Struktur der Übertragungskanäle bzw. der
physikalischen Träger des Kommunikationssystems eingefügt
werden. So kann der Übertragungskanal des zweiten
Zugangskanals auf dem gleichen physikalischen Träger
bereitgestellt werden wie der Übertragungskanal des ersten
Zugangskanals oder es kann der Übertragungskanal des zweiten
Zugangskanals auf einem anderen physikalischen Träger
bereitgestellt werden wie der Übertragungskanal des ersten
Zugangskanals.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein
Kommunikationssystem, welches Einrichtungen unterschiedlicher
Leistungsklassen zum Aufbau von Kommunikationsverbindungen
mit Teilnehmer-Endgeräten unterschiedlicher Leistungsklassen
aufweist. Es werden nun Einrichtungen zur Zuweisung von
mindestens zwei Zugriffskanälen für die Teilnehmer-Endgeräte
vorgesehen. Wie bereits oben beschrieben, kann über diese
separaten Zugriffskanäle dann auf einfache Weise und zu einem
sehr frühen Zeitpunkt eine zielgerichtete Zuordnung der
Teilnehmer-Endgeräte zu den Leistungsklassen des
Kommunikationssystems erfolgen.
Speziell kann das Kommunikationssystem als Mobilfunksystem
ausgebildet sein und erste Einrichtungen der zweiten
Generation von Mobilfunksystemen sowie zweite Einrichtungen
der dritten Generation von Mobilfunksystemen aufweisen. Ein
solches Mobilfunksystem wäre ein GERAN-Netz, wie es bereits
oben beschrieben wurde.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung des Zugriffs auf ein
GERAN-Netz
Fig. 2 Schematische Darstellung der Kanalstruktur zweier
Zugangskanäle innerhalb eines bidirektionalen
Kommunikationskanals
Fig. 3 Schematische Darstellung der Kanalstruktur des
unidirektionalen Zugangskanals innerhalb eines
unidirektionalen Kommunikationskanals
In Fig. 1 ist schematisch ein Mobilfunksystem dargestellt,
das als spezielles Beispiel für ein Kommunikationssystem
dienen soll, welches nach der vorliegenden Erfindung
arbeitet. Das hier dargestellte Mobilfunksystem besteht im
wesentlichen aus einem GERAN-Netz, das als Schnittstelle zu
einem zentrale Netzwerk (Core Network) dient, welches
einerseits nach einem Standard der zweiten Generation von
Mobilfunksystemen (GSM), andererseits auch nach einem
Standard der dritten Generation von Mobilfunksystemen (UMTS)
ausgebildet sein kann. Hier soll der Fall betrachtet werden,
dass das Core Network sowohl Leistungen eines
Mobilfunksystems der zweiten als auch der dritten Generation
bereitstellt, so dass das GERAN-Netz entsprechend ausgebildet
ist, diese Leistungen ebenfalls bereit zu stellen. Das GERAN-
Netz ist also einerseits zur Bereitstellung von Leistungen
einer Leistungsklasse der zweiten Generation von
Mobilfunksystemen, andererseits zur Bereitstellung von
Leistungen einer Leistungsklasse der dritten Generation von
Mobilfunksystemen ausgelegt.
Hierzu ist das GERAN-Netz einerseits über Schnittstellen der
zweiten Generation (A-Schnittstelle für leitungsvermittelte
Verbindungen und Gb-Schnittstelle für paketvermittelte
Verbindungen), andererseits über Schnittstellen der dritten
Generation (Iucs-Schnittstelle für leitungsvermittelte
Verbindungen und Iups-Schnittstelle für paketvermittelte
Verbindungen) mit dem Core Network verbunden. Ob die Iucs-
Schnittstelle tatsächlich in GERAN-Netzen Anwendung findet,
ist derzeit noch nicht endgültig festgelegt. In Fig. 1 ist
deshalb diese Schnittstelle mit dem Hinweis ffs (for further
study) eingezeichnet. Das GERAN-Netz enthält miteinander über
eine Iur'-Schnittstelle Basisstationscontroller BSC, die mit
Basisstationen (Base Transceiver Station) BTS1, BTS2
verbunden sind, welche als eigentliche Sende- und
Empfangseinrichtungen die Verbindung zu Teilnehmer-Endgeräten
MS1, MS2 herstellen.
Seitens der Teilnehmer-Endgeräte, hier als mobile Teilnehmer-
Endgeräte MS1, MS2 ausgebildet, weist das GERAN-Netz eine
Luftschnittstelle Um auf, die im wesentlichen nach einem
TDMA-Prinzip der zweiten Generation von Mobilfunksystemen
ausgebildet ist, jedoch neben den Leistungen der zweiten
Generation auch Leistungen der dritten Generation anbieten
kann, um eine effektive Verbindung der Teilnehmer-Endgeräte
MS1, MS2 zu den entsprechenden Schnittstellen zum Core
Network zu schaffen. Die Teilnehmer-Endgeräte MS1, MS2 können
ebenfalls unterschiedliche Leistungsklassen aufweisen, die
Leistungen der zweiten oder dritten Generation von
Mobilfunksystemen entsprechen. Insbesondere sei hier das
Teilnehmer-Endgerät MS1 so ausgelegt, dass es sowohl
bidirektionale Kommunikationsverbindungen, wie in bisherigen
Mobilfunksystemen der zweiten Generation, als auch
unidirektionale Kommunikationsverbindungen, wie für
Mobilfunksystemen der dritten Generation vorgeschlagen,
verarbeiten kann. Das Teilnehmer-Endgerät MS2 sei dagegen so
ausgelegt, dass es lediglich bidirektionale
Kommunikationsverbindungen verarbeiten kann.
Auf der Seite der Funkschnittstelle Um des GERAN-Netzes
werden nun für die Teilnehmer-Endgeräte MS1, MS2 mit den
unterschiedlichen Leistungsklassen zwei Zugangskanäle RACH1,
RACH2 statt wie bislang nur ein Zugangskanal RACH
bereitgestellt. Der erste Zugangskanal RACH1 wird hier im
Rahmen einer Leistung einer niedrigeren Leistungsklasse
bereitgestellt, nämlich im Rahmen einer bidirektionalen
Kommunikationsverbindung. Der zweite Zugangskanal RACH2 wird
dagegen im Rahmen einer Leistung einer höheren
Leistungsklasse bereitgestellt, nämlich im Rahmen einer
unidirektionalen Kommunikationsverbindung. Somit können die
Teilnehmer-Endgeräte MS1 der zweiten Generation, die
ebenfalls dieser niedrigeren Leistungsklasse zuzuordnen sind,
nur auf den ersten Zugangskanal RACH1 zugreifen, dagegen
können Teilnehmer-Endgeräte MS2 der dritten Generation
entweder auf den ersten Zugangskanal RACH1 oder auch auf den
zweiten Zugangskanal RACH2 zugreifen. Es ist dabei
festzulegen, auf welchen der Zugangskanäle RACH1, RACH2 die
Teilnehmer-Endgeräte MS2 der dritten Generation wann und
unter welchen Bedingungen zugreifen sollen. Diese Festlegung
kann auf jede geeignete Weise erfolgen. Vorteilhaft kann die
Festlegung gesteuert durch Signalisierung in einem
gemeinsamen Signalisierungskanal in der Abwärtsrichtung
(Downlink DL), dem Broadcast Control Channel BCCH erfolgen.
Dies bedeutet, dass in dem BCCH ist die Anweisung für die
Teilnehmer-Endgeräte MS2 enthalten ist, ob sie z. B. generell
auf einem bestimmten Zugangskanal RACH1, RACH2 der beiden
Zugangskanäle RACH1, RACH2 den Zugriff auf das
Kommunikationssystem durchzuführen haben, oder dass sie zur
Realisierung bestimmter Dienste auf einen bestimmten
Zugangskanal RACH1, RACH2, z. B. den unidirektionalen RACH2,
zuzugreifen haben, ansonsten stets auf den anderen
Zugangskanal RACH1, der in diesem Fall den Standard-
Zugangskanal darstellt. Die übrigen Teilnehmer-Endgeräte MS1
der niedrigeren Leistungsklasse würden über den
Signalisierungskanal BCCH lediglich die Signalisierung
erhalten, stets auf den Zugangskanal RACH1 zuzugreifen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, befindet sich der erste
Zugangskanal RACH1 im ersten Zeitschlitz ts0 eines
Zeitschlitzrahmens TF auf demjenigen Träger der
Aufwärtsrichtung UL, der mit dem BOCH-Träger in der
Abwärtsrichtung DL gepaart ist. Der BCCH findet sich dort
ebenfalls im ersten Zeitschlitz ts0 eines Zeitschlitzrahmens
TF. Die Frequenzen der beiden Träger sind um einen gewissen
Frequenzabstand voneinander getrennt, der je nach Art des
Mobilfunksystems und der dort verwendeten Frequenzbereiche
unterschiedlich ausfällt. Bei Mobilfunksystemen, die nach
einem GSM 900-Standard arbeiten, also für Übertragungen im
Bereich von 900 MHz, beträgt der Frequenzabstand 45 MHz, wie
in Fig. 2 dargestellt. Die Zeitschlitzschemata sind um drei
Zeitschlitze ts zeitlich gegeneinander versetzt, so dass der
erste Zeitschlitz ts0 eines Zeitschlitzrahmens TF der
Abwärtsrichtung DL des BCCH-Trägers um drei Zeitschlitze
gegen den ersten Zeitschlitz ts0 des RACH-Trägers in der
Aufwärtsrichtung UL versetzt ist.
Wie Fig. 2 zeigt, kann nun der zweite Zugangskanal RACH2 auf
demselben Träger in Aufwärtsrichtung UL vorgesehen sein wie
der erste Zugangskanal RACH1, allerdings in anderen
Zeitschlitzen
Fig. 3 zeigt eine alternative Art des Einfügens des zweiten
Zugangskanals RACH2 in die Struktur der Übertragungskanäle.
Hier wird der zweite Zugangskanal RACH2 auf einem separaten,
rein unidirektionalen Träger in Aufwärtsrichtung UL
vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht also auf einfache Weise,
durch Zugriff auf Zugangskanäle unterschiedlicher
Leistungsklassen Teilnehmer-Endgeräte unterschiedlicher
Leistungsklassen zu unterscheiden, im vorliegenden speziellen
Beispiel insbesondere unter Ausnutzung der unterschiedlichen
Fähigkeit von Teilnehmer-Endgeräten MS1, MS2, bidirektionale
oder unidirektionale Kommunikationsverbindungen zu
verarbeiten.