DE19824143A1 - Verfahren zur Datenübertragung und Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

Wesentlich für die Erfindung ist es, daß bei einem Verfahren zur Datenübertragung für eine Übertragungswiederholung bei unzureichender Übertragungsqualität eine Variation der Fensterlänge in Abhängigkeit von der Übertragungsqualität durchgeführt wird. Damit kann unter Berücksichtigung einer unter Umständen durch Hinzufügen zusätzlicher Redundanz geänderten Datenmenge die Wiederholung möglichst gut auf die fehlerhaften Datenteile konzentriert werden. Es wird somit auch vermieden, daß große Datenmengen wiederholt werden müssen, obwohl nur ein kleiner Teil fehlerhaft war. Damit steigt der Datendurchsatz in Kommunikationssystemen, insbesondere in Mobilfunksystemen wie EDGE für GSM oder der 3. Mobilfunkgeneration.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung und ein Kommunikationssystem, insbesondere ein Mobilfunksystem mit variabler Redundanzeinfügung.

Daten werden in Kommunikationssystemen von einem Informa­ tionssender zu einem Informationsempfänger übertragen, wobei Daten z. B. Sprachinformationen, Bilddaten, Programme oder im weitesten Sinne sonstige Informationen sein können.

Die Übertragung erfolgt über einen Übertragungskanal, der beispielsweise in Funk-Kommunikationssystemen eine Funk­ schnittstelle zwischen einer Basisstation und einer Mobil­ station einschließt. Besonders die Funkübertragung ist stör­ anfällig. Um die empfangsseitige Datendetektion trotz Stö­ rungen zu erleichern werden Kodierverfahren eingesetzt, die zu einem Nettodatenanteil einen Redundanzanteil hinzufügen, so daß die Daten besser geschützt sind. Es ist dabei bekannt, daß der Redundanzanteil an die Übertragungsverhältnisse ange­ paßt wird. Diese Maßnahme wird auch Link Adaption genannt.

Es ist allgemein bekannt, daß empfangsseitig die übertragenen Daten ausgewertet und zumindest ein Parameter für die Über­ tragungsqualität bestimmt werden. Aufbauend auf diesem Para­ meter kann eine Aufforderung zur Übertragungswiederholung (ARQ automatic repeat request) signalisiert werden, wobei die Aufforderung erst nach Empfang eines Fensters mit einer Fen­ sterlänge, die der Menge zuvor übertragener Daten entspricht, verlangt wird. Soll jedoch der Redundanzanteil für die Wie­ derholung erhöht werden, so kommt es unweigerlich zu Prob­ lemen mit der übertragbaren Datenrate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Übertra­ gungswiederholung besser an Daten mit möglicherweise zu än­ dernden Redundanzanteil anzupassen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Kom­ munikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Wesentlich für die Erfindung ist es, daß beim Verfahren zur Datenübertragung für eine Übertragungswiederholung eine Va­ riation der Fensterlänge in Abhängigkeit von der Übertra­ gungsqualität durchgeführt wird. Damit kann unter Berück­ sichtigung einer unter Umständen geänderten Datenmenge die Wiederholung möglichst gut auf die fehlerhaften Datenteile konzentriert werden. Es wird somit auch vermieden, daß große Datenmengen wiederholt werden müssen, obwohl nur ein kleiner Teil fehlerhaft war. Damit steigt der Datendurchsatz in Kom­ munikationssystemen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Daten blockweise übertragen, wobei ein Fenster eine An­ zahl von Blöcken umfaßt. Ein Block besteht bei digitalen Systemen aus einer Anzahl von Bits. Zur Wiederholung wird also eine vorgebbare Anzahl von Blöcken übertragen. Auch der Parameter zur Übertragungsqualität bezieht sich auf einzelne Blöcke. Durch diese Maßnahme wird das erfindungsgemäße Ver­ fahren an bestehende digitale Kommunikationssysteme angepaßt, die mit blockweiser Datenübertragung arbeiten.

Vorteilhafterweise werden nur ausgewählte Blöcke wiederholt übertragen. Der Datendurchsatz steigt weiter, da nur die fehlerhaften Blöcke übertragen werden. Eine weitere alterna­ tive Möglichkeit besteht darin, daß alle Blöcke ab dem ersten fehlerhaften Block wiederholt übertragen werden. Die Signa­ lisierung vereinfacht sich in diesem Fall, jedoch ist die Zahl unnötig wiederholter Blöcke etwas größer.

Erfindungsgemäß wird mit schlechter werdender Übertragungs­ qualität eine kürzere Fensterlänge eingestellt. Bei guten Übertragungsbedingungen ist der Signalisierungsaufwand gering und selbst bei großer Fensterlänge sind nur wenige Blöcke fehlerhaft, die dann selektiv wiederholt werden. Bei schlech­ ten Übertragungsbedingungen erfolgt aufgrund der kurzen Fensterlänge eine häufigere Signalisierung. Selbst bei einem Übergang von der selektiven zur zusammenhängenden Blockwie­ derholung ist der Anteil unnötig wiederholter Blöcke gering.

Dabei ist es von Vorteil, daß mit schlechter werdender Über­ tragungsqualität der Redundanzanteil vergrößert wird, um bei der Wiederholung die Wahrscheinlichkeit des erneutigen Auf­ tretens von Detektionsfehlern zu verringern. Weiterhin sollte beachtet werden, daß die Anpassungsgeschwindigkeit der Fen­ sterlänge größer ist als die Anpassungsgeschwindigkeit einer Änderung des Redundanzanteils. Dies führt zu einer Minimie­ rung des Durchsatzverlustes durch unnötig wiederholte Blöcke. Die Variation der Fensterlänge erfolgt sehr schnell, d. h. im Sub-Sekundenbereich, in direkter Abhänigigkeit von der momen­ tanen Übertragungsqualität.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für den Ein­ satz in Funk-Kommunikationssystemen geeignet, bei denen die Datenübertragung über eine Funkschnittstelle zwischen einer Basisstation und einer Mobilstation erfolgt. Störungen der Funkübertragung können somit, z. B. im Rahmen der Weiterent­ wicklung des GSM-Mobilfunksystems (global system for mobile communications) unter dem Arbeitstitel EDGE (enhanced data­ rates for GSM evolution), ausgeglichen und ein höherer Daten­ druchsatz erreicht werden.

Die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems besitzt lediglich beispielhaften Charakter. Die beschriebenen Merkmale sind nicht zwingend in der dargestellten Art zur Verwirklichung des angestrebten Erfolges erforderlich.

Dabei zeigen

Fig. 1 ein Funk-Kommunikationssystem,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Anpassung des Redundanzanteils bei der Datenübertragung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Wiederholung fehlerhafter Blöcke,

Fig. 4 eine Darstellung des Verhältnisses von Fensterlänge und Redundanzanteil zur Übertragungsqualität, und

Fig. 5 ein Blockschaltbild von an der Datenübertragung beteiligten Komponenten.

Das in Fig. 1 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines Kommunikationssystems besteht aus einer Vielzahl von Mobil­ vermittlungsstellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mobilvermittlungsstellen MSC über eine Transkodierein­ heit TRAU mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNM zum Zuteilen von funktechnischen Ressourcen verbunden. Die Trans­ kodiereinheit TRAU verwirklicht Funktionen der Kodierung/De­ kodierung und Ratenanpassung der Datenübertragung.

Jede der Einrichtungen RNM ermöglicht wiederum eine Verbin­ dung zu zumindest einer Basisstation BS. Eine solche Basis­ station BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu Funkstationen, z. B. Mobilstationen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endgeräten aufbauen. Durch jede Basisstation BS wird zumindest eine Funkzelle versorgt.

In Fig. 1 sind beispielhaft Verbindungen V1, V2, Vk zur Über­ tragung von Daten zwischen Mobilstationen MS und einer Basis­ station BS dargestellt. Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mo­ bilfunksystem bzw. für Teile davon. Die Funktionalität dieser Struktur ist auf andere Kommunikationssysteme übertragbar, in denen die Erfindung zum Einsatz kommen kann, insbesondere für Teilnehmerzugangsnetze mit drahtlosem Teilnehmeranschluß oder auch Festnetze, bei letzteren jedoch ohne Funkübertragung.

Bei den zu übertragenden Daten d wird aufgrund einer in der Transkodiereinheit TRAU bzw. für die umgekehrte Übertragungs­ richtung in der Mobilstation MS durchgeführten Kodierung dem Nettodatenanteil ni ein Redundanzanteil ri hinzugefügt. Wei­ tere Redundanz wird durch eine Kanalkodierung in der Basis­ station BS bzw. der Mobilstation MS hinzugefügt. Der in Bezug auf eine Fensterlängeneinstellung relevante Redundanzanteil ri ist die Redundanz der Kanalkodierung. Für eine Übertragung von Sprachdaten gibt P. Vary, "Sprachcodec in GSM-Mobilfunk­ systemen", Funkschau 7/98, einen guten Überblick über die momentan verwendeten Kodierverfahren.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß innerhalb eines Funkblocks sich das Verhältnis von Nettodatenanteil ni und Redundanz­ anteil ri einstellen läßt. Bei schlechten Übertragungsbe­ dingungen wird der Redundanzanteil ri erhöht. Dies geht innerhalb eines Funkblocks zu Lasten des Nettodatenanteils ni. Soll jedoch ein einzelner Funkblock wiederholt übertragen und dabei der Redundanzanteil ri erhöht werden, so führt dies dazu, daß der Rahmen des Funkblocks gesprengt wird. Die se­ lektive Wiederholung dieses einen Funkblocks mit Daten d und erhöhten Redundanzanteil ri ist nicht möglich.

Werden nach Fig. 3 von einem Informationssender TL1 an einen Informationsempfänger TL2 Daten in Blöcken 1 bis 6 übertra­ gen, so kann es im Funk-Kommunikationssystem insbesondere bei der Funkschnittstelle, jedoch auch allgemein in Kommunika­ tionssystemen an beliebigen Stellen des Übertragungskanals, zu Störungen kommen. Diese Störungen haben zur Folge, daß einzelne Funkblöcke 2 und 5 defekt empfangen werden.

Wird dieses abstrakte Modell auf eine konkrete Verbindung bezogen, die beispielsweise die Datenübertragung zwischen einer Transkodiereinheit TRAU und einer Mobilstation MS über einer Basisstation BS betrifft, dann findet in der Mobilsta­ tion MS eine Auswertung der empfangenen Daten d statt. Es wird bezogen auf die Funkblöcke ein Parameter x zur Über­ tragungsqualität bestimmt. Der Parameter x wird ausgewertet und zurück zur Transkodiereinheit TRAU eine Aufforderung sig1 zur Übertragungswiederholung signalisiert, wenn die Übertra­ gungsqualität zu schlecht ist. Dies wird durch einem Ver­ gleich mit einem Referenzwert y festgestellt.

Die Signalisierung ist eine Schicht-2-Signalisierung, die von der Mobilstation zu einer netzseitigen Komponente, die für Übertragungswiederholung zuständig ist, eingerichtet ist. In dieser netzseitigen Komponente, beispielsweise der Mobilver­ mittlungsstelle MSC, der Transkodiereinheit TRAU oder der Basisstation BS, sind die Blöcke für eine gewisse Zeit nach der Übertragung noch zwischengespeichert. Die Signalisierung erfolgt in den Organisationsteilen der Blöcke (header), in denen Bits definiert sind, die die Fensterlänge angeben.

Werden keine Defekte festgestellt, so wird keine Übertra­ gungswiederholung angefordert. Sind einzelne Blöcke 2 und 5 innerhalb eines ausgewerteten Fensters F6 defekt, dann wird nach der Aufforderung sig1 zur Übertragungswiederholung ent­ weder eine Anzahl von Blöcken 2 bis 5 ab dem ersten fehler­ haften Block 2 erneut übertragen (Variante 1) oder selektiv nur die fehlerhaften Blöcke 2 und 5 erneut übertragen (Va­ riante 2).

Bei der Überwachung der Übertragungsqualität wird eine Anzahl von Blöcken, in Fig. 3 der Fensterlänge F6, d. h. sechs Funk­ blöcke abgewartet, bis bei einzelnen fehlerhaften Blöcken eine Aufforderung sig1 zur Wiederholung der Übertragung sig­ nalisiert wird. Die Fensterlänge F6 entspricht also der Menge zuvor übertragener Daten d.

In Fig. 5 sind die bei der Datenübertragung beteiligten Kompo­ nenten vereinfacht dargestellt. Die Transkodiereinheit TRAU, die mit dem Informationssender TL1 verbunden ist, stellt eine Datenaufbereitungeinrichtung dar, die die Daten d mit Netto­ datenanteil ni und Redundanzanteil ri aufbereitet. Über einen Übertragungskanal werden die Daten d zur Mobilstation MS übertragen und dort von einer Empfangseinrichtung EE aufge­ nommen. Handelt es sich um Sprachinformationen, dann findet anschließend eine digital/analog-Wandlung und Sprachausgabe über einen Lautsprecher zum Informationsempfänger, d. h. zum Teilnehmer TL2 statt.

Die Mobilstation MS enthält weiterhin eine Auswerteeinrich­ tung AE, eine Steuereinrichtung ST, eine Signalisierungein­ richtung SI und eine Sendeeinrichtung SE. Die Auswerteein­ richtung AE bestimmt einen Parameter x für die Übertragungs­ qualität aus den empfangenen Daten d und gibt diesen an die Steuereinrichtung ST weiter. Der Parameter x kann beispiels­ weise die aus dem GSM-Mobilfunksystem bekannten Werte RXLEV oder RXQUAL oder die Bitfehlerrate sein; es können auch Kom­ binationen von Werten gebildet werden. Nach dem Vergleich mit dem Referenzwert y wird bei defekten Blöcken eine Signali­ sierung durch die Signalisierungseinrichtung SI veranlaßt. Die Aufforderung sig1 wird über die Sendeeinrichtung SE über­ tragen.

Die Steuereinrichtung ST unterstützt nicht nur eine Anpassung des Redundanzanteils ri der übertragenen Daten d, sondern veranlaßt auch eine Variation der Fensterlänge F64 bis F2 entsprechend Fig. 4 in Abhängigkeit von der Übertragungsquali­ tät. Je besser die Übertragungsqualität ist, umso größer ist die Fensterlänge der Fenster F64 bis F2 und umso kleiner ist der Redundanzanteil ri, der beispielsweise zwischen den Größen ri = 10, 30 und 60% umgeschaltet werden kann.

Die Variantion der Fensterlänge kann im Extremfall nach Aus­ wertung jedes Blockes, d. h. mit einem aktuallisiert vorlie­ genden Parameter x zur Übertragungsqualität vorgenommen wer­ den. Die Anpaßung der Fensterlänge zwischen den Fenstern F64, F32, F16 und F2, d. h. 64 . . 2 Blöcken pro Fenster, sollte schneller sein als die Anpassung des Redundanzanteils ri.

Die Fensterlänge kann in beiden Übertragungsrichtungen gleich, z. B. bei symmetrischen Diensten wie Sprachinforma­ tionen, oder unterschiedlich, z. B. bei asymmetrischen Dien­ sten wie Datendiensten, eingestellt werden. Für symmetrische Dienste wird die Einstellung in beiden Richtungen durch die Netzseite, z. B. durch die Basisstation BS, veranlaßt. In der Basisstation BS werden Qualitätsmessungen der Funkschnitt­ stelle in Aufwärtsrichtung durchgeführt und Parameter x zur Übertragungsqualität in Abwärtsrichtung ausgewertet, die die Mobilstastion MS signalisiert hat. Daraus wird der Wert für Fensterlänge festgelegt und auch der Steuereinrichtung ST der Mobilstation MS mitgeteilt. Für eine unterschiedliche Ein­ stellung beider Übertragungsrichtungen kann die Festlegung der Fensterlänge in der Mobilstation MS und im Netz unabhä­ nigig voneinander gesteuert und der Gegenseite signalisiert werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Datenübertragung in einem Kommunikations­ system, bei dem

• - sendeseitig Daten (d) bestehend aus einem Nettodatenanteil (ni) und einem Redundanzanteil (ri) zusammengestellt und übertragen werden,
• - empfangsseitig ein Parameter (x) zur Übertragungsqualität bestimmt wird,
• - empfangsseitig nach Auswertung des Parameters (x) eine Aufforderung (sig1) zur Übertragungswiederholung signali­ siert wird, wobei die Aufforderung (sig1) erst nach Empfang eines Fensters (F6) mit einer Fensterlänge, die der Menge zuvor übertragener Daten (d) entspricht, verlangt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation der Fensterlänge in Abhängigkeit von der Übertragungsqualität durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten (d) blockweise übertragen werden und ein Fen­ ster (F6) eine Anzahl von Blöcken (1 bis 6) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ausgewählte Blöcke (2, 5) wiederholt übertragen wer­ den.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Blöcke (2, 5) ab dem ersten fehlerhaften Block wie­ derholt übertragen werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit schlechter werdender Übertra­ gungsqualität ein Fenster (F32, F16, F2) mit kürzerer Fen­ sterlänge eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit schlechter werdender Übertra­ gungsqualität der Redundanzanteil (ri) vergrößert wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsgeschwindigkeit der Fensterlänge größer ist als die Anpassungsgeschwindigkeit einer Änderung des Redundanzanteils (ri).

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung über eine Funk­ schnittstelle zwischen einer Basisstation (BS) und einer Mo­ bilstation (MS) durchgeführt wird.

9. Kommunikationssystem mit einem Informationssender (TL1) und einem Informations­ empfänger (TL2), die durch einen Übertragungskanal getrennt sind,

• - mit einer sendeseitigen Datenaufbereitungeinrichtung (TRAU, MS), die Daten (d) bestehend aus einem Nettodatenanteil (ni) und einem Redundanzanteil (ri) zusammenstellt und überträgt,
• - mit einer empfangsseitigen Auswerteeinrichtung (AE), die einen Parameter (x) zur Übertragungsqualität bestimmt,
• - mit einer empfangsseitigen Signalisierungseinrichtung (SI), die nach Auswertung des Parameters (x) eine Aufforderung (sig1) zur Übertragungswiederholung signalisiert, wobei die Aufforderung (sig1) erst nach Empfang eines Fensters (F6) mit einer Fensterlänge, die der Menge zuvor übertragener Daten (d) entspricht, verlangt wird,

gekennzeichnet durch, eine Steuereinrichtung (ST), die eine Variation der Fenster­ länge in Abhängigkeit von der Übertragungsqualität durch­ führt.