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Erfindungsgebiet
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Die
Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme und insbesondere
eine Burststeuerungsmethodik für
CDMA-Systeme (Code
Division Multiple Access).
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
sind drahtlose Kommunikationssysteme entwickelt worden, um die Übertragung
von Informationssignalen zwischen einem Ursprungsort und einem Zielort
zu ermöglichen.
Es sind sowohl Analogsysteme (erste Generation) als auch Digitalsysteme
(zweite Generation) dazu benutzt worden, diese Informationssignale über Kommunikationskanäle zu übertragen,
die den Ursprungsort und den Zielort verbinden. Digitale Verfahren
bieten allgemein mehrere Vorteile gegenüber Analogverfahren einschließlich von
z.B. verbesserter Festigkeit gegen Kanalrauschen und -Interferenz,
höhere
Kapazität
und verbesserte Kommunikationssicherheit durch die Verwendung von
Verschlüsselung.
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Während Systeme
der ersten Generation hauptsächlich
auf Sprachkommunikation ausgerichtet waren, unterstützen Systeme
der zweiten Generation sowohl Sprach- als auch Datenanwendungen.
In Systemen der zweiten Generation sind zahlreiche Verfahren zur
Bearbeitung von Datenübertragungen
bekannt, die unterschiedliche Übertragungsanforderungen
aufweisen. Für
drahtlose Systeme sind mehrere Modulations-/Kodierungsanordnungen
entwickelt worden, die auf Mehrfachzugriffsverfahren basieren, z.B.
FDMA (Frequency Division Multiple Access), TDMA (Time Division Multiple
Access) und CDMA (Code Division Multiple Access). Bei FDMA-Verfahren
wird jedem Benutzer ein oder mehrere bestimmte Frequenz-Teilbänder zugeteilt.
Bei TDMA-Verfahren werden periodisch wiederkehrende Zeitschlitze
identifiziert und für
jedes Zeitsegment wird jedem Benutzer ein oder mehrere Zeitschlitze
zugeteilt. CDMA-Systeme
bieten verringerte Mehrwegeverzerrung und Gleichkanalstörung und
verringern den Aufwand an Frequenz-/Kanalplanung, der bei FDMA-
und TDMA-Systemen gebräuchlich
ist.
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Bei
einem CDMA-System wird jedem Benutzer eine einmalige binäre Spreizfolge
(ein Code) für
jede Verbindung zugewiesen. Mit dem zugewiesenen Code multipliziert
wird das Signal des Benutzers auf eine viel breitere Kanalbandbreite
als die Signalbandbreite des Benutzers ausgebreitet. Das Verhältnis zwischen
System-Kanalbandbreite und der Bandbreite des Benutzers wird gewöhnlich der
Spreizgewinn genannt. Alle aktiven Benutzer teilen sich das gleiche
Systemkanalbandbreiten-Frequenzspektrum zur gleichen Zeit. Durch
Berechnen des Signal-Interferenzverhältnisses (S/I) wird die Verbindungsgüte der Übertragungsstrecke
bestimmt. Bei einem gegebenen erforderlichen S/I-Verhältnis
ist die Systemkapazität
proportional zum Spreizgewinn. Das Signal jedes Benutzers wird am
Empfänger
durch Verwendung eines Korrelators, der mit der zugehörigen Codefolge
getastet wird, um das gewünschte
Signal zu entspreizen, von den anderen abgetrennt.
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Analogsysteme
der ersten Generation und Digitalsysteme der zweiten Generation
waren zur Unterstützung
von Sprachkommunikation mit begrenzten Datenkommunikationsfähigkeiten
ausgelegt. Es wird erwartet, daß drahtlose
Systeme der dritten Generation, bei denen Breitband-Mehrfachzugriffstechniken
wie beispielsweise CDMA zur Verwendung kommen, wirkungsvoll eine
große
Vielzahl von Diensten wie beispielsweise Sprache, Video, Daten und
Abbildung handhaben. Zu den Merkmalen, die von Systemen der dritten
Generation unterstützt
werden, gehört
die Übertragung
von hochratigen Daten zwischen einem mobilen Endgerät und einem
Festnetz. Bekannterweise sind hochratige Datenkommunikationen häufig durch
einen kurzen Übertragungs-"Burst" mit hoher Datenübertragungsrate
gefolgt von einer längeren
Periode geringer oder keiner Übertragungsaktivität von der
Datenquelle gekennzeichnet. Um der burstartigen Beschaffenheit dieser
hochratigen Datendienste in Systemen der dritten Generation Rechnung
zu tragen, ist es notwendig, daß das
Kommunikationssystem von Zeit zu Zeit für die Dauer des Datenbursts
ein Segment großer
Bandbreit (entsprechend der hohen Datenrate) zuweist. Dadurch, daß die Systeme
der dritten Generation eine solche burstartige hochratige Datenübertragung
handhaben können,
kann für
Benutzer der Durchsatz und die Laufzeit vorteilhaft verbessert werden.
Aufgrund des hohen Betrags an momentanem Bandbreitenerfordernis
für die Übertragung eines
Bursts hochratiger Daten muß jedoch
die Verwaltung dieser Bursts und insbesondere die Zuteilung von Leistung
und Systemressourcen dazu mit Sorgfalt stattfinden, um unerwünschte Störung anderer
Dienste zu vermeiden, die dieselbe Frequenzzuteilung benutzen. Infolgedessen
müssen
sich Systemkonstrukteure mit vielen Fragen bei der Einstellung von
wirkungsvollen Datenraten für
unterschiedliche Kommunikationsarten über eine Funkstrecke einschließlich der
zutreffenden Zuteilung von Systemressourcen für die bei hochratigem Datendienst
aufkommenden Datenbursts befassen.
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Auch
ist wohlbekannt, daß das
Frequenzspektrum eine knappe Ressource darstellt und drahtlosen Kommunikationssystemen
ein fester und relativ begrenzter Teil dieses Spektrums zugeteilt
wird. So ist eine wichtige Aufgabe bei der Konstruktion eines drahtlosen
Systems, eine gute Frequenzökonomie
zu erreichen. Bei drahtlosen Systemen, die sowohl Sprach- als auch Datenübertragungen
bedienen, besteht auch ein Erfordernis, für jeden Benutzer ein Ziel-Signal-Interferenzverhältnis (SIR)
aufrechtzuerhalten und dabei zur gleichen Zeit die Anzahl von Benutzern
zu erhöhen,
die gleichzeitig vom System unterstützt werden können, und/oder höheren Datenraten
für einen
Teil der Benutzer Rechnung zu tragen.
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Es
besteht daher weiterhin ein Bedarf, die Leistung von Kommunikationssystemen
durch Aufnahme verschiedener Benutzer mit unterschiedlichen Datenraten
zu steigern. Insbesondere besteht ein Bedarf an einer besseren Burstregelungsmethodik,
die die Leistung von CDMA-Systemen
mit hochratigen Datenübertragungsdiensten
verbessert.
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Zusätzlich besteht
ein Bedarf an einer Erhöhung
des Durchsatzes und der Datenrate eines einzelnen Benutzers des
drahtlosen Systems, besonders für
hochratige Daten. Dementsprechend besteht ein folgerichtiger Bedarf
an einer besseren Methodik zur Überwachung
und Bestimmung der Übertragungsrate
für Datenkanäle in derartigen
Systemen.
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In
WO-A-98/35514 ist ein Verfahren zum Planen von Datenübertragungen
auf einer Abwärtsstrecke für eine Mobilstation
in einem Zellularnetz offenbart. Das Verfahren umfaßt das Auswählen der
Zellen in der Menge aktiver Elemente zum Unterstützen der hochratigen Datenübertragung,
Berechnen der maximal unterstützbaren Übertragungsrate
für jede
ausgewählte
Zelle und Auswählen
der kleinsten dieser berechneten Übertragungsraten, um als maximale Übertragungsrate
für die
Mobilstation definiert zu werden.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
und Kommunikationssystem entsprechen den unabhängigen Ansprüchen 1 und
16. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
aufgeführt.
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Die
Erfindung bietet eine neuartige Methodik zum Steigern der Leistung
von CDMA-Systemen mit Paketdatendiensten durch Aufnahme von verschiedenen
Benutzern mit unterschiedlichen Raten. Mit der Erfindung wird die
Frequenzökonomie
eines drahtlosen Systems durch Verwendung einer optimalen Übertragungsmenge
von Basis-Funkstationen (BTS – Base
Transceiver Stations) und Zuweisung von angemessenen Datenraten
zur wirkungsvollen Nutzung der Funkressourcen erhöht. Mit
der Erfindung wird Interferenz herabgesetzt, sodaß die Güte von Datenübertragungen
in CDMA-Systemen vorteilhaft aufrechterhalten wird. Weiterhin wird
mit der Erfindung die Zuteilung von Bandbreite, besonders für hochratige
Datendienste erhöht.
Die Erfindung bietet eine Methodik zur Auswertung der Datenraten
verschiedener Kombinationen von BTS, die mit einer bestimmten Mobilstation
(MS) in Verbindung stehen können,
Zuteilung einer zutreffenden Datenrate für die MS und wirkungsvollere
Zuteilung von Systemressourcen in einer Mehrbenutzerumgebung.
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Bei
dem Verfahren der Erfindung wird zuerst eine an einer bestimmten
MS von den BTS in der aktiven Menge oder der Menge von BTS, die
in Verbindung mit der MS stehen können, empfangene relative Signalstärke erkannt.
Es werden verringerte aktive Mengen bzw. Teilmengen der aktiven
Menge von die MS versorgenden BTS erzeugt. Die Teilmengen sind mögliche Kombinationen
von BTS in der aktiven Menge, die die MS versorgen. Dann wird die
Geometrie jeder Teilmenge bestimmt – wobei diese Geometrie mit
dem Signal-Rauschverhältnis
(SIR) der die BTS in einer Teilmenge mit der MS verbindenden Datenkanäle im Verhältnis steht.
Dann wird für
jede Teilmenge unter Verwendung der Geometrie die Leistungseinstellung
bzw. Bitenergiedifferenz berechnet. Dann wird die aufbringbare Datenrate
für jede
Teilmenge unter Verwendung der Leistungseinstellung und verfügbaren Leistung
der BTS in der Teilmenge bestimmt. Die mindeste der Datenraten aller
BTS in einer Teilmenge wird als die aufbringbare Datenrate für diese
bestimmte Teilmenge gewählt.
Die höchste
der aufbringbaren Datenraten aller Teilmengen wird als die Datenrate
für die
MS gewählt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein bei der Erfindung benutztes CDMA-System der dritten Generation.
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2 zeigt
die verschiedenen Datenkanäle
von CDMA 2000, ein bestimmtes System der dritten Generation.
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3 zeigt
die Funktionsweise der Methodik der Erfindung.
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4 ist
ein Flußdiagramm
der Methodik der Erfindung.
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5 ist
ein Flußdiagramm
für das
mit Nachschlagetabelle(n) implementierte Verfahren der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung
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Im
Mittelpunkt früher
drahtloser Systeme und besonders Analogsysteme der ersten Generation
stand hauptsächlich
die Sprachkommunkation. Mit drahtlosen Systemen der zweiten Generation
einschließlich
von CDMA, TDMA und GSM (Global System for Mobile Communications)
kamen unterschiedliche Grade an Verbesserung hinsichtlich der Sprachgüte, Netzkapazität und verbesserter
Dienste. Während
Systeme der zweiten Generation jedoch für die Bereitstellung von Sprache,
niederratigen Daten, Telefax und Nachrichtenübermittlung geeignet sind,
sind sie im allgemeinen nicht in der Lage, Erfordernisse für hochratige
mobile Datenraten wirkungsvoll zu bewältigen. Die Entwicklung zu
drahtlosen Kommunikationen der dritten Generation stellt im wesentlichen
einen Paradigmenwechsel in die Welt der mobilen Multimedienkommunikation
dar, wo Benutzer nicht nur auf Sprachdienste sondern auch auf Video-,
Bild-, Text-, Graphik- und Datenkommunikationen zugreifen können. Es
wird erwartet, daß die
Netze der dritten Generation mobilen Benutzern Datenraten zwischen
144 kBps und 2 MBps bieten können.
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Trotzdem
müssen
bei drahtlosen Netzen, die höherratige
Datenkommunikationsanwendungen unterstützen Bandbreite und Leistungsregelung
sehr sorgfältig
gehandhabt werden, um eine unannehmbare Störung zwischen den höherratigen
Anwendungen und sonstigen, von demselben Netz unterstützten Anwendungen
(z.B. Sprachverbindungen) zu vermeiden. Wie hiernach gezeigt wird,
bietet die Erfindung eine neuartige Methodik zur Verbesserung von
Leistungs- und Bandbreitenverwaltung bezüglich solcher höherratigen
Datenanwendungen und stellt damit einen besseren Betriebswirkungsgrad
bereit, während
sie gleichzeitig Störungspegel
in einem annehmbaren Bereich hält.
Obwohl die Erfindung hiernach bezüglich einer bevorzugten Ausführungsform
auf Grundlage von CDMA-Codierung
der drahtlosen Signale beschrieben wird, sollte offenbar sein, daß die Methodik
der Erfindung auch auf andere drahtlose Kanalisierungsanordnungen
einschließlich von
TDMA und GSM anwendbar ist.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines drahtlosen CDMA-Systems, in
dem die Erfindung implementiert werden kann. Bezugnehmend auf die
FIG. ist eine Mobilvermittlungsstelle (MSC – Mobile Switching Center)
an mehrere Basisstationssteuerungen (BSC – Base Station Controller)
einschließlich
insbesondere der BSC 1 angekoppelt, die bekannte Steuerfunktionen
durchführen.
Die MSC überwacht
die Mobilität der
Benutzer und verwaltet notwendige Ressourcen zur Bearbeitung und
Aktualisierung der Standortserfassungsprozeduren und führt Weiterschaltefunktionen
aus, wenn sich MS in ihrem Kontrollbereich bewegen. Die MSC ist
an netzübergreifenden
Funktionen zum Kommunizieren mit anderen Netzen wie beispielsweise
dem öffentlichen
Wählnetz
PSTN (Public Switched Telephone Network) oder einem ISDN (Integrated
Services Digital Network) beteiligt. Auch kann die MSC vermittlungs-
und netzübergreifende
Funktionen für
sich in einem geographisch zugeordneten Bereich befindliche Mobilstationen
(MS) durchführen.
Die MSC führt
auch Rufwegeleitungs-, Steuerungs- und Echounterdrückungsfunktionen
durch.
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Die
Basisstationssteuerungen sind wiederum an mehrere Basis-Funkstationen
(BTS – Base
Transceiver Stations) inbesondere BTS 1 angekoppelt, die Sende-/Empfangsfunktionen
durchführen.
Die BSC stellt mindestens einen Teil der Steuerungs- und Verwaltungsfunktionen
für versorgte
BTS bereit. Die BSC steht sowohl mit der BTS als auch der MSC in
Verbindung. In manchen Fällen
können
Nachrichten die BSC transparent durchlaufen. Die BTS besteht aus
einem oder mehreren an einem einzigen Ort aufgestellten Sender-Empfängern und
stellt die HF-(Hochfrequenz)Schnittstelle für versorgte MS dar. Bezugnehmend
auf 1 besitzt beispielsweise BSC 1 die Steuerungs-
und Verwaltungsverantwortung für
mehrere Basis-Funkstationen,
die BTS 1 umfassen.
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2 stellt
eine schematische Beschreibung der verschiedenen Datenkanäle eines
drahtlosen Systems, das gemäß dem CDMA2000-Standard
(IS-95C oder IS-2000) hergestellt worden ist, einem von der in den
US beheimateten Telecommunications Industry Association entwickelten
drahtlosen Standard, bereit. Bei 201 ist ein Pilotkanal
(PCH – Pilot
Channel) angezeigt und bewirkt die fortlaufende Übertragung eines unmodulierten
Signals in einem CDMA-System. Ein PCH stellt einen Phasenbezug für kohärente Modulation
und ein Mittel für
Signalstärkevergleiche
zwischen BTS bereit. Bei 202 ist ein festgeschalteter Organisationskanal DCCH
(Dedicated Control Channel) angezeigt und wird für die Übertragung von digitalen Steuerungsinformationen
(einschließlich
von Leistungsregelungsinformationen) von einer BTS zu einer MS benutzt.
Bei 203 ist ein Grundkanal (FCH – Fundamental Channel) dargestellt,
der eine Kombination höherer
Daten und Leistungsregelungsinformationen führt. Bei 204 ist ein
Zusatzkanal (SCH – Supplemental
Channel) angezeigt und arbeitet in Verbindung mit einem DCCH und/oder
einem FCH zur Bereitstellung von Diensten mit höherer Datenrate (oder Burst-Datenübertragung),
wo höhere
Daten übertragen
werden.
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Diese
Kanäle
bestehen sowohl auf der Abwärtsstrecke – der Kommunikationsstrecke
von BTS zu MS – als
auch der Aufwärtsstrecke – der Kommunikationsstrecke
von MS zu BTS – mit
entsprechender Bezeichnung. So umfassen Kanäle für die Abwärtsstrecke F-PCH (Forward Pilot
Channel), F-DCCH (Forward Dedicated Control Channel), F-FCH (Forward
Fundamental Channel) und F-SCH (Forward Supplemental Channel). Auf ähnliche
Weise umfassen Kanäle
für die
Aufwärtsstrecke
R-PCH (Reverse Pilot Channel), R-DCCH (Reverse Dedicated Control
Channel), R-FCH (Reverse Fundamental Channel) und R-SCH (Reverse
Supplemental Channel).
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Zwischen
DCCH/FCH und SCH bestehen bedeutsame funktionsmäßige Unterschiede. Die aktive Menge
von BTS – d.h.
die Menge von BTS im sanften Weiterschaltungsmodus mit einer gegebenen
MS – für DCCH/FCH
besteht für Überlebenszwecke
der Verbindung. Da Wiederholung für Zeichengabe- und Sprachrahmen
unannehmbar ist, wird die aktive Menge gewählt, um jede starke Störung der
aktiven Menge zu verhindern, sodaß die Chance einer Abweichung
von der Ziel-FER (Rahmenfehlerrate) minimal ist. Wiederholung (d.h.
Verlust) von Zeichengabenachrichten erfordert seinen Preis durch
langsame Handlung, die eine bedeutende Signalverschlechterung oder
einen Verbindungsabbruch verursachen kann. Man beachte, daß DCCH/FCH
eine feste Datenrate mit 9,6 kBps (Kilobit pro Sekunde) oder 14,4
kBps je nach Funkkonfiguration des Systembetriebs aufweisen.
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Andererseits
besteht der Zweck des SCH in der Bereitstellung von hohen Datenraten
zur Verbesserung von Durchsatz und Minimierung der Datenlaufzeit,
wobei der Kanal nur für
Signale mit höherer
Datenrate, als von DCCH/FCH geführt
werden kann, implementiert wird. Daten sind jedoch viel unempfindlicher
für Wiederholung
als Sprachverkehr. Der SCH-Datenkanal kann daher mit höherer Ziel-FER,
z.B. 10%, betrieben werden. Auch ist es möglich, eine Teilmenge der aktiven
Menge für
die SCH-Übertragung
zu wählen.
Wie ausführlicher
unten gezeigt wird, kann eine solche Teilmenge der aktiven Menge
eine bessere Datenrate als die Datenrate bereitstellen, die durch
Verwendung der vollen aktiven Menge für SCH-Übertragung bereitgestellt wird. Wenn
beispielsweise die "stärkste" BTS in der aktiven
Menge hinsichtlich ihrer Leistungskapazität schwer belastet ist, während die
anderen BTS in dieser aktiven Menge leicht belastet sind, könnte die
Verwendung der weniger schwer belasteten BTS für den SCH eine bessere Datenrate
ergeben.
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Verwendung
einer solchen verringerten aktiven Menge ergibt auch wahrscheinlich
Bandbreitennutzungs-Wirkungsgrade.
Während
der DCCH/FCH-Kanal auf Grundlage von Überlebenskriterien für die Verbindung
stets die volle aktive Menge von BTS benutzt, beträgt die Verbindungsbandbreite
für diesen
Kanal normalerweise 9,6 kBps. So ist das gesamte Bandbreitenerfordernis
für den
DCCH/FCH-Kanal selbst für
eine aktive Menge von drei oder mehr BTS relativ gering. Für einen
SCH, der eine Rate von 460,8 kBps oder sogar 921,6 kBps aufweisen
kann, belegen jedoch parallele Verbindungen während einer sanften Dreiwege-
oder Vierwegeweiterschaltung viel mehr Bandbreite für Verbindungen
mit allen BTS in der aktiven Menge. Dies kann Blockierungsprobleme
und/oder Netzleistungsverluste verursachen. Ein verringerter Betrieb
der aktiven Menge für
den SCH-Kanal wird eine wirkungsvollere Zuteilung von Systemressourcen
ergeben. Hinsichtlich der Dauer, für die ein Kanal zur Übertragung
von Daten in Gebrauch ist, besteht der DCCH/FCH gewöhnlich viel
länger
als SCH. Das heißt
SCH wird auf Bedarfgrundlage zugewiesen und kann daher entsprechend
der Datenaktivität
schnell aufgebaut und freigegeben werden.
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3 zeigt
eine Anwendung der Methodik des Betriebs mit verringerter aktiver
Menge in einem CDMA-System. Wie ersichtlich ist zeigt die Figur
drei BTS mit überlappenden
Versorgungsbereichen. Für
die Zwecke der nachfolgenden Besprechung wird angenommen, daß die drei
BTS die aktive Menge von BTS1, BTS2 und BTS3 darstellen. Jede BTS
weist eine spezifische Leistungskapazität auf und versorgt einen bestimmten. geographischen
Bereich bzw. spezifische Zelle. Bezugnehmend auf die Figur versorgt
BTS1 eine Zelle mit einer durch F1 angezeigten Grenze, die den geographischen
Bereich bildet, in dem BTS1 Kommunikation mit einer versorgten MS
aufrechterhalten kann. Auf ähnliche
Weise weist die BTS2 eine durch F2 angezeigte Zellengrenze auf und
die Grenze für
die mit BTS3 verbundene Zelle wird durch F3 angezeigt. Jede MS,
die in der Zelle gegenwärtig
ist, kommuniziert gewöhnlich
mit der BTS dieser Zelle. Bei sanfter. Weiterschaltung unterhält jedoch
die MS auch Kommunikation mit anderen BTS, allgemein der einen bis
den drei derartigen BTS, die die nächstniedrigeren Signalstärken für die MS
bereitstellen.
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Im
allgemeinen Fall wird der primäre
Kommunikationsweg als der zwischen der BTS und der MS gewählt, der
die stärkste
Signalstärke
an der MS bereitstellt. Dieser Fall kann jedoch eine weniger als
optimale Wirksamkeit und Leistungsnutzung für den SCH-Kanal ergeben, wenn die
Leistungskapazität
dieser primären BTS
im wesentlichen von einer anderen MS (oder mehreren davon) in der
gleichen Zelle in Anspruch genommen wird, und daher ungenügend Leistung
zur wirkungsvollen Behandlung des Lasterfordernisses der zusätzlichen
MS aufweist.
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Beispielhafterweise
wieder auf 3 Bezug nehmend beachte man,
daß, obwohl
sich MS1 in Zelle F1 befindet, sich vier weitere MS in derselben
Zelle aufhalten. Demnach ist die BTS1 aufgrund der hohen Anzahl
von MS in der Zelle schwer belastet. Demgegenüber weist die BTS2 nur eine
zusätzliche
MS in ihrer Zelle auf, wie auch die BTS3. In diesem Fall ist wahrscheinlich,
daß eine
Zuweisung von SCH für
MS1 zu einer verringerten aktiven Menge – BTS2, BTS3 oder beiden – einen
effektiveren Signalweg für
diesen Kanal bereitstellen würde,
selbst wenn der Signalweg zwischen BTS1 und MS1 eine stärkere Signalstärke als
der Weg von MS1 zu den anderen BTS aufweist, besonders wenn eine
oder beide der anderen BTS frei sind. Erfindungsgemäß wählt daher
das System zur Maximierung des Übertragungswirkungsgrades
ohne Leistungsüberbelastung
eine verringerte aktive Menge aus einer aktiven Menge von BTS für den SCH-Kanal
einer gegebenen MS im geographischen Bereich.
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Sobald
darüberhinaus
eine Bestimmung der verringerten aktiven Menge von BTS gemäß dem Verfahren
der Erfindung getroffen worden ist, ist es nicht nötig, die
für jede
MS verfügbare
maximale Leistungskapazität
zuzuweisen. Aufgrund der Messung relativer Signalstärke an einer
MS in bezug auf die BTS in der aktiven Menge wird eine aufbringbare
Datenrate bestimmt, sodaß sowohl
Durchsatz-Wirkungsgrad als auch Leistungsnutzung ohne Preisgabe
von Datenübertragungsgüte maximiert
werden.
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Bezugnehmend
auf 4, die die Grundschritte des Verfahrens der Erfindung
in Flußdiagrammform zeigt,
erkennt das Verfahren der Erfindung zuerst im Schritt 401 eine
an einer bestimmten MS von den BTS in der aktiven Menge empfangene
relative Signalstärke.
Die aktive Menge ist die Menge BTS, die mit der MS in Verbindung
sein können.
Im Schritt 402 werden verringerte aktive Mengen bzw. Teilmengen
der aktiven Menge von die MS versorgenden BTS erstellt. Die Teilmengen
sind mögliche
Kombinationen von BTS in der aktiven Menge, die die MS versorgen,
einschließlich
einer Teilmenge, die die volle aktive Menge ist. Dann wird im Schritt 403 die
Geometrie jeder Teilmenge bestimmt – wobei diese Geometrie im
Verhältnis
zu dem Signal-Rauschverhältnis
(SIR) der die BTS in einer Teilmenge mit der MS verbindenden Datenkanäle steht.
Die Leistungseinstellung bzw. Bitenergiedifferenz wird dann im Schritt 404 unter
Verwendung der Geometrie für jede
Teilmenge berechnet. Dann wird für
jede Teilmenge die aufbringbare Datenrate unter Verwendung der Leistungseinstellung
und verfügbaren
Leistung der BTS in der Teilmenge im Schritt 405 bestimmt.
Die mindeste der Datenraten aller BTS in einer Teilmenge wird als
die aufbringbare Datenrate für
diese bestimmte Teilmenge gewählt.
Im Schritt 406 wird die maximale der aufbringbaren Datenraten
für alle
Teilmengen als die Datenrate für
die MS ausgewählt.
Eine Beschreibung der zugehörigen
Schritte ist ausführlich
unten aufgeführt.
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Bezugnehmend
auf Schritt 401 der 4 muß das Leistungserfordernis
für jede
Kanalrate bestimmt werden, um die Differenz an aufbringbaren Datenraten,
die verschiedene verringerte aktive Mengen (bzw. Teilmengen) bereitstellen
können,
zu quantifizieren. Auf der Abwärtsstrecke
muß die
Basisstationssteuerfunktion (gewöhnlich
die BSC) die beste Zuweisung für
den Datenbenutzer bestimmen und dabei den Systembetrieb ohne übermäßige Störung oder
Leistungsüberlastung
aufrechterhalten. Vor jedem Zuweisungsvorgang befiehlt die BTS der
MS, aktualisierte Messung an der relativen Pilotenstärke zu melden.
Der Befehl für
Pilotenmessungsmeldung kann durch Bestehen der Luftschnittstellen- Nachrichtenübermittlungsplattformen
wie beispielsweise PMRO (Pilot Measurement Request Order) auf burstweiser
Grundlage durchgeführt
werden. PMRO ist ein standardmäßiger Mechanismus,
mit dem MS die relative Signalstärke
melden kann.
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Bezugnehmend
auf Schritt 402 der 4 werden
verringerte aktive Mengen bzw. Teilmengen der aktiven Menge von
BTS, die in Verbindung mit der MS stehen können, zum Auswerten einer zutreffenden
Datenrate erstellt. Teilmengen sind mögliche Kombinationen von BTS
der aktiven Menge, die unterschiedliche Höhen von Signalstärke aufweisen.
Obwohl die Verwendung der stärksten
BTS (hinsichtlich der Signalstärke)
betrachtet an der MS zur Übertragung
von Abwärtsdatenkanalinformationen
am leistungsstärksten
ist, d.h. die erforderliche Bitenergie ist niedriger, ergibt eine
solche Nutzung möglicherweise
nicht die höchste
Datenrate. In der Tat kann, wenn die stärkste BTS schwer belastet ist,
die Verwendung von zweitstärksten
oder sogar drittstärksten
BTS allein eine bessere Datenrate ergeben.
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Es
ist daher vorteilhaft, die beste Teilmenge der aktiven Menge (einschließlich der
Wahl der vollen aktiven Menge) zu wählen, um die höchste Datenrate
zu erreichen. Gemäß dem Grundsatz
der Erfindung werden alle oder zumindest die hauptsächlichen
Teilmengen der aktiven Menge von BTS zu Beginn des Burst-Zuweisungsvorgangs
ausgewählt
und die die höchste
Datenrate ergebende Teilmenge gewählt. Beispielsweise können die
folgenden sechs Teilmengen auf der Abwärtsstrecke erstellt werden
(wie im Schritt 402), damit der Burst-Zuweisungsvorgang
die aufbringbare Datenrate jeder Teilmenge berechnen kann, bei der
die höchste Datenrate
ausgewählt
wird:
- A. Benutzung von nur der stärksten BTS
- B. Benutzung von nur der zweitstärksten BTS
- C. Benutzung nur der stärksten
und zweitstärksten
BTS
- D. Benutzung nur der stärksten
und drittstärksten
BTS
- E. Benutzung nur der zweitstärksten
und drittstärksten
BTS
- F. Benutzung der stärksten,
zweitstärksten
und drittstärksten
BTS
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Man
beachte, daß,
wenn sich der DCCH/FCH (Dedicated Control Channel/Fundamental Channel)
des Benutzers in einer sanften Dreiwege oder mehr Weiterschaltung
befindet, dann sind alle obigen Teilmengen gültig, aber wenn sich der DCCH/FCH
des Benutzers in einer sanften Zweiwegeweiterschaltung befindet,
dann sind nur Teilmengen A–C
gültig.
Wenn sich der DCCH/FCH des Benutzers im Simplexmodus befindet, ist
nur die Teilmenge A gültig.
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Bezugnehmend
auf Schritt 403 der 4 wird die
an der MS bezüglich
einer bestimmten Teilmenge von BTS empfangene relative Signalstärke (Pilot
EcIo) für Geometrieberechnung
für diese
bestimmte Teilmenge benutzt. Die Geometrie ist eine Metrik zur Annäherung des
SIR einer bestimmten BTS oder mehrerer BTS in Verbindung mit der
MS für
die Abwärtskanäle. Im allgemeinen
ist die Geometrie einer BTS eine Funktion der Leistung der BTS und
der mit dem BTS-MS-Übertragungsweg
verbundenen Interferenz. Die relative Dämpfung, d.h. der Nettoeffekt
von Streckenverlust und Abschattungsschwund zwischen verschiedenen
BTS und die Abwärtsbelastung
an jeder BTS werden festgestellt. Mit diesen Informationen wird
die Geometrie für
jede verringerte aktive Menge (bzw. Teilmenge) folgendermaßen ausgewertet: Geometrie = (Summe der Leistung von BS in verringerter
aktiver Menge) / (Summe aller anderen Leistung)
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Die
detailierte Geometrie wird wie folgt definiert:
das Verhältnis der
eigentlichen empfangenen Leistung an MS von der k
tenBTS
zu I
o (gesamte Empfangsleistung an MS) ist.
Auf Grundlage der Formel wird die Geometrie der aktiven Menge wie
folgt berechnet:
Geometrie = (Summe der Leistung
der aktiven Menge) / (andere)wobei Summe der Leistung der aktiven
Menge die Gesamtleistung aller Basis-Funkstationen in der aktiven Menge
ist und andere die Summe aller anderen durch die Mobilstation empfangenen
Leistungen ist. Die Geometrie einer verringerten aktiven Menge wird
folgendermaßen
berechnet:
Geometrie = (verringerte aktive Menge)
/ (andere BTS in der aktiven Menge + andere)wobei verringerte
aktive Menge die Gesamtleistung aller Basis-Funkstationen in der
verringerten aktiven Menge, andere BTS in der aktiven Menge die
Leistung aller anderen Basis-Funkstationen in der aktiven Menge und andere
die Summe aller anderen durch die Mobilstation empfangenen Leistungen
ist.
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Beispielsweise
wird in einem Betriebsszenario mit einer aktiven Menge von Basis-Funkstationen
{A, B, C} die Geometrie der vollen aktiven Menge wie folgt definiert: Geometrievolle aktive Menge =
(SA – SB – SC) anderewobei andere die Summe aller
anderen empfangenen Leistungen darstellt.
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Bei
einem Betriebsszenario einer verringerten aktiven Menge von {A}
wird die Geometrie der verringerten aktiven Menge wie folgt definiert: Geometrieverringert =
SA (SB – SC – andere)
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Durch
in der BSC enthaltene Mikrochips oder DSP-(Digital Signal Processing) Funktionalität können die
Berechnungen in den oben offenbarten Algorithmen durchgeführt werden.
Als Alternative kann die BSC einen Wert in (einer) gespeicherten
Nachschlagetabelle(n) suchen, der mit dem bestimmten BTS-MS-Übertragungsweg
zu der Zeit verbunden ist. Wenn das drahtlose System mehr Schichten
in dem Festnetz aufweist, wo es primäre BTS und Unter-BTS gibt,
kann die Verarbeitungsfähigkeit
entweder in der primären
oder der Unter-BTS resident sein.
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Bezug
nehmend auf Schritt
404 der
4 wird die
Leistungsschätzungseinstellung
bzw. Bitenergiedifferenz für
jede Teilmenge von BTS wie folgt berechnet:
Einstellung = 10wobei slope_t und OFFSET_FP
Parameter zur Berücksichtigung
der Leistungserfordernisdifferenz aufgrund der Differenz in Geometrie
und der sich aus unterschiedlichen Ziel-FER und Kodierungsstruktur
ergebenden Leistungserfordernisdifferenz sind. Man beachte, daß, anstatt
die Gleichung (2) zu verwenden, man eine (wie oben beschriebene)
Nachschlagetabelle aufbauen kann, um die Leistungsschätzungseinstellung
aufgrund der gegebenen Eingaben von Geometrien, Ziel-FER, Kodierungsstruktur
usw. auszuwerten.
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Bezugnehmend
auf Schritt
405 der
4 kann die
aufbringbare Datenrate einer Teilmenge auf die unten dargestellte
Weise berechnet werden. Die aufbringbare Datenrate wird für jede Teilmenge
unter Verwendung der Leistungseinstellung und verfügbaren Leistung
der BTS in der Teilmenge bestimmt. Die mindeste der Datenraten aller
BTS in einer Teilmenge wird als die aufbringbare Datenrate für diese
bestimmte Teilmenge gewählt.
Die aufbringbare Datenrate einer Teilmenge auf der Abwärtsstrecke
wird wie folgt berechnet:
wobei
P
Daten = Datenkanalleistungsmittel und
PDCCH = DCCH–Leistungsmittel
+ Fw_scal_std√DDCH–Leistungsvarianz wobei √
DDCH–Leistungsvarianz die Leistungsstandardabweichung
ist.
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Man
beachte, daß die
Mindestoperation auf die verringerten aktiven Mengen bzw. Teilmengen
auf der Abwärtsstrecke
angewandt wird. Die Einstellung unterscheidet sich je nach der verringerten
aktiven Menge oder Teilmenge von BTS. Die Reserve für Abwärtsbelastung
ist ein Parameter zur Berücksichtigung
einer echten Betriebsgrenze. Fw_scal_std ist ein Skalierungsparameter
zum Einschließen
der Leistungsvariation. Die Reserve wirkt als Leistungsbelastungsschutz
bei einer Leistungsabweichung. Wenn beispielsweise eine MS im Gegensatz
zu einer 100-prozentigen
Leistungszuweisung eine 90-prozentige Leistungszuweisung aufweist,
gibt es Platz zur Überlastungsregelung,
wenn die Leistungszuweisung von dem 90-Prozent-Schwellwert abweicht.
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Es
ist zu beachten, daß die
aufbringbaren Datenraten der Teilmengen von BTS die zum Betreiben
des Systems angenommenen Raten sind und mögliche Kombinationen der in
dem Standard CDMA2000 definierten Datenraten sind, die Mehrfache
von 9,6 kBps oder 14,4 kBps sind. Eine spezifische Operation kann
eine Kombination von Datenraten auswählen, z.B. unter Verwendung
der Raten von 57,6 kBps und 460 kBps nur für den SCH.
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Man
beachte jedoch, daß,
während
zur Auswertung der aufbringbaren Datenrate alternative Verfahren benutzt
werden können,
jedes derartige Verfahren im Rahmen der Erfindung liegen soll. Dem
Fachmann wird offenbar sein, daß der
Schwerpunkt des Verfahrens der Erfindung auf eine Bestimmung der
besten Teilmenge der aktiven Menge gerichtet ist, die die höchste Datenrate
ergibt.
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Bezug
nehmend auf Schritt 406 der 4 wird die
höchste
der aufbringbaren Datenraten aller verringerten akiven Mengen (beziehungsweise
Teilmengen) als die Datenrate für
den bestimmten BTS-MS-Weg für maximalen
Durchsatz und Lastwirkungsgrad ausgewählt.
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Zu
der Darstellung der Methodik der Erfindung betrachte man eine beispielhafte
verringerte aktive Menge (bzw.
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Teilmenge)
von BTS {A, B}. Wenn nur A aktiv ist, erfordert das System Leistungsverbrauch
von P1. Die entsprechende Datenrate R1 = LA P1,
wobei LA die übrige Leistungsbelastung von
A ist. Wenn nur B aktiv ist, erfordert das System Leistungsverbrauch
von P2. Die entsprechende Datenrate R2 = LB/P2,
wobei LB die übrige Leistungsbelastung von
B ist. Wenn A und B beide aktiv sind, erfordert das System Leistungsverbrauch
von P3. Bei der Berechnung der aufbringbaren
Datenrate wird zuerst der Mindeswert von LA/P3 und LB/P3 genommen, nämlich R3 =
min{LA/P3 und LB/P3} . Die Datenrate
für den
mit der Teilmenge von BTS {A, B} verbundenen BTS-MS-Übertragungsweg ist der Höchstwert
von R1, R2 und R3, nämlich
Rfinal = max{R1,
R2, R3}.
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Untenstehend
sind drei Beispiel für
die Auswahl einer verringerten aktiven Menge bzw. Teilmenge gemäß dem Verfahren
der Erfindung aufgeführt.
Sie sind in der Tabelle 1 dargestellt. Fall 1 stellt den Fall dar,
daß die
(signalstärkemäßig) stärkste BTS
schwer belastet ist, während
die zweit- und drittstärksten
BTS leicht belastet sind. Fall 2 ist dem Fall 1 ähnlich, nur sind die zweit-
und drittstärksten
BTS mäßig stark
belastet. Fall 3 stellt das Szenario dar, daß die zweitstärkste BTS
schwer belastet ist, aber die anderen zwei BTS leicht belastet sind.
Tabelle 2 zeigt die Vorteile (in bezug auf Datenraten) der Verwendung
einer verringerten aktiven Menge von BTS gegenüber der vollen aktiven Menge.
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Tabelle
1. Szenario von betrachteten Beispielen
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Tabelle
2. Durch verschiedene Auswahlen einer verringerten aktiven Menge
bereitgestellte momentane Rate
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Die
Berechnungen in den oben offenbarten Algorithmen können mit
Mikrochips oder in BSC eingebettete DSP-Funktionalität (Digital Signal Processing)
durchgeführt
werden. Als Alternative kann die BSC einen Wert in (einer) gespeicherten
Nachschlagetabelle(n) suchen, die mit der bestimmten derzeitigen MS/BTS-Kombination
verbunden ist. Die Nachschlagetabelle gibt die Leistungseinstellungen
aus, die zur Bestimmung der aufbringbaren Datenrate benutzt werden
kann.
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Bezug
nehmend auf 5 ist die Implementierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
mit Nachschlagetabellen ähnlich
der Implementierung der gleichen mit Gleichungen (1), (2) und (3).
Bezugnehmend. auf die Figur sind Schritte 501 und 502 ähnlich dem
erfindungsgemäßen Verfahren,
so wie es in 4 dargestellt ist. Bezugnehmend
auf die Figur erkennt das erfindungsgemäße Verfahren zuerst im Schritt 501 eine an einer
bestimmten MS von den BTS in der aktiven Menge empfangene relative
Signalstärke.
Im Schritt 502 werden verringerte aktive Mengen bzw. Teilmengen
der aktiven Menge von die MS versorgenden BTS erstellt. Mit Hilfe
der Nachschlagetabellen werden in Schritten 503 und 504 die
Geometrie und die Leistungseinstellung (bzw. Bitenergiedifferenz)
bestimmt. Die Leistungseinstellung wird mit Hilfe von Nachschlagetabellen
bestimmt, die mit einer bestimmten Teilmenge von BTS verbundene
entsprechende Leistungsbelastungswerte enthalten. Unter Verwendung
der Nachschlagetabellen gibt das drahtlose System die für die aufbringbare
Datenrate einer Teilmenge benötigte
Leistung durch Vergleichen und Auswerten der übrigen Leistungsbelastung in
den BTS dieser Teilmenge aus. Im Schritt 505 wird dann
die aufbringbare Datenrate für
jede Teilmenge bestimmt. Die mindeste der Datenraten aller BTS in
einer Teilmenge wird als die aufbringbare Datenrate für diese bestimmte
Teilmenge gewählt.
Im Schritt 506 wird die höchste der aufbringbaren Datenraten
für alle
Teilmengen als die Datenrate für
die MS ausgewählt.
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Der
Fachmann wird erkennen, daß es
viele Konfigurationen von drahtlosen Systemen gibt, die nicht besonders
hier beschrieben sind, für
die aber die Methodik der Erfindung angewandt werden kann. Insbesondere
kann die Erfindung für
mobile oder persönliche
Kommunikationssysteme der dritten Generation benutzt werden, die
eine Vielzahl von drahtlosen Datendiensten in unterschiedlichen
Betriebsszenarios wie beispielsweise Telefonie-, Telekonferenz-,
Sprachpost-, Programmton-, Bildtelefonie-, Videokonferenz-, Fernterminal-, Benutzerprofileditierungs-,
Telefax-, Sprachfrequenzdaten-, Datenbankzugriffs-, Nachrichtenrundsendungs-, uneingeschränkte digitale
Informations-, Navigations-, Ortungs- und Internet-Zugriffsdienste
bieten. Die Burststeuerungsmethodik der Erfindung kann auch in Systemen
der zweiten Generation oder jedem anderen System benutzt werden,
das eine Burstdatenübertragungsfähigkeit
aufweist.
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Der
Umfang der Erfindung wird durch die nachfolgenden Ansprüche definiert.