DE60319684T2

DE60319684T2 - Verfahren über das schnelle übertragen von datendiensten auf der basis des tdd-modus

Info

Publication number: DE60319684T2
Application number: DE60319684T
Authority: DE
Inventors: Lixin Intellectual Property Departme SUN; Lei Intellectual Property Department ZHOU
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2002-04-03
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2008-07-17
Also published as: EP1492248B1; EP1492248A1; US20050094605A1; CN100395968C; WO2003084088A1; DE60319684T8; EP1492248A4; ATE389263T1; CN1449139A; DE60319684D1; AU2003211287A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein auf TDD (Time Division Duplex, Zeitduplex) basierendes Verfahren zum Übertragen von Verkehr in drahtlosen Kommunikationssystemen, insbesondere auf ein Verfahren zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate.
Hintergrund der Erfindung
In modernen, auf TDD basierenden drahtlosen Kommunikationssystemen der 3. Generation, wie z. B. TD-SCDMA-Systemen, wird der Verkehr üblicherweise mit folgendem Verfahren übertragen: Der 96-Code-Slice DwPTS (Downlink Pilot Timeslot, Downlink-Pilot-Zeitschlitz) wird dazu benutzt, die Downlink-Empfangs-Synchronisation zu implementieren; der UpPTS (Uplink Pilot Timeslot, Uplink-Pilot-Zeitschlitz) mit 96-Code-Slice GP (Guard Period) wird dazu benutzt, die Uplink-Empfangs-Synchronisation zu implementieren; schließlich werden Verkehrs-Zeitschlitze, die dieselbe Zeit dauern, dazu benutzt, den Verkehr verschiedener Benutzer zu übertragen. Die in dem oben erwähnten Verfahren benutzte Zeitschlitz-Struktur ist in 2 gezeigt, in der die Zeitschlitz-Struktur eines 5 ms-Unterrahmens in TD-SCDMA gezeigt wird. Neben drei speziellen Zeitschlitzen (DwPTS, GP und UpPTS) zur Synchronisation dauern in 2 alle restlichen 7 Verkehrs-Zeitschlitze (einschließlich zwei Uplink-Zeitschlitze (TS1 und TS2) und 5 Downlinik-Zeitschlitze (TS0, TS3, TS4, TS5 und TS6)) jeweils 0,675 ms. Die in 2 gezeigte Rahmenstruktur mit Zeitschlitzen fester Zeitdauer ist an Sprachdienste angepasst, die eine hohe Echtzeit-Leistung und eine geringe Übertragungsrate erfordern; mit der oben angegebenen Zeitschlitz-Struktur kann das herkömmliche Verfahren sicherstellen, dass für Sprachdienste jederzeit geeignete Ressourcen zur Verfügung stehen. Ein solches Verfahren ist jedoch nicht auf Datendienste anwendbar, die eine kleine Echtzeit-Leistung, aber eine variable Übertragungsrate benötigen.
Der Grund dafür ist: Bei der aktuellen Übertragung von Verkehr ist durch Hochfrequenz-Fading im Übertragungskanal, sowie durch verschiedenen Entfernungen der Teilnehmer von einer Basisstation in einer Zelle die maximale Datenrate, die normalerweise von einem Teilnehmer-Endgerät empfangen werden kann, in einer Zelle unterschiedlich. Das Dokument "CDMA/HDR: A bandwidth-efficient high-speed wireless data service for nomadic users (P. Bender, P. Black, M. Grob, R. Padovani, N. Sindhushayana und Andrew Viterbi, IEEE Commun Mag, Juli 2000: 70–77) liefert ein statistisches Ergebnis von verschiedenen maximalen Datenübertragungsraten, die in einer Zelle unterstützt werden, aus dem man die oben angegebene Tatsache sehen kann (siehe 3). Die horizontale Ordinate in 3 repräsentiert die unterstützten maximalen Datenübertragungsraten (Einheit: KB/s); die vertikale Koordinate repräsentiert die Wahrscheinlichkeit des Falls, in dem das Teilnehmer-Endgerät eine bestimmte Übertragungsrate hat, oder sie kann als Prozentsatz der Teilnehmer-Endgeräte verstanden werden, die eine bestimmte Datenübertragungsrate an alle Teilnehmer-Endgeräte unterstützen. Man kann in 3 sehen, dass die von einem Teilnehmer-Endgerät unterstützte Datenübertragungsrate variabel ist. Wenn das herkömmliche Verfahren zum Senden von Daten verschiedener Teilnehmer benutzt wird, müssen, da die Daten in Zeitschlitzen derselben Länge übertragen werden, Teilnehmer-Endgeräte mit hoher Datenrate warten, da die Zeitschlitz-Länge begrenzt ist, nachdem ein Segment von Daten schnell übertragen wurde; während Teilnehmer-Endgeräten mit kleiner Datenrate Zeitschlitze derselben Länge zugeordnet werden. Da beim herkömmlichen Verfahren die Eigenschaften, dass die Übertragungsraten unterschiedlicher Benutzer-Datendienste unterschiedlich sind, und Datendienste keine hohe Echtzeit-Leistung benötigen, zusammen mit der Begrenzung der Kanal-Beschaffenheit und weiteren Bedingungen nicht genutzt werden, ist bei der Übertragung von Datendiensten ein bestimmter Verlust der Frequenzspektrum-Effizienz unvermeidbar, was zu einer Verschwendung von Ressourcen führt, und daher muss die Kommunikation mit einer extrem kleinen Rate ausgeführt werden. Zusätzlich dazu ist die beim herkömmlichen Verfahren benutzte Zeitschlitz-Struktur unabhängig, d. h. jeder Zeitschlitz wird mit einem getrennten Piloten konfiguriert. Für Kunden, die eine hohe Datenrate fordern, kann die Kommunikation mit hoher Datenrate nur implementiert werden, indem mehr Zeitschlitze zugewiesen werden; daher kann der duplizierte Pilot-Teil nicht dazu verwendet werden, Dienst-Daten zu übertragen, was zu einer beträchtlichen Zeitverschwendung führt und einen negativen Einfluss auf die sehr schnelle Datenübertragung hat.

D1 ( DE 198 42 039 A1 ) offenbart ein Verfahren zur sehr schnellen Übertragung auf TDD-Basis, in dem Zeitschlitze für die Datenübertragung zugewiesen werden, wobei Zeitschlitze für Uplink- und Downlink-Übertragung zugewiesen werden. Zeitschlitze werden für die Übertragung von Signalisierungs-Informationen, wie Steuerungs-Information oder Synchronisations-Information reserviert.
D2 ( US 6,097,707 A ) offenbart ein Verfahren der Zeitduplex-Übertragung, in dem Zeitschlitze für die Uplink- und die Downlink-Übertragung benutzt werden. In der Uplink-Phase einer Zykluszeit wird eine variable Anzahl von Übertragungs-Zeitschlitzen fester Größe zur Datenübertragung benutzt. Siehe auch EP-A-0713347 (ATT).

Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes, auf TDD basierendes Verfahren zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate bereitzustellen, das die Datenrate und die Ausnutzung des Spektrums verbessert und die Betriebskosten verringert.
Um dieses Ziel zu erreichen, umfasst das auf TDD basierende Verfahren zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate:

(1) Zuweisen von Zeitscheiben zum Uplink-Senden, bzw. Downlink-Senden in einem Zeitrahmen;
(2) In der Zeitscheibe zum Uplink-Senden und in der Zeitscheibe zum Downlink-Senden Zuweisen eines Synchronisations-Zeitschlitzes zur Uplink-Synchronisation und eines Synchronisations-Zeitschlitzes zur Downlink-Synchronisation, eines Steuerungs-Zeitschlitzes zur Übertragung von Uplink-Signalisierung und eines Steuerungs-Zeitschlitzes zur Übertragung von Downlink-Signalisierung, und einer Vielzahl von Verkehrs-Zeitschlitzen zur Übertragung von Daten hoher Datenrate.
(3) Einstellen mindestens eines der Verkehrs-Zeitschlitze auf eine variable Zeitdauer;
(4) Zuweisen des mindestens einen Verkehrs-Zeitschlitzes, der eine variable Zeitdauer hat, an Teilnehmer, und dann Senden der Daten.

Der Synchronisations-Zeitschlitz, der Steuerungs-Zeitschlitz und die Verkehrs-Zeitschlitze in Schritt (2) überlappen sich zeitlich nicht.
Der Synchronisations-Zeitschlitz zur Uplink-Synchronisation und der Synchronisations-Zeitschlitz zur Downlink-Synchronisation in Schritt (2) können einer oder mehrere sein, je nach Bedarf.
Der Steuerungs-Zeitschlitz zur Übertragung von Uplink-Signalisierung und der Steuerungs-Zeitschlitz zur Übertragung von Downlink-Signalisierung in Schritt (2) können einer oder mehrere sein, je nach Bedarf.
In Schritt (4) können Verkehrs-Zeitschlitze, die eine entsprechende Zeitdauer haben, Teilnehmern entsprechend gemessener Zustände des Teilnehmer-Kanals, entsprechend einer spezifizierten QoS (Quality of Service, Dienstgüte) oder entsprechend beidem zugewiesen werden.
Da die vorliegende Erfindung eine Struktur mit Zeitschlitzen variabler Länge benutzt, kann das Kommunikationssystem Dienste mit verschiedenen Datenraten im selben Rahmen (Unter-Rahmen) bereitstellen. Im Vergleich zum herkömmlichen Datenübertragungsverfahren ist die Anzahl von Code-Zeitscheiben spezifiziert, da die Übertragungs-Zeitdauer für Dienst-Daten spezifisch ist; daher ist die Anzahl von Datenbits, die in einem Rahmen (Unter-Rahmen) übertragen werden, spezifisch, so dass verschiedene Benutzeranforderungen erfüllt werden können. Wenn es zum Beispiel Benutzer mit verschiedenen Dienst-Ebenen gibt, kann die Anforderung nach einer Datenübertragung mit hoher Datenrate erfüllt werden, indem Benutzern mit höheren Dienst- Ebenen längere Zeitschlitze zugewiesen werden; wenn es nur eine Dienst-Ebene gibt, können längere Zeitschlitze zugewiesen werden, und es können Datenübertragungs-Betriebsarten mit einer größeren Datenrate (z. B. Modulation höherer Ordnung) für Benutzer mit einem besseren Kanal-Zustand verwendet werden, so dass in derselben Zeit mehr Bits übertragen werden können, um die Effizienz des Frequenzspektrums zu verbessern und die Betriebskosten zu verringern. Aus der obigen Beschreibung kann man sehen, dass die vorliegende Erfindung die Anforderungen der Datenübertragung verschiedener Dienst-Ebenen viel leichter erfüllt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführung eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Rahmenstruktur mit Zeitschlitzen fester Zeitdauern, die beim herkömmlichen Verfahren verwendet wird.
3 ist ein Statistik-Diagramm von Teilnehmer-Endgeräten, die verschiedene maximale Datenübertragungs-Wirkungsgrade in einer Zelle unterstützen.
4 ist eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur mit Zeitschlitzen variabler Zeitdauern, die in der in 1 gezeigten Ausführung angewendet wird.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungen In einem drahtlosen Zellularfunk-Kommunikationssystem befinden sich mobile Teilnehmer üblicherweise verteilt an verschiedenen Orten in einer Zelle. Die maximale Datenübertragungsrate, die ein Teilnehmer-Endgerät in der Zelle normalerweise empfangen kann, wird durch Fading spezifiziert. Unter der Voraussetzung, eine erforderliche Übertragungsfehlerrate einzuhalten, besteht kein wesentlicher Unterschied zwischen den maximalen Datenübertragungsraten, die von den meisten Teilnehmer-Endgeräten unterstützt werden. Die Kanal-Bedingungen mancher Teilnehmer-Endgeräte sind jedoch besser und unterstützen höhere Datenübertragungsraten; während die Kanal-Bedingungen mancher anderer Teilnehmer schlechter sind und nur geringere Datenübertragungsraten unterstützen. Obwohl die Systemkapazität durch Verringerung der Wartezeit von Teilnehmer-Endgeräten, die höhere Übertragungsraten unterstützen, verbessert werden kann, besteht in aktuellen Anwendungen eine Begrenzung des Verhältnisses von maximaler Wartezeit/minimaler Wartezeit. Um das oben erwähnte Problem zu lösen, nutzt die vorliegende Erfindung die Tatsache, dass Datendienste keine hohen Anforderungen an die Echtzeit-Übertragung haben, um das Frequenzspektrum zu optimieren, d. h. es werden Teilnehmern mit besseren Kanal-Bedingungen mehr Zeitschlitze zugewiesen, um die Systemkapazität zu verbessern.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
1 ist ein Flussdiagramm einer Ausführung, die mit dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahren implementiert ist. Wie in 1 gezeigt, bestimmt die vorliegende Erfindung zuerst die Datenstruktur in einem Zeitrahmen zur Datenübertragung und nutzt dann die Datenstruktur zur Übertragung von Dienst-Daten. Im Detail werden in Schritt 1 in einem Zeitrahmen Zeitscheiben zum Senden in Uplink-Richtung, bzw. zum Senden in Downlink-Richtung zugeordnet; der Zweck des Schrittes ist, das Verhältnis der Uplink-/Downlink-Zeitscheiben geeignet für die aktuelle Dienstdaten-Übertragung entsprechend Charakteristiken der Uplink-/Downlink-Dienste einzustellen. Da für die Uplink-/Downlink-Übertragung von Dienst-Daten eine Steuerung (z. B. Synchronisation) erforderlich ist, werden in Schritt 2 der Synchronisations-Zeitschlitz für die Uplink-Synchronisation und der Synchronisations-Zeitschlitz für die Downlink-Synchronisation, der Steuerungs-Zeitschlitz zur Übertragung der Uplink-Signalisierung und der Steuerungs-Zeitschlitz zur Downlink-Signalisierung, sowie mehrere Verkehrs-Zeitschlitze zur Übertragung von Datendiensten mit hoher Datenrate beim Uplink-Senden und Downlink-Senden zugeordnet. Obwohl sowohl der Synchronisations-Zeitschlitz für die Uplink-Synchronisation, als auch der Synchronisations-Zeitschlitz für die Downlink-Synchronisation in der vorliegenden Ausführung ein Zeitschlitz sind, können mehrere Zeitschlitze zugewiesen werden, wie in aktuellen Anwendungen erforderlich. Auf die gleiche Weise können, obwohl sowohl der Steuerungs-Zeitschlitz zur Übertragung der Uplink-Synchronisation, als auch der Steuerungs-Zeitschlitz zur Übertragung der Downlink-Synchronisation in der vorliegenden Ausführung ein Zeitschlitz sind, mehr Zeitschlitze zugewiesen werden, wie in aktuellen Anwendungen erforderlich. Da in Breitband-Anwendungen Breitband-TDD-Rahmen relativ lang sind, (z. B. 10 ms), und die Code-Zeitscheiben-Rate das Dreifache von TD-SCDMA-Anwendungen ist, ist es schwierig, die Synchronisation zu implementieren; daher kann es sein, dass mehrere Synchronisations-Zeitschlitze erforderlich sind. Das heißt, wenn der Zeitrahmen lang ist, können mehrere Synchronisations-Zeitschlitze die Synchronisation erleichtern. Auf ähnliche Weise kann es bei einem langen Zeitrahmen erforderlich sein, die Übertragungssteuerungs-Signalisierung mehrmals durchzuführen; daher kann es sein, dass mehrere Steuerungs-Zeitschlitze erforderlich sind.
Die oben erwähnten Synchronisations-Zeitschlitze, Steuerungs-Zeitschlitze und Verkehrs-Zeitschlitze überlappen einander zeitlich nicht; der Zweck ist es, gegenseitige Störungen unter den Synchronisations-Daten, Steuerungs-Daten und Dienst-Daten zu verringern. Als nächstes werden in Schritt 3 verschiedene Verkehrs-Zeitschlitze mit verschiedenen Zeitdauern eingestellt, um die Anpassung an den Übertragungs-Bedarf von verschiedenen Dienst-Daten vorzunehmen.
4 ist eine schematische Darstellung der Rahmenstruktur mit Zeitschlitzen variabler Zeitdauern, die in der in 1 gezeigten Ausführung angewendet wird. Vergleicht man die Zeitschlitz-Struktur in 4 mit der Zeitschlitz-Struktur in 1, kann man sehen, dass die letzten beiden Zeitschlitze in einem Zeitschlitz kombiniert sind. Daher können die ursprünglich zwei Piloten in einem Piloten kombiniert werden, so dass ein Pilot für die Datenübertragung freigegeben werden kann. In einer Umgebung mit verschiedenen Dienst-Ebenen kann der letzte Zeitschlitz (TS5 in der Figur) mehr Code-Zeitscheiben-Ressourcen für Benutzer schneller Datendienste bereitstellen, um Dienst-Daten zu übertragen. Zusätzlich dazu kann durch Zuweisung von TS5 zu einem Teilnehmer mit besseren Kanal-Bedingungen ein Übertragungsmodus mit höherem Wirkungsgrad (d. h. Modulation hoher Ordnung) zur Übertragung im gesamten TS5 angewendet werden, so dass die Basisstation in derselben Zeit mehr Bits ausgeben kann; so dass der Durchsatz des Systems verbessert wird. Ferner können lange Zeitschlitze auch die Codierungs-Effizienz verbessern (z. B. Turbo-Codierung). Auf der Grundlage der oben angegebenen Schritte werden in Schritt 4 die Kanal-Bedingungen des Teilnehmers bei der Übertragung von Dienst-Daten getestet, und Verkehrs-Zeitschlitze geeigneter Zeitdauern werden für verschiedene Teilnehmer entsprechend der getesteten Kanal-Bedingungen zugewiesen; schließlich werden in Schritt 5 die Teilnehmerdaten übertragen. Es wird darauf hingewiesen, dass Verkehrs-Zeitschlitze geeigneter Zeitdauern für verschiedene Teilnehmer auch entsprechend spezifizierter QoS-Bedingungen oder Kombinationen von gemessenen Teilnehmer-Kanal-Bedingungen und spezifizierten QoS-Bedingungen zugewiesen werden können.

Claims

Verfahren auf Zeitduplex-Basis, im Folgenden als Verfahren auf TDD-Basis bezeichnet, zum Übertragen von Daten mit hoher Datenrate, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: Zuweisen (1) von Zeitdauern, jeweils zum Uplink-Senden und Downlink-Senden in einem Zeitrahmen; in der Zeitdauer zum Uplink-Senden und in der Zeitdauer zum Downlink-Senden jeweils Zuweisen (2) eines Synchronisations-Zeitschlitzes für die Uplink-Synchronisation und eines Synchronisations-Zeitschlitzes für die Downlink-Synchronisation, eines Steuerungs-Zeitschlitzes zum Senden von Uplink-Signalisierung und eines Steuerungs-Zeitschlitzes zum Senden von Downlink-Signalisierung und einer Vielzahl von Verkehrs-Zeitschlitzen zum Senden von Daten mit hoher Datenrate; Einstellen (3) mindestens eines der Verkehrs-Zeitschlitze auf eine variable Zeitdauer; Zuweisen (4) des mindestens einen Verkehrs-Zeitschlitzes, der eine variable Zeitdauer dauert, an Benutzer, und dann Senden (5) der Daten, wobei sich der Synchronisations-Zeitschlitz, der Steuerungs-Zeitschlitz und die Verkehrs-Zeitschlitze zeitlich nicht überlappen.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (2) der Zuweisung des Synchronisations-Zeitschlitzes für die Uplink-Synchronisation und des Synchronisations-Zeitschlitzes für die Downlink-Synchronisation ferner umfasst: Zuweisen eines Synchronisations-Zeitschlitzes für die Uplink-Synchronisation und eines Synchronisations-Zeitschlitzes für die Downlink-Synchronisation.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (2) der Zuweisung des Synchronisations-Zeitschlitzes für die Uplink-Synchronisation und des Synchronisations-Zeitschlitzes für die Downlink-Synchronisation ferner umfasst: Zuweisen einer Vielzahl von Synchronisations-Zeitschlitzen für die Uplink-Synchronisation und einer Vielzahl von Synchronisations-Zeitschlitzen für die Downlink-Synchronisation.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (2) der Zuweisung des Steuerungs-Zeitschlitzes für die Übertragung der Uplink-Signalisierung ferner umfasst: Zuweisen eines Steuerungs-Zeitschlitzes zum Senden von Uplink-Signalisierung.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (2) der Zuweisung des Steuerungs-Zeitschlitzes für die Übertragung der Downlink-Signalisierung ferner umfasst: Zuweisen eines Steuerungs-Zeitschlitzes zum Senden der Downlink-Signalisierung.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (2) der Zuweisung des Steuerungs-Zeitschlitzes für die Übertragung der Uplink-Signalisierung und des Steuerungs-Zeitschlitzes für die Übertragung der Downlink-Signalisierung ferner umfasst: Zuweisen einer Vielzahl von Steuerungs-Zeitschlitzen zum Senden der Uplink-Signalisierung und einer Vielzahl von Steuerungs-Zeitschlitzen zum Senden der Downlink-Signalisierung.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt (4) der Zuweisung des mindestens einen Verkehrs-Zeitschlitzes mit variabler Zeitdauer für Teilnehmer, ein Verkehrs-Zeitschlitz mit entsprechender Zeitdauer für einen Teilnehmer entsprechend der gemessenen Teilnehmer-Kanal-Bedingung zugewiesen wird.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt (4) der Zuweisung des mindestens einen Verkehrs-Zeitschlitzes mit variabler Zeitdauer für Teilnehmer, ein Verkehrs-Zeitschlitz mit entsprechender Zeitdauer für einen Teilnehmer entsprechend der spezifizierten QoS (Dienstgüte) zugewiesen wird.
Verfahren auf TDD-Basis zur Übertragung von Daten mit hoher Datenrate gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt (4) der Zuweisung des mindestens einen Verkehrs-Zeitschlitzes mit variabler Zeitdauer für Teilnehmer die Verkehrs-Zeitschlitze, die entsprechende Zeiten dauern, für Teilnehmer entsprechend der gemessenen Teilnehmer-Kanal-Bedingung und der spezifizierten QoS (Dienstgüte) zugewiesen werden.