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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen paketvermittelter
Daten in einem Mobilkommunikationssystem zwischen einem Sender-Empfänger-Paar
unter Verwendung eines ARQ-Protokolls, wobei das Mobilkommunikationssystem
einen Netzwerkteil und mindestens ein Teilnehmerterminal sowie eine
bidirektionale Funkverbindung zwischen dem Netzwerkteil und dem
Teilnehmerterminal aufweist und das Sender-Empfänger-Paar aus dem Netzwerkteil
und dem Teilnehmerterminal besteht und die über die bidirektionale Funkverbindung
zu übertragenden
Daten in Sendeeinheiten eingesetzt werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Leitungsvermittlung
ist ein Verfahren, bei dem eine Verbindung dadurch zwischen Benutzern
errichtet wird, dass für
einen vorbestimmten Umfang an Übertragungskapazität für die Verbindung
gesorgt wird. Die Übertragungskapazität ist für die Gesamtdauer
der Verbindung in ausschließlicher
Nutzung der fraglichen Verbindung. So sind bekannte Mobilkommunikationssysteme
wie die auf GSM beruhenden Systeme GSM 900/DCS, 1800/PCS und 1900
sowie das US-Funksystem unter Verwendung der CDMA-Technik leitungsvermittelte
Systeme. Paketvermittlung ist ein Verfahren, bei dem eine Verbindung
zwischen Benutzern dadurch errichtet wird, dass Daten in Paketen
gesendet werden, die zusätzlich
zu den tatsächlichen
Daten Adresseninformation und Steuerungsinformation enthalten. Einige
Verbindungen können
gleichzeitig dieselbe Übertragungsverbindung
nutzen. Die Verwendung paketvermittelter Funksysteme, insbesondere
zur Datenübertragung,
wurde während
der letzten Jahre untersucht, da die Paketvermittlungsverfahren
z.B. für
die Datenübertragung
gut geeignet sind, wie sie für
interaktive Computerprogramme erforderlich ist und bei denen die
zu übertragenden
Daten als Bündel
erzeugt werden. So ist es nicht erforderlich, für die gesamte Übertragungsdauer
eine Datenübertragungsverbindung
zu reservieren, sondern nur zum Übertragen
von Paketen. Dies ermöglicht
es, beim Aufbauen und Verwenden eines Netzwerks sowohl beträchtlich
an Kosten als auch an Kapazität
zu sparen.
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Forschungen
zu Paketfunknetzen begannen an der University of Hawaii im Jahr
1968 in Verbindung mit dem ALOHA-Projekt, bei dem Fernanlagen unter
Verwendung einer Funkverbindung mit einem zentralen Computer verbunden
wurden. Bei der Weiterentwicklung des GSM-Systems, das als GPRS
(General Paket Radio Service = Allgemeiner Paketfunkdienst) bekannt
ist, hat sich die Aufmerksamkeit speziell auf Paketfunknetze gerichtet.
Lösungen,
die Paketübertragung
ermöglichen,
sind insbesondere für
Mobilkommunikationssysteme der dritten Generation geplant, wie UMTS
(Universal Mobile Telephone System). GPRS nutzt entweder die Grundform
oder fortgeschrittenere Formen des ARQ-Protokolls, das als Nächstes beschrieben
wird.
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Das
ARQ-Protokoll (Automatic Repeat Request = Anforderung für automatische
Wiederholung) betrifft eine Prozedur, bei der es das Wiederübertragen
der zu übertragenden
Information erlaubt, die Zuverlässigkeit der
zu übertragenden
Daten durch Verbessern der Bitfehlerrate zu verbessern. Gemäß dem Protokoll
sendet der Empfänger
eine Anforderung zum Wiederübertragen
der gesendeten Daten an den Sender, wenn der Empfänger die
empfangenen Daten als unzuverlässig
ansieht. Unzuverlässigkeit
von Daten kann z.B. durch Prüfen
der Prüfsumme
des empfangenen Pakets festgestellt werden. Bisher wurde das Protokoll
hauptsächlich
in Festnetzen verwendet. Ein Hauptproblem in Zusammenhang mit Funknetzen
besteht darin, dass die zur Übertragung über Funkverbindungen
verwendeten Kanäle
eine Neigung zu Abschwächungen
zeigen. Abschwächung
oder Fading (Rayleigh-Fading) bedeutet, dass Signalkomponenten,
die entlang mehrerer Pfade gelaufen sind, mit umgekehrten Phasen
in einen Empfänger
eintreten, wodurch sie sich teilweise gegenseitig aufheben. In diesem
Fall nehmen die Leistung und die Qualität des empfangenen Signals deutlich
ab. Zusätzlich
zum normalen Hintergrundrauschen wird der Empfang durch Interferenz
behindert, wie sie die Funkverbindung durch andere Funkverbindungen
auf demselben Kanal und benachbarten Kanälen erfährt. Der Einfluss von Interferenz
und Fading können
gelegentlich so schädlich
sein, dass der Funkkanal ganz schwach wird, d.h., dass eine Qualität so schlecht
wird, dass die über
den Kanal übertragene
Informa tion nicht erkannt werden kann. Andererseits zeigt ein Kanal
mit Abschwächung
gelegentlich sehr gute Qualität.
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Eine
fortschrittlichere Form des ARQ-Grundprotokolls ist Hybrid-ARQ,
bei dem eine Kombination von ARQ und FEC (Forward Error Correction)
verwendet wird. FEC bedeutet, dass die zu sendende Information unter
Verwendung einer Fehlerkorrekturcodierung codiert wird. Gemäß dem verbesserten
ARQ-Hybridprotokoll
vom Typ II, das aus dem ARQ-Hybridprotokoll entwickelt wurde, werden
die zu sendenden Daten so codiert, dass sie in mehrere Datenblöcke unterteilt
werden und ein zu sendender Datenblock als erstes die zu sendenden
Daten in uncodierter Form oder leicht codierter Form enthält. Wenn
der Empfänger
den ersten Datenblock als fehlerhaft ansieht, fordert der Empfänger die Übertragung
des nächsten
Datenblocks an. In den anschließenden
Datenblöcken
werden die Daten anders als im ersten Datenblock codiert. Durch
Kombinieren der Information der Datenblöcke kann der Empfänger die
Codierung decodieren und die ursprünglichen Daten herausfinden.
Die zu übertragenden
Daten können
z.B. unter Verwendung einer 1/2-Faltungscodierung codiert werden,
wodurch sich die Datenmenge verdoppelt. Unglücklicherweise existieren mehrere
Probleme in Zusammenhang mit der Verwendung dieses Protokolls in
Mobilkommunikationssystemen. Datenblöcke werden erst nach dem Decodieren
kombiniert, weswegen es nicht möglich
ist, die für
einen Kanal ohne Fading geeigneten Codier- und Modulationsverfahren
zu verwenden. Ferner kann, wenn 1/2-Faltungscodierung verwendet wird,
nur die erste Wiederübertragung
die Möglichkeit
einer Decodierung des empfangenen Pakets verbessern. Wenn der Codierungsgrad
erhöht
wird, z.B. unter Verwendung von 1/4-Faltungscodierung, nimmt auch die
Wahrscheinlichkeit zu, dass mehrere Datenblöcke zu senden sind, bevor die
Decodierung erfolgreich ist.
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Anwendungen
unter Verwendung von Paketvermittlung benötigen sehr niedrige Bitfehlerraten,
so dass bei einigen Datenübertragungsdiensten
sogar eine Bitfehlerrate von 10–9 erforderlich
ist. Beispiele für
derartige Anwendungen sind die drahtlose Übertragung von Messdaten für medizinische
Zwecke sowie die drahtlose Übertragung
von zum Steuern von Vorrichtungen vorgesehenen Befehlen. Unter Verwendung
des herkömmlichen
ARQ-Protokolls ist es sehr schwierig, die oben genannte Bitfehlerrate
zu erzielen. Das herkömmliche
ARQ-Protokoll vergeudet auch Systemkapazität, da es die fehlerhaften Datenblöcke nicht
vollständig nutzt.
Ferner benötigt
die Prozedur gemäß dem Protokoll
viel Rechenkapazität
und demgemäß teurere
Ausrüstung,
da der Fehlerkorrekturcode immer decodiert werden muss, bevor es
möglich
ist, schlusszufolgern, ob die Übertragung
des nächsten
Datenblocks, der dieselben Daten enthält, anzufordern ist.
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Wenn
Daten über
eine Funkverbindung übertragen
werden, die gelegentlich Fading zeigt, kann die Signalqualität dadurch
verbessert werden, dass zur Faltungscodierung zusätzlich Verschachtelung
angewandt wird. Durch Verschachtelung werden Übertragungsfehler verstreut,
wodurch sie mittels Faltungscodierung korrigiert werden können. Wenn
zum Korrigieren von Fehlern Wiederübertragung verwendet wird,
sollten die Verschachtelungsperioden kurz sein, so dass es möglich ist,
sehr schnell auf Kanaländerungen
zu reagieren und die Übertragung
vieler Daten zu vermeiden, die wegen weniger fehlerhafter Abschnitte
fehlerfrei empfangen wurde. Andererseits zieht die Verschachtelung
aus langen Verschachtelungsintervallen Nutzen, da der Einfluss der
Kanalbedingungen ausgemittelt wird.
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Es
ist problematisch, Wiederübertragungen
und Verschachtelung wirkungsvoll zu nutzen, wenn die Einheit der
Daten, für
die Wiederübertragung
angefordert wird, kürzer
als die Ver schachtelungsperiode ist. Zum Zeitpunkt, zu dem Wiederübertragung
angefordert werden sollte, ist es unmöglich, zu wissen, ob es möglich ist,
den Fehler später
durch Entschachtelung und Decodieren der Faltungscodierung zu korrigieren.
Wenn Fehler nach der Entschachtelung und der Decodierung der Faltungscodierung
im empfangenen Paket aufgefunden werden, müssen alle zur Verschachtelungsperiode
gehörenden Übertragungseinheiten
wieder übertragen
werden, da es nach dem Decodieren nicht mehr bekannt ist, welche Übertragungseinheiten
fehlerhaft waren.
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Z.B.
wird bei einem Vorschlag in Zusammenhang mit dem o.g. GPRS die Verschachtelung über vier aufeinanderfolgende
GSM-Rahmen ausgeführt, und
der Rückkanal
für eine
Wiederübertragungsanforderung lag
in jedem fünften
GSM-Rahmen. Aufgrund des im vorigen Absatz beschriebenen Problems
wurde die Verschachtelungsdauer im GPRS für GSM von 19, bei leitungsvermittelter
Datenübertragung
verwendeten Sendeeinheiten in GSM auf 4 Sendeeinheiten verringert,
was den Fehler mittelnden Einfluss der Verschachtelung schwächt. Selbst
in diesem Fall müssen
ebenfalls alle vier Übertragungseinheiten
selbst dann wieder übertragen
werden, wenn nur eine Übertragungseinheit
Fehler enthält.
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Zusammengefasst
gesagt, wurden verschiedene ARQ-Hybridprotokolle entwickelt, um
die oben genannten Probleme zu überwinden,
die sich aus gelegentlichem Fading einer Funkverbindung ergeben.
Die beschriebenen Lösungen
nutzen jedoch die verwendete Funkressource nicht wirkungsvoll. Ferner
verhindern sie die Benutzung wirkungsvollerer Modulations- und Codierverfahren,
die es ermöglichen
würden,
die Nutzung der verfügbaren
Funkressourcen und die Qualität
des gelieferten Diensts zu verbessern.
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YAO,
Y.-D.; SHEIKH, A.U.H.: Performance enhancement of mobile radio slotted
ALOHA networks using retransmission combining. In: IEEE 42nd, Vehicular Technology Conference. May
1992, Vol. 2, Seiten 711-714 beschreibt die bekannte "Slotted-ALOHA-Technik" für Paketübertragungen.
Dabei wird festgelegt, dass ein Paket dann und nur dann als erfolgreich übertragen
angesehen wird, wenn – neben
anderen Bedingungen – kein
Fehler infolge von Kanalstörungen
auftritt. Eine korrekte Auswertung eines empfangenen Pakets wird
dann angenommen, wenn eine Leistung des Pakets einen Schwellwert überschreitet.
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Tritt
bei der Ausführung
des slotted ALOHA-Protokolls in einem Kanal auf dem Fading auf,
so wird üblicher
weise ein fehlerbehaftet empfangenes Paket verworfen und es wird
eine Wiederübertragung
angefordert. Um die slotted ALOHA-Technik zu verbessern, wird eine
Wiederübertragungs-Kombinations-Technik dargestellt,
bei der zwei oder mehr fehlerbehaftete Pakete kombiniert werden,
die dieselbe Information übertragen.
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Hierzu
müssen
die empfangenen Pakete in jedem Fall ausgewertet werden, um einerseits
festzustellen, ob irgendwelche Fehler in dem Paket sind und um andererseits
eine Identifizierung eines übertragenen Pakets
zu ermöglichen,
die jedoch erst nach der Auswertung der darin enthaltenen Daten,
also nach dem Dekodieren ausgeführt
werden kann.
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Auch
SOUSSI, S.; WICKER, S.B.: Packet combining error contral for CDMA
systems. In: IEEE Third International Symposium on Spread Spectrum
Techniques and Applications. ISSTA '94. IEEE 1994, Vol. 1, Seiten 248-353
beschreibt eine weitere Paketkombinationstechnik. Das für das hier
beschriebene Schema verwendete Übertragungs-/Wiederübertragungsprotokoll
benutzt zwei Codes, nämlich
einen CRC-Code C0 für Fehlererkennung und einen
Faltungscode C1 für Fehlerkorrektur. Der Empfänger versucht
eine erste Kopie eines übertragenden
Codeworts zu dekodieren. Wenn erkannt wird, dass das Paket einen
korrigierbaren Fehler aufweist, wird es akzeptiert. Anderenfalls
wird eine Wiederübertragung
angefordert und der Empfänger
versucht erneut die zweite Kopie des wiederübertragenen Codewortes zu dekodieren.
Ist das Dekodieren der zweiten Kopie des Codewortes erfolgreich,
wird es an eine sogenannte Datensenke (data sink) gesendet, die die
eigentliche Verarbeitungsschaltung für die empfangenen Daten darstellt.
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Aus
der
GB 2 287 383 A ist
ferner ein Rundfunk (broadcast) Datensystem bekannt, bei dem eine
einzelne Übertragung
an eine Vielzahl von Empfängereinheiten,
manchmal tausende von Einheiten gerichtet ist. Um eine zuverlässige Datenübertragung
sicherzustellen, wird dabei, empfängerseitig nach dem Empfang
der einzelnen Rahmen der Nachricht die Empfangsqualität jedes
empfangenen Rahmens der Nachricht bestimmt. Anschließend wird überprüft ob die
Qualität
akzeptabel ist. Ist die Qualität
aller Datenrahmen der Datennachricht akzeptabel, so wird die Datennachricht
im Empfänger
gespeichert. Ist die Qualität
einer oder mehrerer der empfangenen Datenrahmen nicht akzeptabel,
so werden nur die Datenrahmen gespeichert, deren Qualität akzeptabel
ist.
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Darauf
hin werden mehrere Energiebursts zum Sender übertragen, um die nichtakzeptablen
Rahmen der Datennachricht zu bezeichnen, die darauf hin wieder übertragen
werden. Hier wird also ein Datenübertragungsverfahren
bei dem eine Datennachricht auf eine Vielzahl von Rahmen oder Übertragungseinheiten
aufgeteilt wird, beschrieben.
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Die Übertragung
der Datennachricht erfolgt dann durch Übertragung der einzelnen Rahmen
beziehungsweise Übertragungseinheiten.
Nach dem Empfang aller Übertragungseinheiten
wird für
jede der empfangenen Übertragungseinheiten
die Empfangsqualität überprüft und falls
die Empfangsqualität
für alle Übertragungseinheiten
akzeptabel ist, werden diese als ganzes gespeichert, und die Übertragung
ist abgeschlossen. Ist jedoch die Qualität einer oder mehrerer Übertragungseinheiten
nichtakzeptabel, so werden die Übertragungseinheiten,
deren Empfangsqualität
nichtakzeptabel ist, verworfen, während nur die Übertragungseinheiten
gespeichert werden, deren Empfangsqualität hinreichend gut ist. Dann
wird eine Wiederübertragung
der Übertragungseinheiten
angefordert, die verworfen wurden, da ihre Empfangsqualität nicht
ausreichend war.
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Nach
dem erneuten Empfang der wieder übertragenen
Rahmen beziehungsweise Übertragungseinheiten
wird erneut die Qualität
für jeden
Rahmen beziehungsweise jede Übertragungseinheit
erfasst. Es werden also nochmals die Qualitäten der einzelnen Übertragungseinheiten
die gespeichert wurden als auch die Qualität der erneut empfangenen wieder
gesendeten Rahmen beziehungsweise Übertragungseinheiten bestimmt.
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Werden
wiederum Rahmen oder Übertragungseinheiten
mit zu geringer Qualität
festgestellt, so werden die Übertragungseinheiten
beziehungsweise Übertragungseinheiten,
deren Qualität
hinreichend ist, erneut zwischengespeichert, während die anderen Rahmen oder Übertragungseinheiten,
deren Qualität
zu schlecht ist, wiederum verworfen werden, um anschließend eine
erneute Übertragung
anzufordern.
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Dieser
Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Übertragungseinheiten mit der
gewünschten
Qualität vorliegen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Übertragen
paketvermittelter Daten zu schaffen, welches es ermöglicht,
die oben beschriebenen Probleme zu beseitigen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch das
Mobilkommunikationssystem nach Anspruch 19 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
verfügt über mehrere
große
Vorteile. Bei von der Anmelderin ausgeführten Versuchen war die Übertragungskapazität im Vergleich
zum Fall bei bekannten Lösungen
beträchtlich
erhöht.
Bei mäßigem T/I-Verhältnis wird
eine Bitfehlerrate von 10–19 erzielt; jedoch ist
der Durchsatz angemessen.
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Durch
Kombinieren von Sendeeinheiten ist es möglich, schädliches Fading nahezu vollständig zu
beseitigen, und zwar so gut, dass die Kapazität des Übertragungskanals nahe bei
der des theoretischen Kanals vom AWGN-Typ (Average White Gaussian
Noise = Mittleres weißes
Rauschen mit Normalverteilung) liegt). Die Bitfehlerrate der empfangenen
Daten ist sogar vor dem Decodieren und möglichen Entschachteln deutlich
verbessert.
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Aufgrund
des Vorstehenden können
bei einem die Erfindung verwendenden System Mehrpegelmodulation,
z.B. 16-QAM (Quadraturamplitudenmodulation), oder gittercodierte
oder blockcodierte Modulation oder andere Techniken verwendet werden,
die im Allgemeinen wegen des Fadings des Übertragungskanals nicht verwendet
werden können.
Aufgrund der Tatsache, dass diese Techniken verwendet werden können, können die
Kapazität
des Systems und/oder die Qualität
des Übertragungsdiensts
beträchtlich
verbessert werden.
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Ein
die Erfindung anwendendes Mobilkommunikationssystem kann Dienste
beliebiger Art von Qualität liefern.
In diesem Fall muss nur die Kombination aus Qualität und Durchsatz
optimiert werden.
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Wenn
mehrere Sender denselben Zeitschlitz verwenden, durchlaufen die
zu übertragenden
Daten immer noch den Kanal, obwohl die Anzahl der Wiederübertragungen
erhöht
ist. Die Übertragungskapazität eines herkömmlichen
Systems würde
in einer derartigen Situation zusammenbrechen. Wenn die Belastung
kleiner ist, ist dagegen die Qualität verbessert.
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Das
Verfahren kann auch bei Systemen verwendet werden, bei denen ein
einziges Wiederbenutzungsmuster vorliegt, d.h., dass in benachbarten
Zellen dieselben Trägerfrequenzen
und Zeitschlitze verwendet werden.
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Die
Anordnung der Erfindung zeigt dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren.
Es ist offensichtlich, dass bevorzugte Ausführungsformen und detaillierte
Ausführungsformen
miteinander kombiniert werden können,
um den gewünschten
technischen Effekt zu erzielen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulichten Beispiele detaillierter beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Empfängers;
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2 ist
ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Beispiels zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 veranschaulicht ein Beispiel einer Datenübertragung
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei 3A die
Datenverarbeitung während
eines Sendevorgangs veranschaulicht, 3B die
Datenverarbeitung am Empfangsende veranschaulicht und 3C Signalgabe
in Zusammenhang mit dem Sendevorgang veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung kann bei allen Mobilkommunikationssystemen verwendet werden,
bei denen Daten unter Verwendung von Paketvermittlung übertragen
werden. Der Begriff "Übertragungseinheit" betrifft eine Übertragungseinheit,
die bei bidirektionaler Funkverbindung verwendet wird und die Protokolldateneinheit
der ersten Schicht (d.h. der physikalischen Schicht) des siebenschichtigen
OSI-Modells gemäß ISO (Layer
1 Protocol Data Unit) ist. Im TDMA(Zeitmultiplex-Vielfachzugriff)-System
kann die Übertragungseinheit
z.B. aus einem oder mehreren TDMA-Zeitschlitzen bestehen. Im CDMA(Codemultiplex-Vielfachzugriff)-System
kann die Übertragungseinheit
eine begrenzte Periode mit einem oder mehreren Spreizcodes sein.
Im FDMA(Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff)-System kann die Übertragungseinheit
eine begrenzte Periode mit einer oder mehreren Frequenzen sein.
In Hybridsystemen unter Verwendung mehrerer Vielfachzugriffsverfahren
kann die Übertragungseinheit
eine beliebige Kombination der obigen Beispiele sein. Allgemein
gesagt, ist die Übertragungseinheit
eine beliebige Ressource, die auf dem Übertragungspfad, d.h. der Funkverbindung,
angegeben werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird zum Übertragen
paketvermittelter Daten in einem Mobilkommunikationssystem zwischen
einem Sender-Empfänger-Paar
unter Verwendung eines ARQ-Protokolls verwendet. Das Mobilkommunikationssystem
verfügt über einen
Netzwerkteil und mindestens ein Teilnehmerterminal. In diesem Zusammenhang
betrifft der Netzwerkteil ein festes Element des Netzes, z.B. eine
Basisstation, eine Basisstationsteuerung, ein Vermittlungszentrum
für mobile
Dienste oder verschiedene Kombinationen dieser Elemente. Ein Teilnehmerterminal
kann z.B. eine Mobilstation, ein Autotelefon oder ein Telefon unter Verwendung
von WLL (Wireless Local Loop = drahtlose lokale Anschlussleitung)
sein. Das Sender-Empfänger-Paar
besteht aus dem Netzwerkteil und dem Teilnehmerterminal. Das Netzwerkteil
kann sowohl als Sender als auch als Empfänger arbeiten, und das Teilnehmerterminal
kann in ähnlicher
Weise auf beide Weisen funktionieren. Zwischen dem Netzwerkteil
und dem Teilnehmerterminal liegt eine bidirektionale Funkverbindung
vor. Zur Datenübertragung über die
bidirektionale Funkverbindung werden Übertragungseinheiten verwendet.
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1 ist
ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Empfängers bei
der Erfindung. 1 veranschaulicht nur diejenigen
Blöcke,
die zum Beschreiben der Erfindung relevant sind, jedoch ist es für den Fachmann
offensichtlich, dass ein normaler Empfänger auch über mehrere andere Funktionen und
Strukturen verfügt,
die in diesem Zu sammenhang nicht näher beschrieben werden müssen. In
der Praxis kann der Empfänger
z.B. ein Standardempfänger
für das
GSM-System sein, der entsprechend der Erfindung modifiziert wurde.
Ein durch eine Antenne 100 empfangenes Signal wird einem
kanalangepassten Filter 106 und einer Kanalabschätzeinrichtung 108 über Funkfrequenzteile 102 und
einem A/D-Umsetzer 104 zugeführt. Die durch die Kanalabschätzeinrichtung 108 erzeugten
Ergebnisse werden an das kanalangepasste Filter 106 und
eine Autokorrelations-Berechnungseinheit 112 geliefert.
Der bis zu diesem Punkt beschriebene Betrieb ist aus dem Stand der
Technik bekannt. Normalerweise würde
hierauf ein Signalauswertungsteil 126 folgen, aus dem erkannte
Symbole für
die weitere Verarbeitung übernommen
werden, wenn z.B. Codierung und Verschachtelung verwendet werden,
wobei die Symbole an eine Einrichtung 128 übertragen
werden, in der ein Paket decodiert und entschachtelt wird, wobei
das Ergebnis hiervon die ursprünglich
gesendeten Daten 130 sind. Ein Standardempfänger verfügt auch über ein
Steuerungsteil 114, der die Funktion verschiedener Einrichtungen
steuert. Der Deutlichkeit halber veranschaulicht die 1 keine
anderen Steuerungseinrichtungen als die durch die Erfindung benötigten neuen
Steuerungseinrichtungen. Der Steuerungsteil 114 verfügt auch über einen
Speicher 116, in dem während
der Verarbeitung Information gespeichert werden kann.
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Gemäß der Erfindung
verfügt
der Empfänger,
zusätzlich
zu den oben genannten Einrichtungen, über einen Qualitätsteil 110,
in dem die Qualität
der empfangenen Übertragungseinheiten
erfasst wird. Unter Verwendung von Gewichtungseinrichtungen 118, 120 in
Kombination kann eine Übertragungseinheit
auf Grundlage ihres Qualitätswerts
gewichtet werden. Eine Kombiniereinrichtung 122 wird dazu
verwendet, eine kombinierte Übertragungseinheit
zu erzeugen, und eine Kombiniereinrichtung 124 wird dazu
verwendet, Autokorrelationswerte für die kombinierte Übertragungseinheit
zu liefern. Die Erfindung erfordert auch Modifikationen am Steuerungsteil 114.
Am einfachsten wird die Erfindung durch Software realisiert, in
welchem Fall der Steuerungsteil ein digitaler Signalverarbeitungsprozessor
oder ein Allgemeinprozessor ist, und die Schritte des Verfahrens
sind von der Software ausgeführte
Maßnahmen.
Die Erfindung kann auch z.B. durch diskrete Logik aus HW-Teilen
oder durch ASIC (Application Specific Integrated Circuit) realisiert
werden.
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Die
Grundidee der Erfindung ist die, dass, bevor ein Signal ausgewertet
wird, die Qualität
der Übertragungseinheit
geprüft
wird, und wenn die Qualität
den eingestellten Erfordernissen nicht genügt, die fragliche Übertragungseinheit
wieder übertragen
wird. Danach werden die ursprüngliche Übertragungseinheit
und die wieder übertragene Übertragungseinheit
kombiniert. Wenn die Qualität
der kombinierten Übertragungseinheit ausreichend
gut ist, kann das Signal ausgewertet werden. Wenn die Qualität nicht
ausreichend ist, wird Wiederübertragung
der fraglichen Übertragungseinheit
angefordert. Dies wird wiederholt, bis die erforderliche Qualität erreicht
ist. Die ursprünglich übertragene Übertragungseinheit
und die wieder übertragenen Übertragungseinheiten
wie auch ihre Autokorrelationswerte werden im Speicher 116 des
Speicherteils 114 gespeichert. Wenn die Übertragungseinheit
das erforderliche Qualitätsniveau
erreicht, werden die Übertragungseinheiten
und die entsprechenden Autokorrelationen in den Kombiniereinrichtungen 122, 124 kombiniert,
und sie werden an den Signalauswertungsteil 126 geliefert,
in dem die empfangenen Symbole ausgewertet werden. So betrifft die
Erfindung das Integrieren einer Qualitätsmessung, einer Vielfaltskombinierung
und eines ARQ-Protokolls in der Mobilkommunikationsumgebung vor
der Auswertung. Das erforderliche Qualitätsniveau bedeutet eine Qualität, die ausreichend
hoch zum Beseitigen gelegentlichen Kanalfadings ist. Eine Übertragung
kann für
einige Übertragungseinheiten
ausreichend übertragungen
sogar Dutzende von Malen zu wiederholen, wenn die Bedingungen beeinträchtigt sind.
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Die
Kombination von Übertragungseinheiten
kann mathematisch durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei
Werte a Autokorrelationswerte der Kanalimpulsantwort repräsentieren,
Werte y die Ergebnisse des kanalangepassten Filters sind, Werte
J die Maßzahlen
im Viterbi-Algorithmus sind, I die Informationsabfolge ist und k
die Anzahl der kombinierten Übertragungseinheiten
ist.
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2 ist
ein Flussdiagramm zum näheren
Veranschaulichen der Schritte des Verfahrens.
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Schritt 200:
Der Empfänger
kann wahlweise die gewünschten Übertragungseinheiten
anfordern, oder der Sender sendet als erstes alle Übertragungseinheiten
automatisch mindestens einmal.
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Schritt 202:
Unabhängiges
Prüfen
der Qualität
jeder empfangenen Übertragungseinheit.
So hat der Empfänger
bereits mindestens eine Übertragungseinheit
empfangen. Wenn die Qualität
der Übertragungseinheit
dem vorbestimmten Qualitätsniveau
entspricht, geht der Prozess zum Schritt 214 weiter, in
dem das Signal ausgewertet wird.
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Schritt 204:
Speichern der empfangenen Übertragungseinheit.
Die empfangene Übertragungseinheit hatte
keine ausreichend gute Qualität,
weswegen sie zur weiteren Verarbeitung gespeichert wird. Alternativ wird
nur die kombinierte Übertragungseinheit
gespeichert, also nicht die gesonderten Über gungseinheit gespeichert,
also nicht die gesonderten Übertragungseinheiten,
die die kombinierte Übertragungseinheit
bilden, was es ermöglicht,
Speicher einzusparen.
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Schritt 206:
Senden einer Wiederübertragungsanforderung,
die auf Grundlage der Qualität
der Übertragungseinheiten
erzeugt wurde. Nun wird der Sender dazu aufgefordert, dieselbe Übertragungseinheit
wieder zu übertragen,
deren Qualität
dem erforderlichen Qualitätsniveau
nicht genügte.
Empfangen der wieder übertragenen Übertragungseinheit.
Dies kann unmittelbar nach der Anforderung oder später erfolgen.
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Schritt 208:
Erzeugen einer kombinierten Übertragungseinheit.
Eine kombinierte Übertragungseinheit wird
durch Kombinieren der ursprünglich
empfangenen Übertragungseinheit
mit später
empfangenen Übertragungseinheiten
erzeugt.
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Schritt 210:
Prüfen
der Qualität
der kombinierten Übertragungseinheit.
Im Prinzip ist dies dieselbe Prüfung
wie im Schritt 202. Der Unterschied zwischen ihnen liegt
darin, dass im Schritt 202 die Qualität der ursprünglich empfangenen Übertragungseinheit
geprüft
wird, wohingegen in diesem Schritt die Qualität der kombinierten Übertragungseinheit
geprüft
wird. Diese Einheit enthält
sowohl die ursprünglich
empfangene Übertragungseinheit
als auch alle danach empfangenen Wiederübertragungen der ursprünglichen Übertragungseinheit.
Wenn die Qualität
der kombinierten Übertragungseinheit
dem vorbestimmten Qualitätsniveau
entspricht, kann das Signal ausgewertet werden. Wenn die Qualität der kombinierten Übertragungseinheit
nicht dem vorbestimmten Qualitätsniveau
entspricht, kehrt der Prozess von 214 zum Schritt 204 zurück, in dem
die zuletzt empfangene Übertragungseinheit
gespeichert wird, woraufhin die Wiederübertragung wiederholt wird.
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Schritt 214:
Auswerten des Signals, d.h. Verarbeiten der Übertragungseinheit, die entweder
die ursprünglich
gesendete Übertragungseinheit
oder eine kombinierte Übertragungseinheit
ist. Nachdem dieser Schritt ausgeführt wurde, kann die Verarbeitung
der fraglichen Übertragungseinheit
beendet werden. Dann kann z.B. die folgende Übertragungseinheit empfangen
werden, und deren Verarbeitung startet ab dem Schritt 202.
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Das
beschriebene Verfahren ist im Prinzip eine verbesserte Version des
klassischen ARQ-Protokolls, d.h., dass dieselbe Übertragungseinheit vor der
Auswertung kumuliert wird, bis die Qualität der kumulierten Übertragungseinheit
ausreichend gut ist. Beim Verfahren ist die Ausführungsreihenfolge der Schritte
nicht relevant, sondern die Reihenfolge der Schritte kann geändert werden
und es können
neue Schritte hinzugefügt werden.
Das einzig Relevante ist, dass die Übertragungseinheiten kumuliert
werden bevor das Signal ausgewertet wird.
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Kumulation
einer Übertragungseinheit
wird auch bei paketvermittelter Datenübertragung angewandt, bei der
die zu sendenden Pakete verschachtelt und codiert werden. Der Deutlichkeit
halber wird beim nächsten Beispiel
angenommen, dass ein Paket eine Verschachtelungsperiode bildet.
In der Praxis kann ein Paket aus mehreren Verschachtelungsperioden
bestehen. Als erstes werden die zu sendenden Daten in Abschnitte
der Größe eines
vorbestimmten Pakets unterteilt. Die Daten jedes Pakets werden verschachtelt
und z.B. durch Faltungscodierung codiert. Es kann auch eine CRC(Cyclic
Redundancy Check)-Prüfsumme
erzeugt werden. Jedes Paket wird dann individuell in Übertragungseinheiten
unterteilt. Ein Paket ist in mindestens einer Übertragungseinheit enthalten.
Der Sender informiert den Empfänger
auf eine vorab vereinbarte Weise über die Organisation der zu
liefernden Daten. Die Infor mation beinhaltet z.B. die Anzahl der
Pakete, die Anzahl der Übertragungseinheiten,
die Nummerierung der Pakete, die Nummerierung der Übertragungseinheiten
und möglicherweise
andere Information. Der Sender empfängt vom Empfänger Information
zur Reihenfolge, mit der die Übertragungseinheiten
gesendet werden sollten. Der Empfänger kann zu einem beliebigen
Punkt die Wiederübertragung
eines Pakets oder einer Übertragungseinheit
anfordern. So werden die Funktionen des Senders hauptsächlich durch
den Empfänger
gesteuert.
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Am
Empfangsende ist die Prozedur dieselbe wie oben beschrieben, mit
der Ausnahme, dass dann, wenn das Signal ausgewertet wurde, das
Paket entschachtelt und decodiert wird. Auf Grundlage der Qualität des Pakets
ist es dann möglich,
zu entscheiden, ob Wiederübertragungen
der Übertragungseinheiten
des Pakets angefordert werden. 2 veranschaulicht
auch dieses Ausführungsbeispiel.
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Schritt 200:
Als erstes empfängt
der Empfänger
die Organisation der Daten. Davon ausgehend ist es dem Empfänger bekannt,
wie der Sender die Daten zu Paketen und Übertragungseinheiten organisiert
hat und welche Art von Kennungsdaten verwendet wird. Einige der
Daten können
vorab angeordnet sein, z.B. in den Steuerungsdaten des Systems,
die sowohl dem Sender als auch dem Empfänger bekannt sind. Dann fordert der
Empfänger Übertragungseinheiten
in der gewünschten
Reihenfolge an. Die Reihenfolge wird unter Verwendung eines vorbestimmten
Reihenfolgealgorithmus erzeugt. Die Struktur des Reihenfolgealgorithmus kann
variieren. Gemäß dem einfachsten
Algorithmus werden die Übertragungseinheiten
in sequentieller Reihenfolge angeordnet. Gemäß einer anderen Art eines Algorithmus
werden die ersten Übertragungseinheiten für jedes
Paket als erste angeordnet, dann die zweiten usw. Dies hat den Vorteil,
dass gelegentliches Kanalfading nicht alle Übertragungseinheiten desselben
Pakets beein flusst, sondern Übertragungseinheiten
verschiedener Pakete. Dies ist tatsächlich eine Art Verschachtelung
zwischen den Übertragungseinheiten.
Die Verschachtelung verteilt Fehler über eine längere Periode, was die Kapazität des Empfängers verbessert.
Der Reihenfolgealgorithmus definiert auch die Anforderungsstrategie,
d.h., ob alle Übertragungseinheiten
auf einmal angefordert werden, oder ob nur eine bestimmte Anzahl
von Übertragungseinheiten
angefordert wird, nach deren Empfang entschieden wird, ob neue Übertragungseinheiten
oder Wiederübertragungen
der bereits empfangenen Übertragungseinheiten
angefordert werden sollen. Ein möglicher
Reihenfolgealgorithmus ist ein Algorithmus, der lernt, wie häufig jede Übertragungseinheit
im Mittel wieder übertragen
werden muss, bis das aus Übertragungseinheiten
gebildete Paket korrekt decodiert werden kann. In diesem Fall ist
es gemäß dem Algorithmus
zu Beginn erforderlich, dass alle Pakete mehr als einmal übertragen
werden, z.B. dreimal, ohne dass eine gesonderte Anforderung ergeht.
Bei schlechten Bedingungen kann dies die schnellste Art zum Übertragen
der Pakete sein, da keine Zeit für
Wiederübertragungsanforderungen
für Pakete
und nicht erfolgreiche Decodierversuche für ein Paket vergeudet wird.
-
Die
Schritte 202, 204, 206, 208 und 210 werden
so ausgeführt,
wie es oben beschrieben ist.
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Bevor
es möglich
ist, zur Auswertung 214 überzugehen, sollten Übertragungseinheiten
für mindestens ein
Paket bereits empfangen sein, für
das das Paket decodiert werden kann. Wenn Faltungscodierung entsprechend
dem ARQ-Hybrid-Protokoll vom Typ II verwendet wird, kann selbst
ein Teil der Übertragungseinheiten zum
Decodieren eines Pakets ausreichen. Die Verwendung einer Codierung
ist wahlfrei, da das Verfahren teilweise, und bei bestimmten Bedingungen
vollständig,
Fehlerkorrekturcodierung, FEC (Forward Error Correction), er setzen
kann. Versuche der Anmelderin zeigten, dass insbesondere dann, wenn
sich das Teilnehmerterminal langsam bewegt oder die Verschachtelungsperiode
kurz ist, wenn Verschachtelung verwendet wird, das erfindungsgemäße Verfahren
bessere Übertragungsergebnisse
als die Verwendung von Faltungscodierung garantiert. Wenn der Übertragungskanal
von besonders guter Qualität
sein muss, werden sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch Codierung
und möglicherweise
Verschachtelung verwendet.
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Schritt 216:
Entschachteln und Decodieren des Pakets. Die Qualität der Übertragungseinheiten
des Pakets war so gut, dass es lohnenswert ist, das Paket zu entschachteln
und zu decodieren.
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Schritt 218:
Prüfen,
ob das Paket fehlerhaft ist. Nun wird geprüft, ob Fehler im Paket enthalten
sind, was z.B. durch Prüfen
der CRC-Prüfsumme
erfolgt. Wenn Fehler im Paket vorhanden sind, wird vom Schritt 220 zum
Schritt 200 zurückgekehrt,
in dem die Wiederübertragung
der Übertragungseinheiten
z.B. der schlechtesten Qualität
entsprechend dem Reihenfolgealgorithmus angefordert wird. Wenn keine
Fehler im Paket vorlagen, können
die ursprünglich übertragenen
Daten verarbeitet werden, z.B. können
sie an die Anwendung geliefert werden, die das Paket anforderte.
Dann ist es möglich,
zu überprüfen, ob
alle Daten verarbeitet wurden. Dem Teilnehmer ist es bekannt, wie
viele Pakete oder Übertragungseinheiten
der Sender übertragen sollte.
Wenn alle Daten verarbeitet wurden, kann die Funktion abgebrochen
werden. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zum Schritt 200 zurückgekehrt,
in dem gemäß dem Reihenfolgealgorithmus
z.B. mehr Pakete oder die fehlenden Pakete angefordert werden.
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3 veranschaulicht ein Beispiel dafür, wie Pakete
gemäß diesem
Verfahren übertragen
werden. Gemäß 3A unterteilt der
Sender die zu übertragenden
Daten 300 in Pakete. Das erste Paket 302 enthält Daten
1 2 und das zweite Paket 304 enthält Daten 3 4. Beide Pakete
werden ferner in Übertragungseinheiten unterteilt.
Das erste Paket 302 wird in zwei Übertragungseinheiten unterteilt.
Die erste Übertragungseinheit 310 enthält die Daten
1, und die zweite Übertragungseinheit 312 enthält die Daten
2. Das zweite Paket 304 wird entsprechend in zwei Übertragungseinheiten
unterteilt. Die erste Übertragungseinheit 314 enthält die Daten
3, und die zweite Übertragungseinheit 316 enthält die Daten
4. Der Einfachheit halber sind die Daten, die bei diesem Beispiel
die zu übertragenden
Daten beschreiben, so einfach wie möglich, jedoch sind die Daten in
der Realität
selbstverständlich
viel komplizierter. Der Einfachheit halber werden weder die für die Pakete
und Übertragungseinheiten
erforderlichen Informationsstrukturen noch die Möglichkeit der Verwendung von
Verschachtelung und Codierung beschrieben.
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In 3B zeigt
die X-Achse die Zeit an, während
die Y-Achse die
Qualität
anzeigt. Die Qualität
betrifft die gemessene Qualität
einer Übertragungseinheit
und die gemessene Qualität
eines Pakets. Die Qualität
einer Übertragungseinheit
und die Qualität
eines Pakets sind nicht proportional zueinander; sie sind nur zum
Vereinfachen der Veranschaulichung entlang derselben Y-Achse positioniert.
Die Qualität
einer Übertragungseinheit
wird typischerweise durch Bestimmen des Signal/Rauschsignal-Verhältnisses
der Übertragungseinheit bestimmt,
während
die Qualität
eines Pakets durch Prüfen
des CRC-Werts des Pakets bestimmt wird.
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Als
erstes bestimmt der Empfänger
alle Übertragungseinheiten 310, 312A, 314A, 316 einmal.
Die zwei Übertragungseinheiten 310, 316 erfüllen das
für eine Übertragungseinheit
erforderliche Qualitätsniveau 320. Die
zwei Übertragungseinheiten 312A, 314A erfüllen wegen
eines plötzlichen
Fadings im Funk pfad das erforderliche Qualitätsniveau 320 nicht,
weswegen Wiederübertragung 312B, 314B ausgeführt werden.
Nun überschreitet
die Qualität
der Übertragungseinheiten 312B und 312A, 314B und 314A,
die gemäß der Erfindung kombiniert
wurden, das erforderliche Qualitätsniveau 320.
So können
die Pakete entschachtelt und decodiert werden. Die Qualität des aus
den Übertragungseinheiten 314B, 314A und 316 gebildeten
Pakets 304 überschreitet
das für
ein Paket erforderliche Qualitätsniveau 322 und
ist zur Verarbeitung bereit. Die Qualität des aus den Übertragungseinheiten 310, 312B und 312A gebildeten
Pakets 302 ist niedriger als das für ein Paket erforderliche Qualitätsniveau 322,
weswegen die schlechte Übertragungseinheit 312 des
Pakets als 312C wieder übertragen
wird. Nun überschreitet
die Qualität
der kombinierten Übertragungseinheit 312C, 312B, 312A das
für eine Übertragungseinheit
erforderliche Qualitätsniveau 320 deutlich,
und so wird erkannt, wenn das aus den Übertragungseinheiten 310, 312C, 312B und 312A erzeugte
Paket 302 entschachtelt und decodiert wird, dass seine
Qualität
das für
ein Paket erforderliche Qualitätsniveau 322 überschreitet.
So können
nun die ursprünglich
vom Sender gesendeten Daten 300 im Empfangsende decodiert
werden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
nutzen mindestens zwei Sender-Empfänger-Paare denselben Zeitschlitz
zum Senden einer Übertragungseinheit
in einem Mobilkommunikationssystem unter Verwendung von TDMA. Diese
Sender-Empfänger-Paare
können
in benachbarten Zellen liegen, wenn das Wiederverwendungsmuster
des Systems ein einzelnes ist, oder die Sender-Empfänger-Paare
können
sogar innerhalb derselben Zelle liegen. Die Übertragungseinheiten jedes
Sender-Empfänger-Paars
verfügen über eine
eigene Trainingsabfolge, auf deren Grundlage das Sender-Empfänger-Paar
seine eigenen Übertragungseinheiten
abtrennt. Die Idee liegt darin, dass die Trainingsabfolge ein Code
ist, durch den der Empfänger
für ihn vorgesehene Übertragungsvorgänge aus
einem Kanal abtrennt.
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Es
existieren mehrere Verfahren zum Prüfen der Qualität der Übertragungseinheit
und des Pakets. Es ist möglich,
eine CRC-Fehlerprüfsumme
beim Senden gesondert für
die Übertragungseinheit
und das Paket zu erzeugen. Diese Summe wird dazu verwendet, am Empfangsende
zu prüfen,
ob die Übertragungseinheit und/oder
das Paket Fehler enthalten. Es ist auch möglich, andere Arten zum Erzeugen
einer Fehlerprüfsumme zu
verwenden. Die Qualität
kann auch dadurch bestimmt werden, dass für die Übertragungseinheit eine Bitfehlerrate
erzeugt wird. Die Qualität
einer empfangenen Übertragungseinheit
kann auch durch Erzeugen des T/I-Verhältnisses (Träger/Interferenz)
der Übertragungseinheit
mittels der Trainingssequenz erzeugt werden. Dies erfolgt z.B. durch
Korrelieren einer bekannten Trainingssequenz auf Grundlage der Impulsantwort
des Kanals, die in der Kanalabschätzeinrichtung 108 abgeschätzt wird.
Die Differenz zwischen dieser Korrelation und der in der tatsächlich empfangenen Übertragungseinheit
enthaltenen Trainingssequenz bestimmt das Rauschen und die Interferenz
des empfangenen Signals. Dies kann durch die folgende Gleichung
wiedergegeben werden: y = x*h + I + Nwobei
* einen mathematischen Faltungsoperator repräsentiert, y das empfangene
Signal ist, x das gesendete Signal ist, h die Kanalimpulsantwort
ist, I die Interferenz ist und N das Rauschen ist. Dies ermöglicht es,
das Signal/Rauschsignal-Verhältnis, d.h.
das T/I-Verhältnis
zu berechnen; C ist die Energie der empfangenen Trainingsabfolge.
Vorstehend sind einige Beispiele dazu angegeben, wie die Qualität einer Übertragungseinheit oder
eines Pakets bestimmt werden kann. Jedoch ist es möglich, ein
beliebiges anderes bekanntes Verfahren zum Messen der Qualität zu verwenden.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Qualitätsniveau
einer kombinierten Übertragungseinheit
dadurch bestimmt, dass das mittlere Qualitätsniveau der Übertragungseinheiten
mit einem adaptiven Qualitätsschwellenwert
verglichen wird. Das mittlere Qualitätsniveau wird z.B. dadurch
erhalten, dass der Mittelwert berechnet wird oder eine Zahlengrenze
dafür definiert
wird, wie viele Übertragungseinheiten
eines Pakets das erforderliche Qualitätsniveau erfüllen müssen. Adaptivität bedeutet,
dass das System selbst lernen kann, wodurch das System seine Funktion
dadurch optimiert, dass es die Qualitätsgrenzen so modifiziert, dass sie
den Bedingungen entsprechen, um den wirkungsvollen Gebrauch der Übertragungskapazität zu maximieren.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird angefordert, dass ein Teil einer Übertragungseinheit wieder übertragen
wird. Dies ermöglicht
es, Übertragungskapazität einzusparen.
Als Beispiel sei angenommen, dass die Übertragungseinheit ein TDMA-Zeitschlitz
ist. Ein derartiger TDMA-Zeitschlitz ist in einem Funkimpulsbündel enthalten,
das an einen Funkpfad zu übertragen
ist. Wenn Fading z.B. nur den ersten Teil des Impulsbündels beeinflusst,
wird dies am Empfangsende erkannt und es wird nur Wiederübertragung
des ersten Teils des Impulsbündels
angefordert und statt dem gesamten Impulsbündel ist nur das halbe als Übertragungseinheit
erforderlich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
benötigt
einen bidirektionalen Übertragungspfad,
da Daten in einer Richtung übertragen
werden und Steuerungsinformation, z.B. Wiederübertragungsanforderungen, in
der anderen. Das Grunderfordernis ist es, dass der Sender und der
Empfänger
dazu in der Lage sind, jede Übertragungseinheit
eindeutig mittels einer Kennung am eigenen Ende zu kennzeichnen
(L1-PDU-ID = Kennung für eine
Dateneinheit in der Schicht 1 des Protokolls). Der Sender sollte
dazu in der Lage sein, die vom Empfänger für die Übertragungseinheit verwendeten
Kennungsdaten zu decodieren, so dass dann, wenn der Empfänger irgendwelche
Kennungsdaten liefert, dem Sender bekannt ist, welchen Kennungsdaten
der Übertragungseinheit
diese entsprechen.
-
Nachfolgend
wird ein Beispiel dazu angegeben, wie ein Protokoll verarbeitet
wird, wenn Information unter Verwendung der Aufwärts-Übertragungsstrecke übertragen
wird, d.h. vom Teilnehmerterminal zum Netzwerkteil. Der Sender,
d.h. das Teilnehmerterminal, fordert Kapazität zum Senden einer bestimmten
Datenmenge an. Die Menge wird durch eine Zahl ausgedrückt, die
unmittelbar als Anzahl benötigter Übertragungseinheiten
interpretiert werden kann. Nachdem das Netzwerkteil die Zahl empfangen
hat, ordnet es dem Teilnehmerterminal zum Senden der Daten eine
Kennung (RID = Reservation Identification = Reservierungskennung) zu.
-
Das
Teilnehmerterminal achtet gleichzeitig auf den Kanal (CCH = Control
Channel), auf dem die Zuordnungen von Ressourcen angekündigt werden.
Im CCH teilt das Netzwerkteil mit, welcher RID zum Senden auf welchem
Verkehrskanal (TCH) zugelassen ist. Das Teilnehmerterminal achtet
auch auf einen Anfragekanal (FO = Forward Order), auf dem das Netzwerkteil
mitteilt, welche Übertragungseinheiten
ein Teilnehmerterminal mit einer bestimmten Idee senden sollte,
und auch welchem TCH. Anders gesagt, überwacht das Teilnehmerterminal
das Auftreten seiner eigenen RID auf dem CCH, und wenn es seine
eigene RID erkannt hat, findet es aus dem FO heraus, welche Übertragungseinheiten
es auf dem TCH senden soll. Selbstverständlich ist es möglich, mehrere
TCHs zuzuordnen, in welchem Fall das Teilnehmerterminal seine Übertragungseinheiten
auf allen an das Netzwerkteil liefert.
-
Das
Teilnehmerterminal schlussfolgert aus den auf dem FO angeforderten
L1-PDU-IDs, welche Übertragungseinheiten
gemäß der Anforderung
nicht mehr wiederübertragen
werden, d.h. deren Qualität
ausreichend gut war, wenn das Netzwerkteil sie empfangen hat, oder
wenn durch Kombinieren von Übertragungseinheiten
eine ausreichend gute Qualität
erzielt wurde. So kann das Teilnehmerterminal seinen Empfangspuffer
steuern, d.h. überflüssige Übertragungseinheiten
aus seinem Puffer entfernen. Das Netzwerkteil weiß entsprechend,
welche Übertragungseinheiten
es nicht mehr benötigt
und kann so seinen eigenen Sendepuffer steuern. Die Übertragung
wird auf die oben beschriebene Weise fortgesetzt, bis die gesamte
Datenmenge übertragen
ist.
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Das
folgende Beispiel beschreibt entsprechend, wie ein Protokoll verarbeitet
wird, wenn Daten in der Abwärtsrichtung übertragen
werden, d.h. vom Netzwerkteil zum Teilnehmerterminal. Der Sender,
d.h. das Netzwerkteil, informiert den Empfänger über die Kennung (RID), die
er zum Senden einer bestimmten Datenmenge verwenden wird. Es kann
auch die Datenmenge mitgeteilt werden.
-
Das
Teilnehmerterminal beginnt auf den CCH zu achten, auf dem das Netzwerkteil
ankündigt,
für welche
RID Übertragungseinheiten
auf jedem TCH übertragen
werden. Das Netzwerkteil kann auch auf dem FO übertragen, auf dem es ankündigt, welche Übertragungseinheiten
auf welchem TCH übertragen
werden. Das Teilnehmerterminal achtet auch auf den Reihenfolge-Zuordnungskanal
(FOS = Forward Order Scheduler), auf dem das Netzwerkteil ankündigt, auf
welchem FO ein Teilnehmerterminal in Zusammenhang mit einer bestimmten
RID eine Reihenfolge übertragen
kann. Es ist nicht zwingend, den FOS zu verwenden, in welchem Fall
das Teilnehmerterminal weiß,
auf welchem FO und wann es eine Reihenfolge übertragen sollte.
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Auf
dem FO teilt das Teilnehmerterminal die L1-PDU-IDs mit, mit denen
das Netzwerkteil auf den von ihm zugeordneten TCHs senden sollte.
Das Netzwerkteil schließt
auch aus der auf dem FO oder einem anderen Kanal gelieferten Information
auf die nicht mehr angeforderten Übertragungseinheiten und kann
diese Einheiten demgemäß aus seinem
Empfangspuffer entfernen. Dem Teilnehmerterminal ist es bekannt,
welche Übertragungseinheiten
es nicht mehr anfordern wird, und so kann es seinen Empfangspuffer
steuern.
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Was
die Protokollverarbeitung betrifft, wird die in 3B beschriebene
Datenübertragung
z.B. auf die in 3c beschriebene Weise ausgeführt. Es
sei angenommen, dass der Sender das Teilnehmerterminal ist und der
Empfänger
das Netzwerkteil ist. So gilt auch der Fall der Aufwärtsübertragungsstrecke
für diesen
Fall. Das Teilnehmerterminal fordert bei 350 Kapazität zum Übertragen
der Übertragungseinheiten 310, 312, 314, 316 an.
Nachdem das Netzwerkteil die Anforderung empfangen hat, ordnet es
bei 352 dem Teilnehmerterminal eine RID mit dem Wert 1001
zu. Das Netzwerkteil teilt bei 354 auf dem CCH mit, dass
eine RID mit dem Wert 1001 auf einem TCH mit dem Wert 25 senden
kann. Das Teilnehmerterminal achtet auch auf den FO, auf dem das
Netzwerkteil bei 356 mitteilt, dass das Teilnehmerterminal
die Übertragungseinheiten
mit den L1-PDU-IDs 310, 312, 314, 316 auf
dem TCH mit dem Wert 25 senden sollte. Als nächstes liefert das Teilnehmerterminal bei 358, 360, 362, 364 die
angeforderten Übertragungseinheiten 310, 312, 314 und 316 auf
dem TCH mit dem Wert 25. Dann teilt das Netzwerkteil bei 366 auf
dem FO mit, dass es Wiederübertragungen
der Übertragungseinheiten 312 und 314 auf
dem TCH mit dem Wert 25 benötigt.
Das Teilnehmerterminal sendet bei 368, 370 die
angeforderten Übertragungseinheiten.
Schließlich
fordert das Netzwerkteil bei 372 erneut die Wiederübertragung
der Übertragungseinheit 312 auf dem
FO an, und das Teilnehmerterminal führt dies bei 374 aus.
So wird die Übertragung
abgeschlossen und die reservierte Übertragungskapazität kann freigegeben
werden.
-
Die
als nächstes
beschriebenen Optionen betreffen beide Übertragungsrichtungen. Der
Sender kann nach zusätzlicher
Kapazität
zum Übertragen
einer neuen Datenmenge nachdem der vorige Sendevorgang beendet ist,
verlangen, wodurch für
die Anfrage eine neue RID erhalten wird. Der Sender kann auch nach
zusätzlicher
Kapazität
verlangen, bevor der vorige Sendevorgang beendet ist, wodurch der Übertragung
eine neue RID zugeordnet werden kann, oder es kann Einigkeit erzielt
werden, dass die angeforderte Datenmenge mittels der bereits zugeordneten
RID übertragen
wird. Anfragen wie auch Kanalzuordnungs-Signalgabe können auf
dem FO durch CRC geschützt
werden. So ist es nicht erforderlich, die L1-PDU-IDs einer Anfrage
in die tatsächlichen Übertragungseinheiten
einzufügen.
Wenn die CRC-Prüfung
am Empfangsende der Anfrage nicht bestanden wird, werden die angeforderten Übertragungseinheiten
nicht gesendet. Der Empfänger
erkennt dies und wiederholt die Anfrage. Schlechte Qualität der Anfrage
kann auch durch ein anderes Verfahren erkannt werden. Das Anfragen
von Übertragungseinheiten
kann auch ein Prozess sein, der gesondert von der Zuordnung des
Verkehrskanals ist, der zur Übertragung
auf der bidirektionalen Funkverbindung verwendet wird. Das Netzwerkteil
kann für
alle Kanalzuordnungen verantwortlich sein, und zwar sowohl wenn
es als Sender arbeitet als auch dann, wenn es als Empfänger arbeitet.
Auf Grundlage der vorbestimmten Information und/oder der vom Empfänger empfangenen
Information weiß der
Sender, auf welchen Anfragekanal er achten sollte und welche zeitliche
Lage dazu geeignet ist.
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Beim
beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist es für
beide Übertragungsrichtungen
wesentlich, dass der Sender den Emp fänger über die Datenorganisation informiert
und der Empfänger
eine Anfrage für
die gewünschte Übertragungseinheit
oder für
Pakete erteilt. Es ist möglich,
in einer Anfrage selektive Übertragungseinheiten
mehrerer Pakete anzugeben. Anders gesagt, kann der Empfänger die Übertragungseinheiten
in zufälliger
Reihenfolge anfordern. Im Allgemeinen wird jedoch die Reihenfolge
durch einen Algorithmus gesteuert, der die Übertragung effektiver macht.
Die Funktion des Senders kann so gesteuert werden, dass er nur die angeforderten Übertragungseinheiten
sendet. Wahlweise kann der Sender Übertragungseinheiten entsprechend
den Anfragen und einem vorbestimmten Algorithmus senden.
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Zusätzlich zum
Vorstehenden umfasst die Realisierung des erfindungsgemäßen Protokolls
mehrere wahlfreie Verbesserungen, die nachfolgend beschrieben werden.
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Der
Empfänger
kann die Wiederübertragung
nur derjenigen Übertragungseinheiten
anfordern, die das erforderliche Qualitätsniveau nicht erfüllen. In
diesem Fall werden die Übertragungseinheiten
einer kombinierten Übertragungseinheit,
die die schlechteste Qualität
zeigt, als erste wieder übertragen.
Wenn das Paket danach immer noch nicht korrekt decodiert werden
kann, werden auch Wiederübertragungen
anderer Übertragungseinheiten
angefordert.
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Eine
Wiederübertragungsanforderung
oder eine Anfrage für
eine Übertragungseinheit
kann den Qualitätswert
der Übertragungseinheit
beinhalten. Der Qualitätswert
ist eine Art zum Anzeigen der Qualität einer Übertragungseinheit, auf den
sich der Sender und der Empfänger
vorab einigen, so dass die Qualitätswerte z.B. Zahlenwerte von
0 bis n sein können.
Entsprechungen können
z.B. die folgenden sein: 0 = nicht übertragen, 1 = sehr schlechte
Qualität,
2 = ziemlich schlechte Qualität,
..., n = sehr gute Qualität.
Dies hat den Vorteil, dass der Sender Übertragungseinheiten in einer
Reihenfolge entsprechend dem Qualitätswert senden kann. So werden
die Übertragungseinheiten,
die noch nicht übertragen
wurden, als erste übertragen,
und dann die Übertragungseinheiten
mit sehr schlechten Qualitätswert.
Der Empfänger
muss keine feste Reihenfolge angeben, mit der er wünscht, die Übertragungseinheiten
zu empfangen. Da die schlechtesten Übertragungseinheiten als erste
wieder übertragen
werden, wächst
die Wahrscheinlichkeit, dass der Empfänger dazu in der Lage ist,
ein Paket korrekt zu decodieren. Die Reihenfolgeangabe für ein Paket
oder eine Wiederübertragungsanforderung
kann entsprechend auch den Qualitätswert für das Paket enthalten.
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Der
Empfänger
kann den Sender nach erfolgreicher Verarbeitung einer Übertragungseinheit
oder eines Pakets informieren. Dies bedeutet, dass der Empfänger zu
jeder Zeit versuchen kann, mögliche
Codierung und Verschachtelung zu decodieren und die Fehlerkorrektursumme
zu prüfen.
Wenn das Decodieren fehlerfrei Erfolg hat, kann der Sender aus dieser
Art einer Nachricht schließen,
dass er die zum fraglichen Paket gehörigen Übertragungseinheiten nicht
wieder übertragen
muss, obwohl für
sie eine gültige
Wiederübertragungsanforderung
bestand. Diese Funktion ist demgemäß eine Art einer Aufhebungsnachricht.
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Der
Empfänger
kann zählen,
wie häufig
er die Wiederübertragung
jeder Übertragungseinheit
angefordert hat. Dies erfolgt, da für die Anzahl von Wiederübertragungsanforderungen
im Reihenfolgealgorithmus eine Grenze definiert werden kann. Wenn
es nicht möglich
ist, Daten innerhalb dieser Grenze korrekt zu übertragen, wird die Übertragung
der fraglichen Daten, d.h. einer Übertragungseinheit oder eines
Pakets, neu gestartet, und der Empfänger löscht die wieder übertragenen Übertragungseinheiten,
die er zuvor gespeichert haben kann, aus seinem Speicher.
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Obwohl
die Erfindung mittels eines in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten
Beispiels beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass die Erfindung
nicht hierauf beschränkt
ist, sondern dass sie innerhalb des Umfangs des in den beigefügten Ansprüchen offenbarten
erfindungsgemäßen Konzepts
auf verschiedene Arten modifiziert werden kann.
