DE10014396C2 - Verfahren zur Ressourcenzuteilung in einem Funk-Kommunikationssystem und Funk-Kommunikationssystem zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ressourcenzuteilung in einem Funk-Kommunikationssystem, insbesondere Mobilfunksy­ stem, und ein derartig ausgebildetes Funk-Kommunikationssy­ stem, wobei Ressourcen der Funkschnittstelle durch Kanäle ge­ bildet werden, die vom Netzwerk für mehrere Verbindungen von und zu Teilnehmerstationen im Vielfachzugriff zur Verfügung gestellt werden und sich in der Zeitlage und ihrer Signalform innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes unterscheiden, und wobei in Pausen von Datenübertragungen weitere Datenüber­ tragungen vorgenommen werden.

Funk-Kommunikationssysteme ermöglichen den Aufbau von Kommu­ nikationsverbindungen zwischen mobilen oder festen Teilneh­ merstationen und einer Basisstation des Netzwerks, indem Da­ ten in beiden Richtungen über die Funkschnittstelle gesendet werden. Für eine ungestörte bidirektionale Verbindung von ei­ ner Teilnehmerstation zu ihrer Basisstation (Uplink) und um­ gekehrt (Downlink) werden Frequenzduplex-Verfahren (Frequency Division Duplex FDD) und Zeitduplexverfahren (Time Division Duplex TDD) angewendet. Zur Unterscheidung mehrerer gleich­ zeitiger Verbindungen zwischen einzelnen Teilnehmern unter­ einander werden Vielfachzugriffsverfahren eingesetzt. Sind mehrere Teilnehmer auf der gleichen Trägerfrequenz auf der Funkschnittstelle durch unterschiedliche Zeitlagen getrennt, liegt ein Zeitmultiplexverfahren (Time Division Multiple Access TDMA) vor. Zusätzlich zum Zeitmultiplex können auf der Funkschnittstelle weitere Verfahren zum Separieren von Teil­ nehmern angewendet sein, wie beispielsweise Codemultiplex (Code Division Multiple Access CDMA), bei dem die Einzelsi­ gnale zwecks eindeutiger Zuordnung und sauberer Trennung mit unterschiedlichen orthogonalen Codefolgen über die gesamte verfügbare Bandbreite unter Codierungsgewinn gespreizt wer­ den.

Im zukünftigen Universal Mobile Telecommunication System UMTS sind hybride Multiplexverfahren auf der Basis von frequenzge­ teiltem Codemultiplex (Wideband-Code Division Multiple Access W-CDMA) und zeitgeteiltem Codemultiplex (Time Division-Code Division Multiple Access TD-CDMA) vorgesehen. Bei letzterem Verfahren handelt es sich um eine Kombination der Vielfachzu­ griffskomponenten FDMA, TDMA und CDMA, charakterisiert durch die Freiheitsgrade Frequenz, Zeitschlitz und Code, wobei im TDD-Modus die Übertragung sowohl in Aufwärtsrichtung als auch in Abwärtsrichtung in einem gemeinsamen Frequenzband erfolgt. Eine Ausprägung des TD-CDMA-Verfahrens ist das Time Division- Synchron Code Division Multiple Access (TD-SCDMA)-Verfahren, das wie das TD-CDMA-Verfahren als Beispiel für den Einsatz der Erfindung dienen kann, ohne die Allgemeinheit der Erfin­ dung hierdurch einzuschränken. Das TD-SCDMA-Verfahren unter­ scheidet sich gegenüber dem reinen TD-CDMA-Verfahren u. a. durch das Verwenden einer hochgenauen Synchronisation der Empfangssignale im Uplink, was die Detektionseigenschaften der Empfangssignale verbessert.

In Mobilfunksystemen kommender Generationen wird der Anteil von Nicht-Echtzeit-Datenübertragungen stark zunehmen. Solche Nicht-Echtzeit-Datenübertragungen sind zum Beispiel typischer Internetverkehr wie WWW (World Wide Web), FTP (File Transfer Protocol), E-Mail oder SMS (Short Message Service). Sie beru­ hen auf einer paketorientierten Übertragung von Daten, bei der gleichfalls eine Unterteilung auf der Zeitachse erfolgt, allerdings nicht vordergründig in feste Zeitschlitze, sondern in adressierte Datenpakete variabler Länge. Auf der Funk­ schnittstelle kann die Übertragung solcher Datenpakete und die in ihr enthaltene Signalisierung der Anwendungsschicht am effektivsten durch kurze, der jeweiligen Datenpaketgröße an­ gepaßte Ressourcenbelegungen realisiert werden, weil zwischen den einzelnen Datenpaketen im allgemeinen längere Übertra­ gungspausen auftreten. Längere Verzögerungen von zum Beispiel 400 ms bis zu einigen Sekunden, die zum Beispiel durch Nicht­ verfügbarkeit und die damit verbundene Verzögerung der Über­ tragung von Datenpaketen bedingt sind, sind bei Nicht-Echt­ zeit-Daten unkritisch.

Echtzeit-Datenübertragungen hingegen, wie zum Beispiel Spra­ che und Videoübertragungen, werden üblicherweise durch län­ gere exklusive Zuweisungen einer Ressource pro Verbindung realisiert, obwohl auch bei ihnen Übertragungspausen von je­ doch viel kürzerer Dauer, zum Beispiel infolge Verwendung ei­ nes VAD (Voice Actvity Detector) zur Sender-Abschaltung in Sprechpausen, oder Schwankungen der Datenrate auftreten. Grund für diese Ressourcenzuweisung sind die strengen Verzö­ gerungsanforderungen von zum Beispiel kleiner als 40 ms, wel­ che von den üblichen Ressourcen-Zuweisungsverfahren nach kur­ zen Übertragungspausen nicht immer eingehalten werden können.

Eine effiziente Ausnutzung der wertvollen Ressourcen auf der Funkschnittstelle würde jedoch gerade das "Auffüllen" der Übertragungspausen der Echtzeit-Verbindungen mit Daten ande­ rer Übertragungen erfordern. Dies gilt insbesondere für ein TD-CDMA-System oder ein hierzu vergleichbares System.

Bei einem TD-CDMA-Verfahren verwendet man entlang der Zeit­ achse pro Trägerfrequenz dieselbe Grundstruktur wie das seit längerem eingeführte GSM (Global System for Mobile Communica­ tions). Aufgrund der großen Bandbreite können jedoch bis zu 8 von 16 möglichen Spreizcodes pro Zeitschlitz untergebracht werden, von denen jeder Spreizcode einen physikalischen Kanal definiert. Unter Ressource soll im weiteren diejenige Über­ tragungskapazität verstanden werden, die für eine Verbindung benötigt wird und im allgemeinen in UMTS durch das Tripel Frequenz, Zeitschlitz und Code charakterisiert wird. Für eine Sprachübertragung in UMTS benötigt man beispielsweise nur ei­ nen physikalischen Kanal, also einen Zeitschlitz und einen Spreizcode innerhalb eines Frequenzbandes. Für einen 128 kbit/s Datenservice hingegen benötigt man acht physikalische Kanäle, also einen Zeitschlitz mit acht Spreizcodes. Die Res­ source kann auch auf mehrere Zeitschlitze aufgeteilt sein, beispielsweise kann sie für einen 64 kbit/s Datenservice, für den vier physikalische Kanäle benötigt werden, auf zwei Spreizcodes auf dem einen und zwei Spreizcodes auf einem an­ deren Zeitschlitz verteilt sein. Die Zusammenfassung von meh­ reren Einzelressourcen zu einer größeren Übertragungsres­ source wird als Channel-Pooling bezeichnet. Jeder Zeitschlitz für sich kann dem Uplink oder Downlink zugeordnet werden.

Bedingt durch die Existenz von Zeitschlitzen lassen die sta­ tistischen Eigenschaften der Echtzeit-Verbindungen keine über der Zeit halbwegs konstante Interferenzsituation zu. Die An­ zahl der gleichzeitigen Verbindungen pro Zeitschlitz, von de­ nen jeder z. B. eine Zeitdauer von 625 µs hat, ergibt sich deshalb aus der maximal zulässigen Intersymbol- und Vielfach­ zugriffsinterferenz und führt zu einem die meiste Zeit nicht optimal ausgelasteten System.

Außer durch Interferenzen (Soft Blocking) kann ein Funk-Kom­ munikationssystem auch durch die Anzahl fest zugeteilter Res­ sourcen begrenzt sein. Dies trifft beispielsweise für Teil­ nehmer zu, die in Circuit Switched (CS)-Applikationen einge­ bunden sind. Jeder Verbindung werden vom Netzwerk so viele dezidierte Kanäle (Dedicated Channels DCH) exklusiv zugeord­ net, wie für die Übertragung des Spitzenwertes der Datenrate von Echtzeit-Diensten erforderlich ist. Das Zuteilen fester Ressourcen ist dann optimal, wenn die Echtzeit-Anwendung die zur Verfügung gestellte Bandbreite jederzeit ausnutzt. Bei Anwendungen jedoch, bei denen nicht kontinuierlich Daten ge­ sendet werden, deren Datenrate jedoch sehr schnell bis zur maximal verlangten Datenrate anwachsen kann, wie Sprachüber­ tragung, die eine Aktivität von 50% bis 60% aufweist, wird die Systemkapazität sehr schnell erreicht und es kommt zum sogenannten Hard Blocking.

Für eine bessere Auslastung der knappen Ressourcen ist be­ reits eine Strategie bekannt geworden, die im statistischen Multiplexen von Daten unterschiedlicher Verbindungen auf ei­ nen Kanal besteht. Die während einer Pause einer Echtzeit- Verbindung frei werdende Ressource wird dabei einem anderen Teilnehmer zugeteilt und dem eigentlichen Eigentümer die Res­ source oder eine zum selben Channel-Pool gehörende Einzelres­ source erst dann zurückzugeben, sobald dieser wieder aktiv wird. Die zu übertragenden Datenströme verschiedener Verbin­ dungen werden dabei in kurze Datenblöcke (Bursts) fester Län­ ge aufgeteilt und codiert und zeitlich verschachtelt über ei­ ne Ressource entsprechend der Reihenfolge ihrer Ankunft über­ tragen. Entsprechend ihrer Datenrate erhalten die Verbin­ dungen unterschiedlich viel Übertragungskapazität dynamisch zugewiesen. Dieses System stellt allerdings sehr hohe Anfor­ derungen an das zeitliche Verhalten und die Zuverlässigkeit des Vielfachzugriffschemas. Kann das System eine Ressource nicht sofort frei geben, weil zum Beispiel die Ressourcenan­ forderung nicht ankommt oder weil die Zuteilungsmeldung ge­ stört ist, entsteht eine Kollision während der Datenübertra­ gung oder Daten der Echtzeit-Anwendung gehen verloren.

Um die Kollisionen oder den Verlust der Anwenderdaten auf ei­ nem erträglichen Minimum zu halten, muß deshalb das Vielfach­ zugriffschema mit viel Redundanz und Sicherheit konzipiert werden. In einem TD-CDMA System bedeutet dies beispielsweise, dass, obwohl gleichzeitig z. B. 16 Codes pro Zeitschlitz zur Verfügung stehen, nur maximal 8 dieser Codes gleichzeitig Verfügung stehen, nur maximal 8 dieser Codes gleichzeitig vergeben werden können. Würden mehr Codes vergeben werden, so würde das bei Sprachverbindungen in den Zeiten, wenn alle Ü­ bertragungen zufälligerweise gleichzeitig aktiv sind, zu ei­ ner unakzeptablen Interferenzüberhöhung führen. Durch Sprach­ pausen werden jedoch die meiste Zeit nicht alle 8 Codes be­ nutzt. Dadurch und durch die auf diesen "worst case" dimen­ sionierte maximale Anzahl gleichzeitig für dezidierte Kanäle benutzten Codes ergeben sich ungenutzte Resourcen. Dieser hier beschriebene Effekt der Soft Capacity Begrenzung und seine Folgen lassen sich auch bei anderen CDMA-Systemen beob­ achten.

Aus der DE 198 14 123 A1 ist ein Verfahren zur Ressourcenzu­ weisung in einem Funk-Kommunikationssystem bekannt, bei dem die Zuweisung von logischen Nutzkanälen netzseitig in Abhän­ gigkeit von einer jeweiligen Sendeleistung erfolgt, wobei die Zuweisung abhängig von einem Interferenzmuster mobilstations­ seitig korrigiert wird.

Aus der DE 197 43 711 A1 ist ein System zur Funkübertragung bekannt, bei dem eine Datenübertragung in aufeinanderfolgen­ den Datenblöcken mit in unregelmäßigen Abständen dazwischen auftretenden Lücken über eine Funkstrecke durchgeführt wird. Dabei werden in den Datenblock-Lücken auch Daten aus mindes­ tens einer anderen Datenquelle übertragen.

Schließlich ist aus der US 5,589,872 ein bidirektionales Ka­ belfernsehsystem bekannt, bei dem bei einer leitungslosen Signalübertragung Signale in Übertragungslücken oder Übertra­ gungspausen zwischen Signalblöcken übertragen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu­ geben, nach dem in Zeiten einer nicht optimalen Auslastung eines TD-CDMA-Systems oder eines vergleichbaren Funk-Kommunikationssystems durch Datenübertragungen über dezidierte Ka­ näle zusätzliche Daten anderer Anwendungen mit erträglichem Signalisierungsaufwand und geringstmöglichen gegenseitigen Störungen übertragen werden können und dadurch die Übertra­ gungskapazität der Funkschnittstelle optimal ausgenutzt wird.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Eine Einrichtung hierzu ist im Anspruch 20 angegeben.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben.

Danach werden in einem einleitend umrissenen Funk-Kommunika­ tionssystem in Pausen von Datenübertragungen auf dezidierten Kanälen weitere Datenübertragungen in der Weise vorgenommen, daß diesen in Aufwärtsrichtung solche Ressourcen vom Netzwerk zugewiesen werden, welche nicht als dezidierte Kanäle Daten­ quellen bereits zugewiesen sind. Diese weiteren Datenübertra­ gungen sind bevorzugt Nicht-Echtzeit-Datenübertragungen, es können aber auch prinzipiell Echtzeit-Datenübertragungen sein.

Hierzu sendet eine dezidierte Kanäle benutzende Datenquelle nach jeder Übertragungspause innerhalb einer Datenübertragung eine Ressourcenanforderung (Request) an eine Instanz der Res­ sourcenverwaltung (Radio Resource Management) des Netzwerks, worauf die Instanz ihr die exclusiv reservierte Ressource wieder zuteilt.

Nach einer anderen Ausprägung zeigt eine einen dezidierten Kanal benutzende Datenquelle nach jeder Übertragungspause in­ nerhalb einer Datenübertragung der Ressourcenverwaltung des Netzwerkes das Ende der Übertragungspause an und greift da­ nach unverzögert auf ihren ihr zugeteilten dezidierten Kanal wieder zu.

Eine Verringerung der Komplexität der Signalisierung wird erreicht, indem an weitere sendewillige Datenquellen vom Netzwerk nicht die ungenutzten Ressourcen der inaktiven, de­ zidierte Kanäle benutzenden Datenquellen, sondern die wegen der Soft Capacity Begrenzung nicht als dezidierte Kanäle ver­ wendeten Ressourcen vergeben werden. Hierdurch bleiben die bereits als dezidierte Kanäle vergebenen Ressourcen diesen Datenquellen exclusiv zugeteilt. Damit findet auf dieser Res­ source bei Wiederaufnahme der Aktivität der Datenquelle ga­ rantiert keine Kollision mit anderen Datenquellen statt. Es können hierfür mindestens so viele zusätzliche Ressourcen al­ lokiert werden, wie gleichzeitig inaktive, dezidierte Kanäle benutzende Datenquellen vorhanden sind. Die Anzahl der zu­ sätzlich benötigten Ressourcen ist nur durch die maximale An­ zahl unterschiedlicher Codes begrenzt. Zum Beispiel ist es bei einer durchschnittlichen 60%-igen Aktivität der dezi­ dierte Kanäle benutzenden Datenquellen wahrscheinlich, daß nur während 60%**3 = 21,6% der Zeit, alle dieser Datenquellen gleichzeitig aktiv sind. Somit können bei einer Soft Capacity Begrenzung von gleichzeitig max. 8 Codes Nichtechtzeitdaten während 78,4% der Zeit über eine Auswahl aus bis zu weiteren 5 unbenutzten (der insgesamt 16 verfügbaren) Codes übertragen werden.

In vorteilhafter Weise führen hierdurch Übertragungsfehler in den Ressourcen des Zugriffsschemas nicht zu harten Kollisio­ nen und möglicherweise Datenverlusten, sondern wirken sich maximal als kurzzeitige Interferenzspitzen aus, die vom Funk- Kommunikationssystem viel leichter zu verkraften sind. Damit können wiederum die Anforderungen an die Leistungsbelastung des Zugriffsschemas deutlich verringert werden.

Die aufgrund von inaktiven dezidierte Kanäle benutzenden Da­ tenquellen zusätzlich vergebenen Ressourcen werden in einer gemeinsam genutzten Ressource, beispielsweise dem sogenannten Uplink Shared Channel USCH, zusammengefaßt.

Den weiteren sendewilligen Datenquellen werden Ressourcen auf diesem USCH zugewiesen, wobei die Zuweisung zum USCH vorzugs­ weise über einen Signalisierungskanal, beispielsweise dem so­ genannten Uplink Control Channel UCCH, mittels eines Sta­ tusanzeigers, einem sogenannten Uplink State Flag USF, er­ folgt.

In einer weiteren Ausbildung wird für jede Übertragungsperi­ ode eine Zuordnung der USFs zu den physikalischen USCH (PUSCH)-Ressourcen gesendet, welche für die nächste Übertra­ gungsdauer gültig sind. Die hierfür notwendige Adressierung der PUSCH-Ressourcen wird den zusätzlichen sendewilligen Da­ tenquellen durch eine geeignete Signalisierung mitgeteilt. Sobald eine sendewillige Datenquelle im UCCH ihr USF in Ver­ bindung mit einer oder mehreren PUSCH-Ressourcen empfangen hat, darf sie während der nächsten Übertragungsperiode auf genau dieser/diesen PUSCH-Ressource(n) senden.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, die Anzahl der PUSCH- Resourcen, für welche je Übertragungsperiode USFs im UCCH zu­ geordnet werden, vom Netzwerk entsprechend den Aktivitäten der Datenquellen in den dezidierten Kanälen und/oder entspre­ chend dem Interferenzlevel in der Funkzelle festzulegen.

Die Anfänge von Übertragungspausen in dezidierte Kanäle be­ nutzenden Datenübertragungen können in einer vorteilhaften Ausgestaltung von den dezidierte Kanäle benutzenden Daten­ quellen dem Netzwerk als Inband-Signalisierung übertragen werden.

Die Enden von Übertragungspausen in dezidierte Kanäle benut­ zenden Datenübertragungen können von den dezidierte Kanäle benutzenden Datenquellen hingegen in einer vorteilhaften Aus­ gestaltung dem Netzwerk auf einem getrennten Signalisierungs­ kanal, wie dem Fast Uplink Access Channel FUACH, signalisiert werden.

Nach einer weiteren Ausprägung werden die Anfänge und Enden der Übertragungspausen von Datenübertragungen in den dezi­ dierten Kanälen vom Netzwerk zusätzlich oder ausschließlich anhand von Interferenzmessungen in der Funkzelle detektiert. Dabei kann in weiterer Ausgestaltung ein (erster) Interfe­ renzlevel als Schwellwert für Funkzellen festgelegt werden, dessen Unterschreitung Pausen in Datenübertragungen in den dezidierten Kanälen signalisiert, die vom Netzwerk für andere Datenübertragungen vergeben werden.

Auch kann ein (zweiter) zum ersten Interferenzlevel niedrige­ rer Interferenzlevel als Schwellwert für Funkzellen festge­ legt werden, bei dessen Unterschreitung über eine gewisse Dauer das Netzwerk anderen Datenübertragungen weitere (P)USCH-Ressourcen zuweist, ohne daß eine Signalisierung über den Anfang einer Übertragungspause einer Datenübertragung in den dezidierten Kanälen vorliegt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß im USCH vorrangig von den Anwendungen in den dezidierten Kanälen ungenutzte Ressourcen zugeteilt werden und nach Ausschöpfung dieser Res­ sourcen die Ressourcen der aktuell inaktiven Anwendungen auf den dezidierten Kanälen zugeteilt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Funk-Kommunikationssystems, insbesondere eines Mobilfunksystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Funkschnittstelle zwischen Teilnehmerstationen und Basisstationen des Funk-Kommunikations-Netzwerks,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäß zu­ geteilten Übertragungsressourcen in Aufwärtsrichtung, über mehrere Zeitschlitze innerhalb eines TDMA-Rahmens betrachtet und

Fig. 4 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäß zu­ geteilten Ressourcen innerhalb eines Zeitschlitzes, über mehrere TDMA-Rahmen betrachtet.

Das in Fig. 1 dargestellte und beispielhaft als Mobilfunknetz ausgestaltete Funk-Kommunikationssystem besteht aus unterein­ ander vernetzten Mobilvermittlungseinrichtungen MSC/SGSN, die zugleich den Zugang zu Festnetzen wie PSTN, ISDN und IP-Netz herstellen. Sie sind zumindest mit jeweils einer Einrichtung RNC verbunden, die jeweils den Zugang zu mindestens einer Ba­ sisstation Node B_i herstellt und für das Zuteilen funktechni­ scher Ressourcen verantwortlich ist.

Jede Basisstation Node B_i kann über eine Funkschnittstelle Verbindungen V von und zu einer Vielzahl von Teilnehmersta­ tionen UE_i aufbauen, von denen einige beispielhaft darge­ stellt sind. Durch jede Basisstation Node B_i wird zumindest eine Funkzelle Z_j gebildet, die mit anderen Funkzellen zu ei­ ner logischen Gruppe von Funkzellen innerhalb des zellularen Mobilfunksystems zusammengefaßt ist.

Für jeden frequenz-, zeit- und spreizcodeselektiven physika­ lischen Kanal sind eine Anzahl logischer Kanäle definiert, die auf die physikalischen Kanäle abgebildet werden. Sie sind durch eine jeweilige spezifische Parametergruppe gekennzeich­ net. Nutzinformationen wie Sprache, Daten, werden für lei­ tungsvermittelte und paketorientierte Anwendungen über logi­ sche Nutzkanäle (Traffic Channel TCH) geschickt. Signalisie­ rungsinformationen werden über logische Signalisierungskanäle (Control Channel CCH) übertragen. Die Signalisierungskanäle werden außerdem für eine Bit- und TDMA-Rahmen-Synchronisie­ rung und eventuell für paketorientierte Datenübertragungen wie Kurznachrichtendienste (SMS, CBS) benutzt.

Für zeitkritische (Real Time RT-)Datenübertragungen, wie Sprache, werden in bekannter Weise zur unverzögerten Übertra­ gung exclusiv zugeordnete (dezidierte) logische Nutzanäle DCH eingerichtet. In Fig. 1 sendet die Teilnehmerstation UE₁ der Funkzelle Z₁ RT-Daten in Aufwärtsrichtung an die Basisstation Node B₁. Die Teilnehmerstation UE₁ kann in diesem Fall als RT-Quelle charakterisiert werden. Ein logischer Nutzanal DCH kann dabei aus einer oder mehreren physikalischen Einzelres­ sourcen bestehen und ist für die Maximalwerte stark schwankender Datenraten ausgelegt. In diesem logischen Nutzkanal DCH wird die Übertragung zeitkritischer Daten nicht durch ei­ ne Übertragung von nicht-zeitkritischen (Non Real Time NRT-) Daten oder zeitkritischen Daten weiterer Datenquellen (UE₃, UE₄) verzögert.

Die Anfänge und Enden von Pausen innerhalb von RT-Datenüber­ tragungen werden mit geeigneten Mitteln von der RT-Quelle UE₁ der Basisstation Node B₁ signalisiert.

Beispielsweise werden die Pausenanfänge durch eine Inband-Si­ gnalisierung im zugeordneten logischen Nutzkanal DCH mitge­ teilt.

Hierzu werden in die Datenblöcke (Bursts), in die die zu übertragenden Informationen nach einer Vorbehandlung zur Er­ höhung der Übertragungssicherheit eingeteilt sind, quellen­ seitig spezielle Signalisierungsinformationen in den Signali­ sierungsanteil S (siehe Fig. 2) eines Datenblocks eingetragen und empfangsseitig aus dem Signalisierungsanteil wieder aus­ gelesen.

Die Signalisierung für die Pausenenden kann nach einer weite­ ren Ausprägung der Erfindung, wie in Fig. 1 symbolhaft darge­ stellt, mittels des teilnehmerspezifischen, zweckgebundenen Signalisierungskanals Fast Uplink Access Channel FUACH erfol­ gen.

Zusätzlich oder ausschließlich kann eine Basisstation Node B_i die Pausenanfänge und Pausenenden auch anhand des gemessenen Interferenzlevels in der Funkzelle Z_j ermitteln.

Das vorstehend Ausgeführte gilt sinngemäß auch für eine NRT- Datenquelle UE₂.

Für andere Datenübertragungen, vorzugsweise NRT-Datenüber­ tragungen, aber auch ggf. RT-Datenübertragungen von Daten­ quellen UE₃, UE₄, können nach einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung auch Ressourcen genutzt werden, die nicht be­ reits auf dezidierten Nutzkanälen DCH anderen Datenquellen zugewiesen wurden. Diese Ressourcen bilden erfindungsgemäß den logischen Nutzkanal Uplink Shared Channel USCH. Die Zu­ weisung einer Verbindung zu den physikalischen USCH-Ressour­ cen PUSCH erfolgt in einer Ausgestaltung der Erfindung über einen weiteren Signalisierungskanal, den Uplink Control Chan­ nel UCCH mittels eines Uplink State Flags USF. Flags tragen in bekannter Weise Signalisierungsinformationen innerhalb ei­ nes Datenblocks für eine Unterscheidung von Sprach- und Da­ tenübertragungen. Sie werden weiterhin zur Übertragung von Kontrollinformationen in paketorientierten Datendiensten ein­ gesetzt.

Im UCCH werden pro Übertragungsperiode, diese entspricht in der Regel der Verwürfelungsdauer für Echtzeit-Verbindungen, also 20 ms, Zuordnungen zwischen PUSCH-Ressourcen und USFs gesendet, welche für die nächste Übertragungsperiode gültig sind. Die hierfür notwendige Adressierung der PUSCH-Ressour­ cen kennen die Datenquellen UE₃, UE₄ nach Fig. 1 durch geeig­ nete Mittel. Zum Beispiel sind diese fest im Standard spezi­ fiziert oder werden dauernd von der Basisstation Node B₁ "ge­ broadcastet". Die Adressierung der PUSCH-Reserven kann in ei­ ner weiteren Ausgestaltung auch beim Übergang in den USCH-Mo­ dus den Datenquellen UE₃, UE₄ mitgeteilt werden. Sobald z. B. die NRT-Datenquelle UE₃ im UCCH ihr USF in Verbindung mit ei­ ner oder mehreren PUSCH-Ressourcen vorfindet, weiß sie, daß sie während der nächsten Übertragungsperiode in dieser/diesen und nur in dieser/diesen PUSCH-Ressourcer/n senden darf. Ist ihr USF nicht enthalten, darf sie nicht senden.

Die Anzahl der PUSCH-Ressourcen, für welche pro Übertragungs­ periode USFs im UCCH zugeordnet werden, wird von der Basis­ station Node B₁ bestimmt. Sie richtet sich zum einen nach den Aktivitäten der Datenquellen auf den dezidierten Kanälen, welche der Basisstation Node B₁ über die entsprechende In- und Outband-Signalisierung bekannt ist und zum anderen nach dem von der Basisstation Node B₁ gemessenen Interferenzlevel in der Funkzelle Z₁. Das heißt, wenn der Interferenzlevel in der Funkzelle Z₁ zu hoch wird, muß die Basisstation Node B₁ annehmen, daß z. B. einige Outband-Signalisierungen einer auf einem dezidierten Kanal sendenden Datenquelle bezüglich dem "Ende einer Übertragungspause" nicht empfangen wurden, diese Datenquelle UE₁ wieder begonnen hat zu senden und somit we­ niger PUSCH-Ressourcen zur Verfügung stehen.

Eine beispielhafte Rahmenstruktur der Funkschnittstelle eines TDD-Übertragungsverfahrens ist aus Fig. 2 ersichtlich. Danach ist eine zur Verfügung stehende Gesamtübertragungsbandbreite von z. B. 20 MHz in 4 Teilfrequenzbänder B1 . . . B4 mit einer Bandbreite von 5 MHz eingeteilt. Jeder Funkzelle werden eini­ ge oder auch alle Teilfrequenzbänder B_i geeignet zugewiesen. Dies ist die FDMA-Komponente des hybriden Vielfachzugriffver­ fahrens TD-CDMA. Innerhalb eines jeden Teilfrequenzbandes B_i findet des weiteren gemäß einer TDMA-Komponente eine Aufteilung der Zeitachse in TDMA-Rahmen T_Frame konstanter Länge, beispielsweise 10 ms, statt, die wiederum in bei­ spielsweise 16 Zeitschlitze TS1 bis TS16 von ebenfalls glei­ cher Zeitdauer, beispielsweise 625 µs, mit aufsteigender Nu­ merierung unterteilt sind. In jedem TDMA-Rahmen wiederholt sich die Numerierung. Für die Dauer einer Datenübertragung kann ein und dieselbe Zeitschlitznummer TS1 bis TS16 einer Teilnehmerstation periodisch im TDMA-Rahmenabstand von 10 ms zugewiesen sein. Es besteht ferner die Möglichkeit, nach ei­ nem gewissen Schema die Zeitschlitze TS periodisch zu wech­ seln (Time Slot Hopping). Jeder Funkzelle sind mehrere Zeitschlitze TS zugeteilt. Ein Teil dieser Zeitschlitze TS wird für die Abwärtsstrecke DL von einer Basisstation zu einer Teilnehmerstation und ein Teil für die Aufwärtsstrecke UL verwendet. Dazwischen liegt ein Umschaltpunkt SP, der zwecks vielfältiger asymmetrischer Aufteilung der Übertragungsres­ sourcen variabel administriert sein kann. Mit Channel-Pooling werden einer Kommunikationsverbindung jeweils eine oder meh­ rere Einzelressourcen dynamisch zugewiesen, um Verbindungen mit unterschiedlichen Datenraten zu realisieren oder um meh­ rere Dienste auf einer Verbindung parallel zu betreiben. In­ nerhalb der Zeitschlitze TS werden Datenblöcke (Bursts) über­ tragen, die im Falle von Normalbursts für die Nutzkanäle ei­ nen Datenanteil D, einen Signalisierungsanteil S sowie eine Trainingssequenz T zur Kanalschätzung enthalten.

Entsprechend der CDMA-Komponente werden in einem Zeitschlitz TS die Informationen mehrerer Verbindungen übertragen, indem jeder Zeitschlitz TS nochmals verbindungsindividuell mit ei­ ner Teilnehmercodesequenz gespreizt ist. Die Spreizung von einzelnen Datensymbolen der zu übertragenden Daten D, in de­ nen empfangsseitig bekannte Trainingssequenzen T eingebettet sind, bewirkt, daß innerhalb der Symboldauer T_sym Q Datenchips D-Chips der Dauer T_chip übertragen werden. Die Q Datenchips bilden dabei den verbindungsindividuellen Teilnehmercode. Je Zeitschlitz TS (Vollschlitz) stehen 16 Spreizcodes C1 bis C16 zur Verfügung.

Die Kombination aus einem Teilfrequenzband B, einem Zeit­ schlitz TS und einem Spreizcode C definiert eine Einzelres­ source als kleinste Einheit für die Übertragung von Nutz- und Signalisierungsinformationen.

In Fig. 3 soll beispielhaft eine Zuteilung von Resourcen auf Zeitschlitze und Codes innerhalb eines TDMA-Rahmens darge­ stellt werden. Hierzu ist ein TDMA-Rahmen n + 1 herausgegriffen. Nach dem 10. Zeitschlitz von seinen insgesamt 16 Zeit­ schlitzen sei der Umschaltpunkt SP zwischen der Abwärts­ strecke DL und der Aufwärtsstrecke UL angenommen. Aufgrund der CDMA-Komponente kann jeder Zeitschlitz gleichzeitig von bis zu 8 aus 16 Einzelresourcen (Codes) belegt werden.

Im weiteren soll nur auf die Verwaltung von Nutzkanälen auf der Aufwärtsstrecke UL eingegangen werden.

Die RT-Datenquelle UE₁ aus Fig. 1 sendet Echtzeit-Daten in Form von Sprache an ihre Basisstation Node B₁. Hierzu sei ihr der Code 4 im Zeitschlitz 11 der TDMA-Rahmenstruktur von der Basisstation Node B₁ exclusiv als Ressource zugeteilt. Die Übertragung erfolgt auf dem logischen Nutzkanal DCH. Die Res­ source bleibt der RT-Datenquelle UE₁ auch über Sprechpausen hinweg reserviert. Eine weitere Datenquelle UE₂ bekommt von der Basisstation Node B₁ für ihre Übertragung ebenfalls eine Übertragungsressource auf dem DCH zugeteilt, im Beispiel im Zeitschlitz 13 die Codes 1 bis 4 und im Zeitschlitz 14 die Codes 1, 3, 5 und 8. Offenbar handelt es sich um eine NRT-Da­ ten-Übertragung im 128 kbit/s-Datenservice. Die Ressource für die weitere Datenquelle UE₂ liegt damit auf frei verfügbaren Codes und greift auch in Übertragungspausen der RT-Anwendung von UE₁ nicht auf den exclusiv der RT-Datenquelle UE₁ zuge­ wiesenen Code 4 im Zeitschlitz 11 zu. Dies ist auch dann der Fall, wenn der weiteren Datenquelle UE₂ vom Ressourcen-Mana­ gement andere Codes und/oder Zeitschlitze im Laufe der NRT- Übertragung zugewiesen werden.

Die weitere Datenquelle UE₂ könnte selbstverständlich auch eine RT-Datenquelle sein und mit einem oder zwei Codes - je nach Qualität der Verbindung - auf einem Zeitschlitz auskom­ men.

Außerdem fordert im Beispiel nach Fig. 1 eine NRT-Datenquelle UE₃ eine Verbindung bei der Basisstation Node B1 an. Ihr wer­ den nach einer anderen Ausprägung der Erfindung PUSCH-Res­ sourcen auf dem USCH zugewiesen. Im Beispiel werden ihr die "unbenutzten" Code 15 und 16 in den Zeitschlitzen 13 und 15 zugewiesen, womit ein 64 kbit/s-Datenservice realisiert wer­ den kann. Hierdurch sind Kollisionen mit z. B. der RT-Daten­ quelle UE₁ und der NRT-Datenquelle UE₂ wirkungsvoll ausge­ schlossen. Dies wäre nicht zuverlässig der Fall, bekäme die NRT-Datenquelle UE₃ beispielsweise nach einem Verfahren nach dem Stande der Technik die Codes 1 bis 4 auf dem Zeitschlitz 11 für die Zeit der Sendepausen von RT-Datenquelle UE₁ zuge­ wiesen. Außerdem sind einer weiteren NRT-Datenquelle UE₄ die Codes 13 und 14 auf dem Zeitschlitz 13 zugewiesen.

In Fig. 4 ist schematisiert die Zuteilung von Ressourcen in­ nerhalb eines beispielhaften Zeitschlitzes TS13 über mehrere TDMA-Rahmen n, n + 1, . . . n + 3 an die Datenquellen UE₁, UE₂, UE₃ und UE₄ gezeigt.

Dargestellt ist, daß die Anzahl der im Uplink Shared Channel USCH verfügbaren Ressourcen direkt von der Anzahl der als de­ zidierte Kanäle DCH aktiven Ressourcen pro TDMA-Rahmen, oder auch einer Gruppe von TDMA-Rahmen, z. B. jeweils zwei oder vier TDMA-Rahmen, abhängt. Die maximal erlaubte Anzahl be­ nutzter Ressourcen je Zeitschlitz TS13 ist im Beispiel mit 8 angenommen. Es ist weiterhin der Fall dargestellt, daß die dezidierte Kanäle DCH benutzenden Datenquellen UE₁, UE₂ war­ ten, bis die entsprechende Anzahl der Uplink Shared Channel (USCH-)Ressourcen nicht mehr verwendet wird. Deshalb sind nie mehr als 8 Ressourcen gleichzeitig in Benutzung. Würden die Datenquellen UE₁, UE₂, die die dezidierten Kanäle DCH be­ nutzen, nicht warten, könnten unter Umständen mehr als 8 Res­ sourcen während der Zuweisungsdauer gleichzeitig benutzt wer­ den. Zum Beispiel könnte dies der Fall sein beim Übergang vom TDMA-Rahmen n + 2 auf den TDMA-Rahmen n + 3, sofern die Daten­ quelle UE₂ schon im TDMA-Rahmen n + 2 sendet, anstatt bis zum TDMA-Rahmen n + 3 zu warten.

Der Uplink Shared Channel USCH enthält somit alle Ressourcen, die nicht als dezidierte Kanäle DCHs genutzt werden.

Die Anzahl der real für die USCH-Übertragung genutzten Res­ sourcen ergibt sich aus den Übertragungspausen auf den dezi­ dierten Kanälen DCHs.

Claims (21)

1. Verfahren zur Ressourcenzuteilung in einem Funk-Kommunika­ tionssystem, wobei Ressourcen einer Funkschnittstelle des Funk-Kommunikationssystems durch physikalische Kanäle gebil­ det werden, die für mehrere Verbindungen von und zu Teilneh­ merstationen (UE) im Vielfachzugriff zur Verfügung gestellt werden und sich in der Zeitlage und ihrer Signalform inner­ halb eines vorgegebenen Frequenzbandes unterscheiden, und wo­ bei in Pausen von Datenübertragungen in dezidierten Kanälen (DCH) weitere Datenübertragungen in weiteren Kanälen (USCH) vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß den weiteren Datenübertragungen in Aufwärtsrichtung (UL) solche Ressourcen vom Netzwerk zugewiesen werden, welche nicht bereits den dezidierten Kanälen (DCHs) zugewiesen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen dezidierten Kanal (DCH) benutzende Datenquelle nach jeder Übertragungspause innerhalb einer Datenübertragung eine Ressourcenanforderung an eine Instanz der Ressourcenver­ waltung des Netzwerks adressiert und diese Instanz ihr die exclusiv reservierte Ressource wieder zuteilt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine einen dezidierten Kanal (DCH) benutzende Datenquelle nach jeder Übertragungspause innerhalb einer Datenübertragung der Ressourcenverwaltung des Netzwerkes das Ende der Übertra­ gungspause anzeigt und danach unverzögert auf ihren ihr zuge­ teilten dezidierten Kanal (DCH) wieder zugreift.

4. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß Datenquellen die Anfänge und Enden ihrer Übertragungspau­ sen innerhalb von Datenübertragungen einer Instanz zur Res­ sourcenverwaltung des Netzwerks signalisieren und diese In­ stanz daraus die freien Ressourcen feststellt und an eine o­ der mehrere Datenquellen auf nicht dezidierten Kanälen ver­ gibt.

5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß den anderen, nicht dezidierte Kanäle benutzenden Daten­ quellen Ressourcen auf einer gemeinsam genutzten Ressource (USCH) oder einem vergleichbaren Nutzkanal zugewiesen werden.

6. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuweisung anderer Datenquellen zu der gemeinsam ge­ nutzten Ressource (USCH) vom Netzwerk über einen Signalisie­ rungskanal (UCCH) vorgenommen wird.

7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuweisung anderer Datenquellen zu der gemeinsam ge­ nutzten Ressource (USCH) vom Netzwerk mittels einer Inband- Signalisierung in dem Signalisierungskanal (UCCH) erfolgt.

8. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Übertragungsperiode eine Zuordnung der physika­ lischen gemeinsam genutzten Ressource (PUSCH) und Statusan­ zeiger (USFs) gesendet wird, welche für die nächste Übertra­ gungsperiode gültig sind.

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der physikalischen gemeinsam genutzten Resour­ cen (PUSCH), für welche je Übertragungsperiode Statusanzeiger (USFs) im Signalisierungskanal (UCCH) zugeordnet werden, vom Netzwerk entsprechend den Aktivitäten der Datenquellen auf den dezidierten Kanälen (DCHs) und/oder dem Interferenzlevel in der Funkzelle festgelegt werden.

10. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfänge von Übertragungspausen in Datenübertragungen von den Datenquellen dem Netzwerk als Inband-Signalisierung mitgeteilt werden.

11. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden von Übertragungspausen in Datenübertragungen von den Datenquellen dem Netzwerk auf einem zweiten Signali­ sierungskanal (FUACH) signalisiert werden.

12. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfänge und Enden der Übertragungspausen von Daten­ übertragungen auf dezidierten Kanälen (DCH) vom Netzwerk an­ hand von Interferenzmessungen in der Funkzelle ermittelt wer­ den.

13. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schwellwert bezüglich der Interferenz in der jeweiligen Funkzelle festgelegt wird, dessen Unterschreitung Pausen in Datenübertragungen auf dezidierten Kanälen (DCHs) signalisiert, die vom Netzwerk für andere Datenübertragungen vergeben werden.

14. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem ersten Schwellwert niedrigerer zweiter Schwellwert festgelegt wird, bei dessen Unterschreitung das Netzwerk anderen Datenübertragungen weitere physikalische ge­ meinsam genutzte Ressourcen (PUSCH) zuweist, ohne daß eine Signalisierung über den Anfang einer Übertragungspause einer dezidierten Kanal (DCH) benutzenden Datenübertragung vor­ liegt.

15. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß von den Anwendungen auf den dezidierten Kanälen (DCHs) ungenutzte Ressourcen zusätzlich zumindest einer gemeinsam genutzten Ressource (USCH) zugeteilt werden.

16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsam genutzten Ressource (USCH) vorrangig von den Anwendungen auf den dezidierten Kanälen (DCHs) ungenutzte Ressourcen zugeteilt werden und nach Ausschöpfung dieser Res­ sourcen die Ressourcen der aktuell inaktiven Anwendungen auf den dezidierten Kanälen (DCHs) zugeteilt werden.

17. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ressource aus einem oder mehreren Codes (C) auf ei­ nem oder mehreren Zeitschlitzen (TS) besteht.

18. Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht in dezidierten Kanälen (DCHs) verwendeten Res­ sourcen in einer gemeinsam genutzten Ressource (USCH) zusam­ mengefaßt werden und daß die Zuweisung dieser Ressourcen an Datenquellen, die nicht dezidierte Kanäle verwenden, über ei­ nen Signalisierungskanal (UCCH) erfolgt.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen Datenquellen, denen nicht bereits als dezi­ dierte Kanäle (DCHs) genutzte Ressourcen zugewiesen werden, Nicht-Echtzeit-Datenquellen sind.

20. Funk-Kommunikationssystem, wobei Ressourcen der Funk­ schnittstelle durch physikalische Kanäle gebildet werden, die für mehrere Verbindungen von und zu Teilnehmerstationen im Vielfachzugriff zur Verfügung gestellt werden und sich in der Zeitlage und ihrer Signalform innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbandes unterscheiden, und wobei in Pausen von Daten­ übertragungen in dezidierten Kanälen (DCH) weitere Datenüber­ tragungen in weiteren Kanälen (USCH) vorgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß den weiteren Datenübertragungen in Aufwärtsrichtung (UL) solche Ressourcen vom Netzwerk zugewiesen werden, welche nicht bereits den dezidierten Kanälen (DCH) zugewiesen sind.

21. Funk-Kommunikationssystem nach Anspruch 20, das als ein Mobilfunksystem ausgestaltet ist.