EP1103109A1 - Verfahren und einrichtung zur kanalzuteilung in einem kommunikationssystem mit cdma-teilnehmerseparierung - Google Patents
Verfahren und einrichtung zur kanalzuteilung in einem kommunikationssystem mit cdma-teilnehmerseparierungInfo
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- EP1103109A1 EP1103109A1 EP99952268A EP99952268A EP1103109A1 EP 1103109 A1 EP1103109 A1 EP 1103109A1 EP 99952268 A EP99952268 A EP 99952268A EP 99952268 A EP99952268 A EP 99952268A EP 1103109 A1 EP1103109 A1 EP 1103109A1
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- EP
- European Patent Office
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- cdma
- node
- nodes
- data rate
- tree structure
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- Withdrawn
Links
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/204—Multiple access
- H04B7/216—Code division or spread-spectrum multiple access [CDMA, SSMA]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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- H04J13/20—Allocation of orthogonal codes having an orthogonal variable spreading factor [OVSF]
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
- H04J13/00—Code division multiplex systems
- H04J13/0007—Code type
- H04J13/004—Orthogonal
- H04J13/0044—OVSF [orthogonal variable spreading factor]
Definitions
- the invention relates to a method and a device for channel allocation in a communication system with CDMA subscriber separation.
- a channel describes a connection from a message source (transmitter) to a message sink (receiver).
- the information to be transmitted is usually coded, modulated and amplified on the transmission side, so that it can be evaluated on the reception side by means of measures corresponding to the transmission side after transmission, which usually results in attenuation and distortion.
- a cable or a radio interface can be used as the transmission medium.
- information for example voice, image information or other data
- the electromagnetic waves are emitted at carrier frequencies that lie in the frequency band provided for the respective system.
- frequencies in the frequency band of approx. 2000 MHz are provided.
- FDMA frequency division multiple access
- TDMA time division multiple access
- CDMA code division multiple access
- Channel allocation procedures describe a strategy for how to make the best possible use of the radio resources of the
- the channels are allocated to the individual connections, whereby it should be noted that future changes in the data rate of individual connections should result in the least possible adaptation effort when allocating the channels to the previous connections.
- An adjustment effort arises when an existing connection has to give up a CDMA code and another CDMA code is assigned to it.
- the CDMA codes form the channels for connections, the CDMA codes available for channel allocation being derived from one another in a tree structure.
- a chip sequence of a higher-order CDMA code is thus, for example, a subset of the chip sequence of a lower-order CDMA code.
- the CDMA codes are represented by nodes within the tree structure. Several knots come together in a node, which in turn lead to further nodes of lower order.
- the nodes are represented for the method of channel allocation by a symbol sequence, the symbol sequences of two nodes differing in one place, which are within the distance of the two nodes from their union nodes corresponds to the tree structure.
- a small digit means that two nodes are very different and a difference already occurs close to the root of the tree structure. In other words, the union node (father node) is near the root in this case.
- a distinction is made between free nodes and assigned nodes, a free node designating an unassigned CDMA code and a busy node designating an assigned CDMA code. Only unassigned CDMA codes can be allocated.
- a free CDMA code For the allocation of a free CDMA code to a connection, in a first step all free nodes are selected which are not connected directly up or down in the tree structure to an already occupied node, i.e. differ from an already occupied node in at least one symbol.
- No CDMA code may be assigned, the chip sequence of which is an exact subset of an already assigned CDMA code or for which the chip sequence of an already assigned CDMA code forms a subset.
- the position in the symbol sequence is determined for the selected nodes, beginning with the root of the tree structure, in which a difference to an already occupied node occurs.
- the location is therefore a measure of the distinctive character of two CDMA codes.
- the data rate for one of the two CDMA codes can be increased without a collision with the second CDMA code occurring. Furthermore, a sum of the positions for all occupied nodes is determined and the channel with the CDMA code is allocated which corresponds to the node of the predeterminable sum. The allocation strategy is thus based on the distinctive character of all other CDMA codes, i.e. on the sum of the distinctions.
- the tree structure is advantageously such that the distance of a node from the root increases hung of the spreading factor of the CDMA code and thus corresponds directly to a reduction in the data rate for the connection.
- the data rate can only be increased without changing the allocation of the other CDMA codes by changing a CDMA code by assigning a new node in the tree structure starting from the previous node in the direction of the root, giving up the previous one.
- the goal is different if for some connections no and only a limited increase in the data rate is possible or wanted, e.g. for participants with a fixed basic data rate. It is advantageous here that the predeterminable sum is the largest of the sums. CDMA codes that do not differ greatly are thus allocated, that is to say parts of the tree structure are kept free for further connections with possibly higher data rates.
- a mixed form for the previous two strategies provides that an increase possibility for a data rate of the connection is determined and a node with a difference to an already occupied node is selected at a certain position, the position corresponding to the increase possibility.
- the possibility of increasing the data rate can be found in the tree structure in the number of nodes that can be moved in the direction of the root (one node before the union node with an already occupied node) without a collision with an already assigned CDMA code. If the potential for improvement is known in advance, can That is, exactly a sufficient part of the tree structure must be reserved, ie not too much and not too little.
- the process can also be carried out in several stages.
- An advantageous further development of the invention provides that several channels with different CDMA codes are allocated, a desired data rate resulting from the total of the individual data rates of the CDMA codes.
- the free nodes of the tree structure can with a high load, i.e. Allocation of the nodes, nevertheless be used well.
- the symbols are digital values.
- One branch branches off from each node in the direction of the root and two branches in the opposite direction.
- a particularly easy to implement mapping of the CDMA codes onto the tree structure provides that, starting from the root of the tree structure, the two following nodes of the outgoing branches are represented by an additional “0” or “1” in the symbol sequence, the number the bits of the symbol sequence correspond to the spreading factor.
- the digital tree structure is very clear.
- the CDMA codes are, for example, orthogonal codes (OVSF) with a variable spreading factor. This simplifies the detection on the receiving side, since such CDMA codes constantly support the best possible decorrelation.
- OVSF orthogonal codes
- a channel assignment according to the invention can be used in a wide variety of communication systems, use for the downward direction of a radio interface in a broadband radio communication System particularly advantageous.
- a radio interface is set up for the 3rd generation of mobile communications and can support a large number of channels. The larger the number of channels, the more important a good assignment strategy is.
- a desired data rate and / or possibility of increasing the data rate of the connection is derived from an identifier and / or from a signaled request from a mobile station.
- the potential for increase can thus be determined precisely for the mobile stations and in accordance with the current connection and service profiles, and thus only the necessary and not useless free spaces in the tree structure can be reserved in the assignment strategy.
- FIG. 1 shows the structure of orthogonal CDMA codes with a variable spreading factor
- FIG. 2 shows a tree structure for displaying the CDMA codes
- FIGS. 3-5 allocation strategies for channel allocation
- FIG. 6 shows a schematic representation of a mobile radio system.
- the different connections can be distinguished on the basis of an individual CDMA code with which the signals of the connections are spread.
- An example of such a communication system is a digital radio communication system with broadband channels, which consists of the “UTRA Physical Layer
- the level of the tree doubles the number of chips per CDMA code and thus the spreading factor SF.
- two CDMA codes of the next lower level (1,1,1,1) and (1,1, -1, -1) are derived.
- the first half (1,1) is adopted and the second half either adopted (1,1) or inverted (-1, -1). In this way, a code family is created across eight levels, for example.
- a gross data rate of 32 kbit / s is used, for example, to encode voice information with a net data rate of 8 kbit / s and to transmit it in an error-protected manner via the radio interface.
- CDMA codes are allocated according to the data rate desired by the connection. Are all CDMA codes still free, e.g. in the start-up phase, then one of the CDMA codes can be arbitrarily assigned. However, if some of the CDMA codes have already been assigned, then when assigning a CDMA code that is still free to a new connection, boundary conditions must be observed.
- the CDMA codes used within a frequency band in a radio cell must be at least in a part of them Distinguish chip sequence. Furthermore, changes in the data rate of a connection should be taken into account in advance and CDMA codes of a higher level should not be blocked by the new allocation of a CDMA code of a lower level.
- a form of representation in the form of a tree structure according to FIG. 2 is chosen, which designates the nodes of the tree with a digital symbol sequence. Starting from a knot, e.g. 11, a "1" is added for the upper of the branches moving away from the root and a "0" is added for the lower branch. This simplifies an evaluation of the tree structure, since the number of digits of the symbol sequence corresponds directly to the level of the node (and the spreading factor SF) in the tree.
- no difference can be determined.
- the two nodes at least do not differ in a symbol. If no difference can be determined, this corresponds to two CDMA codes which are connected to one another in the tree structure directly upwards or downwards.
- a node (1111 in FIG. 3) blocks all nodes (111, 11, 11, 1) arranged in ascending order in the tree and vice versa.
- the sum of the positions is used at which the first difference from the left occurred in comparison with all nodes already occupied (at least all occupied nodes of a part of the tree structure).
- the sum 9 2 + 2 + 3 + 1 + 1
- the sum 8 1 + 1 + 1 + 2 + 3
- the sum 8 1 + 1 + 1 + 2 + 3.
- the sums are now compared with a predeterminable sum. If the predeterminable sum is the maximum, node 101 is selected. If the predeterminable sum is the minimum, node 010 or 001 can be selected. The choice between the two nodes 010 or 001 is arbitrary.
- the maximum is chosen if it is desired to group the occupied nodes, ie the allocated CDMA codes, closely together (see FIG. 4). This has advantages if there are no major changes in the data rates of the connections. are waiting. The minimum is chosen in order to achieve the most even possible distribution of all CDMA codes used in the tree. From a statistical point of view, this has the advantage that there is maximum flexibility for a later allocation of higher data rates. According to FIG. 3, this is not yet relevant since the data rate cannot be simply doubled for any of the nodes 101, 010 or 001. However, the connections are not permanent, so that if a previously occupied CDMA code is released, the probability for nodes 010 and 001 is greater than for node 110 that an increase in the data rate will be possible in the future.
- the desired data rate and / or possibility of increasing a data rate of the connection is derived from an identifier (e.g. a service class of the possible services or an identification of the mobile station) or from a signaled request from a mobile station for a service. These values can also be updated during a connection.
- Allocation optimization is aimed at a window of data rates for a connection. 5 is again some of the nodes are already occupied.
- the assignment of a CDMA code for a connection with a data rate of 32 Kbit / s with an increase to a maximum of 64 Kbit / s is to be shown.
- a node with a difference to an already occupied node is selected exactly at a certain point, which corresponds to the possibility of increase.
- the possibility of increasing to 64 Kbit / s corresponds to the seventh digit.
- CDMA codes For example, if a connection is to be operated with a data rate of 96 Kbit / s, two CDMA codes must be assigned, either three - 32 Kbit / s or one for 32 Kbit / s and another for 64 Kbit / s.
- the allocation process is therefore multi-stage.
- the desired data rate results from the total of the individual data rates of the CDMA codes. For FIG. 5 this means, for example, that depending on the optimization criterion, one of the nodes 1111011, 1111010 or 1111001 is assigned for the 64 Kbit / s and then a remaining free node is selected for 32 Kbit / s. Allocation of a CDMA codes for the higher data rate should be given before the allocation of a CDMA code for the lower data rate.
- the mobile radio system shown in FIG. 6 as an example of a radio communication system consists of mobile switching centers MSC which are networked with one another or which provide access to a fixed network PSTN. Furthermore, these mobile switching centers MSC are each connected to at least one device RNC (radio network controller) for radio resource management. Each of these devices RNC in turn enables a connection to at least one base station BS. Such a base station BS can connect to other radio stations, e.g. Set up MS mobile stations or other mobile and stationary terminals.
- 6 shows, by way of example, connections VI, V2, Vk for the transmission of useful information and signaling information between mobile stations MS and a base station BS.
- An operation and maintenance center OMC implements control and maintenance functions for the mobile radio system or for parts thereof.
- the base station BS contains a storage device SP for storing the tree structure, the occupied nodes and the CDMA codes, as well as a program for carrying out the allocation process and a processing device BE for selecting an unused node with a corresponding CDMA code and for assigning a channel with the CDMA code to a connection according to one of the previous strategies.
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Abstract
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Kanalzuteilung bilden CDMA-Kodes die Kanäle für Verbindungen. Die CDMA-Kodes werden durch Symbolfolgen in einer Baumstruktur abgebildet und sind voneinander ableitbar. Entsprechend unterschiedlichen Zuteilungsstrategien wird für die noch verfügbaren Knoten jeweils beginnend mit der Wurzel der Baumstruktur die Stelle in der Symbolfolge bestimmt, in der eine Differenz zu einem bereits besetzten Knoten auftritt. Eine Summe der Stellen zu den besetzten Knoten wird bestimmt und der Kanal mit dem CDMA-Kode zugeteilt, der mit dem Knoten mit einer vorgebbaren Summe - der kleinsten oder größten Summe - korrespondiert. Damit können in W-CDMA Mobilfunksystemen ohne Anpassungsaufwand der Kanalzuteilung sowohl Verbindungen mit fester als auch mit variabler Datenrate verwaltet werden.
Description
Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zur Kanalzuteilung in einem Kommunikationssystem mit CDMA-Teilnehmerseparierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Kanalzuteilung in einem Kommunikationssystem mit CDMA-Teilnehmerseparierung .
In einem Kommunikationssystem beschreibt ein Kanal eine Verbindung von einer Nachrichtenquelle (Sender) zu einer Nachrichtensenke (Empfänger) . Die zu übertragenden Informationen werden sendeseitig üblicherweise codiert, moduliert und verstärkt, so daß sie nach der Übertragung, die in der Regel eine Dämpfung und Verzerrung mit sich bringt, empfangsseitig durch mit der Sendeseite korrespondierenden Maßnahmen auswertbar sind.
Als Übertragungsmedium kann eine Leitung oder auch eine Funk- Schnittstelle benutzt werden. Im letzteren Fall spricht man von Funk-Kommunikationssystemen, die in Form von Mobilfunksystemen weite Verbreitung gefunden haben.
In Funk-Kommunikationssystemen werden Informationen (bei- spielsweise Sprache, Bildinformationen oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle zwischen sendender und empfangender Funkstation (Basisstation bzw. Mobilstation) übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt dabei mit Trägerfrequen- zen, die in dem für das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen. Für zukünftige Mobilfunksysteme mit CDMA- oder TD/CDMA-Übertragungsverfahren über die Funkschnittstelle, beispielsweise das UMTS (Universal Mobile Telecommu- nication System) oder andere Systeme der 3. Generation sind Frequenzen im Frequenzband von ca. 2000 MHz vorgesehen.
FDMA (frequency division multiple access) , TDMA (time divi- sion multiple access) oder CDMA (code division multiple access) -Teilnehmerseparierungsverfahren dienen der Unterscheidung der Signalquellen und damit zur Auswertung der Sig- nale. Diese Separierungsverfahren sind auch kombinierbar. Beim CDMA-Teilnehmerseparierungsverfahren werden die Kanäle anhand der individuellen CDMA-Kodes unterschieden.
Kanalzuteilungsverfahren beschreiben eine Strategie, wie zur bestmöglichen Ausnutzung der funktechnischen Ressourcen der
Funkschnittstelle den einzelnen Verbindungen die Kanäle zugeteilt werden, wobei zu beachten ist, daß durch zukunftige Änderungen der Datenrate einzelner Verbindungen ein möglichst geringer Anpassungsaufwand bei der Zuteilung der Kanäle an d e bisherigen Verbindungen entstehen soll. Ein Anpassungsaufwand entsteht, wenn eine bestehende Verbindung einen CDMA- Kode aufgeben muß und ihr ein anderer CDMA-Kode zugeteilt wird. Für ein Kommunikationssystem mit CDMA-Teilnehmersepa- rierung wird diese Aufgabe durch die vorliegende Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 14 gelost. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteranspruchen zu entnehmen.
Beim erfmdungsgemaßen Verfahren zur Kanalzuteilung bilden die CDMA-Kodes die Kanäle für Verbindungen, wobei die für die Kanalzuteilung verfugbaren CDMA-Kodes nach einer Baumstruktur voneinander abgeleitet sind. Eine Chipfolge eines CDMA-Kode höherer Ordnung ist so beispielsweise Teilmenge der Chipfolge eines CDMA-Kodes niederer Ordnung. Die CDMA-Kodes werden durch Knoten innerhalb der Baumstruktur dargestellt. In einem Knoten laufen jeweils mehrere Aste zusammen, die wiederum zu weiteren Knoten niederer Ordnung fuhren.
Die Knoten werden für das Verfahren zur Kanalzuteilung durch eine Symbolfolge repräsentiert, wobei sich die Symbolfolgen zweier Knoten an einer Stelle unterscheiden, die mit dem Abstand der zwei Knoten zu deren Vereinigungsknoten innerhalb
der Baumstruktur korrespondiert. Eine kleine Stelle bedeutet, daß sich zwei Knoten stark unterscheiden und somit schon bereits nahe bei der Wurzel der Baumstruktur ein Unterschied auftritt. Mit anderen Worten, der Vereinigungsknoten (Vater- knoten) ist in diesem Falle nahe der Wurzel. Es wird in freie Knoten und vergebene Knoten unterschieden, wobei ein freier Knoten einen nicht vergebenen CDMA-Kode und ein besetzter Knoten einen vergebenen CDMA-Kode bezeichnet. Nur nicht vergebene CDMA-Kodes können zugeteilt werden.
Für die Zuteilung eines freien CDMA-Kodes an eine Verbindung werden in einem ersten Schritt alle freien Knoten ausgewählt, die nicht direkt auf- oder abwärts in der Baumstruktur mit einem bereits besetzten Knoten verbunden sind, d.h. sich in zumindest einem Symbol von einem bereits besetzten Knoten unterscheiden. Kein CDMA-Kode darf zugeteilt werden, dessen Chipfolge eine genaue Teilmenge eines bereits vergebenen CDMA-Kodes ist oder für den die Chipfolge eines bereits vergebenen CDMA-Kodes eine Teilmenge bildet.
In einem weiteren Schritt wird für die ausgewählten Knoten jeweils beginnend mit der Wurzel der Baumstruktur die Stelle in der Symbolfolge bestimmt, in der eine Differenz zu einem bereits besetzten Knoten auftritt. Die Stelle ist folglich ein Maß für die Unterscheidungskraft von zwei CDMA-Kodes.
Unterscheiden sich zwei CDMA-Kodes stark, so kann für einen der zwei CDMA-Kodes die Datenrate erhöht werden, ohne daß eine Kollision mit dem zweiten CDMA-Kode auftritt. Weiterhin wird eine Summe der Stellen zu allen besetzten Knoten be- stimmt und der Kanal mit dem CDMA-Kode zugeteilt wird, der mit dem Knoten der vorgebbaren Summe korrespondiert. Die Zuteilungsstrategie ist somit auf die Unterscheidungskraft zu allen anderen CDMA-Kodes bezogen, d.h. auf die Summe der Unterscheidungen .
Vorteilhafterweise ist die Baumstruktur derart beschaffen, daß der Abstand eines Knoten von der Wurzel mit einer Erho-
hung des Spreizfaktors des CDMA-Kodes und damit direkt mit einer Verringerung der Datenrate für die Verbindung korrespondiert. Nur durch Veränderung eines CDMA-Kodes, indem innerhalb der Baumstruktur ausgehend vom bisherigen Knoten m Richtung Wurzel ein neuer Knoten unter Aufgabe des bisherigen zugeteilt wird, kann die Datenrate ohne Anpassung der Zuteilung der übrigen CDMA-Kodes erhöht werden.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Zuteilungsstrategie sieht vor, daß die vorgebbare Summe die kleinste der Summen ist. Damit wird erreicht, daß sich die CDMA-Kodes sehr stark unterscheiden und damit der Verbindung mit dem neu zugewiesenen CDMA-Kode für die Zukunft eine maximale Steigerungsmoglichkeit der Datenrate ohne Anpassung der übrigen Zuteilung ermöglicht wird.
Die Zielstellung ist eine andere, wenn für manche Verbindungen keine und nur eine begrenzte Steigerung der Datenrate möglich oder gewollt ist, z.B. für Teilnehmer mit einer festen Grunddatenrate. Hier ist es vorteilhaft, daß die vorgebbare Summe die größte der Summen ist. Somit werden sich nicht stark unterscheidende CDMA-Kodes zugewiesen, also Teile der Baumstruktur f r weitere Verbindungen mit evtl. hoherra- tigen Datenraten freigehalten.
Eine Mischform für die vorherigen beiden Strategien sieht vor, daß eine Steigerungsmoglichkeit f r eine Datenrate der Verbindung festgelegt wird und ein Knoten mit einer Differenz zu einem bereits besetzten Knoten an einer bestimmten Stelle gewählt wird, wobei die Stelle der Steigerungsmoglichkeit entspricht. Die Steigerungsmoglichkeit der Datenrate findet sich in der Baumstruktur in der Anzahl der Knoten wieder, die in Richtung Wurzel verschoben werden kann (ein Knoten vor dem Vereinigungsknoten mit einem bereits besetzten Knoten) , ohne daß eine Kollision mit einem bereits vergebenen CDMA-Kode auftritt. Ist die Steigerungsmoglichkeit vorab bekannt, kann
also genau ein ausreichender Teil der Baumstruktur reserviert werden, d.h. nicht zuviel und nicht zuwenig.
Vorteilhafterweise wird bei der Auswahl des Knotens zusatz- lieh eine Steigerungsmoglichkeit der Verbindungen für die bereits besetzten Knoten beachtet. Damit werden die Steige- rungsmoglichkeiten der bestehenden Verbindungen nicht tangiert.
Das Verfahren kann auch mehrstufig durchgeführt werden. So sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß mehrere Kanäle mit unterschiedlichen CDMA-Kodes zugeteilt werden, wobei sich eine gewünschte Datenrate aus der Gesamtheit der Einzeldatenraten der CDMA-Kodes ergibt. Die freien Knoten der Baumstruktur können bei einer hohen Auslastung, d.h. Belegung der Knoten, trotzdem gut genutzt werden.
Für die weitverbreiteten digitalen Systeme sind die Symbole digitale Werte. Von jedem Knoten zweigt ein Ast in Richtung Wurzel und zwei Aste m entgegengesetzter Richtung ab. Eine besonders leicht zu realisierende Abbildung der CDMA-Kodes auf die Baumstruktur sieht vor, daß ausgehend von der Wurzel der Baumstruktur die zwei folgenden Knoten der abgehenden Aste durch eine zusätzlich „0" bzw. „1" in der Symbolfolge abgebildet werden, wobei die Anzahl der Bits der Symbolfolge mit dem Spreizfaktor korrespondiert. Unabhängig von der genauen Beschaffenheit der CDMA-Kodes ist die digitale Baumstruktur sehr übersichtlich. Die CDMA-Kodes sind beispielsweise orthogonale Kodes (OVSF) mit variablen Spreizfaktor. Dadurch wird die e pfangsseitige Detektion erleichtert, da solche CDMA-Kodes standig eine bestmögliche Dekorrelation unterst tzen.
Obwohl eine erfmdungsgemaße Kanalzuweisung m den unter- schiedlichsten Kommunikationssystemen zum Einsatz kommen kann, ist ein Einsatz für die Abwartsrichtung einer Funkschnittstelle m einem breitbandigen Funk-Kommunikations-
System besonders vorteilhaft. Eine solche Funkschnittstelle wird für die 3. Mobilfunkgeneration eingerichtet und kann eine große Anzahl von Kanälen unterstutzen. Je großer die Anzahl von Kanälen ist, umso wichtiger ist eine gute Zu- Weisungsstrategie.
Nach weiteren vorteilhaften Ausprägungen der Erfindung wird eine gewünschte Datenrate und/oder Steigerungsmoglichkeit für eine Datenrate der Verbindung aus einer Kennung und/oder aus einer signalisierten Anforderung einer Mobilstation abgeleitet. Die Steigerungsmoglichkeit kann damit für die Mobilstationen und entsprechend den aktuellen Verbindungs- und Dienstprofllen genau festgestellt werden und somit in der Zuweisungsstrategie nur die notigen und nicht unnutze Frei- räume in der Baumstruktur reserviert werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbei- spiels bezugnehmend auf zeichnerische Darstellungen naher erläutert.
Dabei zeigen
Fig 1 die Struktur von orthogonalen CDMA-Kodes mit variablen Spreizfaktor, Fig 2 eine Baumstruktur zur Darstellung der CDMA-Kodes, Fig 3 - 5 Zuteilungsstrategien für die Kanalzuteilung, und Fig 6 eine schematische Darstellung eines Mobilfunksystems .
In Kommunikationssystemen mit CDMA-Teilnehmerseparierung sind die unterschiedlichen Verbindungen anhand eines individuellen CDMA-Kodes unterscheidbar, mit dem die Signale der Verbindungen gespreizt sind. Ein Beispiel für ein solches Kommunika- tionssystem ist ein digitales Funk-Kommunikationssystem mit breitbandigen Kanälen, das aus der „UTRA Physical Layer
Descπption FDD parts", vθ.4, vom 25. Juni 1998 bekannt ist.
Für die Abwartsrichtung, d.h. für eine Funkubertragung von Basisstationen zu Mobilstationen, werden orthogonale Kodes mit variablen Spreizfaktor OVSF und mit einer festen Chiprate von 4.096 Mcps nach Fig. 1 eingesetzt. Die orthogonalen Kodes mit variablen Spreizfaktor OVSF sind m einer Baumstruktur darstellbar, wobei die einzelnen CDMA-Kodes innerhalb der Baumstruktur voneinander abgeleitet sind.
Von Ebene zu Ebene des Baumes verdoppelt sich die Anzahl der Chips pro CDMA-Kode und damit der Spreizfaktor SF. Ausgehend vom CDMA-Kode mit der Chipfolge (1,1) werden zwei CDMA-Kodes der nächst tieferliegenden Ebene (1,1,1,1) und (1,1,-1,-1) abgeleitet. Die erste Hälfte (1,1) wird übernommen und die zweite Hälfte entweder übernommen (1,1) oder invertiert uber- nom en (-1,-1). Auf diese Weise entsteht eine Kodefamilie über beispielsweise acht Ebenen. Innerhalb der acht Ebenen gibt es 508 unterschiedliche CDMA-Kodes mit acht unterschiedlichen Datenraten (2048 Kbit/s bei Spreizfaktor SF=4, 1024 Kbit/s bei SF=8, 512 Kbit/s bei SF=16, 256 Kbit/s bei SF=32, 128 Kbit/s bei SF=64, 64 Kbit/s bei SF=128, 32 Kbit/s bei SF=256) . 32 Kbit/s Bruttodatenrate wird beispielsweise gebraucht, um Sprachinformation mit 8 Kbit/s Nettodatenrate kodiert und fehlergeschutzt über die Funkschnittstelle zu übertragen.
Innerhalb der Ebene mit einem Spreizfaktor SF=256 gbit es 256 unterschiedliche CDMA-Kodes, bei der nächsthöheren Ebene sind es 128 CDMA-Kodes u.s.w. Die CDMA-Kodes werden entsprechend der von der Verbindung gewünschten Datenrate zugeteilt. Sind noch alle CDMA-Kodes frei, z.B. in der Anlaufphase, dann kann willkürlich einer der CDMA-Kodes zugeteilt werden. Sind jedoch bereits einige der CDMA-Kodes zugewiesen worden, so sind bei der Zuteilung eines noch freien CDMA-Kodes an eine neue Verbindung Randbedingungen zu beachten.
Die innerhalb eines Frequenzbandes benutzten CDMA-Kodes in einer Funkzelle müssen sich zumindest in einem Teil ihrer
Chipfolge unterscheiden. Weiterhin soll vorausschauend Veränderungen der Datenrate einer Verbindung Rechnung getragen werden und nicht CDMA-Kodes einer höheren Ebene durch die neue Zuteilung eines CDMA-Kodes niederer Ebene blockiert werden.
So wird für die orthogonalen Kodes mit variablen Spreizfaktor OVSF eine Darstellungsform in Form einer Baumstruktur nach Fig. 2 gewählt, die die Knoten des Baumes mit einer digitalen Symbolfolge bezeichnet. Ausgehend von einem Knoten, z.B. 11, wird für den oberen der sich von der Wurzel entfernenden Aste eine „1" hinzugefugt und für den unteren Ast eine „0" hinzugefugt. Dies vereinfacht eine Auswertung der Baumstruktur, da somit die Stellenzahl der Symbolfolge mit der Ebene des Kno- tens (und des Spreizfaktors SF) im Baum direkt korrespondiert.
Für einen Vergleich von Knoten, der für die nachfolgend erläuterten Algorithmen benotigt wird, soll von der Wurzel des Baumes ausgegangen werden. Für den Fachmann ist es jedoch selbstverständlich, daß auch eine entsprechend gegenläufige Auswertung möglich ist.
Werden beispielsweise die Knoten 1110 und
1101 miteinander verglichen, so tritt von links beginnend eine Differenz an der dritten Stelle auf. Spatere Differenzen interessieren nicht.
Für 10 und 1101 ist es die zweite Stelle. Im Extremfall tritt die
Differenz an der achten Stelle auf (Vergleich von 11111110 und 11111111). Der Vergleich ist somit linksbündig.
Werden z.B. die Knoten 00 und
001 miteinander verglichen, so ist keine Differenz festzustellen. Die beiden Knoten unterscheiden sich nicht zumindest
in einem Symbol. Ist keine Differenz festzustellen, so entspricht dies zwei CDMA-Kodes, die m der Baumstruktur direkt auf- oder abwärts miteinander verbunden sind.
Für die Zuteilung eines CDMA-Kodes sind alle die Knoten auszuschließen, die im Vergleich zu einem der besetzten Knoten keine Differenz (Hamming Distanz ist gleich 0) haben. Mit anderen Worten ein Knoten (1111 in Fig. 3) blockiert alle im Baum aufsteigend angeordneten Knoten (111, 11, 11, 1) und umgekehrt.
Für die Zuteilung werden somit alle Knoten ausgewählt, die eine Differenz zu allen besetzten Knoten aufweisen. Weiterhin kommen nur die Knoten in Betracht, die mit der gewünschten Datenrate korrespondieren. Nach Fig. 3 sind für eine gewünschte Datenrate von 1024 Kbit/s bei SF=8 noch 3 Knoten verfugbar (101, 010, 001). Zwischen diesen Knoten muß nun eine Auswahl getroffen werden.
Dazu wird für diese drei Knoten 101, 010, 001 jeweils die Summe der Stellen herangezogen, bei denen im Vergleich mit allen bereits besetzten Knoten (zumindest alle besetzte Knoten eines Teils der Baumstruktur) die von links erste Differenz aufgetreten ist. Für den Knoten 101 ist die Summe 9=2+2+3+1+1, für den Knoten 010 ist die Summe 8=1+1+1+2+3 und für den Knoten 001 ist die Summe 8=1+1+1+2+3.
Die Summen werden nun mit einer vorgebbaren Summe verglichen. Ist die vorgebbare Summe das Maximum, so wird der Knoten 101 gewählt. Ist die vorgebbare Summe das Minimum, so kann der Knoten 010 oder 001 gewählt werden. Die Auswahl zwischen den beiden Knoten 010 oder 001 ist willkürlich.
Das Maximum wird gewählt, wenn es gewünscht ist, die besetz- ten Knoten, d.h. die zugeteilten CDMA-Kodes dicht beemander zu gruppieren (siehe Fig. 4). Dies hat Vorteile, wenn keine großen Veränderungen der Datenraten der Verbindungen zu er-
warten sind. Das Minimum wird gewählt, um eine möglichst gleichmaßige Verteilung aller benutzter CDMA-Kodes im Baum zu erzielen. Dies hat statistisch gesehen den Vorteil, daß damit eine maximale Flexibitat für eine spatere Zuweisung von höheren Datenraten gegeben ist. Nach Fig. 3 kommt dies noch nicht zum Tragen, da für keinen der Knoten 101, 010 oder 001 die Datenrate einfach verdoppelt werden kann. Doch sind die Verbindungen nicht permanent, so daß bei Freigabe eines bisher besetzten CDMA-Kodes die Wahrscheinlichkeit für die Knoten 010 und 001 großer ist als für den Knoten 110, daß eine Steigerung der Datenrate in der Zukunft möglich sein wird.
In Fig. 4 sind Verbindungen zu Teilnehmern mit einer Grund- datenrate von 32 Kbit/s gezeigt, z.B. einfachen Sprachverbindungen. Für diese Teilnehmer sind keine Steigerungen der Datenrate zu erwarten, so daß die Strategie mit dem Maximum für die vorgebbare Summe gewählt wird. Die Summe f r den freien Knoten 11111101 betragt 34=7+7+8+6+6, für die Knoten 11111001 und 11111000 betragt die Summe jeweils 32=6+6+6+7+7. Es wird folglich der Knoten 11111101 gewählt. Damit wird eine spatere neue Zuteilung des Knotens 1111100 mit einer höheren Datenrate von 64 Kbit/s nicht verhindert.
Ein zusatzlicher Aspekt für beide Strategien entsteht, wenn man nicht nur die gewünschte Datenrate für die Verbindung, sondern auch eine definierte Steigerungsmoglichkeit für die Datenrate kennt. Die gewünschte Datenrate und/oder Steigerungsmoglichkeit für eine Datenrate der Verbindung wird aus einer Kennung (z.B. einer Dienstklasse der möglichen Dienste oder eine Identifikation der Mobilstation) oder aus einer signalisierten Anforderung einer Mobilstation für einen Dienst abgeleitet. Diese Werte können auch im Laufe einer Verbindung aktualisiert werden.
Die Optimierung der Zuteilung ist auf ein Fenster von Datenraten f r eine Verbindung gerichtet. In Fig. 5 ist wiederum
ein Teil der Knoten bereits belegt. Es soll die Zuteilung eines CDMA-Kodes für eine Verbindung mit einer Datenrate von 32 Kbit/s mit einer Steigerungsmoglichkeit auf maximal 64 Kbit/s gezeigt werden. Es wird ein Knoten mit einer Differenz zu einem bereits besetzten Knoten genau an einer bestimmten Stelle gewählt, die der Steigerungsmoglichkeit entspricht. Die Steigerungsmoglichkeit auf 64 Kbit/s entspricht der siebenten Stelle.
Dieses ist für die Knoten 11111001 oder 11111000 bzw.
11110011 oder 11110010 der Fall. Die Differenz dieser Knoten zu den Knoten 11111010 bzw. 11110000 tritt genau bei der siebenten Stelle ein. Andere freie Knoten haben Differenzen schon bei der sechsten Stelle (11110100) oder erst an der achten Stelle (11111111) . Welches der zwei Knotenpaare
(11111001 oder 11111000 bzw. 11110011 oder 11110010) in die engere Wahl kommt, hangt wieder von der Optimierung auf das Maximum oder Minimum ab. Die Auswahl zwischen 11111001 oder 11111000 bzw. 11110011 oder 11110010 ist dabei willkürlich. Als Randbedingung ist weiterhin zu beachten, daß evtl. auch für bereits bestehende Verbindungen die Steigerungsmoglichkeit der Datenrate zu beachten sind. Ist für die Verbindung des Knotens 11110000 eine Steigerungsmoglichkeit auf 128 KBit/s vorgemerkt, so ist dies für die Knoten 11110011 und 11110010 ein Ausschlußkriterium.
Soll zum Beispiel eine Verbindung mit einer Datenraten von 96 Kbit/s betrieben werden, so sind zwei CDMA-Kodes zuzuweisen, und zwar entweder drei ä 32 Kbit/s oder eine für 32 Kbit/s und ein weiterer für 64 Kbit/s. Das Zuteilungsverfahren ist somit mehrstufig. Die gewünschte Datenrate ergibt aus der Gesamtheit der Einzeldatenraten der CDMA-Kodes. Für Fig. 5 bedeutet dies z.B., daß je nach Optimierungskriterium einer der Knoten 1111011, 1111010 oder 1111001 für die 64 Kbit/s zugewiesen wird und anschließend ein verbleibender freier Knoten für 32 Kbit/s ausgewählt wird. Die Zuteilung eines
CDMA-Kodes für die höhere Datenrate sollte vor der Zuteilung eines CDMA-Kodes für die niedrigere Datenrate erfolgen.
Das m Fig. 6 dargestellte Mobilfunksystem als Beispiel eines Funk-Kommunikationssystems besteht aus Mobilvermittlungs- stellen MSC, die untereinander vernetzt sind bzw. den Zugang zu einem Festnetz PSTN herstellen. Weiterhin sind diese Mo- bilvermittlungsstellen MSC mit jeweils zumindest einer Einrichtung RNC (radio network Controller) zum Funkressourcen- management verbunden. Jede dieser Einrichtung RNC ermöglicht wiederum eine Verbindung zu zumindest einer Basisstation BS . Eine solche Basisstation BS kann über eine Funkschnittstelle eine Verbindung zu weiteren Funkstationen, z.B. Mobilsta- tionen MS oder anderweitigen mobilen und stationären Endge- raten aufbauen. In Fig. 6 sind beispielhaft Verbindungen VI, V2, Vk zur Übertragung von Nutzinformationen und Signalisie- rungsmformationen zwischen Mobilstationen MS und einer Basisstation BS dargestellt. Ein Operations- und Wartungszentrum OMC realisiert Kontroll- und Wartungsfunktionen für das Mobilfunksystem bzw. für Teile davon.
Die Basisstation BS enthalt eine Speichereinrichtung SP zur Speicherung der Baumstruktur, der belegten Knoten und der CDMA-Kodes, sowie eines Programms zur Durchfuhrung des Zutei- lungsverfahrens und eine Bearbeitungseinrichtung BE zur Auswahl eines nicht belegten Knotens mit korrespondierendem CDMA-Kode und zur Zuweisung eines Kanals mit dem CDMA-Kode an eine Verbindung entsprechend einer der vorherigen Strategien.
Claims
1. Verfahren zur Kanalzuteilung in einem Kommunikationssystem mit CDMA-Teilnehmerseparierung, wobei CDMA-Kodes die Kanäle für Verbindungen bilden, bei dem
- die für die Kanalzuteilung verfugbaren CDMA-Kodes nach einer Baumstruktur voneinander abgeleitet sind,
- für die Baumstruktur jeweils mehrere Aste vereinende Knoten durch eine Symbolfolge repräsentiert werden, wobei sich die
Symbolfolgen zweier Knoten an einer Stelle unterscheiden, die mit dem Abstand der zwei Knoten zu deren Vereinigungsknoten innerhalb der Baumstruktur korrespondiert,
- ein freier Knoten einen nicht vergebenen CDMA-Kode und ein besetzter Knoten einen vergebenen CDMA-Kode bezeichnet,
- für die Zuteilung eines CDMA-Kodes an eine Verbindung alle freien Knoten ausgewählt werden, die nicht direkt auf- oder abwärts in der Baumstruktur mit einem bereits besetzten Knoten verbunden sind, d.h. sich in zumindest einem Symbol von einem bereits besetzten Knoten unterscheiden,
- für die ausgewählten Knoten jeweils beginnend mit der Wurzel der Baumstruktur die Stelle in der Symbolfolge bestimmt wird, m der eine Differenz zu einem bereits besetzten Knoten auftritt und eine Summe der Stellen zu den besetzten Knoten bestimmt wird, und
- der Kanal mit dem CDMA-Kode zugeteilt wird, der mit dem Knoten mit einer vorgebbaren Summe korrespondiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Baumstruktur derart beschaffen ist, daß der Abstand eines Knoten von der Wurzel mit einer Erhöhung des Spreizfaktors (SF) des CDMA-Kodes und damit mit einer Verringerung der Datenrate f r die Verbindung korrespondiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die vorgebbare Summe die kleinste der Summen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem für eine Verbindung mit einer wenig veränderlichen Datenrate die vorgebbare Summe die größte der Summen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine Steigerungsmöglichkeit für eine Datenrate der Verbindung festgelegt wird und ein Knoten mit einer Differenz zu einem bereits besetzten Knoten an einer bestimmten Stelle gewählt wird, wobei die Stelle der Steigerungsmöglichkeit entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei der Auswahl des Knotens zusätzlich eine Steigerungsmöglichkeit der Verbindungen für die bereits besetzten Knoten beachtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem mehrere Kanäle mit unterschiedlichen CDMA-Kodes zugeteilt werden, wobei sich eine gewünschte Datenrate aus der Gesamtheit der Einzeldatenraten der CDMA-Kodes ergibt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Symbole digitale Werte sind und von jedem Knoten ein Ast in Richtung Wurzel und zwei Äste in entgegengesetzter Richtung abzweigen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ausgehend von der Wurzel der Baumstruktur die zwei folgenden Knoten der abgehenden Äste durch eine zusätzlich „0" bzw. „ V in der Symbolfolge abgebildet werden, wobei die Anzahl der Bits der Symbolfolge mit dem Spreizfaktor (SF) korrespondiert.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die CDMA-Kodes orthogonale Kodes (OVSF) mit variablen Spreiz- faktor sind.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
die Kanalzuweisung für die Abwartsrichtung einer Funkschnittstelle m einem breitbandigen Funk-Kommunikationssystem durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine gewünschte Datenrate und/oder Steigerungsmoglichkeit für eine Datenrate der Verbindung aus einer Kennung einer Mobilstation (MS) abgeleitet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine gewünschte Datenrate und/oder Steigerungsmoglichkeit für eine Datenrate der Verbindung aus einer signalisierten Anforderung einer Mobilstation (MS) abgeleitet wird.
14. Einrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein Kommunikationssystem mit CDMA-Teilnehmerseparie- rung, mit einer Speichereinrichtung (SP) zur Speicherung der Baumstruktur, der belegten Knoten und der CDMA-Kodes, mit einer Bearbeitungseinrichtung (BE) zur Auswahl eines nicht belegten Knotens mit korrespondierendem CDMA-Kode und zur Zuweisung eines Kanals mit dem CDMA-Kode an eine Verbindung.
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