DE60125188T2

DE60125188T2 - Verfahren und System zur Reservierung von Bandbreite in einem Funkkommunikationssystem

Info

Publication number: DE60125188T2
Application number: DE60125188T
Authority: DE
Inventors: L. Kenneth Cardiff by the Sea STANWOOD; Ofer Zimmerman; Brian San Diego SPINAR; Yair San Diego BOURLAS; Amir Zahala SEROK
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: ATE348461T1; WO2002005453A3; WO2002005453A2; CN1222137C; US7529193B2; EP1310062B1; AU2001271969A1; EP1310062A2; DE60125188D1; DK1310062T3; US20050089064A1; CN1473415A; PL366339A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Kommunikationssysteme sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung für Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem.
Beschreibung des Standes der Technik
Wie in dem gemeinsam abgetretenen US-Patent Nr. 6,016,311 mit dem Titel "An Adaptive Time Division Duplexing Method and Apparatus for Dynamic Bandwidth Allocation within a Wireless Communication System", das am 18. Januar 2000 ausgegeben wurde, beschrieben ist, erleichtert ein drahtloses Kommunikationssystem die Zweiwegekommunikation zwischen einer Vielzahl von Teilnehmerfunkstationen oder Teilnehmergeräten (stationär und mobil) und einer stationären Netzwerkinfrastruktur. Beispielhafte Kommunikationssysteme umfassen mobile zellulare Telefonsysteme, persönliche Kommunikationssysteme (PCS) und schnurlose Telefone. Die Hauptaufgabe dieser drahtlosen Kommunikationssysteme besteht darin, Kommunikationskanäle auf Anforderung zwischen der Vielzahl von Teilnehmergeräten und ihren jeweiligen Basisstationen bereitzustellen, um einen Teilnehmergerät-Benutzer mit der stationären Netzwerkinfrastruktur (für gewöhnlich ein Drahtleitungssystem) zu verbinden. In den drahtlosen Systemen mit Mehrfachzugriffsschemata wird ein Zeit-"Rahmen" als die grundlegende Informationsübertragungseinheit verwendet. Jeder Rahmen bzw. Frame ist in eine Vielzahl von Zeitschlitzen unterteilt. Einige Zeitschlitze werden zu Steuerzwecken und andere zur Informationsübertragung verwendet. Die Teilnehmergeräte kommunizieren typischerweise mit der Basisstation unter Verwendung eines "Duplexbetriebs"-Verfahrens, wodurch der Austausch von Informationen in beiden Richtungen der Verbindung erlaubt wird.
Übertragungen von der Basisstation zu dem Teilnehmergerät werden für gewöhnlich als "Downlink"-Übertragungen bezeichnet. Übertragungen von dem Teilnehmergerät zu der Basisstation werden für gewöhnlich als "Uplink"-Übertragungen bezeichnet. In Abhängigkeit von den Konzeptionskriterien eines bestimmten Systems haben die drahtlosen Kommunikationssysteme des Standes der Technik typischerweise entweder Verfahren des Zeitduplexbetriebs (TDD; time division duplexing) oder des Frequenzduplexbetriebs (FDD; frequency division duplexing) verwendet, um den Austausch von Informationen zwischen der Basisstation und den Teilnehmergeräten zu erleichtern. Sowohl das TDD- als auch das FDD-Duplexbetriebsverfahren sind im Stand der Technik gut bekannt.
Kürzlich wurden drahtlose "Breitband"-Kommunikationsnetze zum Bereitstellen der Übermittlung verbesserter Breitbanddienste, wie zum Beispiel Sprach-, Daten- und Videodienste, vorgeschlagen. Das drahtlose Breitband-Kommunikationssystem erleichtert die Zweiwegekommunikation zwischen einer Vielzahl von Basisstationen und einer Vielzahl stationärer Teilnehmerstationen oder kundeneigenen Endgeräten (CPEs; customer premises equipment). Ein beispielhaftes drahtloses Breitband-Kommunikationssystem ist in dem US-Patent Nr. 6,016,311 beschrieben und in dem Blockschaltbild von 1 gezeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das beispielhafte drahtlose Breitband-Kommunikationssystem 100 eine Vielzahl von Zellen 102. Jede Zelle 102 enthält einen zugeordneten Zellenstandort 104, der in der Hauptsache eine Basisstation 106 und eine aktive Strahler- bzw. Antennenanordnung 108 enthält. Jede Zelle 102 stellt eine drahtlose Konnektivität zwischen der Basisstation 106 der Zelle und einer Vielzahl von kundeneigenen Endgeräten (CPEs) 110 bereit, die an stationären Kundenstandorten 112 über den gesamten Versorgungsbereich der Zelle 102 positioniert sind. Die Benutzer des Systems 100 können sowohl private Kunden als auch Geschäftskunden sein. Die Benutzer des Systems haben folglich unterschiedliche und variierende Verwendungs- und Bandbreitenbedarfserfordernisse. Jede Zelle kann mehrere Hundert oder mehr private oder Geschäfts-CPEs versorgen.
Das drahtlose Breitband-Kommunikationssystem 100 der 1 liefert echte "Bandbreite nach Bedarf" (bandwidth-on-demand) für die Vielzahl von CPEs 110. Die CPEs 110 fordern Bandbreitenzuweisungen von ihren jeweiligen Basisstationen 106 auf dem Typ und der Dienstgüte basierend an, die von den Kunden, die von den CPEs versorgt werden, angefordert werden. Verschiedene Breitbanddienste weisen verschiedene Bandbreiten- und Latenzanforderungen auf. Der Typ und die Güte der für die Kunden verfügbaren Dienste sind veränderlich und auswählbar. Die Menge an Bandbreite, die für einen gegebenen Dienst aufgebracht wird, wird von der Informationsrate und der von diesem Dienst erforderten Dienstgüte (und auch unter Berücksichtigung der Bandbreitenverfügbarkeit und anderer Systemparameter) bestimmt. Kontinuierliche Datendienste des Typs T1 erfordern zum Beispiel typischerweise eine große Menge an Bandbreite mit gut gesteuerter Bereitstellungslatenz. Diese Dienste erfordern, bis sie beendet werden, eine konstante Bandbreitenzuweisung auf jedem Frame. Im Gegensatz dazu sind bestimmte Datendiensttypen, wie zum Beispiel Internet-Protokoll-Datendienste (TCP/IP), stoßweise, oft untätig (was in jedem beliebigen Augenblick Null Bandbreite erfordert), und sind, wenn sie aktiv sind, gegenüber Verzögerungsschwankungen relativ unempfindlich.
Aufgrund der großen Vielfalt der CPE-Diensterfordernisse und aufgrund der großen Anzahl von CPEs, die von jeder einzelnen Basisstation versorgt werden, kann der Bandbreitenzuweisungsprozess in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem, wie zum Beispiel demjenigen, das in 1 gezeigt ist, beschwerlich und komplex werden. Das ist insbesondere hinsichtlich der Zuweisung von Uplink-Bandbreite wahr. Die Basisstationen haben keine A-Priori-Informationen hinsichtlich der Bandbreite oder der Dienstgüte, die ein ausgewähltes CPE zu einem bestimmten Zeitpunkt erfordern wird. Aufforderungen zu Änderungen der Uplink-Bandbreitenzuweisung sind daher notwendigerweise häufig und variierend. Aufgrund dieser Flüchtigkeit in den Uplink-Bandbreitenbedarfen müssen die zahlreichen CPEs, die von einer ausgewählten Basisstation versorgt werden, ihre Bandbreitenzuweisungsanforderungen häufig initiieren. Wenn sie unkontrolliert sind, werden sich die Bandbreitenzuweisungsanforderungen schädlich auf die Systemleistung auswirken. Wenn sie nicht überwacht wird, wird die Bandbreite, die zum Berücksichtigen von CPE-Bandbreitenzuweisungsanforderungen benötigt wird, unverhältnismäßig hoch im Vergleich zu der Bandbreite werden, die für die Übertragung tatsächlicher Verkehrsdaten zugewiesen wird. Daher wird die Kommuni kationssystembandbreite, die verfügbar ist, um Breitbanddienste bereitzustellen, nachteilig reduziert.
Einige Systeme des Standes der Technik haben versucht, Bandbreitenzuweisungsbedarfe in einem System zu lösen, das eine gemeinsam verwendete Systemressource aufweist, indem logische Warteschlangen verwaltet werden, die zu den verschiedenen Datenquellen gehören, die Zugang zu der gemeinsam genutzten Systemressource fordern. Ein derartiges System des Standes der Technik wird von Karol et al. im US-Patent Nr. 5,675,573, ausgegeben am 7. Oktober 1997, gelehrt. Genauer genommen lehren Karol et al. ein Bandbreitenzuweisungssystem, das es Paketen oder Zellen innerhalb von Verkehrsflüssen von verschiedenen Quellen, die um Zugang zu einem gemeinsam genutzten Verarbeitungsgefüge konkurrieren, erlaubt, Zugang zu diesem Gefüge (Fabric) in einer Reihenfolge zu erhalten, die hauptsächlich auf der Grundlage einzelner garantierter Bandbreitenbedarfe, die mit jedem Verkehrsfluss assoziiert sind, bestimmt wird. Zusätzlich erlaubt es das von Karol et al. gelehrte System den verschiedenen Quellen, Zugang zu dem gemeinsam genutzten Verarbeitungsgefüge in einer Reihenfolge zu erhalten, die sekundär auf der Grundlage von Gesamtsystemkriterien bestimmt wird, wie zum Beispiel einer Ankunftszeit oder einem Fälligkeitsdatum von Paketen oder Zellen innerhalb der Verkehrsflüsse. Pakete oder Zellen von Daten von jeder Datenquelle (wie zum Beispiel eine Bandbreite anfordernde Vorrichtung) werden in getrennten logischen Puffern in Warteschlangen gestellt, während sie auf den Zugang zu dem Verarbeitungsgefüge warten.
Die Bandbreitenzuweisungstechniken, die in der EP 1183902 (WO 0072626) beschrieben sind, die nach dem Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht worden ist, verwenden Mechanismen, die als "Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle" bezeichnet werden, um je nach Nachfrage Bandbreitenbedürfnisse von einzelnen CPE-Verbindungen bereitzustellen. Typischerweise arbeiten die Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle in Übereinstimmung mit der nachfolgenden Beschreibung. Ein CPE sendet typischerweise eine Bandbreitenanforderung an eine zugehörige Basisstation. Die Anforderung identifiziert die gesamten (d.h., die ganzen) Bandbreitenbedürfnisse der Verbindung. Die Basisstation empfängt die Bandbreitenanforderung und bestimmt, ob ausreichend Bandbreite zur Gewäh rung der Bandbreitenanforderung zur Verfügung steht. Wenn ausreichend Bandbreite zur Verfügung steht, wird der Verbindung die angeforderte Bandbreite gewährt, anderenfalls wartet die Basisstation, dass ausreichend Bandbreite verfügbar wird, bevor sie die angeforderte Bandbreite gewährt. Wie in der Hauptpatentanmeldung beschrieben ist, verbessern Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle die Bandbreitenzuweisungseffizienzen in drahtlosen Kommunikationssystemen unter idealen Bedingungen.
Aber es ist wohlbekannt, dass Bandbreitenanforderungen (und zugehörige Gewährungen) verloren gehen können, d.h., nie von der zugehörigen Basisstation empfangen werden, oder aufgrund von Rausch- und Interferenzeffekten, die allen drahtlosen Kommunikationssystemen inhärent sind, verzögert werden können. Wenn Bandbreitenanforderungen während der Übertragung zwischen einem CPE und einer Basisstation verloren gehen oder verzögert werden, können Bandbreitenzuweisungseffizienzen nachteilig beeinflusst werden. Verlorene oder verzögerte Bandbreitenanforderungen tragen zu der Verringerung der Bandbreitenzuweisungseffizienz in drahtlosen Kommunikationssystemen bei, indem sie bewirken, dass die Basisstationen die Bandbreite ihren zugehörigen und entsprechenden CPEs fehlerhaft zuweisen.
Zum Beispiel sei die Situation betrachtet, in der ein ausgewähltes CPE eine Bandbreitenanforderung an seine zugehörige Basisstation sendet, wobei die Anforderung die gesamten Bandbreitenbedarfe des ausgewählten CPE identifiziert. Angenommen, die Bandbreitenanforderung geht während der Übertragung aufgrund einer Interferenz in der Luftverbindung zwischen der Basisstation und dem ausgewählten CPE verloren. In diesem Beispiel empfängt die zugehörige Basisstation die Gesamt-Bandbreitenbedarfe des ausgewählten CPE nie, und die Basisstation wird deshalb niemals die Bandbreitenanforderung des CPE gewähren. Nachdem es eine geeignete Zeitspanne gewartet hat, wird das CPE feststellen, dass es von der Basisstation keine Bandbreitengewährung empfangen hat. Nachteiligerweise wird das CPE nicht in der Lage sein festzustellen, ob die Bandbreitenanforderung während der Übertragung verloren gegangen ist oder ob die Basisstation einfach nur nicht genügend Bandbreite hatte, um die Anforderung (mit der gegebenen Dienstgüte (QoS; Quality of Service) der zugehörigen Verbindung) gewähren zu können.
Das CPE kann dann eine zweite Bandbreitenanforderung für die gleiche Verbindung senden. Unter bestimmten Bedingungen kann eine "Wettlaufbedingung" (race condition) auftreten, die bewirken könnte, dass die Bandbreitenzuweisungstechnik die Zuweisung der Bandbreite vergeuden könnte. Wenn die Zeitsteuerung der Bandbreitenanforderungen (und der nachfolgenden Gewährungen) derart ist, dass das ausgewählte CPE die zweite Bandbreitenanforderungen für die gleiche Verbindung gleichzeitig mit der Gewährung der Basisstation für die erste Anforderung ausgibt, kann es sein, dass die zweite Anforderung und die Gewährung für die erste Anforderung zur gleichen Zeit über die Verbindung (Link) übertragen werden. Das heißt, wenn die Basisstation eine Gewährung für die erste Anforderung vor dem Empfang der zweiten Anforderung von dem CPE sendet, kann es sein, dass die Basisstation auf die zweite Anforderung antwortet und folglich eine doppelte Bandbreitenanforderung für die gleiche Verbindung gewährt. Dies führt nachteiligerweise zu einer ineffizienten Zuweisung von Bandbreite.
Ein alternatives Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, das das Auftreten der oben beschriebenen "Wettlaufbedingung" verhindert, ist das sogenannte "Protokoll der garantierten Übermittlung". Wie wohl bekannt ist, nutzen die Protokolle der garantierten Übermittlung Bestätigungsnachrichten, die im Ansprechen auf Bandbreitenanforderungen gesendet werden. In Übereinstimmung mit dem Lösungsweg des Protokolls der garantierten Übermittlung sendet ein CPE seiner zugehörigen Basisstation eine Bandbreitenanforderung, die die Gesamt-Bandbreitenbedürfnisse einer ausgewählten Verbindung identifiziert. Die Basisstation empfängt die Bandbreitenanforderung und sendet eine Bestätigung zu dem CPE, wodurch der Empfang der Bandbreitenanforderung kommuniziert wird. Wenn das CPE keine Bestätigung empfängt, sendet das CPE die Bandbreitenanfrage erneut. Vorteilhafterweise verringern die Protokolle der garantierten Übermittlung in hohem Maße die Möglichkeit, dass die Basisstation fälschlicherweise dem CPE eine doppelte Bandbreite zuweist (wie oben beschrieben worden ist), und verbessert somit die Bandbreitenzuweisungseffizienzen. Aber die Protokolle der garantierten Übermittlung benötigen nachteiligerweise eine zusätzliche Bandbreite, die für die Übertragung von Bestätigungsnachrichten zwischen den Basisstationen und den CPEs benötigt wird. Außerdem wird die Antwortzeit, die mit der Zuweisung von Bandbreite assoziiert ist, reduziert, weil die CPEs warten müssen, um Bestätigungen von ihren zugehörigen Basisstationen zu empfangen.
Einige Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle, die als "inkrementelle Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle" bekannt sind, versuchen, die oben beschriebenen Probleme, die sich auf die Datenübertragungseffizienz beziehen, dadurch zu lösen, dass sie an Stelle von Gesamt-Bandbreitenanforderungen inkrementelle Bandbreitenanforderungen verwenden. Inkrementelle Bandbreitenanforderungen identifizieren die zusätzlichen Bandbreitenbedürfnisse einer CPE-Verbindung. Zum Beispiel kann eine Basisstation gemäß den inkrementellen Bandbreitenanforderungsverfahren einer zugeordneten CPE-Verbindung 1000 Einheiten von Bandbreite zuweisen. Zu einem späteren Zeitpunkt kann die CPE-Verbindung 1.500 Einheiten an Gesamtbandbreite benötigen (d.h., sie kann zusätzliche 500 Einheiten an Bandbreite benötigen). In Übereinstimmung mit dem inkrementellen Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll wird das CPE eine inkrementelle Bandbreitenanforderung zu seiner zugehörigen Basisstation senden, die angeben wird, dass es zusätzlich 500 Einheiten an Bandbreite benötigt. Beim Empfangen der inkrementellen Bandbreitenanforderung berechnet die Basisstation die aktuellen Bandbreitenbedürfnisse der CPE-Verbindung als 1.500 Einheiten (1000 vorher gewährte Einheiten + 500 angeforderte Einheiten).
Vorteilhafterweise antworten Systeme, die die inkrementellen Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle verwenden, schneller und benötigen weniger Bandbreite als diejenigen, die die Protokolle der garantierten Übermittlung verwenden, weil von den inkrementellen Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollen keine Bestätigungsnachrichten benötigt werden. Nachteiligerweise verliert die Basisstation dann, wenn eine inkrementelle Bandbreitenanforderung verloren geht, die Synchronisation mit der CPE-Verbindung und verliert dadurch die Gesamt-Bandbreitenbedürfnisse des CPE aus den Augen. Die Synchronisation geht verloren, weil die Basisstationen typischerweise die Gesamt-Bandbreitenbedürfnisse berechnen, indem sie jede inkrementelle Bandbreitenanforderung zu der vorhergehenden Gesamt-Bandbreitenbedürfnis-Schätzung addieren. Somit werden die Basisstation und die CPE-Verbindung außer Synchronisation bleiben, bis die CPE-Verbindung zurückgesetzt ist.
Einige Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle haben versucht, Bandbreitenzuweisungsbedarfe in einem System zu lösen, das eine gemeinsam genutzte Systemressource aufweist, indem sie "Null-Bandbreitenanforderungs-"(ZBR; zero bandwidth request)-Nachrichten verwenden. Ein solches beispielhaftes Bandbreitenzuweisungssystem ist als ein Null-Bandbreitenanforderungs-Nachrichten-Protokollsystem bekannt und wird nun beschrieben. ZBR-Nachrichten-Protokollsysteme verwenden "Füllpakete" und das bekannte TDMA-Multiplexing-Verfahren. In dem bekannten TDMA-Multiplexing-Verfahren designiert eine BS einen Teil ihres Uplink-Subframe (d.h., Bandbreite) einem zugeordneten CPE. Das zugeordnete CPE sendet Daten zu der BS auf dem Uplink. Wenn ein CPE nicht genügend Uplink-Daten aufweist, um seinen gesamten Abschnitt der Bandbreite auszunutzen (dh., es ist ihm zu viel Bandbreite zugewiesen worden), sendet es Füllpakete, um seinen unbenutzten Teil der Bandbreite "auszustopfen" oder aufzufüllen. Dann sendet das CPE eine ZBR-Nachricht an seine zugehörige Basisstation (BS), um eine Reduzierung der Bandbreitenzuweisung für das CPE anzufordern. Dann reduziert die dem CPE zugeordnete BS die Bandbreitenzuweisung für das CPE entsprechend.
Nachteiligerweise verringert die Verwendung von ZBR-Nachrichten in ZBR-Nachrichten-Protokollsystemen die Gesamtgeschwindigkeit eines Kommunikationssystems. Basisstationen und CPEs benötigen eine gesteigerte Verarbeitungszeit, um ZBR-Nachrichten jeweils zu verarbeiten und zu senden. Eine BS benötigt mehr Verarbeitungszeit, um ZBR-Nachrichten zu verarbeiten. Dieser Nachteil wird in typischen Kommunikationssystemen noch vergrößert, weil eine BS typischerweise ZBR-Nachrichten von Hunderten von zugeordneten CPEs empfängt. Somit benötigt jede BS in dem Kommunikationssystem relativ große Beträge an Zeit, um diese ZBR-Nachrichten zu verarbeiten.
Ein weiterer Nachteil von Null-Bandbreitenanforderungs-Nachrichten-Protokollsystemen liegt darin, dass die CPEs "in Verwirrung" geraten können, wenn sie entscheiden müssen, ob sie Null-Bandbreitenanforderungen an ihre zugehörigen Basisstationen senden sollen. Zum Beispiel weist ein CPE den folgenden Status auf: eine CG-Verbindungsrate einer Zelle pro Sekunde und eine DAMA-Verbindung, bei der keine Daten zur Verfügung stehen. Wenn die BS, die zu einer CPE gehört, eine Zelle in einem Zeitintervall von einer Sekunde zuweist, kann es sein, dass die Zelle innerhalb der ATM-Controller-Warteschlangen des CPE noch nicht zur Verfügung steht. In Übereinstimmung mit dem ZBR-Protokollsystem sollte die CPE aufgrund des Status der DAMA-Verbindung, dass "keine Daten zur Verfügung stehen", eine ZBR-Nachricht senden. Aber das CPE weiß nicht, ob eine CG-Zelle gesendet werden wird oder nicht, und weiß daher nicht, ob es eine ZBR-Nachricht zu seiner zugehörigen Basisstation senden soll oder nicht. Somit gerät das CPE in Verwirrung und kann fälschlicherweise eine ZBR-Nachricht senden oder fälschlicherweise davon Abstand nehmen, eine ZBR-Nachricht zu senden.
Es besteht ein Bedarf nach einem Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll-Verfahren und einer entsprechenden Vorrichtung, die effizient die Bandbreitenzuweisungsanforderungen verarbeiten und auf diese antworten. Das Bandbreitenzuweisungsverfahren und die Bandbreitenzuweisungsvorrichtung sollten eine willkürlich große Anzahl an CPEs versorgen, die häufige und variierende Bandbreitenzuweisungsanforderungen in dem Uplink eines drahtlosen Kommunikationssystem erzeugen. Zum Beispiel kann es in dem System, das in 1 gezeigt ist, erlaubt sein, dass bis zu einhundert CPEs gleichzeitig aktiv sind, wobei ihre Übertragungen in dem Uplink koordiniert werden. Außerdem kann das System etwa eintausend CPES in dem physikalischen Kanal versorgen. Ein solches Bandbreitenzuweisungsverfahren und eine solche Bandbreitenzuweisungsvorrichtung sollten effizient sein im Hinblick auf den Betrag an Bandbreite, der von den Bandbreitenanforderungs- und -gewährungsnachrichten verbraucht wird, die zwischen der Vielzahl von Basisstationen und der Vielzahl von CPEs ausgetauscht werden. Das heißt, die Vielzahl von Bandbreitenanforderungen, die von dem CPE erzeugt werden, sollten einen minimalen Prozentsatz an zur Verfügung stehender Uplink-Bandbreite verbrauchen. Außerdem sollten das Bandbreitenzuweisungsverfahren und die Bandbreitenzuweisungsvorrichtung auf die Bandbreitenzuweisungsanforderungen in einer rechtzeitigen und genauen Art und Weise antworten. Das Verfahren und die Vorrichtung sollten auf die Bedürfnisse einer bestimmten Kommunikationsverbindung antworten. Die Bandbreitenbedarfe können aufgrund von mehreren Faktoren variieren, die den Diensttyp, der über den Link bereitgestellt wird, und den Benutzertyp einschließen. Die Bandbreite sollte Diensten mit einer hohen Priorität in einem ausreichend kurzen Zeitrahmen zugewiesen werden, um die Dienstgüte aufrechtzuerhalten, die von dem CPE spezifiziert ist. Das Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollverfahren und die entsprechende Vorrichtung sollten sich selber korrigieren, wenn eine Bandbreitenanforderung aufgrund der Rausch- oder Interferenzeffekte verloren geht, die in einer Luftverbindungsleitung vorhanden sind.
QIU X et al beschreibt in:"Dynamic Reservation Multiple Access (DRMA): A New Multiple Access. Scheme for Personal Communication System (PCS)" Wireless Networks, ACM, US, Band 2, Nr. 2, 1. Juni 1996 (1996-06-01), Seiten 117-128, XP000620234 ISSN: 1022-0038, ein bekanntes dynamisches Mehrfachzugriffverfahren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt in einer Ausführungsform ein Verfahren zum Anfordern und Zuweisen von Bandbreite in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem bereit, wie es in Anspruch 1 definiert ist. In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung ein System bereit, wie es im Anspruch 26 definiert ist. In einem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren und die Vorrichtung ein sich selbst korrigierendes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, das effizient Bandbreite in dem drahtlosen Kommunikationssystem zuweist. Das sich selbst korrigierende Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll verwendet eine Kombination aus inkrementellen Bandbreitenanforderungen und Gesamt-Bandbreitenanforderungen. Die CPEs senden primär inkrementelle Bandbreitenanforderungen an zugehörige und entsprechende Basisstationen. Die CPEs senden auch periodisch Gesamt-Bandbreitenanforderungen an ihre zugehörigen Basisstationen. Indem hauptsächlich inkrementelle Bandbreitenanforderungen benötigt werden, wird die Möglichkeit, dass eine Basisstation fälschlicherweise doppelte Bandbreitenzuweisungen an das gleiche CPE für die gleiche Verbindung ausgibt, in hohem Maße reduziert. Wettlaufbedingungen, die auftreten konnten, wenn nur Gesamt-Bandbreitenanforderungen gesendet werden, werden eliminiert, indem erforderlich ist, dass die CPEs die Bandbreite in einer inkrementellen Art und Weise anfordern müssen.
Außerdem sind, da die CPEs periodisch Gesamt-Bandbreitenanforderungen senden müssen (die den aktuellen Zustand ihrer jeweiligen Verbindungswarteschlangen ausdrücken), das Bandbreitenzuweisungsverfahren und die Bandbreitenzuweisungsvorrichtung "selbst korrigierend". Das Bandbreitenzuweisungsverfahren und die Bandbreitenzuweisungsvorrichtung sind selbst korrigierend, weil alle verlorenen inkrementellen Bandbreitenanforderungen von den Basisstationen erfasst werden, wenn die Gesamt-Bandbreitenanforderungen von ihren jeweiligen CPEs empfangen werden. Beim Empfang und bei der Verarbeitung der Gesamt-Bandbreitenanforderungen setzen die Basisstationen ihre Aufzeichnungen zurück, um korrekt die aktuellen Bandbreitenbedarfe ihrer zugeordneten CPEs zu reflektieren. Die periodische Verwendung von Gesamt-Bandbreitenanforderungen stellt ein selbstkorrigierendes Bandbreitenzuweisungsprotokoll bereit, aber ohne den Bandbreiten-Overhead (z.B., Bandbreite, die benötigt wird, um Bestätigungen zu senden), der typischerweise mit den selbstkorrigierenden Protokollen aus dem Stand der Technik assoziiert ist (wie etwa den Protokollen mit garantierter Übermittlung).
In drahtlosen Kommunikationssystemen wird den DAMA-Diensten Bandbreite auf einer Basis der Zuweisung nach Bedarf zugewiesen. Wenn ein CPE zusätzliche Bandbreite in einer DAMA-Verbindung benötigt, sendet es eine Bandbreitenanforderungsnachricht an eine zugehörige Basisstation. Das CPE sendet eine inkrementelle Bandbreitenanforderung an seine zugehörige Basisstation. Periodisch (z.B. alle fünf Bandbreitenanforderungen) sendet das CPE eine Gesamt-Bandbreitenanforderung an seine zugehörige Basisstation. Die Gesamt-Bandbreitenanforderung wird von der Basisstation verwendet, um ihre Aufzeichnungen "zurückzusetzen" (oder zu aktualisieren), um die gegenwärtigen Bandbreitenbedarfe des CPE zu reflektieren. Auf diese Weise wird das vorliegende Bandbreitenzuweisungsprotokoll als "selbstkorrigierend" bezeichnet. In weiteren Ausführungsbeispielen werden vier konsekutive inkrementelle Bandbreitenanforderungen gesendet, gefolgt von einer Gesamt-Bandbreitenanforderungs-Übertragung. In alternativen Ausführungsbeispielen können alternative Muster von konsekutiven inkrementellen und Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel verwenden das Verfahren und die Vorrichtung ein abgekürztes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, um Bandbreite zuzuweisen. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Füllpakete, um eine Reduktion der Bandbreitenzuweisung zu einem CPE anzufordern. In einem Ausführungsbeispiel informiert ein Basisstations-Modem eine Basisstations-CPU, wenn das BS-Modem Füllpakete von einem CPE empfängt. Nach dem Informieren der BS-CPU kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren die Bandbreitenzuweisung des zugeordneten CPE reduzieren.
Die hier offenbarten Ausführungsbeispiele reduzieren den Betrag an Bandbreite, der für Bandbreitenanforderungs- und Bandbreitenzuweisungszwecke zugewiesen werden muss. Die Möglichkeiten, einem CPE zu erlauben, Bandbreite anzufordern, werden strikt kontrolliert und verwenden eine Kombination aus einer Anzahl von Bandbreitenanforderungs- und -zuweisungstechniken, um den Bandbreitenanforderungsprozess zu steuern. Es gibt eine Anzahl an Einrichtungen, durch die ein CPE eine Bandbreitenanforderungsnachricht zu einer zugehörigen Basisstation senden kann.
Eine solche Einrichtung verwendet eine "Abfrage"-Technik, anhand der eine Basisstation ein oder mehrere CPEs abfragt und Bandbreite spezifisch für den Zweck zuweist, dass es den CPEs erlaubt wird, mit einer Bandbreitenanforderung zu antworten. Das Abfragen der CPEs durch die Basisstation kann eine Reaktion auf das Setzen eines "Abfrage-Bits" durch ein CPE oder alternativ dazu periodisch sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung können bei einzelnen CPEs, Gruppen von CPEs oder jedem CPE in einem physikalischen Kanal periodische Abfragen durchgeführt werden. Beim einzelnen Abfragen eines CPE fragt die Basisstation ein einzelnes CPE ab, indem sie Uplink-Bandbreite in einer Uplink-Subframe-Abbildung zuweist, um es dem CPE zu erlauben, mit einer Bandbreitenanforderung zu reagieren. In ähnlicher Weise fragt die Basisstation beim Gruppenabfragen mehrere CPEs ab, indem sie Uplink-Bandbreite in der Uplink-Subframe-Abbildung zuweist, um es den CPEs zu erlauben, mit einer Bandbreitenanforderung zu antworten. Die CPEs müssen um die zugewiesene Bandbreite konkurrieren, wenn eine Kollision auftritt. Die Bandbreitenzuweisungen haben nicht die Form einer expliziten Nachricht, die den CPEs von der Basisstation kommuniziert wird, sondern die Bandbreitenzuweisungen werden vielmehr implizit durch Zuweisen von Bandbreite in der Uplink-Subframe-Abbildung übertragen.
Eine andere Einrichtung, die zum Verringern der Bandbreite, die von den Bandbreitenanforderungsnachrichten verbraucht wird, verwendet wird, ist die Technik der "Huckepack"-Bandbreitenanforderungen auf der einem CPE bereits zugewiesenen Bandbreite. Gemäß dieser Technik fordern gerade aktive CPEs Bandbreite an, indem sie zuvor unbenutzte Abschnitte einer Uplink-Bandbreite verwenden, die dem CPE bereits zugewiesen ist. Alternativ dazu können Bandbreitenanforderungen auf Uplink-Bandbreite, die bereits zugewiesen und aktuell von einem Datendienst benutzt wird, Huckepack genommen werden. Gemäß dieser Alternative "stiehlt" das CPE Bandbreite, die bereits für eine Datenverbindung zugewiesen wurde, indem es Bandbreitenanforderungen in Zeitschlitze einfügt, die zuvor für Daten verwendet wurden.
Das CPE ist für das Verteilen der zugewiesenen Uplink-Bandbreite in einer Art verantwortlich, die die Dienste berücksichtigt, die von dem CPE bereitgestellt werden. Es steht dem CPE frei, die Uplink-Bandbreite, die ihm zugewiesen wurde, in einer Art und Weise zu verwenden, die anders als diejenige ist, die ursprünglich von der Basisstation angefordert oder gewährt worden ist. Vorteilhafterweise bestimmt das CPE, welchen Diensten es Bandbreite gibt und welche Dienste auf die darauf folgenden Bandbreitenanforderungen warten müssen. Ein Vorteil der Tatsache, dass das CPE bestimmt, wie es seine zugewiesene Bandbreite verteilt, besteht darin, dass es die Basisstation der Durchführung dieser Aufgabe entledigt. Zusätzlich wird der Kommunikations-Overhead, der erforderlich ist, wenn die Basisstation das CPE anweist, wie es seine zugewiesene Bandbreite verteilen soll, eliminiert. Durch den Gebrauch einer Kombination von Bandbreitenzuweisungstechniken nutzt das System vorteilhafterweise die Effizienzvorteile, die mit jeder Technik verbunden sind.
Die Basisstations-Medienzugangskontrolle ("MAC") weist verfügbare Bandbreite auf einem physikalischen Kanal in dem Uplink oder dem Downlink zu. Innerhalb der Uplink- und Downlink-Subframes weist die Basisstations-MAC die verfügbare Bandbreite zwischen den verschiedenen Diensten in Abhängigkeit von den Prioritäten und Regeln zu, die von ihrer Dienstgüte ("QoS"; quality of service) auferlegt werden. Die Basisstations-MAC verwaltet einen Satz von Warteschlangen für jeden physikalischen Kanal, den sie versorgt. Innerhalb jedes Warteschlangensatzes eines physikalischen Kanals verwaltet die Basisstation eine Warteschlange für jede QoS. Die Warteschlangen enthalten Daten, die zum Übertragen zu den CPEs bereit sind, die in dem physikalischen Kanal gegenwärtig sind. Den höheren MAC-Steuerschichten der Basisstation steht es frei, alle geeigneten Fairness- oder Verkehrsformungsalgorithmen hinsichtlich des Teilens des Zugangs unter den Verbindungen bei der gleichen QoS zu implementieren, ohne dass sich das auf die niedrigen MAC-Steuerschichten der Basisstation auswirkt. Beim Bestimmen der Menge an Bandbreite, die bei einer bestimmten QoS für ein bestimmtes CPE zuzuweisen ist, berücksichtigt die Basisstation die QoS, die Modulation und die Fairness-Kriterien, die verwendet werden, um ein einzelnes CPE daran zu hindern, die ganze verfügbare Bandbreite aufzubrauchen. Bei einem Ausführungsbeispiel versucht die Basisstation, die Uplink-/Downlink-Bandbreitenzuweisungen auszugleichen, indem sie ein adaptives Zeitduplexbetriebsverfahren (ATDD) verwendet.
Das Verfahren zum Uplink-Bandbreitenzuweisen ist dem Downlink-Bandbreitenzuweisen sehr ähnlich mit der Ausnahme, dass die Datenwarteschlangen, statt von der Basisstation verwaltet zu werden, über jedes einzelne CPE verteilt und von diesem verwaltet werden. Statt den Status der Warteschlange direkt zu prüfen, empfängt die Basisstation vorzugsweise Bandbreitenanforderungen von den CPEs unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein drahtloses Breitband-Kommunikationssystem, das für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist.
2 zeigt eine TDD-Frame- und Multi-Frame-Struktur, die von dem Kommunikationssystem der 1 zum Durchführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
3 zeigt ein Beispiel eines Downlink-Subframe, der von den Basisstationen verwendet werden kann, um Informationen zu der Vielzahl von CPEs in der drahtlosen Kommunikation von 1 zu übertragen.
4 zeigt einen beispielhaften Uplink-Subframe, der für den Gebrauch mit der vorliegenden Bandbreitenzuweisungserfindung geeignet ist.
5 ist ein Flussdiagramm, das die Informationsaustauschsequenz zeigt, die beim Durchführen der Einzelabruf-Technik der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelabruf-Technik der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 zeigt eine beispielhafte Uplink-Subframe-Abbildung, die verwendet wird, um die vorliegende Multicast/Rundsendebandbreitenzuweisungstechnik zu erleichtern.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Multicast- und Rundsendeabfragetechnik der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Einsatz eines "Abfrage-Bits" zeigt, um das Abfragen eines CPE in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu stimulieren.
10 zeigt die Nachrichtensequenz, die von der vorliegenden Erfindung beim Anfordern von Abfragen unter Verwendung des "Abfrage"-Bits benutzt wird.
11 ist ein Flussdiagramm, das den Bandbreitenanforderungs-Huckepackprozess der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 zeigt das Verfahren zur Downlink-Bandbreitenzuweisung, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
13 zeigt das Verfahren zur Uplink-Bandbreitenzuweisung, das von der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
14 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Kommunikationssystems, das zur Verwendung mit in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Ausführungsbeispielen angepasst ist.
15a ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll-Verfahrens zeigt.
15b ist ein Flussdiagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll-Verfahrens zeigt.
16 zeigt ein Flussdiagramm für ein Ausführungsbeispiel des abgekürzten Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll-Verfahrens.
Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen geben in den verschiedenen Zeichnungen gleiche Elemente an.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der vorliegenden Beschreibung sollten die gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele und Beispiele als beispielhaft und nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen für Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolle, die Bandbreite in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem zuweisen. Ein sehr wichtiges Leistungskriterium eines drahtlosen Breitband-Kommunikationssystems und eigentlich jedes Kommunikationssystems, das zu diesem Zweck ein physikalisches Kommunikationsmedium aufweist, das von einer Vielzahl von Benutzern gemeinsam verwendet wird, besteht darin, wie effizient das System das physikalische Medium nutzt. Da drahtlose Kommunikationssysteme Kommunikationsnetze mit gemeinsam genutzten Medien sind, müssen der Zugriff und die Übertragung von den Teilnehmern zum Netz gesteuert werden. Bei drahtlosen Kommunikationssystemen steuert ein Medienzugangskontroll ("MAC")-Protokoll typischerweise die Benutzerzugriffe auf das physikalische Medium. Die MAC bestimmt, wann es Teilnehmern erlaubt wird, auf dem physikalischen Medium zu übertragen. Wenn Konkurrenzen erlaubt sind, steuert das MAC zusätzlich das Konkurrenzverfahren und löst Kollisionen, die auftreten.
In dem in 1 gezeigten System kann die MAC, die von Software ausgeführt wird, die in den Basisstationen 106 vorhanden ist (in einigen Ausführungsbeispielen kann die Software in Prozessoren sowohl in der Basisstation als auch in der CPE ausführen), die Übertragungszeit für alle CPEs 110 steuern. Die Basisstationen 106 empfangen Anforderungen um Übertragungsrechte und gewähren diese Anforderungen innerhalb der verfügbaren Zeit, wobei sie Prioritäten, Diensttypen, Dienstgüte und andere Faktoren berücksichtigen, die mit den CPEs 110 assoziiert sind. Wie oben in dem Hintergrund der Erfindung beschrieben ist, sind die von den CPEs 110 bereitgestellten Dienste TDM-Information, wie zum Beispiel Sprachverbindungen von einer PBX. Am ande ren Ende des Dienstespektrums können die CPEs stoßweise und doch verzögerungstolerante Computerdaten für die Kommunikation mit dem bekannten World Wide Web oder Internet aufwärts verbinden (uplink).
Die Basisstations-MAC erstellt Abbildungen und weist Bandbreite sowohl für die Uplink- als auch für die Downlink-Kommunikationsverbindungen zu. Diese Abbildungen werden von der Basisstation entwickelt und verwaltet und werden Uplink-Subframe-Abbildungen oder Downlink-Subframe-Abbildungen genannt. Die MAC muss ausreichend Bandbreite zuweisen, um den Bandbreitenbedarfen zu entsprechen, die von Diensten mit konstanter Bitrate (CBR) mit hoher Priorität, wie zum Beispiel T1, E1 und ähnlichen Diensten mit konstanten Bitraten auferlegt werden. Zusätzlich muss die MAC die restliche Systembandbreite über die Dienste mit niedrigerer Priorität zuweisen, wie zum Beispiel für Internet-Protokoll (IP)-Datendienste. Die MAC verteilt Bandbreite unter diesen Diensten mit niedrigerer Priorität unter Verwendung verschiedener QoS-abhängiger Techniken, wie zum Beispiel fair gewichtete Warteschlangenbildung und Round-Robin-Warteschlangenbildung.
Der Downlink des Kommunikationssystems, das in 1 gezeigt ist, funktioniert auf einer Punkt-zu-Multipunkt-Basis (dh., von der Basisstation 106 zu der Vielzahl von CPEs 110). Wie in dem US-Patent Nr.: 6,016,311 beschrieben wird, enthält die zentrale Basisstation 106 einen in Sektoren geteilten aktiven Strahler 108, der gleichzeitig zu mehreren Sektoren übertragen kann. In einem Ausführungsbeispiel des Systems 100 überträgt der aktive Strahler 108 an sechs unabhängige Sektoren gleichzeitig. Innerhalb eines gegebenen Frequenzkanals und Strahlersektors empfangen alle Stationen die gleiche Übertragung. Die Basisstation ist der einzige Sender, der in die Downlink-Richtung funktioniert, sie überträgt daher, ohne sich mit anderen Basisstationen koordinieren zu müssen, mit Ausnahme des Gesamtzeitduplexbetriebs, der Zeit in Upstream- (Uplink-) und Downstream- (Downlink-)-Übertragungsperioden unterteilt. Die Basisstation rundsendet an alle CPEs in einem Sektor (und einer Frequenz). Die CPEs überwachen die Adressen in den empfangenen Nachrichten und berücksichtigen nur diejenigen, die an sie adressiert sind.
Die CPEs 110 teilen den Uplink auf einer Nachfragebasis, die von der Basisstations-MAC gesteuert wird. In Abhängigkeit von der Dienstklasse, die von einem CPE verwendet wird, kann die Basisstation einem ausgewählten CPE kontinuierliche Rechte zum Übertragen auf dem Uplink zuteilen, oder das Recht zu übertragen kann von einer Basisstation nach dem Empfang einer Anforderung von dem CPE gewährt werden. Zusätzlich zu einzeln adressierten Nachrichten können auch Nachrichten von der Basisstation zu Multicast-Gruppen (Steuernachrichten und Videoverteilung sind Beispiele für Multicast-Anwendungen) sowie zu allen CPEs rundgesendet werden.
Innerhalb jedes Sektors müssen die CPEs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Übertragungsprotokoll einhalten, das die Konkurrenz zwischen CPEs minimiert und es erlaubt, den Dienst an die Verzögerungs- und Bandbreitenerfordernisse jeder Benutzeranwendung anzupassen. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, wird dieses Übertragungsprotokoll durch die Verwendung eines Abfragemechanismus verwirklicht, wobei Konkurrenzvorgehensweisen als ein Backup-Mechanismus verwendet werden, wenn ungewöhnliche Bedingungen das Abfragen aller CPEs angesichts der gegebenen Verzögerungs- und Reaktionszeitauflagen undurchführbar machen. Die Konkurrenzmechanismen können auch verwendet werden, um das einzelne Abfragen von CPEs zu vermeiden, die während langer Zeiträume inaktiv sind. Die Abfragetechniken, die durch das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren und die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung bereitgestellt werden, vereinfachen den Zugangsprozess und garantieren, dass Dienstanwendungen die Bandbreitenzuweisung auf einer deterministischen Basis erhalten, falls erforderlich. Im Allgemeinen sind Datendienstanwendungen relativ verzögerungstolerant. Im Gegensatz dazu erfordern Echtzeit-Dienstanwendungen, wie zum Beispiel Sprach- und Videodienste, dass die Bandbreitenzuweisungen rechtzeitig und unter Einhaltung sehr strikt gesteuerter Planungen erfolgen.
Frame-Abbildungen – Uplink- und Down/ink-Subframe-Mappings
In einem Ausführungsbeispiel verwalten die Basisstationen 106 Subframe-Abbildungen der Bandbreite, die den Uplink- und Downlink-Datenübertragungssystemen zugewiesen werden. Wie in dem US-Patent Nr.: 6,016,311 beschrieben wird, werden der Uplink und der Downlink in einer Zeitduplexbetriebs- (oder "TDD"-)-Art gemultiplext. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Frame als N aufeinander folgende Zeitperioden oder Zeitschlitze enthaltend definiert (wobei N konstant bleibt). Gemäß diesem "auf einem "Frame basierenden" Ansatz konfiguriert das Kommunikationssystem dynamisch die ersten N_t Zeitschlitze (wobei N größer oder gleich N₁ ist) nur für Downlink-Übertragungen. Die restlichen N₂ Zeitschlitze werden dynamisch nur für Uplink-Übertragungen konfiguriert (wobei N₂ gleich N-N₁ ist). Bei diesem TDD-Schema auf Frame-Basis wird der Downlink-Subframe vorzugsweise zuerst übertragen und erhält ein Präfix mit Informationen, die für die Frame-Synchronisation erforderlich sind.
Wie auf dem Gebiet der Kommunikationstechnologie wohlbekannt ist, können der Uplink und der Downlink in einem anderen Kommunikationssystem unter Verwendung des bekannten Frequenzduplexbetriebs- (oder "FDD"-)-Ansatzes gemultiplext werden. FDD-Techniken sind in der Kommunikationstechnik gut bekannt und werden deshalb hier nicht ausführlicher beschrieben. Aber ein beispielhaftes TDD-System wird hier ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann sowohl in dem beschriebenen TDD-Kommunikationsystem, als auch in einem FDD-Kommunikationssystem verwendet werden.
2 zeigt eine TDD-Frame- und Multi-Frame-Struktur 200, die von einem Kommunikationssystem (wie etwa dem in 1 gezeigten) beim Durchführen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie in 2 gezeigt ist, ist der TDD-Frame in eine Vielzahl physikalischer Schlitze (PS) 204 unterteilt. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Frame eine Dauer von einer Millisekunde und umfasst 800 physikalische Schlitze. Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung mit Frames verwendet werden, die eine längere oder kürzere Dauer aufweisen und mehr oder weniger PSs umfassen. Die verfügbare Bandbreite wird von einer Basisstation in Einheiten einer bestimmten vorausdefinierten Anzahl von PSs zugewiesen. Eine Form digitaler Codierung, wie zum Beispiel das bekannte Reed-Solomon-Codierungsverfahren, wird an der digitalen Information über eine vorausdefinierte Anzahl von Biteinheiten, die Informationselemente (PI) genannt werden, ausgeführt. Die Modulation kann innerhalb des Frame schwanken und bestimmt die Anzahl von PS (und daher die Menge an Zeit), die zum Übertragen eines ausgewählten PI erforderlich sind.
Wie in dem US-Patent Nr.: 6,016,311 beschrieben ist, ist in einem Ausführungsbeispiel des drahtlosen Breitband-Kommunikationssystems, das in 1 gezeigt ist, das TDD-Framing adaptiv. Das heißt, die Anzahl der PSs, die dem Downlink zugewiesen werden im Vergleich zum Uplink variiert über die Zeit. Das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung zur Bandbreitenzuweisung können sowohl in adaptiven als auch in fixen TDD-Systemen verwendet werden, die eine Frame- und Multi-Frame-Struktur ähnlich der in 2 gezeigten verwenden. Wie oben beschrieben ist, können die hier offenbarten Ausführungsbeispiele auch in FDD-Kommunikationssystemen verwendet werden. Wie in 2 gezeigt ist, werden zum Unterstützen periodischer Funktionen multiple Frames 202 zu Multi-Frames 206 gruppiert, und multiple Multi-Frames 206 werden zu Hyper-Frames 208 gruppiert. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst jeder Multi-Frame 206 zwei Frames 202, und jeder Hyper-Frame umfasst zweiundzwanzig Multi-Frames 206. Andere Frame-, Multi-Frame- und Hyper-Frame-Strukturen können mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst zum Beispiel jeder Multi-Frame 206 sechzehn Frames 202, und jeder Hyper-Frame umfasst zweiunddreißig Multi-Frames 206. Beispielhafte Downlink- und Uplink-Subframes sind jeweils in den 3 und 4 gezeigt.
Downlink-Subframe-Abbildung
3 zeigt ein Beispiel eines Downlink-Subframe 300, der von den Basisstationen 106 zum Übertragen von Information zu einer Vielzahl von CPEs 110 verwendet werden kann. Vorzugsweise verwaltet die Basisstation eine Downlink-Subframe-Abbildung, die die Bandbreitenzuweisung des Downlink wiedergibt. Der Downlink-Subframe 300 umfasst vorzugsweise einen Frame-Steuer-Header 302, eine Vielzahl von Downlink-Daten-PSs 304, die nach Modulationstyp gruppiert sind (z.B. PS 304 Daten moduliert mit einem QAM-4-Modulationsschema, PS 304' Daten moduliert mit QAM-16, usw.) und eventuell getrennt durch zugehörige Modulationsübergangsspalten (MTGs; modulation transition gaps) 306, die verwendet werden, um unterschiedlich modulierte Daten zu trennen, und eine Sende-/Empfangsübergangsspalte 308. In jedem ausgewählten Downlink-Subframe können ein beliebiger oder mehrere der unterschiedlich modulierten Datenblöcke abwesend sein. Bei einem Ausführungsbeispiel haben die Modulationsübergangsspalten (MTGs) 306 eine Dauer von 0 PS. Wie in 3 gezeigt ist, enthält der Frame-Steuer-Header 302 eine Präambel 310, die von der physikalischen Protokollschicht (oder PHY) zu Synchronisations- und Entzerrungszwecken verwendet wird. Der Frame-Steuer-Header 302 enthält auch Steuerabschnitte sowohl für die PHY (312) als auch die MAC (314).
Die Downlink-Daten-PSs werden zum Übertragen von Daten und Steuernachrichten zu den CPEs 110 verwendet. Diese Daten sind vorzugsweise codiert (zum Beispiel unter Verwendung eines Reed-Solomon-Codierungsschemas) und werden mit der aktuellen Betriebsmodulation übertragen, welche das ausgewählte CPE verwendet. Die Daten werden vorzugsweise in einer vorausdefinierten Modulationssequenz übertragen; wie zum Beispiel QAM-4, gefolgt von QAM-16, gefolgt von QAM-64. Die Modulationsübergangsspalten 306 enthalten Präambeln und werden zum Trennen der Modulationen verwendet. Der PHY-Steuerabschnitt 312 des Frame-Steuer-Headers 302 enthält vorzugsweise eine Rundsendenachricht, die die Identität des PS 304 angibt, an welchem das Modulationsschema wechselt. Schließlich trennt die Tx-/Rx-Übergangsspalte 308, wie in 3 gezeigt ist, den Downlink-Subframe von dem Uplink-Subframe, was unten ausführlicher beschrieben wird.
Uplink-Subframe-Abbildung
4 zeigt ein Beispiel eines Uplink-Subframe 400, der für die Verwendung mit der vorliegenden Bandbreitenzuweisungserfindung ausgelegt ist. Gemäß dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vorrichtung zur Bandbreitenzuweisung verwenden die CPEs 110 (1) den Uplink-Subframe 400 zum Übertragen von Information (inklusive Bandbreitenanforderungen) an ihre zugehörigen Basisstationen 106. Wie in 4 gezeigt ist, gibt es drei Hauptklassen von MAC-Steuernachrichten, die von den CPEs 110 während des Uplink-Subframe übertragen werden: (1) diejenigen, welche in Konkurrenzschlitzen übertragen werden, die für die CPE-Registrierung reserviert sind (Registrierungskonkurrenzschlitze 402); (2), diejenigen, welche in Konkurrenzschlitzen übertragen werden, welche für Antworten auf Multicast- und Rundsendeabfragen für die Bandbreitenzuweisung (Bandbreitenan forderungs-Konkurrenzschlitze 404) reserviert sind, und (3) diejenige, welche in einer Bandbreite übertragen werden, die einzelnen CPEs spezifisch zugewiesen ist (CPE-geplante Datenschlitze 406).
Die für Konkurrenzschlitze zugewiesene Bandbreite (d.h., für die Konkurrenzschlitze 402 und 404) wird gruppiert und unter Verwendung eines vorausbestimmten Modulationsschemas übertragen. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Konkurrenzschlitze 402 und 404 zum Beispiel unter Verwendung einer QAM-4-Modulation übertragen. Die restliche Bandbreite wird nach CPE gruppiert. Während seiner geplanten Bandbreite überträgt ein CPE 110 mit einer festen Modulation, die von den Effekten der Umgebungsfaktoren auf die Übertragung zwischen dem CPE 110 und seiner zugehörigen Basisstation 106 bestimmt wird. Der Downlink-Subframe 400 umfasst eine Vielzahl von CPE-Übergangsspalten (CTGs) 408, die ähnlichen Funktionen dienen wie die Modulationsübergangsspalten (MTGs) 306, die oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben sind. Das heißt, dass die CTGs 408 die Übertragungen von den verschiedenen CPEs 110 während des Uplink-Subframe trennen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die CTGs 408 2 physikalische Schlitze in Dauer. Ein übertragendes CPE überträgt vorzugsweise eine Präambel zu 1 PS während des zweiten PS der CTG 408, wodurch es der Basisstation erlaubt wird, sich mit dem neuen CPE 110 zu synchronisieren. Es kann passieren, dass mehrere CPEs 110 in der Registrierungskonkurrenzperiode gleichzeitig übertragen, was zu Kollisionen führt. Wenn eine Kollision auftritt, antwortet die Basisstation eventuell nicht.
Durch die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Bandbreitenzuweisung, die hier offenbart sind, werden geplante Uplink-Verkehrsdaten bandbreitenmäßig spezifischen CPEs 110 für das Übertragen von Steuernachrichten und Dienstdaten zugewiesen. Die geplanten Daten des CPE werden innerhalb des Uplink-Subframe 400 auf der Grundlage des Modulationsschemas, das die CPEs 110 verwenden, angeordnet. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und in der Art und Weise, die unten ausführlich beschrieben wird, wird die Bandbreite von einem CPE 110 angefordert und anschließend von einer zugehörigen Basisstation 106 gewährt. Die ganze Bandbreite, die einem ausgewählten CPE innerhalb eines gegebenen TDD-Frame (oder alternativ, je nach Fall innerhalb eines adaptiven TDD-Frame) zu gewiesen wird, wird in einen benachbarten CPE-geplanten Datenblock 406 gruppiert. Die physikalischen Schlitze, die den CTGs 408 zugewiesen sind, sind in der Bandbreitenzuweisung für ein ausgewähltes CPE 110 in der Uplink-Subframe-Abbildung der Basisstation enthalten.
Zusätzlich zu der Bandbreite, die für das Übertragen verschiedener Typen von Breitbanddiensten zugewiesen wird (dh., die Bandbreite, die für die geplanten Datenschlitze 406 der CPE zugewiesen wird), und der Bandbreite, die für CPE-Registrierungskonkurrenzschlitze zugewiesen wird, muss von der Basisstations-MAC auch Bandbreite für Steuernachrichten, wie zum Beispiel Anfragen um zusätzliche Bandbreitenzuweisungen, zugewiesen werden. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, fordern CPEs 110 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung Änderungen ihrer Bandbreitenzuweisungen an, indem sie Bandbreitenanforderungen bei ihren zugehörigen Basisstationen 106 machen. Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren und die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung reduzieren die Menge an Bandbreite, die für diese Bandbreitenzuweisungsanforderungen reserviert werden muss. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die Gelegenheiten zum Anfordern von Bandbreite sehr knapp gesteuert. Die vorliegende Erfindung verwendet vorteilhafterweise eine Kombination aus einer Anzahl von Techniken, um den Bandbreitenanforderungsprozess knapp zu steuern. Es gibt eine Anzahl von Einrichtung, anhand derer ein CPE eine Bandbreitenanforderungsnachricht an seine zugehörige Basisstation übertragen kann.
Eine solche Einrichtung verwendet zum Beispiel eine "Abfrage"-Technik, anhand derer eine Basisstation ein oder mehrere CPEs abfragt und Bandbreite spezifisch für den Zweck zuweist, dass es dem CPE oder den CPEs erlaubt wird, Bandbreitenanforderungen zu übertragen. Gemäß diesem Verfahren kann das Abfragen von CPEs durch die Basisstation als Reaktion auf das Setzen eines "Abfrage-Bits" durch das CPE in einer Uplink-Richtung erfolgen oder periodisch erfolgen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können periodische Abfragen einzelner CPEs ("Abfragen auf Reservierungsbasis" genannt"), bei Gruppen von CPEs ("Multicast"-Abfrage) oder bei jedem CPE in einem physikalischen Kanal ("Rundsende"-Abfrage") durchgeführt werden. Bei der Abfrage auf Reservierungsbasis fragt die Basisstation ein einzelnes CPE ab und weist dann Uplink-Bandbreite zu, um es dem CPE zu erlauben, mit einer Bandbreitenan forderung zu antworten. In ähnlicher Weise fragt die Basisstation bei der Multicast- und Rundsendeabfrage mehrere CPEs ab und weist dann Uplink-Bandbreite zu, um es den CPEs zu erlauben, mit einer Bandbreitenanforderung zu antworten. Die CPEs müssen jedoch um die zugewiesene Bandbreite konkurrieren, wenn Kollisionen auftreten. Vorteilhafterweise haben weder die Bandbreitenabfragen noch die Bandbreitenzuweisungen die Form expliziter Nachrichten, die von der Basisstation an die CPEs übertragen werden. Die Bandbreitenabfragen umfassen vielmehr nicht verlangte Gewährungen von Bandbreite, die ausreicht, um Bandbreitenanforderungen zu übertragen. Bandbreitenzuweisungen erfolgen implizit über Bandbreitenzuweisungen, die in der Uplink-Subframe-Abbildung auftreten. Die Abfragetechniken werden unten unter Bezugnahme auf die 4 bis 10 ausführlicher beschrieben werden.
Wie in 4 gezeigt ist, kann ein Abschnitt der Uplink-Bandbreite periodisch für diese Bandbreitenzuweisungs- oder CPE-Verbindungsanforderungen zugewiesen werden. Der Uplink-Subframe 400 enthält eine Vielzahl von Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitzen 404. Ein CPE 110 muss zuerst registriert werden und eine Uplink-Synchronisation mit einer Basisstation verwirklichen, bevor es eine Bandbreitenzuweisung anfordern darf. Es besteht daher keine Notwendigkeit, in der Länge der Bandbreitenanforderungskonkurrenzperiode Übertragungszeitungewissheiten zuzulassen. Die Bandbreitenanforderungskonkurrenzperiode kann folglich so klein sein wie ein einziges PI, das bei einem Ausführungsbeispiel bei QAM-4 6 PS erfordert. Wie bei den Registrierungsanforderungen, antwortet die Basisstation dem CPE eventuell nicht, wenn eine Kollision auftritt. Wenn die Basisstation jedoch eine Bandbreitenanforderungsnachricht erfolgreich von einem CPE empfängt, antwortet sie durch Zuweisen von zusätzlicher Bandbreite zum CPE für geplante Daten 406 in dem Uplink-Subframe 400. Die verschiedenen von der vorliegenden Erfindung verwendeten Abfragetechniken helfen dabei, den Bedarf an Verwendung der Konkurrenzschlitze 404 zu minimieren. Diese Techniken sind unten ausführlicher beschrieben.
Eine andere Einrichtung, die von der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren der von den Bandbreitenanforderungsnachrichten verbrauchten Bandbreite benutzt wird, ist die Technik des "Huckepack"-Nehmens " ("Piggyba cking") von Bandbreitenanforderungen auf einer Bandbreite, die einem CPE bereits zugewiesen ist. Gemäß dieser Technik fragen aktuell aktive CPEs um Bandbreite an, indem sie zuvor unbenutzte Abschnitte von Uplink-Bandbreite verwenden, die dem CPE bereits zugewiesen ist. Die Notwendigkeit, die CPEs abzufragen, wird dadurch eliminiert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden Bandbreitenanforderungen auf Uplink-Bandbreite, die zugewiesen ist und von einem Datendienst bereits aktiv genutzt wird, Huckepack genommen. Gemäß dieser Alternative "stiehlt" das CPE Bandbreite, die für eine Datenverbindung bereits zugewiesen war, indem sie in zuvor für Daten verwendete Zeitschlitze Bandbreitenanforderungen einfügt. Die Details dieser Huckepack-Techniken sind weiter unten unter Bezugnahme auf 11 ausführlicher beschrieben.
Sobald einem CPE von der Basisstation Bandbreite zugewiesen wird, ist das CPE und nicht die Basisstation für die Verwendung der Uplink-Bandbreite in einer Art und Weise verantwortlich, die die von dem CPE bereit gestellten Dienste berücksichtigen kann. Es steht dem CPE frei, die Uplink-Bandbreite, die ihm zugewiesen wurde, in einer Art und Weise zu verwenden, die anders ist als die ursprünglich angeforderte oder von der Basisstation gewährte. Die Dienstbedarfe, die einem ausgewählten CPE präsentiert werden können, können sich zum Beispiel ändern, nachdem das ausgewählte CPE Bandbreite von seiner zugehörigen Basisstation angefordert hat. Vorteilhafterweise bestimmt das CPE, welchen Diensten es Bandbreite gibt und welche Dienste auf darauf folgende Bandbreitenanforderungen warten müssen. Dazu verwaltet das CPE eine Prioritätsliste von Diensten. Den Diensten mit höherer Priorität (z.B. denen, die hohe Dienstgüteansprüche haben), wird Bandbreite vor den Diensten zugewiesen, die niedrige Priorität haben (z.B. Datendienste des IP-Typs). Hat das CPE nicht ausreichend Bandbreite, um seinen Dienstansprüchen gerecht zu werden, fordert das CPE zusätzliche Bandbreitenzuweisungen an, indem es entweder sein Abfrage-Bit setzt oder eine Bandbreitenzuweisungsanforderung durch Huckepack sendet.
Ein Vorteil der Tatsache, dass das CPE bestimmt, wie es sein zugewiesene Bandbreite verteilt, besteht darin, dass es die Basisstation von der Ausführung dieser Aufgabe befreit. Zusätzlich wird dadurch der Kommunikations-Overhead, der erforderlich ist, damit die Basisstation das CPE anweisen kann, wie es seine zugewiesene Bandbreite verteilen soll, eliminiert, so dass die nutzbare Systembandbreite steigt. Zusätzlich kann das CPE auf die variierenden Uplink-Bandbreitenzuweisungserfordernisse für hochqualitative Servicedatendienste besser reagieren. Die CPE kann daher die Erfordernisse dieser Typen von Dienstansprüchen besser berücksichtigen als die Basisstation.
Die verschiedenen Techniken, die zum Verbessern der Effizienz des Prozesses der Bandbreitenzuweisungsanforderungen verwendet werden, werden unten in den nachfolgenden Unterabschnitten genauer beschrieben. Obwohl diese Techniken in getrennten Unterabschnitten beschrieben werden, verwenden das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren und die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung alle Techniken vorteilhafterweise kombiniert, um die Bandbreite zu verringern, die von Bandbreitenzuweisungsanforderungen verbraucht wird.
Daher nutzt die vorliegende Erfindung vorteilhaft die Effizienzvorteile, die mit jeder Bandbreitenzuweisungstechnik verbunden sind. Obwohl zum Beispiel eine Einzelabfragetechnik bzw. Einzelabruftechnik hinsichtlich der Fähigkeit günstig ist, schnelle Reaktionszeiten auf Bandbreitenzuweisungsanforderungen bereitzustellen, ist sie relativ ineffizient, wenn es um die Menge an Bandbreite geht, die von dem Bandbreitenzuweisungsprozess verbraucht wird. Im Gegensatz dazu ist das Gruppenabfrageverfahren relativ effizient, was die Bandbreite betrifft, die vom Bandbreitenzuweisungsprozess verbraucht wird, ist jedoch hinsichtlich der Fähigkeit weniger effizient, auf Bandbreitenzuweisungsanforderungen zu reagieren. Der Gebrauch eines "Abfrage"-Bits ist relativ effizient, wenn man ihn sowohl vom Standpunkt des Bandbreitenverbrauchs als auch vom Standpunkt der Reaktionszeit her betrachtet. Außerdem verbessert die Huckepack-Technik die Bandbreitenverbrauchseffizienz noch weiter, indem zuvor unbenutzte Abschnitte der Bandbreite verwendet werden, um die Bandbreitenzuweisungsanforderungen zu senden. Anders als bei den Ansätzen des Standes der Technik verwendet die vorliegende Erfindung vorteilhafter alle diese Bandbreitenzuweisungstechniken in Kombination, um die Effizienz zu maximieren.
Abfragen
In einem Ausführungsbeispiel des drahtlosen Breitbandsystems 100 von
1, das für den Gebrauch mit der vorliegenden Erfindung konzipiert ist, wird einem CPE 110 ein dedizierter Verbindungsidentifikator (ID) zugeordnet, wenn sich das CPE 110 anfänglich bei dem System 100 registriert. Die ID wird verwendet, wenn die Basisstation 106 Steuernachrichten mit der Vielzahl von CPEs 110 austauscht. Wie oben beschrieben ist, sind Schwankungen in den Bandbreitenbedarfen (dh., Steigerungen oder Verringerungen der Bandbreitenbedarfe) für alle Dienste erforderlich, die von dem System 100 transportiert werden, mit Ausnahme der Dienste mit nicht verdichtbarer (uncompressible) konstanter Bitrate oder Diensten mit kontinuierlicher Gewährung (CG). Die Bandbreitenbedarfe der nicht verdichtbaren CG-Dienste ändern sich zwischen dem Aufbauen der Verbindung und dem Beenden der Verbindung nicht. Die Anforderungen verdichtbarer CG-Dienste, wie zum Beispiel kanalisierte T1-Dienste, können je nach Verkehr steigen oder sinken.
Im Gegensatz dazu sind viele der Datendienste, die durch das System 100 der 1 erleichtert werden, stoßweise und verzögerungstolerant. Da die Bandbreite diesen Diensten auf einer Basis der Zuweisung nach Bedarf bereitgestellt wird, nennt man diese Dienste für gewöhnlich Demand-Assigned Multiple Access oder "DAMA"-Dienste (Dienste mit bedarfsgesteuertem Mehrfachzugriff). Wenn ein CPE 110 Bandbreite für einen DAMA-Dienst anfordern muss, sendet es eine Bandbreitenanforderungsnachricht zu der Basisstation 106. Die Bandbreitenanforderungsnachrichten übertragen die unmittelbaren Bandbreitenbedarfe für den DAMA-Dienst. Die Bandbreitenbedarfe können sich im Laufe der Zeit ändern und tun dies typischerweise. Die Dienstgüte oder "QoS" für die DAMA-Verbindung wird erstellt, wenn die CPE-Verbindung anfänglich mit der Basisstation aufgebaut wird. Die Basisstation kann daher auf die QoS für jeden DAMA-Dienst, den sie derzeit berücksichtigt, zugreifen oder sie "nachschlagen".
Wie oben beschrieben ist, verfügen die CPEs 110 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung über eine Anzahl verschiedener Techniken, um ihren zugehörigen Basisstationen Bandbreitenanforderungsnachrichten zu kommunizieren. Eine solche Technik besteht darin, als eine Reaktion auf das Abfragen durch eine Basisstation eine Bandbreitenanforderungsnachricht zu senden. Gemäß der von der vorliegenden Erfindung gelehrten Abfragetechnik weist die Basisstation Bandbreite ausgewählten CPEs spezifisch für den Zweck zu, Bandbreitenanforderungen zu machen. Die Bandbreitenzuweisungen können zu einzelnen CPEs oder zu Gruppen von CPEs erfolgen. Wie unten genauer in dem Unterabschnitt beschrieben ist, der die Gruppenabfragetechnik beschreibt, definieren die Zuweisungen zu Gruppen von CPEs Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitze, die zum Lösen von Bandbreitenanforderungskollisionen verwendet werden. Vorteilhafterweise werden die Bandbreitenzuweisungen nicht in der Form expliziter Nachrichten gemacht, sondern vielmehr in der Form von Bandbreitenzuweisungserhöhungen in der übertragenen Abbildung, die den Uplink-Subframe 400 (4) beschreibt. Das Abfragen wird auf einer Basis pro einzelnem CPE durchgeführt, die Bandbreite wird auf der Basis pro Verbindungs-ID bzw. Verbindungskennung angefordert, und Bandbreite wird auf der Basis pro CPE zugewiesen. Diese Konzepte werden unten ausführlicher beschrieben.
Abfragetechnik auf Reservierungsgrundlage (Einzelabruf)
Gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren und der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung wird keine explizite Nachricht übertragen, um das ausgewählte CPE abzufragen, wenn ein CPE einzeln abgefragt wird. Dem CPE wird vielmehr Bandbreite in der Uplink-Subframe-Abbildung zugewiesen, die ausreicht, um es dem CPE zu erlauben, mit der Bandbreitenanforderung zu antworten. Spezifisch weist die Basisstation Bandbreite in dem geplanten CPE-Datenblock 406 (4) für das ausgewählte CPE zu, welche ausreicht, um es dem ausgewählten CPE zu erlauben, mit einer Bandbreitenanforderungsnachricht zu antworten. Fordert das ausgewählte CPE nicht mehr Bandbreite an, sendet es eine Anforderung um Null Byte zurück. Eine Null-Byte-Anforderung (an Stelle gar keiner Anforderung) wird in dem Einzelabfrageprozess verwendet, denn es wird explizite Bandbreite für eine Antwort zugewiesen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kommen nur inaktive CPEs und aktive CPEs, die explizit das Abfragen anfordern, für das einzelne Abfragen in Frage. Aktive CPEs, die ihre jeweiligen "Abfrage-Bits" in dem MAC-Paket- Header nicht setzen, werden nicht einzeln abgefragt. Diese Einschränkungen werden dem Bandbreitenanforderungsprozess durch die vorliegende Erfindung auferlegt und sparen vorteilhafterweise Bandbreite im Vergleich zum Abfragen aller CPEs einzeln. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung reagieren die aktiven CPEs auf das Abfragen, indem sie das gerade in Verwendung befindliche Modulationsschema verwenden. Inaktive CPEs können jedoch durch die Verwendung eines QAM-4- oder ähnlichen robusten Modulationsschemas antworten, um sicherzustellen, dass ihre Übertragung ausreichend robust ist, um von der Basisstation sogar unter nachteiligen Umweltbedingungen erfasst zu werden.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet vorteilhafterweise rechtzeitige Antworten auf Anforderungen nach mehr Bandbreite für einen Dienst mit konstanter Bitrate wie zum Beispiel ein kanalisierter T1-Dienst, bei dem Kanäle dynamisch hinzugefügt oder weggelassen werden können. Um sicherzustellen, dass die Basisstation schnell auf Anforderungen nach mehr Bandbreite für einen Dienst mit konstanter Bitrate reagiert, wird die Uplink-Bandbreite, die einem Dienst mit konstanter Bitrate zugewiesen wird, der derzeit nicht mit maximaler Rate in Betrieb ist, ausreichend breit gemacht, um die aktuelle Rate des Dienstes und eine Bandbreitenanforderung unterzubringen.
Die Informationsaustauschsequenz für den Einzelabruf ist in dem Flussdiagramm der 5 gezeigt. Wie in 5 gezeigt ist, weist die Basisstation vorzugsweise mehrere Schichten von Steuermechanismen oder Protokollstapeln 502, 504 und 506 auf, die unter anderem den Bandbreitenanforderungs- und -zuweisungsprozess steuern. Die Basisstations-MAC ist in zwei Unterdomänen unterteilt: (1) die Domäne HL-MAA MAC 504 und die Domäne LL-MAA MAC 506. Die Domäne LL-MAA MAC erstreckt sich genau über einen physikalischen Kanal. Jeder physikalische Kanal erfordert eine Instanz der LL-MAA MAC-Domäne. Die Domäne HL-MAA MAC überspannt mehrere physikalische Kanäle, typischerweise alle in dem gleichen Sektor. Eine MAC-Domäne umfasst eine HL-MAA MAC-Domäne und die LL-MAA MAC-Domänen, die den physikalischen Kanälen innerhalb der HL-MAA MAC-Domäne zugewiesen sind.
Wie in 5 gezeigt ist, fragt die Basisstation einzeln (wie durch den Steuerpfeil 508 angegeben) ein CPE ab, indem sie ausreichend Bandbreite zuweist, damit das CPE mit einer Bandbreitenanforderungsnachricht antworten kann. Diese Bandbreite wird in dem Uplink-Subframe 400 zugewiesen. Wenn die CPE-MAC 510 feststellt, dass Daten für eine ausgewählte Verbindung k zu senden sind (was typischerweise bestimmt wird, indem sie von einer höheren CPE-Steuerschicht 512 über einen Steuerpfad 514 instruiert wird), gibt der CPE-MAC-Steuermechanismus eine Bandbreitenanforderung 516 zu der Basisstations-MAC 506 aus. Ist nicht genügend Bandbreite für das CPE 110 verfügbar, wie von der LL-MAA 506 der Basisstation festgestellt wird, wird die Bandbreitenanforderung nicht gewährt. Anderenfalls wird die Bandbreitenanforderung gewährt, und das wird der CPE-MAC 510 implizit von der Basisstation mitgeteilt, indem sie dem CPE in dem Uplink-Subframe 400 zusätzliche Bandbreite zuweist. Das ist in 5 über den Steuerpfad 518 gezeigt. Das CPE beginnt dann mit dem Übertragen von Daten zu der Basisstation über den Uplink, indem es die Bandbreite verwendet, welche ihm zugewiesen wurde.
6 ist ein Flussdiagramm, das die Einzelabfragetechnik (Einzelabruftechnik) 600 darstellt, die von der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird. Wie in 6 gezeigt ist, startet das Verfahren beim EntscheidungsSCHRITT 602, um zu bestimmen, ob Bandbreite zum Zweck des einzelnen Abfragens der CPEs verfügbar ist. Ist zum einzelnen Abfragen der CPEs 110 keine Bandbreite mehr verfügbar, geht das Verfahren zu SCHRITT 604 weiter und löst ein Multicast- oder Rundsendeabfrageverfahren aus. Dieses Multicast- und Rundsendeabfrageverfahren ist ausführlich in dem Unterabschnitt weiter unten beschrieben. Ist jedoch zum Zweck des einzelnen Abfragens der CPEs ausreichend Bandbreite verfügbar, geht das Verfahren zu einem Entscheidungs-SCHRITT 606 weiter, bei dem festgelegt wird, ob es irgendwelche nicht abgefragte aktive CPEs gibt, die ein "Abfrage-Bit" gesetzt haben. Ist das der Fall, geht das Verfahren weiter zu einem Steuerpunkt 608. Anderenfalls geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 610, in welchem es bestimmt, ob es irgendwelche inaktive nicht abgefragte CPEs gibt. Ist das der Fall, geht das Verfahren zu dem Steuerpunkt 608 über. Anderenfalls geht das Verfahren zu einem Steuerpunkt 612 weiter.
Das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren geht von dem Steuerpunkt 608 zu SCHRITT 614 weiter, um das ausgewählte CPE einzeln abzufragen. Dadurch stellt das Verfahren sicher, dass nur nicht abgefragte aktive CPEs, die mehr Bandbreite anfordern (indem sie ihr jeweiliges "Abfrage-Bit" setzen) und inaktive CPEs einzeln abgefragt werden. Das verringert die Bandbreite im Vergleich zu einem Abfrageverfahren, das alle CPEs einzeln abfragen würde.
Wie in 6 gezeigt ist, löst die Basisstation beim SCHRITT 614 das Abfragen des ausgewählten CPE aus und kennzeichnet das CPE als abgefragt. Das ist in Diagrammform in 6 in dem Textfeld 614' gezeigt. Das Textfeld 614' der 6 zeigt die Downlink-Subframe-Abbildung 300, die oben in 3 beschrieben ist. Der MAC-Steuerabschnitt 314 des MAC-Frame-Steuer-Headers 302 umfasst vorzugsweise eine Uplink-Subframe-Abbildung 400'. Die Uplink-Subframe-Abbildung 400' wird an die CPE-MAC kommuniziert, wenn die Basisstation diese Information an das CPE über den Uplink überträgt. Wie in 6 gezeigt ist und als Reaktion auf das Abfragen des SCHRITTES 614 weist die Basisstations-MAC dem ausgewählten CPE zusätzliche Bandbreite in dem Uplink zu (in 6 wird dieses CPE als CPE "k" bezeichnet). Diese erhöhte Bandbreitenzuweisung wird dem CPE k über die Uplink-Subframe-Abbildung 400' kommuniziert. Es ist daher keine zusätzliche Bandbreite erforderlich, um auf das Erfordernis, das ausgewählte CPE abzufragen, zu reagieren.
Wie in 6 gezeigt ist, kehrt das Verfahren dann zu dem EntscheidungsSCHRITT 602 zurück, um zu bestimmen, ob mehr Bandbreite für das individuelle Abfragen der CPEs verfügbar ist. Wenn bestimmt wird (jeweils in den EntscheidungsSCHRITTEN 606 und 610), dass es keine aktiven CPEs gibt, die ein Abfrage-Bit gesetzt haben, und dass keine nicht abgefragten inaktiven CPEs vorhanden sind, geht das Verfahren weiter zu einem Entscheidungs-SCHRITT 616. In dem EntscheidungsSCHRITT 616 bestimmt das Verfahren, ob irgendwelche einzelnen Abfragen durchgeführt wurden. Wenn nicht, geht das Verfahren weiter zu einem Steuerpunkt 618, und das Verfahren endet daraufhin im Endschritt 620. Wurden jedoch einzelne Abfragen durchgeführt, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 622, um auf die einzelnen Bandbreitenanforderungen des CPE, das abgefragt wurde (z.B. das CPE "k") zu warten. Wie in dem Textfeld 622' der 6 gezeigt ist, wird diese Band breitenanforderung 430 von dem abgefragten CPE (z.B. dem CPE "k") während des geplanten CPE-Datenblocks 406 erzeugt, der für das ausgewählte CPE in dem Uplink-Subframe 400 geplant ist. Bei einem Ausführungsbeispiel enthalten alle Daten einen Header, der den Typ der Daten angibt, die übertragen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Steuernachrichten zum Beispiel zugeordnete CPE-eigene Verbindungsidentifikatoren auf, die ihnen zugewiesen werden, wenn sich das CPE registriert. Der Aufbau der Steuernachrichten erlaubt es einer Basisstation zu bestimmen, dass eine Steuernachricht eine Bandbreitenanforderung ist.
Wie in 6 gezeigt ist, geht das Verfahren von SCHRITT 622 zu einem EntscheidungsSCHRITT 624 weiter, um zu bestimmen, ob irgendwelche Bandbreitenanforderungen empfangen wurden. Wenn nicht, dann endet das Verfahren. Aber wenn ja, dann geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 626, bei dem ein Bandbreitenzuweisungsverfahren initiiert wird. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, verwendet die Basisstation ein Bandbreitenzuweisungsverfahren, um dem anfordernden CPE Bandbreite zuzuweisen. In einem Ausführungsbeispiel wird auch ein selbstkorrigierendes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll verwendet. Einzelheiten des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolls werden unten unter Bezugnahme auf die 15a und 15b ausführlicher beschrieben. In einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet das Bandbreitenzuweisungsverfahren "Füllpakete", um die Bandbreitenzuweisungseffizienz in drahtlosen Kommunikationssystemen zu verbessern. Dieses Ausführungsbeispiel wird unten unter Bezugnahme auf 16 ausführlicher beschrieben. Die Bandbreitenzuweisung wird dem CPE angegeben, indem entsprechende Änderungen in der Uplink-Subframe-Abbildung 400' vorgenommen werden. Das Verfahren endet dann beim SCHRITT 620.
Abfragetechnik auf Konkurrenzbasis (Multicast- und Rundsendeabfrage)
Wie oben unter Bezugnahme auf SCHRITT 604 des Einzelabrufverfahrens der 6 beschrieben ist, kann dann, wenn nicht genügend Bandbreite für den Zweck des einzelnen Abfragens der CPEs vorhanden ist, die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die CPEs in Multicast-Gruppen abzufragen, und eine Rundsendeabfrage kann von der Basisstation ausgegeben werden. Auch können einige CPEs in Multicast-Gruppen abgefragt werden, und eine Rundsendeabfrage kann ausgegeben werden, wenn es mehr inaktive CPEs gibt als Bandbreite vorhanden ist, um sie einzeln abzufragen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt das Adressieren von CPEs vorzugsweise wie folgt: Jedem CPE ist eine alleinige permanente Adresse zugewiesen (z.B. hat das CPE bei einem Ausführungsbeispiel eine 48-Bit-Adresse), die im Registrierungsprozess verwendet wird; und jedem CPE wird auch eine grundlegende Verbindungs-ID (Verbindungskennung) gegeben (z.B. erhält das CPE bei einem Ausführungsbeispiel eine grundlegende Verbindungs-ID zu 16 Bit und während des Registrierungsprozesses eine Steuerverbindungs-ID zu 16 Bit). Jeder Dienst, der für ein ausgewähltes CPE bereitgestellt wird, erhält ebenfalls eine Verbindungs-ID. Verbindungs-IDs werden von der Basisstations-MAC erzeugt (speziell von der Basisstation-HL-MAA) und sind in einer HL-MAA MAC-Domäne einzigartig. Die grundlegende Verbindungs-ID, die zugeordnet wird, wenn sich das CPE bei einer Basisstation registriert, wird von der Basisstations-MAC und der CPE-MAC zum Austauschen von MAC-Steuernachrichten zwischen dem CPE und der Basisstation verwendet. Die Steuerverbindungs-ID (die ebenfalls während der Registrierung zugeordnet wird) wird von der Basisstation und dem CPE verwendet, um Steuer- und Konfigurationsinformationen zwischen den höheren Steuerebenen der Basisstation und des CPE auszutauschen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind bestimmte Verbindungs-IDs für Multicast-Gruppen und Rundsendenachrichten reserviert. Von allen verfügbaren Adressen ist ein Teil vorzugsweise für den Multicast-Gebrauch reserviert. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Adresse zum Beispiel dann, wenn die vier signifikantesten Bits der Verbindungs-ID auf logische Einsen setzt sind (hex "Fxxxx") als für den Multicast-Gebrauch reserviert ausgelegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt 4K getrennte Multicast-Adressen verfügbar. Ein Beispiel für einen solchen Multicast-Gebrauch ist das Verteilen eines Videodienstes. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungs-ID, die verwendet wird, um allen Stationen eine Rundsendung anzuzeigen, (OxFFFF) (dh., alle 16 Bits sind auf eine logische Eins gesetzt).
Ähnlich wie die oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschriebene Einzelabfragetechnik wird die Multicast-Abfragenachricht nicht explizit von der Basisstation zu dem CPE übertragen. Die Multicast-Abfragenachricht wird vielmehr implizit zu dem CPE übertragen, wenn die Basisstation in der Uplink-Subframe-Abbildung Bandbreite zuweist. Statt jedoch die zugewiesene Bandbreite mit einer grundlegenden Verbindungs-ID eines CPE zu verbinden, wie das getan wird, wenn eine einzelne Abfrage durchgeführt wird, ordnet die Basisstation die zugewiesene Bandbreite einer Multicast- oder einer Rundsendeverbindungs-ID zu. Diese Multicast-/Rundsendebandbreitenzuweisung ist in der Multicast-/Rundsende-Uplink-Subframe-Abbildung 400'' gezeigt, die in 7 gezeigt ist. Es ist lehrreich, den Uplink-Subframe 400 (4), den die Basisstation verwendet, wenn sie die CPEs einzeln abfragt, mit dem Uplink-Subframe-Abbildung 400'' der 7 zu vergleichen. 7 zeigt die Uplink-Subframe-Abbildung, die in dem MAC-Steuerabschnitt des Downlink übertragen wird.
Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die verwendete Multicast-/Rundsende-Uplink-Subframe-Abbildung 400'' Registrierungskonkurrenzschlitze 402'', die die Registrierungskonkurrenzschlitze 402 der 4 abbilden. Statt jedoch zugewiesene Bandbreite der grundlegenden Verbindungs-ID eines ausgewählten CPE zuzuordnen, wird die zugewiesene Bandbreite einer reservierten Registrierungs-ID zugewiesen. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die Uplink-Subframe-Abbildung 400'' vorzugsweise eine Vielzahl von Multicast-Gruppen-Bandbreitenanforderungs-Konkurrenzschlitzen 404'' 404''' usw. Die Uplink-Subframe-Abbildung 400'' umfasst auch Rundsende-Bandbreitenanforderungs-Konkurrenzschlitze 410. Schließlich umfasst die Uplink-Subframe-Abbildung, die von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ähnlich wie der Uplink-Subframe der 4, zum Auslösen von Multicast- oder Rundsendeabfragen eine Vielzahl von CPE-geplanten Datenblöcken 406'', 406''' usw., die zum Transportieren der Uplink-Verkehrsdaten verwendet werden.
Gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren und der vorliegenden erfindungsgemäßen Vorrichtung fordern CPEs, die zu der abgefragten Gruppe gehören, wenn eine Abfrage auf eine Multicast- oder Rundsendeverbindungs-ID gerichtet wird, Bandbreite an, indem sie Bandbreitenanforde rungskonkurrenzschlitze verwenden (entweder die Multicast-Konkurrenzschlitze für die spezifizierte Gruppe oder die Rundsende-Bandbreitenanforderungs-Konkurrenzschlitze 410), die in der Uplink-Subframe-Abbildung 400'' zugewiesen sind. Um die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen zu verringern, dürfen nur CPEs, die Bandbreite brauchen, auf die Multicast- oder Rundsendeabfragen antworten. Anforderungen um Bandbreite mit Null Länge werden in den Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitzen nicht zugelassen. Bei einem Ausführungsbeispiel übertragen CPEs die Bandbreitenanforderungen in den Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitzen (z.B. Konkurrenzschlitze 404) unter Verwendung der QAM-4-Modulation. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Konkurrenzschlitze so bemessen, dass sie eine Präambel zu 1 PS und eine Bandbreitenanforderungsnachricht aufnehmen. Aufgrund physikalischer Auflösungsmerkmale erfordert die Nachricht 1 PI (oder 6 PS) mit QAM-4-Modulation. Bei diesem Ausführungsbeispiel passen mehrere Bandbreitenanforderungsnachrichten von dem gleichen CPE in einen einzigen Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitz, ohne die Bandbreitennutzung oder die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kollisionen zu steigern. Das erlaubt es dem gleichen CPE, in dem gleichen Schlitz mehrere Bandbreitenanforderungen zu stellen.
Wenn bei der Durchführung entweder einer Multicast- oder einer Rundsendeabfrage ein Fehler auftritt (wie zum Beispiel das Erfassen einer ungültigen Verbindungs-ID), sendet die Basisstation eine explizite Fehlermeldung zu dem CPE. Antwortet die Basisstation nicht mit entweder einer Fehlermeldung oder einer Bandbreitenzuweisung innerhalb einer vorausbestimmten Zeitspanne, nimmt das CPE an, dass eine Kollision aufgetreten ist. In diesem Fall verwendet das CPE einen ausgewählten vorausdefinierten Konkurrenzauflösungsprozess. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das CPE zum Beispiel den bekannten "Slotted ALOHA"-Konkurrenzauflösungsprozess, um zurückzutreten und eine andere Konkurrenzgelegenheit zu versuchen.
Konkurrenzauflösungsprozess
Konkurrenz ist erforderlich, wenn unzureichend Zeit vorhanden ist, um alle CPEs einzeln innerhalb eines geeigneten Intervalls abzufragen. Die Basisstation kann Konkurrenzperioden sowohl für Multicast-Gruppen als auch für alle CPEs allgemein (d.h., Rundsendung) festlegen. Nachdem CPE-geplante Daten, Steuernachrichten und Abfragen berücksichtigt wurden, weist die Basisstation die ganze nicht verwendete Zeit in dem Upstream-Teil des TDD-Frame der Konkurrenz zu, entweder für die Bandbreitenanforderungen oder für Registrierungszwecke. Typischerweise ist das Bandbreitenanforderungsintervall viele Pls lang (zB. 1 PI = 6 PS unter Verwendung von QAM-4-Modulation). Die CPEs müssen ihre Anforderungen zu einer zufälligen Zeit (an Bündelgrenzen) innerhalb dieses Intervalls übertragen, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Kollisionen zu verringern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wählt ein CPE, das in einem Anforderungsintervall übertragen muss, vorzugsweise zufallsmäßig ein PI innerhalb des Intervalls aus und macht eine Anforderung in dem zugeordneten Start-PS. Diese Randomisierung minimiert die Wahrscheinlichkeit von Kollisionen. Eine Kollision wird angenommen, wenn von der Basisstation keine Antwort auf die Anforderung innerhalb einer vorausbestimmten Zeitspanne eintrifft. Antwortet die Basisstation nicht innerhalb der vorausdefinierten Zeitspanne, wird das Kollisionsauflösungsverfahren der vorliegenden Erfindung initiiert.
Ein Ausführungsbeispiel verwendet den folgenden Auflösungsprozess: Angenommen, der anfängliche Rücktrittparameter (back off parameter) ist i und der abschließende Rücktrittparameter ist f.
Bei der ersten Kollision wartet das CPE während eines zufälligen Intervalls zwischen Null und 2ⁱ Konkurrenzgelegenheiten und versucht es dann wieder.
Tritt eine weitere Kollision auf, wird das Intervall verdoppelt, und das CPE versucht es wieder, wobei dies wiederholt wird, bis das Intervall 2^f erreicht ist.
Verzeichnet das CPE noch immer keinen Erfolg, wird an den Systemcontroller ein Fehler gemeldet, und der Konkurrenzprozess wird abgebrochen. Es können andere Konkurrenzauflösungsmechanismen verwendet werden, um die vorliegende Erfindung umzusetzen. Zum Beispiel könnte der gut bekannte Ternary-Baummechanismus verwendet werden, um Konkurrenzfälle aufzulösen.
8 ist ein Flussdiagramm, das das Multicast- und Rundsendeabfrageverfahren 800 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 8 gezeigt ist, geht das Gruppen-Abfrageverfahren 800 von einem anfänglichen SCHRITT 802 zu einem EntscheidungsSCHRITT 804 weiter, in welchem das Verfahren bestimmt, ob ausreichend Bandbreite für Multicast-Abfragen verfügbar ist. Ist für Multicast-Abfragen ausreichend Bandbreite verfügbar, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 806, um die nächste Multicast-Gruppe in dem MAC-Steuerabschnitt 314 des MAC-Frame-Steuer-Headers 302 abzufragen. Ist jedoch nicht ausreichend Bandbreite verfügbar, um ein Multicast-Abfragen durchzuführen, geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 808, in dem das Verfahren bestimmt, ob ausreichend Bandbreite verfügbar ist, um eine Rundsendeabfrage durchzuführen. Ist das der Fall, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 810. Anderenfalls geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 812.
Wie in 8 gezeigt ist, wird im SCHRITT 810 eine Rundsendeabfrage ausgelöst, indem die Rundsendeabfrage in den MAC-Steuerabschnitt 314 des MAC-Frame-Steuer-Header 302 gegeben wird. Ähnlich wie bei der Einzelabruftechnik wird die Multicast-Abfragenachricht implizit zu dem CPE übertragen, indem in der Uplink-Subframe-Abbildung 400'' Bandbreite zugewiesen wird. Die zugewiesene Bandbreite wird einer Multicast- oder Rundsendeverbindungs-ID zugeordnet.
In dem EntscheidungsSCHRITT 812 bestimmt das Verfahren, ob eine Rundsende- oder eine Multicast-Abfrage initiiert wurde. Ist das der Fall, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 814, in dem das Verfahren die entsprechenden Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitze überwacht (wie z.B. von den Bandbreitenkonkurrenzschlitzbeschreibungen 404'', 404''' und den Beschreibungen der Rundsende-Bandbreitenanforderungskonkurrenzschlitze 410 der 7 definiert). Wurde keine Rundsende- oder Multicast-Abfrage ausgelöst, geht das Verfahren weiter zum Steuerpunkt 816 und endet danach in einem EndSCHRITT 818.
Das Verfahren geht von dem ÜberwachungsSCHRITT 814 zu einem EntscheidungsSCHRITT 820 weiter, um zu bestimmen, ob gültige (dh., nicht kollidierende) Bandbreitenanforderungen erfasst wurden. Wurden im SCHRITT 820 keine gültigen Bandbreitenanforderungen erfasst, geht das Verfahren weiter zu dem Steuerpunkt 816 und endet im EndSCHRITT 818. Erkennt das Verfahren jedoch gültige Bandbreitenanforderungen, geht es von SCHRITT 820 zu SCHRITT 822 weiter. Im SCHRITT 822 verwendet das Verfahren einen entsprechenden Bandbreitenzuweisungsalgorithmus, um dem CPE, das Bandbreite angefordert hat, Bandbreite zuzuweisen. Der bevorzugte Bandbreitenzuweisungsalgorithmus wird unten unter Bezugnahme auf die 12 und 13 genauer beschrieben. Die Bandbreite wird in der Uplink-Subframe-Abbildung 400'' wie in 8 gezeigt zugewiesen.
Abfrage-Bit
Wie oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 beschrieben ist und gemäß der vorliegenden Erfindung setzt ein aktuell aktives CPE ein "Abfrage-Bit" oder eine "Prioritätsabfrage" in ein MAC-Paket, um der Basisstation anzuzeigen, dass es eine Änderung in der Bandbreitenzuweisung braucht. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung fordert ein ausgewähltes CPE eine Abfrage an, indem es ein Abfrage-Bit ("PM"-Bit) in dem MAC-Header setzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung setzt ein ausgewähltes CPE in ähnlicher Weise ein Prioritätsabfrage-Bit ("PPM"-Bit) in dem MAC-Header, um anzuzeigen, dass es eine vorrangige Abfrage wünscht.
Um die Bandbreitenbedarfe zu verringern, die mit dem einzelnen Abfragen jedes aktiven CPE assoziiert sind, werden die aktiven CPEs einzeln abgefragt, wenn und nur dann wenn eines der Abfrage-Bits von dem CPE gesetzt wurde. Wenn die Basisstation eine Abfrageanforderung erfasst (wenn das CPE sein Abfrage-Bit setzt), wird die in 9 gezeigte Einzelabfragetechnik aktiviert, um die Anforderung zu erfüllen. Die Vorgehensweise, anhand welcher ein CPE eine Basisstation veranlasst, das CPE abzufragen, ist in 9 gezeigt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel zeigen mehrere Pakete, bei denen das "Abfrage"-Bit gesetzt ist, an, dass das CPE Bandbreitenzuweisungsanforderungen für mehrere Verbindungen durchführen muss.
9 ist ein Flussdiagramm, das zeigt, wie das Abfrage-Bit verwendet wird, um das Abfragen auszulösen. Wie in 9 gezeigt ist, bestimmt das Verfahren zuerst in einem EntscheidungsSCHRITT 902, ob die Huckepack-Technik, die unten ausführlicher beschrieben wird, ausgeschöpft worden ist. Ist das nicht der Fall, geht das Verfahren zu SCHRITT 904 weiter und versucht zuerst, das "Huckepack" durchzuführen. Das Verfahren geht dann zu einem SCHRITT 906 weiter, bei dem die Verbindung mit einer ersten Verbindung gleich gesetzt wird. Auf diese Art und Weise werden die Abfrage-Bits für jede Verbindung innerhalb des CPE abgetastet. Das in 9 gezeigte Verfahren geht dann zu einem EntscheidungsSCHRITT 908 weiter, um zu bestimmen, ob irgendwelche Bandbreitenbedürfnisse existieren. Ist das nicht der Fall, geht das Verfahren zu einem SCHRITT 916 weiter und tastet für die nächste Verbindung ab. Besteht ein Bandbreitenbedürfnis, geht das Verfahren zu einem EntscheidungsSCHRITT 910 weiter. Beim SCHRITT 910 bestimmt das Verfahren, ob irgendwelche weiteren Pakete zur Unterbringung des Abfrage-Bits verfügbar sind. Ist das nicht der Fall, endet das Verfahren mit dem SCHRITT 901. Sind jedoch Pakete verfügbar, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 912 und setzt ein Abfrage-Bit in ein verfügbares Paket.
10 zeigt die Nachrichtensequenz, die von der vorliegenden Erfindung beim Anfordern von Abfragen unter Gebrauch des oben beschriebenen Abfrage-Bits verwendet wird. Wie in 10 gezeigt ist, löst das CPE bei einer Datenverbindung 930 eine Abfragesequenz aus, indem es sein zugeordnetes Abfrage-Bit in den MAC-Header setzt. Die Basisstations-MAC antwortet über die Datennachricht 932, indem sie das ausgewählte CPE einzeln abfragt. Diese Antwort erfolgt durch Zuweisen von Bandbreite zu dem ausgewählten CPE in der Uplink-Subframe-Abbildung, wie in 10 gezeigt ist. Das ausgewählte CPE antwortet danach mit einer Bandbreitenanforderung, wie dies im Kommunikationspfad 934 gezeigt ist. Als Antwort auf die Bandbreitenanforderung des CPE gewährt die Basisstation Bandbreite und weist dem CPE in der Uplink-Subframe-Abbildung wie im Kommunikationspfad 936 gezeigt Bandbreite zu. Das ausgewählte CPE übertragt dann seine Daten zu der Basisstation über eine zugeordnete Anschlussverbindung.
"Huckepack"-Technik
Wie oben unter Bezugnahme auf das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren und die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben ist, können aktuell aktive CPEs zum weiteren Verringern der Overhead-Bandbreite, die für den Bandbreitenzuweisungsprozess erforderlich ist, eine Bandbreitenanforderung (oder irgendeine andere Steuernachricht) auf ihren aktuellen Übertragungen "Huckepack nehmen". Die CPEs vollziehen dieses Huckepacknehmen der Bandbreite, indem sie nicht benutzte Bandbreite in TC-/PHY-Paketen existierender Bandbreitenzuweisungen benutzen. Die Vorgehensweise zum Benutzen überschüssiger Bandbreite in dieser Art und Weise ist in 11 gezeigt.
Wie in 11 gezeigt ist, startet das Verfahren den Huckepackprozess bei SCHRITT 950. Das Verfahren geht weiter zu einem Entscheidungs-SCHRITT 952, um zu bestimmen, ob das CPE zusätzliche Bandbreite braucht. Ist das der Fall, geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 954, anderenfalls geht das Verfahren zu einem EndSCHRITT 964 weiter, mit dem das Verfahren endet. Im EntscheidungsSCHRITT 954 bestimmt das Verfahren, ob irgendwelche ungenutzten Bytes in der aktuellen Zuweisung existieren. Ist das der Fall, setzt das Verfahren mit dem Einfügen von Bandbreitenanforderungen in die unbenutzten Bytes in SCHRITT 956 fort. Anderenfalls geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 958. In dem EntscheidungsSCHRITT 958 bestimmt das Verfahren, ob überhaupt irgendwelche Pakete dem CPE zugewiesen sind. Findet es keine Pakete im EntscheidungsSCHRITT 958, geht das Verfahren weiter zu SCHRITT 960. Sind jedoch Pakete zugewiesen, geht das Verfahren zu einem SCHRITT 962 weiter, bei dem das CPE sein Abfrage-Bit setzt. Dann geht das Verfahren weiter zu SCHRITT 960, in dem das CPE auf das Abfragen durch die zugeordnete Basisstation wartet. Dann endet das Verfahren beim SCHRITT 964.
Bandbreitenzuweisung
Wie oben beschrieben ist, ist die Basisstations-MAC für das Zuweisen der verfügbaren Bandbreite eines physikalischen Kanals in dem Uplink und dem Downlink verantwortlich. Innerhalb der Uplink- und Downlink-Subframes weist der Planer der Basisstations-MAC die verfügbare Bandbreite den verschiedenen Diensten in Abhängigkeit von ihren Prioritäten und Regeln zu, die von ihrer Dienstgüte (QoS) auferlegt werden. Zusätzlich weisen die höheren Steuerunterschichten der Basisstations-MAC über mehr als einen physikalischen Kanal zu.
Downlink-Bandbreitenzuweisung – Ein Ausführungsbeispiel
Die Downlink-Bandbreite wird wie in 12 gezeigt zugewiesen. Die Basisstations-MAC verwaltet einen Satz von Warteschlangen für jeden physikalischen Kanal, den sie versorgt. Innerhalb jedes Satzes Warteschlangen des physikalischen Kanals verwaltet die Basisstation eine Warteschlange für jede QoS. Die Warteschlangen enthalten Daten, die bereit sind, um zu den CPEs gesendet zu werden, die auf dem physikalischen Kanal gegenwärtig sind. Die höheren Schichten des Basisstationsprotokollstapels sind für die Reihenfolge verantwortlich, in welcher Daten in die einzelnen Warteschlangen gegeben werden. Die höheren Steuerschichten der Basisstation können jeden geeigneten Fairness- oder Verkehrsformungsalgorithmus hinsichtlich des Teilens des Zugangs unter den Verbindungen mit der gleichen QoS implementieren, ohne dass sich dies auf die niedrigeren MAC-Steuerschichten der Basisstation auswirkt. Sobald Daten in den Warteschlangen gegenwärtig sind, sind die niedrigeren Steuerebenen der Basisstation (z.B. BS LL-MAA der 5 und 10) dafür verantwortlich, die Bandbreite auf der Grundlage der QoS zuzuweisen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die Basisstation beim Festlegen des Betrags an Bandbreite, der einer bestimmten QoS für ein bestimmtes CPE zuzuweisen ist, die QoS, die Modulation und die Fairnesskriterien, die verwendet werden, um ein einzelnes CPE daran zu hindern, die gesamte verfügbare Bandbreite aufzubrauchen. Die Bandbreite wird vorzugsweise in der Qos-Reihenfolge zugewiesen. Gibt es eine Warteschlange, die innerhalb eines bestimmten TDD-Rahmens nicht ganz übertragen werden kann, wird innerhalb dieser Warteschlange ein QoS-spezifischer Fairnessalgorithmus verwendet, wie zum Beispiel das fair gewichtete Warteschlangenbilden. Jede Verbindung erhält einen Teil der restlichen verfügbaren Bandbreite auf der Grundlage ihres relativen Gewichts. Die Ableitung von Gewichten hängt von der QoS ab. ATM-Verkehr kann zum Beispiel auf der Grundlage vertraglicher Bandbreitenlimits oder Garantien gewichtet werden, während IP-Verbindungen alle ein identisches Gewicht erhalten können. Sobald die Bandbreite zugewiesen ist, werden die Daten in einer Art und Weise übertragen, durch welche die Daten nach Modulationstyp sortiert werden.
Uplink-Bandbreitenzuweisung – Ein Ausführungsbeispiel
Das Uplink-Bandbreitenzuweisungsverfahren ist dem Downlink-Bandbreitenzuweisungsverfahren, das oben unter Bezugnahme auf 12 beschrieben wurde, sehr ähnlich. Statt jedoch von der Basisstation verwaltet zu werden. werden die Datenwarteschlangen über jedes einzelne CPE verteilt und von diesen verwaltet. Statt den Status der Warteschlange direkt zu prüfen, empfängt die Basisstation vorzugsweise Bandbreitenanforderungen von den CPEs unter Verwendung der Techniken, die oben unter Bezugnahme auf die 3 bis 11 beschrieben worden sind. Unter Verwendung dieser Bandbreitenanforderungen rekonstruiert die Basisstation ein logisches Bild des Zustands der CPE-Datenwarteschlangen. Auf der Grundlage dieser logischen Übersicht des Satzes von Warteschlangen weist die Basisstation Uplink-Bandbreite in der gleichen Art und Weise zu, wie sie Downlink-Bandbreite zuweist. Diese Technik zur Uplink-Bandbreitenzuweisung ist in 13 gezeigt.
Wie oben beschrieben ist, wird die einem ausgewählten CPE zugewiesene Bandbreite zu dem ausgewählten CPE in Form von Bandbreite übertragen, die in der Uplink-Subframe-Abbildung zugewiesen ist. Ausgehend von einem Punkt in dem TDD weist die Uplink-Subframe-Abbildung dem ausgewählten CPE eine bestimmte Menge an Bandbreite zu. Das ausgewählte CPE weist diese Bandbreite dann quer durch seine Verbindungen zu. Das erlaubt es dem CPE, die Bandbreite in einer anderen Art als angefordert zu verwenden, wenn es Daten mit höherer Priorität empfängt, während es auf die Bandbreitenzuweisung wartet. Wie oben beschrieben worden ist, befinden sich die Bandbreitenzuweisungen aufgrund der dynamischen Beschaffenheit der Bandbreitenbedarfe in ständigem Wandel. Ein ausgewähltes CPE kann folglich nicht erbetene Änderungen für die Bandbreite empfangen, die auf einer rahmenweisen Basis gewährt wird. Wenn das ausgewählte CPE weniger Bandbreite für einen Rah men bzw. Frame erhält als notwendig ist, um alle wartenden Daten zu übertragen, muss das CPE QoS- und Fairnessalgorithmen verwenden, um seine Warteschlangen zu bedienen. Das CPE kann Bandbreite von Verbindungen mit niedrigerer QoS "stehlen", um eine Anforderung um mehr Bandbreite Huckepack zu nehmen, indem es die oben beschriebene Huckepack-Technik verwendet. TDM-Verbindungen, die nicht bereits die maximale Bandbreite aufweisen, erhalten genug Extrabandbreite in dem Uplink, um eine Anforderung um zusätzliche Bandbreite Huckepack zu nehmen.
QoS-spezifische Fairnessalgorithmen
Daten zum Übertragen in dem Uplink und dem Downlink werden vorzugsweise nach Dienstgüte- (QoS-)-Bezeichnungen in die Warteschlangen gestellt. Die Daten werden in der Reihenfolge einer QoS-Warteschlangenpriorität wie oben beschrieben übertragen. Bei dem Übertragen von Warteschlangendaten kann es eine QoS-Warteschlange geben, für die die Bandbreite nicht reicht, um alle Daten in der Warteschlange während des aktuellen TDD-Frame zu übertragen. Wenn diese Situation auftritt, wird ein QoS-spezifischer Fairnessalgorithmus initiiert, um die faire Handhabung der Daten sicherzustellen, die mit dieser QoS in Warteschlangen sind. Es gibt drei grundlegende Fairnessalgorithmen, die implementiert werden können: (1) kontinuierliche Gewährung, (2) fair gewichtete Bildung von Warteschlangen und (3) Round Robin.
Vorzugsweise überwacht die MAC Verbindungen nicht auf den Bandbreitengebrauch. Die Überwachung sollte durch höhere Steuerschichten erfolgen. Die MAC geht davon aus, dass alle anhängigen Daten den vertraglichen Einschränkungen entsprechen und übertragen werden können. Warteschlangen mit kontinuierlicher Gewährung haben den einfachsten Fairnessalgorithmus. Alle Daten in diesen Warteschlangen müssen bei jedem TDD-Frame gesendet werden. Eine unzureichende Bandbreite weist auf einen Fehler in der Bereitstellung hin.
Warteschlangenbildung mit fairer Gewichtung
Das Bilden von Warteschlangen mit fairer Gewichtung erfordert, dass allen Verbindungen mit einer gegebenen QoS ein Gewicht zugeordnet wird, um den Prozentsatz der verfügbaren Bandbreite, für deren Empfang sie in Frage kommen, zu bestimmen. Dieser Gewichtungswert wird vorzugsweise von einem von drei Datenratenparameter in Abhängigkeit von den vertraglichen Parametern der bereitgestellten Verbindung abgeleitet. Diese drei Parameter sind: (1) anhängige Daten, (2) garantierte Rate und (3) Durchschnittsrate.
Echtzeit-VBR-Verbindungen werden als DAMA-Verbindungen mit fair gewichteter Warteschlangenbildung auf der Grundlage der anhängigen Daten erstellt. Damit eine QoS-Warteschlange diesen Typs in einem TDD-Frame ausreichend Bandbreite hat, um alle Daten in der Warteschlange zu übertragen, wird für jede Verbindung in der Warteschlange ein Gewicht bestimmt. Bei einem Ausführungsbeispiel entspricht dieses Gewicht dem Betrag der anhängigen Daten für die Verbindung, ausgedrückt als ein Prozentsatz der gesamten anhängigen Daten in der Warteschlange. Da die Menge der anhängigen Daten dynamisch ist, müssen diese Gewichte für diese Warteschlangentypen in jedem TDD-Frame bestimmt werden, in dem unzureichend Bandbreite besteht, um alle Daten in der betroffenen Warteschlange zu senden.
Für DAMA-Verbindungen, die einen Vertrag mit garantierter Rate aufweisen, werden die Gewichte auf der Grundlage der garantierten Rate berechnet. In diesem Fall wird das Gewicht vorzugsweise als ein Prozentsatz der gesamten garantierten Rate aller Verbindungen mit anhängigen Daten in der Warteschlange ausgedrückt. Da die garantierte Rate bereitgestellt wird, brauchen die Gewichte nicht in jedem TDD-Frame, in dem sie verwendet werden, bestimmt zu werden. Die Gewichte für eine Warteschlange werden vielmehr nur bestimmt, wenn eine Änderung in der Bereitstellung (dh., eine neue Verbindung, eine Änderung in den Verbindungsparametern oder ein Verbindungsende) für eine der Verbindungen in der Warteschlange auftritt.
Für DAMA-Verbindungen, die einen Vertrag mit einer Durchschnittsrate aufweisen, werden die Gewichte vorzugsweise auf der Grundlage der Durchschnittsrate berechnet. Das Gewicht ist die Durchschnittsrate ausgedrückt als Prozentsatz der gesamten Durchschnittsrate aller Verbindungen mit anhängigen Daten in der Warteschlange. Da die Durchschnittsrate vorbestimmt ist, brauchen die Gewichte nicht bei jedem TDD-Frame, in dem sie verwendet werden, bestimmt zu werden. Die Gewichte für eine Warteschlange werden vielmehr nur neu berechnet, wenn eine Änderung in der Bereitstellung für eine der Verbindungen in der Warteschlange auftritt.
In allen oben beschriebenen Fällen kann die Granularität der Bandbreitenzuweisungen zu grob sein, um eine perfekte gewichtete, auf Prozentsatz basierende Zuweisung quer durch die Verbindungen in der Warteschlange bereitzustellen. Das kann dazu führen, dass einige Warteschlangen in einem bestimmten TDD-Frame überhaupt keine Bandbreite erhalten. Um sicherzustellen, dass das Auftreten dieses Zustands auf die Verbindungen in der Warteschlange fair verteilt ist, erhält die Verbindung, die keine Bandbreite erhalten hat, beim nächsten Mal, wenn der Zustand unzureichender Bandbreite für die Warteschlange besteht, den Vorrang. Bei Warteschlangen mit Gewichten, die auf garantierten Raten oder Durchschnittsraten basieren, können einige Verbindungen nicht ausreichend anhängige Daten aufweisen, um die ganze Bandbreite zu nutzen, auf die sie auf der Grundlage ihres berechneten Gewichts Anspruch haben. In diesen Fällen wird die nicht benutzte Bandbreite der Verbindung fair auf die Verbindungen verteilt, die überschüssige anhängige Daten aufweisen.
Einige QoS erfordern es, dass die Daten altern. Bei Warteschlangen mit diesen QoSs gibt es eine zugeordnete Warteschlange mit einer Priorität, die um eine Stufe höher ist. Werden die Daten nicht durch den bereitgestellten Alterungsparameter übertragen, werden die Daten in die höhere QoS-Warteschlange bewegt und erhalten vor neuen Daten in der Originalwarteschlange ungeachtet der relativen Gewichte der Verbindungen den Vorrang.
Round Robin
Der Round Robin-Fairnessalgorithmus wird für Best Effort-Verbindungen verwendet, bei welchen alle Verbindungen das gleiche Gewicht haben. Besteht unzureichend Bandbreite, um alle Daten in der Warteschlange in einem bestimmten TDD-Frame zu übertragen, werden den Verbindungen Bandbreiten in einer Round Robin-Weise zugewiesen, wobei jede Verbindung einen Block an Bandbreite bis zu einem Warteschlangen-spezifischen Maximum erhält. Verbindungen, die keine Bandbreite erhalten haben, erhalten beim nächsten Mal, wenn der Zustand der unzureichenden Bandbreite existiert, Priorität.
Bandbreitenzuweisungsalgorithmus
Für jeden TDD-Frame weist die Basisstation den Downlink-Teil des TDD-Frame zu und führt eine Schätzung des Uplink-Verkehrs durch, um den CPEs Uplink-Bandbreite zuzuweisen. Die CPEs weisen die ihnen zugewiesene Bandbreite ihren anhängigen Datenverbindungen individuell zu.
Basisstations-Downlink
Wie in 2 gezeigt ist, weist die Basisstation in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der ATDD-Teilung (dh., dem Prozentsatz an Bandbreite, der dem Uplink und dem Downlink zugewiesen wird) eine bestimmte Anzahl der 800 PS in dem TDD-Frame auf, die für Downlink-Übertragungen verfügbar sind. Der Bandbreitenzuweisungsalgorithmus für den Downlink geht vorzugsweise wie folgt vor.
Zuerst weist die Basisstation dem PI für die PHY-Steuerung PSs zu und ausreichend PSs für mindestens 1 PI für die MAC-Steuerung. Die Basisstation führt die Uplink-Bandbreitenzuweisung vorzugsweise vor der Zuweisung der Downlink-Bandbreite durch, um die Anzahl der Pls zu bestimmen, die für die MAC-Steuerung zuzuweisen sind. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die PHY-Steuerung und die MAC-Steuerung immer unter Verwendung der QAM-4-Modulation gesendet.
Für Verbindungen, bei denen Downlink-Daten mit kontinuierlicher Gewährung anhängig sind, bestimmt die Basisstation die Anzahl von Pls, die erforderlich ist, um die Daten zu übertragen. Die Anzahl wird dann in PSs als eine Funktion der Modulation umgewandelt, die für das CPE, das jeder Verbindung zugeordnet ist, verwendet wird. Für jede restliche QoS oder bis die verfügbare Bandbreite komplett zugewiesen ist, bestimmt die Basisstation, ob genug Bandbreite besteht, um den gesamten Bedarf der QoS-Warteschlange zu decken. Ist das der Fall, weist die Basisstation die benötigte Bandbreite zu. Anderenfalls, wenn es nicht genug Bandbreite gibt, um die Warteschlange zufrieden zu stellen, implementiert die Basisstation den oben beschriebenen Warteschlangen-spezifischen Fairnessalgorithmus.
Basisstations-Uplink
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das auf dem ATDD-Teilen wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben basiert, hat die Basisstation eine vorausbestimmte Anzahl von PSs in dem TDD-Frame, die für Uplink-Übertragungen verfügbar ist. Die Basisstation muss eine Schätzung der anhängigen Daten und Steuernachrichten mit jeder QoS für die CPEs, die sie versorgt, verwalten. Die Basisstation schätzt den Datenverkehr auf der Grundlage der Bandbreitenanforderungen, die sie von den CPEs erhalten hat, und auf der Grundlage einer Beobachtung des tatsächlichen Datenverkehrs. Die Basisstation schätzt den Uplink-Steuernachrichtenverkehr auf der Grundlage der gerade benutzten Protokolle (dh., Verbindungsaufbau, "Abfrage"-Bit-Nutzung, usw.) sowie auf der Grundlage der Abfragepolitik der Basisstation (d.h., einzeln, Multicast- und Rundsendeabfrage). Der Uplink-Bandbreitenzuweisungsalgorithmus geht wie folgt vor.
Für Verbindungen mit anhängigen Uplink-Daten mit kontinuierlicher Gewährung bestimmt die Basisstation vorzugsweise die Anzahl der Pls, die zum Übertragen der Daten erforderlich ist. Diese Anzahl wird dann in eine Anzahl von PSs umgewandelt, wie von der Modulation bestimmt wird, die für das CPE, das jeder Verbindung zugeordnet ist, verwendet wird. Verbindungen mit kontinuierlicher Gewährung, die eine aktuelle Bandbreite aufweisen, die geringer als die maximale Bandbreite ist, erhalten immer eine Uplink-Bandbreite zugewiesen, die die kleinere ist von: 1) ihrer maximalen Bandbreite oder 2) ihrer aktuellen Bandbreite plus der Bandbreite, die erforderlich ist, um eine CG-Bandbreitenänderungsnachricht zu senden.
Für jede restliche Qos oder bis die verfügbare Bandbreite komplett zugewiesen ist, bestimmt die Basisstation, ob ausreichend Bandbreite vorhanden ist, um den gesamten Bedarf der QoS-Warteschlange zu decken und weist dann die benötigte Bandbreite zu. Ist nicht ausreichend Bandbreite vorhanden, um die Warteschlange zufrieden zu stellen, implementiert die Basisstation den oben beschriebenen Warteschlangen-spezifischen Fairnessalgorithmus.
CPE-Uplink
Wie oben beschrieben worden ist, wird den CPEs für jeden TDD-Frame ein Teil des Uplink-Subframe zugewiesen, um ihre jeweiligen Daten zu übertragen. Da sich die Bandbreitenbedarfe des CPE geändert haben können, seit die Basisstation die Bandbreitenanforderungsinformation erhalten hat, welche sie verwendet hat, um die Uplink-Bandbreite zuzuweisen, sind die CPEs selbst für das Zuweisen der ihnen zugewiesenen Bandbreiten auf der Grundlage ihrer aktuellen Bandbreitenbedarfe verantwortlich. Das bedeutet, dass die CPEs nicht gezwungen sind, zugewiesene Bandbreite ihren Datenverbindungen in der gleichen Art und Weise zuzuweisen, wie das CPE sie bei der Anforderung der Bandbreite von der Basisstation verwendet hat. Der Bandbreitenzuweisungsalgorithmus des Uplink des CPE geht vorzugsweise wie folgt vor.
Für Verbindungen mit anhängigen Uplink-Daten mit kontinuierlicher Gewährung bestimmt das CPE die Anzahl der Pls, die zum Übertragen der Daten erforderlich sind. Diese Anzahl wird dann in eine PS-Anzahl auf der Grundlage des Modulationsschemas, welches das CPE benutzt, umgewandelt. Für jede restliche QoS oder bis die verfügbare Bandbreite komplett zugewiesen ist, bestimmt das CPE, ob ausreichend Bandbreite vorhanden ist, um den ganzen Bedarf der QoS-Warteschlange zu decken. Ist dies der Fall, weist das CPE die benötigte Bandbreite zu. Anderenfalls, wenn die Bandbreite nicht ausreicht, um die Warteschlange zufrieden zu stellen, implementiert das CPE den oben beschriebenen Warteschlangen-spezifischen Fairnessalgorithmus.
Beispielhaftes Kommunikationssystem
Ein beispielhaftes Kommunikationssystem, das zur Verwendung mit den Bandbreitenzuweisungsprotokollen ausgelegt ist, wird nun beschrieben. 14 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften Kommunikationssystems, das für die Verwendung mit den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgelegt ist. Wie in 14 gezeigt ist, umfasst das beispielhafte Kommunikationssystem 1400 eine Basisstation 1450 und eine Vielzahl von CPEs 1410 – 1440. Obwohl nur drei CPEs in 14 gezeigt sind, wird ein Fachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik erkennen, dass die Basisstation 1450 typischerweise mit Hunderten von CPEs assoziiert ist. Die Ba sisstation (BS) 1450 umfasst ein Basisstations-Modem 1452, eine Basisstations-CPU 1454 und eine CPU-/Modem-Schnittstelle 1456.
Wie in 14 gezeigt ist, kommuniziert die BS 1450 mit der Vielzahl von CPEs 1410 – 1440 über das BS-Modem 1452. Das BS-Modem 1452 errichtet einen Uplink und einen Downlink mit jedem der Vielzahl von CPEs 1410 – 1440 in einer Art und Weise, die einem Fachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik wohlbekannt ist. Wie oben beschrieben worden ist, sendet die BS 1450 Informationen wie etwa Bandbreitenzuweisungsnachrichten und CG- und ATM-Daten zu der Vielzahl von CPEs 1410 – 1440 in dem Downlink. In dem Uplink empfängt die BS Informationen wie etwa Bandbreitenanforderungsnachrichten und CG- und ATM-Daten von der Vielzahl von CPEs 1410 – 1440.
In einem Ausführungsbeispiel verwendet das beispielhafte Kommunikationssystem 1400 "Füllpakete" und das bekannte TDMA-Multiplexing-Verfahren. In dem bekannten TDMA-Multiplexing-Verfahren designiert die BS 1450 einen Teil ihres Uplink-Subframe (d.h., Bandbreite) einem zugeordneten CPE. In Übereinstimmung mit dem beispielhaften Kommunikationssystem 1400 sendet das zugeordnete CPE Daten zu dem BS 1450 in dem Uplink. Wenn ein CPE nicht genügend Uplink-Daten aufweist, um seinen gesamten Teil der Bandbreite auszunutzen, sendet es Füllpakete, um den nicht benutzten Teil der Bandbreite "auszustopfen" oder aufzufüllen. In einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet das beispielhafte Kommunikationssystem 1400 inkrementelle und Gesamt-Bandbreitenanforderungen, um das Risiko zu reduzieren, dass die BS 1450 fälschlicherweise doppelte Bandbreitenzuweisungen an das gleiche CPE für die gleiche Verbindung ausgibt.
Das BS-Modem 1452 und die BS-CPU 1454 übertragen Uplink- und Downlink-Daten über die CPU-/Modem-Schnittstelle 1456. Beispiele für Uplink- und Downlink-Daten umfassen Steuernachrichten, Bandbreitenanforderungsnachrichten, Bandbreitenzuweisungsnachrichten, CG-Daten, DAMA-Daten, Füllpakete und Flag-Pakete. Ausführungsbeispiele der Bandbreitenanforderungsprotokolle werden nun beschrieben.
Selbstkorrigierendes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll
Das selbstkorrigierende Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll stellt einen Mechanismus zur effizienten Zuweisung von Bandbreite bereit. Das selbstkorrigierende Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll kann sowohl in TDD- als auch in FDD-Kommunikationssystemen verwendet werden. Das selbstkorrigierende Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll verwendet sowohl inkrementelle Bandbreitenanforderungen als auch Gesamt-Bandbreitenanforderungen. CPEs senden primär inkrementelle Bandbreitenanforderungen, gefolgt von periodischem Senden von Gesamt-Bandbreitenanforderungen. Die Verwendung von inkrementellen Bandbreitenanforderungen reduziert die Risiken, dass eine Basisstation fälschlicherweise doppelte Bandbreitenzuweisungen an das gleiche CPE für die gleiche Verbindung ausgibt. Wettlaufbedingungen, die auftreten konnten, wenn nur Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet werden, werden eliminiert, indem von den CPEs verlangt wird, die Bandbreite in einer inkrementellen Art und Weise anzufordern. Aber die Verwendung von periodischen Gesamt-Bandbreitenanforderungen (die den aktuellen Zustand ihrer jeweiligen Verbindungswarteschlangen ausdrücken) erlaubt es dem Bandbreitenzuweisungsverfahren und der Bandbreitenzuweisungsvorrichtung, "selbstkorrigierend" zu sein.
Das Verfahren ist selbstkorrigierend, weil Fehler, die aufgrund von verlorenen inkrementellen Bandbreitenanforderungen eingeführt worden sind, von den Basisstationen korrigiert werden, wenn die Gesamt-Bandbreitenanforderungen empfangen und verarbeitet werden. Beim Empfang der Gesamt-Bandbreitenanforderungen setzen die Basisstationen ihre Aufzeichnungen zurück, um korrekt die aktuellen Bandbreitenbedarfe ihrer zugeordneten CPEs zu reflektieren. Die periodische Verwendung von Gesamt-Bandbreitenanforderungen stellt ein selbstkorrigierendes Bandbreitenzuweisungsprotokoll bereit, jedoch ohne den Bandbreiten-Overhead (z.B. Bandbreite, die zur Übertragung von Bestätigungen benötigt wird), der typischerweise mit den selbstkorrigierenden Protokollen aus dem Stand der Technik verbunden ist (wie etwa den Protokollen mit garantierter Übermittlung).
In drahtlosen Kommunikationssystemen wird den DAMA-Diensten Bandbreite auf einer Zuweisungsbasis nach Bedarf zugewiesen. Wenn ein CPE zusätzliche Bandbreite in einer DAMA-Verbindung benötigt, sendet es eine Bandbreitenanforderungsnachricht an seine zugehörige Basisstation. In Abhängigkeit von dem Modus, der von dem Kommunikationssystem verwendet wird, sendet das CPE die Bandbreitenanforderung entweder gerichtet auf die spezifische Verbindung oder die QoS-Klasse, zu der die Verbindung gehört. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die QoS für die Verbindung zu dem Zeitpunkt eingerichtet, an dem die Verbindung errichtet wird, und wird danach von der Basisstation oder dem CPE in Abhängigkeit von dem verwendeten Betriebsmodus mit Verweisen versehen.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel eines Kommunikationssystems, das für die Verwendung mit dem selbstkorrigierenden Protokoll ausgelegt ist, sparen die CPEs Bandbreite mit der Hilfe verschiedener Bandbreitenanforderungs-Taktgeber (z.B. den Bandbreitenanforderungs-Taktgebern "MT5" und "MT10", die ausführlicher unten unter Bezugnahme auf die 15a und 15b beschrieben werden). Die Bandbreitenanforderungs-Taktgeber werden in diesen Kommunikationssystemen verwendet, um zu verhindern, dass die CPEs zu häufig Bandbreite anfordern. Da die Bandbreitenanforderungs-Taktgeberwerte dynamisch auf der Grundlage von bestimmten Systemcharakteristiken variiert werden können, werden die Bandbreitenanforderungs-Taktgeber als "dynamisch" betrachtet. Zum Beispiel können die Bandbreitenanforderungs-Taktgeberwerte dynamisch variiert werden, um den aktuellen Fluss an Daten zu reflektieren, die über die CPE-Ports empfangen werden. Die Bandbreitenanforderungs-Taktgeber können ihre Werte auch auf der Grundlage der Verbindungspriorität in dem System dynamisch variieren. In Systemen, die dynamische Bandbreitenanforderungs-Taktgeber verwenden, verwenden die CPEs typischerweise die Bandbreitenanforderungs-Taktgeber gemäß der nachfolgenden Beschreibung.
Zu Beginn eines Daten-Burst setzt das CPE die dynamischen Bandbreitenanforderungs-Taktgeber zurück. Während des Daten-Burst verringert oder verkürzt das CPE die Bandbreitenanforderungs-Taktgeberwerte (wodurch die Zeitspanne zwischen der Übertragung von aufeinander folgenden Bandbreitenanforderungen reduziert wird) auf der Grundlage des aktuellen Datenflusses und der Verbindungspriorität des CPE. Die CPEs verhindern, dass Bandbreitenanforderungen zu häufig gesendet werden, indem sie die Bandbreitenanforde rungs-Taktgeberwerte kontrollieren. Genauer gesagt gewährleisten die CPEs, dass die Bandbreitenanforderungs-Taktgeberwerte niemals unter einen vorbestimmtem Schwellenwert absinken, wodurch gewährleistet wird, dass die Bandbreitenanforderungen nicht zu häufig übertragen werden. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik wird erkennen, dass auch "statische" Taktgeber verwendet werden können, um die vorliegende Erfindung zu praktizieren. Anders als die oben beschriebenen dynamischen Taktgeber werden die statischen Taktgeber nicht dynamisch auf der Grundlage bestimmter Systemcharakteristiken geändert. Deshalb werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Verwendung von dynamischen Bandbreitenanforderungs-Taktgebern nicht als eine Beschränkung gedacht ist, da auch statische Taktgeber verwendet werden können.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel weist das CPE eine Option zur Übertragung einer Nachricht auf, die entweder die gesamten unmittelbaren Bedarfe der DAMA-Verbindung/QoS (d.h., die gesamten Bandbreitenbedarfe) oder die inkrementellen unmittelbaren Bedarfe der DAMA-Verbindung/QoS (d.h., die inkrementellen Bandbreitenbedarfe) enthält. Das CPE sendet primär eine inkrementelle Bandbreitenanforderung, aber periodisch (z.B. jede fünfte Anforderung) eine Gesamt-Bandbreitenanforderung. Die inkrementellen Bandbreitenanforderungen spezifizieren die erhöhten oder verringerten Bandbreitenbedarfe für das CPE (d.h., den Betrag, um den sich die Bandbreitenbedarfe geändert haben, seit die jüngste Bandbreitenanforderung gestellt worden ist). Die Gesamt-Bandbreitenanforderungen spezifizieren die gesamten unmittelbaren Bandbreitenbedarfe der DAMA-Verbindung/ QoS. Die Gesamt-Bandbreitenanforderung wird von den Basisstationen dazu verwendet, ihre Aufzeichnungen zurückzusetzen, um die aktuellen Gesamt-Bandbreitenbedarfe eines zugeordneten CPE zu reflektieren. In einem Ausführungsbeispiel werden vier aufeinander folgende inkrementelle Bandbreitenanforderungen gesendet. Auf diese inkrementellen Bandbreitenanforderungen folgt eine Gesamt-Bandbreitenanforderung. Das Verfahren des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolls wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die 15a und 15b beschrieben.
15a ist ein Flussdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolls 1500 zeigt. Wie in 15a gezeigt ist, beginnt das Verfahren bei einem SCHRITT 1510, bei dem das CPE auf die Ankunft von Daten wartet, für die noch keine Bandbreite angefordert ist. Wenn die Daten ankommen, geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 1520, um zu bestimmen, ob ein Taktgeber (der in 15a als der "MT10 Taktgeber" bezeichnet wird) abgelaufen ist. Der MT10 Taktgeber ist vorzugsweise ein dynamischer Bandbreitenanforderungs-Taktgeber, wie er oben beschrieben worden ist. Der MT10 Taktgeber ist mit der Verbindung/QoS assoziiert. Der Wert des MT10 Taktgebers wird dazu verwendet, die Anzahl an Frames (Rahmen) zu bestimmen, die das Verfahren zwischen dem Senden von Gesamt-Bandbreitenanforderungen wartet (mit anderen Worten, der MT10 bestimmt die Taktgeberperiode zwischen der periodischen Übertragung von Gesamt-Bandbreitenanforderungen). Der MT10 Taktgeber kann unterschiedliche Werte für jede QoS aufweisen, die von dem System verwendet wird. Der MT10 Taktgeber kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Datenfluss und der Verbindungspriorität dynamisch auf unterschiedliche Werte aktualisiert werden. Alle Bandbreitenanforderungen, die vor dem Ablaufen des MT10 Taktgebers gesendet werden, sind definitionsgemäß inkrementelle Bandbreitenanforderungen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl an Frames zwischen dem Senden von Gesamt-Bandbreitenanforderungen abhängig von der QoS. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die MT10 Taktgeberdauer gleich 30 Frames (für "Echtzeit-VBR"-Verbindungen oder "rt-VBR"). In einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die MT10 Taktgeberdauer gleich 100 Frames (für "Nicht-Echtzeit-VBR"-Verbindungen oder "nrt-VBR").
Unter erneuter Bezugnahme auf 15a geht das Verfahren dann, wenn beim SCHRITT 1520 festgestellt wird, dass der MT10 Taktgeber abgelaufen ist, weiter zu einem SCHRITT 1524, bei dem das Verfahren eine Gesamt-Bandbreitenanforderung aufbaut. Wenn der MT10 Taktgeber beim SCHRITT 1520 nicht abgelaufen ist, geht das Verfahren weiter zu einem Entscheidungs-SCHRITT 1532, bei dem das Verfahren bestimmt, ob ein zweiter Taktgeber, der in 15 als ein "MT5 Taktgeber" bezeichnet wird, abgelaufen ist. Ähnlich wie beim MT10 (Gesamt-Bandbreitenanforderungs-Taktgeber), der oben beschrieben worden ist, ist auch der MT5 Taktgeber vorzugsweise ein dynamischer Bandbreitenanforderungs-Taktgeber. Der MT5 Taktgeber ist auch mit der Verbindung/QoS assoziiert. Der MT5 Taktgeber wird dazu verwendet, die An zahl an Frames zu bestimmen, die das Verfahren auf eine Antwort auf eine Bandbreitenanforderung warten wird. Wie oben beschrieben worden ist, können Bandbreitenanforderungen entweder unter Verwendung eines "Huckepack"-Verfahrens oder über einzelne Abfragen übertragen werden. Der MT5 Taktgeber misst die Zeitdauer (in Frames), die das Verfahren auf eine Antwort auf eine dieser Bandbreitenanforderungen wartet. Der MT5 Taktgeber kann unterschiedliche Werte verwenden, die mit unterschiedlichen Dienstgüten (QoS) assoziiert sind, die von dem System verwendet werden (mit anderen Worten, die Dauer des MT5 Taktgebers ist QoS-abhängig). Die Taktgeberwerte des MT5 Taktgebers können dynamisch auf der Grundlage des aktuellen Datenflusses und der Verbindungspriorität variiert werden. In einem Ausführungsbeispiel wartet das Verfahren für die Dauer von 10 Rahmen (für rt-VBR). Alternativ dazu wartet das Verfahren für die Dauer von 20 Rahmen (für nrt-VBR).
In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Zeitraum, der von dem MT5 Taktgeber gezählt wird, weniger als der Zeitraum, der von dem MT10 Taktgeber für die gleiche QoS gezählt wird. Wenn beim EntscheidungsSCHRITT 1532 festgestellt wird, dass der MT5 Taktgeber nicht abgelaufen ist, geht das Verfahren zurück zu SCHRITT 1520, um zu bestimmen, ob der MT10 Taktgeber abgelaufen ist. Aber wenn beim SCHRITT 1532 bestimmt wird, dass der MT5 Taktgeber abgelaufen ist, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 1522, bei dem das Verfahren eine inkrementelle Bandbreitenanforderung aufbaut. Das Format, das bei dem Aufbau der inkrementellen und Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet wird, ist unten ausführlicher unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben.
Wie in 15a gezeigt ist, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 1526, bei dem die Bandbreitenanforderung, die bei dem SCHRITT 1522 (inkrementelle Bandbreitenanforderung) oder bei dem SCHRITT 1524 (Gesamt-Bandbreitenanforderung) aufgebaut worden ist, zu einer ausgewählten Basisstation gesendet wird. Wie in der Notation des SCHRITTES 1526 angegeben ist, kann der Mechanismus, der verwendet wird, um die Bandbreitenanforderung zu senden, variieren. Die Fachleute auf dem Gebiet der Kommunikationssystemkonstruktion werden erkennen, dass verschiedene Verfahren zum Senden von Bandbreitenanforderungsnachrichten verwendet werden können.
Das Verfahren geht weiter zu einem Steuerpunkt (d.h., angegeben in 15a durch einen SCHRITT 1538), bei dem das Verfahren zu dem SCHRITT 1510 zurückkehrt, um auf die Ankunft von Daten zu warten, für die noch keine Bandbreite angefordert worden ist.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Einheiten an angeforderter Bandbreite, die in den Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsnachrichten angegeben sind, die "natürlichen" Einheiten des Systems. In einem Paketsystem mit variabler Länge werden die "natürlichen" Einheiten in Bytes gemessen, und deshalb wird die Bandbreite unter Verwendung von Bytes als der Einheit der Bandbreitenmessung angefordert. In einem System mit fester Paketlänge werden die "natürlichen" Einheiten des Systems in Paketen gemessen, und die Bandbreite wird deshalb unter Verwendung von Paketen als der Einheit der Bandbreitenmessung angefordert.
15b ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives Ausführungsbeispiel des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolls 1500' der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 15b gezeigt ist, beginnt das Verfahren bei einem SCHRITT 1510', bei dem das CPE auf die Ankunft von Daten wartet, für die noch keine Bandbreite angefordert worden ist. Wenn die Daten ankommen, geht das Verfahren weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 1520', um zu bestimmen, ob ein Taktgeber (der in 15b als der "MT10 Taktgeber" bezeichnet wird) abgelaufen ist. Der MT10 Taktgeber in der 15b ist im Wesentlichen dem MT10 Taktgeber ähnlich, der oben im Hinblick auf 15a beschrieben worden ist und wird deshalb hier nicht mehr ausführlich beschrieben werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 15b geht das Verfahren dann, wenn bei dem SCHRITT 1520' festgestellt wird, dass der MT10 Taktgeber abgelaufen ist, weiter zu einem SCHRITT 1524, bei dem das Verfahren eine Gesamt-Bandbreitenanforderung aufbaut. Wenn bei dem SCHRITT 1520' festgestellt wird, dass der MT10 Taktgeber noch nicht abgelaufen ist, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 1522', bei dem das Verfahren eine inkrementelle Bandbreitenanforderung aufbaut. Das Format, das beim Aufbau der inkrementellen und Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet wird, wird unten unter Bezugnahme auf Tabelle 1 ausführlicher beschrieben werden.
Das Verfahren geht dann weiter zu einem SCHRITT 1526', bei dem die Bandbreitenanforderung, die beim SCHRITT 1522' (inkrementelle Bandbreitenanforderung) oder beim SCHRITT 1524' (Gesamt-Bandbreitenanforderung) aufgebaut worden ist, zu einer ausgewählten Basisstation gesendet wird. Der Mechanismus, der dazu verwendet wird, die Bandbreitenanforderung zu senden, kann variieren. Die Fachleute auf dem Gebiet der Kommunikationssystemkonstruktion werden erkennen, dass verschiedene Verfahren zur Übertragung von Bandbreitenanforderungsnachrichten verwendet werden können.
Das Verfahren geht weiter zu einem SCHRITT 1528, bei dem das Verfahren darauf wartet, eine Uplink-Subframe-Abbildung zu empfangen, die angibt, dass eine Bandbreitengewährung bereitgestellt worden ist. Das Verfahren geht dann weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 1530, um zu bestimmen, ob die Bandbreitengewährung für den Zweck entweder des Sendens von Daten oder des Wartens auf eine angemessene Gewährung geeignet ist. Wenn die Gewährung geeignet war, geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 1534. Anderenfalls geht das Verfahren zu einem EntscheidungsSCHRITT 1532'. Bei dem EntscheidungsSCHRITT 1532' bestimmt das Verfahren, ob ein zweiter Taktgeber, der in 15b als ein "MT5 Taktgeber" bezeichnet wird, abgelaufen ist. Der MT5 Taktgeber in 15b ist im Wesentlichen dem MT5 Taktgeber ähnlich, der oben unter Bezugnahme auf 15a beschrieben worden ist und wird deshalb hier nicht ausführlicher beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel wartet das Verfahren für die Dauer von 10 Frames (für rt-VBR). Alternativ dazu wartet das Verfahren für die Dauer von 20 Frames (für nrt-VBR). In einem Ausführungsbeispiel ist der Zeitraum, der von dem MT5 Taktgeber gezählt wird, kleiner als der Zeitraum, der von dem MT10 Taktgeber für die gleiche QoS gezählt wird. Wenn bei dem Entscheidungs-SCHRITT 1532' festgestellt wird, dass der MT5 Taktgeber abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu dem EntscheidungsSCHRITT 1520' zurück, um festzustellen, ob der MT10 Taktgeber abgelaufen ist. Anderenfalls geht das Verfahren zu dem SCHRITT 1528 zurück, um auf den Empfang einer Uplink-Abbildung zu warten. Wenn bei dem EntscheidungsSCHRITT 1530 bestimmt worden ist, dass die Bandbreitengewährung geeignet ist, geht das Verfahren weiter zu dem SCHRITT 1534.
Wie in 15b gezeigt ist, sendet das CPE bei dem SCHRITT 1534 Daten quer durch die Verbindung und geht zu einem EntscheidungsSCHRITT 1536, um zu bestimmen, ob die Bandbreitengewährung die Bandbreitenanforderung vollständig zufrieden gestellt hat. Wenn die Gewährung die Bandbreitenanforderung vollständig zufrieden gestellt hat, geht das Verfahren zu einem Steuerpunkt (d.h., angegeben in 15b durch einen SCHRITT 1538'), bei dem das Verfahren zu dem SCHRITT 1510' zurückkehrt. Anderenfalls kehrt das Verfahren zu dem SCHRITT 1528 zurück, bei dem das Verfahren auf den Empfang einer Uplink-Subframe-Abbildung wartet, die eine Bandbreitengewährung von der Basisstation enthält. Wie oben unter Bezugnahme auf 15a beschrieben worden ist, sind in einem Ausführungsbeispiel die Einheiten der Bandbreite, die in den Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsnachrichten angegeben sind, die "natürlichen" Einheiten des Systems. In einem System mit variabler Paketlänge werden die "natürlichen" Einheiten in Bytes gemessen, und deshalb wird die Bandbreite unter Verwendung von Bytes als der Einheit der Bandbreitenmessung angefordert. In einem System mit fester Paketlänge werden die "natürlichen" Einheiten des Systems in Paketen gemessen, und die Bandbreite wird deshalb unter Verwendung von Paketen als der Einheit der Bandbreitenmessung angefordert.
In einem Ausführungsbeispiel werden Bandbreitenanforderungen von dem CPE zu der Basisstation vorzugsweise unter Verwendung des nachfolgenden 5-Byte-Formats (das unten in Tabelle 1 zusammengefasst ist) durchgeführt. In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Bandbreitenanforderung vier Felder: Ein Feld "Kennung Nachrichtenart", ein Feld "Verbindungskennung" (Verbindungs-ID) oder "QoS", ein Feld "Anforderungsart" und ein Feld "Angeforderte Menge". Das Feld Kennung Nachrichtenart weist eine Länge von einem Byte auf und enthält einen hexadezimalen Wert von "0xB0". Das Feld Verbindungskennung (oder QoS) weist eine Länge von zwei Bytes auf und enthält die Verbindungskennung (Verbindungs-ID) oder QoS der Verbindung, die angefordert wird. Die Inhalte des Feldes Verbindungskennung oder QoS hängen von dem Feld Bandbreitenanforderungsbereich einer MAC-Steuernachricht ab. Das Feld Anforderungsart weist eine Länge von einem Bit auf und enthält Informationen, die angeben, ob eine Bandbreitenanforderung eine inkrementelle oder eine Gesamt-Bandbreitenanforderung ist. Das Feld Anforderungsart ist auf eine logi sche Eins gesetzt, um anzugeben, dass die Bandbreitenanforderung eine inkrementelle Anforderung ist. Das Feld Anforderungsart ist auf eine logische Null gesetzt, um anzugeben, dass die Bandbreitenanforderung eine Gesamt-Bandbreitenanforderung ist. In einem Ausführungsbeispiel ist das Feld Angeforderte Menge fünfzehn Bits lang und enthält entweder (1) die Menge an Bandbreite (gemessen in den natürlichen Einheiten des Systems), die pro Frame für CG-Verbindungen angefordert ist, oder (2) die Menge an inkrementeller/gesamter Bandbreite (gemessen in den natürlichen Einheiten des Systems), die für DAMA-Verbindungen angefordert ist. Wie oben unter Bezugnahme auf 15b beschrieben ist, werden die Bandbreiteneinheiten für DAMA-Verbindungen in Bytes in Kommunikationssystemen mit variabler Paketlänge und in Paketen in Kommunikationssystemen mit Paketen fester Länge gemessen.
Tabelle 1 – Beispielhaftes Bandbreitenanforderungsformat
Abgekürztes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollsystem
In Ausführungsbeispielen, die ein abgekürztes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollsystem verwenden, benutzen die Systeme Füllpakete, um eine Reduktion der Bandbreitenzuweisung für ein CPE anzufordern. Dieses Ausführungsbeispiel ist "abgekürzt", weil es keine Null-Bandbreitenanforderungs-Nachrichten benötigt. Das abgekürzte Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollsystem wird nun ausführlich beschrieben.
16 zeigt ein Flussdiagramm für das abgekürzte Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollsystem. Das abgekürzte Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollverfahren 1600 umfasst einen BS-Modem-Abschnitt und einen BS-CPU-Abschnitt. Der BS-Modem-Abschnitt umfasst die SCHRITTE 1610 – 1630 und der BS-CPU-Abschnitt umfasst den SCHRITT 1640. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte innerhalb des BS-Modem-Abschnitts (z.B. SCHRITT 1610) von dem BS-Modem 1452 durchgeführt. In ähnlicher Weise werden die Schritte innerhalb des BS-CPU-Abschnitts von der BS-CPU 1454 durchgeführt. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik wird erkennen, dass die Schritte des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens auch in anderen Konfigurationen durchgeführt werden können.
Zum Beispiel kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren den SCHRITT 1610 in dem BS-Modem und die SCHRITTE 1620 – 1640 in der BS-CPU durchführen.
Unter Bezugnahme auf 16 beginnt das Verfahren bei einem SCHRITT 1810, bei dem das BS-Modem ein Paket von einem CPE erhält. Das Verfahren geht dann weiter zu einem EntscheidungsSCHRITT 1620, bei dem das Verfahren bestimmt, ob das Paket, das in dem SCHRITT 1610 erhalten worden ist, ein Füllpaket ist. Wenn dies der Fall ist, dann geht das Verfahren weiter zu einem SCHRITT 1630, bei dem das BS-Modem die BS-CPU von dem Füllpaket und seinem zugeordneten CPE informiert, anderenfalls kehrt das Verfahren zurück zu dem SCHRITT 1610. In einem Ausführungsbeispiel des SCHRITTES 1630 umfasst die Benachrichtigung, die von dem BS-Modem zu der BS-CPU gesendet wird, ein Flag-Paket, das Daten umfasst, die ein zugeordnetes CPE identifizieren, das das Füllpaket gesendet hat. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik wird erkennen, dass andere Einrichtungen zum Informieren der BS-CPU verwendet werden können. Zum Beispiel kann eine gemeinsame Speichereinrichtung verwendet werden.
In Übereinstimmung mit dem SCHRITT 1630 des vorliegenden Verfahrens identifiziert ein BS-Modem ein CPE, das ein Füllpaket gesendet hat, aus dem Übertragungsabschnitt des Uplink-Subframe. Ein Fachmann auf dem Ge biet der Kommunikationstechnik wird andere Verfahren zur Identifikation von CPEs erkennen. Das BS-Modem kann CPEs bei jedem Uplink-Subframe oder Uplink-Scheduling-Intervall identifizieren. Nach dem SCHRITT 1630 geht das Verfahren weiter zu SCHRITT 1640.
Wie in 16 gezeigt ist, umfasst der BS-CPU-Abschnitt den SCHRITT 1640, bei dem die BS-CPU bemerkt, dass das zugeordnete CPE in dem Kommunikationssystem aktiv ist und zu viel Bandbreite hat. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel kann die BS-CPU die Bandbreitenzuweisung für das zugeordnete CPE reduzieren. Die BS-CPU setzt die gesamte angeforderte Bandbreite für das zugeordnete CPE zurück. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Kommunikationstechnik wird erkennen, dass andere Verfahren zur Reduzierung der CPE-Bandbreitenzuweisung mit diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden können. Dieses Ausführungsbeispiel benötigt keine Null-Bandbreitenanforderungs-Nachrichten.
Zusammenfassung
Zusammenfassend umfassen das Verfahren und die Vorrichtung zum Zuweisen von Bandbreite leistungsstarke, hocheffiziente Einrichtungen zum Zuweisen von Bandbreite in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem. Ausführungsbeispiele verwenden ein Protokoll oder eine Kombination aus Protokollen, zum Beispiel eine inkrementelle/Gesamt-Bandbreitenanforderungs-Technik oder eine "Füllpaket"-Technik zusammen mit Einzel- und Gruppen-Abfragetechniken, das Abfragen auf Konkurrenzbasis, die Huckepack-Technik und CPE-initiierte Techniken, um effizient Bandbreite in einem Kommunikationssystem zuzuweisen. Vorteilhafterweise kann die Bandbreite, die normalerweise für das Senden von Bestätigungen in Reaktion auf Bandbreitenanforderungen verwendet wird, für andere Zwecke wie zum Beispiel das Senden von Daten verwendet werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Bandbreitenzuweisungssynchronisierung zwischen den CPEs und den Basisstationen dadurch aufrechterhalten, dass periodisch Gesamt-Bandbreitenanforderungen gesendet werden. Die Gesamt-Bandbreitenanforderungen werden dazu verwendet, die Basisstationen zurückzusetzen, um die unmittelbaren gesamten Bandbreitenbedarfe ihrer zu gehörigen und entsprechenden CPEs zu reflektieren. Die Gesamt-Bandbreitenanforderungen erlauben es dadurch dem vorliegenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, "selbstkorrigierend" zu sein. Jeder Verlust der Synchronisation, der zwischen den Basisstationen und ihren zugeordneten CPEs aufgrund eines Verlustes der inkrementellen Bandbreitenanforderungen auftritt, wird berichtigt, wenn die Gesamt-Bandbreitenanforderungen von den Basisstationen empfangen und verarbeitet werden. Vorteilhafterweise erlauben es die Gesamt-Bandbreitenanforderungen dem vorliegenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, selbstkorrigierend zu sein, ohne dass ein Bedarf nach einer garantierten Übermittlung von Bandbreitenanforderungen besteht (dh., ohne den Bandbreiten-Overhead, der normalerweise mit der Verwendung von Bandbreitenanforderungs-Bestätigungsnachrichten verbunden ist).
In einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet das Protokoll ein abgekürztes Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokoll, um Bandbreite zuzuweisen. Das abgekürzte Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokollsystem verwendet Füllpakete, um eine Reduktion der Bandbreitenzuweisung für ein CPE anzufordern. In einem Ausführungsbeispiel informiert ein Basisstations-Modem eine Basisstations-CPU, wenn das BS-Modem Füllpakete von einem CPE empfängt. Nach dem Informieren der BS-CPU kann das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren die Bandbreitenzuweisung für das zugeordnete CPE reduzieren.
Es sind nun eine Reihe von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Nichtsdestotrotz wird es klar sein, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel können das Verfahren und die Vorrichtung in jedem Typ von Kommunikationssystem verwendet werden. Ihr Gebrauch ist nicht auf ein drahtloses Kommunikationssystem beschränkt. Ein solches Beispiel ist die Verwendung der Erfindung in einem Satellitenkommunikationssystem. Bei einem solchen Kommunikationssystem ersetzt der Satellit die oben beschriebenen Basisstationen. Ferner befinden sich die CPEs nicht mehr in festgelegten Entfernungen von den Satelliten. Es ist daher schwieriger, DAMA-Dienste für die CPEs zu planen. Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung in einem verdrahteten Kommunikationssystem verwendet werden. Der einzige Unterschied zwischen dem verdrahteten System und dem drahtlo sen System, das oben beschrieben worden ist, besteht darin, dass die Kanalcharakteristiken zwischen den beiden unterschiedlich sind. Die Bandbreitenzuweisungen ändern sich jedoch nicht zwischen den zwei Systemtypen.
Obwohl Ausführungsbeispiele des selbstkorrigierenden Bandbreitenanforderungs-/-gewährungsprotokolls, das oben beschrieben worden ist, ein Muster von vier zu eins von inkrementellen Bandbreitenanforderungen zu Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet (dh., vier inkrementelle Bandbreitenanforderungen werden gesendet, gefolgt von einer Gesamt-Bandbreitenanforderungen), können auch alternative Muster von inkrementellen/Gesamt-Bandbreitenanforderungen verwendet werden. Zum Beispiel werden in einem alternativen Ausführungsbeispiel drei inkrementelle Bandbreitenanforderungen gefolgt von einer Gesamt-Bandbreitenanforderung gesendet. Eine andere Alternative verwendet ein Sendemuster von 3 zu 2 für die inkrementellen/Gesamt-Bandbreitenanforderungen. Die Erfindung ist daher nicht als durch das spezifisch dargestellte Ausführungsbeispiel eingeschränkt zu betrachten.

Claims

Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite in einem drahtlosen Breitband-Kommunikationssystem, wobei das drahtlose Kommunikationssystem eine Vielzahl von kundeneigenen Endgeräten in Verbindung mit zugehörigen und entsprechenden Basisstationen umfasst, und wobei die Basisstationen Abbildungen von Uplink – und Downlink – Subframes verwalten, welche Bandbreiten-Zuweisungen in den Uplink- und Downlink -Verbindungswegen darstellen, wobei das Verfahren umfasst: a) Bestimmen eines inkrementellen Bandbreitenbedarfs für ein ausgewähltes kundeneigenes Endgerät (Customer Premises Equipment); b) Senden einer inkrementellen Bandbreitenanforderung an eine Basisstation, die einem ausgewählten kundeneigenen Endgerät zugeordnet ist, wobei die inkrementelle Bandbreitenanforderung Informationen enthält, die für den in Schritt a) ermittelten inkrementellen Bandbreitenbedarf indikativ sind; c) Bestimmen eines gesamten Bandbreitenbedarfs für das ausgewählte kundeneigene Endgerät; d) Bestimmen, ob eine Gesamt -Bandbreitenanforderung an die Basisstation gesendet werden soll, die dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät zugeordnet ist, so dass eine Gesamt -Bandbreitenanforderung periodisch gesendet wird, wobei die Gesamt-Bandbreitenanforderung Informationen enthält, die für den in Schritt c) ermittelten gesamten Bandbreitenbedarf indikativ sind; und e) wenn in Schritt d) für die Gesamt -Bandbreitenanforderung bestimmt wird, dass sie angefordert wird, Senden der Gesamt-Bandbreitenanforderung an die zugehörige Basisstatio n und Zurückkehren zu Schritt a); anderenfalls Rückkehr zu Schritt a) ohne Senden der Gesamt-Bandbreitenanforderung.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei der inkrementelle Bandbreitenbedarf die Änderung in den Bandbreitenbedarfe n umfasst, seit das ausgewählte kundeneigene Endgerät zuletzt eine Bandbreite von der zugehörigen Basisstation angefordert hat.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei der in Schritt c) ermittelte gesamte Bandbreitenbedarf einen gesamten unmittelbaren Handbreitenbedarf für das ausgewählte kundeneigene Endgerät umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei der Schritt d) des Bestimmens, ob eine Gesamt-Bandbreitenanforderung an die zugehörige Basistation gesendet werden soll, umfasst: da) Zählen von aufeinander folgenden Übertragungen von inkrementellen Bandbreitenanforderungen; db) Vergleichen der in Schritt a) gezählten Anzahl von aufeinander folgenden Übertragungen mit einem vorgegebenen inkrementellen Bandbreitenanforderungs-Schwellenwert; und dc) Angeben, dass eine Gesamt -Bandbreitenanforderung erforderlich ist, wenn die Anzahl der aufeinander folgenden Übertragungen von inkrementellen Bandbreitenanforderungen gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist, andernfalls zurückkehren zu Schritt a).
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei der Schritt d) des Bestimmens, ob eine Gesamt-Bandbreitenanforderung an die zugehörige Basisstation gesendet werden soll, umfasst: da) Warten während eines vorgegebenen Zeitintervalls zwischen Übertragungen von Gesamt -Bandbreitenanforderungen; db) Angeben, dass eine Gesamt -Bandbreitenanforderung erforderlich ist, wenn das vorgegebene Zeitintervall abgelaufen ist, andernfalls zurückkehren zu Schritt a).
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei der Schritt a) des Weiteren das Zurücksetzen von Datensätzen, welche die Gesamt -Bandbreitenbedarfe des ausgewählten kundeneigenen Endgeräts angeben, an der zugehörigen Basisstation in Reaktion auf die gesendete Gesamt-Bandbreitenanforderung umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei die inkrementellen und Gesamt -Bandbreitenanforderungen durch das ausgewählte kundeneigene Endgerät an die zugehörige Basisstation gesendet werden, indem eine Huckepack-Technik verwendet wird, wobei das ausgewählte kundeneigene Endgerät die Bandbreitenanforderungen unter Verwendung nicht genutzter Bandbreite in Paketen von vorhandenen Bandbreitenzuweisungen sendet.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei die inkrementellen und Gesamt -Handbreitenanforderungen durch das ausgewählte kundeneigene Endge rät an die zugehörige Basisstation unter Verwendung einer Einzelabruf -Technik gesendet werden, wo bei das ausgewählte kundeneigene Endgerät einzeln von der zugehörigen Basisstation hinsichtlich seines Bandbreitenbedarfs abgerufen wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 8, wobei die zugehörige Basisstation Bandbreite in dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät in einer Uplink-Subframe-Abbildung zuweist, und wobei die Basisstation bestimmt, ob für das ausgewählte kundeneigene Endgerät eine Abfrage erforderlich ist, indem ein mit dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät verknüpftes Abfrage-Bit gesetzt wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, wobei Bandbreitenanforderungen an die zugehörige Basisstation unter Verwendung einer Bandbreitenanforderungs-Nachricht gesendet werden.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 10, wobei die Bandbreitenanforderungs -Nachricht ein Feld Kennung Nachrichtenart, ein Feld Verbindungskennung/Dienstgüte, ein Feld Anforderungsart und ein Feld Angeforderte Menge umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 11, wobei das Feld Anforderungsart angibt, ob eine inkrementelle oder eine Gesamt -Bandbreitenanforderung gesendet wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 11, wobei das Feld Angeforderte Menge die Bandbreitenmenge angibt, die durch das ausgewählte kundeneigene Endgerät angefordert wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 13, wobei die Bandbreitenmenge, die angefordert wird, in Bytes ausgedrückt wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 13, wobei die Bandbreitenmenge, die angefordert wird, in Paketen ausgedrückt wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 11, wobei das Feld Kennung Nachrichtenart einen vorgegebenen konstanten Wert aufweist, der dem Kommunikationssystem angibt, dass eine Bandbreitenanforderungs-Nachricht gesendet wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 11, wobei das Feld Verbindungskennung/Dienstgüte entweder eine Kennung für eine Verbindung zwischen dem ausgewählten kunde neigenen Endgerät und der zugehörigen Basisstation oder eine Dienstgüte angibt, die der Verbindung zwischen dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät und der zugehörigen Basisstation zugeordnet ist.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 17, wobei die der Verbindung zugeordnete Dienstgüte zu einem Zeitpunkt zugewiesen wird, an dem die Verbindung zum ersten Mal zwischen dem kundeneigenen Endgerät und der zugehörigen Basisstation hergestellt wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: f) Erhalten eines Pakets; g) Bestimmen, ob das Paket von Schritt f) ein Füllpaket ist; h) wenn das Paket ein Füllpaket ist, die CPU einer Basisstation über das Füllpaket und ein zugehöriges kundeneigenes Endgerät informieren, andernfalls zurückkehren zu Schritt f); i) Reduzieren einer Bandbreitenzuweisung für das zugehörige kundeneigene Endgerät; und j) Zurückkehren zu Schritt f).
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 19, wobei der Schritt h) des Informierens der CPU einer Basisstation das Senden eines Flag-Pakets an die CPU einer Basisstation umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 20, wobei das Flag-Paket Informationen in Bezug auf eine zugehörige CPU umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 19, wobei der Schritt h) des Informierens der CPU einer Basisstation einen gemeinsamen Speicherprozessor umfasst.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 19, wobei die Schritte f) – h) durch ein Basisstations-Modem durchgeführt werden, und der Schritt i) durch die CPU einer Basisstation durchgeführt wird.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 19, wobei der Schritt f) durch ein Basisstations-Modem durchgeführt wird, und die Schritte g) – i) durch die CPU einer Basisstation durchgeführt werden.
Verfahren zum Zuweisen von Bandbreite nach Anspruch 19, wobei der Schritt i) des Reduzierens einer Bandbreitenzuweisung das Zurücksetzen aller angeforderten Bandbreiten für das zugehörige kundeneigene Endgerät umfasst.
Drahtloses Breitband -Kommunikationssystem, wobei das drahtlose Kommunikationssystem ein oder mehrere kundeneigene Endgeräte in Verbindung mit einer zugehörigen und entsprechenden Basisstation umfasst, und wobei die Basisstation Abbildungen von Uplink – und Downlink-Subframes verwaltet, welche die Handbreiten – Zuweisungen in den Uplink – und Downlink -Verbindungswegen darstellen, wobei das System umfasst: a) eine Bandbreitenbedarfs -Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines inkrementellen Bandbreitenbedarfs und eines gesamten Bandbreitenbedarfs für ein ausgewähltes kundeneigenes Endgerät; b) eine Sendeeinrichtung, die betrieblich an die Bandbreitenbedarfs-Berechnungseinrichtung gekoppelt ist, um eine inkrementelle Bandbreitenanforderung und eine-Gesamt -Bandbreitenanforderung an eine zu dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät zugehörige Basisstation zu senden, wobei die inkrementelle Bandbreitenanforderung für den inkrementellen Bandbreitenbedarf des ausgewählten kundeneigenen Endgeräts indikativ ist, und wobei die Gesamt -Bandbreitenanforderung für den gesamten Bandbreitenbedarf des ausgewählten kundeneigenen Endgeräts indikativ ist; und c) eine Bestimmungseinrichtung, die betrieblich an die Sendeeinrichtungen gekoppelt ist, um zu bestimmen, ob eine Gesamt -Bandbreitenanforderung an die zugehörige Basisstation gesendet werden soll, wobei die Bestimmungseinrichtung veranlasst, dass die Sendeeinrichtung periodisch eine Gesamt-Bandbreitenanforderung sendet.
System nach Anspruch 26, wobei der inkrementelle Bandbreitenbedarf die Änderung in den Bandbreitenbedarfen umfasst, seit das ausgewählte kundeneigene Endgerät zuletzt eine Bandbreite von der zugehörigen Basisstation angefordert hat.
System nach Anspruch 26, wobei der gesamte Bandbreitenbedarf einen gesamten unmittelbaren Bandbreitenbedarf für das ausgewählte kundeneigene Endgerät umfasst.
System nach Anspruch 28, wobei die Einrichtung zum Bestimmen, ob eine Gesamt -Bandbreitenanforderung an die zugehörige Basisstation gesendet werden soll, umfasst: ca) eine Einrichtung zum Zählen von aufeinander folgenden Übertragungen von inkrementellen Bandbreitenanforderungen; cb) eine Einrichtung zum Vergleichen der Anzahl von aufeinander folgenden Übertragungen, die durch die Zähleinrichtung gezählt worden sind, mit einem vorgegebenen inkrementellen Bandbreitenanforderungs-Schwellenwert; und cc) eine Einrichtung zum Angeben, dass eine Gesamt-Bandbreitenanforderung erforderlich ist, sobald die Anzahl der aufeinander folgenden Übertragungen von inkrementellen Bandbreitenanforderungen gleich dem vorgegebenen Schwellenwert ist.
System nach Anspruch 29, wobei die Einrichtung zum Zählen von aufeinander folgenden Übertragungen von in krementellen Bandbreitenanforderungen einen dynamischen Taktgeber umfasst.
System nach Anspruch 30, wobei der Taktgeber auf eine vorgegebene Anzahl von Frames gesetzt ist, welche das Gerät zwischen Übertragungen von Gesamt-Bandbreitenanforderungen abwartet, und wobei der Taktgeber jedes Mal dekrementiert wird, wenn eine inkrementelle Bandbreitenanforderung gesendet wird.
System nach Anspruch 31, wobei die vorgegebene Anzahl von Frames, welche das Gerät zwischen Übertragungen von Gesamt -Bandbreitenanforderungen abwartet, von einer Dienstgüte abhängt, die einer Verbindung zwischen dem ausgewählten kundeneigenen Endgerät und der zugehörigen Basisstation zugeordnet ist.
System nach Anspruch 26, des Weiteren umfassend: d) eine Einrichtung zum Erhalten eines Pakets; e) eine Paket -Bestimmungseinrichtung, die an die Einrichtung zum Erhalten eines Pakets gekoppelt ist, zum Bestimmen, ob ein Paket ein Füllpaket ist; f) eine Einrichtung zum Informieren der CPU einer Basisstation, die an die Paket -Bestimmungseinrichtung gekoppelt ist, um die CPU einer Basisstation über ein Füllpaket und ein zugehöriges kundeneigenes Endgerät zu informieren; und g) eine Einrichtung zum Reduzieren einer Bandbreitenzuweisung, die an die Einrichtung zum Informieren der CPU einer Basisstation gekoppelt ist, um eine Bandbreitenzuweisung für das zugehörige kundeneigene Endgerät zu reduzieren.
System nach Anspruch 33, wobei ein Basisstations-Modem die Einrichtung zum Erhalten eines Pakets, die Paket-Bestimmungseinrichtung und die Einrichtung zum Informieren der CPU einer Basisstation umfasst, und wobei die CPU einer Basisstation die Einrichtung zum Reduzieren einer Bandbreitenzuweisung umfasst.
System nach Anspruch 33, wobei ein Basisstations-Modem die Paket -Bestimmungseinrichtung umfasst, und wobei die CPU einer Basisstation die Paket -Bestimmungseinrichtung, die Einrichtung zum Informieren der CPU einer Basisstation und die Einrichtung zum Reduzieren einer Bandbreitenzuweisung umfasst.