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Synchronisation in Ad-hoc-Netzwerken

IP.com Disclosure Number: IPCOM000011492D
Original Publication Date: 2003-Mar-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Mar-25
Document File: 3 page(s) / 119K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In CDMA-basierten (Coded Division Multiple Access) Mobilfunknetzen, in denen mobile Endgeraete (UEs) ohne ein Kernnetzwerk miteinander kommunizieren (im folgenden als CDMA-basierte „Ad-hoc-Netzwerke“ bezeichnet), ergeben sich besondere Anforderungen, beispielsweise an das Erkennen des zeitlichen Aufbaus von empfangenen Signalen. Das charakteristische Merkmal von Ad-hoc-Netzwerken ist, dass sie im Gegensatz zu Mobilfunknetzen mit Kernnetzwerk – wie UMTS – ueber keine Basisstationen (NodeB) verfuegen, die kontinuierlich Referenzsignale zur Synchronisation aussenden. Die einzelnen Endgeraete kommunizieren hierbei direkt miteinander, ohne dass weitere Netzwerkelemente beteiligt sind. Dies bedeutet natuerlich auch, dass die zur Synchronisation notwendigen Signale von einem im Allgemeinen mobilen Endgeraet ausgesendet werden muessen. Da solche mobilen Endgeraete im Unterschied zu stationaeren Geraeten nur ueber einen sehr begrenzten Energievorrat verfuegen, sollen sie weder staendig Synchronisationssignale senden noch viel Energie verbrauchen, um auf eventuell gesendete Signale zu hoeren, wenn es keine gibt. Bisher sind keine Loesungen fuer diese technischen Probleme fuer CDMA-basierte Ad-hoc-Netzwerke bekannt. Diese Erfindung loest das Problem der Synchronisation in Ad-hoc-Netzwerken durch eine geeignete zeitliche Anordnung von fest definierten Synchronisationscodes des senderseitigen Geraetes (Master-UE), die nur dann und nur fuer begrenzte Zeit gesendet werden, wenn eine Verbindung aufgebaut werden soll. Gleichzeitig unternimmt das empfaengerseitige Geraet (Slave-UE) nur kurzzeitige Detektionsversuche der Signale in festen Intervallen. Durch diese Massnahmen wird der Energiebedarf bei beiden UE´s gesenkt. Die eigentlichen Methoden zur zeitlichen Synchronisation und der gleichzeitigen Verbindungsaufnahme zwischen den Endgeraeten koennen dabei sehr verschieden sein. Vorgestellt werden hier nur zwei besonders geeignete Methoden: Methode 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die im UMTS verwendete „Cell Search Procedure“ mit den dort verwendeten Signalen weitestgehend uebernommen wird. Im UMTS werden zur Synchronisation die Signale der beiden physikalischen Kanaele „primary Synchronisation Channel“ (p-SCH) und „secondary Synchronisation Channel“ (s-SCH) von der NodeB in regelmaessigen Abstaenden gesendet (s. Abb. 1). Ein UE, das sich mit dieser NodeB synchronisieren moechte, dekodiert nun diese beiden Signale und hat nach deren Auswertung die noetigen Informationen ueber den zeitlichen Aufbau der gesendeten Daten (Slot- und Framebeginn). Die hier vorgeschlagene Vorgehensweise ist in Abbildung 2 dargestellt. Sie zeigt die zeitliche Anordnung der von einem Master-UE gesendeten Synchronisationssignale und die Zeiten, zu denen ein Slave-UE die Signale zu detektieren versucht. Dabei sucht jedes empfangsbereite Slave-UE pro Zeitperiode TPeriode fuer die Dauer TSuch nach dem Signal p-SCH. Dazu zeichnet es einen Abschnitt der Laenge TSuch= Slotdauer + Codedauer des empfangenen Signals auf (hier 2816 chips= 2560 chips + 256 chips) und korreliert diesen Abschnitt mit dem bekannten Code cp. Diese Zeitdauer weist die minimal notwendige Laenge auf, damit bei einem Zeitversatz zwischen TPeriode von Master-UE und Slave-UE mindestens ein cp vollstaendig empfangen und detektiert werden kann. Es sind auch laengere TSuch denkbar. Wird kein Signal erkannt, wird nach Ablauf von TPeriode erneut gesucht. Ein Master-UE, das eine Verbindung aufbauen moechte, verhaelt sich erfindungsgemaess wie ein UMTS-NodeB, mit dem Unterschied, dass es nicht staendig sendet, sondern nur kurzzeitig. Hierzu beginnt es mit der Uebertragung des p-SCH und des s-SCH. Deren Aufbau ergibt sich gemaess 3GPP TS 25.211. Das Master-UE kann die Codesequenzen, die in 3GPP TS 25.213 beschrieben sind, verwenden oder davon abweichende Sequenzen. Es sendet die Signale ueber die Dauer TPeriode+TZusatz (ohne Beschraenkung der Allgemeinheit sind in diesem Beispiel TPeriode=15 Slots=1 Frame und TZusatz=3 Slots.

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S

© SIEMENS AG 2003 file: 2002J20196.doc page: 1

Synchronisation in Ad-hoc-Netzwerken

Idea: Maik Bienas, DE-Salzgitter; Holger Schmidt, DE-Salzgitter; Norbert Schwagmann, DE-Salzgitter

In CDMA-basierten (Coded Division Multiple Access) Mobilfunknetzen, in denen mobile Endgeraete (UEs) ohne ein Kernnetzwerk miteinander kommunizieren (im folgenden als CDMA-basierte "Ad-hoc- Netzwerke" bezeichnet), ergeben sich besondere Anforderungen, beispielsweise an das Erkennen des zeitlichen Aufbaus von empfangenen Signalen. Das charakteristische Merkmal von Ad-hoc-Netzwerken ist, dass sie im Gegensatz zu Mobilfunknetzen mit Kernnetzwerk - wie UMTS - ueber keine Basisstationen (NodeB) verfuegen, die kontinuierlich Referenzsignale zur Synchronisation aussenden. Die einzelnen Endgeraete kommunizieren hierbei direkt miteinander, ohne dass weitere Netzwerkelemente beteiligt sind. Dies bedeutet natuerlich auch, dass die zur Synchronisation notwendigen Signale von einem im Allgemeinen mobilen Endgeraet ausgesendet werden muessen. Da solche mobilen Endgeraete im Unterschied zu stationaeren Geraeten nur ueber einen sehr begrenzten Energievorrat verfuegen, sollen sie weder staendig Synchronisationssignale senden noch viel Energie verbrauchen, um auf eventuell gesendete Signale zu hoeren, wenn es keine gibt. Bisher sind keine Loesungen fuer diese technischen Probleme fuer CDMA-basierte Ad-hoc-Netzwerke bekannt.

Diese Erfindung loest das Problem der Synchronisation in Ad-hoc-Netzwerken durch eine geeignete zeitliche Anordnung von fest definierten Synchronisationscodes des senderseitigen Geraetes (Master- UE), die nur dann und nur fuer begrenzte Zeit gesendet werden, wenn eine Verbindung aufgebaut werden soll. Gleichzeitig unternimmt das empfaengerseitige Geraet (Slave-UE) nur kurzzeitige Detektionsversuche der Signale in festen Intervallen. Durch diese Massnahmen wird der Energiebedarf bei beiden UE´s gesenkt. Die eigentlichen Methoden zur zeitlichen Synchronisation und der gleichzeitigen Verbindungsaufnahme zwischen den Endgeraeten koennen dabei sehr verschieden sein. Vorgestellt werden hier nur zwei besonders geeignete Methoden:

Methode 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die im UMTS verwendete "Cell Search Procedure" mit den dort verwendeten Signalen weitestgehend uebernommen wird. Im UMTS werden zur Synchronisation die Signale der beiden physikalischen Kanaele "primary Synchronisation Channel" (p-SCH) und "secondary Synchronisation Channel" (s-SCH) von der NodeB in regelmaessigen Abstaenden gesendet (s. Abb. 1). Ein UE, das sich mit dieser NodeB synchronisieren moechte, dekodiert nun diese beiden Signale und hat nach deren Auswertung die noetigen Informationen ueber den zeitlichen Aufbau der gesendeten Daten (Slot- und Framebeginn).

Die hier vorgeschlagene Vorgehensweise ist in Abbildung 2 dargestellt. Sie zeigt die zeitliche Anordnung der von einem Master-UE gesendeten Synchronisationssignale und die Zeiten, zu denen ein Slave-UE die Signale zu detekt...