CN100373816C - 用于混合无线通信系统中数据分组传输的系统和方法 - Google Patents

用于混合无线通信系统中数据分组传输的系统和方法 Download PDF

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Abstract

使用一转换器在CDMA无线电接入网和GSM核心基础结构间传输计算机数据，所述转换器在CDMA一侧充当分组数据服务节点(PDSN)元件(30)，在GSM一侧充当服务GPRS服务节点(SGSN)元件(32)。公开了转换的消息序列和协议栈。

Description

用于混合无线通信系统中数据分组传输的系统和方法
相关申请
本申请要求以下美国临时申请的优先权：题为“Method and Apparatus forData Packet Transport  in a Wireless Communication System Consisting ofCDMA2000 Radio Access Network and GPRS Core Network”，序列号为60/340,500，于2001年12月14日提交。
I.发明领域
本发明一般涉及无线通信系统，尤其涉及与GSM核心网络一起使用CDMA无线电接入网。
II.背景
码分多址(CDMA)是固有地具有相对较大带宽容量的数字无线技术，即相比其它无线通信技术，固有地允许服务每频带更多电话呼叫。此外，CDMA的扩频原理固有地提供安全通信。第4901307号美国专利提出了CDMA系统的细节，所述CDMA系统可用于发送语音呼叫和非语言的计算机数据，该专利通过引用被结合于此。
不管CDMA的优点如何，存在使用其它原理的其它无线系统。例如，在使用GSM的大多数领域中，其采用时分多址的版本。
无论使用CDMA原理或是其它无线原理，无线通信系统可被认为有两个主要组成部分，即无线无线电接入网(RAN)以及与RAN且与外部系统通信的核心基础结构，外部系统比如公共交换电话网(PSTN)、因特网(特别尽管不是专用于数据呼叫)等等。与各种无线技术相关的核心基础结构会非常昂贵，在硬件和开发通信协议方面都是如此，开发通信协议是为了支持特殊的、一般是系统专用的呼叫转换、预订和伴随的验证和呼叫监视、以及记帐。因而，如果在一个系统或另一系统的核心基础结构中没有昂贵的阻止变更，那么一个无线系统的通信协议(在GSM情况下是GSM协议，在诸如cdma2000-1x的CDMA情况下是IS-41协议)也许不与另一系统的协议兼容。
从上述内容，本发明认识到，由于GSM在大多数领域是现存的，因此希望能结合基于GSM的核心基础结构而使用基于CDMA的RAN，具有其伴随的优点。本发明还认识到，考虑到上述原因，即使不消除对修改GSM核心基础结构的通信协议的需求，也要使该需求最小。
本发明特别着重于非语音计算机数据从移动站(MS)到核心基础结构的传输。在CDMA系统中，MS可以是电话、膝上型电脑或者通过CDMA无线RAN把数字数据传递到CDMA核心基础结构的其它CDMA设备，CDMA核心基础结构包括一分组数据服务节点(PDSN)，PDSN使用作为IS-41协议一部分的分组数据呼叫过程把数据传递到例如因特网。在GSM系统中，MS通过GSM RAN把数字数据传递到GSM核心基础结构。直到GSM开始采用所谓宽带CDMA，甚至到那些服务提供商由于频谱限制将不能使用宽带CDMA以后，GSM基础结构的计算机数据传输部分将继续是所谓的GPRS基础结构。GPRS计算机数据基础结构包括，对于GSM RAN的每个基站系统(BSS)，与中央网关GPRS服务节点(GGSN)耦合的相应的服务GPRS服务节点(SGSN)。SGSN和GGSN用于使用GSM协议传递计算机数据。本发明解决的问题是怎样连同GSM核心基础结构一起使用CDMA RAN发送计算机数据，而不要求对GSM核心基础结构的过度修改。
发明概述
用于支持无线通信的一转换器包括使用CDMA协议与码分多址(CDMA)无线电接入网(RAN)通信的第一元件。转换器还具有使用GSM协议与GSM核心基础结构通信的第二元件。第一和第二元件彼此通信，以便于结合GSM核心基础结构而使用CDMARAN。
在一优选实施例中，第一元件是一分组数据服务节点(PDSN)元件，第二元件是一服务GPRS服务节点(SGSN)元件。SGSN元件能与网关GPRS服务节点(GGSN)通信，PDSN元件能与CDMA基站控制器(BSC)通信。在特定的优选实施例中，转换器在CDMA RAN和GSM核心基础结构间传输计算机数据。在一优选的、非限制性实现中，转换器终止从CDMA RAN的点对点协议(PPP)组帧，并且响应于与CDMA RAN通信的CDMA移动站的用户所进行的IP选择而把因特网协议(IP)发送到GSM核心基础结构。
另一方面，一种便于结合GSM核心基础结构使用CDMA RAN的方法包括以下的至少一个：终止从CDMA RAN的点对点协议(PPP)组帧，以及响应于与CDMA RAN通信的CDMA移动站的用户所进行的IP选择而把因特网协议(IP)发送到GSM核心基础结构，以及/或者从CDMA移动站开始分组数据协议(PDP)环境激活。
另一方面，从GSM本地位置注册表(HLR)接收创建PDP环境所需的数据，使得可以建立PDP环境而无须改变CDMA标准，尤其是无须改变cdma2000 1x。
还有一方面，无线数据通信系统包括CDMA RAN、GSM核心基础结构、以及使CDMA RAN和GSM核心基础结构互连的转换器。如下进一步公开，转换器接收计算机数据，并且使用CDMA协议把计算机数据发送到CDMA RAN。而且，转换器接收计算机数据并且使用GSM协议把计算机数据发送到GSM核心基础结构。
参照附图可最好地理解本发明的细节，包括其结构和操作，附图中相同的参考数字是指相同的部件，图中：
附图简述
图1是便于使用CDMA无线电接入网和GSM核心基础结构进行数据传输的本发明的框图；
图2是示出在移动站用户已选择了点对点协议(PPP)后用户平面协议的示意图；
图3是示出在移动站用户已选择了因特网协议(IP)后用户平面协议的示意图；
图4是示出用于转换控制的信令协议第一示意图；
图5是在基于本地位置注册表(HLR)中保存的简介创建PDP环境时、以及用图中从上到下按时间排列的消息指定PPP时所使用的信令消息的示意图；
图6是在基于来自移动站自身的消息传递创建PDP环境时、以及用图中从上到下按时间排列的消息指定PPP时所使用的信令消息的示意图；以及
图7是在基于移动站自身指定的简介创建PDP环境时、以及用图中从上到下按时间排列的消息指定IP时所使用的信令消息的示意图。
优选实施例的详细描述
最初参照图1，示出一系统，一般指定为10，用于便于码分多址(CDMA)无线电接入网(RAN)(一般指定为12)和GSM核心基础结构(一般指定为14)间的通信，尤其是计算机数据通信。GSM核心基础结构又能与诸如IP网络16这样的数据网络进行通信，比如因特网。
如图1所示，CDMA RAN12支持一个或多个基站(BTS)18和移动站(MS)20之间的无线通信。按照本领域已知的CDMA原理，BTS18能与基站控制器(BSC)22通信。图1所示优选的CDMA RAN12使用cdma2000，特别使用cdma2000 1x、cdma2000 3x或者cdma2000高数据速率(HDR)原理。
在一非限制性实施例中，移动站20是由Kyocera、Samsung或使用码分多址(CDMA)原理和CDMA空中(OTA)通信空中接口的其它制造商所制造的移动电话。然而，本友明也可应用于其它移动站，比如膝上型电脑、无线手机或电话、数据收发机或者寻呼和定位接收机。根据需要，移动站20可以是如车载(包括汽车、卡车、轮船、飞机、火车)的手提或便携式的。然而，虽然无线移动设备一般被视为是移动的，然而可以理解，本发明在某些实现中可应用于“固定的”单元。同样，本发明应用于传输包括数字化视频信息在内的语音和/或数据信息所使用的数据模块或调制解调器。并且可以使用有线或无线的链路与其它设备通信。而且，可使用指令使调制解调器或模块以预定的协同或相关方式工作以便在多条通信信道上传输信息。无线通信设备有时也称为用户终端、移动站、移动单元、订户单元、移动无线电或无线电话、无线单元、或在某些通信系统中简称为“用户”和“移动”。
转到GSM核心基础结构14，在其它组件中，为了计算机数据传输目的，GSM核心基础结构14可包括网关GPRS服务节点(GGSN)24。此外，GSM核心基础结构14可包括本地位置注册表(HLR)26，其包含GSM核心基础结构14的用户的订户数据。
混合CDMA/GSM转换器28使CDMA RAN12和GSM核心基础结构14互连。在所示的优选实施例中，转换器28包括一分组数据服务节点(PDSN)元件30，该元件30按照CDMA领域已知的PDSN操作使用CDMA协议与CDMA RAN12进行通信。此外，转换器28包括一服务GPRS服务节点(SGSN)元件32，其按照GSM领域已知的SGSN操作使用GSM协议与GSM核心基础结构14进行通信。元件30、32按照下面的公开内容彼此通信，使得便于结合GSM核心基础结构14使用CDMA RAN12，而无须修改GSM核心基础结构14来使用CDMA协议，比如IS-41，而不是使用其自身现有的协议。
图2示出当MS20的用户已指示计算机数据传输中所使用的分组数据协议(PDP)类型将为PPP时，在本发明中使用的各种用户平面协议栈。可以理解，尽管在CDMA1x和HDR系统中仅使用了PPP，然而为了模拟GSM能力，CDMA启用的MS20允许用户指定PPP或IP，而无须改变CDMA标准，尤其无须改变cdma2000 1x。下面进一步讨论系统10怎样使用该用户输入。
第一和第二MS20空中接口用户协议栈34、36代表按照本领域已知的CDMA 1x原理由MS20使用的CDMA空中接口协议栈。为了简便，这里简要描述了这些用户协议栈。如图所示，第一空中接口用户协议栈34包括中继层处的Rm中继层协议38、链路层处的PPP 40。PPP 40在网络层处封装IP42。较上层协议44可被添加在IP42上。
相反，在中继层处，第二空中接口用户栈36包括Rm中继层46，它与第一栈34的Rm中继层38通信。为了与BSC 22通信，第二空中接口栈36包括空中链路48，在空中链路48顶部是Um链路层协议50。链路层处的L2中继使用Um协议，用于按照本领域已知的cdma2000 1x原理传输到BSC 22。
BSC用户协议栈54使BSC 22能与MS 20通信。如图所示，BSC协议栈54包括空中链路56，其与第二MS 20空中接口栈36的空中链路48通信。在中继层的空中链路56顶部是Um链路层58。这些协议通过链路层处的L2中继60变换成适合与cdma2000 1x PDSN通信的协议。更具体地说，按照cdma2000 1x原理，把与MS 20通信所使用的中继层协议变换成适当的物理层协议62、物理层协议62顶部的Aquater链路层协议64、以及中继层处的Aquarter网络层协议66。
BSC栈54的物理层62连到转换器用户栈68，尤其连到转换器栈68的物理层70，该层通过转换器28的PDSN元件30实现。按照cdma2000 1x原理，在物理层70顶部是Aquater链路层协议72和Aquarter网络层协议74，前者对应于BSC栈54的Aquater链路层协议64，后者对应于BSC栈54的Aquarter网络层协议66。
在上述中继层协议的顶部，转换器用户栈68在链路层包括L2中继和处理层76。层76把上述CDMA RAN协议变换/重新格式化为由转换器28的SGSN元件32实现的下列GSM协议，在中继层处按从上到下的顺序：GPRS隧道协议一用户平面(GTP-U)层78、适当的用户数据报协议(UDP)层80、IP层82以及适当的L2和L1层84、86。
转换器28通过GSM协议栈结合图1所示的GGSN 24进行通信。完整而言，按照本领域已知的常规GSM原理，GGSN 24所实现的用户协议栈88包括一中继层，该层如下反映出SGSN元件32的层，在中继层处按从上到下的顺序：GTP-U层90、UDP层92、IP层94以及L2和L1层96、98。
在链路层的中继层顶部是PPP层100，其在网络层处封装IP 102。可使用适当的较上层协议104。
如上所述，虽然cdma2000 1x移动站使用PPP来封装IP，然而在GSM系统中，移动站会允许用户选择他是否希望使用PPP来封装IP。因而，优选的MS 20包括用户选择装置，比如菜单选择或转换器或其它装置，用户可通过所述装置把PDP类型指定为“IP”。图3示出MS 20、BSC 22和GGSN 24处使用的协议与用户选择PDP类型作为PPP时所使用的协议相同。另一方面，转换器28所实现的用户协议栈106在把IP指定为PDP类型时与选择PPP时所使用的有略微不同。更具体地说，用户协议栈106包括物理层108以及Aquater链路层110和Aquater网络层协议112，后两者对应于BSC栈的Aquater链路层和网络层，但在链路层处，图3所示的转换器栈106包括一PPP层114，该层终止了从CDMA RAN接收到的IP来封装PPP。对于对于从反方向进入的数据而言，PPP层114把来自GSM核心的任何IP数据封装在PPP中。这样，保留了能选择PDP类型的GSM特性，而无须修改CDMA MS20以实际上使用除PPP以外的任何协议。
然后，L2中继层116用于如上所述地在上述的CDMA RAN协议和GSM协议间变换。从图3可认识到，当选择IP作为PDP类型时，转换器28和GGSN 24的GTP-U层会存在于用户协议栈的链路层处，而当选择PPP时这些层存在于中继层处。
图4示出在信令或转换平面中使用的协议栈，在图5-7中示出用于各种PDP选择选项的信令消息流。按照本领域已知的cdma2000 1x原理，MS20使用信令协议栈120，该协议栈120包括适当的空中链路122、Um链路层124和直接传输应用部分协议(DTAP)126。该信令栈在移动站一侧由适当的空中链路130、Um链路层和DTAP中继134在BSC信令栈128中实现。移动站一侧的DTAP中继134在栈128的核心一侧具有一相应的基站移动应用部分/直接传输应用部分(BSMAP/DTAP)层136。相反，栈128移动站一侧的Um链路层132对应于栈128核心一侧的传输层138和网络层140，移动站一侧的空中链路130对应于核心一侧的适当链路层142和物理层144。
转换器28所实现的转换信令协议栈146包括CDMA RAN一侧148，该侧如图所示地映像出BSC信令栈128的核心一侧。而且，转换器28实现一DTAP PRS隧道协议一信令(GTP-S)元件150，该元件150在DTAP和GTP间变换消息格式。因而，在GSM一侧152，转换信令栈146包括，从上到下的顺序：GTP-S层152、适当的UDP层154、IP层156以及适当的L2和L1层158。转换信令栈146的该GSM一侧152如图所示被映像在GGSN信令栈160中。
图4所示的协议栈最好用于图5-7所示的信令消息序列中。在图5所示的实施例中，假定把必要的MS 20简介参数保存在图1所示的HLR 26中，使得从HLR简介导出PDP环境。这是有利的，因为它避免了需要修改基于CDMA的MS20以使用除CDMA标准以外的任何其它标准，例如，它使MS 20能使用cdma2000 1x、cdma2000 3x或CDMA HLR，而无须修改所述标准。在图5中还假定PDP类型将为PPP。
如线162所示，从MS20向BSC 22发送cdma2000始发消息。响应于此，BSC22在线164上发回一确认，还在线166上继续向转换器28发送一服务请求。转换器28按照GSM原理在条带168中向HLR26采用GSM授权，包括获得预订授权。
在条带170处，转换器28部分使用从HLR 26获得的用户简介实行与MS20的验证消息交换。在线172上，转换器28向BSC 22作出信道分配请求，在条带174处在CDMA RAN中建立话务信道。然后在条带176处在BSC 22和转换器28的PDSN元件30之间执行称为“A10/A11设立”的设立消息交换，正如使用CDMA核心时在CDMA BSC和PDSN之间发生的一样。
与A10/A11设立交换的同时，在转换器28的SGSN元件32和GGSN 24之间实行PDP环境创建消息交换，以创建GSM核心基础结构内具有低PDP参数的呼叫。特别是，使用保存在HLR26处的用户简介，简介最好包括PDP地址、服务质量(QoS)参数、标识要使用的特定网络或服务(即GGSN)的接入点名称(APN)、以及要由所选GGSN使用的协议配置参数。
然后在线180上从BSC22向转换器28发送一信道分配完成消息，在条带182处建立PPP。然后在条带184通过信道发送用户计算机数据。
图6假定必要的MS 20简介参数在MS 20处可用，使得MS 20可激活PDP环境。为了使用简便这是优选的，但按照下列消息流程要求对基于CDMA的MS 20的修改。图6中还假定PDP类型将为PPP。
如线186所示从MS 20向BSC 22发送一cdma2000始发消息。响应于此，BSC22在线188上发回一确认，但继续在线190上向转换器28发送一服务请求。转换器28在条带192处按照GSM原理向GLR 26实施GSM授权，包括获得预订授权。
同样，在条带194处，转换器28实行与MS 20的授权消息交换。在线196上，转换器28向BSC 22作出信道分配请求，在条带198处在CDMA RAN中建立话务信道。然后在条带200处在BSC 22和转换器28的PDSN元件30之间执行“A10/A11设立”。
在这一点上，图6的消息序列与图5的消息序列有所不同。更具体地说，接着在线201上从BSC 22向转换器28发送信道分配完成消息。然后，通过发送上述PDP参数来执行PDP环境激活，所述PDP参数在图6所示的实施例中被保存在MS20中，在称为应用数据传递系统(ADDS)的现有CDMA消息传递中，发送过程在线202上从MS20到转换器28进行。这些PDP参数包括PDP类型，图6中假定PDP类型已经被用户选择为“PPP”。这使MS20能在CDMA空中接口中发送一GSM PDP环境激活消息，而无须改变CDMA标准。
然后在条带204处建立GSM核心基础结构14内的PDP环境。如线206所示从转换器28向MS20发送一PDP环境接受消息，指示已经接受在线202上激活的环境。在条带208处建立PPP，然后在条带210处通过信道发送用户数据。
图7假定必要的MS 20简介参数在MS 20处可用，使得可由MS 20来激活PDP环境。然而，不同于图6的情况，图7假定PDP类型将被指定为IP。
如线212所示从MS 20向BSC 22发送一cdma2000始发消息。响应于此，BSC22在线214上发回一确认，还在线216上继续向转换器28发送一服务请求。转换器28在条带218处按照GSM原理向HLR 26实施GSM授权，包括获得预订授权。
同样，在条带220处，转换器28实行与MS 20的验证消息交换。在线222处，转换器28向BSC22作出信道分配请求，在条带224处在CDMA RAN中建立话务信道。然后在条带226处在BSC 22和转换器28的PDSN元件30之间执行“A10/A11设立”。
接着在线228上从BSC 22向转换器28发送一信道分配完成消息。然后，通过发送上述PDP参数来执行PDP环境激活，所述PDP参数在图7所示的实施例中被保存在MS 20中，发送过程在线230上从MS 20到转换器28进行。这些PDP参数包括PDP类型，图7中假定PDP类型已经被用户选择为“IP”。
然后在条带234处建立GSM核心基础结构14内的PDP环境。如线236所示从转换器28向MS 20发送一PDP环境接受消息，指示环境已被接受。按照上述公开内容，在条带238处建立PPP，但仅在MS 20和转换器28之间建立。这是因为当选择“IP”时，在转换器20处终止来自MS 20的PPP(相反，在把来自GSM核心基础结构14的IP发送到MS 20上之前将其封装在PPP内)。然后在条带240处通过信道发送用户数据。
虽然这里所示并详细描述的特定的“用于混合无线通信系统中数据分组传输的系统和方法”完全能实现本发明的上述目标，可以理解它是本发明当前优选的实施例，因此代表了由本发明宽泛构想的主题，本发明的范围完全包含了对于本领域技术人员显而易见的其它实施例，因此本发明的范围仅受所附权利要求的限制，权利要求中除非特别指明，否则单数的元件不是指“一个且仅有一个”，而是指“一个或多个”。上述优选实施例的元素的所有结构和功能上的等价物都通过引用被结合于此，并且由权利要求所包含，它们对于本领域普通技术人员是已知或者稍后将得知的。此外，设备或方法不必要解决上面由本发明设法解决的每一个问题，因为它被权利要求所包含。此外，本公开内容中的元件、组件或方法步骤都不是专门公开的，无论所述元件、组件或方法步骤是否在权利要求中特别指出。这里没有权利要求元素应被视为在35U.S.C.§112第六段的规定下，除非使用短语“用于...的装置”特别指出所述元素，或者在方法权利要求的情况下，用“步骤”而不是“动作”指出该元素。

Claims (11)

1.一种用于支持无线通信的转换器，包括：
使用CDMA协议与CDMA无线电接入网通信的第一分组数据服务节点元件；以及
使用GSM协议与GSM核心基础结构通信的第二元件，所述第一和第二元件彼此通信，借此便于结合GSM核心基础结构而使用CDMA无线电接入网，
其中所述转换器是独立于移动站而实现的。
2.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述第二元件是一服务GPRS服务节点元件。
3.如权利要求2所述的转换器，其特征在于，所述服务GPRS服务节点元件与网关GPRS服务节点通信。
4.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述分组数据服务节点元件与CDMA基站控制器通信。
5.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述转换器在所述CDMA无线电接入网和GSM核心基础结构间传输计算机数据。
6.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，所述转换器终止来自CDMA无线电接入网的点对点协议组帧，并且响应于与CDMA无线电接入网通信的CDMA移动站的用户所进行的因特网协议选择而把因特网协议发送到所述GSM核心基础结构。
7.一种无线数据通信系统，包括：
CDMA无线电接入网；
GSM核心基础结构；以及
使所述CDMA无线电接入网和GSM核心基础结构互连的至少一个转换器，所述转换器接收计算机数据并使用CDMA协议将其发送到所述CDMA无线电接入网，所述转换器接收计算机数据并使用GSM协议将其发送到所述GSM核心基础结构，其中所述转换器包括与CDMA无线电接入网通信的分组数据服务节点元件以及与GSM核心基础结构通信的服务GPRS服务节点元件，
其中所述转换器是独立于移动站而实现的。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括与所述服务GPRS服务节点元件通信的至少一个网关GPRS服务节点。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于还包括与所述分组数据服务节点元件通信的至少一个CDMA基站控制器。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换器终止来自CDMA无线电接入网的点对点协议组帧，并且响应于与CDMA无线电接入网通信的CDMA移动站的用户所进行的因特网协议选择而把因特网协议发送到所述GSM核心基础结构。
11.一种用于支持无线通信的转换器，包括：
使用CDMA协议与CDMA无线电接入网通信的第一元件；以及
使用GSM协议与GSM核心基础结构通信的第二服务的GPRS服务节点元件，所述第一元件和服务GPRS服务节点元件彼此通信，借此便于结合GSM核心基础结构而使用CDMA无线电接入网，
其中所述转换器是独立于移动站而实现的。
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