CN103167013A - 移动通讯装置及数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有无线模块与控制器模块的移动通讯装置。无线模块用以通过无线模块测量与第一协议层相关的服务网络的链路质量，并决定与第一协议层相关的用以支持空间多工的传输层数。控制器模块还用以根据链路质量与传输层数调整与第二协议层相关的数据传输参数。特别是，第二协议层在多协议堆栈架构中是高于第一协议层。

Description

移动通讯装置及数据传输方法

技术领域

本发明主要关于控制数据传输量(data throughput)的技术，特别是有关于一种装置及方法，其是通过动态调整通讯协议层的窗口尺寸而改善数据传输量。

背景技术

随着科技快速地发展，使用者可通过桌上型计算机、笔记本型计算机、个人数字助理、或智能型手机轻松地连接上网络，而为了在同一网络架构下让不同规格的电子装置能够进行通讯，于是国际标准化组织(InternationalOrganization for Standardization，ISO)提出了开放式通讯系统互联(OpenSystems Interconnection，OSI)模型，以供管理两两系统之间的网络户联。

在开放式通讯系统互联模型所定义的网络环境中，接收端或传送端的每个协议层都被设定以识别来自同一协议层的数据。在传送端，数据封包是依序从最高的协议层往下传送至最底的协议层，然后再通过应用程序传送至接收端。在接收端，当接收到数据封包时，是依序拆开(unpack)每个数据封包，然后将之分发至对应的协议层。需注意的是，每个协议层会有其用于各自处理任务时所需的传输参数及缓冲区尺寸。然而，当数据封包自一处理速度较快的高协议层往下传送至一处理速度较慢的低协议层时，即可能造成使数据传输拖延的问题。反之，当高协议层发生数据缓冲区不足或传输拥塞的状况时，即使低协议层可提供较快的处理速度，仍将无法提升整体的数据传输量。

发明内容

因此，针对上述问题，本发明提出了相应的解决方案，让移动通讯装置(如：使用者装置(User Equipment，UE)、移动台(Mobile Station，MS)、或移动终端(Mobile Terminal，MT)等)能够提升整体数据传输量。

本发明的一实施例提供了一种移动通讯装置，包括一无线模块与一控制器模块。上述无线模块用以执行与一服务网络之间的无线传输与接收。上述控制器模块用以通过上述无线模块测量与一第一协议层相关的上述服务网络的一链路质量，决定与上述第一协议层相关的用以支持空间多工(spatialmultiplexing)的一传输层数，以及根据上述链路质量与上述传输层数调整与一第二协议层相关的一数据传输参数。其中上述第二协议层在一多协议堆栈架构中是高于上述第一协议层。

本发明的另一实施例提供了一种数据传输方法，适用于根据一多协议堆栈架构无线地连接至一服务网络的一移动通讯装置，上述数据传输方法包括以下步骤：测量与一第一协议层相关的上述服务网络的一链路质量；决定与上述第一协议层相关的用以支持空间多工的一传输层数；以及根据上述链路质量与上述传输层数调整与一第二协议层相关的一数据传输参数，其中上述第二协议层在一多协议堆栈架构中是高于上述第一协议层。

关于本发明其它附加的特征与优点，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本发明实施方法中所揭露的移动通讯装置以及数据传输方法做些许的更动与润饰而得到。

附图说明

图1是根据本发明一实施例所述的网络环境示意图。

图2是根据本发明一实施例所述由开放式通讯系统互联模型所定义的多协议堆栈架构的示意图。

图3是根据本发明一实施例所述在开放式通讯系统互联模型与长期演进通讯堆栈之间的对应关系示意图。

图4是根据本发明一实施例所述的数据传输方法的流程图。

图5是根据本发明一实施例所述的移动通讯装置在下行数据传输时其中的高协议层与低协议层之间的作业示意图。

图6是根据本发明一实施例所述的移动通讯装置在上行数据传输时其中的高协议层与低协议层之间的作业示意图。

[主要元件标号说明]

100～网络环境；    110～移动通讯装置；

111～无线模块；    112～控制器模块；

120～服务网络；    121～无线存取网络；

122～核心网络。

具体实施方式

本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。

图1是根据本发明一实施例所述的网络环境示意图。在网络环境100中，移动通讯装置110是通过空中接口(air interface)无线地连接至服务网络120以取得无线服务。服务网络120包括至少一无线存取网络121及核心网络122，一般而言，无线存取网络121是由核心网络122控制以提供无线传输与接收的功能，且无线存取网络121可包括一或多个无线基站，例如：基站(BaseStation，BS)、基站节点(Node-B)、或进化式基站节点(evolved Node-B，Enb)等，端视服务网络所使用的无线存取技术(Radio Access Technology，RAT)而定。虽未绘示，核心网络122可进一步介接至电路交换(Circuit Switched，CS)领域的外部网络(例如：公众交换电话网络(Public Switched TelephoneNetwork，PSTN))、以及/或封包交换(Packet Switched，PS)领域的IP网络(例如：因特网(Internet))。

移动通讯装置110包括了无线模块111与控制器模块112，其中无线模块111用以执行无线传输与接收功能，控制器模块112用以控制无线模块111的运作状态。进一步说明，无线模块111可为一射频(radio frequency，RF)单元，而控制器模块112可为一基频(baseband)单元的通用处理器或微控制单元(Micro-Control Unit，MCU)。基频单元可包括多个硬件装置以执行基频信号处理，包括模拟数字转换(analog to digital conversion，ADC)/数字模拟转换(digital to analog conversion，DAC)、增益(gain)调整、调制与解调、以及编码/解码等。射频单元可接收射频无线信号，并将射频无线信号转换为基频信号以交由基频模块进一步处理，或自基频信号模块接收基频信号，并将基频信号转换为射频无线信号以进行传送。射频单元亦可包括多个硬件装置以执行上述射频转换，举例来说，射频单元可包括一混频器(mixer)以将基频信号乘上移动通讯系统的射频中的一振荡载波，其中该射频可为长期演进(LongTerm Evolution，LTE)技术/长期演进强化(LTE-Advanced)技术所使用的900兆赫、2100兆赫、或2.6吉赫，或视其它无线存取技术的标准而定。虽未绘示，移动通讯装置110还可进一步包括其它功能模块，例如：用以提供人机接口的显示单元、按键(keypad)、以及用以储存应用程序的储存单元等。

图2是根据本发明一实施例所述由开放式通讯系统互联模型所定义的多协议堆栈架构的示意图。由下至上，协议层1～7依序为物理层(Physical layer)、数据链路层(Data Link layer)、网络层(Network layer)、传输层(Transport layer)、会议层(Session layer)、表达层(Presentation layer)、以及应用层(Applicationlayer)。物理层位于最底层，也是最接近硬件装置的协议层；而应用层位于最高层，也是最接近软件程序的协议层。一般而言，协议层1～3负责处理网络存取，而协议层4～7负责处理消息发送端与接收端之间的点对点通讯。每个协议层都至少包括介于其上位与下位逻辑边界之间的功能，而每个协议层所提供的服务是与其下层协议层的服务进一步集成在一起，以建立新的服务供上层协议层所用。

明确来说，在开放式通讯系统互联模型中，物理层与数据链路层是设定用以处理网络硬件连线，且可实作于各式网络存取接口，如：以太网接口、符记环(Token-Ring)接口、或光纤分布式数据接口(Fiber Distributed DataInterface，FDDI)等。网络层是设定用以使用各式协议于传输端及接收端之间传递消息，例如于识别地址或选择传输路径时使用因特网协议(InternetProtocol，IP)、地址解析协议(Address Resolution Protocol，ARP)、反向地址转换协议(Reverse Address Resolution Protocol，RARP)、或因特网控制消息通讯协议(Internet Control Message Protocol，ICMP)。传输层是设定用以使用传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)及使用者数据包通讯协议(User Datagram Protocol，UDP)在不同主机之间传递消息。会议层、表达层、以及应用层是设定用以提供各式应用协议，诸如：远程登入(TELNET)、文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)、简单信件传输协议(Simple Mail TransferProtocol，SMTP)、第三版邮局协议(Post Office Protocol version 3，POP3)、简单网络管理协议(Simple Network Management Protocol，SNMP)、网络新闻传输通讯协议(Network News Transfer Protocol，NNTP)、网域名称系统(DomainName System，DNS)、网络信息系统(Network Information System，NIS)、网络文件系统(Network File System，NFS)、以及超文本传输通讯协议(HypertextTransport Protocol，HTTP)。因此，只要是具有用于数据传输的多协议堆栈架构的无线网络系统，皆可适用本发明的数据传输方法。

需注意的是，在开放式通讯系统互联模型中，传输端与接收端之间的网络层通讯及信令可使用各式的无线通讯标准，例如：无线局域网络(WirelessFidelity，WiFi)、全球移动通讯系统/通用封包无线服务(Global System forMobile Communications/General Packet Radio Service，GSM/GPRS)、宽带码分多工(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、码分多工2000(宽带码分多工)、长期演进、以及长期演进强化等。图3是根据本发明一实施例所述在开放式通讯系统互联模型与长期演进通讯堆栈之间的对应关系示意图。如图3所示，开放式通讯系统互联模型中的物理层是对应至长期演进的协议层1，其是使用频分多工/时分多工(Frequency-DivisionDuplexing/Time-Division Duplexing，FDD/TDD)、或正交频分多工/单载波频分多重存取技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Single carrierfrequency division multiple access，OFDM/SC-FDMA)提供无线存取功能。开放式通讯系统互联模型中的数据链路层是对应至长期演进的协议层2，其包括子协议层：媒体存取控制层(Medium Access Control，MAC)、无线链路控制层(Radio Link Control，RLC)、以及封包数据汇聚层(Packet Data ConvergenceProtocol，PDCP)。开放式通讯系统互联模型中的网络层是部分地对应至长期演进的子协议层无线资源控制层(Radio Resource Control，RRC)、以及非存取层级(Non-Access Stratum，NAS)，此外，网络层还包括一因特网协议实体，用以进行寻址、选路(routing)、服务类型定义、封包分段、封包重组、以及安全性等处理。开放式通讯系统互联模型中的传输层使用传输控制协议，以进行封包序号、封包确认、校验和(checksum)、以及重传等处理。而开放式通讯系统互联模型中的会议层、表达层、以及应用层被设定用以提供应用协议。

图4是根据本发明一实施例所述的数据传输方法的流程图。本发明的数据传输方法可适用于一移动通讯装置，如：移动通讯装置110，使其动态调整通讯协议的窗口尺寸以提升数据传输量。首先，移动通讯装置测量与一第一协议层相关的上述服务网络的一链路质量(步骤S410)，接着，移动通讯装置决定与上述第一协议层相关的用以支持空间多工的一传输层数(步骤S420)。之后，移动通讯装置再根据上述链路质量与上述传输层数调整与一第二协议层相关的一数据传输参数(步骤S430)。明确来说，上述第二协议层在一多协议堆栈架构中是高于上述第一协议层。需注意的是，上述数据传输参数可用于下行数据传输、上行数据传输、或同时用于下行及上行数据传输。

针对图3所示的实施例，步骤S410的链路质量可为连接至服务网络的一下行传输链路的一信道质量指针(Channel Quality Indicator，CQI)，步骤S420的传输层数可为用于多进多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)的一秩数指标(Rank Indicator，RI)，而所述第一协议层则可为长期演进协议堆栈的物理层。步骤S430的数据传输参数可为一传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸，而所述第二协定层则可为图3所示的多协议堆栈架构中的传输层或网络层。举例来说，在步骤S420，如果所使用的是2x2的多进多出，则秩数指标为2；如果未使用多进多出，则秩数指标为1。在步骤S430所述的数据传输参数可由以下公式计算得到：

$(\mathrm{MaxTCPWindowSize}-\mathrm{MinTCPWindowSize})\×\frac{\mathrm{CQI}\_\mathrm{Indexed}\_\mathrm{TBS}}{\mathrm{MAX}\_\mathrm{CQI}\_\mathrm{TBS}}\÷\mathrm{RI}\×\mathrm{Weight}$

其中MaxTCPWindowSize代表传输控制协议/因特网协议的最大窗口尺寸，MinTCPWindowSize代表传输控制协议/因特网协议的最小窗口尺寸，CQI_Indexed_TBS代表当下测量的信道质量指针所对应的传输区块尺寸(Transport Block Size，TBS)，MAXCQITBS代表最大信道质量指针所对应的传输区块尺寸，Weight代表一常数、或当下测量的信道质量指针的一加权函数(weighting function)。

明确来说，所述最大信道质量指针可根据第三代合作计划组织(3rdGeneration Partnership Project，3GPP)所制订的规格书TS 36.213中的表格7.2.3-1而决定。所述当下测量的信道质量指针所对应的传输区块尺寸、以及最大信道质量指针所对应的传输区块尺寸可通过在规格书TS 36.213中的表格7.1.7.1-1与表格7.1.7.2.1-1查询而决定。其中，表格7.1.7.1-1与表格7.1.7.2.1-1明列了调制编码方式(Modulation and Coding Scheme，MCS)的索引(index)与传输区块尺寸的索引之间的对应关系。如果Weight代表的是当下测量的信道质量指针的一加权函数，则该加权函数可为一线性函数、非线性函数、或离散函数，只要其能够使当下测量的信道质量指针与传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸保持在正相关(positive correlation)即可。

当可理解的是，上述信道质量指针及传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸仅为用以说明的实施例，亦可运用其它与链路质量、数据传输率相关的参数来替代之，且本发明不在此限。同理，长期演进协议堆栈仅为用以说明的实施例，亦可运用其它无线存取技术的协议堆栈来对应开放式通讯系统互联模型。

为进一步说明本发明的特征及优点，以下试图以传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸为范例代表步骤S430中所述的数据传输参数。滑动窗口(slidingwindow)的概念是运用于传输控制协议/因特网协议中，让传输端可在接收端一一确认接收之前就一次传送多个封包，如此一来，便可通过此多重传送多重确认的技术增加网络频宽使用率及数据传输速度。简单来说，接收端可使用传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸将其用以接收封包的可用缓冲区尺寸通知传送端，让传送端可在传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸变小时降低其数据传输量，并于传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸变大时提升其数据传输量。因此，本发明可根据低协议层(例如：物理层)所取得的链路质量与传输层数来动态调整高协议层(例如：网络层或传输层)的传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸，藉此而达到改善数据传输量的效果。

图5是根据本发明一实施例所述的移动通讯装置在下行数据传输时其中的高协议层与低协议层之间的作业示意图。如图5左侧所示，当测量到低协议层的链路质量低落(意即，信道质量指针的值小)、且/或用以支持空间多工的传输层数偏小(意即，秩数指标的值小)时，则表示低协议层目前只能提供低速无线传输。以传统技术而言，高协议层并不会在决定传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸时考虑低协议层的链路质量及传输层数，因此，在此情况下仍可能选择过大的传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸而造成数据传输拖延的问题以及不必要的电力消耗。相较之下，本发明针对此一情况能够使高协议层动态缩减传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸，而达到节省电力以及改善数据传输量的效果。

如图5右侧所示，当测量到低协议层的链路质量良好(意即，信道质量指针的值大)、且/或用以支持空间多工的传输层数偏大(意即，秩数指标的值大)时，则表示低协议层目前能够提供高速无线传输。以传统技术而言，在此情况下，高协议层仍可能选择较小的传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸，而无视低协议层目前能够提供高速无线传输。相较之下，本发明针对此一情况能够使高协议层动态调升传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸，而达到改善数据传输量的效果。

同理，图6是根据本发明一实施例所述的移动通讯装置在上行数据传输时其中的高协议层与低协议层之间的作业示意图。如图6左侧所示，当测量到低协议层的链路质量低落(意即，信道质量指针的值小)、且/或用以支持空间多工的传输层数偏小(意即，秩数指标的值小)时，本发明的高协议层会动态缩减传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸。如图6右侧所示，当测量到低协议层的链路质量良好(意即，信道质量指针的值大)、且/或用以支持空间多工的传输层数偏大(意即，秩数指标的值大)时，本发明的高协议层会动态调升传输控制协议/因特网协议的窗口尺寸。因此，上行数据传输的整体数据传输量便得以改善。

本发明虽以各种实施例揭露如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种移动通讯装置，包括：

一无线模块，用以执行与一服务网络之间的无线传输与接收；以及

一控制器模块，用以通过上述无线模块测量与一第一协议层相关的上述服务网络的一链路质量，决定与上述第一协议层相关的用以支持空间多工的一传输层数，以及根据上述链路质量与上述传输层数调整与一第二协议层相关的一数据传输参数；

其中上述第二协议层在一多协议堆栈架构中是高于上述第一协议层。

2.根据权利要求1所述的移动通讯装置，其中上述数据传输参数为一传输控制协议或因特网协议的窗口尺寸，而上述第二协议层为上述多协议堆栈架构中的一传输层或网络层。

3.根据权利要求2所述的移动通讯装置，其中上述链路质量为连接至上述服务网络的一下行传输链路的一信道质量指针，上述传输层数用于多进多出的一秩数指标，而上述第一协议层为上述多协议堆栈架构中的一物理层。

4.根据权利要求3所述的移动通讯装置，其中上述数据传输参数是由以下公式计算得到：

$(\mathrm{MaxTCPWindowSize}-\mathrm{MinTCPWindowSize})\×\frac{\mathrm{CQI}\_\mathrm{Indexed}\_\mathrm{TBS}}{\mathrm{MAX}\_\mathrm{CQI}\_\mathrm{TBS}}\÷\mathrm{RI}\×\mathrm{Weight}$

其中MaxTCPWindowSize代表一传输控制协议或因特网协议的最大窗口尺寸，MinTCPWindowSize代表一传输控制协议或因特网协议的最小窗口尺寸，CQI_Indexed_TBS代表一当下测量的信道质量指针所对应的一传输区块尺寸，MAX_CQI_TBS代表一最大信道质量指针所对应的另一传输区块尺寸，Weight代表一常数、或上述当下测量的信道质量指针的一加权函数。

5.根据权利要求1项所述的移动通讯装置，其中上述数据传输参数用于下行数据传输、上行数据传输、或同时用于下行及上行数据传输。

6.一种数据传输方法，用于根据一多协议堆栈架构无线地连接至一服务网络的一移动通讯装置，包括：

测量与一第一协议层相关的上述服务网络的一链路质量；

决定与上述第一协议层相关的用以支持空间多工的一传输层数；以及

根据上述链路质量与上述传输层数调整与一第二协议层相关的一数据传输参数；

其中上述第二协议层在一多协议堆栈架构中是高于上述第一协议层。

7.根据权利要求6项所述的数据传输方法，其中上述数据传输参数为一传输控制协议或因特网协议的窗口尺寸，而上述第二协议层为上述多协议堆栈架构中的一传输层或网络层。

8.根据权利要求7项所述的数据传输方法，其中上述链路质量为连接至上述服务网络的一下行传输链路的一信道质量指针，上述传输层数用于多进多出的一秩数指标，而上述第一协议层为上述多协议堆栈架构中的一物理层。

9.根据权利要求8项所述的数据传输方法，其中上述数据传输参数是由以下公式计算得到：

$(\mathrm{MaxTCPWindowSize}-\mathrm{MinTCPWindowSize})\×\frac{\mathrm{CQI}\_\mathrm{Indexed}\_\mathrm{TBS}}{\mathrm{MAX}\_\mathrm{CQI}\_\mathrm{TBS}}\÷\mathrm{RI}\×\mathrm{Weight}$

其中MaxTCPWindowSize代表一传输控制协议或因特网协议的最大窗口尺寸，MinTCPWindowSize代表一传输控制协议或因特网协议的最小窗口尺寸，CQI_Indexed_TBS代表对应至一当下测量的信道质量指针的一传输区块尺寸，MAX_CQI_TBS代表对应至一最大信道质量指针的另一传输区块尺寸，Weight代表一常数、或上述当下测量的信道质量指针的一加权函数。

10.根据权利要求6项所述的数据传输方法，其中上述数据传输参数用于下行数据传输、上行数据传输、或同时用于下行及上行数据传输。

Images