CN1467939A - 一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法，当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据均在UE侧和基站侧进行处理，完成数据的解析。该方法的关键在于：在UE侧和基站侧的物理层之上设置空中链路层，由该空中链路层来完成数据的处理。本发明能够保证较高的数据空中接口速率，同时可以节约无线资源。

Description

一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法

技术领域

本发明涉及宽带码分多址(WCDMA)系统中无线接入网的通信技术，尤其涉及一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法。

背景技术

图1示出了现有宽带码分多址接入系统(WCDMA)中接入网(UTRAN)100的网络结构，这是一种典型的集中式网络结构。接入网100主要包括基站(NodeB)102和无线网络控制器(RNC)101两个实体，一个RNC101可以包含多个NodeB 102，而一个NodeB 102中可以包含多个小区。

图2示出了目前网络结构中接入层用户面协议栈的分布结构，其中，Uu表示UE和NodeB之间的接口，Iub表示NodeB和RNC之间的接口。从图中可看出，现有的协议栈结构中NodeB只处理物理层的信息，RNC则处理物理层(PHY)、媒体接入控制层(MAC)、无线链路控制层(RLC)以及分组数据收敛协议层(PDCP)的信息。因此，基于上述协议栈结构，在传输数据时，NodeB只处理物理层协议，一旦需要采用资源管理进行判决的自适应技术，都需要在RNC中实现，网络到终端必须经过RNC到NodeB，NodeB到终端两个阶段，反之亦然，从而导致较长的时延，而且降低了NodeB的处理能力。可见，将所有接入高层均放在RNC中的协议结构将不适应高速数据传输，在采用类似于自适应协调、反馈控制的技术后，该种协议结构不能保证高速、高效，因而难以适应高速数据传输的需求。

为了解决上述方案的不足，曾在另一个专利中请中，提出了一种实现思想，将原来在RNC中完成的大部分高层协议处理的功能移交到NodeB来完成，即提出了一种由NodeB侧完成各层协议处理的通信方法，图3给出了该方法中接入层用户面协议栈的分布结构，从图中可看出，NodeB对PHY层、MAC层、RLC层以及PDCP层的协议进行处理，而RNC完成数据的传输功能。因此，UE、NodeB和RNC之间的通信过程是这样的：当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有包括话音的用户数据均在NodeB侧进行每层协议的处理，由NodeB完成数据的解析，而RNC只是直接传输数据。

基于上述的协议栈结构，在数据传输过程中，UE侧将经过PDCP、RLC、MAC层处理后的数据包，由PHY发给所属NodeB的PHY，经NodeB侧MAC、RLC、PDCP层的处理后，得到UE发送的原始数据包，然后，直接通过RNC发至核心网。

但是，在上述传输过程中，由于该方法是针对数据和语音业务统一进行处理的，需要考虑语音业务的实时性、低码速、允许有一定误码率等特性，从而造成无线资源的浪费，同时上述协议栈中的数据空中接口速率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法，使其能够保证较高的数据空中接口速率，同时可以节约无线资源。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法，当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据均在UE侧和基站侧进行处理，完成数据的解析，其特征在于：在UE侧和基站侧的物理层之上设置空中链路层，由该空中链路层完成数据的处理。

当用户终端(UE)向核心网发送用户分组数据包时，该方法进一步包括：

UE将经过空中链路层处理后的分组数据包由物理层(PHY)发给所属基站的物理层，经基站侧空中链路层处理后，得到UE发送的原始分组数据包，然后，通过地面链路发给无线网络控制器，经无线网络控制器的各层处理后，直接发至核心网。

在上述方法中，当UE发送用户分组数据包时，UE侧协议栈的处理进一步包括：

1A、空中链路层收到分组数据包后，对其进行分段或级联处理并加上空中链路控制信息，再发送到物理层；

1B、物理层将收到的分组数据包加上相应的控制信息，然后对其进行编码和调制。

在上述方法中，当UE发送用户分组数据包时，基站侧协议栈的处理进一步包括：

2A、基站侧的物理层收到从UE侧物理层发来的分组数据包后，进行相应的译码和解调，去掉分组数据包中相应的控制信息，再发送到空中链路层；

2B、空中链路层对收到分组数据包的分段或级联进行重组并去掉其相应的控制信息，之后，将处理过的分组数据包发送到用户数据协议层；

2C、依次由用户数据协议层、网际协议层、数据链路层和物理层将收到的分组数据包加上相应的头部控制信息，再通过用户数据协议/网际协议将处理过的分组数据包发送到无线网络控制器侧的物理层。

在上述方法中，当UE发送用户分组数据包时，无线网络控制器侧协议栈的处理进一步包括：

3A、依次由物理层、数据链路层、网际协议层和用户数据协议层去掉收到分组数据包的相应控制信息后，发送到通用分组无线业务隧道用户面协议层；

3B、再依次由通用分组无线业务隧道用户面协议层、用户数据协议层、网际协议层和异步传输模式适配层5将收到的分组数据包加上相应的控制头后，通过异步传输模式层直接将分组数据包发送到核心网。

由上述方案可以看出，本发明的关键在于：将MAC层、RLC层、控制面RRC层或用户面PDCP层的处理功能统一由空中链路层(AirLink)来完成，由于AIRLINK层充分考虑数据业务的实时性差、数据误码率低和数据高突法性等特点，从而可以加快通信的处理过程，提高数据空中接口速率以及提高数据的处理速度。

因此，本发明所提供的基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法，具有以下的优点和特点：

1)本发明通过采用AirLink层代替原来的MAC层、RLC层、PDCP层来实现数据的可靠传输，可加快通信的处理过程，提高数据空中接口速率以及提高数据的处理速度。

2)由于本发明主要针对数据业务，可以不考虑语音业务的实时性、低码速、允许有一定误码率等特性，从而能更加有效地利用无线资源，提高无线频谱利用率。

3)本发明中采用IP协议来传输用户面数据，从而可降低传输成本，并且能满足数据业务的高可靠性和非实时性的要求。

附图说明

图1为现有技术接入网的网络结构图；

图2为现有技术接入层用户面协议栈的结构示意图；

图3为改进后的现有技术接入层用户面协议栈的结构示意图；

图4为本发明接入层用户面协议栈的结构示意图。

具体实施方式

下面分别结合附图和具体实施例对本发明再做进一步地详细说明。

本发明针对高速数据业务，将RNC的全部高层协议的处理功能下移到NodeB，并重新定义了NodeB和RNC，分别命名为无线因特网基站(WIB，Wireless Internet BaseStation)和无线因特网基站控制器(RNC-IP)。

图4示出了接入层用户面协议栈的结构示意图。其中，Uu表示UE和WIB之间的接口，Iub表示WIB和RNC-IP之间的接口。从图中可看出，UE侧和WIB左侧的协议栈结构发生了变化，即用空中链路层(AirLink)来代替传统协议栈中的PDCP层、RLC层和MAC层，完成数据传输过程中相应的协议处理功能，同时WIB右侧和RNC-IP侧的协议栈结构比传统的协议栈结构更加明确，即指明了传统协议栈中传输承载所代表的每一协议层。并且由于WIB与UE之间数据的传输是无线的，而WIB与RNC-IP之间数据的传输是有线的，所以WIB将处理过程分为空中链路部分和地面链路部分，WIB的左侧通过AirLink层完成从UE侧发来或发送到UE侧的数据包的协议处理功能，WIB的右侧则通过数据链路层从RNC-IP侧发送或接受数据包。因此，基于上述的协议栈结构，当传输用户面的数据信息时，WIB对物理层(PHY)和空中链路层(AirLink)的协议进行处理，而RNC-IP不对接入层的用户信息进行处理，只实现路由的功能。这样便于在WIB中实现链路层的反馈重传机制，极大地提高数据传输的效率。

接下来结合图6，以用户面的UE将一个分组数据包发送到网络的发送流程为例来具体说明。

首先，UE通过空中接口将分组数据包发送到WIB，该过程包括以下步骤：

1A、AirLink层收到应用数据分组包后，对其进行分段或者级联处理，再加上相应的AirLink控制信息，构成AirLink分组包，然后将每一AirLink分组包发送到UE的物理层(PHY)，其中，如收到的应用数据分组包太长，则进行分段处理，如收到的应用数据分组包太短，则进行级联处理；

1B、PHY收到AirLink分组包后，加上相应的控制信息，并对其进行TURBO编码和四相相移键控(QPSK)调制处理，然后将分组包发送到WIB的物理层(PHY)；

1C、WIB的PHY收到分组包后，对其进行相应的解调和译码处理，得到物理层分组包，再去掉其相应的控制信息，得到AirLink分组包，然后发送到WIB的AirLink层；

1D、AirLink层将收到的AirLink分组包的分段或级联进行重组，并去掉其相应的控制信息后，得到应用数据分组包。WIB将该应用数据分组包作为一个普通数据包，通过UDP/IP协议转发到RNC-IP。

其次WIB经Iub接口将应用数据分组包发送到RNC-IP。该过程包括以下步骤：

2A、WIB将收到的应用数据分组包发送给WIB的用户数据协议(UDP)层；

2B、UDP层收到应用数据分组包后，加上头部控制信息，构成UDP分组包，然后发送给WIB的IP层；

2C、IP层收到UDP分组包后，加上头部控制信息，构成IP分组包，然后发送给WIB的数据链路层L2；

2D、数据链路层L2收到IP分组包后，加上控制信息，构成数据链路层分组包，然后发送给WIB的物理层L1；

2E、物理层L1收到数据链路层分组包后，加上相应的控制信息，构成物理层分组包，然后通过地面链路将该分组包发送给RNC-IP的物理层；

2F、RNC-IP的物理层收到物理层分组包后，去掉其相应的控制信息，得到数据链路层分组包，然后将其发给RNC-IP的数据链路层L2；

2G、RNC-IP的数据链路层L2收到数据链路层分组包后，去掉其相应的数据链路层控制信息，得到IP层分组包，然后发送给RNC-IP的IP层；

2H、RNC-IP的IP层收到该IP层分组包后，去掉其相应的IP控制信息，得到UDP分组包，然后发送给RNC-IP的UDP层；

2I、RNC-IP的UDP层收到该UDP分组包后，去掉其相应的UDP控制信息，得到一分组包，该分组包就是UE发给网络的应用数据分组包。但是RNC-IP与WIB一样，并不关心这一分组包的具体内容，而是通过通用分组无线业务(GPRS)隧道用户面协议(GTP-U)层、UDP层、IP层、异步传输模式(ATM)适配层5(AAL5)层和异步传输模式(ATM)层的传输直接将该分组包发送到核心网。

类似的，UE通过相反的过程来接收由核心网络发给本UE的数据包。

上述发送流程中所述的编码和调制方式是根据发送过程中传输信道的类型来确定的，其中编码方式包括TURBO编码和卷积编码，调制方式包括QPSK调制和二相相移键控(BPSK)调制，在本实施例中是以TURBO编码和QPSK调制为例来说明的。

以上举了较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步说明，所应理解的是，其并不用以限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种基于蜂窝分组接入网协议栈的通信方法，当用户终端(UE)与核心网进行通信时，UE与核心网之间传输的所有用户数据均在UE侧和基站侧进行处理，完成数据的解析，其特征在于：在UE侧和基站侧的物理层之上设置空中链路层，由该空中链路层完成数据的处理。

2、根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于当用户终端(UE)向核心网发送用户分组数据包时该方法进一步包括：

UE将经过空中链路层处理后的分组数据包由物理层(PHY)发给所属基站的物理层，经基站侧空中链路层处理后，得到UE发送的原始分组数据包，然后，通过地面链路发给无线网络控制器，经无线网络控制器的各层处理后，直接发至核心网。

3、根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于UE侧协议栈的处理进一步包括：

3A、空中链路层收到分组数据包后，对其进行分段或级联处理并加上空中链路控制信息，再发送到物理层；

3B、物理层将收到的分组数据包加上相应的控制信息，然后对其进行编码和调制。

4、根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于基站侧协议栈的处理进一步包括：

4A、基站侧的物理层收到从UE侧物理层发来的分组数据包后，进行相应的译码和解调，去掉分组数据包中相应的控制信息，再发送到空中链路层；

4B、空中链路层对收到分组数据包的分段或级联进行重组并去掉其相应的控制信息，之后，将处理过的分组数据包发送到用户数据协议层；

4C、依次由用户数据协议层、网际协议层、数据链路层和物理层将收到的分组数据包加上相应的头部控制信息，再通过用户数据协议/网际协议将处理过的分组数据包发送到无线网络控制器侧的物理层。

5、根据权利要求2所述的通信方法，其特征在于无线网络控制器侧协议栈的处理进一步包括：

5A、依次由物理层、数据链路层、网际协议层和用户数据协议层去掉收到分组数据包的相应控制信息后，发送到通用分组无线业务隧道用户面协议层；

5B、再依次由通用分组无线业务隧道用户面协议层、用户数据协议层、网际协议层和异步传输模式适配层5将收到的分组数据包加上相应的控制头后，通过异步传输模式层直接将分组数据包发送到核心网。

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