DE60009842T2

DE60009842T2 - Mehrfach-Abfragesystem für GPRS

Info

Publication number: DE60009842T2
Application number: DE60009842T
Authority: DE
Inventors: Christian Twickenham Demetrescu; Constantin Swindon Ilas; Kostas Swindon Samaras; Louis Gwyn Swindon Samuel; Fiona Clare Millbrook Place Somerville; Jian Jun Reading Wu; Ran-Hong Faringdon Yan
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: AU7189600A; CN1305319A; JP2001203633A; CA2325129A1; DE60009842D1; BR0005705A; KR20010062250A; AU746918B2; KR100393722B1

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Datenübertragungssysteme und insbesondere Mobiltelefonnetze, bei denen diese Systeme benutzt werden, und Basisstationen und Satellitenstationen zur Verwendung in solchen Systemem.
Stand der Technik
In einem Mobiltelefonnetz gibt es eine Mehrzahl von Basisstationen, die verschiedene Bereiche bedienen. Jede Basisstation kann mit einer Mehrzahl von Mobilstationen in einem zugehörigen Bereich kommunizieren.
Die Basisstation kommuniziert mit den Mobilstationen unter Verwendung einer diskreten Anzahl von Kanalfrequenzen. Die Mobilstationen sind typischerweise in Gruppen angeordnet, wobei die Basisstation Signale zu allen Mitgliedern der Gruppe entlang einem gemeinsamen Abwärtskanal mit einer einmaligen, dieser Gruppe zugeteilten Frequenz sendet. Die Basisstation empfängt Signale von jeder der Mobilstationen in der Gruppe entlang einem Aufwärtskanal mit einer anderen einmaligen, dieser Gruppe zugeteilten Frequenz.
Im Betrieb sendet die Basisstation Daten an alle Mobilstationen jeder Gruppe in einer Folge von Datenpaketen entlang dem gemeinsamen Abwärtskanal. Jedes Datenpaket besteht aus zwei Teilen. Einem ersten, Kopfteil genannten Teil, der eine ein ausgewähltes Mobilgerät der Gruppe identifizierende Code-Kennzeichnung und eine Aufwärtszustandsmarkierung (USF – Uplink State Flag) für dieses Mobilgerät enthält, um dieses Mobilgerät zur Rücksendung eines Datenpakets zur Basisstation anzusteuern, und einem zweiten Teil mit einer Nutzlast von Daten, die von der Mobilstation heruntergeladen und wie benötigt benutzt werden. Der Kopfteil ist „transparent", das heißt er kann von allen Telefonen in der Gruppe gelesen werden. Die Nutzlast ist verschlüsselt und kann nur von dem Telefon gelesen und heruntergeladen werden, dessen Kennzeichnung im Kopfteil enthalten ist. Die Pakete haben typischerweise eine Länge von 20 ms und wenn ein bestimmtes Telefon ein Paket mit seiner Aufwärtszustandsmarkierung herunterladet, antwortet dieses Telefon sehr kurz nach Empfangen des Pakets, indem es ein Datenpaket entlang dem gemeinsamen Aufwärtskanal zurück zur Basisstation sendet. Ein derartiges System ist aus EP 0921662 bekannt.
Wenn jede Mobilstation während jedes Zyklus aufeinanderfolgender, von der Basisstation übertragener Datenpakete nur eine Aufwärtszustandsmarkierung empfängt (d.h. abgefragt wird), kann sie nur während einer 20-ms-Periode in jedem Zyklus Daten zur Basisstation senden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Abfrage-Wirkungsgrad bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Basisstation nach Anspruch 5 bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Mobilstation nach Anspruch 8 bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Mobiltelefonnetz, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, wird nunmehr beispielhafterweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
1 ein Blockschaltbild einer Basisstation, die mit einer Mehrzahl von Mobilstationen kommuniziert;
2 ein Diagramm der Zusammensetzung des Kopfteils eines Datenpakets;
3 eine Abfragetabelle, die die Abfragereihenfolge darstellt, wenn es drei Mobilgeräte in jeder Gruppe gibt; und
4 eine Abfragetabelle, die die Abfragereihenfolge darstellt, wenn es vier Mobilgeräte in jeder Gruppe gibt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Nach der Darstellung in 1 enthält eine Basisstation 2 einen Funksender 4 und Empfänger 6 zum gleichzeitigen Übertragen von Daten an eine Gruppe von vier Satelliten oder Mobilstationen M1 bis M4 entlang einem Abwärtskanal mit Frequenz f₂ und zum Empfangen von Daten hauptsächlich entlang einem Aufwärtskanal mit Frequenz f₁.
Die durch eine Steuereinheit 8 erzeugten und von der Basisstation 2 übertragenen Signale bestehen aus einer Reihe von Paketen von Daten jeweils mit 20 ms Dauer.
Nach der Darstellung in 2 enthält jedes Datenpaket einen Kopfteil H fester Länge. Der Kopfteil enthält einen primären Aufwärtszustandsmarkierungs-Schlitz 12 mit beispielsweise der Aufwärtszustandsmarkierung USF₁ für das Mobilgerät M1 und einen sekundären Aufwärtszustandsmarkierungs-Schlitz 14 mit beispielsweise der Aufwärtszustandsmarkierung USF₂ für das Mobilgerät M2. Dem sekundären Auswärtszustandsmarkierungsschlitz folgt ein Zeitschlitz 16 und ein Frequenzschlitz 18, der beispielsweise einen Zeitschlitz T3 in einem Aufwärts-Hilfskanal mit der Frequenz f₃ definiert. Dann folgt die Nutzlast P. Um Kompatibilität zu gegenwärtigen GPRS-MAC-(General Packet Radio Service Medium Access Control)Standards zu erlauben, sind drei zusätzliche Schlitze 20, 22 bzw. 24 für Zusatzabfrage-Daten (SP – Supplementary Polling), relative Reserveblockperiode-Daten (RRBP – Relative Reserve Block Period) und Nutzlastdaten bereitgestellt. Alle diese Daten sind dem durch USF₁, Schlitz 2, identifizierten Mobilgerät zugeordnet.
Wenn im Betrieb die Mobilstation M1 das Paket empfängt, reagiert sie auf die Aufwärtszustandsmarkierung USF₁ und überträgt ein Datenpaket entlang dem Vorgabe-Aufwärtskanal mit Frequenz f₁. Wenn die Mobilstation M2 dasselbe Datenpaket empfängt, reagiert sie auf die Aufwärtszustandsmarkierung USF₂ und überträgt ein Datenpaket in einem bestimmten Zeitschlitz TS₃ entlang dem Aufwärts-Hilfskanal mit Frequenz f₃.
Auf diese Weise kann die Basisstation als Reaktion auf dasselbe, entlang dem Abwärtskanal gesendete Datenpaket zwei Datenpakete von zwei Mobilstationen empfangen.
Während der Aufwärts-Hilfskanal als eine Frequenz von f₃ aufweisend definiert worden ist, kann man erkennen, daß die Basisstation eine Anzahl anderer Kanäle unterschiedlicher Frequenzen zur Verwendung als Aufwärts-Hilfskanal zur Verfügung haben kann. Die Basisstation kann daher bei verschiedenen Gelegenheiten je nach Verfügbarkeit unterschiedliche Aufwärts-Hilfskanäle auswählen.
Der in 2 dargestellte abgeänderte MAC-Kopfteil hat eine Länge von 2 Byte, d.h. 8 Bit länger als der standardmäßige MAC-Kopfteil. Von diesen 8 Bit werden drei durch USF₂, die Aufwärtszustandsmarkierung des spekulativ abgefragten Mobilgeräts M2 eingenommen und fünf werden durch das Antwortfeld eingenommen, das aus einem Zeitschlitz-zugeteilten Teilfeld 16 mit drei Bit Länge und einem Frequenzzuteilungs-Teilfeld 18 mit zwei Bit Länge besteht.
Der Einfluß der zusätzlichen Länge im Kopfteil kann durch Entfernung von weiteren Redundanzen aus dem Voice-GPRS-Coder absorbiert werden. Eine Alternative wäre, einen anderen Voicecoder mit niedrigerer Bitrate einzuführen.
Um wirkungsvolle Abfrage zu erreichen, ist es wichtig, das richtige Abfragemuster zu erstellen. Da das im Schlitz 12 abgefragte Mobilgerät immer einen festzugeordneten Aufwärts-(UL – Uplink)Antwortkanal aufweist, ist es wichtig, daß alle Mobilgeräte in irgendeiner Gruppe einmal in jedem Abfragezyklus mit ihrer Aufwärtszustandsmarkierungsöffnung im Schlitz 12 abgefragt werden. Ebenfalls sollte während jedes Abfragezyklus die Aufwärtszustandsmarkierung jedes Mobilgeräts im Schlitz 14 eines Kopfteils erscheinen.
So erzeugt die Steuereinheit 8 bei einer Gruppe von drei Mobilgeräten drei Pakete für jeden Zyklus. Der Schlitz 12 des Kopfteils im ersten Paket und Schlitz 14 im Kopfteil des dritten Pakets enthält die USF₁ für das Mobilgerät M1. Schlitz 14 des Kopfteils im ersten Paket und Schlitz 12 des Kopfteils im zweiten Paket enthält die USF₂ für das Mobilgerät M2. Schlitz 14 des Kopfteils im zweiten Paket und Schlitz 12 des Kopfteils im dritten Paket enthält die USF₃ für das Mobilgerät M3. Der Zyklus wiederholt sich dann ad infinitum.
Das in 3 dargestellte Abfragemuster zeigt eine Mehrzahl von Gruppen von drei Mobilgeräten 1–3, 4–6, 7-9, 10–12 und 13 bis 15. Jede Gruppe weist einen anderen Aufwärtskanal und Zeitschlitz (TS – Time Slot) für den Hilfskanal auf. Jedes Paket hat eine Länge von 20 ms, wobei jeder Zyklus einmal je 60 ms wiederholt wird. Aus 3 ist ersichtlich, daß die Schreibweise 1/2 in der Spalte 20 ms die USF des Mobilgeräts M1 im Schlitz 12 und die USF des Mobilgeräts M2 im Schlitz 14 des Kopfteils des ersten Pakets darstellt.
Verwendung des Abfragemusters der 3 hat den Vorteil, daß wenn das „spekulativ" abgefragte Mobilgerät das erste Mal nicht anspricht, es das zweite Mal innerhalb der normalen Abfrageperiode eingefangen wird. Dies ist besonders wichtig bei Echtzeitverkehr, da Zugriffsverzögerungen minimiert werden müssen. Bei Verwendung dieses Verfahrens können drei Mobilgeräte alle 60 ms zweimal abgefragt werden. Die Abfragegruppe enthält daher drei Mobilgeräte. Der andere Vorteil dieses Abfrageschemas besteht darin, daß es dem System erlaubt, RR-Meldungen (Radio Resource – Funkressourcen) zu den zuerst genannten und spekulativ abgefragten Mobilgeräten zu senden und die Gültigkeit der erwarteten Antwort (Packet Control Acknowledgement – Paketsteuerungsbestätigung) anzuzeigen, da sich die Reihenfolge der USF im MAC-Kopfteil zyklisch verschiebt.
Wenn das Muster der 3 angenommen wird, dann ist das nachfolgende Verhalten wie folgt. Wenn die Mobilgeräte abgefragt werden und die Abfrage erfolgreich ist, d.h. beide Mobilgeräte etwas zu übertragen haben, dann wird der Vorgabekanal (gepaarte Aufwärts-Zeitschlitz von USF₁) und Antwortkanal belegt. Wenn die Abfrage von USF₁ versagt, dann wird sie wieder während der Abfrageperiode (40 ms – 80 ms später je nach System) abgefragt. Wenn die Abfrage von USF₂ versagt, dann wird sie wieder im nachfolgenden Zeitschlitz abgefragt. Durch das in 3 beschriebene Verhalten wird ein frühes Einfangen des Mobilgeräts mit USF₂ mit zu übertragenden Daten ermöglicht.
Wenn in jeder Gruppe vier Mobilgeräte enthalten sind, wird der Abfragezyklus auf 80 ms erhöht. Die Abfrage findet spekulativ statt, sodaß bei jedem Mobilgerät eine USF mindestens einmal in einem Kopfteilschlitz 12 erscheint, einmal für jeden Zyklus von vier Paketen, und eine USF mindestens einmal im Kopfteilschlitz 14, einmal während desselben Zyklus von Paketen. 4 zeigt eine Abfragetabelle, von denen keine für unterschiedliche Gruppen von vier Mobilgeräten benutzt werden kann.
Wenn das Muster in der 4 angenommen wird, gibt es keinen frühen Einfang von Daten zur Übertragung von dem spekulativ abgefragten Mobilgerät. Es kann jedoch der Abfragegruppe ein zusätzliches Mobilgerät hinzugefügt werden, und die Umkehr der Reihenfolge der USF mit dem MAC-Kopfteil ermöglicht die Planung und Beantwortung von RR-Nachrichtenübermittlung im MAC-Kopfteil.

Claims

Datenübertragungssystem mit einer Basisstation (2) mit einem Funksender (4) und einem Empfänger (6) und einer Mehrzahl von Mobilstationen (M1, M4) jeweils mit einem Funksender und einem Empfänger, wobei der Sender (4) der Basisstation (2) die Empfänger der Mobilstationen (M1...M4) alle auf denselben Abwärtskanal (f₂) abgestimmt sind und die Sender der Mobilstationen (M1...M4) und der Empfänger (6) der Basisstation (2) alle auf einen gemeinsamen Aufwärtskanal (f₁) abgestimmt sind, wobei die Basisstation (2) Steuermittel (8) zum zyklischen Erzeugen einer Folge von Datenpaketen und ihrer Übertragung zu den Mobilstationen (M1...M4) enthält, wobei jedes Datenpaket einen Kopfteil mit einem ersten Abschnitt (12) umfaßt, der eine erste Aufwärtszustandsmarkierung (USF₁) enthält, die eine erste ausgewählte Mobilstation (M1) kennzeichnet, die bei ihrem Empfang durch die erste ausgewählte Mobilstation (M1) diese Mobilstation (M1) allein abfragt, um sie dazu zu veranlassen, ein Datenpaket zurück zur Basisstation (2) entlang dem Aufwärtskanal (f₁) zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender der Mobilstationen (M1...M4) und der Empfänger der Basisstation (2) ebenfalls auf mindestens einen Aufwärts-Hilfskanal (f₃) abgestimmt sind und daß der Kopfteil eines Datenpakets einen zweiten Abschnitt (14, 16, 18) mit einer zweiten Aufwärtszustandsmarkierung (USF₂) aufweist, die eine zweite ausgewählte Mobilstation (M2) kennzeichnet, die an die Identität (18) von und den Zeitschlitz (16) für einen Aufwärts-Hilfskanal (f₃) angekoppelt ist, der bei Empfang durch die zweite ausgewählte Mobilstation (M2) diese Mobilstation (M2) allein abfragt, um zu veranlassen, daß die zweite ausgewählte Mobilstation (M2) ein Datenpaket zurück zur Basisstation (2) entlang dem Aufwärts-Hilfskanal (f₃) in diesem Zeitschlitz sendet, wobei die Anzahl von Paketen in jedem Zyklus der Anzahl der besagten Mehrzahl von Mobilstationen (M1...M4) entspricht, wobei eine Aufwärtszustandsmarkierung für jede Mobilstation (M1...M4) einmal in einem ersten Abschnitt (12) eines Kopfteils während jedem Zyklus erscheint und einmal in einem zweiten Abschnitt (14, 16, 18) eines anderen Kopfteils während desselben Zyklus erscheint, wodurch jede Mobilstation (M1...M4) zweimal während jedem Zyklus abgefragt wird, einmal als Reaktion auf eine Aufwärtszustandsmarkierung in einem ersten Abschnitt (12) eines Kopfteils und einmal als Reaktion auf eine Aufwärtszustandsmarkierung in einem zweiten Abschnitt (14, 16, 18) eines anderen Kopfteils.
System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Mobilstationen an der Zahl drei umfassen und zweimal während jedem Zyklus von drei Paketen abgefragt werden.
System nach Anspruch 2, wobei für beliebige zwei aufeinanderfolgende Datenpakete der Inhalt des zweiten Abschnitts (14, 16, 18) des Kopfteils des ersten auftretenden Pakets die gleiche Aufwärtszustandsmarkierungsidentität wie der erste Abschnitt (12) des Kopfteils des unmittelbar nachfolgenden Pakets enthält.
System nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Mobilstationen an der Zahl vier umfaßt und wobei für beliebige zwei aufeinanderfolgende Datenpakete die vier Abschnitte der zwei Kopfteile durch jeweilige der vier Aufwärtszustandsmarkierungen belegt sind, die den vier Mobilstationen zugeordnet sind.
Basisstation (2) mit einem Funksender (4) und einem Empfänger (6) zur Kommunikation mit einer Mehrzahl von Mobilstationen (M1..M4), wobei der Sender (4) der Basisstation (2) auf einen vorbestimmten Abwärtskanal (f₂) abgestimmt ist und der Empfänger (6) der Basisstation (2) auf einen vorbestimmten Aufwärtskanal (f₁) abgestimmt ist, wobei die Basisstation (2) Steuermittel (8) zum zyklischen Erzeugen einer Folge von Datenpaketen zur Übertragung an die Mobilstationen (M1...M4) enthält, wobei jedes Datenpaket einen Kopfteil mit einem ersten Abschnitt (12) umfaßt, der eine erste Aufwärtszustandsmarkierung (USF₁) enthält, die eine erste ausgewählte Mobilstation (M1) kennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (6) der Basisstation (2) auch auf mindestens einen Aufwärts-Hilfskanal (f₃) abgestimmt ist und daß der Kopfteil eines Datenpakets einen zweiten Abschnitt (14, 16, 18) mit einer zweiten Aufwärtszustandsmarkierung (USF₂) aufweist, die eine zweite ausgewählte Mobilstation (M2) kennzeichnet, die an die Identität (18) von und den Zeitschlitz (16) für den Aufwärts-Hilfskanal (f₃) angekoppelt ist, wobei die Anzahl von Paketen in jedem Zyklus der Anzahl der Mehrzahl von Mobilstationen (M1...M4) entspricht, wobei eine Aufwärtszustandsmarkierung für jede Mobilstation (M1...M4) einmal in einem ersten Abschnitt (12) eines Kopfteils während jedem Zyklus erscheint und einmal in einem zweiten Abschnitt (14, 16, 18) eines anderen Kopfteils während desselben Zyklus erscheint, wodurch die Basisstation (2) jede Mobilstation (M1...M4) zweimal während jedem Zyklus abfragt, einmal als Reaktion auf eine Aufwärtszustandsmarkierung in einem ersten Abschnitt (12) eines Kopfteils und einmal als Reaktion auf eine Aufwärtszustandsmarkierung in einem zweiten Abschnitt (14, 16, 18) eines anderen Kopfteils.
Basisstation nach Anspruch 5, wobei das Steuermittel (8) dazu programmiert ist, drei Mobilstationen zweimal während jedem Zyklus von drei Paketen abzufragen, wobei für jede zwei aufeinanderfolgenden Datenpakete der Inhalt des zweiten Abschnitts (14, 16, 18) des Kopfteils des zuerst auftretenden Pakets dieselbe Aufwärtszustandsmarkierungsidentität wie der erste Abschnitt (12) des Kopfteils des unmittelbar folgenden Pakets enthält.
Basisstation nach Anspruch 1, wobei das Steuermittel (8) dazu programmiert ist, vier Mobilstationen abzufragen, und wobei für jede zwei aufeinanderfolgende Datenpakete die vier Abschnitte der zwei Kopfteile durch jeweilige der vier Aufwärtszustandsmarkierungen belegt sind, die den vier Mobilstationen zugeordnet sind.
Mobilstation (M1...M4) mit einer einmaligen Identität mit Steuermitteln und einem Funksender und einem Empfänger zum Kommunizieren mit einer Basisstation (2), wobei der Empfänger der Mobilstation auf einen vorbestimmten Abwärtskanal (f₂) abgestimmt ist und der Sender der Mobilstation auf einen vorbestimmten Aufwärtskanal (f₁) abgestimmt ist, wobei die Mobilstation so angeordnet ist, daß sie von der Basisstation (2) eine Folge von Datenpaketen empfängt, wobei jedes Datenpaket einen Kopfteil mit einem ersten Abschnitt (12) umfaßt, der eine erste Aufwärtszustandsmarkierung (USF₁) enthält, die die Identität einer ersten ausgewählten Mobilstation führt, die, wenn diese Identität der einmaligen Identität entspricht, das Steuermittel veranlaßt, ein Datenpaket über den Sender zurück zur Basisstation (2) entlang dem Aufwärtskanal (f₁) zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender der Mobilstation ebenfalls auf mindestens einen Aufwärts-Hilfskanal (f₃) abgestimmt ist und daß der Kopfteil einen zweiten Abschnitt (14, 16, 18) mit einer zweiten Aufwärtszustandsmarkierung (USF₂) aufweist, die die Identität einer zweiten ausgewählten Mobilstation führt, die an die Identität (18) von und den Zeitschlitz (16) für einen Aufwärts-Hilfskanal (f₃) angekoppelt ist, der, wenn diese Identität der einmaligen Identität entspricht, das Steuermittel veranlaßt, ein Datenpaket zurück zur Basisstation (2) entlang dem Aufwärts-Hilfskanal (f₃) in dem Zeitschlitz zu senden, wobei eine die einmalige Identität führende Aufwärtszustandsmarkierung einmal in einem ersten Abschnitt (12) eines Kopfteils während jedem Zyklus erscheint und einmal in einem zweiten Abschnitt (14, 16, 18) eines anderen Kopfteils während desselben Zyklus erscheint, wodurch die Mobilstation zweimal während jedem Zyklus Daten zurück zur Basisstation (2) überträgt.