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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Übertragung
und erneute Übertragung
von Datenpaketen in Kommunikationssystemen. Die Erfindung ist in
zellularen Funkkommunikationssystemen anwendbar, aber nicht darauf
begrenzt.
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Im
Bereich dieser Erfindung ist bekannt, dass Daten in Form von Datenpaketen über ein
digitales Kommunikationsnetzwerk oder -system übertragen werden, welches aus
einer Anzahl an einzelnen Verbindungen besteht. Protokolle werden
verwendet, um die Übertragung
von Daten mittels einer Hierarchie an Protokollschichten zu organisieren.
Die Hierarchie an Schichten erstreckt sich typischerweise von einer
physischen Schicht (welches die Art und Weise, in der die individuellen
Bits übertragen
werden, vorgibt) über
eine Anwendungsschicht, welche beispielsweise bestimmt, wie zwei
Computerprogramme hohen Niveaus miteinander interagieren.
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Ein
Beispiel einer Zwischenschicht ist eine Verbindungsschicht, welche
die Übertragung
von Daten über
eine einzige Organisationsverbindung im Netzwerk steuert. Die einzige
Organisationsverbindung in der Verbindungsschicht entspricht jedoch
oft mehreren physischen Verbindungen in der physikalischen Schicht.
Beispielsweise existiert in einem zellulares Funkkommunikationssystem
gemäß dem UMTS
(„Universal
Mobile Telephone Standard")
in der Verbindungsschicht eine einzige Organisationsverbindung zwischen
einem Funknetzwerkcontroller (RNC), der einen Paketplaner enthält, und
einer Benutzereinrichtung (UE), wie beispielsweise einem Mobiltelefon,
wohingegen in der physikalischen Schicht die physikalische Verbindung
durch eine erste physikalische Verbindung von dem RNC an eine physikalische
Zwischeneinheit, nämlich
einem Knoten-B (UMTS Terminologie für eine Basis-Sende-Empfangsstation),
und eine zweite physikalische Verbindung von dem Knoten-B an die
UE umgesetzt ist. In dem vorstehenden Beispiel kann der RNC als ein Übertragungsende
(Tx-Ende) der Verbindungsschicht und die UE als Empfangsende (Rx-Ende)
bekannt sein.
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Innerhalb
der Verbindungsschicht stellt ein Mechanismus, der als automatische
Wiederholungsanfrage (ARQ) bezeichnet wird, einen Fehlerkontrollmechanismus
für Datenübertragungen
bereit, der dem Rx-Ende erlaubt, periodisch dem Tx-Ende mitzuteilen,
ob Datenpakete ohne Fehler empfangen wurden oder nicht. Dies erlaubt
dem Tx-Ende irgendwelche Pakete erneut zu übertragen, welche in der vorhergehenden
Periode fehlerhaft übertragen
wurden.
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Die
Mitteilung, die durch das Rx-Ende gesendet wurde, ist bekannt als
Bestätigung/negative Bestätigung (Ack/Nack).
Die Ack/Nack-Mitteilung enthält
den Ack/Nack- Zustand
der vorhergehend übertragenen
Paketdateneinheiten (PDU) auch als Datenpakete oder Blöcke bezeichnet,
die durch das Tx-Ende an das Rx-Ende gesendet werden. Durch Empfangen
der Ack/Nack-Mitteilung ist das Tx-Ende in der Lage, solche Pakete
erneut zu übertragen,
welche durch das Rx-Ende als fehlerhaft empfangen (Nacked) wurden;
typischerweise wird die älteste fehlerhaft
empfangene (Nacked) PDU als erstes erneut übertragen. Übertragung und erneute Übertragungen
werden über
einen Knoten B durch einen RNC geplant.
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Ein
Beispiel eines Systems, welches eine Datenempfangsbestätigung verwendet,
ist in US-Patent
US 5 966 384 offenbart.
Das Dokument offenbart eine Datenübertragung an eine Ferneinheit
unter Verwendung eines Zusatzhochgeschwindigkeitsdatenkanals. Wenn
eine Unterbrechung auftritt, fährt die
Datenkommunikation unter Verwendung eines Grundkanals fort, wenn
weniger als eine vorbestimmte Menge an Daten zur Übertragung übrig bleibt.
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In
Paketsystemen wird Systemeffizienz erlangt, indem die Leistung oder
Datenrate auf ein Niveau eingestellt wird, welches eine messbare
Blockfehlerrate (z.B. im Bereich von 5–20%) erlaubt. Auf diese Weise
werden minimale Ressourcen verwendet, und ein ARQ-Protoll wird verwendet,
um verlorene Blöcke
auf eine sehr kleine Anzahl (oder Null, abhängig von der Anwendungsverzögerung)
zu verringern. Der Nachteil für
den Benutzer ist eine gewisse Verzögerung und eine zusätzliche
Verwendung einer Funkressource.
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Die
tatsächlich
erfahrene Verzögerung
hängt von
einer Reihe an Faktoren ab, wie beispielsweise der Verzögerung,
die dem ACK/NACK-Protokoll innewohnt und der Verzögerung beim
Signalisieren schlechter Pakete zurück zum RNC. Dies hängt vom physischen
Ort des RNC ab und die erneuten Übertragungen
müssen
dann natürlich
neu geplant werden, was in einer weiteren Verzögerung resultiert.
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Folglich
wäre eine
Prozedur zur erneuten Übertragung,
die eine möglichst
kleine Verzögerung hat,
vorteilhaft und hätte
eine bessere Servicequalität für den Benutzer.
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Gemäß einem
ersten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von
Datenpaketen an eine Benutzereinrichtung gemäß Anspruch 1.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein zellulares
Kommunikationssystem gemäß Anspruch
6.
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Der
gemeinsam verwendete Kanal kann ein gemeinsam verwendeter Großbereichskanal
sein, der einen Abdeckungsbereich gleich zu dem von allen Knoten
B hat, die durch einen RNC gesteuert werden.
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Der
gemeinsam verwendete Kanal ist eine Reserveträgerfrequenz, die durch das
Kommunikationssystem bereitgestellt wird, oder kann ein separat bereitgestellter
Sendekanal sein, der durch die UE erfassbar ist.
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Vorzugsweise
werden die erneuten Übertragungen
von einer Paketneuübertragungseinheit (PRU) übertragen,
die zusammen mit einem RNC angeordnet ist, um die Rücktransportverzögerung zu verringern.
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Folglich
gibt es effektiv zwei parallele Systeme. Ein zellulares Hochkapazitätssystem
wird für
leitungsvermittelte Daten und für
Anfangsübertragungen
von Paketdaten verwendet. Im Gegensatz zu bekannten Anordnungen
gibt es in diesem System im Prinzip keine Wiederholungsübertragungen.
Das zweite System besteht aus einer „Megazellen-„ Überlage rung
mit niedriger Kapazität,
die nur für
erneute Übertragungen
verwendet wird.
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Ein
Uplink-ACK/NACK-Kanal kann auch zwischen der UE und der PRU vorgesehen
sein, wobei in diesem Fall die PRU mit einem Empfänger versehen
ist. Dies kann ein Kanal kleiner Bandbreite sein. Alternativ können die
ACK/NACK-Mitteilungen
durch das herkömmliche
Verfahren über
einen Knoten-B zum RNC gesendet werden.
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In
einem CDMA-System („CDMA
= Code Division Multiple Access"/Codemultiplexzugriff)
könnte der
Uplinkkanal kleiner Bandbreite stark codiert sein und/oder wiederholt
werden, um für
die UE eine Bereichsausweitung zu ermöglichen. Die Rohsignalrate solch
eines Kanals könnte
sehr nieder sein, prinzipiell umfassend die Paketnummer und die ACK/NACK-Identifikation
für jedes
empfangene Paket.
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Vorteilhafter
Weise kann ein ACK/NACK sofort auf dem Uplink an die PRU gesendet
werden, sobald der Decodierungsprozess fertig gestellt wurde. Die
herkömmliche
Route über
den Knoten-B leidet an innewohnenden Verzögerungen, da das Erfordernis existiert,
den Kanal mit anderen Signalisierungen und leitungsvermittelten
Daten zu teilen. Um die Bandbreite weiter zu verringern, werden
nur NACKs übertragen.
Dies ist möglich,
weil der RNC die Übertragungszeit
des ursprünglichen
Pakets steuert und deshalb vermutet werden kann, dass das Paket
korrekt empfangen wurde, wenn nicht ein NACK kurz danach empfangen
wird.
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Dem
Empfang eines NACK folgend wird die erneute Übertragung durch den RNC im
gemeinsam verwendeten Downlink-Großbereichskanal
geplant. Die Zurverfügungstellung
der Bandbreiten sollte in diesem Kanal so ausgewählt werden, dass kurze Verzögerungen
der erneuten Übertragung
unter normalen Bedingungen ermöglicht
werden.
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Auf
diese Weise werden verschiedene Verzögerungskomponenten verringert
oder eliminiert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die ACK/NACK-Signalisierung
sehr schnell sein und muss nicht von einem Sendeaufruf („Polling") durch das Netzwerk
abhängen.
Das ACK/NACK wird effektiv direkt zum RNC (über die PRU) gesendet, der dann
das Paket sofort in einem gemeinsam verwendeten Kanal plant. Dieser
gemeinsam verwendete Kanal kann ziemlich effizient verwendet werden,
da Neuübertragungsanfragen
eine hohe Granularität aufweisen
(d.h. jedes Paket wird individuell gehandhabt). Es gibt keinen Rücktransport,
weder bei der Uplink-Signalisierung,
noch bei der Downlink-Neuübertragung.
Des Weiteren muss der gemeinsam verwendete Downlinkkanal nicht irgendeine
zusätzliche Signalisierung
oder leitungsvermittelte Daten tragen, wie es der Downlink von einem
Knoten B zu einer UE muss.
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Da
die Neuübertragungslast
eines gegebenen Knoten-B kleiner als 10% der gesamten Last ist (aufgrund
der Schaltungsdaten), kann vermutet werden, dass der gemeinsam verwendete
Großbereichskanal
weniger als 10% des zur Verfügung
stehenden Spektrums erfordern würde.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen folgendes dargestellt ist.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm von Komponenten, die ein Kommunikationssystem umfassen,
das in der Lage ist, die Übertragung
und Neuübertragung
von Datenpake ten, die gemäß der Erfindung
ausgeführt
wird, zu unterstützten:
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2 ist
ein Flussdiagramm, welches Prozessschritte darstellt, die in einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
und unter Bezugnahme auf 1 ist das Kommunikationssystem
ein zellulares Kommunikationssystem 1. Eine Benutzereinrichtung
(UE) 2, z.B. ein Mobiltelefon, zur Verwendung durch einen
Endnutzer, ist mit einer Sende-Empfangs-Basisstation 3 gekoppelt,
im UMTS als Knoten-B bekannt, und zwar über eine Funkverbindung 4,
die gemäß der UMTS-spezifizierten Uu-Schnittstelle
arbeitet. Der Knoten-B ist an einen Funknetzwerkcontroller (RNC) 5 gekoppelt
und zwar über
eine physikalische Verbindung (z.B. eine Landleitung) 6,
die gemäß der UMTS-spezifizierten lub-Schnittstelle arbeitet.
Der RNC 5 ist über
eine physikalische Verbindung (z.B. eine Landleitung) 8, die
gemäß der UMTS-speziefierten
lu-Schnittstelle arbeitet, an ein Kernnetzwerk 7 gekoppelt,
z.B. das Internet.
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Ebenso
unterliegen die zwei anderen Knoten B 9, 10 der
Steuerung des RNC 5. Jeder der Knoten B 3, 9 und 10 hat
einen zugehörigen
Abdeckungsbereich und versorgt Benutzereinrichtungen mit Diensten,
die in ihren entsprechenden Abdeckungsbereichen angeordnet sind.
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Eine
Paketneuübertragungseinheit
(PRU) 11 ist zusammen mit dem RNC 5 angeordnet
und ist angepasst, ACK/NACK-Mitteilungen
von der UE 2 über einen
Signalisierungs-Uplinkkanal 12 zu
empfangen und Datenpakete über
einen gemeinsam verwendeten Großbereichs-Downlinkkanal 13 erneut
zu übertragen.
Der gemeinsam verwendete Downlinkkanal 13 um fasst die gesamten
Abdeckungsbereiche der Knoten B 3, 9, 10.
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Es
kann andere Nutzereinrichtungen geben, umfassend das Kommunikationssystem 1 und
versorgt von einem der Knoten B 3, 9, 10.
Diese und andere Nutzereinrichtungen (nicht dargestellt) können ebenso
Datenpakete von ihren mit Diensten versorgenden Knoten B empfangen
(die durch den RNC 5 geplant werden) und ebenso Pakete über den
gemeinsam verwendeten Kanal 13 übertragen. Sie können ebenso
konfiguriert sein, ACK/NACK-Mitteilungen an die PRU II über den
Uplinkkanal 13 zu senden.
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Bezug
nehmend auf 2 wird ein Strom an Datenpaketen,
die von einem Kernnetzwerk 12 stammen und die UE 2 zum
Ziel haben, über
die lu-Schnittstelle 8 an den RNC 5 gesendet (Schritt 14). Der
RNC 5 segmentiert den Strom, um Datenblöcke auszubilden. Übertragungen
der Datenblöcke über ihren
versorgenden Knoten B 4 an die UE 2 werden durch
den RNC 5 gemäß den bekannten
Prozeduren geplant.
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Wenn
nach dem Empfang eines Datenpakets an der UE 2 (Schritt 15)
das Paket ohne Fehler empfangen wird, wird eine ACK-Mitteilung an
die PRU 11 gesendet (Schritt 16) und zwar über den
Signalisierungs-(Uplink-)Kanal 12, der zuvor durch den RNC 5 der
UE 2 zugeordnet wurde. Wenn andererseits das Datenpaket
fehlerhaft empfangen wurde, wird anstattdessen eine NACK-Mitteilung
gesendet (Schritt 17).
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Bei
Schritt 18 empfängt
der RNC 5 die ACK- oder NACK-Mitteilung über die PRU 11. Wenn
eine NACK-Mitteilung empfangen wird, dann plant der RNC 5 eine
erneute Übertragung
(Schritt 19) von Datenpaketen von der PRU 11 über den
gemeinsam verwendeten Großbereichs-Kanal 13 ein.
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Die
Vorrichtung zum Umsetzen der vorstehenden Anordnung und zum Ausführen der
Verfahrensschritte kann durch Anpassen einer herkömmlichen
Vorrichtung und/oder Bereitstellen zusätzlicher Module bereitgestellt
werden. Insbesondere können zusätzliche
Vorrichtungen innerhalb des RNC 5 bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung kann in Form einer Hardware, Firmware oder Software
oder einer Kombination davon sein. Die Vorrichtung kann einen oder
mehrere Prozessoren umfassen, um die Instruktionen umzusetzen, und
um die in einem Speichermedium, wie beispielsweise einer Computerdiskette
oder einem PROM, gespeicherten Daten zu verwenden.
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Es
liegt innerhalb der Erwägung
der Erfindung, dass zusätzlich
zu UMTS-Systemen und anderen Systemen zur drahtlosen Kommunikation,
irgendwelche anderen Neuübertragungsprotokolle verwendet
werden, wie beispielsweise andere WCDMA-Systeme (WCDMA = „Wideband
Code Division Multiplex Access"/Breitbandcodemultiplexzugriff), GPRS
(GPRS = „General
Packet Radio Service") und
EDGE (EDGE = „Enhanced
Data Rate for Global Evolution"),
welches EGPRS (EGPRS = „Enhanced GPRS") umfasst, von der
Anwendung der erfinderischen Konzepte, die hier beschrieben wurden,
profitieren würden.
Beispielsweise können
in einem GPRS oder EGPRS-System die vorstehenden Ausführungsbeispiele
auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, umgesetzt werden,
außer
dass Bezug nehmend auf 1 eine GPRS-Sende-Empfangs-Basisstation (BTS)
anstatt des Knoten-B verwendet wird, ein GPRS-Basisstationscontroller (BSC)
mit einer Paketsteuereinheit (PCU) anstatt des RNC verwendet wird,
und jeweils eine Um-Schnittstelle und eine Abis-Schnittstelle anstatt
der Uu-Schnittstelle und der lub-Schnittstelle verwendet werden.
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Die
Erfindung ist insbesondere für
Anwendungen, wie beispielsweise Video oder schnelle Websitzungen
hilfreich.