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Die
vorliegende Erfindung betrifft Datensendewiederholungstechniken
in Telekommunikationssystemen. Sie betrifft im Besonderen die Steuerung von
Datensendewiederholungen in Systemen, die einen Datenempfangsbestätigungsmodus
nutzen.
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Zahlreiche
Telekommunikationssysteme nutzen einen Datenempfangsbestätigungsmodus,
der für
eine Kommunikationseinheit, die Daten empfängt, darin besteht, ihren Empfang
zu bestätigen,
zum Beispiel auf ihre eigene Initiative oder auch auf Anforderung
der Sendeeinheit. Wenn umgekehrt die Empfangseinheit bestimmte Daten
nicht empfängt
oder nicht korrekt empfängt,
die für
sie bestimmt waren, kann sie an die Sendeeinheit für diese
Daten eine negative Empfangsbestätigung
senden und damit den Sendefehler der entsprechenden Daten signalisieren.
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Klassischerweise
kann sich ein Datensendewiederholungsmechanismus auf den Empfangsbestätigungsmechanismus
stützen.
Insbesondere dann, wenn von der Sendeeinheit der Daten eine negative
Empfangsbestätigung
empfangen wird, kann diese die Entscheidung treffen, die Daten,
die Gegenstand dieser negativen Empfangsbestätigung waren, erneut zu senden.
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Ein
solcher Sendewiederholungsmechanismus ist zum Beispiel in den UMTS-(für "Universal Mobile
Telecommunication System")
Mobilfunknetzen der dritten Generation vorgesehen, die von der Organisation
3GPP (für "3
rd Generation
Partnership Project")
genormt sind. (Siehe zum Beispiel die Dokumente
GB-A-2361392 und
WO-A-021065797 .)
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Ohne
die Allgemeingültigkeit
ihres Gegenstandes einzuschränken,
wird die Erfindung nachstehend in ihrer Anwendung auf ein UMTS-Netz
im Frequenzduplexverfahren (FDD, für "Frequency Division Duplex") beschrieben, von
dem 1 ein Architekturbeispiel darstellt.
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Die
Switches des Mobilfunkdienstes 10, die zu einem Kernnetz
(CN, für "Core Network") gehören, sind
einerseits mit einem oder mehreren Festnetzen 11 verbunden
und andererseits über
eine so genannte lu-Schnittstelle mit Steuereinheiten 12 oder RNC
(für "Radio Network Controller"). Jeder RNC 12 ist über eine
so genannte lub-Schnittstelle mit einer oder mehreren über den
Empfangsbereich des Netzes verteilten Funkbasisstationen 13 verbunden,
die in der Lage sind, per Funk mit den als Teilnehmergerät UE (für "User Equipment") bezeichneten Mobilterminals 14, 14a, 14b zu
kommunizieren. Die Funkstationen können so zusammengefasst sein,
dass sie als "Node
B" bezeichnete Knoten
bilden. Einige RNC 12 können
außerdem
untereinander über
eine so genannte lur-Schnittstelle kommunizieren. Die RNC und die
Funkstationen bilden ein als UTRAN (für "UMTS Terrestrial Radio Access Network") bezeichnetes Zugangsnetz.
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Das
UTRAN umfasst Elemente aus den Schichten 1 und 2 des
ISO-Modells (für "International Standard
Organization"),
um die an der (als Uu bezeichneten) Funkschnittstelle angeforderten
Verbindungen bereitzustellen, sowie eine Stufe 15A zur Steuerung
der Funkressourcen (RRC, für "Radio Resource Control"), die zur Schicht 3 gehört, wie
in der technischen Spezifikation 3G TS 25.301, "Radio Interface Protocol Architecture", Version 4.2.0,
beschrieben, die im Dezember 2001 von 3GPP veröffentlicht wurde. Im Hinblick
auf die oberen Schichten fungiert das UTRAN einfach als Zwischenstation
zwischen dem UE und dem CN.
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2 stellt
die RRC-Stufen 15A, 15B und die Stufen der unteren
Schichten dar, die zum UTRAN und einem UE gehören. Auf jeder Seite ist Schicht 2 in
eine Stufe 16A, 16B zur Steuerung der Funkverbindung
(RLC für "Radio Link Control") und eine Stufe 17A, 17B zur
Steuerung des Medienzugangs (MAC für "Medium Access Control") unterteilt. Eine
ausführliche
Beschreibung der Funkverbindungssteuerung ist insbesondere der technischen Spezifikation
TS 25.322, Version 5.1.0, "Radio
Link Control (RLC) protocol specification" zu entnehmen, die von 3GPP im Juni
2002 veröffentlicht
wurde. Schicht 1 umfasst eine Stufe 18A, 18B für Codierung und
Multiplexverfahren. Eine Funkstufe 19A, 19B sorgt
für das
Senden der Funksignale ausgehend von den von der Stufe 18A, 18 gelieferten
Zeichenströmen,
sowie für
den Empfang der Signale in der anderen Richtung.
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Es
gibt unterschiedliche Möglichkeiten
für die
Anpassung der Protokollarchitektur gemäß 2 an die
Hardwarearchitektur des UTRAN gemäß 1, und im
Allgemeinen können
je nach Kanaltyp unterschiedliche Organisationen übernommen
werden (siehe Abschnitt 11.2 der technischen Spezifikation
3G TS 25.101, "UTRAN
Overall Description", Version
4.2.0, veröffentlicht
im September 2001 von 3GPP). Die Stufen RRC, TLC und MAC befinden
sich im RNC 12. Die Schicht 1 befindet sich zum
Beispiel im Node B. Ein Teil dieser Schicht kann sich jedoch auch
im TNC 12 befinden.
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In
einer Funktionsweise des Systems erfolgen die Austauschvorgänge der
RLC-Rahmen im Modus
mit Empfangsbestätigung.
So kann in einigen von einem RNC 12 an ein UE gesendeten
RLC-Rahmen ein Abruf-Bit (Polling-Bit) aktiviert werden, um das
UE bezüglich
des Empfangs eines oder mehrerer zuvor übertragener RLC-Datenrahmen abzufragen. Das
UE antwortet auf den Abruf mit einem RLC-Signalisierungsrahmen, der eine Empfangsbestätigung enthält, welche
positiv (ACK) oder negativ (NACK) sein kann und die den korrekten
oder nicht korrekten Empfang der zuvor gesendeten RLC-Datenrahmen bestätigt. Von
der RLC-Schicht 16A des RNC können verschiedene Algorithmen
genutzt werden, um die vom UE gesendeten positiven und/oder negativen Empfangsbestätigungen
zu verarbeiten. Im Allgemeinen führt
der RNC 12 eine Sendewiederholung der RLC-Datenrahmen durch,
die Gegenstand einer NACK-Bestätigung
waren, wenn er letztere empfängt.
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Wenn
vom RNC 12, zum Beispiel im Anschluss an den Verlust eines
Datenrahmens j (gemäß einer
Folgenummer SN (für "Sequence Number")), mehrere Abrufe
hintereinander an ein UE gesendet werden (in 3 mit "NOK" bezeichnet), werden ebenso
viele NACKs hintereinander vom UE zurückgesendet. Wenn eine Sendewiederholung
des Rahmens j im Anschluss an dem Empfang eines NACK beim RNC stattfindet,
ist es möglich,
dass die entsprechenden Daten dieses Mal korrekt am UE empfangen
werden (in der Figur mit "OK" bezeichnet). Wenn
diese Sendewiederholung beispielsweise unmittelbar nach einem Abruf
stattfindet, wird vom UE trotzdem ein NACK gesendet, wie in 3 dargestellt.
In dem Augenblick jedoch, in dem der RNC das NACK empfängt, sind
die Daten im Anschluss an die letzte Sendewiederholung bereits erfolgreich
am UE empfangen worden.
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Um
zu vermeiden, dass eine neuerliche Sendewiederholung erfolgt, obwohl
der Rahmen j des vorhergehenden Beispiels korrekt empfangen wurde, sind
nach einem ersten fehlgeschlagenen Sendevorgang zwei Hauptlösungen bekannt.
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Nach
einem ersten Verfahren löst
das UE eine als Timer Status Prohibit bezeichnete Verzögerung aus,
die in Abschnitt 9.5 der vorgenannten technischen Spezifikation
25.322 beschrieben ist, und zwar beim Empfang der ersten von ihr
erhaltenen Abfrage. Die nächsten
empfangenen Abfragen werden vom UE bis zum Ablauf der Verzögerung ignoriert, um
das Senden eines zweiten NACK an das UE zu vermeiden, während die
Datensendewiederholung infolge des Sendens des ersten NACK durch
das UE Gegenstand eines korrekten Empfangs am UE sein kann. Somit
kann, wenn die Datensendewiederholungen vor Ablauf der Verzögerung empfangen
worden sind, die nächste
von der UE gesendete Empfangsbestätigung ein ACK sein, wodurch
erneute unnötige
Sendewiederholungen vermieden werden können.
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Nach
einem zweiten Verfahren sendet die UE unterschiedslos ein NACK bei
jeder Abfrage in Anschluss an einen Nichtempfang oder einen fehlerhaften
Empfang der Daten, im RNC 12 wird jedoch eine Filterung
der NACKs durchgeführt.
Auf diese Weise wird das von der UE in dem in 3 dargestellten
Beispiel gewendete zweite NACK vom RNC ignoriert, wenn seit dem
Empfang des ersten NACK durch den RNC eine zu kurze Zeit verstrichen
ist. Diese Zeit ist klassischerweise Gegenstand einer Verzögerung wie
im vorhergehenden Fall, sie erfolgt jedoch im RNC. Wenn umgekehrt
nach Ablauf der Verzögerung
ein neues NACK am RNC empfangen wird, wird dieses berücksichtigt,
um eine neuerliche Sendewiederholung zu veranlassen, denn es kann darauf
hindeuten, dass die erste Sendewiederholung am UE auch nicht korrekt
empfangen wurde.
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In
den beiden oben dargestellten Verfahren sollen die in Betracht gezogenen
Verzögerungen
idealerweise den Wert der Umlaufverzögerung (RTD für "Round Trip Delay") zwischen dem RNC
und der UE haben. Denn in der Tat wird die Dauer eines RTD benötigt, um
am UE die nach dem Senden eines NACK wiederholt gesendeten Daten
zu empfangen (erstes Verfahren), und um eine aussagekräftige Empfangsbestätigung am
RNC im Anschluss an den Sendevorgang der Daten zum empfangen (zweites
Verfahren). Umgekehrt könnte
ein höherer
Verzögerungswert
als der RTD eine verspätete
Berücksichtigung
der positiven Sendebestätigungen
im RNC zur Folge haben, was eine Verlangsamung der Nutzdatenrate
verursachen würde,
insbesondere für
den Fall, dass die Datenmenge, die vom RNC gesendet werden kann, ohne
die Empfangsbestätigung
der zuvor gesendeten Daten abzuwarten, gering ist.
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Nun
stellt die Schätzung
des RTD aber insofern eine wirkliche Schwierigkeit dar, als diese
Größe variabel
ist. Sie kann für
den Fall, dass die Daten eine asynchrone Kommunikationsschnittstelle
durchlaufen müssen,
großen
Schwankungen unterliegen.
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Dies
trifft im UMTS-System insbesondere auf die lub-Schnittstelle zwischen
einem RNC 12 und Funkstationen 13 zu, die Protokolle
wie ATM (für "Asynchronous Transfer
Mode") und AAL2
(für "ATM Adaptation Layer
No. 2") verwenden.
Oberhalb dieser Protokollschichten wird ein Rahmenprotokoll (FP für "Frame Protocol") auf der Bebenutzerebene
verwendet, damit der RNC mit dem oder den Node B kommunizieren kann,
die an einer Kommunikation mit einer gegebenen UE beteiligt sind.
Das Protokoll FP wird in den technischen Spezifikationen 3G TS 25.427, "UTRAN lub/lur Interface
User Plane Protocol for DCH Data Streams", Version 4.3.0, beschrieben, die im
Dezember 2001 von 3GPP veröffentlicht wurden.
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Wenn
mehrere RNC an einer Kommunikation mit einem UE beteiligt sind,
gibt es im Allgemeinen einen versorgenden RNC, der als SRNC (für "Serving RNC") bezeichnet wird,
in dem sich die relevanten Module der Schicht 2 (RLC und
MAC) befinden, und mindestens einen so genannten "Drift-RNC", mit dem eine Funkstation
verbunden, zu der das UE in einer Funkverbindung steht. Auch hier
sorgen geeignete Protokolle wie ATM und AAL2 für die asynchronen Austauschvorgänge zwischen
diesen RNC und der lur-Schnittstelle.
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Außerdem unterstützt UMTS
im FDD-Modus eine Makrodiversitätstechnik,
die darin besteht, Vorkehrungen zu treffen, dass ein UE gleichzeitig
mit mehreren verschiedenen Funkstationen einer aktiven Gruppe ("active set") in der Weise kommunizieren
kann, dass das UE in der Downstream-Richtung mehrere Male dieselbe
Information empfängt
und dass in der Upstream-Richtung das von der UE gesendete Funksignal
von den Funkstationen aufgefangen wird, um unterschiedliche Schätzungen
zu bilden, die dann im UTRAN kombiniert werden. Die Makrodiversität verschafft
eine Empfangsverstärkung, welche
die Leistungen des Systems dank der Kombination von unterschiedlichen
Beobachtungen zu derselben Information verbessert. Sie ermöglicht ebenso, "sanfte" Übergaben zwischen Funkzellen
(SHO für "Soft Hand-Off") durchzuführen, wenn
die UE sich bewegt.
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Bei
der Makrodiversität
sind die Weglenkung durch die Transportkanäle zum Mehrfachsenden vom UTRAN
oder dem UE aus und die Kombination dieser Transportkanäle beim
Empfang Vorgänge,
die einem zu Schicht 1 gehörenden Auswahl- und Kombinationsmodul
obliegen. Dieses Modul verfügt über eine
Schnittstelle zur Unterschicht MAC und befindet sich in dem die
UE versorgenden RNC. Wenn die beteiligen Funkstationen von unterschiedlichen
RNC abhängen,
die über
die lur-Schnittstelle
kommunizieren, kann einer dieser RNC die Rolle des SRNC und der
andere die des DRNC übernehmen.
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Somit
kann der RTD-Wert zwischen einem RNC und einem UE insbesondere aufgrund
des asynchronen Charakters der lub-Schnittstelle beträchtliche
Unterschiede aufweisen. Wenn außerdem zu
der aktiven Gruppe eine Funkstation hinzugefügt oder von ihr weggenommen
wird, für
welche die lub-Schnittstelle in dem betrachteten Augenblick langsam
(ausgelastet) ist, erfährt
der RTD plötzlich starke
Schwankungen durch die vom Protokoll FP angewendeten Synchronisationsmechanismen.
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Aufgrund
ihres asynchronen Charakters unter der Berücksichtigung der Leitweglenkungszeit
auf allen Verbindungen der aktiven Gruppe ist die lub-Schnittstelle zu
einem großen
Teil für
die Datensendeverzögerungen
zwischen einem RNC 12 und einem UE 14-14a-14b verantwortlich,
insbesondere im Vergleich zu den Übertragungsdauern über die Schnittstelle
Uu.
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Ein
anderer Faktor, der zu unterschiedlichen RTD-Werten führen kann,
ist die Verarbeitungszeit der Rahmen im Node B, die im zeitlichen
Verlauf und von einem Node B zum anderen verschieden sein kann.
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Selbst
wenn man in der Lage ist, den RTD zu schätzen, weist das Verfahren,
mit dem der Parameter Timer_Status_Prohibit geändert werden kann, nur eine schwache
Reaktionsfähigkeit
auf, denn es verläuft über eine
Neukonfiguration der RLC-Verbindung. In der Praxis bietet sich das
oben beschriebene erste Verfahren folglich nicht gut für eine effektive Anpassung
an die Veränderungen
des RTD an.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen guten Kompromiss
zwischen der Anzahl der Datensendewiederholungen und den Risiken
einer Verringerung der Nutzdatenrate durch die zu langsame Berücksichtigung
einer Empfangsbestätigung
der Daten vorzuschlagen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Verringerung der
Anzahl überflüssiger Sendewiederholungen
in einem Kommunikationssystem zu ermöglichen, ohne den RTD dieses
Systems schätzen
zu müssen.
Die Erfindung gilt insbesondere für den Fall, in dem das Kommunikationssystem
einen RTD aufweist, der sich im zeitlichen Verlauf deutlich ändert, zum
Beispiel aufgrund einer asynchronen Kommunikationsschnittstelle.
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Die
Erfindung schlägt
daher ein Verfahren zum Steuern der Datensendewiederholung ausgehend
von einer Steuereinheit auf einer Verbindung vor, die mit einem
Funkterminal aufgebaut ist. Die Steuereinheit und das Terminal tauschen
auf der Verbindung über
mindestens eine Basisstation erste Rahmen aus, die zu dem Terminal
gesendete Datenrahmen umfassen, und Empfangsbestätigungsrahmen, die von dem
Terminal gesendet werden und Empfangsbestätigungsinformationen der ersten
Datenrahmen enthalten. Die ersten Rahmen sind mit jeweiligen Zeitstempelinformationen
in zweiten Rahmen gekapselt, um zwischen der Steuereinheit und jeder
Basisstation auf einer asynchronen Schnittstelle übertragen
zu werden. Die Zeitstempelinformation, die einen der Datenrahmen
auf der asynchronen Schnittstelle begleitet, bezeichnet einen Sendeaugenblick
des Datenrahmens durch jede Basisstation bezogen auf einen Zeitzähler, der
zu einer Funkstrecke der Verbindung gehört. Die Zeitstempelinformation,
die einen der Empfangsbestätigungsrahmen
auf der asynchronen Schnittstelle begleitet, bezeichnet einen Empfangsaugenblick
des Empfangsbestätigungsrahmens
durch jede Basisstation bezogen auf den Zeitzähler. Das Verfahren umfasst
die folgenden Schritte:
- – Speichern der Zeitstempelinformation,
die einen Sendeaugenblick eines Datenrahmens bezeichnet, an der
Steuereinheit; und
- – beim
Empfang eines Empfangsbestätigungsrahmens
an der Steuereinheit, welcher von einer Zeitstempelinformation begleitet
ist, die einen Empfangsaugenblick bezeichnet und eine Empfangsbestätigungsinformation
enthält,
die als Meldung des Nichtempfangens des Datenrahmens durch das Terminal
ausgelegt wird, selektives Berücksichtigen
der Empfangsbestätigungsinformation,
um die Sendewiederholung des Datenrahmens in Abhängigkeit von einem Vergleich
zwischen den Empfangs- und dem Sendeaugenblick zu steuern.
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Der
Vergleich zwischen diesen beiden Augenblicken liefert ein stichhaltiges
Kriterium für
die Wiederholungsalgorithmen (ARQ), die die Empfangsbestätigungsinformationen
verarbeiten, um über
die Sendewiederholung bestimmter Datenrahmen zu entscheiden. Im
Vergleich zum RTD ermöglicht
dieses Kriterium in vorteilhafter Weise, sich von den an den asynchronen
Schnittstellen hervorgerufenen veränderlichen Verzögerungen
frei zu machen.
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Die
selektive Berücksichtigung
des Empfangs des Empfangsbestätigungsdatenrahmens
ermöglicht
zum Beispiel, denjenigen Datenrahmen wiederholt zu senden, der von
dem Terminal als nicht empfangen betrachtet wird, und zwar ausschließlich dann,
wenn der Empfangsaugenblick nach dem Sendeaugenblick liegt, und
dies um einen Wert oberhalb eines Schwellenwertes, der in der Größenordnung der
Zehnerstelle von Millisekunden liegt oder der auch nahe null liegen
kann (typische RTD-Werte auf der lub-Schnittstelle können im
Bereich von einer bis zu einigen hundert Millisekunden liegen).
Umgekehrt kann, wenn der Empfangsaugenblick nicht um einen Wert
oberhalb eines Schwellenwertes nach dem Sendeaugenblick liegt, der
Empfang des Empfangsbestätigungsrahmens
ignoriert werden, um die Sendewiederholung eines bereits vom Terminal
empfangenen Datenrahmens zu vermeiden.
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Die
Erfindung schlägt
auch eine Steuereinheit vor, die zur Durchführung des obigen Verfahrens geeignet
ist und umfasst:
- – Mittel zum Speichern der
Zeitstempelinformation, die einen Sendeaugenblick eines Datenrahmens
bezeichnet;
- – Mittel,
um beim Empfang eines Empfangsbestätigungsrahmens, der von einer
Zeitstempelinformation begleitet ist, die einen Empfangsaugenblick
bezeichnet und eine Empfangsbestätigungsinformation
enthält,
die als Meldung des Nichtempfangens des Datenrahmens durch das Terminal
ausgelegt wird, selektiv die Empfangsbestätigungsinformation zu berücksichtigen,
um die Sendewiederholung des Datenrahmens in Abhängigkeit von einem Vergleich
zwischen dem Empfangs- und dem Sendeaugenblick zu steuern.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die keine einschränkende Wirkung
haben, sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich werden,
auf denen:
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1,
die bereits kommentiert wurde, eine schematische Darstellung der
Architektur eines UMTS-Kommunikationssystems ist;
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2,
die bereits kommentiert wurde, eine schematische Darstellung der
gemeinsamen Protokollschichten von UTRAN und UE ist;
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3,
die bereits kommentiert wurde, ein Beispiel für den Abruf- und Datensendewiederholungsmechanismus
nach dem Stand der Technik ist;
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4 eine
schematische Darstellung der Fenster ist, die an der Synchronisation
der lub-Schnittstelle beteiligt sind, wie sie im UMTS-System von 3GPP genormt
ist;
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5 ein
Beispiel des Datensendewiederholungsmechanismus gemäß der Erfindung
ist.
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Betrachtet
wird erneut der keine Einschränkung
darstellende Fall eines UMTS-Systems
gemäß 1.
Wie bereits weiter oben angesprochen, ist die lub-Schnittstelle, die
die Austauschvorgänge
zwischen einem RNC 12 und einem oder mehreren Node B 13
ermöglicht,
asynchron und verfügt über einen
Synchronisationsmechanismus der Transportkanäle gemäß dem Rahmenprotokoll FP.
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Ziel
dieser Synchronisation der Transportkanäle ist es, für eine gemeinsame
Nummerierung der Rahmen von Schicht 2 zwischen dem UTRAN
und der UE zu sorgen, die mit Hilfe einer Verbindungsrahmennummer
(CFN, für "Connection Frame
Number") von 8 Bit
durchgeführt
wird, welche die Schicht 2 für jede Transportblockgruppe
(TBS, für "Transport Block Set") verwaltet, die
mit der UE ausgetauscht wird, wobei sie alle 10 Millisekunden um
eins erhöht wird.
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Diese
CFN wird nicht auf der Luftschnittstelle übertragen, sondern an die auf
der lub-Schnittstelle ausgetauschten Rahmen angefügt. Die
Bitübertragungsschicht
setzt sie auf eine für
jede Zelle auf dem aktuellen Stand gehaltene Nummerierung der Rahmen
um, die durch eine auf 12 Bit codierte Systemrahmennummer SFN (für "System Frame Number") definiert ist.
Der Node B erhöht
diese SFN bei jedem neuen Funkrahmen von 10 ms und sendet ihren
Wert auf den gemeinsamen Steuerkanälen der Zelle.
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Für einen
gegebenen TBS und eine gegebene Zelle wird die Verschiebung zwischen
der CFN und der SFN vor dem Aufbau der Funkverbindung zwischen dem
Node B und der betroffenen UE als eine Verschiebung bestimmt, die
durch eine ganze Zahl von Rahmen ausgedrückt wird ("Frame Offset"). Beim Start des Funksendevorgangs
für die
TBS ist diese Verschiebung gleich null: die CFN wird auf der SFN
(modulo 256) des ersten Rahmens initialisiert, der zum Senden des
TBS verwendet wird. Vor dem Hinzufügen einer mit Makrodiversität arbeitenden Funkverbindung
misst das UE die Verschiebung zwischen der aktuellen CFN und dem
von der neuen Zelle gesendeten SFN und berichtet darüber an den SRNC.
Dieser leitet daraus den Parameter "Frame Offset" ab, der für die neue Zelle relevant ist,
und informiert darüber
den Node B, damit er die Verschiebung zwischen den Zählern CFN
und SFN berücksichtigt.
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Somit
verfügt,
sobald die Verschiebung berücksichtigt
ist, ein Node B folglich über
ein gemeinsames Bezugssystem mit allen anderen Node Bs der aktiven
Gruppe, welches auf dem Zeitzähler
CFN der Funkverbindung basiert.
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In
der Downstream-Richtung, wenn ein Datenrahmen an den UE zu senden
ist, nimmt der SRNC seinen Sendevorgang bezogen auf die entsprechende
CFN im Sendeaugenblickder Daten auf der U-Schnittstelle vorweg,
um die Leitweglenkungszeit bis zum Node B und die von diesem benötigte Verarbeitungszeit,
insbesondere in der Codierungs- und Multiplexstufe 18A,
zu berücksichtigen.
Die Norm sieht ein Empfangsfenster für jeden vom SRNC an den Node
B gerichteten FP-Rahmen (DCH-FP PDU) vor, welches bezogen auf eine
Achse TOA (für "Time Of Arrival") definiert ist,
die entgegengesetzt zur Zeit gerichtet ist, und zwar mit einem Bezugsursprungspunkt
TOA = 0. Dieses Fenster ist durch die folgenden in 4 dargestellten
Parameter definiert:
- – Tproc gleich
der geräteabhängigen minimalen Zeit,
die für
die Verarbeitung eines Rahmens durch den Node B benötigt wird,
bevor er mit dem Senden an der Luftschnittstelle beginnen kann;
- – TOAWS
(für "Time Of Arrival Window
Startpoint"), der
die Breite des Empfangsfensters bestimmt. Ein mit einem TOA zwischen
0 und TOAWS empfangener Rahmen wird als normal empfangen betrachtet
("OK" in 4,
die das Empfangsfenster für
den Rahmen mit CFN 152 darstellt). Ein Rahmen, der mit
einem TOA größer als
TOAWS empfangen wird, wird als vorzeitig empfangen betrachtet ("Early" in 4);
- – TOAWE
(für "Time Of Arrival Window
End"), der die Position
des Empfangsfensters bestimmt, das heißt diejenige des Bezugspunktes
TOA = 0, der um Tproc + TOAWE vor dem Augenblick
liegt, der dem Beginn der Rahmenperiode entspricht, die mit CFN
nummeriert ist (unter Berücksichtigung des
Frame Offset). Wenn er größer als
0 ist, ermöglicht
dieser Parameter TOAWE, die Rahmen zu unterscheiden, die verspätet empfangen
wurden, die aber noch vom Node B verarbeitet werden können (– TOAWE < TOA < 0, "Late" in 4),
und die Rahmen, die verspätet
empfangen wurden und vom Node B vernichtet wurden (TOA < – TOAWE, "Too Late" in 4).
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Wenn
der Node B einen Datenrahmen außerhalb
des entsprechenden Fensters empfängt,
berücksichtigt
er dies im RNC in einem Rahmen TAD ("für "Timing Adjustment") des Protokolls
FP, der die Nummer CFN des fraglichen Datenrahmens sowie den Wert
von TOA umfasst, mit dem er empfangen wurde. Dies ermöglicht dem
RNC, den Augenblick zu korrigieren, an dem er die folgenden Rahmen
an den Node B sendet.
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In
den Perioden, in denen keine Datenrahmen zu senden sind, sendet
der RNC an den Node B Signalisierungsrahmen "DL SYNC", die jeder die CFN enthalten, auf die
bezogen dieser Rahmen empfangen werden sollte. Der Node B antwortet
darauf sofort, indem er einen Rahmen "UL SYNC" zurücksendet,
der diese CFN und den Wert von TOA angibt, der dem Empfang dieses
Rahmens entspricht. Dieser Mechanismus ermöglicht es, zu vermeiden, dass das
Fenster sich verschiebt, ohne dass der RNC darüber durch die Rahmen TAD informiert
wird.
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Diese
Synchronisationsmechanismen sind detailliert in der vorgenannten
technischen Spezifikation TS 25.417 dargestellt.
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Dank
dieser Mechanismen bestimmt der RNC die CFN, die eine Zeitstempelinformation
ist, welche den Sendeaugenblick des Rahmens an der Funkschnittstelle
durch die Funkstationen der aktiven Gruppe bezeichnet. Er nimmt
diese CFN in den Rahmen der entsprechenden Daten auf. 4 veranschaulicht
dieses Prinzip: Der RNC sendet einen Rahmen, der die CFN = 152 trägt, mit
einer bestimmten Antizipation (Augenblick, der CFN = 142 entspricht),
um die Leitweglenkungszeit bis zu den Node Bs und die von diesen
benötigte
Verarbeitungszeit auszugleichen. Gemäß der vorliegenden Erfindung behält der RNC
dann die auf diese Weise bestimmte CFN im Speicher (CFN = 152 in 4).
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In
der Upstream-Richtung sendet jeder Node B Rahmen an seinen Teilnehmerleitungs-SRNC über die
lub-Schnittstelle und eventuell die lur-Schnittstelle. An den Node Bs gibt es
jedoch keine Verzögerung,
um den Sendevorgang der Rahmen in Upstream-Richtung zu verzögern oder
vorwegzunehmen, so dass diese in größeren zeitlichen Abständen übertragen
werden können.
Jeder Node B nimmt in die FP-Rahmen, die er an den SRNC im Anschluss an
dem Empfang eines von einem Terminal gesendeten Funkrahmens sendet,
eine CFN auf, die eine Zeitstempelinformation ist, welche den Empfangsaugenblick
dieses Funkrahmens am Node B bezeichnet.
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Im
SRNC wird eine Kombination der mit einer identischen CFN-Nummer
von verschiedenen Node Bs empfangenen Rahmen regelmäßig nach Ablauf
einer Verzögerung
("TTI timer" oder "Transmission Timer
Interval timer")
durchgeführt.
Wenn bestimmte Rahmen in Upstream-Richtung vom SRNC nach Ablauf
dieser Verzögerung
empfangen werden, sind sie verloren und werden in der Kombination
nicht berücksichtigt.
Umgekehrt können
Rahmen, die vom SRNC zu früh
empfangen werden, das heißt
jenseits der maximalen Kapazität
der Puffer des SRNC, nicht im Speicher aufbewahrt werden, um in der
Kombination der Rahmen berücksichtigt
zu werden.
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Infolgedessen
ermöglichen,
unabhängig
von der Leitweglenkungszeit der Daten an der lub-Schnittsetelle,
die Nummerierung entsprechend der Skala der CFN und die Synchronisationsmechanismen
der lub-Schnittstelle dem RNC:
- – den Sendeaugenblick
eines Rahmens in Downstream-Richtung durch die Node Bs zu bestimmen;
und
- – den
Empfangsaugenblick eines Rahmens in Upstream-Richtung durch die
Node Bs zu kennen.
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Der
Zeitbestimmung zwischen diesen Augenblicken ist folglich dem RNC
bekannt, und zwar auf der Grundlage der entsprechenden CFN-Nummern.
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5 stellt
einen RNC und einen UE dar, die RLC-Rahmen über eine aktive Gruppe von
Node Bs austauschen. Die RLC-Rahmen werden in FP-Rahmen auf der
lub-Schnittstelle zwischen dem RNC und den Node Bs gekapselt.
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In
dem in 5 dargestellten Beispiel sendet der RNC einen
FP-Datenrahmen mit CFN = i auf der zuvor beschriebenen Zeitachse
der CFN. Dies bedeutet, dass der vom RNC gesendete FP-Rahmen Gegenstand
eines Datensendevorgangs durch die Node Bs der aktiven Gruppe an
das UE ist, und zwar in einem Augenblick, der CFN = i entspricht.
Hierzu ist eine Sendeantizipation des Rahmens vom RNC vorgenommen
worden. Sie wurde in dem in 5 dargestellten
Beispiel auf ungefähr
30 Millisekunden geschätzt
(das heißt
drei Intervalle von 10 ms auf der Zeitskala der CFN), denn der Rahmen
wird vom RNC im Augenblick CFN = i-3 gesendet. Die in diesem Rahmen
in Upstream-Richtung enthaltenen Daten werden von den Node Bs aus
in einem RLC-Rahmen zu dem betroffenen UE gelenkt. Entsprechend
einer klassischen Nummerierung weist der RLC-Rahmen auch eine Folgenummer
SN = j auf.
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Betrachten
wir nun einen RLC-Empfangsbestätigungsrahmen
in Upstream-Richtung,
der eine Empfangsbestätigungsinformation
des Typs NACK enthält,
welche einen nicht korrekten Empfang des RLC-Datenrahmes mit SN
= j bestätigt, der
zuvor vom RNC gesendet wurde. Dieses NACK kann vom UE zum Beispiel
als Antwort auf einen Abruf des RNC gesendet werden, wie weiter
oben beschrieben. Dieses NACK wird zunächst einmal vom UE bis zu jedem
Node B der aktiven Gruppe gelenkt. Jeder Node B der aktiven Gruppe
kapselt den Empfangsbestätigungsrahmen,
der dieses NACK enthält,
in einen FP-Rahmen, um ihn an den RNC zu senden, indem darin eine
CFN-Nummer aufgenommen wird, die dem Empfangsaugenblick des RLC-Rahmens
in Upstream-Richtung durch diesen Node B entspricht. In dem in 5 veranschaulichten
Beispiel sendet der dargestellte Node B das NACK, indem er es in
einen FP-Rahmen kapselt, der das NACK enthält und eine CFN = k aufweist,
da das NACK am Node B in dem Zeitintervall empfangen wurde, der
CFN = k entspricht (das heißt
dem Zeitintervall zwischen den Angaben CFN = k und CFN = k-1 von 5).
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Beim
Empfang dieses FP-Rahmens in Upstream-Richtung führt der RNC einen Vergleich zwischen
den CFN durch, die einerseits für
den Sendeaugenblick des gesendeten Datenrahmens mit der Folgenummer
SN = j durch die Node Bs an der Funkschnittstelle repräsentativ
sind (CFN = i, zuvor gespeichert), und andererseits für den Empfangsaugenblick
des Rahmens in Upstream-Richtung durch den Node B, wobei dieser
Rahmen die Information NACK für
diesen Datenrahmen mit SN = j enthält (CFN = k). Dies läuft auf
einen Vergleich der ganzen Zahlen i und k hinaus. Ein solcher Vergleich
ermöglicht,
sich von den Schwankungen der Sendeverzögerung an der lub-Schnittstelle
frei zu machen. Er ermöglicht
auch, sich von den Verarbeitungsverzögerungen der Node Bs frei zu
machen, zum Beispiel um die Daten eines empfangenen Rahmens zu senden.
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Wenn
der durch k-i gemessene Zeitunterschied größer ist als ein zuvor definierter
Schwellenwert, der in 5 mit D bezeichnet ist, bedeutet
dies, dass das NACK vom Node B mit einer Verzögerung größer D bezogen auf den letzten
Sendevorgang des fraglichen Datenrahmens durch den Node B empfangen
wurde. Der Schwellenwert D ist bequemerweise ein Vielfaches von
10 Millisekunden, was die Möglichkeit
bietet, ihn als ganze Zahl auszudrücken. Er kann in der Größenordnung
des RTD an der Uu-Schnittstelle zwischen den Node Bs und dem UE liegen
und dabei die Verarbeitungszeit der Daten durch das UE einschließen. Wenn
man über
ein Mittel zur Schätzung
dieses RTD an der Uu-Schnittstelle verfügt, kann es vorteilhaft sein,
einen Mechanismus vorzusehen, um den Schwellenwert D variieren zu lassen.
Da dieser RTD jedoch meistens im Vergleich zur Ausbreitungszeit
auf der lub-Schnittstelle gering ist, kann der Schwellenwert D auch
einen relativ geringen festen Wert haben (zum Beispiel D = 1 oder
2 in Einheiten von 10 ms) oder nach einer Ausführungsform der Erfindung sogar
null sein, was darauf hinausläuft,
einfach die Werte der ganzen Zahlen k und i miteinander zu vergleichen.
Hier wird nun, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, dieser letzte Fall
betrachtet, in dem D = 0.
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Wenn
k eine ganze Zahl größer i ist,
besagt dies somit, dass der Funkrahmen in Upstream-Richtung, der
das NACK enthält,
von dem betrachteten Node B empfangen wurde, nachdem dieser Node
B die Daten gesendet hat, die dem Datenrahmen entsprechen, dessen
Empfang nicht korrekt bestätigt wurde.
Dieser Mechanismus garantiert somit, dass das an den RNC übertragene
NACK auf das Senden des ursprünglichen
Datenrahmens durch den Node B folgt und daher einer begründeten negativen
Empfangsbestätigung
entspricht. Eine Datensendewiederholung kann daraufhin vom RNC beim
Empfang des NACK durchgeführt
werden.
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Wenn
umgekehrt k kleiner als i ist, bedeutet dies, dass das NACK zweifelsfrei
vor dem Senden des vom RNC ausgegangenen Datenrahmens durch den
Node B gesendet wurde. Dieses NACK berücksichtigt folglich nicht den
eventuellen korrekten Empfang der Daten des Funkrahmens mit CFN
= i durch das UE. In diesem Fall ignoriert der RNC das NACK und
beginnt daher nicht sofort mit der Datensendewiederholung.
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In
dem in 5 dargestellten Beispiel wird ein einziger RLC-Rahmen
pro Periode von 10 Millisekunden gesendet. Es kann jedoch durchaus
auch das Senden mehrerer RLC-Rahmen während dieser Periode in Betracht
kommen.
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Außerdem ist
die Skala der CFN, wie sie im UMTS-System definiert ist, auf 4096
begrenzt, was bedeutet, dass auf der in 5 dargestellten
Zeitachse CFN = 1 auf CFN = 4096 folgt. Unter diesen Bedingungen
muss berücksichtigt
werden, dass der Vergleich zwischen den ganzen Zahlen k und i als modulo
4096 ausgedrückt
wird.
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Man
kann außerdem
darauf hinweisen, dass sich die Erfindung nicht auf einen bestimmten
Empfangsbestätigungs-
und Sendewiederholungsalgorithmus beschränkt. Der RNC kann im Gegenteil
eine selektive Sendewiederholung einer Gruppe von Rahmen durchführen, die
er auf der Basis einer beliebigen Empfangsbestätigung als nicht korrekt empfangen
betrachtet.
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Die
Erfindung wurde oben in ihrer Anwendung auf ein UMTS-Netz beschrieben.
Für die
Umsetzung der Erfindung kann jedoch auch jedes andere Kommunikationssystem
in Betracht kommen.