DE69624495T2 - Verfahren zur datenübertragung in einem schnurlosen kommunikationssystem - Google Patents
Verfahren zur datenübertragung in einem schnurlosen kommunikationssystemInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kommunikation und insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zur Datenübertragung in einem drahtlosen Kommunikationssystem.
- Die letzten zehn Jahre haben einen erheblichen Anstieg in der Nachfrage nach drahtlosen, zur Datenübertragung fähigen Netzwerken, erlebt. Im Gegensatz zu Sprachdiensten, wie etwa dem GSM-(Global System for Mobiles) Mobilfunk-Dienst, bei dem aufgrund der Sensitivität der Nutzer in Bezug auf das Timing gesprochener Dialoge durchschaltevermittelte Übertragung benutzt wird, kann bei der Datenübertragung durch die Verwendung von paketvermittelter oder Hybrid-Übertragung eine größere Effizienz erreicht werden. Es ist daher zu erwarten, dass für den kür zeren Verkehr durch die Verwendung vorgeschlagener Dienste, wie etwa des GPRS (GSM Packet Radio Service: paketbasierte Datenübertragungstechnik) ein signifikant gesteigerter Durchsatz gegenüber herkömmlicher, durchschaltevermittelter Drahtlostechnik erzielt werden kann.
- Mit der gestiegenen Nachfrage nach Drahtlosdiensten ist allerdings, zumindest für einige Nutzer, auch eine Nachfrage nach höheren Durchsatzraten im Datenverkehr gestiegen. Eine vorgeschlagene Lösung für diesen Bedarf ist die Verwendung von QOS-Graden (Quality of Service: Servicequalität) für den Datenverkehr. Durch die Markierung einer bestimmten Datennachricht mit einem hohen QOS-Grad oder einer hohen Priorität, bekommen Nutzer, für die ein Bedarf an einer schnellen Gesamtübertragung ihrer Daten besteht, ihre Daten vor geringerwertigen QOS-Daten übertragen. Andererseits können Nutzer, die nicht die höheren QOS-Gebühren bezahlen möchten und die längere Gesamtverzögerungen tolerieren können, ihren Datenverkehr mit niedrigeren QOS-Graden markieren.
- Zwei Hauptprobleme bei der Implementierung dieses Typs von drahtlosem Datenübertragungsdienst sind Verzögerungen beim Erhalt eines Zugangs zu einem Drahtloskanal und der begrenzte Durchsatz, der auf die begrenzte Bandbreite des Drahtloskanals zurückzuführen ist. Das erste Problem tritt auf, weil für den Dienst- beziehungsweise Arbeitsbereich jeder gegebenen Basisstation nur eine begrenzte Anzahl von Kanälen (oder im Fall eines TDMA- Systems (time division multiple access: Vielfachzugriff im Zeitmultiplex), wie GSM, Unterkanäle oder Sätze von Zeitslots beziehungsweise -schlitzen) zur Verfügung steht. Jede Zugangsverzögerung bedeutet eine Verringerung der Zeit, während der die Unterkanäle für die tatsächliche Datenübertragung zur Verfügung stehen. Weiter können, wenn das System sich der Spitzenauslastung nähert, durchaus viel mehr Mobilstationen (MSn oder allgemeiner: Teilnehmereinheiten) versuchen, Zugang zu erhalten, als das System aufnehmen kann.
- Um diese Zugangsverzögerungen zu reduzieren, sind eine Anzahl von MAC-Protokollen (medium access control: Medienzugangssteuerung) für Drahtlossysteme vorgeschlagen worden, einschließlich ALOHA, Slotted-ALOHA, Reservation- ALOHA, CSMA (Carrier-Sense Multiple Access), DSMA (Digital-Sense Multiple Access), PRMA (Packet-Reservation Multiple Access) und QCRA (Queued Contigous Reservation Aloha). Alle diese Protokolle habe jedoch eine Begrenzung darin, dass alle einer Mobilstation einzelne Kanäle für eine zusammenhängende Zeitspanne zuordnen (oder bei TDMA- Systemen einen zusammenhängenden Unterkanal, das heißt eine Serie von Zeitslots), bis der Datentransfer vollständig ist. Daher muss jeder neue Nutzer, selbst ein solcher mit höherer Priorität, bis zum Nachrichtenende der aktuellen Nutzer warten. Weiter wird keine Vorkehrung getroffen zum Aufschieben einer Nachricht niedrigerer Priorität, sei es eine, die darauf wartet, gesendet zu werden oder eine, die erst teilweise gesendet ist, da sich diejenigen Nutzer, die keine Zuweisung erhalten, erneut um Zugang zu dem Kanal bemühen müssen, sobald dieser das nächste Mal frei wird.
- Das zweite Problem, der begrenzte Durchsatz, ist insbesondere bemerkbar in TDMA-Systemen. Beispielsweise ist in gängigen GSM-Systemen der maximale Durchsatz für Paketdaten 9,6 kbps mit Fehlerkorrektur oder höher ohne, weil bei gegebener Standard-Bitrate von 270,833 kbps und 0,577 ms (Millisekunden) für jede der acht Zeitslot- Perioden bei einem Burst nur eine Rohdatenübertragungsrate von etwa 33 kbps möglich ist. Um diesen Durchsatz zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die Verwendung mehrerer Unterkanäle zu gestatten (zum Beispiel 2 oder mehr Zeitslots pro Rahmen) und so effektiv die Durchsatzrate zu verdoppeln oder noch weiter zu erhöhen. Ein Nachteil dieses Ansatzes liegt darin, dass Umgebungsfaktoren, wie etwa ein Schwinden ("fading"), oft länger dauern als ein einzelner Zeitslot, obwohl in den meisten Fällen ein Schwinden bei sich bewegenden Teilnehmern innerhalb einer Rahmendauer vorüber ist. Bei dem früheren Ansatz verdirbt ein gegebenes Schwinden nur die Daten über die Dauer eines einzelnen Zeitslots, während bei dem vorgeschlagenen Ansatz ein Schwinden die Daten über zwei oder mehr aufeinander folgende Zeitslot-Perioden zerstört. Dies erhöht in der Folge die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Fehlerkorrektur- Kodierung nicht in der Lage ist, ein empfangenes Datenpaket wieder herzustellen, was daher zu einem Anstieg von ARQs (automatic repeat reguests: automatische Wiederholungsaufforderungen) und insgesamt zu einer Verringerung der Durchsatzrate führt.
- Es bleibt daher ein Bedarf nach einem verbesserten Mittel zur Datenübertragung in drahtlosen Systemen, dass diese und damit zusammenhängende Probleme löst.
- Dokument EP-A-587980 offenbart ein TDMA-System mit variabler Datenrate unter Benutzung des "Packet- Reservation Multiple Access" (PRMA), wobei eine Mehrzahl von Unterkanälen für ein mobiles Endgerät reserviert werden kann. Die Reservierung kann entweder direkt in dem erwünschten Kanal oder in einem allgemeinen Steuerkanal vorgenommen werden. Das System ist asynchron und die zu übertragenden Daten werden entsprechend der Größe eines Verkehrs-Bursts für jeden Slot in Dateneinheiten geteilt.
- Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung einer Mehrzahl von Datenpaketen über ein drahtloses Kommunikationssystem in Übereinstimmung mit den Ansprüchen 1 und 10 zur Verfügung gestellt.
- Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Kommunikationssystems gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine MAC- Schichtpaketzerlegung und -verschachtelung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
- Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine MAC-Schichtstruktur eines Unterkanals illustriert;
- Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Multirahmenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
- Fig. 5 ist ein Diagramm, das Unterkanalzugang und - zuordnung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
- Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Nachrichtenaustausch zum Zugang und zum Datentransfer gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert;
- Fig. 7 ist ein weiteres Diagramm, das den Nachrichtenaustausch zwischen verschiedenen funktionalen Einheiten des drahtlosen Kommunikationssystems von Fig. 1 illustriert;
- Fig. 8 ist ein Zustandsdiagramm, das die Übergangszustände zum Zugang einer Teilnehmereinheit zu dem drahtlosen Kommunikationssystem von Fig. 1 illustriert;
- Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Aufwärts- Multirahmenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert; und
- Fig. 10 ist eine Tabelle, die Zugangssteuerungsparameter zur Verwendung mit der zweiten Ausführungsform der Erfindung illustriert.
- Diese und andere Probleme werden durch das verbesserte Verfahren gemäß der Erfindung gelöst. Eine derzeit bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein System zur Zuordnung eines oder mehrerer Unterkanäle basierend auf der Priorität der Nutzerdaten. Nach Erhalt einer Steuernachricht von einer Basisstation, die eine Nachricht bzgl. des aktuellen Serviceprioritätsgrades einschließt, bestimmt eine Teilnehmereinheit, ob sie eine Zugangsanforderung für einen oder mehrere Unterkanäle sendet oder nicht. Bei Erhalt einer Zuweisungs-/Zugangsanforderung bestimmt die Systeminfrastruktur anhand der Zugangsanforderung, ob der Teilnehmereinheit der Unterkanal beziehungsweise die Unterkanäle zugeordnet werden. Periodisch werden weitere Zugangsanforderungen empfangen und terminiert und, wenn eine Nachricht höherer Priorität empfangen wird, die Vollendung einer Nachricht niedrigerer Priorität aufgeschoben und der prioritätshöheren Anforderung die Abarbeitung gestattet. Daher wird ein verbessertes Zugangsverfahren bereitgestellt, das mit steigender Priorität des Datenverkehrs schnellere Zugangszeiten erlaubt. Bei einer weiteren Ausführungsform werden eine Mehrzahl von Unterka näle angefordert und, nach Zuweisung, ein Datenpaket in eine Mehrzahl von Dateneinheiten zerlegt, von denen jede Dateneinheit auf einem anderen Unterkanal versendet wird. Da der Effekt der Zerlegung und Übertragung über verschiedene Unterkanäle ähnlich dem einer Verschachtelung des Original-Datenpaketes ist, kann mit der vorliegenden Erfindung ein weniger störanfälliger und höherer Durchsatz erzielt werden.
- Wir wenden uns nun Fig. 1 zu, in der allgemein ein drahtloses Kommunikationssystem 100 mit einer oder mehreren Teilnehmereinheiten (das heißt Mobilstationen (MS) 105) dargestellt ist, die über eine Basisstation (BS) 110 und eine Basisstationssteuereinheit (BSC: Base Station Controller) 115 kommunizieren. Die Teilnehmereinheit kann auf unterschiedliche Weisen realisiert sein, wie etwa als besondere Dateneinheiten (zum Beispiel persönliche Digital-Assistenten (PDAs)), als Funktelefone mit Anschlussmöglichkeit an Datenterminals (zum Beispiel tragbare Computer) oder als drahtlose Adaptervorrichtungen (zum Beispiel Funkmodems mit Anschlussmöglichkeit an Computer, Message-Pads etc.) und dergleichen. In jedem Fall umfasst die Teilnehmereinheit ein Sende/Empfangsgerät 107 und einen Prozessor 106, der zur drahtlosen Datenübertragung gemäß einem Dienstsystem-Protokoll geeignet programmiert ist. In dem illustrierten Fall ist ein kombiniertes GPRS- GSM-System gezeigt, obwohl erkennbar ist, dass die hier diskutierten Ausführungsformen gleichermaßen auf jedes andere drahtlose Kommunikationssystem übertragbar sind, einschließlich CDPD (cellular digital packet data), CDMA (code division multiple access) und Datensysteme wie ARDIS oder RAM. Daher umfasst der Teil des GSM-Systems, der Sprachteilnehmer bedient, ein MSC (mobile switching center: Überleiteinrichtung) 125, das mit einem HLR/AuC (home location register/authentication center: Heimstandortregister/Autorisierungszentrale) 130 und einem PSTN (public switched telphone network: öffentliches Fernsprechnetz) 150 verbunden ist. Der GPRS-Anteil enthält einen GSN (GPRS service node: GPRS-Serviceknoten) 120, der mit einem paketvermittelten PDN (public data network: öffentliches Datennetz) verbunden ist. Der GSN 120 enthält alle Informationen, die für die geeignete Wegewahl ("routing") von Datennachrichten erforderlich sind. Er kann alternativ mit dem MSC 125 verbunden sein, um den Zugang zu höheren Nutzerinformationen zu gestatten, die in einer gemeinsamen Plattform gespeichert sind, wie etwa dem HLR 130. Die BSC 115 enthält eine Kanalsteuereinheit 116 und einen Zeitplanregler 117 sowie typische BSC-Schaltungen.
- Der Betrieb dieses Systems kann unter zusätzlicher Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher verstanden werden. Fig. 2 illustriert eine Zerlegungs/einen Multiplex-Prozess gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Nutzerpaket 205 kann logisch als Serie von MAC- Schicht-PDUs (packet data units: Datenpaketeinheiten) angesehen werden. Im Fall eines GPRS, wird die Länge eines jeden PDUs durch die Datenmenge festgelegt, die während der Dauer eines einzelnen Bursts/Zeitslots übertragen werden kann. Daher würde bei einem Ansatz gemäß dem Stand der Technik die erste PDU "A" in einem ersten Zeitslot eines ersten Rahmens (jeder Rahmen hat acht Zeitslots), die zweite PDU "B" in einem zweiten Zeitslot eines zweiten Rahmens usw. gesendet werden, bis alle PDUs gesendet sind. Da dieser Ansatz eine begrenzte Bandbreite aufweist, geht ein anderer, vorgeschlagener Ansatz dahin, eine Mehrzahl von Zeitslots zuzuweisen und die PDUs sequentiell zu versenden. Wenn daher zum Beispiel die Zeitslots 1 und 2 zugewiesen würden, würde die PDU "A" in Zeitslot 1 von Rahmen 1, PDU "B" in Zeitslot 2 von Rahmen 2, PDU "C" in Zeitslot 1 von Rahmen 2 usw. gesendet werden. Die vorliegende Ausführungsform verbessert diese Ansätze durch weitere Zerlegung des Pakets 205 in eine Mehrzahl von SDUs (service data units: Service-Dateneinheiten, zum Beispiel 211, 212, 213) und Zuweisung jeder SDU zu einem bestimmten Unterkanal zur Übertragung (wie weiter in Fig. 3 gezeigt, wo die in Zeitslot 2 von Kanal 305 gesendeten PDUs eine MAC-Schicht-Unterkanal-SDU 310 bilden). Daher ist die tatsächliche Übertragungssequenz 220 in dem illustrierten Fall: SDU 211 in Zeitslot 1, SDU 2 in Zeitslot 2 und SDU 213 in Zeitslot 3. Dabei werden die PDUs effektiv verschachtelt, wodurch eine größere Unempfindlichkeit gegen Schwinden ("fading") erreicht wird, währdend der Durchsatz über mehrere Unterkanäle gesteigert wird. Bei Empfang werden die mehreren PDUs in eine Nachbildung des Original- Datenpakets defragmentiert und fehlerkorrigiert.
- Bei einem bevorzugten Ansatz zur Zerlegung des Datenpakets beginnt die anfordernde Kommunikationseinheit damit, die erwünschte Durchsatzrate zu bestimmen (das heißt wie viele Unterkanäle sie anfordern will) und zerlegt das Paket 205 entsprechend. Dies gestattet es dem Teilnehmer, die Größe jeder SDU in die Zugangsanforderung einzuschließen und dabei die Kosten zu beeinflussen.
- Zum vereinfachten Betrieb wird auf jedem erwünschten Unterkanal eine Zugangsanforderung gesendet. Wo beispielsweise die Basisstationssendeinformationen anzeigen, dass Zeitslots 1-3 einer Kommunikationsvorrichtung/eines Kommunikationskanals für einen GPRS-Service zu Verfügung stehen, würde ein Teilnehmer, der einen hohen Durchsatz wünscht, sein Datenpaket in drei SDUs zerlegen und eine Zugangsanforderung an alle drei Zeitslots senden. Wenn diese von der Infrastruktur, zum Beispiel dem Zeitplanreg ler 117 der BSC 115, empfangen werden, wird eine Bestimmung durchgeführt, ob Zugang zu jedem Unterkanal gewährt wird. Hat das Datenpaket eine höhere Priorität als jede andere schwebende Zugangsanforderung, wird eine Zeitplannachricht an die Kanalsteuereinheit 116 gesendet, die alle drei Unterkanäle zuweist und der Teilnehmer wird durch Zuweisungsnachrichten auf den entsprechenden Unterkanälen benachrichtigt.
- Hat andererseits das Datenpaket nur die höchste Priorität auf den Unterkanälen 1 und 2, wird nur eine Zuordnung dieser Unterkanäle vorgenommen. Der verbleibende Unterkanal wird einer Nachricht mit höherer Priorität zugewiesen und die Zuweisung der SDU für Slot 3 wird aufgeschoben. Alternativ kann die Zugangsanforderung abgelehnt werden, was dem Teilnehmer erlaubt, einen weiteren Zuweisungsversuch auf den Unterkanälen 1 und 2 oder möglicherweise auf einem anderen Kanal zu unternehmen anstatt eine längere Zeit darauf zu warten, dass die Prioritäts- Warteschlange auf Unterkanal 3 abgearbeitet ist.
- Bei einem noch anderen Ansatz wird eine einzelne Zugangsanforderung an eine Mehrzahl von Unterkanälen gesendet. Als Antwort sendet der Zeitplanregler 117 entweder eine Zuweisungsnachricht zurück oder, wie bei dem ersten Ansatz, getrennte Zuweisungsnachrichten auf jedem Unterkanal, wobei der Teilnehmer jeden möglichen Unterkanal abliest (zum Beispiel alle für GPRS verfügbaren), um nach seinen Zuweisungen/seiner Zuweisung zu hören. Bei Empfang der Zuweisung(en) einer Anzahl n bestimmter Unterkanäle zerlegt der Teilnehmer dann das Datenpaket in n Dateneinheiten und überträgt jede Dateneinheit über einen entsprechenden der n bestimmten Unterkanäle. Da jeder Unterkanal aufgrund von Daten höherer Priorität aufgeschoben werden kann, wird vorzugsweise jede Unterkanalübertragung asynchron im Vergleich zu den übrigen übertragen.
- Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jede Unterkanalzuweisung nur für eine bestimmte Zeitspanne durchgeführt, was eine neue Zuweisung des Unterkanals zu einer Datennachricht höherer Priorität gestattet. Unter Bezugnahme auf die Fig. 4-6 wird eine Multirahmen-Kanalstruktur gezeigt, die zur Imlementierung dieses Merkmals genutzt werden kann. Ein GSM-Steuerkanal- Multirahmen 405 hat 51 Rahmen, einschließlich BCCH-Rahmen (broadcast control channel: Rundsendesignalisierungskanal) 409 und CCCH-Rahmen (common control channel: gemeinsamer Steuerkanal) 408, FCCH-Rahmen (frequency control channel: Frequenzsteuerkanal) 406 und SCH-Rahmen (synchronization channel: Synchronisationskanal) 407. Ein GPRS-Multirahmen braucht die SCH- und FCCH-Rahmen nicht zu wiederholen, weshalb diese bei der bevorzugten Ausführungsform für den Aufwärtskanal 410 durch Steuer-UBGs (link burst groups: Gruppen von Aufwärts-Bursts), für den Abwärtskanal 420 durch Steuer-DBGs (downlink burst groups: Gruppen von Abwärts-Bursts) sowie Gruppen von Verkehrs-Bursts ersetzt sind. Bei dem bevorzugten Ansatz für GPRS wird zusätzlich ein MAC-Schicht-Codewort (zum Beispiel eine Fehlerkorrektur-codierte Datenpaketeinheit (PDU) des Original- Datenpaketes) als eine Vier-Rahmen-Burstgruppe (das heißt sie besetzt vier Zeitslots; in diesem Fall ist die MAC- Schicht-PDU typischerweise dasselbe wie die Burst-Gruppe) definiert. Daher werden zeitsynchronisierte und zeitmultiplexte Auf- und Abwärts-Kommunikationskanäle mit sich wiederholenden Steuer- und Verkehrs-Kommunikationsperioden bereitgestellt.
- In diesem Fall würde eine typische Nachrichtensequenz 610 für eine Aufwärt-Datenübertragung wie folgt vonstatten gehen. Basierend auf den Rundsendedienst- Prioritätsparametern bestimmt der Teilnehmer, durch Versenden eines Random-Access-Bursts 505, wann begonnen werden soll. Da ein typischer Random-Access-Burst in seiner Größe beschränkt ist, ist während dieser anfänglichen Zugangsperiode am Besten ein begrenzter Prioritätsindikator zwischen zwei Dienstebenen möglich (zum Beispiel einer, der, je nach Auslegung des Systems, entweder zwischen Daten höchster Priorität und allen anderen oder zwischen Daten aller Prioritäten und solchen mit "bestem Bemühen" unterscheidet). Weitere Informationen, wie etwa ein voller Prioritätsindikator (das heißt einer, der den spezifischen Grad des angeforderten Dienstes anzeigt) wird daher typischerweise während einer zusätzlichen Zugangsperiode benötigt. In diesem Fall wird dann die Zuweisung 507 eines einzelnen Verkehrs-UBGs 509 auf Basis der Priorität vorgenommen (sofern die Anforderung nicht für prioritätsfreie Daten gestellt wurde, wenn nur Prioritätsdaten bearbeitet werden). Diese zusätzliche Zugangsanforderung enthält vorzugsweise zusätzlich zu dem Prioritätsindikator und anderen wünschenswerten Informationen (wie etwa Identifizierer, Autentisierungsinformationen, einem Parameter, der die Übertragungsmöglichkeiten mehrerer Unterkanäle anzeigt, etc.) Informationen über die Größe der SDU, die übertragen werden soll. Der Zeitplanregler 117 empfängt die Zugangsanforderung und es wird eine Bestimmung durchgeführt, ob eine oder mehrere Verkehrskanäle zugewiesen werden sollen, basierend auf Kanal-/Aktivitätsfaktoren, wie etwa der Prioritätsebene, der Anzahl anderer schwebender Anforderungen ähnlicher oder gleicher Priorität, der Größe der SDU(s) oder der Autentisierungsergebnisse. Wird festgestellt, dass die Anforderung die höchste Priorität hat, beispielsweise durch Vergleich von Prioritätsebenen oder gemäß FIFO (first in first out) innerhalb desselben Grades, wird eine Zuweisung über die Steuer-DBGs versendet, beispielsweise über Rahmen 515-519, wobei jeder dieser Rahmen einer Gruppe 525-529 von Verkehrs-Bursts entspricht. Nach Überwachung bzgl. der Zuweisung(en) und ihrem Empfang überträgt der Teilnehmer die PDU über die bestimmten Burst-Gruppen. Eine ähnliche Zuweisung/Übertragung wird für die Abwärts-Datenübertragung 620 (wobei der Hauptunterschied in der Initiierung über ein Abwärts-Pagingsignal besteht) und im Fall, dass mehrere Unterkanäle angefordert und zugewiesen wurden, auf anderen Unterkanälen durchgeführt. Schließlich werden bei Empfang der Bestätigungsanforderung und Fehlerkorrektur je nach Bedarf weitere Zuweisungen 531, 532 zur Übertragung einer ACK (acknowledgement: Bestätigung) während der Verkehrs- DBG 533 und eine Antwort während der Verkehrs-UBG 544 durchgeführt.
- In dem Fall, dass die Verkehrs-UBGs einem ersten Datenverkehr zugewiesen wurden, etwa mit der Priorität 3, aber die Basisstation eine Überwachung durchführt und eine Zugangsanforderung für einen Datenverkehr mit einer höheren Priorität 2 empfängt, erlaubt diese Multirahmen- Steuerstruktur vorteilhafterweise dem Zeitplanregler 117 die Vollendung des Datentransfers des ersten Nutzers aufzuschieben (das heißt nur einen ersten Teil zu senden) bis die Daten des zweiten Nutzers gesendet sind. Bestehen die Daten des zweiten Nutzers nur aus drei Codewörtern, kann der Zeitplanregler 117 die nächsten drei Verkehrs-UBGs dem zweiten Nutzer zuweisen und die folgenden Verkehrs-UBGs wieder dem ersten Nutzer zuweisen, um die Sendung eines weiteren Teils seines Datenpaketes zu vollenden. Der Fachmann wird erkennen, dass diese Multirahmenstruktur leicht verändert werden kann, basierend auf den Auslegungsfakto ren jedes beliebigen Systems. Kennzeichnend für diese besondere Ausführungsform ist, dass Zuweisungen nur füt einen begrenzten Teil der Resourcen erfolgen (zum Beispiel eine begrenzte Zeitspanne, wie etwa eine Maximalzahl von Burst-Gruppen), wonach eine andere Zuweisung durchgeführt wird - entweder für dieselben Daten oder für ein neues Datenpaket höherer Priorität.
- Wir wenden uns Fig. 7 und 8 zu, in denen Zugangssteuerungs- und Datenübertragungsfunktionen näher illustriert sind. In Fig. 7 ist allgemein der Steuer- /Verkehrskommunikationsfluss zwischen MS 710, BS-Subsystem 720 und GSN 730 dargestellt. Beide, MS 710 und BS/BSC 720 umfassen Zugangssteuereinheiten (712 beziehungsweise 722) und Übertragungssteuereinheiten (714 beziehungsweise 724), wobei der GSN 730 einen Zugangsmanager 732 umfasst. Aktuelle Konfigurationsparameter, einschließlich Auslastung und aus Kanalbenutzungs- und -Zugangsstatistiken abgeleitete Serviceprioritätsinformationen werden zwischen dem GSN 730 und der BS/BSC-Zugangssteuereinheit 722 kommuniziert. Basierend auf diesen Informationen werden Zugangssteuerungsparameter bestimmt und über die BS an MSn im Servicegebiet der BS gesendet. Diese Zugangsparameter sind vorzugsweise der aktuelle Serviceprioritätsgrad und Zugangswahrscheinlichkeitsparameter. Wenn die MS- Datenübertragungssteuereinheit 714 eine Datenübertragungsanforderung empfängt, wird eine Übertragungsanforderungsnachricht an die Zugangssteuereinheit 712 geschickt (das heißt eine Bewegung vom Zustand 810 in den Überwachungszustand 820 in Fig. 8). Basierend auf den Zugangssteuerparametern und der Datennachrichtspriorität bestimmt die MS-Zugangssteuereinheit 712, ob eine Zugangsanforderung gesendet (Zustand 830) oder zurückgezogen werden soll (Zustand 825) und die BS/BSC-Zugangssteuereinheit 722 bestimmt, ob Kommunikationsresourcen als Antwort auf eine solche Anforderung zugewiesen werden sollen. Nach einer Time-Out-Periode ohne Antwort versucht die MS 710 erneut Zugang zu erhalten (Zustand 835). Bei Zuweisung benachrichtigt die Zugangssteuereinheit 722 sowohl die MS 710 als auch die Datenempfangssteuereinheit 724 von der Unterkanal-Zuweisung und die Datenübertragungssteuereinheit 714 und die Datenempfangssteuereinheit 724 beginnen die Datenübertragung (Zustand 840).
- Um die Übertragung von Daten hoher Priorität zu vereinfachen, werden vorzugsweise zwei Verfahren angewendet um MS-Zugangsanforderungen zu beschränken. Das erste besteht in der Rundsendung einer aktuellen Serviceprioritätsnachricht. Diese Nachricht kommuniziert einen Mindest- QOS-Grad beziehungsweise eine Mindest-QOS-Priorität für den eingehenden Verkehr, um so eine Überschreitung der Spitzenbelastung von Zugangs- und/oder Verkehrskanälen zu vermeiden. Jede MS mit zu übertragenden Daten bestimmt in ihrem Prozessor den Prioritätsgrad der Datennachricht und verhindert jede Zugangsanforderung, falls der Prioritätsgrad geringer ist als der aktuelle Serviceprioritätsgrad. Will ein Teilnehmer Verkehrsdaten senden und ein Vergleich des Serviceprioritätsgrades für andere Unterkanäle zeigt, dass kein Unterkanal auf dem speziellen Servicegrad bereit steht, kann der Teilnehmer optional wählen, entweder automatisch oder über eine Nutzereingabe, den Prioritätsgrad der Daten (und die Kosten) auf ein Niveau zu ändern, das hoch genug ist, um Zugangsanforderungen zu gestatten. Zusätzlich, falls andere Pakete höherer Priorität in der Warteschlange der MS liegen, kann die MS wählen, die Datenpakete höherer Priorität vor den aktuell in der Warteschlange befindlichen Paketen niedrigerer Priorität zu versenden.
- Das zweite Verfahren ist in den Fig. 9 und 10 illustriert. Jede MS mit einem qualifizierenden Prioritätsgrad bestimmt zunächst basierend auf empfangenen Zugangssteuerparametern, ob während einer aktuellen Zugangsperiode (zum Beispiel einer leeren UBG-Verkehrs- oder Steuerperiode) gesendet werden soll. Vorzugsweise umfassen diese Parameter einen Vektor von Zugangswahrscheinlichkeitswerten {p&sub1;, p&sub2;, .. pn}, wobei jeder p-Wert einen p-Bestandswert entsprechend dem Servicegrad beziehungsweise Prioritätsniveau 1 bis n darstellt. Die Tabelle in Fig. 10 illustriert einen möglichen Satz von p-Bestandswerten pn. In diesem Fall haben Daten mit einem Prioritätsniveau 1 einen p- Vektorwert von 0,05. Verschiedene Mittel zur Sendung und Anwendung der pn-Werte können eingesetzt werden, von denen eines wie folgt ist. Um die Übertragung der pn-Werte zu erleichtern, wird die nächstliegenden ganze Zahl 1/pn (= wn oder eine Zugangsfensterperiode) für jeden Wert in dem Vektor übertragen. Bei Auswahl des dem Prioritätsniveau der Daten entsprechenden Wertes wn, erzeugt eine MS eine zufällige Zahl zwischen 1 und wn als Zugangsverzögerungswert und zählt diesen Wert beziehungsweise diese Zahl als zulässige Burst-Perioden (das heißt Datenzeitslots, die für Zugangs-Bursts bereitstehen), bevor sie ihre Zugangs- oder Reservierungsanforderung überträgt. Das Zählen wird ausgesetzt während Zeiten, in denen der MS der Zugang nicht gestattet ist. Daher hat, wie in Fig. 9 illustriert, ein Paket mit Prioritätsniveau 1 eine maximale Wartezeit t&sub1; (901), die wesentlich kürzer ist als die Perioden t&sub2; bis t&sub4; (902-904) für Prioritätsniveaus 2 bis 4. Allerdings könnte die tatsächliche Burst-Periode 905, bei der eine Zugangsanforderung gesendet wird, für den Datenverkehr aller Prioritätsniveaus dieselbe sein (wenigstens für die Daten mit einem Mindestprioritätsniveau), jedoch mit unterschiedlichen Ereigniswahrscheinlichkeiten.
- Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Änderungen, Modifikationen und Variationen im Lichte der vorangehenden Beschreibung für den Fachmann erkennbar sind. Beispielsweise wird der Fachmann erkennen, dass, obgleich der Prozessor 106, die Kanalsteuereinheit 116 und der Zeitplanregler 117 sowie andere Schaltungen gemäß spezieller logischer beziehungsweise funktionaler Schaltungsverhältnisse beschrieben wurden, diese auf eine Vielzahl von Weisen realisiert werden können, wie etwa als geeignet konfigurierte und programmierte Prozessoren, ASICs (application specific integrated circuits: anwendungsspezifische ICs) und DSPs (Digitale Signalgrozessoren). Weiter ist die Erfindung nicht beschränkt auf die illustrierten Mobilfunksysteme, sondern kann in jedem drahtlosen Datensystem angewendet werden. Daher versteht es sich, dass die Erfindung nicht durch die vorangehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern all solche Abänderungen, Modifikationen und Variationen umfasst, die dem Umfang der beigefügten Ansprüche entsprechen.
Claims (1)
1. Verfahren zur Übertragung einer Mehrzahl von
Datenpaketen über ein drahtloses Kommunikationssystem (100),
umfassend die Verfahrensschritte:
- Bestimmen einer erwünschten Durchsatzrate,
- Zerlegen eines Datenpakets (205) gemäß der
erwünschten Durchsatzrate in eine Mehrzahl von Dateneinheiten
(211-213) derart, dass jeder der besagten Mehrzahl von
Dateneinheiten (211-213) aus einem zusammenhängenden
Abschnitt besagten Datenpaketes (205) gebildet wird,
- Codieren jeder der Mehrzahl von Dateneinheiten in
eine Mehrzahl codierter Dateneinheiten (211-213),
- Anfordern einer Mehrzahl von Unterkanälen einer
Kommunikationsresource (305) zur Übertragung der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten (211-213),
- Empfangen einer Zuweisung von wenigstens zwei
bestimmten Unterkanälen (310) für eine erste Zeitspanne,
- Empfangen nachfolgender Zuweisungen der wenigstens
zwei bestimmten Unterkanäle (310) für nachfolgende
Zeitspannen, wobei allen der Mehrzahl codierter Dateneinheiten
(211-213) eine Zeitspanne für ihre Übertragung zugeordnet
wird und
- Übertragen jeder der Mehrzahl codierter
Dateneinheiten (211-213) über einen der wenigstens zwei bestimmten
Unterkanäle (310), wobei während der ersten Zeitdauer eine
erste der Mehrzahl codierter Dateneinheiten (211) über den
ersten bestimmten Unterkanal und eine zweite der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten (212) über den zweiten bestimmten
Unterkanal (310) übertragen werden, bis alle der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten über die bestimmten Unterkanäle
übertragen sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die
Kommunikationsresource (305) wenigstens einen Funkkanal umfasst, der
unter Verwendung eines Codevielfachzugriffs-Protokolls
(CDMA) in eine Mehrzahl von Unterkanäle gemultiplext ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die
Kommunikationsresource (305) wenigstens einen Mobilfunkkanal für
digitale Datenpakete umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten ein Fehlerkorrektur-codiertes
Codewort ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die
Kommunikationsresource wenigstens einen Funkkanal umfasst, der im
Zeitmultiplex-verfahren in eine Mehrzahl von Unterkanälen
gemultiplext ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der
Verfahrensschritt des Anforderns folgende Schritte umfasst:
- Übertragen einer ersten Zugangsanforderung in einem
ersten Zeitslot, und
- Senden einer zusätzlichen Zugangsanforderung in einem
zweiten Zeitslot, wobei ein erster Parameter
eingeschlossen ist, der eine Fähigkeit des Anfordernden anzeigt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der
Verfahrensschritt des Übertragens die relativ zueinander asynchrone
Übertragung jeder der Mehrzahl codierter Dateneinheiten
(211-213) einschließt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die
Verfahrensschritte:
- Empfangen einer Anforderung einer Zuweisung eines
Unterkanals eines Kommunikationskanals (305) von einer
ersten anfordernden Kommunikationseinheit (105),
- Übertragen einer Zuweisung wenigstens eines
Unterkanals (310) an die erste anfordernde Kommunikationseinheit
(105),
- Empfangen eines ersten Teils einer aus einer Mehrzahl
codierter Dateneinheiten von der ersten anfordernden
Kommunikationseinheit auf wenigstens einem Unterkanal (310),
- Überwachen bezüglich prioritätshöherer Anforderungen
von Unterkanals-Zuweisungen des Kommunikationskanals (305)
durch andere Kommunikationseinheiten,
- wenn keine Anforderungen höherer Priorität empfangen
werden, übertragen einer zweiten Zuweisung wenigstens
eines Unterkanals des Kommunikationskanals (305) an die
erste anfordernde Kommunikationseinheit (105) und
- Empfangen eines zweiten Teils der einen aus der
Mehrzahl codierter Dateneinheiten von der ersten anfordernden
Kommunikationseinheit als Antwort auf die übertragene
zweite Zuweisung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, weiter umfassend die
Schritte:
- Empfangen einer Anforderung höherer Priorität von
einer zweiten anfordernden Kommunikationseinheit,
- Aufschieben der Zuweisung wenigstens eines
Unterkanals des Kommunikationskanals an die erste anfordernde
Kommunikationseinheit (105),
- Zuweisen des wenigstens einen Unterkanals an die
zweite anfordernde Kommunikationseinheit,
- Übertragen einer weiteren Zuweisung des wenigstens
einen Unterkanals an die erste anfordernde
Kommunikationseinheit (105) nach Empfang einer aus einer Mehrzahl
codierter Dateneinheiten von der zweiten anfordernden
Kommunikationseinheit über den wenigstens einen Unterkanal und
- Empfangen eines zweiten Teils der einen aus einer
Mehrzahl codierter Dateneinheiten von der ersten
anfordernden Kommunikationseinheit (105) als Antwort auf die
übertragene weitere Zuweisung.
10. Vorrichtung zur Übertragung einer Mehrzahl von
Datenpaketen (205) über ein drahtloses Kommunikationssystem
(100), umfassend:
eine Sende/Empfangsgerät (107) und
einen Prozessor (106), verbunden mit der
Sende/Empfangseinrichtung und geeignet programmiert zur
Durchführung wenigstens der folgenden Funktionen:
- Bestimmen einer erwünschten Durchsatzrate,
- Zerlegen eines Datenpakets (205) gemäß der
erwünschten Durchsatzrate in eine Mehrzahl von Dateneinheiten
(211-213) derart, dass jeder besagten Mehrzahl von
Dateneinheiten (211-213) aus einem zusammenhängenden Abschnitt
besagten Datenpaketes (205) gebildet wird,
- Codieren jeder der Mehrzahl von Dateneinheiten in
eine Mehrzahl codierter Dateneinheiten (211-213),
- Anfordern einer Mehrzahl von Unterkanälen (310) einer
Kommunikationsresource (305) zur Übertragung der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten (211-213),
- Empfangen einer Zuweisung von wenigstens zwei
bestimmten Unterkanälen (310) für eine erste Zeitspanne,
- Empfangen nachfolgender Zuweisungen der wenigstens
zwei bestimmten Unterkanäle (310) für nachfolgende
Zeitspannen, wobei allen der Mehrzahl codierter Dateneinheiten
eine Zeitspanne für ihre Übertragung zugeordnet wird und
- Übertragen jeder der Mehrzahl codierter
Dateneinheiten (211-213) über einen der wenigstens zwei bestimmten
Unterkanäle (310), wobei während der ersten Zeitdauer eine
erste der Mehrzahl codierter Dateneinheiten (211) über den
ersten bestimmten Unterkanal und eine zweite der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten (212) über den zweiten bestimmten
Unterkanal (310) übertragen werden, bis alle der Mehrzahl
codierter Dateneinheiten über die bestimmten Unterkanäle
übertragen sind.
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