DE69823964T2

DE69823964T2 - Paketübertragung in mobilen fernmeldesystemen

Info

Publication number: DE69823964T2
Application number: DE69823964T
Authority: DE
Inventors: Arto Savuoja
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: AU6731698A; US20020075820A1; NO326420B1; EP1453259A1; EP0920760B1; CN1101629C; NO985510D0; NO334804B1; ES2219879T3; NO985510L; WO1998044685A1; EP0920760A1; US6577619B2; AU732086B2; CN1220796A; FI971319A0; FI971319A; JP2000511752A; ATE267490T1; FI104874B

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern von Paketübertragung in Verbindung mit einem Paketfunkdienst in einem Funksystem, wobei das Verfahren aufweist: Übertragen von Daten in Paketform unter Verwendung eines gemeinsamen Übertragungskanals von etlichen Teilnehmer-Endeinrichtungen zu einer Basisstation; Übertragen von Paketen von der Basisstation über den Übertragungskanal zu den Endeinrichtungen, wobei die Pakete aufweisen: ein für Daten, die angeben, für welche Endeinrichtung die Pakete bestimmt sind, reserviertes Feld; ein für Steuerdaten, die die Übertragung auf dem Übertragungskanal steuern, reserviertes Feld; und ein für aktuelle Daten reserviertes Feld, wenn aktuelle Daten zu übertragen sind.
Beschreibung des Stands der Technik
In Verbindung mit Funksystemen bezeichnen Paketfunkdienste einen Dienst, der von festen Netzwerken bekannte Paketvermittlungs-Technik einsetzt. Kommerziell eingesetzte Funksysteme sind üblicherweise leitungsvermittelt. Leitungsvermittlung ist ein Verfahren, bei dem eine Verbindung zwischen den Nutzern durch Zuweisen einer vorbestimmten Menge an Übertragungskapazität zur Verbindung aufgebaut wird. Die Übertragungskapazität ist während der gesamten Verbindung der Verbindung exklusiv zugewiesen. Paketvermittlung ist ein Verfahren, bei dem eine Verbindung zwischen den Nutzern durch Übertragen von Daten in Paketen, die Adress- und Steuerdaten aufweisen, aufgebaut wird. Mehrere Verbindungen können gleichzeitig die gleiche Übertragungsverbindung nutzen. Die Verwendung von paketvermittelten Funksystemen speziell zum Übertragen von Daten war in den vergangenen Jahren Gegenstand der Forschung, da das Paketvermittlungsverfahren gut geeignet ist für die in Software, bei der zu übertragende Daten in unregelmäßigen Häufungen erzeugt werden, benötigte Datenübertragung. In einem derartigen Fall muss die Datenübertragungsverbindung nicht für die gesamte Zeit reserviert sein, sondern nur für die Paketübertragung. Erhebliche Einsparungen bezüglich Kosten und Kapazität können dadurch sowohl bei der Errichtung als auch bei der Nutzung eines Netzwerks erreicht werden.
Paketfunknetzwerke sind gegenwärtig besonders dann interessant, wenn das GSM-System weiterentwickelt wird; dann wird auf das GPRS („General Packet Radio Service") verwiesen. Der ETSI GSM Spezifikationsvorschlag (ETSI GSM 03.64, Version 1.2.0, 3. März 1997) beschreibt die Luftschnittstelle in GPRS zwischen dem Netzwerkteil und der Teilnehmer-Endeinrichtung.
Im GSM-System ist ein physikalischer Kanal ein Zeitschlitz in einem TDMA-Rahmen. Der TDMA-Rahmen hat acht Zeitschlitze. Gemäß dem ETSI GSM 03.64 Spezifikationsvorschlag sind ein oder mehrere physikalische Kanäle, ein PDCH („Packet Data Channel"), der in der Praxis ein Verkehrskanal ist, zum Aufbau einer Paketfunkverbindung und zur Paketübertragung definiert. Logische Kanäle befinden sich im PDCH. Die logischen Kanäle sind in PCCCH-Kanäle („Packet Common Control Channel") und Paketverkehrskanäle unterteilt. Die Paketverkehrskanäle weisen PDTCH-Kanäle („Packet Data Traffic Channel") und PACCH-Kanäle („Packet Random Access Channel") auf. Die PCCH-Kanäle weisen PRACH-Kanäle („Packet Random Access Channel"), PPCH-Kanäle („Packet Paging Channel"), PAGCH-Kanäle („Packet Access Grant Channel") und PBCCH-Kanäle („Packet Broadcast Control Channel") auf.
Das System reserviert Ressourcen eines Funkpfads asymmetrisch für unterschiedliche Übertragungsrichtungen, d. h. unabhängig voneinander. In Richtung der Aufwärtsstrecke, d. h. von einer Endeinrichtung zu einer Basisstation, kann der Funkpfad gleichzeitig von mehr als einer Endeinrichtung genutzt werden, und in einem derartigen Fall konkurrieren die Endeinrichtungen um den Gebrauch des Kanals. Das System steuert den Gebrauch des Funkpfads in einer derartigen Weise, dass die Basisstation Datenpakete zu den Endeinrichtungen überträgt und diese Pakete Daten aufweisen die angeben, für welche Endeinrichtung jedes Paket bestimmt ist. Die Pakete weisen des Weiteren Steuerdaten auf, die die Übertragung der Endeinrichtungen auf dem Übertragungskanal steuern.
Da die Übertragungen in unterschiedlichen Übertragungsrichtungen unabhängig voneinander sind, kann leicht eine Situation entstehen, in der eine Endeinrichtung etwas zu übertragen hat, die Basisstation aber keine zu den Endeinrichtungen zu übertragenden Daten hat. In einer Lösung gemäß dem Stand der Technik können die Endeinrichtungen jedoch nicht übertragen, da sie von der Basisstation keine Daten empfangen, die den Nutzer des Funkpfads angeben. In einem derartigen Fall sind die Endeinrichtungen gezwungen darauf zu warten, dass die Basisstation Daten zu einer Endeinrichtung überträgt. Funkpfadressourcen werden daher im Augenblick eher ineffizient genutzt.
Die WO 96/33586 offenbart Direktzugriffs-Verfahren in einem Slotted ALOHA-artigen Reservierungsprotokoll. EP 0483546 offenbart Verfahren zur bidirektionalen Kommunikation von Information in einem drahtlosen Netzwerk.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem die Funkpfadressourcen effizienter als vorher genutzt werden können.
Dies wird durch das Verfahren nach der in der Einleitung beschriebenen Art erreicht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die Basisstation, wenn keine im für aktuelle Daten reservierten Feld zu übertragende aktuelle Daten vorhanden sind, Pakete überträgt, die aufweisen: Steuerdaten im für Übertragungs-Steuerdaten reservierten Feld; vorbestimmte Daten im für Daten, die angeben, für welche Endeinrichtung die Pakete bestimmt sind, reservierten Feld, wobei die vorbestimmten Daten angeben, dass die übertragenen Daten für keine der Endeinrichtungen bestimmt sind, wobei keine aktuellen Daten im für aktuelle Daten reservierten Feld übertragen werden.
Das Verfahren der Erfindung hat mehrere Vorteile. Mittels der Erfindung kann der Verkehr in unterschiedlichen Übertragungsrichtungen unabhängig davon gesteuert werden, ob eine Basisstation zu den Endeinrichtungen zu übertragende Daten hat. Die Kapazität der Aufwärtsstrecke kann dadurch wesentlich erhöht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden detaillierter mit Bezug auf die Bespiele gemäß der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der
1 ein System veranschaulicht, auf das das Verfahren der Erfindung angewendet werden kann,
2 eine typische Struktur eines GSM-Zeitsteuerungs-Rahmens zeigt, und
3 die Struktur eines typischen von einer Basisstation übertragenen Pakets veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Betrachtet sei 1, die ein Funksystem veranschaulicht, in dem das Verfahren der Erfindung angewendet werden kann. Das Funksystem weist zumindest eine Basisstation 100 auf, die mit Teilnehmer-Endeinrichtungen 102 bis 106 in ihrem Gebiet kommuniziert. Eine Basisstations-Steuerung 114 steuert wiederum den Betrieb der einen oder mehreren Basisstationen. In Funksystemen werden der Sprach- und Datenverkehr eines Nutzers durch Verwenden von Verkehrskanälen zwischen einer Basisstation und einer Teilnehmer-Endeinrichtung übertragen. Des Weiteren werden verschiedene auf Steuerkanälen übertragene Steuernachrichten und Systemdaten zwischen der Basisstation und der Teilnehmer-Endeinrichtung benötigt. Die Lösung der Erfindung wird im Folgenden beschrieben, wenn sie auf das GSM-System angewendet wird, ohne sie jedoch auf das GSM-System zu beschränken.
2 zeigt die typische Struktur eines GSM-Rahmens. Der GSM-Rahmen weist acht Zeitschlitze auf, nummeriert von 0 bis 7. Eine Basisstation überträgt typischerweise mehrere Trägerwellenfrequenzen, wobei jede einen acht Zeitschlitze aufweisenden Rahmen in Gebrauch hat. Ein entsprechender Rahmen ist selbstverständlich in der entgegengesetzten Übertragungsrichtung in Gebrauch.
In diesem Beispiel sei angenommen, dass die Endeinrichtungen 102 und 104 der Teilnehmer-Endeinrichtungen in 1 eine paketvermittelte Verbindung verwenden, und die Endeinrichtung 106 in einer normalen leitungsvermittelten Verbindung 112 zur Basisstation 100 ist. Die Basisstation 100 überträgt einen Rahmen gemäß 2 bei einer gegebenen Frequenz. Es sei angenommen, dass der Endeinrichtungs-Ausrüstung 106 Zeitschlitz 4 für eine leitungsvermittelte Verbindung zugewiesen ist, zum Beispiel für einen normalen Telefonanruf. Des Weiteren sei angenommen, dass Zeitschlitz 1 für paketförmigen Verkehr reserviert ist, d. h. dieser Zeitschlitz wird zur Erzeugung eines PDCH-Kanals („Packet Data Channel") verwendet, durch den die Pakete aller Endeinrichtungen übertragen werden, die eine paketvermittelte Verbindung verwenden. Der Verkehr 108, 110 zwischen den Endeinrichtungen 102, 104 und der Basisstation 100 läuft dadurch in diesem Zeitschlitz ab. Die Endeinrichtungen 102 und 104 übertragen somit ihre Datenpakete zur Basisstation 100 unter Verwendung des gleichen Übertragungskanals. In einem derartigen Fall wird selbstverständlich ein Kontrollsystem benötigt, mittels dem der Kanal in einer kontrollierten Weise zwischen mehreren Endeinrichtungen, die den gleichen Kanal verwenden, aufgeteilt wird. Im Verfahren der Erfindung wird diese Steuerung durch die Basisstation in einer derartigen Weise durchgeführt, dass die von der Basisstation zu den Endeinrichtungen übertragenen Pakete Steuerdaten aufweisen, mittels der die Endeinrichtungen erkennen können, welche zu einer bestimmten Zeit mit dem Übertragen zur Basisstation an der Reihe ist.
3 veranschaulicht die Struktur eines typischen von einer Basisstation übertragenen Pakets. Das Paket weist drei Hauptfelder auf: einen MAC-Kopf (Medienzugriffssteuerung, „Medium Access Control"), ein Datenfeld und ein BCS-Feld (Blockprüfsequenz, „Block Check Sequence"). Der MAC-Kopf weist drei Bestandteile auf: ein USF (Zustandskennzeichen der Aufwärtsstrecke, „Uplink State Flag"), das der Endeinrichtung einen Zustand der Aufwärtsstrecke angibt, d. h. welche Endeinrichtung als nächste Daten zur Basisstation durch Verwenden des gemeinsamen Übertragungskanals übertragen darf. T ist ein Blocktyp-Indikator und PC sind Daten bezüglich Leistungsregulierung. Diese Felder sind für die Erfindung nicht wesentlich, weshalb sie hier nicht eingehender diskutiert werden. Das gleiche gilt für das mit einer Bitübertragungsschicht in Zusammenhang stehende BCS-Feld.
Ein Datenblock weist wiederum zwei Teile auf. Der erste Teil ist ein so genannter RLC-Kopf (Funkverbindungs-Kontrollkopf, „Radio Link Control Header"), in dem so genannte TFI-Daten (temporäre Rahmenidentität, „Temporary Frame Identity") übertragen werden, auf deren Basis die Endeinrichtungen erkennen können, für welche Endeinrichtung die Daten eines Pakets bestimmt sind. Die Daten werden im letzten Teil des Datenfelds eingefügt.
Die obige Struktur und die verschiedenen Teile des Pakets sind eingehender im ETSI-Dokument GSM 03.64 Version 1.20 beschrieben. Eine Übertragungseinheit wird also in der vorliegenden Anmeldung als Paket bezeichnet. Ein Paketfunkdienst kann Teil eines komplexeren Paketübertragungs-Netzwerks sein. Das Paket der Anwendung kann in einem derartigen Fall ein Teilpaket oder ein Abschnitt des gesamten Pakets des Paketübertragungs-Netzwerks sein, das zur auf einem Funkpfad stattfindenden Übertragung in mehrere Teilpakete oder Abschnitte aufgeteilt wird. Ein Beispiel für ein komplexeres Paketübertragungs-Netzwerk ist das Internet.
Wenn eine Basisstation für eine Endeinrichtung bestimmte Daten hat, überträgt die Basisstation die Daten durch Nutzen der vorangehend beschriebenen Pakete. Die TFI-Daten des Pakets geben an, für welche Endeinrichtung das Paket bestimmt ist, und das USF-Feld im Paket gibt an, welche Endeinrichtung zu einer bestimmten Zeit in Richtung der Aufwärtsstrecke übertragen darf.
In der Lösung der Erfindung überträgt eine Basisstation zu Endeinrichtungen, wenn keine aktuellen Daten vorhanden sind, Steuerdaten der Übertragung aufweisende Pakete, aber keine aktuelle Daten. In diesen Paketen weist das Daten-Feld keine für eine Endeinrichtung bestimmte Daten auf, sondern es ist dort entweder eine Zufalls-Bitsequenz oder eine vorbestimmte Bitsequenz anstelle von Daten. Die Pakete weisen somit jedoch das USF-Feld auf, das Daten enthält, die angeben, welche Endeinrichtung in Richtung der Aufwärtsstrecke übertragen darf.
Um zu vermeiden, dass die Endeinrichtung ein Datenfeld zu erkennen versucht das keine sinnvollen Daten aufweist, weisen die Pakete in der Lösung der Erfindung Daten auf, die angeben, dass das Paket keine zu den Endeinrichtungen zu übertragende Daten aufweist. Dies ist mittels der TFI- Daten implementiert. Für die TFI-Bits ist eine Kombination gewählt, die keine die Verbindung nutzende Endeinrichtung angibt. Jede Endeinrichtung empfängt somit ein übertragenes Paket, erkennt davon das USF-Feld und darin die Information zum Gebrauch der Aufwärtsstrecke, erkennt die TFI-Daten und erkennt auf Basis dieser, dass das Paket keine aktuellen, für sie bestimmte Daten aufweist.
Das Verfahren der Erfindung kann daher vorzugsweise in Verbindung mit dem GPRS-Paketfunkdienst angewendet werden, es kann aber auch auf andere Dienste angewendet werden, bei denen die Steuerung der Aufwärtsstrecke durch von einer Basisstation übertragene Datenpakete durchgeführt wird.
Obwohl die Erfindung vorangehend mit Bezug auf das Beispiel gemäß der beigefügten Zeichnung beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern in vielerlei Hinsicht im Rahmen der in den angefügten Ansprüchen offenbarten erfinderischen Idee modifiziert werden kann.

Claims

Verfahren zum Steuern der Paketübertragung in Verbindung mit einem Paketfunkdienst in einem Funksystem, wobei das Verfahren aufweist: Übertragen von Daten in Paketform unter Verwendung eines gemeinsamen Übertragungskanals von etlichen Teilnehmer-Endeinrichtungen (102 bis 106) zu einer Basisstation (100), Übertragen von Paketen von der Basisstation (100) über den Übertragungskanal zu den Endeinrichtungen (102 bis 106), wobei die Pakete aufweisen: ein für Daten, die angeben, für welche Endeinrichtung die Pakete bestimmt sind, reserviertes Feld (HDR), ein für Steuerdaten, die die Übertragung auf dem Übertragungskanal steuern, reserviertes Feld (USF), und ein für aktuelle Daten reserviertes Feld (DATA), wenn aktuelle Daten zu übertragen sind, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn in dem für aktuelle Daten reservierten Feld keine aktuellen Daten zu übertragen sind, die Basisstation Pakete überträgt, die aufweisen: Steuerdaten im für Übertragungs-Steuerdaten reservierten Feld (USF), vorbestimmte Daten im für Daten, die angeben, für welche Endeinrichtung die Pakete bestimmt sind, reservierten Feld (HDR), wobei die vorbestimmten Daten angeben, dass die übertragenen Daten für keine der Endeinrichtungen bestimmt sind, wobei keine aktuellen Daten im für aktuelle Daten reservierten Feld (DATA) übertragen werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren das Übertragen von Daten, die angeben, dass die Pakete keine aktuellen Daten enthalten, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete ähnliche Felder haben wie konventionelle Datenpakete, und die vorbestimmten Daten angeben, dass eine Zufalls-Bitsequenz anstelle von aktuellen Daten übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pakete ähnliche Felder haben wie konventionelle Datenpakete, und die vorbestimmten Daten angeben, dass eine vorbestimmte Bitsequenz anstelle von aktuellen Daten übertragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paketfunksystem ein Teil eines komplexeren Paketübertragungs-Netzwerks ist, dessen Pakete ein oder mehrere Pakete des Paketfunksystems umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Paketradiodienst GPRS („General Packet Radio Service") ist.