FI97517C

FI97517C - Pakettidatan siirto digitaalisessa solukkoverkossa

Info

Publication number: FI97517C
Application number: FI933894A
Authority: FI
Inventors: Jari Haemaelaeinen; Timo Jokiaho
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd; Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1993-09-06
Publication date: 1996-12-27
Also published as: JP2005117694A; EE9400344A; FI97517B; FI933894A0; ES2270415T3; EP0642283A2; EP1739986A3; ATE336864T1; JP4184450B2; JP3842805B2; DE69434826T2; US5802465A; JPH07170579A; FI933894A; DE69434826D1; EE03943B1; EP0642283A3; EP0642283B1; EP1739986A2

Description

97517

Pakettidatan siirto digitaalisessa solukkoverkossa - Överföring av paketdata i ett digitalt cellulärt nät 5 Keksintö koskee paketteina lähetettävän datan siirtoa sekä matkaviestimeltä verkkoon että päinvastaisessa suunnassa.

Keksinnön soveltamiseen käytettävä solukkoverkko voi olla mikä tahansa digitaalinen aikajakoinen monipääsyverkko, jonka radiokanaviin kuuluu puheen ja datan 10 välitykseen tarkoitettu liikennekanava, ainakin yksi yhteiskanava, jolla tukiasema lähettää hakukutsut matkaviestimille, ainakin yksi yhteiskanava, jolla tukiasema vastaanottaa matkaviestimien lähettämät kanavapyynnöt ja ainakin yksi yhteiskanava, jolla tukiasema lähettää matkaviestimille kanavaosoitukset.

15 Tavanomaisen digitaalisen solukkoverkon periaate on esitetty kuvassa 1 A. Siihen kuuluu tukiaseman ohjaimia (BSC, Base Station Controller), jotka kukin ohjaavat ohjaimeen liitettyjä useita tukiasemia BTS (Base Transceiver Station). Yhteys tukiaseman ja matkaviestimen MS välillä on radioyhteys. Tukiaseman ohjain siihen lii-tettyine tukiasemineen muodostaa tukiasemajärjestelmän (BSS, Base Station Sub-20 system). Tukiaseman ohjaimet on toisaalta kytketty digitaalisin runkojohdoin matkapuhelinkeskukseen (MSC, Mobile Switching Center), joka viime kädessä ohjaa siihen liitettyjen tukiasemajärjestelmien toimintaa ja josta liikenne reititetään edelleen yleisiin PSTN tai yksityisiin verkkoihin (kuten LAN). Tukiaseman ohjain voi fyysisesti olla myös matkapuhelinkeskuksen yhteydessä. Kunkin tukiaseman palvelualue 25 muodostaa solun, jonka alueella olevaa matkaviestintä (MS, Mobile Station) tukiasema palvelee. Matkaviestin voi yhteyden katkeamatta liikkua solusta toiseen ja tukiaseman ohjaimen alaisuudesta toisen ohjaimen alaisuuteen (roaming).

Matkaviestimen ja tukiaseman fyysinen kanava eli radiotaajuuskanava muodostuu 30 peräkkäisistä kehyksistä, jotka edelleen muodostuvat aikaväleistä, joista yhdessä tapahtuu lähetys, yhdessä vastaanotto, yhdessä hakukutsujen kuuntelu jne. Peräkkäiset vastaavat aikavälit muodostavat loogisen kanavan, joita voi olla useita.

Nykyisissä solukkoverkoissa on mahdollista välittää datainformaatiota matkavies-35 timen kotiverkon ja pääteverkon välillä. Pääteverkko voi olla kotiverkko, toinen saman järjestelmän verkko, kiinteä puhelinverkko, dataverkko tms. Verkkopalveluihin kuuluu useimmiten synkroninen ja asynkroninen piirikytkentäinen datasiirto solukkoverkosta ulkoiseen puhelinverkkoon PSTN, piirikytkentäiseen dataverkkoon 2 97517 tai ISDN-verkkoon. Myös asynkroninen pakettikytkentä ulkoiseen pakettikytkentäiseen dataverkkoon on ehdotettu toteutettavaksi digitaalisissa solukkoverkoissa.

Esimerkiksi GSM-verkossa on määritelty pakettidatapalvelu. Siinä dataa lähettävän 5 matkaviestimen valitsema numero ilmoittaa verkolle,että on muodostettava piirikytkentäinen yhteys dataverkkoon, kuten X.25, liitynnän suorittavaan pakettien muo-dostamis/purkulaitteeseen, joka on PAD (Packet Assembler/Disassembler) tai PH (Packet Handler). Pakettien muodostus/purkulaite voi olla matkapuhelinkeskuksen yhteydessä tai myös ISDN-verkon takana. Matkaviestin lähettää dataa jatkuvana 10 datavirtana, ei siis paketteina, PAD.iin tai PH:lle, joka muodostaa datapaketit ja lähettää ne edelleen dataverkon kautta kohteeseen. Jos PH on ns. Basic Packet Handler, kulkee datayhteys aina tietyn pisteen PH kautta, vaikka oltaisiin missä tahansa verkossa. Basic Data Handler tukee myös mobile terminated -suuntaa datan lähetyksessä. Sen sijaan ns. dedicated Packet Handler, kuten ei myöskään PAD, ei 15 tue mobile terminated -suuntaa. Matkaviestimen ja paketointilaitteen välinen lii kenne matkii synkronista tai asynkronista datansiirtoa, jonka alapuolella on radio-liikenneprotokolla RLP.

Käytännössä, kuva 1 A, matkaviestimen jatkuvana virtana lähettämä data menee 20 matkapuhelinkeskuksen yhteydessä olevaan datapalvelusovittimeen IWF (Inter

Working Functions), sieltä modeemin kautta keskukseen, josta se edelleen johdetaan esimerkiksi puhelinverkon PSTN kautta kohdelaitteeseen tai kohdedataverkkoon, kuten yksityiseen LAN-verkkoon. Kauttakulkuverkkona on siis yleinen puhelinverkko.

25 ? GSM-verkon datapakettipalvelussa paketteja ei siis muodosteta jo matkaviestimessä vaan vasta PAD:ssa. Liikenne on myös yksisuuntaista siinä mielessä, että yhteys on matkaviestinalkuinen ts. sen on pyydettävä verkkoa luomaan datayhteys. Matkaviestimeen päin ei voida lähettää paketteja, ellei se ole ensin pyytänyt avaamaan 30 linjaa. On myös huomattava, että data johdetaan puhelinverkon kautta, jonka datasiirron hinnoittelu on paljon suurempi kuin siirron hinnoittelu dataverkossa.

Tyypillinen verkkojen välinen ja myös verkon sisäinen datasiirron keino on siis piirikytkentä. Siinä siirtoa varten pystytetään siirtokanava. Kanavan pystytys on aikaa 35 vievä toimenpide ja vaatii paljon signalointia sisältäen mm. ohjauskanavapyynnön ja tämän kanavan osoituksen, oikeellisuustarkistuksen, salausmoodin asetuksen jne. ennen kuin kanava on todella valmis datainformaation välittämiseen. Piirikytkentä datansiirtoon sovellettuna on epätaloudellista, koska siirto vaatii leveän taajuuskais- 3 97517 tan. Käyttäjää veloitetaan riippumatta siitä, lähettääkö hän dataa vai ei. Solukkoverkot on ennen kaikkea optimoitu puheen siirtoon ja siksi piirikytkentäinen datasiirto on sopiva.

5 Digitaalisissa solukkoverkoissa matkaviestin voi lähettää ja vastaanottaa dataa lii-kennekanavalla, joka on nimenomaan tarkoitettu puheen ja datan siirtoon. Samanaikaisesti ei voida lähettää molempia vaan käyttäjä tai verkko valitsee, kumpaa siirretään. Data samoin kuin puhekin lähetetään radiokanavalla purskeina. Tämä tarkoittaa sitä, että lähetysaikavälissä lähetetään aikavälin keskellä lyhyt datapurske, joten 10 huomattava osa lähetykseen käytetystä kokonaisajasta on purskeiden välistä aikaa, jolloin informaatiota ei siirretä. Kuitenkin piirikytkentäisessä verkossa kanavaa on pidettävä yllä koko ajan kunnes kaikki datainformaatio on lähetetty, mikä on kapasiteetin kannalta ilmeisen epätaloudellista. Kun käyttäjän laskutus perustuu piirikytkentäisessä verkossa tavallisesti varatun yhteysajan pituuteen, joutuu käyttäjä mak-15 samaan "turhasta", sillä varsinaiseen datasiirtoon käytetty aika on vähäinen osa ko-konai syhtey saj asta.

Uusissa verkoissa on useimmiten määritelty ns. lyhytsanomapalvelu (Short Message Service), jolla matkaviestin voi lähettää ja vastaanottaa ajallisesti lyhyitä sanomia.

20 Lyhytsanoman siirto vaatii kuitenkin normaalit yhteydenmuodostusrutiinit, mikä vaatii osansa taajuuskaistasta ja rajoittaa siirrettävän datan määrää.

Digitaaliseen solukkoverkkoon, kuten eurooppalaiseen GSM-verkkoon ja amerikkalaiseen EIA/TIA (Electronic Industries Association/Telecommunication Industry 25 Association) -standardin mukaiseen verkkoon, on ehdotettu datan välitystä paketteina, ns. pakettidatana esim. patentissa US-4 887 265. Siinä kuvataan järjestelmää, jossa useat matkaviestimet lähettävät pakettidataa samalle tukiasemalle käyttäen samaa kanavaa. Kun tukiasemaohjain saa matkaviestimeltä datakanavan osoitus-pyynnön, se lähettää viestimelle kanavaosoituksen, jolloin matkaviestin siirtyy tälle 30 datakanavalle. Sama kanava on myös kaikkien muiden solun alueella olevien matkaviestimien käytössä. Pyyntö, kanavanosoitus ja kanavalle siirtyminen vaatii jokseenkin paljon signalointia. Datayhteyden siirto tukiasemalta toiselle (handover) on tässä järjestelmässä myös mahdollista. Tämän patentin esittämässä järjestelmässä pakettien välitykseen on olemassa pysyvä kanava, joka on aina käytettävissä todelli-35 sesta senhetkisestä tarpeesta riippumatta.

Tämän keksinnön tavoite on järjestelmä, joka erityisesti sopii käytettäväksi sellaisissa digitaalisissa aikajakomonipääsyisissä (TDMA) solukkojärjestelmissä, joissa ei 4 97517 ole erillistä kiinteää kanavaa datapakettien välittämiseksi. Tavoitteena on järjestelmä, jossa datapaketit muodostetaan jo matkaviestimessä ja jossa paketit välitetään suoraan dataverkkoon eikä kauttakulkuverkkojen kautta. Järjestelmän on mahdollistettava matkaviestimelle osoitettujen datapakettien välitys eli välityksen on oltava 5 täydellisesti kaksisuuntainen. Keksinnön järjestelmän pitäisi solukkoverkkoteknii-kasta riippumatta sopia käytettäväksi sekä verkon radiorajapinnassa (kiinteän verkon ja matkaviestimen välinen rajapinta) että verkon infrastruktuurissa.

Datapakettien lähetys -ja vastaanottotoiminne voidaan jäljestää verkon kaikkiin 10 matkaviestimiin tai vain osaan niistä. Ilman tätä toiminnetta oleville matkaviestimille pakettidatan siirron on oltava täysin läpinäkyvä, jotta eri tyyppiset matkaviestimet voivat ongelmitta toimia samanaikaisesti verkossa. Pakettidataominaisuus on siis verkon lisäpalvelu ja edellyttää matkaviestimeltä ominaisuutta käyttää tätä palvelua. Järjestelmän toteutuksen täytyy olla sellainen, että se vaatii vain vähäisiä muutoksia 15 nykyisiin digitaalisiin solukkojärjestelmiin ja sopii hyvin lisäominaisuutena sellaisiin tunnettuihin järjestelmiin, kuten GSM, 1,8 GHz:n alueella toimiva DCS 1800 tai PCN. Edellytyksenä on, että sovellettavan järjestelmän radiokanaviin kuuluu yhteinen kutsukanava, jolla tukiasemalta lähetetään hakukutsut kaikille matkaviestimille, yhteinen hajasaantikanava, jolla matkaviestimet pyytävät verkolta itselleen radioka-20 navaa, yhteinen hajasaantikuittauskanava, jolla verkko ilmoittaa matkaviestimelle liikennöintikanavan, sekä liikennöintikanava.

Eräs sopiva olemassa oleva solukkojärjestelmä on esim. tällä hetkellä käytössä oleva eurooppalainen GSM-järjestelmä 25

Asetetut tavoitteet saavutetaan keksinnön mukaisella pakettidatan välitysjäijestel-mällä, jolle on ominaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkki-osassa, ja sen eri suoritusmuotojen ominaispiirteet on sanottu oheisissa patenttivaatimuksissa.

30

Eri suoritusmuodoissa esitetään vaihtoehtoisia tapoja siirtotien muodostamiseksi.

Pakettidatan välitystä varten ei siis jatkuvasti ylläpidetä nimettyä radiokanavaa ja verkon kautta kulkevaa datatietä. Keksinnön perusajatuksen mukaan datapakettien 3 5 välitykseen järjestetään verkkoon virtuaalikanava matkaviestimen ja matkapuhelinkeskuksen välille. Kun pakettidatatoiminteella varustettu puhelin tulee matkapuhelinkeskuksen alaisuuteen ja ilmoittautuu pakettidatapalvelun käyttäjäksi, suoritetaan kaikki tarpeellinen signalointi, minkä jälkeen keskuksella tai tailcemmin sanottuna 5 97517 siihen liittyvällä pakettidatapalveluyksiköllä (Agent) on kaikki tarvittava puhelimeen liittyvä ja todellisen siirtokanavan pystyttämiseen tarvittava tieto. Tätä tietoa, johon luonnollisesti sisältyy tieto puhelimen sijainnista, nimitetään virtuaalikanavaksi. Virtuaalikanava on siis virtuaalinen yhteys matkaviestimen ja datapalveluyksikön 5 välillä ja se mahdollistaa nopean siirtymisen tiedonsiirtotilaan ottaen huomioon matkaviestimen ja datapalveluyksikön muistissa olevat parametrit. Kun on välitettävä pakettidataa puhelimesta verkkoon päin tai päinvastoin, ei tarvita täydellistä puhelimen ja keskuksen välistä signalointia, koska se on tehty jo aikaisemmin, vaan voidaan erittäin nopeasti ja vähällä signaloinnilla pystyttää todellinen siirtotie mat-10 kaviestimen ja pakettidatapalveluyksikön (Agent) välille, jolla paketit välitetään. Siirtotie tai ainakin radiokanava vapautetaan heti kun ei ole välitettävää pakettidataa. Virtuaalikanava sen sijaan pidetään koko ajan valmiudessa niin kauan kuin matkaviestin on kirjoittautuneena datapalveluun. Keksinnön mukaan kytkeydytään siis erittäin nopeasti pakettidatan välitystilaan ja siirtotie pidetään varattuna ainoas-15 taan kun on jotain välitettävää.

Matkapuhelinkeskuksen yhteyteen järjestetään pakettidatan välitystä ohjaava elin, datapalveluyksikkö (Agent), joka voi olla tietokone tai prosessi. Se on datapalvelu-keskus, jossa on useita yhteyspalveluja ja jolla on pääsy muihin verkkoihin ja niiden 20 palveluihin. Agentti on sijoitettu loogisesti matkapuhelinkeskuksen MSC yhteyteen, mutta fyysinen sijainti voi olla keskuksen sisällä osana sen prosesseja tai keskuksen ulkopuolella yhtenä tai useampana tietokoneena, joka on välityslinkin kautta liitetty keskukseen. Agentti on perustaltaan rajapintayksikkö IFU (Interface Unit), joka yhdistää solukkoverkon johonkin muuhun verkkoon kuten TCP/IP tai OSI-verkkoon 25 (TCP = Transmission Control Protocol, IP = Internet Protocol, OSI = Open Systems Interconnection). Pakettidatatoiminteella varustettu matkaviestin MS kommunikoi näin ollen datapalveluyksikön (Agent) välityksellä muiden verkkojen kanssa ja virtuaalikanava on nimenomaan senja datapalveluyksikön (Agent) välillä. Jokaista matkapuhelinkeskuksen alaista pakettidatapalvelua käyttävää matkaviestintä valvoo 30 siten matkapuhelinkeskukseen liittyvä datapalveluyksikkö (Agent).

Agentti tekee ainakin seuraavat toiminteet: - rekisteröi kaikki matkapuhelinkeskuksen alaisuudessa olevat pakettidatatoiminteella varustetut puhelimet, 35 - ilmoittaa puhelimelle sille tulevasta viestistä, - poistaa puhelimen rekisteristä kun yhteys lopetetaan, - välittää puhelimen muuhun verkkoon osoittamat viestit, - välittää muusta verkosta puhelimeen tulevat viestit, 6 97517 - puskuroi viestejä tehokasta verkon kautta välitystä silmällä pitäen, - suorittaa tarpeen mukaan salauksen/salauksen purkamisen, - suorittaa tarpeen mukaan puhelimen ja agentin välillä kompression/ dekompres-sion, 5 - suorittaa tietokantansa päivityksen (sijaintipäivitys), - vastaanottaa hakukanavalle osoitettavat viestit.

Normaalisti virtuaalikanava alustetaan, kun käyttäjä aloittaa pakettidatapalvelun käytön ja kanava lopetetaan, kun käyttäjä eroaa palvelusta. Aloituksen ja lopun väli-10 senä aikana eli ollessaan kytkeytyneenä palveluun voi matkaviestin liikkua ja siirtyä myös solusta toiseen. Handover-toiminne edellyttää virtuaalikanavan purkamista ja uuden pystyttämistä. Handover on käyttäjälle lähes huomaamaton.

Kun matkaviestin saapuu solun alueelle, se kuuntelee kaikille solukkoverkoille 15 ominaista, tukiaseman jatkuvasti lähettämää informaatiokanavaa (System Info) ja saa sieltä tiedon, onko pakettidatapalvelu käytössä verkossa tai solussa. System Info -viestissä voi olla esim. pakettidatapalvelua merkitsevä tunniste. Kun matkaviestin haluaa kytkeytyä pakettidatapalveluun, se lähettää tukiaseman kautta verkkoon virtuaalikanavan pystytyspyynnön. Pyyntö aloittaa verkossa sen käyttämän, kyseiselle 20 verkolle ominaisen normaalin kontrollisignalointisekvenssin, jossa tarkistetaan pyytäjän oikeellisuus, aloitetaan salaus ja annetaan pyytäjälle väliaikainen tunniste-numero. Matkapuhelinkeskukseen liittyvää agenttia, joka ohjaa pakettipalvelua, informoidaan myös, jolloin se ottaa matkaviestimen ohjauksensa alaisuuteen. Matkapuhelinkeskus pitää yllä jatkuvasti rekisteriä matkaviestimen sijainnista, jolloin liik-25 kuminen solusta toiseen on mahdollistaja valmius siirtyä nopeasti datan lähetykseen tai vastaanottoon on olemassa, koska puhelimen ei tarvitse erikseen pyytää lii-kennekanavaa.

On myös mahdollista System Info -viestin sijasta menetellä siten, että matkaviestin 30 kysyy lyhytsanomaviestissään verkolta, onko pakettidatatoiminne käytössä. Verkko vastaa samoin lyhytsanomaviestillä. Lyhytsanomaviestit SMS (Short Message Service) on digitaaliverkkoihin useimmiten kuuluva palvelu.

Datapakettitoiminteella varustetun matkaviestimen ja matkapuhelinkeskuksen MSC 35 yhteydessä olevan datapalveluyksikön (Agent) välisen datayhteyden hallintaan liittyvä ohjaussignalointi suoritetaan dataviestien rinnalla signalointitasossa 3. Signalointitasossa 3 on toiminteet yhteyden pystyttämiseksi, ylläpitämiseksi ja lopettamiseksi solukkoverkon ja muiden verkkojen välillä. Siihen kuuluvat myös toiminteet 7 97517 rekisterin päivittämiseksi, autentisointi ja toiminne väliaikaisen tilaajanumeron TMSI osoittamiseksi.

Matkaviestimen ja datapalveluyksikön (Agent) välisessä datapakettien välityksessä 5 voidaan käyttää useita protokollia. Radiorajapinta asettaa kuitenkin tiettyjä rajoituksia kuten vaatimuksen rajapinnan yli lähetetyn datan määrän minimoimiseksi. Määrä voidaan minimoida kompressoimalla pakettien dataosaa. Data kompressoidaan ennen lähetystä esim. V.42bis-kompressioalgoritmilla, ja vastaanotin dekom-pressoi datan käyttäen samaa algoritmia. Myös datapakettien otsakkeen bittien mää-10 rää täytyy alentaa. Näistä huolehtii virtuaalikanavaprotokolla (VCP), joka myös huolehtii agentin ja matkaviestimen välisistä ohjaussanomista, sekä sovittaa ylempien protokollien paketit RLP kehyksiin.

Kun virtuaalikanava on pystytetty matkaviestimen ja tukiaseman välille ei, matka-15 viestin voi aloittaa eikä vastaanottaa normaalipuheluita. Sen sijaan lyhytsanomien SMS lähetys ja vastaanotto on mahdollista.

Kun matkaviestin haluaa lähettää datapaketteja, se pyytää verkolta kanavaosoituk-sen. Koska suuri osa kanavan pystytykseen tarvittavasta signaloinnista on suoritettu 20 jo virtuaaliyhteyden pystytyksen alussa, on nyt tarvittava matkaviestimeltä agentille ulottuvan datapakettien siirtokanavan pystytys erittäin nopea.Tämä merkitsee lyhyttä aikaa kanavanosoituspyynnöstä pakettien lähetykseen.

Lähetys tapahtuu keksinnön ensimmäisen tai toisen suoritusmuodon mukaisesti.

25 Kun matkaviestimen käyttäjä kytkee pakettidatatoiminteen pois päältä lähetettävän datan loputtua tai kun verkko päättää yhteyden, datatie puretaan ja radiokanava vapautuu. Virtuaalikanava sen sijaan pysyy.

Pakettidatan istunnolla tarkoitetaan aikaa, joka alkaa, kun käyttäjä aloittaa pakettida-30 tatoiminteen (ilmoittaa halustaan kytkeytyä palveluun), ja päättyy käyttäjän lopettaessa palvelun. Istunnon aikana käyttäjä voi sekä lähettää paketteja johonkin pääteverkkoon että vastaanottaa niitä lähdeverkosta. Roaming ja handover ovat mahdollisia. Istunnon aikana luodaan yksi tai useita virtuaalikanavayhteyksiä, kuitenkin vain yksi kerrallaan.

35

Ensimmäisen suoritusmuodon mukaan datatien radiokanava on solukkojärjestelmän normaali liikennekanava, joka on tarkoitettu puheen ja ei-pakettimuotoisen datan välittämiseen radioteitse matkaviestimen ja tukiaseman välillä. Kun dataa halutaan 8 97517 lähettää matkaviestimeltä (mobile originated), se pyytää tukiaseman kautta verkolta kanavaa käyttäen samaa signalointikanavaa, jota käyttäen normaalistikin viestin pyytää puhelun yhdistämistä. Signalointikanava on monipääsykanava (random access channel), jota kaikki solun matkaviestimet käyttävät. Kanava on matkaviesti-5 meitä tukiasemalle eli ns. uplink-suuntainen. Monipääsystä johtuen voi tulla yhteentörmäyksiä, kun kanavapyyntöjä tulee yhtä aikaa. Tällöin pyyntö on toistettava. Pyyntöviestissä on erityinen bittikuvio, tunnistelohko, jolla viestin ilmoittaa haluamastaan palvelusta (puhe, data, pakettidata); tässä tapauksessa tunnistekuvio ilmaisee, että haluttu palvelu on pakettidatan lähetys.

10

Kun verkko on käsitellyt pyynnön ja allokoinut liikennekanavan, se lähettää matkaviestimelle signalointikanavalla, jolla muutenkin kanavapyyntöihin vastataan, vastauksen, joka sisältää tiedon, mille liikennekanavalle viestimen on siirryttävä pakettidatan lähettämiseksi. Kanava, jolla kanavapyyntöihin vastataan, on downlink-15 suuntainen yhteinen hajasaantikuittauskanava. Matkaviestin virittää lähettimensä tälle osoitetulle liikennekanavalle ja aloittaa välittömästi pakettidatan lähetyksen. Lähetys kestää kunnes kaikki data on lähetetty. Verkko voi myös käynnistää erityisen laskurin tai ajastimen kun liikennekanava on osoitettu, jolloin lähetys kestää kunnes laskin tai ajastin täyttyy. On edullista varastoida lähetettävä data matkavies-20 timen puskurimuistiin ja lähettää kerralla muisti tyhjäksi.

Kun pakettidataa välitetään ensimmäisen suoritusmuodon mukaan verkon kautta matkaviestimelle (mobile terminated transfer), on ainoa ero päinvastaiseen suuntaan tapahtuvaan välitykseen nähden se, että verkko informoi matkaviestintä tulossa ole-25 vasta pakettidatalähetyksestä. Tämän informaation lähettämiseen käytetään yhteistä kutsukanavaa. Kaikki solun alueella olevat matkaviestimet kuuntelevat jatkuvasti tätä downlink-suuntaista yhteistä kutsukanavaa (puhekutsut lähetetään tällä kanavalla). Kun matkaviestin on vastaanottanut sille tarkoitetun viestin tulevasta paketti-datasta, se menettelee kuten mobile originated -tapauksessakin: lähettää liikenneka-30 navapyynnön tukiasemalle, vastaanottaa kanavatiedon ja siirtyy välittömästi osoite tulle liikennekanavalle ja on siten valmis vastaanottamaan datapaketteja. Kun data-virta on välitetty, verkko purkaa liikennekanavan, jolloin se vapautuu muiden solun alueella olevien matkaviestimien käyttöön. Lähetettävä data on edullista varastoida datapalveluyksikön (Agent) datapuskuriin ja lähettää kerralla puskuri tyhjäksi.

35

Ensimmäisen suoritusmuodon mukaan pakettidatan lähetykseen varataan siis yksi liikennekanava, kuten normaalistikin, puheen välitykseen. Lähetyksen loputtua liikennekanava on taas vapaa minkä tahansa muun matkaviestimen käyttöön. Sama

II

9 97517 matkaviestin voi pyytää uudelleen kanavaa pakettidatan lähettämiseksi, jolloin sekvenssiä "kanavapyyntö-lähetys-kanavan vapauttaminen" voidaan toistaa kunnes matkaviestin poistuu pakettidatapalvelusta ja virtuaalikanava puretaan.

5 Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan pakettidatan välitykseen käytetään signalointi- eli ohjauskanavaa joko pelkästään tai vaihtoehtoisena kanavana ensimmäisen suoritusmuodon liikennekanavan käytölle.

Tämän suoritusmuodon mukaisesti matkaviestimen halutessa lähettää datapaketteja 10 (mobile originated transfer) se lähettää kanavapyyntökutsun tukiasemalle käyttäen samaa monipääsykanavaa (random access channel), jolla tavalliset puhekanava-pyynnötkin lähetetään. Tämä kanava on uplink-suuntainen. Solun kaikki matkaviestimet käyttävät tätä samaa kanavaa puhekanavapyyntöihinsä. Matkapuhelinkeskus päättää pyynnön saatuaan, mille kanavalle matkaviestimen tulee siirtyä datan 15 lähettämistä varten. Kanava voi olla joko normaali liikennekanava (vrt. suoritusmuoto 1) tai ohjauskanava. Ohjauskanava voi olla sama monipääsykanava, jolla ka-navapyynnöt välitetään viestimiltä tukiasemalle. Verkko pystyttää liikennekanavan, jos se on valittu siirtokanavaksi. Tukiasema välittää matkaviestimelle tiedon siitä, onko sen käytettävä datan lähettämiseen normaalia liikennekanavaa vai ohjauskana-20 vaa. Tieto lähetetään samalla yhteisellä ohjauskanavalla, hajasaantikuittauskana-valla, jolla kanavaosoitus muutenkin lähetetään matkaviestimille. Matkaviestin siirtyy osoitetulle liikenne- tai ohjauskanavalle ja ryhtyy välittömästi lähettämään pakettidataa. Lähetyksen aikana kanava voi vaihtua liikennekanavalta ohjauskanavalle ja päinvastoin jopa useita kertoja. Lähetyksen loputtua kanava puretaan ja se 25 vapautuu muuhun käyttöön. Siirto loppuu, kun tietty aika on kulunut tai kun viestin lähettää "paketit loppu"-ilmoituksen.

Mikäli tämän toisen suoritusmuodon mukaan verkon on välitettävä pakettidataa matkaviestimelle (mobile terminated transfer), se ilmoittaa sille normaalin kaikille 30 yhteisen downlink-suuntaisen kutsukanavan kautta tulossa olevasta datapakettilähe-tyksestä. Hakukutsussa on erityinen tunniste (bittikuvio), joka ilmoittaa kyseessä olevan pakettidatasiirron. Samassa hakukutsussa on toisen matkaviestimen tunniste korvattu käytäjän dataosalla, joka sisältää ulkoapäin käyttäjälle tulevan paketin. Jos ulkopäin tuleva paketti ei mahdu yhteen kutsusanoman dataosaan, jaetaan se mo-3 5 neen kutsusanomaan, jotka kaikki matkaviestin vastaanottaa ja kokoaa niistä yhden paketin. Kun matkaviestin on vastaanottanut paketin, se toimii tämän jälkeen samoin kuin halutessaan itse lähettää datapaketteja: lähettää tukiasemalle kanava- 10 97517 pyynnön, vastaanottaa kanavaosoituksen, siirtyy osoitetulle kanavalle, liikenneka-navalle tai ohjauskanavalle, ja kuittaa vastaanottamansa paketin.

Tukiaseman ja matkapuhelinkeskukseen liittyvän agentin välinen datatieyhteys voi-5 daan toteuttaa monin eri tavoin. Eräs mahdollisuus on varata suora yhteys ja pitää tämä yhteys koko ajan pakettidataliikenteelle varattuna. Tämä merkitsee, että yhteys on olemassa jatkuvasti, jolloin ei synny ylimääräisiä viiveitä. Yhteys voi olla PCM-aikaväli tai useita PCM-aikavälejä tukiasemajärjestelmän BSS ja keskuksen MSC välisellä digitaalisella runkojohdolla. Kun pakettidatan vastaanotto-ja lähetysomi-10 naisuudella varustettu matkaviestin saapuu tukiasemaan, esim RTS1 kuvassa 1, liittyvän solun alueelle, pystyttää verkko välittömästi tukiaseman ja matkapuhelinkeskuksen välille suoran pakettidatan välitykseen tarkoitetun yhteyden. Yhteys voi olla kaikkien pakettidatatoiminteella varustettujen matkaviestimien yhteisessä käytössä oleva yksi tai useampi aikaväli PCM-runkojohdolla. Matkaviestimen tulo soluun on 15 tiedossa, koska se on siirretty joko handover-toiminteen tuloksena tai, jos tullaan kuuluvuusalueen ulkopuolelta tai pannaan puhelin päälle, puhelin rekisteröityy verkkoon.

Tällainen toteutusvaihtoehto tarkoittaa, että verkon puolella oleva PCM-kanava 20 säilyy yhtäjaksoisesti, mutta radiotien kanava varataan vain tarpeen vaatiessa.

On myös mahdollista optimoida PCM-aikavälien käyttö niin, että ylläpidetään suoraa yhteyttä vain, mikäli tukiasemajärjeselmässä BSS on olemassa olevia virtuaaliyhteyksiä, toisin sanoen ainakin yhdessä tukiasemaohjaimen kontrollissa olevassa 25 solussa on matkaviestin, joka on kytkeytynyt pakettidatapalveluun ja on valmis « vastaanottamaan tai lähettämään pakettidataa. Suora yhteys puretaan, mikäli yhtään palvelun käyttäjää ei ole BSS:n alueella, ja pystytetään uudelleen, kun ensimmäinen matkaviestin kirjoittautuu pakettidatapalveluun.

30 Toinen toteutusmahdollisuus on se, että sekä verkon että radiotien yhteyksiä pysty-teään ja puretaan tarpeen mukaan. Jäljempänä kuvatut esimerkit sisältävät tämän toisen mahdollisuuden mukaiset yhteydet.

Näiden esitettyjen periaatteiden mukaan ammattimiehelle on selvää, että keksintö on 35 toteutettavissa niissä tahansa digitaalisessa monipääsyverkossa, jossa on liikenne-kanava puheen ja datan välittämiseen, kutsukanava, jolla tukiasema lähettää matkaviestimelle kutsun tulevasta puhelusta, monipääsykanava, jolla matkaviestimet pyytävät itselleen puhekanavaa halutessaan soittaa, ja kanavan osoituskanava, jolla tuki- l· 11 97517 asema lähettää matkaviestimelle tiedon, mille liikennekanavalle sen on siirryttävä tulevaa tai lähtevää puhelua varten.

Seuraavassa selostetaan keksintöä sovellettuna todelliseen esimerkkiverkkoon, jona 5 on yleiseurooppalainen digitaalinen GSM-solukkoverkko. Viitataan oheisiin kuviin, joissa kuva 1 esittää solukkoverkkoa, kuva 2 on kaavioesitys GSM-järjestelmän loogisista kanavista, 10 kuva 3 kuvaa kanavapyynnön muotoa, kuva 4 kuvaa virtuaalikanavan aloitussignalointia, kuva 5 esittää pakettidatan siirron vaiheita, kuva 6 kuvaa virtuaalikanavan lopetussignalointia, kuva 7 esittää vaihetta kun kanava on pystytetty, 15 kuva 8 on kaavioesitys tukiasemasta, kuva 9 kuvaa matkapuhelinlähtöistä datasiirtoa, kuva 10 kuvaa matkapuhelimeen päättyvää datasiirtoa, kuva 11 esittää pakettidataviestin formaattia, kuva 12 esittää pakettidataviestin formaattia, 20 kuva 13 esittää RACH-kehyksen osoitusta normaalipurskeeksi, kuva 14 esittää pakettidatan siirron vaiheita, ja kuva 15 esittää signalointia kun yhteyttä katkotaan rajapinnoissa.

Kuva 1 B esittää solukkoverkkoa, jossa on keksinnön mukainen datapakettipalvelu. 25 Matkapuhelinkeskukseen on liitetty datapalveluyksikkö (Agent), josta pakettidata ohjataan suoraan OSI- tai TCP/IP-protokollan mukaiseen dataverkkoon ja sieltä edelleen kohdeverkkoon, kuten LAN. Olennainen ero kuvan 1 A verkkoon nähden on, että data ei nyt kulje lainkaan piirikytkentäisen puhelinverkon PSTN kautta.

30 Kuvan 2 mukaisesti loogiset kanavat jaetaan liikennekanaviin TCH (traffic chan nels) ja ohjauskanaviin CCH (control channels). Liikennekanavat on tarkoitettu koodatun puheen ja datan välittämiseen. Kumpaakin voidaan välittää täydellä nopeudella tai puolella nopeudella. Ohjauskanavat CCH on tarkoitettu välittämään signalointia ja synkronointitietoa, ja voidaan erottaa kolmenlaisia kanavia: yleislähetys-3 5 kanavia (Broadcast Channels), yhteiskanavia (Common Channels) ja yhteyskohtai sia kanavia (Dedicated Channels). Seuraavassa "uplink" tarkoittaa suuntaa matkaviestimeltä tukiasemalle ja "downlink" suuntaa tukiasemalta matkaviestimelle.

12 97517

Yleislähetyskanaviin kuuluvat: - taajuuskorjauskanava FCCH, joka välittää matkaviestimelle taajuuskorjaustietoa, downlink-suuntainen - synkronointikanava SCH, joka välittää matkaviestimelle synkronointitietoa ja tu-5 kiaseman identifiointitietoa, downlink-suuntainen - solun yleiskanava CBCH, joka välittää lyhytsanomaviestejä, kaksisuuntainen kanava ja - yleislähetyksen ohjauskanava BCCH, joka välittää yleistietoa tukiasemasta, downlink- suuntainen.

10

Yhteiskanaviin kuuluvat: - hajasaantikanava RACH (Random Access Channel), joka on vain uplink-suun-nassa ja jolla matkaviestimet pyytävät yhteyskohtaista kanavaa - yhteinen kutsukanava PCH (Paging Channel), jolla tukiasema kutsuu matkavies-15 tintä tulevan puhelun johdosta, kanava on vain downlink-suunnassa, - hajasaantikuittauskanava AGCH (Access Grant Channel), jolla tukiasema ilmoittaa osoitetun yhteyskohtaisen ohjauskanavan SDCCH tai suoraan liikennekanavan TCH, tämä kanava on vain downlink-suunnassa.

20 Yhteyskohtaisiin ohjauskanaviin kuuluvat: - yhteyskohtainen itsenäinen ohjauskanava SDCCH (Stand-alone Dedicated Control Channel), kanava on kaksisuuntainen ja - liikennekanavaan liittyvät hidas SACCH ja nopea FACCH ohjauskanava (Slow Associated Control Channel, Fast Associated Control Channel), kanavat ovat kaksi- 25 suuntaisia.

Tässä keksinnössä käytetään hyväksi liikennekanavaa TCH (kaksisuuntainen) kut-sukanavaa PCH (yksisuuntainen, downlink), hajasaantikanavaa RACH (yksisuuntainen, uplink) ja hajasaantikuittauskanavaa AGCH (yksisuuntainen, downlink). Vas-30 taavan tyyppiset kanavat löytyvät myös muista digitaalisista solukkojärjestelmistä kuin GSM:stä.

Matkaviestin kuuntelee solun tukiaseman jatkuvasti lähettämää yleislähetysohjaus-kanavaa BCCH ja saa sieltä tiedon, onko pakettidatapalvelu käytössä verkossa.

35 Voidaan myös tehdä siten, että matkaviestin kysyy solun yleiskanavalla CBCH, joka välittää lyhytsanomaviestejä, onko pakettidatatoiminne käytössä verkossa vai ei. Tukiasema vastaa lyhytsanomalla samalla kanavalla.

Il 13 97517

Kun matkaviestin ilmoittautuu pakettipalvelun käyttäjäksi, suoritetaan sen ja matkapuhelinkeskuksen välillä viestisekvenssi, jota esittää kuva 4. Tapahtumia luetaan kuvassa ylhäältä alaspäin. Matkaviestimen lähettämän kanavapyynnön jälkeen seuraa välitön ohjauskanavan (FACCH) osoitus ja osoitetulla kanavalla tarkistetaan 5 pyytäjän oikeellisuus (verkko kysyy autentisointitiedot ja matkaviestin vastaa), aloitetaan salaus ja annetaan väliaikainen tunnistenumero TMSI. Radiolinkkiproto-kolla RLP pystytetään ja pidetään tämän jälkeen jatkuvasti yllä. Tämä tarkoittaa, että istunnon aikana datapakettien lähetys voidaan suorittaa ilman radiolinkkiproto-kollan uudelleen pystytystä. Matkapuhelimen keskukseen liittyvää datapalveluyk-10 sikköä (Agent), joka ohjaa pakettidatapalvelua, informoidaan, jolloin se siirtää matkaviestimen ohjauksensa alaisuuteen. Datapalveluyksikkö kykenee tämän jälkeen tunnistamaan matkaviestimen ja suorittamaan salauksen ja autentisoinnin ilman ylimääräistä signalointia. Virtuaalikanava matkapuhelinkeskuksesta matkaviestimeen on nyt pystytetty. Radiolinkkiprotokolla puretaan vasta kun istunto loppuu 15 (puhelin irrottautuu datapakettipalvelusta), jolloin virtuaalikanava puretaan.

Kun matkaviestin haluaa lähettää dataa, se lähettää verkkoon todellisen pakettidatan välityskanavan pystytyspyynnön. Pyyntö lähetetään yhteisellä hajasaantikanavalla RACH ja se on muodoltaan kuvan 3 mukainen. Viestin kolmella ensimmäisellä bi-20 tiliä määritetään yhteyden luonne, ja sekvenssi 001 merkitsee datapakettiyhteyden pystytyspyyntöä. Viestin loppu on satunnainen referenssiluku. Viesti on normaalin GSM-viestin modifikaatio. Tukiasema vastaanottaa pyynnön ja sekvenssin koodauksen jälkeen lähettää matkaviestimelle tiedon, millä ohjauskanavalla seuraa-vaksi suoritettava signalointi suoritetaan ja millä lähetyskanavalla pakettien lähetys 25 tapahtuu. Näitä vaiheita kuvaavat kuvan 15 kaksi ylintä vaihetta. Lähetyskanava on pystytetty matkaviestimeltä tukiasemaohjaimelle asti. Näin muodostetulla kanavalla lähettää matkaviestin ensin kontrollisanomia, kuvan 15 kolmas vaihe, joilla viestimeltä datapalveluyksikköön (Agent) ulottuva datayhteys muodostetaan, minkä jälkeen matkaviestimeltä agentille ulottuva kanava on valmis datasiirtoon.

30

Kun todellinen kanava, jonka alkuosa käsittää radiokanavan ja loppuosa PCM-ai-kavälin, on kuvatulla tavalla pystytetty matkaviestimen ja tukiaseman välille, voi matkaviestin lähettää välittömästi pakettidataa kyseisellä kanavalla. Verkon lähettämän pakettidatan lähetyskehotuksen jälkeen viestin lähettää datapaketteja ja verk-35 ko kuittaa paketit ja pyytää uutta lähetystä, jos lähetys on ollut virheellinen. Tähänastisia vaiheita esittää kuva 5.

14 97517

Kun kaikki paketit on lähetetty, pyytää matkaviestin verkkoa purkamaan todellisen yhteyden. Pyynnön vastaanotettuaan antaa verkko matkaviestimelle käskyn lopettaa datatoimintansa ja viestin kuittaa lopettaneensa toiminnan. Vaiheet esitetty kuvassa 6. Datapakettien siirtokanava tukiasemaohjaimelle BSC ja siltä edelleen datapalve-5 luyksikköön (Agent) puretaan. Mikäli käytetään suoraan PCM-yhteyteen perustuvaa menetelmää, jää tämä kanava päälle.

Pakettidatan välitys voi olla myös verkosta matkaviestimeen suuntautuva (mobile terminated). Tällöin tukiasema lähettää yhteisellä kutsukanavalla PCH kutsun mat-10 kaviestimelle ja ilmoittaa tulevasta pakettidatalähetyksestä. Matkaviestin lähettää tämän jälkeen tukiasemalle kanavapyyntösignaalin yhteisellä hajasaantikanavalla RACH, jolloin prosessi tästä eteenpäin on sama kuin edellä kuvatussa mobile oriented -tapauksessa: virtuaalikanavan pystytys ja välitön pakettidatan vastaanotto. Kuva 7 esittää vielä vaiheittain kumpaakin tapausta.

15

Kuva 8 esittää tukiaseman lohkokaaviota keksinnön kannalta. Tukiasemalla on useita rinnakkaisia kehystysyksikön FU (Framing Unit) ja lähetin/vastaanotin yksikön RX/TX muodostamia haaroja. Peruskaistan liitäntäelementd BIE (Base Band Interconnection Element) yhdistää tukiaseman digitaaliseen PCM-linkkiin. Osa lin-20 kin kanavista on varattu signalointiin ja loput datan välitykseen. PCM-linkiltä saapuvat digitaali signaalit johdetaan kehystysyksikköön, jossa ne järjestetään TDMA-kehyksiin, kanavakoodataan, lomitellaan ja lähetetään purskeina radiotielle antennin TX kautta. Ennen lähetystä purskeet on moduloitu lähetin/vastaanotinyksikössä RX/TX ja siirretty kantoaaltotaajuudelle. Kun tukiasema vastaanottaa TDMA-sig-25 naalia matkaviestimeltä, signaali johdetaan tarpeellisten suodattimien kautta lähe-tin/vastaanotinyksikköön RX/TX, jossa se demoduloidaan, siirretään kantotaajuudelle ja ilmaistaan modulaatio. Kanavadekoodaus ja lomittelun purku suoritetaan kehystysyksikössä FU. Lopuksi datasignaali johdetaan PCM-johdolle ja edelleen matkapuhelinkeskuksen kautta vastaanottavaan verkkoon.

30

Tukiasemaohjain muodostaa kaikki radiotielle lähetettävät viestit, ja kaikki vastaanotetut viestit välitetään tukiaseman kautta tukiaseman ohjaimelle. Näin ollen verrattuna nykyiseen GSM-järjestelmään keksinnön toteutus edellyttää vain vähäisiä muutoksia tukiaseman ohjaimen ohjelmistoon. Muutoksia on tehtävä myös matka-35 viestimen sekä keskuksen ohjelmistoihin. Matkaviestimen on havaittava ja kyettävä lähettämään kaikki pakettidatan välitykseen liittyvät viestit. Matkapuhelimen lähettämät viestit voivat olla käyttäjän näppäimistöltä antamia tai sitten erilliseltä viestimeen liitetyltä dataterminaalilta.

15 97517

Edellä on selostettu keksintöä virtuaalikanavan pystytyksen kannalta mainitsematta sen tarkemmin, millä nimenomaisella radiokanavalla datapakettien lähetys tapahtuu.

Ensimmäisen suoritusmuodon mukaan pakettidatan lähetykseen varattava radioka-5 nava on liikennekanava TCH, jota normaalisti käytetään puheen välitykseen. Lähetyksen loputtua tämä pakettidatakanava on taas vapaa minkä tahansa muun matkaviestimen käyttöön. Tätä suoritusmuotoa selostetaan seuraavana.

Viitataan kuvaan 9, joka kuvaa pakettidatan välitystä matkaviestinlähtöisesti. Tämä 10 kuva vastaa kuvaa 5 ja siihen liittyvää selitystä sillä lisäyksellä, että siihen on lisätty myös maininta, millä kanavalla kukin viesti lähetetään. Niinpä matkaviestin pyytää tukiasemalta pakettidatakanavaa käyttäen yhteistä hajasaantikanavaa RACH, jota solun kaikki viestimet käyttävät pyytäessään itselleen radiokanavaa. Tukiasema vastaa lähettämällä liikennekanavaosoituksen yhteisellä hajasaantikuittauskanavalla 15 AGCH, minkä jälkeen pakettidatan lähetys ja vastaanoton kuittaus tapahtuvat lii-kennekanavalla. Hajasaantikanavalla RACH lähettävä kutsu sisältää kuvan 3 mukaisesti "Establishment Cause" -kentässä arvon 001. Tämä kanavakutsupyyntö on modifikaatio normaalista GSM-järjestelmän kanavakutsusta. Arvo "011" merkitsisi, että pakettien suunta on verkosta matkaviestimeen. Sen tarkoitus, että "Establishment 20 Cause" -kentän arvo on eri mobile originated-ja mobile terminated -tapauksessa, on varmistaa, että mobile terminated -tapauksen prioriteetti on suurempi, koska verkko on jo joutunut valmistelemaan yhteyttä.

Verkko vastaa kutsuun hajasaantikuittauskanavalla AGCH viestillä, joka on nimel-25 tään "pakettidatan osoitus". Viesti on modifikaatio GSM:n normaalista standardi-viestistä "Immediate Assigment". Modifikaatio on sellainen, että tämän standardi-viestin "message type" -lohkon bittikuvio on keksinnössä 00111101, jota kuviota ei GSM:ssä käytetä muihin tarkoituksiin. "Pakettidatan osoitus"-viestin jälkeen ei signalointi jatku yhteyskohtaisella itsenäisellä hitaalla ohjauskanavalla SDCCH, kuten 30 olisi asia normaalissa liikennekanavaliikennöinnissä vaan nopeammalla FACCH kanavalla. Viestissä on ilmoitettava tämä asia matkaviestimelle. Standardiviestissä on informaatio-osa "channel description" ja siinä on elementti "channel type". Tämä elementti kertoo, että on kytkeydyttävä liikennekanavalle. Täyden nopeuden liiken-nekanavaa TCH ja siihen liittyvää ohjauskanavaa FACCH kuvaava bittikuvio on 3 5 "00001". Tässä elementissä lähetetään myös ajoitusennakko TA ja tehonsäätö, jotka ovat matkaviestimelle tarpeellisia tietoja.

16 97517

Kun matkaviestin on saanut edellä kuvatun modifioidun viestin, se siirtyy välittömästi liikennekanavalle ja aloittaa datapakettien lähetyksen. Mikäli matkapuhelimen ja matkapuhelinkeskuksen välisen yhteyden pystytys vaatii enemmän signalointia ennen puhelimen siirtymistä datapakettien lähetykseen, voidaan signalointi hoitaa 5 täyden nopeuden ohjauskanavalla FACCH.

Liikennekanavan käyttöaika voi olla rajoitettu käytettävän ajan tai pakettien lukumäärän suhteen. Yksinkertaisin ja tehokkain tapa lienee lähettää kaikki data lähetyspuskurista ja vapauttaa liikennekanava TCH, kun puskuri on tyhjä. Koska todel-10 lisen kanavan varaaminen vie muutamia satoja millisekunteja, puhelimessa voi olla ajastin, joka laskee aikaa puskurin tyhjentymisen jälkeen. Liikennekanava vapautetaan vasta, kun asetettu aika on kulunut, eikä välittömästi viimeisen paketin lähetyksen jälkeen. Näin voidaan toistaa lähetystä tai lähettää lisää (mikäli puskuriin on kerääntynyt lisää dataa) ilman kanavan pystytystä, . Ajastimen käyttö lisää interaktii-15 visuuden tunnetta, koska kanavaa ei tarvise pystyttää yhä uudelleen jokaisessa tapauksessa. Jos pakettien lähetysnopeus on suuri, pitää ajastin liikennekanavan TCH varattuna jatkuvasti ja käyttäjä saa vastaukset välittömästi. Ajastimen aika-asetus voi olla käyttäjän aseteltavissa.

20 Operaattori voi myös valita joko vain yhden liikennekanavan solussa datapakettien välittämiseen tai yhtä hyvin useita tai jopa kaikki liikennekanavat.

Kuvassa 10 on esitetty kaaviona ensimmäisen suoritusmuodon toiminnat, kun on lähetettävä pakettidataa verkon kautta matkaviestimelle. Ainoa ero päinvastaiseen ta-25 paukseen verrattuna on se, että aluksi verkko ilmoittaa matkaviestimelle sille tulevasta pakettidatalähetyksestä. Ilmoitus tapahtuu yhteisellä kutsukanavalla PCH kut-suviestissä. Kun matkaviestin on saanut kutsun, jatkuu toiminta, kuten matkaviestin-lähtöisessä tapauksessa, eli viestin lähettää tukiasemalle kanavapyynnön ja toiminta jatkuu kuten kuvan 9 yhteydessä on selostettu.

30

Kuvassa 1 on esitetty ensimmäisen suoritusmuodon mukaisen järjestelyn pakettida-taviestin formaatit. Virtuaalikanavaprotokollan (VCP, Virtual Channel Protocol) paketit muodostetaan OSI-terminologiaa käyttäen kerroksessa 3, linkkikerroksen yläpuolella, ja johdetaan kerroksen 2 siirrostoiminteen L2R (Layer 2 Relay Func-35 tions) kautta radioyhteyskäytäntöön RLP (Radio Link Protocol) lähetettäväksi ilma-rajapinnan (radiotie) kautta. Paketti sisältää otsakkkeen ja dataosan. Otsake sisältää käytettävän ylemmän tason protokollan tunnisteen. Yksi ylemmän tason protokollista on viestimen ja matkapuhelikeskukseen liittyvän agentin väliseen signalointiin 17 97517 käytettävä oma protokolla. Muita mahdollisia protokollia ovat Internet Protocoll (IP), Open Systems Interconnection (OSI) protokolla ja jokin fax-protokolla. Verkon operaattori voi myös lisätä omia palveluitaan agentin hoidettavaksi ja näillä on oma tunnisteensa. Otsakkeessa voi olla vaihtoehtoisesti myös pakettien pituuden ilmoit-5 tava kenttä. Pakettien dataosan pituus eli korkeamman tason oktettien lukumäärä vaihtelee. Yksi paketti voidaan siirtää yhdessä tai useammassa RLP-kehyksessä.

Lopuksi kuvataan keksinnön toista suoritusmuotoa, jonka mukaan pakettidata voidaan lähettää joko liikennekanavalla TCH tai yhteisellä hajasaantikanavalla RACH 10 ja kutsukanavalla PCH. Tarkastellaan matkapuhelinlähtöistä datapaketin lähetystä. Matkaviestin lähettää yhteisellä hajasaantikanavalla RACH kanavapyynnön, joka voi olla kuten edellä esitetyssä tapauksessakin 8 bitin tavu, jonka alussa on bitti-sekvenssi "001". Tämän jälkeen verkko lähettää hajasaantikuittauskanavalla AGCH pakettidatan lähetykseen kehottavan viestin, joka on modifikaatio normaalista GS-15 M-viestistä. Sen viestityypin määrittelyelementissä on bittikuvio "0011110Γ, joka ilmoittaa, että kyseessä on pakettidatatapaus. Lohkossa "Channel Type" merkitsee bittikuvio "00001", että matkaviestimen tulee siirtyä liikennekanavalle TCH ja lähettää pakettidata siinä ja bittikuvio "10000" ilmaisee, että on pysyttävä hajasaantikanavalla RACH ja lähetettävä datapaketit sillä kanavalla. Verkko päätää, kumpaa 20 kanavaa käytetään. Jos solussa puhelinliikenne on suurta, suoritetaan lähetys liikennekanavalla, mutta jos liikenne on vähäistä, käytetään hajasaantikanavaa RACH.

Hajasaantikanavalla RACH tapahtuvaa lähetyksen kestoa rajoitetaan ajastimella tai laskurilla, koska ajoitusennakkotieto TA (Timing Advance) muuttuu hyvin nopeasti 25 ja kanavan varaus vie muilta mahdollisuuden pyytää yhteyden muodostamista..

Toisen suoritusmuodon mukaisen järjestelyn pakettidataviestin formaatteja esittää kuva 12. Jokaisella kehyksellä on 8-bittinen järjestysnumeronsa SN, joka toimii yhteyden tunnisteena. Tukiasema generoi senja lähettää matkaviestimelle paketti-30 datan toimeksianto viestin yhteydessä. Tunnus vapautetaan yhteyden loputtua. Tunnus on tarpeen siksi, että hajasaantikanavan ja liikennekanavan samaan yhteyteen kuuluvat tiedot pystytään yhdistämään. Kuvassa 13 on esitetty tapaus, kun paketti-data lähetetään hajasaantikanavalla. Tällä kanavalla pakettidata lähetetään normaa-lipurskeina, kuva osoittaa RACH-kanavan kehyksen vastaavuuden normaalipurs-35 keena.

. Matkaviestimen on mahdollista esittää toiveena, kumpaa kanavaa se haluaa käyttää datan lähetykseen. Jokaisessa TCH-ja RACH-kehyksessä on kaksi komentobittiä, 18 97517 jotka ilmoittavat seuraavan kehyksen kanavan. RACH-kanavan kautta tapahtuva yhteys voidaan keskeyttää, jos tulee pyyntö siirtyä liikennekanavalle TCH, ja yhtälailla TCH-kanavan kautta tapahtuva yhteys voidaan keskeyttää, jos tulee pyyntö siirtyä RACH-kanavalle. Komentobitit C kehysten lopussa ovat matkaviestimen 5 käytettävissä kanavanvaihtopyyntöön ja lisäksi niillä voidaan ilmoittaa datalähetyk-sen päättyminen. Näitä kahta bittiä voidaan käyttää siten seuraavasti: bitit "11" = siirry samalle kanavalle

bitit "01" = siirry liikennekanavalle TCH

bitit "10" = kytkeydy yhteiselle hajasaantikanavalle RACH ja yhteiselle

10 kutsukanavalle PCH

bitit "00" = lähetys päättynyt.

Kytkeytyminen lähetyskanavalle voidaan toteuttaa kahdella tavalla. Sen jälkeen kun kanavalle kytkeytymiskomento on siirretty, voi matkaviestin pyytää kanavaa "paket-15 tidatan kanavapyyntö" -viestissä ja odottaa kanavanosoitusviestiä valitakseen kanavan, jolla dataliikenne tulee tapahtumaan. Toinen mahdollisuus on lukea viesti verkon puolella ja mikäli komentobitit pyytävät kanavakytkentää, lähetetään "paketti-datan osoitus" -viesti ilman "pakettidatan pyyntö"-viestiä. Paketti on siirretty moneen RLP-kehykseen. Yksi RLP-kehys lomitellaan 22:een TCH-kanavan normaali-20 purskeeseen.

Edellä on selostettu datapakettien lähetystä matkaviestinlähtöisesti toisen suoritusmuodon mukaisessa tapauksessa. Tapaus, jossa pakettidataa lähetetään verkon kautta matkaviestimelle, eroaa edellä mainitusta tapauksesta vain siinä, että verkko 25 huomauttaa matkaviestimelle tulevasta lähetyksestä erityisessä "pakettidatan haku-pyyntö"-viestissä, jonka se lähettää yhteisellä kutsukanavalla PCH. Viesti on modifikaatio GSM-järjestelmän kutsusta, jossa on vapaa bittikuvio käytettävissä tähän tarkoitukseen. Bittikuvioksi valitaan "00100011". Viestiin lisätään laajennuksena datakenttä, jossa käyttäjälle lähetettävä tieto siirretään. Kun matkaviestin on vas-30 taanottanut tämän hakuviestin (tai sarjan hakuviestejä, joihin paketti on laitettu) se . avaa yhteyden ja kuittaa paketin.

Kuvassa 14 on esitetty kaaviollisesti aikajärjestyksessä tapahtumat välitettäessä verkon kautta datapaketteja matkaviestimelle. Pakettien välitys tapahtuuu aluksi liiken-35 nekanavalla, siirtyy sitten hajasaantikanaville, palaa taas liiikennekanavalle ja edelleen hajasaantikanaville. Hajasaantikanavalla liikennöimisaika täyttyy ja yhteys lopetetaan pakotetusti.

Il 19 97517

Edellä on esitetty keksinnön sovellus tunnettuun GSM-järjestelmään. Patenttivaatimusten suojapiiri ei kuitenkaan aseta muita rajoituksia digitaaliselle aikajakoiselle solukkojärjestelmälle kuin että siinä on yhteinen kutsukanava, hajasaantikanava, hajasaannin kuittauskanava sekä liikennekanavat.

«

Claims

97517 20

1. Digitaalinen aikajakoinen solukkojärjestelmä, jonka verkko käsittää ainakin yhden matkapuhelinkeskuksen, siihen liitetyn tukiasemaohjaimen ja useita tukiasemaohjaimeen liitettyjä tukiasemia ja useita matkaviestimiä, jolloin matkaviestimen ja 5 tukiaseman välisiin radiokanaviin kuuluu ainakin: - liikennekanava (TCH), joka on tarkoitettu puheen ja datan välitykseen, sekä mainittuun kanavaan liittyvä ohjauskanava, - hajasaantikanava (RACH), jolla matkaviestimet pyytävät liikennekanavaa, - yhteinen kutsukanava (PCH), jolla tukiasema kutsuu matkaviestintä tulevan puhe-10 lun johdosta, - hajasaantikuittauskanava (AGCH), jolla tukiasema ilmoittaa matkaviestimelle sille osoitetun liikennekanavan, tunnettu siitä, että - matkapuhelinkeskukseen on liittyneenä pakettidatapalveluyksikkö (Agent), joka 15 yhdistää solukkoverkon dataverkkoon, - matkaviestimen kytkeytyessä pakettidatapalveluyksikköön suoritetaan verkolle ominainen yhteyden muodostamiseen liittyvä signalointi, jonka tuloksena matkaviestimessä ja datapalveluyksikössä on tallennettuna joukko toistensa parametreja, joihin kuuluu radiolinkkiprotokolla (RLP) ja jotka muodostavat virtuaalikanavan, 20. matkaviestimen halutessa lähettää tai vastaanottaa datapaketteja pystytetään mat kaviestimen ja datapalveluyksikön välille virtuaalikanavan tietoja hyväksi käyttäen ja siten verkolle ominaista kanavanpystytyssignalointia olennaisesti vähäisemmällä signaloinnilla pakettidatan siirtokanava, jonka yksi osa on radiokanava ja toinen osa on aikaväli digitaalisella runkojohdolla, 25. datapakettien siirron loputtua ainakin mainittu radiokanava puretaan mutta virtu- : aalikanava pidetään yllä matkaviestimen datapalvelusta irtikytkeytymiseen asti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pakettidatapalveluyksikkö (Agent) suorittaa ainakin seuraavat toiminnat: 30. rekisteröi kaikki matkapuhelinkeskuksen alaisuudessa olevat pakettidatapalveluun kytkeytyneet matkaviestimet, - ilmoittaa matkaviestimelle sille tulevista datapaketeista, - välittää matkaviestimen muuhun verkkoon osoittamat datapaketit, - välittää muusta verkosta puhelimeen tulevat viestit, 35. puskuroi datapaketteja, - suorittaa tarpeen mukaan salauksen/salauksen purkamisen, , - suorittaa tarpeen mukaan matkaviestimelle menevän ja sieltä tulevan datan kom- pression/dekompression, II 21 97517 - suorittaa tietokantansa päivityksen (matkaviestimien sijaintipäivitys), - vastaanottaa hakukanavalle osoitettavat datapaketit, - poistaa matkaviestimen rekisteristä, kun se kytkeytyy irti pakettidatapalvelusta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pakettidata- palveluyksikkö (Agent) suorittaa verkkokerroksen datapakettien sovittamisen virtuaalikanavaprotokollapaketteihin, jotka muodostuvat yhdestä tai useammasta radioliikenneprotokolla (RLP) -kehyksestä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että virtuaalikana- vaprotokollapaketissa on tunnistusosa, joka ilmaisee, onko paketin sisältö signa-lointidataa vai ylemmän kerroksen datapakettia.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että matkaviestimen 15 halutessa lähettää datapaketteja se lähettää hajasaantikanavalla tukiasemalle siirtokanavan pystytyspyynnön, joka on modifikaatio verkon normaalista kanavapyynnös-tä.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välitettäessä 20 datapaketteja matkaviestimelle tukiasema lähettää sille yhteisellä kutsukanavalla viestin tulevasta datapakettilähetyksestä, minkä jälkeen matkaviestin lähettää hajasaantikanavalla tukiasemalle siirtokanavan pystytyspyynnön, joka on modifikaatio verkon normaalista kanavapyynnöstä.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että tukiasema lähettää matkaviestimelle signalointiin käytettävän ohjauskanavatiedon sekä siirto-kanavatiedon.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sanotulla 30 ohjauskanavalla suoritetun matkaviestimen ja pakettidatapalveluyksikön välisen lyhyen signaloinnin jälkeen pystytetään pakettidatan siirtokanavan toinen osa, jolloin koko pakettidatan siirtokanava on valmis pakettien välittämiseen.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sanottu lyhyt 35 signalointi käydään nopealla yhteyskohtaisella ohjauskanavalla FACCH, mikäli sellainen on käytettävissä verkossa. 22 97517

10. Patenttivaatimuksen 1 tai 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että siirtokanavan toinen osa on suora PCM-yhteys tukiaseman ohjaimelta pakettidatapalvelu-yksikköön, jolloin tämä siirtokanavan osa on aktiivinen riippumatta pakettidatan välityksestä. 5

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 8 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että siirtokanavan toinen osa on muuttuva aikaväli PCM-runkojohdolla, jolloin tämä toinen osa puretaan datapakettien välityksen loputtua.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pakettidatan siirtokanavan ensimmäinen osa on liikennekanava.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pakettidatan siirtokanavan ensimmäinen osa on haajasaantikanava, kun pakettidataa siirretään 15 matkaviestimestä pakettidatapalveluyksikköön ja yhteinen kutsukanava, kun paketti- dataa siirretään pakettidatapalveluyksiköstä matkaviestimeen.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että pakettidatan siirron aikana siirtokanavan ensimmäinen osa on vuorottani liikennekanava sekä 20 hajasaantikanava ja yhteinen kutsukanava.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että sekä solun kaikille matkaviestimille (broadcast) että määrätyille matkaviestimille (multicast) lähettettävä paging-sanoma lähetetään multicast- ja broadcast-protokollan data- 25 osalla. 23 97517