JP4348442B2 - 移動無線ネットワークでのパケットデータ伝送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、移動局と基地局とを備えた移動無線ネットワークでのパケットデータ伝送方法に関する。
【０００２】
例えばドイツテレコムがダーテックス・Ｐ・サービス（Datex-P-Dienst）として提供しているようなパケットデータ伝送方式は、実際にデータを伝送しているとき以外には伝送容量が不要になると言う長所を備えている。またそれにもかかわらず、パケットデータの伝送期間ならびにその中間の休止期間も含めた全期間にわたって各加入者間には擬永久接続状態が成立するため、伝送対象の各データブロックごとに新たに接続をやり直す必要がない。
【０００３】
例えば従来の電話網のような固定ネットワークのほか、移動局とそれぞれの地域（セル）を担当する基地局との間を、各周波数ごとに多数のタイムスロットを使用に供しながら無線接続可能な移動無線ネットワークが公知であり、この種の移動無線ネットワークの例として、ユーロピアン・テレコミュニケーションスタンダード・インスティチューション発行の技術規定ＥＴＳＩ−ＳＭＧ，ＧＳＭ０５.０１，１９９２年１０月の４.０.１版記載の『ユーロピアン・デジタル・セリュラー・テレコミュニケーション・システム』が挙げられるが、これはＧＳＭ（移動通信用グローバル・システム）と名付けられている。
【０００４】
ドイツ特許第３８２８６０１号によって、回線切換ネットワークでの接続セットアップスピード促進措置が公知にされているが、これは、相互伝送モードにコード番号を付与することによって伝送モードを確立させること、コード番号同定用のネットワークコントロール装置を設けること、このネットワークコントロール装置を、同定された接続相手からの接続リクエストに対してのみ反応可能にして接続ルートを構成させること、および相互伝送モードにおいて既成接続ルートを停止状態にすることにより、これを別のデータ伝送用に使用可能とすること、により構成される。しかし固定ネットワークに対しては典型的なこのような措置も、移動無線ネットワーク内での運営には不適である。
【０００５】
またＩＥＥＥコミュニケーション誌、１９９１年７月号の３１乃至４０頁記載の『Trends in Cellular and Cordless Communications』でＤ．Ｊ．グッドマンがパケットデータ伝送を基本にした移動無線ネットワークを提案しているが、この場合、パケットヘッドに伝送情報の種類を識別するための識別数値を付して伝送することにより、既存移動無線ネットワークでの混信を回避するコントロール手段が用意されている。
【０００６】
しかしこの発明の課題は、移動局と基地局とを備えた移動無線ネットワークにおいてパケットデータ伝送を実現させることである。
【０００７】
この課題は、この発明に基づき、
−パケットデータ伝送のための無線接続を行うとき、関係各移動局に対してトラフィックチャンネルと、その時々のパケットデータ伝送に適用されるコード番号を割り当てること、
−それぞれに割り当てられたトラフィックチャンネルで個々のパケットデータを伝送すること、
−パケットデータ伝送のためにトラフィックチャンネルが割り当てられた複数の移動局共通のコントロールチャンネルを用意すること、
−共通コントロールチャンネル内のパケットデータを、コード番号を用いることによってこれがその時々の当該移動局に属するものであることをマークすること、により、解決される。
【０００８】
この発明に基づく方法によれば、現行移動無線ネットワークの既存装置をパケットデータ伝送にも使用できるようになるので有利である。またこの発明に基づく方法を個々のケースの必須要件に合わせて構成することも可能であり、例えばパケットの長さや、１個のパケットデータ送信に要する最大遅延時間を限定することができる。
【０００９】
またこの発明に手を加え、基地局から移動局への伝送に関するＧＳＭスタンダードに準拠した移動無線ネットワークにおいて、ＡＬＯＨＡ多重アクセス方式のコントロールチャンネルとしてのＲＡＣＨチャンネルと、当該チャンネルの所定フレーム内のタイムスロットとを使用することにより、既存サービスシステムと両立させることが可能となる。
【００１０】
このような実施態様によれば、一つの多重フレーム内の４個のタイムスロットでそれぞれ１個ずつブロックを伝送することにより、パケットデータがブロック方式で伝送されるようになるので、コーディングが容易になる。
【００１１】
また基地局から移動局への伝送に際しても、パケットデータ伝送可能状態に置かれた移動局に対していずれも４個の偶数と奇数の各タイムスロットを割り当てることにより、当該チャンネルの所定フレームのタイムスロットでその他のコントロール情報と共に当該移動局に対するコール・メッセージを、また当該チャンネルのフレームの残りのタイムスロットでデータを、それぞれ伝送させると有利である。
【００１２】
既存サービスシステムとの両立性は、この発明の他の実施態様に基づき、基地局から移動局への伝送に対するＧＳＭスタンダードに準拠した移動無線ネットワークにおいて、当該チャンネルの所定フレームのタイムスロットをコントロールチャンネルとして使用することにより、実現される。そしてこの場合、共通コントロールチャンネルを構成する各タイムスロットに、次のタイムスロットで伝送されるデータの宛て先になる移動局もしくはそれ以降の各ブロックでデータ伝送が許される他の任意の移動局に対するその時々のコール・メッセージを特に包含させることにより、擬永久接続も同時に実現される。
【００１３】
またこの実施態様によれば、一つの多重フレーム内の４個のタイムスロットでそれぞれ１個のブロックが伝送されるので、コーディングが容易になる。また基地局から移動局への伝送に際しても、パケットデータ伝送可能状態にされた移動局に対し、いずれも４個の偶数と奇数の各タイムスロットを割り当てることにより、当該チャンネルの所定フレームのタイムスロットでその他の制御情報と共に関連移動局に対するコールメッセージを、また残りのタイムスロットでデータを、それぞれ伝送させることにより、有利な実施態様が構成される。
【００１４】
コード番号は暫定的なものであり、その都度一つのセルに与えられるものに過ぎないので、異なった多数の番号は不要となり、７桁の二進数で表現可能となる。そしてこの場合データ保護のため、コード番号もコード化して伝送される。
【００１５】
パケットデータのコーディング用に追加されるコーディング装置は、パケットデータを、この発明の他の実施態様に基づき、コントロールチャンネルに対しても使用されるコードを用いて伝送すれば、不要となる。
【００１６】
この発明に基づく方法の枠内での伝送エラーの確認や修正は、多くの用途、例えば当該加入者が自分の地域内でこの措置を実行する場合には不要である。この発明に基づく方法によれば、伝送の確実性を向上させる簡単な手段が、例えばパリティビットの評価によってデータブロックの受信エラーが確認されたら、当該送信局にエラーメッセージを介してデータブロックの再伝送をリクエストすることにより実現される。そしてこの場合、コード番号を含めた８ビットの中の所定の値でエラーメッセージを構成するのが好ましい。
【００１７】
この発明に基づく方法の有利な実施態様においては、基地局から移動局への伝送に際して受信電界強度に対する送信出力制御は行われない。
【００１８】
他の有利な実施態様においては、放送用コントロールチャンネルも伝送するキャリアでパケットデータが伝送される。そしてこの場合にも勿論送信出力コントロールは行われない。
【００１９】
移動無線ネットワークでのパケットデータ伝送は、移動局側からの接続セットアップに際し、移動局からパケット方式でデータを伝送したい情報と、使用に供される多数のブロックとを送信することによっても実行可能である。
【００２０】
そしてこの場合、チャンネル・リクエストによって直接、もしくはチャンネル・リクエストに基づき基地局が即時アクセスを命じたら、パケット方式で伝送させたい情報と複数のデータブロックとを送信するようにするとよい。
【００２１】
この場合、逆方向へのパケットデータ伝送は、基地局が移動局をコールすること、ＳＤＣＣＨ（stand-alone dedicated control channel）を割り付けること、および伝送終了と一方向性とを告げるＬ３メッセージを送信することによって開始される。また基地局から移動局へのパケットデータ伝送に放送チャンネルを利用することも可能で、アドレッシングと、必要に応じてのデータ保護は、それ自体は公知の手段で実行すればよい。
【００２２】
次にこの発明の実施例を下記各図面を参照して更に詳細に説明する。
【００２３】
図１は、２６個のタイムスロットを備えた多重フレームの構造であるが、このフレームは移動局から基地局にパケットデータを伝送するのに利用される。
【００２４】
図２は、２６個のタイムスロットを備えた多重フレームの構造で、このフレームは基地局から移動局にパケットデータを伝送するためのものである。
【００２５】
以下の実施例の説明に際しては、通常の専門用語にＧＳＭスタンダードで定義されている英語による表現を使用することにする。各移動局とそれぞれの基地局との間の無線連絡には一般に複数の周波数が使用されるが、これらそれぞれの周波数は、周期幅１５６、２５ビットのタイムスロットで分割された時分割多重信号で変調される。そしてこのタイムスロット８個で１個のフレームが構成され、また２６ないし５１個で多重フレームが構成される。この多重フレームが５１ないし２６個でスーパーフレームが、また２０４８個でハイパーフレームがそれぞれ構成される。そしてフレーム、多数のタイムスロットおよび周波数ジャンプシーケンスの一連の繋がりによってフィジカルチャンネルが定義される。
【００２６】
ロジカルチャンネルは、ユーザーデータ伝送（トラフィックチャンネル、ＴＣＨ）もしくはこれ以降シグナリングとも称する制御情報の伝送（コントロールチャンネル、ＣＣＨ）に用いられる。このトラフィックチャンネルとコントロールチャンネルは、それぞれのデータ転送速度や所定任務に応じてさまざまな種類に分類されるが、以下の記述においては、この発明の説明に必要な場合にのみこれに触れることにする。
【００２７】
以下この発明に基づき提供されるサービスを、ＧＰＲＳ（＝ジェネラル・パケット・ラジオサービス）と称することにする。このサービスは、移動局あるいは固定電気通信ネットワーク加入者からのリクエストに基づくものであり、かつこれら両者を対象にしたものであるが、これ以降、一つの移動局と一つの基地局相互間のみを対象にしてこの発明を説明することにする。接続を受け入れたあと、パケットデータ伝送可能態勢に置かれている期間中のネットワーク状態を、擬永久（クアジ・パーマネント）接続と言う。
【００２８】
ここに説明する実施態様においては、通常のトラフィックチャンネルＴＣＨが、データパケット伝送用のＧＰＲＳチャンネルとして利用されるが、この場合、ＧＰＲＳ用として確保されるチャンネル数は予め固定しておいても、あるいは必要に応じて変化させてもよい。移動局から基地局への伝送（アップリンク、ＵＬ）には別々の２本のチャンネルが使用されるが、その中の１本がコントロールチャンネルＲ（図１）として利用され、ＧＰＲＳ用に手直しされたランダムアクセスコントロールチャンネル（ＲＡＣＨ）となる。図１に描かれている多重フレームでは、偶数すなわち０，２，．．．２４で示されているすべてのタイムスロットＴＳがＲチャンネルとして使用されるが、この場合、バーストタイプもまたコーディングも非修正ＲＡＣＨチャンネルに合わせて設計される。
【００２９】
Ｒチャンネルには勿論コード番号ｋのための７ビットが含まれるが、このｋは０ないし１２７の間の適切な値であればよい。また基地局に対する移動局の容量リクエスト用としてもう１個のビットが用意されるが、この正常値の値を０に設定した場合、これが１になるとエラー通報となり、逆方向へのデータ伝送に際してエラーが認識される。各多重フレームには、それぞれ１３個のＧＰＲＳ・ＲＡＣＨタイムスロットが存在する。
【００３０】
各メッセージＭごとに４個のタイムスロットが用意されるが、各タイムスロット上へのメッセージ割り込み（インターリービング）とコーディングは、コントロールチャンネルでのコーディングと同様の方式で実行される。図１に描かれている例では、それぞれ４個のタイムスロットを備えた３個のメッセージが多重フレーム上に次のように割りつけられる：
Ｍ１＝ＴＳ１，３，５，７
Ｍ２＝ＴＳ９，１１，１３，１５
Ｍ３＝ＴＳ１７，１９，２１，２３
またタイムスロットＴＳ２５はフリーのままとされる。そして個々のケースでは必要に応じてこれ以外の割り込み方式を選択して伝送品質を向上させてもよい。
【００３１】
基地局から移動局への伝送（ダウンリンク、ＤＬ）では、多重フレームが図２のように構成され、ＴＳ０ないしＴＳ２２のタイムスロットの中の偶数番号の４個ごとに１個のコントロールチャンネルＣＣＣＨ（コモンコントロールチャンネル）が含まれるが、この発明に基づく方法を実行させるため、このチャンネルはＧＳＭスタンダードによるものとは異なったものとされ、これをＰＡ（ページング）と称することにする。図に示されている各多重フレームにはそれぞれ３個のコントロールチャンネルＰＡ１、ＰＡ２およびＰＡ３が用意されている。そしてこれら各チャンネルそれぞれに、移動局にパケットデータ伝送用のそれぞれ４個のタイムスロットを有するメッセージＭ１やＭ２やＭ３を割り付けるための情報が含まれている。ＰＡメッセージの割り付けとコーディングは、コントロールチャンネルでの通常のシグナリングに相当する。
【００３２】
各ＰＡメッセージ（ページングメッセージ）にはいずれも８ビットの二つのコーリングメッセージＰ１，Ｐ２が含まれるが、この中の一つであるＰ１が、これに引き続く４個のタイムスロットを有するメッセージＭを相手側移動局に割り付けるためのものであるのに対し、他方のコーリングメッセージＰ２は、この間に他の移動局も呼び出せるようにするためのものである。
【００３３】
上述したように奇数のタイムスロットであるＭ１，Ｍ２およびＭ３を介してデータが伝送されるが、この場合、各メッセージごとに４個のタイムスロットが用意される。そして割り込みとコーディングはやはりシグナリングの場合と同様に実行される。各多重フレームにはそれぞれ４個のタイムスロットを備えた３個のメッセージ、すなわちタイムスロット１，３，５，７のメッセージＭ１、同じく９，１１，１３，１５のＭ２，１７，１９，２１，２３のＭ３が用意される。またタイムスロット２４と２５はフリーのままとされる。
【００３４】
タイムスロットＭによって構成されるＧＰＲＳチャンネルはコード化されずに動作するが、各加入者にはコード化された番号が割り当てられているので、その名前は伏されたままとなる。またこのＧＰＲＳチャンネルでは、通常のＳＦＨ（低周波数ホッピング）が利用される。しかしパケットデータ伝送では、原則的に逆方向チャンネルが同時には使用されないので、ＧＰＲＳチャンネルにおいても問題なく送信出力コントロール可能である。
【００３５】
更に詳細に説明するため、運転モード切換のためのさまざまな手順について考察することにするが、この運転モードは次の３種類、すなわち移動局の受信応答モード（アイドルモード）、擬永久接続モードおよびパケットデータ伝送モードに分類される。そしてＧＰＲＳ用移動局（ＧＰＲＳ−ＭＳ）は、アイドルモードの期間中、ＢＣＣＨ（ブロードキャスト・コントロールチャンネル）での従来の移動局と同様な状態に置かれる。
【００３６】
移動局をＧＰＲＳモードに切り換えると、これがランダムアクセスを実行してＳＤＣＣＨ（stand-alone dedicated control channel）に切り換わる。そしてこれによって確認とコード化モードのセッティングが公知の様式で実行される。そしてＧＰＲＳチャンネルに対し、当該移動局に対する基地局のコード番号割り当ての決定が求められるほか、ＧＰＲＳチャンネルが、通常のトラフィックチャンネルＴＣＨのアロケーションと同様にアロケートされる。この手順完了後も当該移動局はＧＰＲＳチャンネル上でまだ不活性のままである。
【００３７】
別の加入者が当該移動局とＧＰＲＳを介して交信しようとする場合、移動局ＭＳの呼び出し（ページング）とランダムアクセスとが従来様式で実行される。そしてこれに引き続きＳＤＣＣＨへの切換と確認およびコード化モードのセッティングが行われ、前記ケースと同様にコード番号とチャンネルの割り付けが実行される。
【００３８】
ＧＰＲＳチャンネル上で不活性のまま、基地局と擬永久接続状態に置かれた移動局はＧＰＲＳメッセージを送ろうとするが、このときタイムスロットＲ（図１）の一つでランダムアクセスが実行される。そしてネットワークすなわち基地局がタイムアドバンスＴＡを確認して４つのタイムスロットを有するメッセージＭに対してそれぞれＰＡを割り付ける（図２）。このとき必要に応じ、送信出力コントロールデータも一括伝送可能である。ＰＡ内の二つのコーリングメッセージＰ１とＰ２は、同一ＧＰＲＳチャンネル上に所在するＧＰＲＳに適合した他の移動局にデータを伝送したい場合や、伝送エラーを修正しなければならない場合にのみ利用される。
【００３９】
移動局向けＧＰＲＳメッセージが存在すると、当該移動局がＰＡメッセージのＰ１を介して呼び出されるが、この結果、ダウンリンク内の当該移動局に対し、前述したアップリンクの移動局と同一の４個のタイムスロットが割り当てられる。ただしこの場合、タイムアドバンスＴＡや送信出力コントロールは不要である。
【００４０】
ある移動局に対する通常の電話呼び出しは、ＰＡメッセージのＰ２を介して実行されるが、この結果、当該移動局がＢＣＣＨに切り換えられてランダムアクセスが実行され、通常の移動電話接続と同様な手順が進められる。
【００４１】
この実施例によれば、適正に受信されたＭメッセージに対するＡＣＫ（受領信号）の返信は行われないが、Ｍメッセージが移動局で正しく受信されなかった場合には、このことがパリティビットの評価によって確認される。そして基地局に対し最後のメッセージをもう一度繰り返すべきことが、８ビットが『１』にセットされたランダムアクセスを介して通報される。移動局から基地局への伝送に際してもこれと同じ手順が実行されるが、この場合、８ビットを『１』にセットすることによりエラーメッセージがＰ２を介して伝達される。
【００４２】
擬永久接続状態は、移動局が通常のＲＡＣＨ，ＳＤＣＣＨで自己申告して打ち切りを通知し、必要に応じてコード番号とチャンネルを知らせることにより、移動局側から打ち切ることができる。固定ネットワーク加入者が接続を打ち切る場合には、基地局（ＢＳＳ）がＰ２を介して移動局を呼び出し、ＲＡＣＨ，ＳＤＣＣＨ経由でこのことを通知することにより、基地局が移動局に打ち切りを知らせる。
【００４３】
移動局がＰＡメッセージやＭメッセージを適正に受信できなくなったり、比較の結果、他の基地局の方がＣ１値が良好であることが分かった場合、移動局はコール証明としての旧基地局と旧ＧＰＲＳチャンネルのコード番号を提示しながら新ＢＴＳ（再呼び出しの一種）で自己申告する。従ってこのハンド・オーバーは移動局の責任になる。
【００４４】
代案としてＢＣＣＨ，ＲＡＣＨ上の移動局は、通常の測定値伝送が行われるＳＤＣＣＨによってもよい。ハンド・オーバーはＢＳＳによって開始される。
【００４５】
またアップリンク・Ｍの容量に空きがある場合にはＢＳＳがハンド・オーバーの恐れのある移動局をポーリングして測定値を伝送させることも可能である。

Claims (18)

1. 移動局と基地局とを備えた移動無線ネットワークにおける、移動通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）のデータ伝送方法において、
   基地局と移動局がＳＤＣＣＨチャンネルにより、パケットデータ伝送可能（擬永久接続状態）とされる工程と、
   移動無線ネットワークに対してトラフィックチャンネルとコントロールチャンネルを提供する工程と、
   移動局がパケットデータの送信をする時に、関連各移動局に対して基地局がトラフィックチャンネルを割り当てる工程と、
   該移動局に対して、その時々のパケットデータ伝送に適用されるコード番号を割り当てる工程と、
   前記移動局に割り当てられたトラフィックチャンネルで個々のパケットデータを伝送する工程と、
   基地局から移動局へパケットデータを伝送する時に、共通のコントロールチャンネルを用いて複数の移動局に対してトラフィックチャンネルの割り当てる工程と、
   前記コード番号を用いて、該共通コントロールチャンネル内のパケットデータをそれぞれの移動局に関連付けする工程とからなり、
   前記パケットデータが前記コード番号に従って伝送されることを特徴とするパケットデータ伝送方法。
2. 前記コントロールチャンネルが、移動局から基地局への伝送に関するＧＳＭスタンダードに準拠した移動無線ネットワークにおけるＡＬＯＨＡ多重アクセス方式のものであり、該コントロールチャンネルとして、ＲＡＣＨチャンネルと、提供された一つのチャンネルの所定フレームのタイムスロットとを使用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記パケットデータをブロック方式で伝送し、多重フレーム内の４個のタイムスロットでそれぞれ１個ずつのブロックを伝送することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記コード番号が前記提供された一つのチャンネルの所定のフレームのタイムスロット内で移動局から伝送されると共に、前記提供された一つのチャンネルの所定フレームのタイムスロットのうちの残りの部分でデータが伝送され、いずれも４個の偶数と奇数の各タイムスロットが移動局に割り当てることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記提供された一つのチャンネルの所定フレームのタイムスロットが、基地局から移動局への伝送のためのコントロールチャンネルとして利用されることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
6. 前記コントロールチャンネルを構成する各タイムスロットのそれぞれには、次のタイムスロットで伝送されるデータの宛て先になる移動局、又は、その各ブロックでデータ伝送可能にする他の任意の移動局に関係したページングメッセージが含まれていることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 移動局を記述するページングメッセージが前記提供された一つのチャンネルの所定フレームのタイムスロット内で伝送されると共に、前記提供された一つのチャンネルの所定フレームのタイムスロットのうちの残りの部分でデータが伝送され、パケットデータ伝送態勢にされた移動局に対していずれも４個の偶数と奇数の各タイムスロットが割り当てられることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記コード番号が７桁の二進数であることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
9. 前記コード番号の伝送がコード化して実行されることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
10. 前記コード番号の伝送が、コントロールチャンネルに対しても使用されるコードを用いて実行されることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
11. パリティビットの評価によってデータブロックの受信エラーが確認された場合、当該送信局がその都度エラーメッセージによってパケットデータの再送をリクエストされることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
12. 前記エラーメッセージが、前記コード番号が含まれた８ビットの所定の値によって構成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 基地局から移動局への伝送に際して、受信電界強度に関する送信出力制御が行われないことを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
14. パケットデータ伝送が、ブロードキャスト・コントロールチャンネルも伝送するそれぞれのキャリアで主として実行されることを特徴とする前記請求項１に記載の方法。
15. 移動局側からの接続に際して、移動局からパケット方式でデータを伝送したい情報と、使用に供されるその時々の複数のタイムスロットで構成された多数のブロックとが送信されることを特徴とする請求項１記載の方法。
16. パケット方式でデータを伝送したい情報と多数のデータブロックがチャンネルリクエストによって直接送信されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記チャンネルリクエストに基づき基地局が即時にアクセスを命じたときに、パケット方式でデータを伝送したい情報と多数のデータブロックとが送信されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. 基地局から移動局へのパケットデータ伝送にブロードキャストチャンネルが利用されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。

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