TWI503037B

TWI503037B - 行動通訊裝置及資料傳輸方法

Info

Publication number: TWI503037B
Application number: TW101140938A
Authority: TW
Inventors: Tsung Yo Cheng
Original assignee: Acer Inc
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-10-01
Also published as: EP2590381A1; TW201320805A; CN103167013A; CN103167013B; EP2590381B1

Description

行動通訊裝置及資料傳輸方法

本發明主要關於控制資料傳輸量(data throughput)之技術，特別係有關於一種裝置及方法，其係藉由動態調整通訊協定層之視窗尺寸而改善資料傳輸量。

隨著科技快速地發展，使用者可透過桌上型電腦、筆記型電腦、個人數位助理、或智慧型手機輕鬆地連接上網路，而為了在同一網路架構下讓不同規格的電子裝置能夠進行通訊，於是國際標準化組織(International Organization for Standardization，ISO)提出了開放式通訊系統互聯(Open Systems Interconnection，OSI)模型，以供管理兩兩系統之間的網路戶聯。

在開放式通訊系統互聯模型所定義的網路環境中，接收端或傳送端的每個協定層都被設定以辨識來自同一協定層的資料。在傳送端，資料封包係依序從最高的協定層往下傳送至最底的協定層，然後再透過應用程式傳送至接收端。在接收端，當接收到資料封包時，係依序拆開(unpack)每個資料封包，然後將之分發至對應之協定層。需注意的是，每個協定層會有其用於各自處理任務時所需之傳輸參數及緩衝區尺寸。然而，當資料封包自一處理速度較快之高協定層往下傳送至一處理速度較慢之低協定層時，即可能造成使資料傳輸拖延的問題。反之，當高協定層發生資料緩衝區不足或傳輸擁塞的狀況時，即使低協定層可提供較快之處理速度，仍將無法提升整體之資料傳輸量。

因此，針對上述問題，本發明提出了相應之解決方案，讓行動通訊裝置(如：使用者裝置(User Equipment，UE)、行動台(Mobile Station，MS)、或行動終端(Mobile Terminal，MT)等)能夠提升整體資料傳輸量。

本發明之一實施例提供了一種行動通訊裝置，包括一無線模組與一控制器模組。上述無線模組係用以執行與一服務網路之間之無線傳輸與接收。上述控制器模組係用以透過上述無線模組量測與一第一協定層相關之上述服務網路之一鍊結品質，決定與上述第一協定層相關之用以支援空間多工(spatial multiplexing)之一傳輸層數，以及根據上述鍊結品質與上述傳輸層數調整與一第二協定層相關之一資料傳輸參數。其中上述第二協定層在一多協定堆疊架構中係高於上述第一協定層。

本發明之另一實施例提供了一種資料傳輸方法，適用於根據一多協定堆疊架構無線地連接至一服務網路之一行動通訊裝置，上述資料傳輸方法包括以下步驟：量測與一第一協定層相關之上述服務網路之一鍊結品質；決定與上述第一協定層相關之用以支援空間多工之一傳輸層數；以及根據上述鍊結品質與上述傳輸層數調整與一第二協定層相關之一資料傳輸參數，其中上述第二協定層在一多協定堆疊架構中係高於上述第一協定層。

關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之行動通訊裝置以及資料傳輸方法做些許的更動與潤飾而得到。

本章節所敘述的是實施本發明之最佳方式，目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第1圖係根據本發明一實施例所述之網路環境示意圖。在網路環境100中，行動通訊裝置110係透過空中介面(air interface)無線地連接至服務網路120以取得無線服務。服務網路120包括至少一無線存取網路121及核心網路122，一般而言，無線存取網路121係由核心網路122控制以提供無線傳輸與接收之功能，且無線存取網路121可包括一或多個無線基站，例如：基地台(Base Station，BS)、基站節點(Node-B)、或進化式基站節點(evolved Node-B，Enb)等，端視服務網路所使用的無線存取技術(Radio Access Technology，RAT)而定。雖未繪示，核心網路122可進一步介接至電路交換(Circuit Switched，CS)領域之外部網路(例如：公眾交換電話網路(Public Switched Telephone Network，PSTN))、以及/或封包交換(Packet Switched，PS)領域之IP網路(例如：網際網路(Internet))。

行動通訊裝置110包括了無線模組111與控制器模組112，其中無線模組111係用以執行無線傳輸與接收功能，控制器模組112係用以控制無線模組111之運作狀態。進一步說明，無線模組111可為一射頻(radio frequency，RF)單元，而控制器模組112可為一基頻(baseband)單元之通用處理器或微控制單元(Micro-Control Unit，MCU)。基頻單元可包括多個硬體裝置以執行基頻信號處理，包括類比數位轉換(analog to digital conversion，ADC)/數位類比轉換(digital to analog conversion，DAC)、增益(gain)調整、調變與解調變、以及編碼/解碼等。射頻單元可接收射頻無線信號，並將射頻無線信號轉換為基頻信號以交由基頻模組進一步處理，或自基頻信號模組接收基頻信號，並將基頻信號轉換為射頻無線信號以進行傳送。射頻單元亦可包括多個硬體裝置以執行上述射頻轉換，舉例來說，射頻單元可包括一混頻器(mixer)以將基頻信號乘上行動通訊系統之射頻中之一震盪載波，其中該射頻可為長期演進(Long Term Evolution，LTE)技術/長期演進強化(LTE-Advanced)技術所使用之900兆赫、2100兆赫、或2.6吉赫，或視其它無線存取技術之標準而定。雖未繪示，行動通訊裝置110還可進一步包括其它功能模組，例如：用以提供人機介面之顯示單元、按鍵(keypad)、以及用以儲存應用程式之儲存單元等。

第2圖係根據本發明一實施例所述由開放式通訊系統互聯模型所定義之多協定堆疊架構之示意圖。由下至上，協定層1~7依序為實體層(Physical layer)、資料鍊結層(Data Link layer)、網路層(Network layer)、傳輸層(Transport layer)、會議層(Session layer)、表達層(Presentation layer)、以及應用層(Application layer)。實體層位於最底層，也是最接近硬體裝置的協定層；而應用層位於最高層，也是最接近軟體程式的協定層。一般而言，協定層1~3係負責處理網路存取，而協定層4~7係負責處理訊息發送端與接收端之間的點對點通訊。每個協定層都至少包括介於其上位與下位邏輯邊界之間的功能，而每個協定層所提供的服務係與其下層協定層的服務進一步整合在一起，以建立新的服務供上層協定層所用。

明確來說，在開放式通訊系統互聯模型中，實體層與資料鍊結層係設定用以處理網路硬體連線，且可實作於各式網路存取介面，如：乙太網介面、符記環(Token-Ring)介面、或光纖分散式數據介面(Fiber Distributed Data Interface，FDDI)等。網路層係設定用以使用各式協定於傳輸端及接收端之間傳遞訊息，例如於辨識位址或選擇傳輸路徑時使用網際網路協定(Internet Protocol，IP)、位址解析協定(Address Resolution Protocol，ARP)、反向地址轉換協定(Reverse Address Resolution Protocol，RARP)、或網際網路控制訊息通訊協定(Internet Control Message Protocol，ICMP)。傳輸層係設定用以使用傳輸控制協定(Transmission Control Protocol，TCP)及使用者資料包通訊協定(User Datagram Protocol，UDP)在不同主機之間傳遞訊息。會議層、表達層、以及應用層係設定用以提供各式應用協定，諸如：遠端登入(TELNET)、檔案傳輸協定(File Transfer Protocol，FTP)、簡單信件傳輸協定(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)、第三版郵局協定(Post Office Protocol version 3，POP3)、簡單網路管理協定(Simple Network Management Protocol，SNMP)、網路新聞傳輸通訊協定(Network News Transfer Protocol，NNTP)、網域名稱系統(Domain Name System，DNS)、網路資訊系統(Network Information System，NIS)、網路檔案系統(Network File System，NFS)、以及超文字傳輸通訊協定(Hypertext Transport Protocol，HTTP)。因此，只要是具有用於資料傳輸的多協定堆疊架構的無線網路系統，皆可適用本發明之資料傳輸方法。

需注意的是，在開放式通訊系統互聯模型中，傳輸端與接收端之間的網路層通訊及信令可使用各式的無線通訊標準，例如：無線區域網路(Wireless Fidelity，WiFi)、全球行動通訊系統/通用封包無線服務(Global System for Mobile Communications/General Packet Radio Service，GSM/GPRS)、寬頻分碼多工(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)、分碼多工2000(寬頻分碼多工)、長期演進、以及長期演進強化等。第3圖係根據本發明一實施例所述在開放式通訊系統互聯模型與長期演進通訊堆疊之間的對應關係示意圖。如第3圖所示，開放式通訊系統互聯模型中的實體層係對應至長期演進的協定層1，其係使用分頻多工/分時多工(Frequency-Division Duplexing/Time-Division Duplexing，FDD/TDD)、或正交多頻分工/單載波分頻多重存取技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Single carrier frequency division multiple access，OFDM/SC-FDMA)提供無線存取功能。開放式通訊系統互聯模型中的資料鍊結層係對應至長期演進的協定層2，其包括子協定層：媒體存取控制層(Medium Access Control，MAC)、無線鍊結控制層(Radio Link Control，RLC)、以及封包資料匯聚層(Packet Data Convergence Protocol，PDCP)。開放式通訊系統互聯模型中的網路層係部份地對應至長期演進的子協定層無線資源控制層(Radio Resource Control，RRC)、以及非存取層級(Non-Access Stratum，NAS)，此外，網路層還包括一網際網路協定實體，用以進行定址、選路(routing)、服務類型定義、封包分段、封包重組、以及安全性等處理。開放式通訊系統互聯模型中的傳輸層係使用傳輸控制協定，以進行封包序號、封包確認、核對和(checksum)、以及重傳等處理。而開放式通訊系統互聯模型中的會議層、表達層、以及應用層係被設定用以提供應用協定。

第4圖係根據本發明一實施例所述之資料傳輸方法之流程圖。本發明之資料傳輸方法可適用於一行動通訊裝置，如：行動通訊裝置110，使其動態調整通訊協定之視窗尺寸以提升資料傳輸量。首先，行動通訊裝置量測與一第一協定層相關之上述服務網路之一鍊結品質(步驟S410)，接著，行動通訊裝置決定與上述第一協定層相關之用以支援空間多工之一傳輸層數(步驟S420)。之後，行動通訊裝置再根據上述鍊結品質與上述傳輸層數調整與一第二協定層相關之一資料傳輸參數(步驟S430)。明確來說，上述第二協定層在一多協定堆疊架構中係高於上述第一協定層。需注意的是，上述資料傳輸參數可用於下行資料傳輸、上行資料傳輸、或同時用於下行及上行資料傳輸。

針對第3圖所示之實施例，步驟S410的鍊結品質可為連接至服務網路之一下行傳輸鍊結之一通道品質指標(Channel Quality Indicator，CQI)，步驟S420的傳輸層數可為用於多進多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)之一秩數指標(Rank Indicator，RI)，而所述第一協定層則可為長期演進協定堆疊之實體層。步驟S430的資料傳輸參數可為一傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸，而所述第二協定層則可為第3圖所示之多協定堆疊架構中之傳輸層或網路層。舉例來說，在步驟S420，如果所使用的是2x2的多進多出，則秩數指標為2；如果未使用多進多出，則秩數指標為1。在步驟S430所述的資料傳輸參數可由以下公式計算得到：

其中MaxTCPWindowSize代表傳輸控制協定/網際網路協定之最大視窗尺寸，MinTCPWindowSize代表傳輸控制協定/網際網路協定之最小視窗尺寸，CQI_Indexed_TBS代表當下量測之通道品質指標所對應之傳輸區塊尺寸(Transport Block Size，TBS)，MAX_CQI_TBS代表最大通道品質指標所對應之傳輸區塊尺寸，Weight代表一常數、或當下量測之通道品質指標之一加權函式(weighting function)。

明確來說，所述最大通道品質指標可根據第三代合作計劃組織(3rd Generation Partnership Project，3GPP)所制訂的規格書TS 36.213中的表格7.2.3-1而決定。所述當下量測之通道品質指標所對應之傳輸區塊尺寸、以及最大通道品質指標所對應之傳輸區塊尺寸可藉由在規格書TS 36.213中的表格7.1.7.1-1與表格7.1.7.2.1-1查詢而決定。其中，表格7.1.7.1-1與表格7.1.7.2.1-1明列了調變編碼方式(Modulation and Coding Scheme，MCS)之索引(index)與傳輸區塊尺寸之索引之間的對應關係。如果Weight代表的是當下量測之通道品質指標之一加權函式，則該加權函式可為一線性函式、非線性函式、或離散函式，只要其能夠使當下量測之通道品質指標與傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸保持在正相關(positive correlation)即可。

當可理解的是，上述通道品質指標及傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸僅為用以說明之實施例，亦可運用其它與鍊結品質、資料傳輸率相關之參數來替代之，且本發明不在此限。同理，長期演進協定堆疊僅為用以說明之實施例，亦可運用其它無線存取技術之協定堆疊來對應開放式通訊系統互聯模型。

為進一步說明本發明之特徵及優點，以下試圖以傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸為範例代表步驟S430中所述之資料傳輸參數。滑動視窗(sliding window)之概念係運用於傳輸控制協定/網際網路協定中，讓傳輸端可在接收端一一確認接收之前就一次傳送多個封包，如此一來，便可透過此多重傳送多重確認之技術增加網路頻寬使用率及資料傳輸速度。簡單來說，接收端可使用傳輸控制協定/ 網際網路協定之視窗尺寸將其用以接收封包之可用緩衝區尺寸通知傳送端，讓傳送端可在傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸變小時降低其資料傳輸量，並於傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸變大時提升其資料傳輸量。因此，本發明可根據低協定層(例如：實體層)所取得的鍊結品質與傳輸層數來動態調整高協定層(例如：網路層或傳輸層)的傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸，藉此而達到改善資料傳輸量之效果。

第5圖係根據本發明一實施例所述之行動通訊裝置在下行資料傳輸時其中之高協定層與低協定層之間的作業示意圖。如第5圖左側所示，當量測到低協定層之鍊結品質低落(意即，通道品質指標的值小)、且/或用以支援空間多工之傳輸層數偏小(意即，秩數指標的值小)時，則表示低協定層目前只能提供低速無線傳輸。以傳統技術而言，高協定層並不會在決定傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸時考量低協定層之鍊結品質及傳輸層數，因此，在此情況下仍可能選擇過大的傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸而造成資料傳輸拖延的問題以及不必要的電力消耗。相較之下，本發明針對此一情況能夠使高協定層動態縮減傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸，而達到節省電力以及改善資料傳輸量之效果。

如第5圖右側所示，當量測到低協定層之鍊結品質良好(意即，通道品質指標的值大)、且/或用以支援空間多工之傳輸層數偏大(意即，秩數指標的值大)時，則表示低協定層目前能夠提供高速無線傳輸。以傳統技術而言，在此情況下，高協定層仍可能選擇較小的傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸，而無視低協定層目前能夠提供高速無線傳輸。相較之下，本發明針對此一情況能夠使高協定層動態調升傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸，而達到改善資料傳輸量之效果。

同理，第6圖係根據本發明一實施例所述之行動通訊裝置在上行資料傳輸時其中之高協定層與低協定層之間的作業示意圖。如第6圖左側所示，當量測到低協定層之鍊結品質低落(意即，通道品質指標的值小)、且/或用以支援空間多工之傳輸層數偏小(意即，秩數指標的值小)時，本發明之高協定層會動態縮減傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸。如第6圖右側所示，當量測到低協定層之鍊結品質良好(意即，通道品質指標的值大)、且/或用以支援空間多工之傳輸層數偏大(意即，秩數指標的值大)時，本發明之高協定層會動態調升傳輸控制協定/網際網路協定之視窗尺寸。因此，上行資料傳輸的整體資料傳輸量便得以改善。

本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧網路環境

110‧‧‧行動通訊裝置

111‧‧‧無線模組

112‧‧‧控制器模組

120‧‧‧服務網路

121‧‧‧無線存取網路

122‧‧‧核心網路

第1圖係根據本發明一實施例所述之網路環境示意圖。

第2圖係根據本發明一實施例所述由開放式通訊系統互聯模型所定義之多協定堆疊架構之示意圖。

第3圖係根據本發明一實施例所述在開放式通訊系統互聯模型與長期演進通訊堆疊之間的對應關係示意圖。

第4圖係根據本發明一實施例所述之資料傳輸方法之流程圖。

第5圖係根據本發明一實施例所述之行動通訊裝置在下行資料傳輸時其中之高協定層與低協定層之間的作業示意圖。

第6圖係根據本發明一實施例所述之行動通訊裝置在上行資料傳輸時其中之高協定層與低協定層之間的作業示意圖。