WO2003013097A2 - Verfahren zur übertragung von paketdaten in einem mobilfunknetz - Google Patents

Verfahren zur übertragung von paketdaten in einem mobilfunknetz Download PDF

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WO2003013097A2
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Alexander Mircescu
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Definitions

  • the invention relates to a method for packet-oriented transmission of data between at least one mobile radio terminal and a receiving and transmitting station according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a mobile terminal and a receiving and transmitting station for performing such a method.
  • packet switching packet-oriented data networks
  • the data to be transported are divided into individual data packets, each data packet receiving an address code which identifies the recipient of the transmission.
  • the individual data packets are then transmitted independently of one another - they can even use different transmission paths.
  • the data packets are forwarded over sections from one network node to the next and buffered in this before they transferred to the addressee.
  • packet switching the transmission bandwidth is requested as required and can be made available to several logical connections at the same time.
  • the principle of packet switching is defined in various standards, the best known of which is described in ITU-T recommendation x.25.
  • Each data packet is equipped with an address information field (header), which contains all information relevant to the exchange. This includes address information from the recipient and sender, information on sending, routing information and information to the recipient.
  • header contains all information relevant to the exchange. This includes address information from the recipient and sender, information on sending, routing information and information to the recipient.
  • the individual data packets are put together again to form the original data stream.
  • each data packet is transmitted individually in a loose order and is put together again by the received station to form a complete message. It can happen that the order of the received data packets is incomplete and mixed up due to data packet loss, "overtaking" of data packets and unwanted duplication. This requires special measures, which are implemented in protocols, which are also contained in the headers have to.
  • VoF Voice over Frame Relay
  • VoIP Voice over IP
  • the dialing of a mobile user into the Internet is predominantly radio technology via the base stations based on circuit switching BTS (Base transiver station) of the public, mobile telephony network. This means that both the technical and the tariff boundary conditions of these networks are accepted.
  • BTS Base transiver station
  • the data rate can be increased using HSCSD (High Speed circuit-switched data).
  • HSCSD High Speed circuit-switched data
  • the data rate is increased by bundling several GSM data channels, which then make a multiple of their capacity available. Due to the channel bundling, the connection fees multiply depending on the number of data channels.
  • GPRS General Packet Radio Service
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • the invention is therefore based on the object of a method for data connection with high transmission speed to specify between a mobile radio terminal and a packet-oriented data network and an arrangement suitable for carrying out this method.
  • the idea on which the invention is based consists in connecting the receiving and transmitting station to the packet-oriented data network, in particular the Internet, via a server device.
  • Data from the Internet are still transmitted as data packets via an air interface from the station to the mobile terminal.
  • This data is primarily HTML pages that the user of the end device has requested.
  • video and voice data can also be transmitted to the terminal.
  • the mobile radio terminal also sends the data to the receiving and transmitting station in a packet-oriented manner.
  • the data generated in the terminal are created in accordance with the protocol used in the packet-oriented data network. If a connection to the Internet is established, the data packets are generated according to TCP / IP. These data packets are then sent to the station and transmitted to the Internet via the server device.
  • the data packets are transmitted dynamically via different channels of the air interface. Several channels can be bundled, which increases the bandwidth for data transmission and ultimately results in an increased data rate. In particular when transmitting video data, an increased data rate must be made available.
  • the data packets are transmitted in accordance with the UMTS transmission standard. wear.
  • UMTS is a collective term for the third generation (3G) mobile network, which works with the radio standard IMT-2000.
  • the UMTS transmission standard provides for the coding method TDMA (Time Division Multiple Access), FDMA (Frequency Division Multiple Access) and CDMA (Code Division Multiple Access). Since there is no uniform standard with regard to channel coding, all three channel codings are supported in this embodiment.
  • the data packets are preferably forwarded to the Internet based on TCP / IP and using the broadband TDMA / FDMA / CDMA.
  • the receiving and transmitting station does not require a search algorithm involving different networks in order to spatially locate a mobile radio terminal to which a connection is to be set up. Due to the packet-oriented transmission, there is no signaling from the transmitter to the receiver in order to maintain the connection even if the user of a mobile radio terminal exceeds the radio radius of one station and enters another. As a result, central tax intelligence is no longer required.
  • a signaling device within the mobile radio terminal for identification of the terminal continuously transmits registration data which is received by at least one station in a reception area (radius) of the mobile radio terminal and is stored in a routing table.
  • Each station that receives these signals updates the respective routing table to take into account new information about a new potential user.
  • labels are transmitted to neighboring receiving and transmitting stations in order to make the new user known. If data is sent from a mobile radio terminal, this data is sent together with an authentication of the terminal without first establishing a connection to a station. All sta- Radio stations that receive this data evaluate the destination address and forward the data.
  • this terminal is reached with the help of the respective station, since the station continuously updates its routing tables by means of the identification signals received from the terminal.
  • the transmitted data is transported through the Internet until a station ("base station") is reached, which then transmits the data to the terminal.
  • the routing tables are preferably updated at short intervals, which increases the likelihood that the mobile radio user will be at least one Station is reached, so that the same principle can be applied as in the fixed network Internet connection.
  • Each station will count the number of packets and packet types forwarded and pass this information on to a communication service provider of the user.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an arrangement of a mobile radio terminal and a transmitting and receiving station according to the invention, the transmitting and receiving station being connected to a packet-oriented data network,
  • 2 shows an embodiment of an arrangement for establishing a connection between two mobile radio terminals
  • 3 shows an exemplary embodiment of an arrangement for establishing a connection between the mobile radio terminal and the packet-oriented data network according to the prior art
  • Fig. 4 shows an embodiment of a connection of a mobile radio terminal with a plurality of transmitting and receiving stations arranged within a reception area of the mobile radio terminal
  • FIG. 5 shows an illustration of an ISO / OSI reference model according to the prior art and the invention.
  • FIG. 1 shows a mobile radio arrangement consisting of a mobile radio terminal 1 and a receiving and transmitting station 2.
  • This station 2 is connected to a packet-oriented data network 4 via a server device 3.
  • data packet switching packet switching
  • Each data packet is provided with a header that contains all of the information relevant to switching.
  • This information includes, in particular, address information from the recipient and sender as well as information on sending to the respective recipient.
  • the individual data packets are then combined back to the original data stream at the receiver. In this method, each data packet is therefore transmitted individually, and the received data packets are put together again by a conversion device 5 at the receiver to form a complete data stream.
  • the converting device 5 arranged within the mobile radio terminal 1 divides a data stream generated and to be sent within the terminal 1 into a plurality of data packets and provides each data packet with a header which contains information relevant to switching. The result is preferably based on Position of the data packets and the addition of redundant information based on the same protocol, according to which the data packets are also created within the packet-oriented data network 4.
  • the data packets within the conversion device 5 are generated according to the TCP / IP protocol. This achieves both a unification of the principles of the "mobile” and “fixed” Internet as well as the flexibility with regard to switching through in the mobile radio network. This makes it possible to use an already established and widespread protocol and to go one step further in the convergence of the mobile and fixed Internet world and to get all the advantages and flexibility of the Internet for mobile use.
  • the data stream can be composed of text and / or voice and / or video information.
  • the mobile radio terminal 1 and the transmitting and receiving station 2 each contain transmitting devices 6 for channel coding of the data packets.
  • the TDMA and / or FDMA and / or CDMA methods are preferably used here, which enable broadband signal transmission and enable even reliable transmission even under unfavorable channel models (frequency drops, fading, multi-path reception).
  • Another advantage of these channel encodings lies in the fact that there is still a secure readiness to send and receive even at high speeds of the mobile radio terminal 1.
  • quadrature phase shift keying QPSK
  • quadrature amplitude modulation QAM
  • l ⁇ -QAM 32-QAM
  • 64-QAM quadrature amplitude modulation
  • a signaling device 7 continuously transmits registration data within the terminal 1 to identify the terminal, which is received by the station 2 in a reception area (radius) of the terminal 1 and is stored in a routing table 8. Each station that receives this signal updates the respective routing table 8. If data is sent from the terminal 1, this data is sent together with an authentication of the terminal 1 without first establishing a connection to a station 2. All stations that receive this data evaluate the destination address and forward the data.
  • FIG. 2 shows an illustration for establishing a data connection between two mobile radio terminals 1 and 1 *. These terminals are located in the transmission and reception area of a reception and transmission station 2 and 2 '.
  • the two stations are connected to the packet-oriented data network via server devices 3 and 3 ', e.g. the Internet.
  • server devices 3 and 3 ' e.g. the Internet.
  • layer 1 is based on the physical medium air and layer 2 on the channel coding TDMA-FDMA-CDMA (e.g. in UMTS).
  • the stations use the TCP / IP protocol.
  • the station 2 When establishing a connection between the mobile radio terminal 1 and the terminal 1 ⁇ , the station 2 receives broadband radio signals from the terminal 1 and transmits the information received, based on the TCP / IP protocol and using the broadband TDMA / FDMA / CDMA transmission method , on the Internet. These data are received via the server device 3 ⁇ of the station 2 * and sent to the terminal device ⁇ ⁇ in broadband.
  • a connection is established to a fixed network terminal 9, which is connected to the Internet via a server device 3 '. This means that calls between mobile and stationary devices can be established easily and inexpensively.
  • FIG. 3 shows an arrangement for establishing a connection of a mobile radio terminal 1 to the packet-oriented data network, for example the Internet, in accordance with the prior art.
  • a connection between the terminal 1 and the transmitting and receiving station 2 is established via the air interface by means of conventional circuit switching.
  • This station 2 is connected to further stations 2 ⁇ and 2 question * via a conventional mobile radio network structure 10, specifically via (not shown) mobile switching centers (MSC) in this.
  • This network 10 is connected to the Internet via a gateway 11. If the mobile radio user desires a connection to the Internet, transmitted and received data are transported via this gateway 11.
  • These data usually include HTML pages, which are either displayed directly on the mobile radio terminal 1 or on a PDA (Personal Digital Assistant), which is connected to the terminal 1, for example, via an infrared interface.
  • PDA Personal Digital Assistant
  • the arrangement shown also serves for the transmission of WAP pages (Wireless Application Protocol) - that is, Internet pages generated especially for mobile devices.
  • FIG. 4 shows a further embodiment for establishing a connection between a mobile radio terminal 1 and the packet-oriented data network 4, for example the Internet, in accordance with the inventive concept.
  • the packet-oriented data network for example the Internet
  • This method is particularly advantageous when, for example, station 2 is heavily overloaded due to several simultaneous data accesses, while the other stations 2 'and 2' ⁇ still have free transmission capacities.
  • the data packets - depending on the load - are increasingly transmitted to these stations 2 'and 2 ⁇ ⁇ , and no or only a small number of data packets are transmitted to the heavily used station 2. If station 2 is even fully utilized, the data packets are transmitted exclusively to the two further stations 2, 2 ′ ⁇ , and in return only these two stations send the data packets to terminal 1.
  • FIG. 5 shows the ISO / OSI reference model according to the prior art (FIG. 5a) and according to the invention (FIG. 5b).
  • the ISO / OSI reference model of the international standardization organization was designed as the basis for the formation of communication standards.
  • the goal is communication in a heterogeneous environment, for which, in addition to the actual application data, structural and procedural additional information, which are defined as OSI protocols, is required.
  • the reference models shown in FIG. 5 differ from one another in layers 3 and 4 and in layer 2.
  • the embodiment of the invention merges into only one reference model which is uniform for mobile radio networks and fixed networks.
  • the current coupling between different protocols of different layers - circuit switching (layers 3 and 4) with TDMA (layer 2) and with the fixed network (layer 1) or circuit switching (layers 4 and 3) with TDMA / FDMA (layer 2) and with mobile communications (Layer 1) - is thus broken up.
  • packet-oriented protocols are used on layers 3 and 4 and a combination of TDMA-FDMA-CDMA is used on layer 2, as a result of which the previous separation of fixed and mobile radio network is dissolved.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

Verfahren zur paketorientierten Übertragung von Daten zwischen mindestens einem Mobilfunk-Endgerät (1) und einer Empfangs- und Sendestation (2), bei der die von dem Mobilfunk-Endgerät (1) an die Empfangs- und Sendestation (2) zu übertragenden Daten mittels einer Konvertierungseinrichtung (5) des Mobilfunk-Endgerätes (1) paketorientiert konvertiert werden, wobei die Empfangs- und Sendestation (2) über eine Server-Einrichtung (3) mit einem paketorientierten Datennetz (4), insbesondere Internet, verbunden ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Übertragung von Daten in einem Mobilfunknetz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur paketorientierten Übertragung von Daten zwischen mindestens einem Mobilfunk- Endgerät und einer Empfangs- und Sendestation nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Mobilfunk-Endgerät und eine Empfangs- und Sendestation zur Durchführung eines derartigen Verfahrens .
Kommunikationsverbindungen zur Übertragung von Sprache und Daten im Festnetz und Mobilfunknetz wurden in der Vergangenheit verbindungsorientiert aufgebaut. Hierzu ist für eine Signalübertragung zwischen zwei Kommunikationsendgeräten ausschließlich eine physikalische Leitung (Festnetz) und ein Kanal innerhalb eines festgesetzten Frequenzbereichs einer Luftschnittstelle (Mobilfunk) vorgesehen, die für die Datenverbindung reserviert sind. Dies wird auch als leitungsorien- tierte Übertragung, statisches Routing (circuit-switching) oder Durchschaltvermittlung bezeichnet.
Mit dem Aufkommen paketorientierter Datennetze (packet- switching) , wie beispielsweise dem Internet, wird eine im Vergleich zur leitungsortientierten Telekommunikation relativ preisgünstige Kommunikation ermöglicht. Dies liegt insbesondere an der effizienten Kapazitätsauslastung einer Verbindung, da im Gegensatz zum circuit-switching das packet- switching nicht für die gesamte Dauer der Übertragung das physikalische Übertragungsmedium belegt. Die zu transportierenden Daten werden in einzelne Datenpakete aufgeteilt, wobei jedes Datenpaket einen Adreßcode erhält, der den Empfänger der Übertragung kennzeichnet. Die einzelnen Datenpakete werden dann unabhängig voneinander übertragen - dabei können sie sogar verschiedene Übertragungswege nutzen. Die Datenpakete werden über Teilstrecken von einem Netzknoten zum nächsten weitergeleitet und in diesem zwischengespeichert, bevor sie an den Adressaten übertragen werden. Beim packet-switching wird die Übertragungsbandbreite bedarfsorientiert angefordert und kann gleichzeitig mehreren logischen Verbindungen zur Verfügung gestellt werden. Das Prinzip des packet-switching ist in verschiedenen Standards definiert, der bekannteste Standard ist in der ITU-T Empfehlung x.25 beschrieben.
Jedes Datenpaket wird mit einem Adreßinformationsfeld (Header) ausgestattet, das die gesamten vermittlungsrelevanten Informationen enthält. Dazu zählen Adreßinformationen von Empfänger und Absender, Hinweise zur Versendung, Routing- Informationen und Hinweise an den Empfänger. Beim Empfänger werden die einzelnen Datenpakete wieder zum ursprünglichen Datenstrom zusammengefügt. Bei diesem Übertragungsverfahren wird jedes Datenpaket einzeln in loser Reihenfolge übertragen und von der empfangenen Station wieder zu einer vollständigen Nachricht zusammengesetzt. Dabei kann es vorkommen, daß die Reihenfolge der empfangenen Datenpakete bedingt durch Daten- paketverluste, „Überholen" von Datenpaketen und ungewollte Duplizierung unvollständig und durcheinander geraten ist. Dies erfordert besondere Maßnahmen, die in Protokollen, die auch in den Headern enthalten sind, implementiert sein müssen.
Aufgrund der niedrigen Kosten erfreut sich die Telefonie über das Internet (Internet-Telefonie) wachsender Beliebtheit. Im zunehmenden Maße erscheinen daher Softwarelösungen auf dem Markt, die das Internetprotokoll nutzen, um komprimierte Sprache in nahezu Echtzeit zu senden und zu empfangen. Als paketorientierte Übertragungsverfahren für Sprache sind beispielsweise VoF (Voice over Frame Relay) oder VoIP (Voice over IP) bekannt. Insbesondere VoIP wird eine wesentliche Bedeutung für die zukünftige Sprachkommunikation vorausgesagt.
Im Mobilfunkbereich wird hingegen überwiegend das Einwählen eines mobilen Nutzers in das Internet funktechnisch über die auf Durchschaltvermittlung basierenden Basisstationen BTS (Base Transiver Station) des öffentlichen, mobilen Telefonie- netzes vollzogen. Damit werden sowohl die technischen als auch die tariflichen Randbedingungen dieser Netze akzeptiert.
Bei der Übertragung von Daten über die auf circuit-switching basierenden Basisstationen des mobilen Telefonienetzes in das, auf das dynamische packet-switching basierende Internet und umgekehrt tritt das Problem auf, daß die Daten an dem Übergangspunkt bezüglich der Durchschaltung stets an das Protokoll des Übergangsnetzes mittels umfangreicher Konvertierung angepaßt werden müssen. Üblicherweise führt dies zu Da- tenratenverlusten, weshalb der Benutzer unter Umständen hohe Wartezeiten in Kauf nehmen muß.
Eine Erhöhung der Datenrate läßt sich mittels HSCSD (High Speed circuit-switched data) ermöglichen. Bei dieser ebenfalls leitungsvermittelnden Datenverbindung, die auf dem GSM- Standard aufbaut, erhöht si-ch die Datenrate, indem mehrere GSM-Datenkanäle gebündelt werden, die dann ein Vielfaches ihrer Kapazität zur Verfügung stellen. Bedingt durch die Kanalbündelung, vervielfachen sich jedoch in Abhängigkeit von der Anzahl der Datenkanäle die Verbindungsgebühren.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht der Standard GPRS (General Packet Radio Service) - ein ebenfalls auf GSM-Technik basierender Standard, bei dem die Daten jedoch paketorientiert übertragen werden. Bei diesem Standard wird die gesamte, einem Zellensektor zur Verfügung stehende Bandbreite an Mobilfunk- Teilnehmer untereinander aufgeteilt. Befinden sich allerdings viele Mobilfunk-Teilnehmer innerhalb eines Zellensektors, so steht jedem einzelnen Teilnehmer eine gegenüber den theoretisch erreichbaren Werten verringerte Bandbreite und somit Übertragungsgeschwindigkeit zur Verfügung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Datenverbindung mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit zwischen einem Mobilfunk-Endgerät und einem paketorientierten Datennetz sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Mobilfunk-Endgerät nach Patentanspruch 11 bzw. durch eine Empfangs- und Sendestation nach Patentanspruch 12 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke besteht in einer Verbindung der Empfangs- und Sendestation über eine Server- Einrichtung mit dem paketorientierten Datennetz, insbesondere Internet. Dabei werden Daten aus dem Internet weiterhin als Datenpakete über eine Luftschnittstelle von der Station an das Mobilfunk-Endgerät übertragen. Bei diesen Daten handelt es sich vorwiegend um HTML-Seiten, die der Benutzer des Endgerätes angefordert hat. Desweiteren können auch Video- und Sprachdaten an das Endgerät übertragen werden. In gleicher Weise sendet auch das Mobilfunk-Endgerät die Daten paketorientiert an die Empfangs- und Sendestation. Dabei werden die im Endgerät erzeugten Daten gemäß dem in dem paketorientierten Datennetz verwendeten Protokoll erstellt. Wird also eine Verbindung zum Internet hergestellt, so werden die Datenpakete gemäß TCP/IP generiert. Diese Datenpakete werden dann an die Station gesendet und über die Server- Einrichtung ins Internet übertragen.
In einer bevorzugten Ausführung werden die Datenpakete dabei dynamisch über unterschiedliche Kanäle der Luftschnittstelle übertragen. Dabei können mehrere Kanäle gebündelt werden, wodurch eine erhöhte Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung steht und woraus schließlich eine erhöhte Datenrate resultiert. Insbesondere bei der Übertragung von Videodaten muß eine erhöhte Datenrate zur Verfügung gestellt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden die Datenpakete nach dem UMTS-Übertragungsstandard über- tragen. UMTS steht als Sammelbegriff für das Mobilfunknetz der dritten Generation (3G) , das mit dem Funkstandard IMT- 2000 arbeitet. Der UMTS-Übertragungsstandard sieht als Kodierungsverfahren TDMA (Time Division Multiple Access) , FDMA (Frequency Division Multiple Access) und CDMA (Code Division Multiple Access) vor. Da es bezüglich der Kanalkodierung noch keinen einheitlichen Standard gibt, werden in dieser Ausführung alle drei Kanalkodierungen unterstützt .. Vorzugsweise werden die Datenpakete aufbauend auf TCP/IP sowie unter Ausnutzung des breitbandigen TDMA/FDMA/CDMA in das Internet weitergeleitet.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Durchschaltvermittlung bei GSM verlangt die Empfangs- und Sendestation keinen Suchalgorithmus unter Einbeziehung verschiedener Netzwerke, um ein Mobilfunk-Endgerät, zu dem eine Verbindung aufgebaut werden soll, räumlich zu lokalisieren. Bedingt durch die paketorientierte Übertragung, erfolgt keine Signalisierung vom Sender zum Empfänger, um die Verbindung auch dann aufrecht zu erhalten, wenn der Benutzer eines Mobilfunk-Endgerätes den Funkradius einer Station überschreitet und in den einer anderen eintritt. Dadurch wird keine zentrale Steuerintelligenz mehr benötigt .
In einer bevorzugten Ausführung überträgt stattdessen eine Signalisierungseinrichtung innerhalb des Mobilfunk-Endgerätes zur Identifikation des Endgerätes kontinuierlich Registrierungsdaten, die von mindestens einer Station in einem Empfangsbereich (Radius) des Mobilfunk-Endgerätes empfangen und in einer Routingtabelle gespeichert werden. Jede Station, die diese Signale empfängt, aktualisiert die jeweilige Routingtabelle, um eine neue Information über einen neuen potentiellen Benutzer zu berücksichtigen. Außerdem werden an benachbarte Empfangs- und Sendestationen Kennzeichnungen übermittelt, um den neuen Benutzer bekannt zu machen. Werden von einem Mobilfunk-Endgerät Daten versendet, werden diese Daten zusammen mit einer Authentifizierung des Endgerätes versendet, ohne vorher eine Verbindung zu einer Station aufzubauen. Alle Sta- tionen, die diese Daten funktechnisch empfangen, evaluieren die Zieladresse und leiten die Daten weiter.
Wird hingegen eine Verbindung zu dem Mobilfunk-Endgerät aufgebaut, so wird dieses Endgerät mit Hilfe der jeweiligen Station erreicht, da die Station kontinuierlich mittels der empfangenen Identifikationssignale des Endgerätes ihre Routingtabellen aktualisieren. Die gesendeten Daten werden solange durchs Internet transportiert, bis eine Station („Basisstation") erreicht wird, die die Daten dann an das Endgerät überträgt. Die Routingtabellen werden dabei vorzugsweise in kurzen Abständen aktualisiert, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, daß der Mobilfunkbenutzer mindestens von einer Station erreicht wird, so daß das gleiche Prinzip wie im Festnetz- Internet-Verbund angewendet werden kann.
Durch eine weltweit einmalige Authentifizierung des Mobilfunk-Endgerätes kann auch eine Vergebührung einfach realisiert werden. Jede Station wird die Anzahl der weitergeleiteten Pakete und Paketarten zählen und diese Information an einen Kommunikationsdienste-Anbieter (Provider) des Benutzers weiterleiten.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbei- spielen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Diese zeigen in:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung eines Mobilfunk-Endgerätes und einer Sende- und Empfangsstation gemäß der Erfindung, wobei die Sende- und Empfangsstation mit einem paketorientierten Datennetz verbunden ist,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Mobilfunk-Endgeräten, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Mobilfunk-Endgerät und dem paketorientierten Datennetz gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Verbindung eines Mobilfunk-Endgerätes mit mehreren innerhalb eines Empfangsbereiches des Mobilfunk-Endgerätes angeordneten Sende- und Empfangsstationen und
Fig. 5 eine Darstellung eines ISO/OSI-Referenzmodells gemäß dem Stand der Technik und der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Mobilfunkanordnung, bestehend aus einem Mobilfunk-Endgerät 1 und einer Empfangs- und Sendestation 2, dargestellt. Diese Station 2 ist über eine Server-Einrichtung 3 mit einem paketorientierten Datennetz 4 verbunden. Innerhalb eines solchen Netzes 4 findet eine Datenpaketvermittlung (packet-switching) statt, bei der Daten paketweise über Teilstrecken von einem Netzknoten zum nächsten vermittelt werden. Jedes Datenpaket wird dabei mit einem Header versehen, der die gesamten vermittlungsrelevanten Informationen enthält. Zu diesen Informationen zählen insbesondere Adreßinformatio- nen von Empfänger und Absender sowie Hinweise zur Versendung an den jeweiligen Empfänger. Die einzelnen Datenpakete werden dann beim Empfänger wieder zu dem ursprünglichen Datenstrom zusammengefügt. Bei diesem Verfahren wird also jedes Datenpaket einzeln übertragen, und die empfangenen Datenpakete werden von einer Konvertierungseinrichtung 5 beim Empfänger wieder zu einem vollständigen Datenstrom zusammengesetzt.
Bei dem paketorientierten Datennetz 4 handelt es sich bei dieser Ausführung um das Internet. Die innerhalb des Mobil- funk-Endgerätes 1 angeordnete Konvertierungseinrichtung 5 teilt einen innerhalb des Endgerätes 1 erzeugten und zu versendenden Datenstrom auf mehrere Datenpakete auf und versieht jedes Datenpaket mit einem Header, der vermittlungsrelevante Informationen enthält. Vorzugsweise basiert die Er- Stellung der Datenpakete und die Hinzufügung von redundanten Informationen auf Basis des gleichen Protokolls, nach dem auch die Datenpakete innerhalb des paketorientierten Datennetzes 4 erstellt werden.
Da in diesem Beispiel, wie bereits erwähnt, auf das Internet zurückgegriffen wird, werden also die Datenpakete innerhalb der Konvertierungseinrichtung 5 nach dem TCP/IP-Protokoll generiert. Somit wird sowohl eine Vereinheitlichung der Prinzipien des „mobilen" und „festen" Internets als auch die Flexibilität bezüglich der Durchschaltung im Mobilfunknetz erreicht. Damit ist es möglich, ein bereits etabliertes und weit verbreitetes Protokoll zu verwenden und einen Schritt weiter in der Konvergenz der mobilen und festen Internetwelt voranzuschreiten und alle Vorteile und Flexibilitäten des Internets auch für die mobile Nutzung zu erhalten.
Dabei ist es im Prinzip unerheblich, aus welchen Daten sich der Datenstrom zusammensetzt. Der Datenstrom kann sich aus Text- und/oder Sprach- und/oder Videoinformationen zusammensetzen. Das Mobilfunk-Endgerät 1 und die Sende- und Empfangsstation 2 enthalten jeweils Sendeeinrichtungen 6 zur Kanalkodierung der Datenpakete. Dabei wird vorzugsweise auf die Verfahren TDMA und/oder FDMA und/oder CDMA zurückgegriffen, die eine breitbandige Signalübertragung ermöglichen und auch unter ungünstigen Kanalmodellen (Frequenzeinbrüche, Fading, Mehrwegeempfang) eine noch sichere Übertragung ermöglichen. Ein weiterer Vorteil dieser Kanalkodierungen liegt darin begründet, daß auch bei hohen Geschwindigkeiten des Mobilfunk- Endgerätes 1 eine weiterhin sichere Sende- und Empfangsbereitschaft besteht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden mehrere Mo- dulationstechniken, insbesondere Quadrature Phase Shift Key- ing (QPSK) und Quadrature Amplitude Modulation (QAM) , insbesondere lβ-QAM, 32-QAM und 64-QAM, implementiert. Damit kann zur Übertragung auf viele physikalische Medien (terrestrische Übertragung, Satellit, Glasfaser, Zweidrahtleitung, Koaxialleitung und Mikrowellenübertragung) zurückgegriffen werden.
In einer bevorzugten Ausführung überträgt eine Signalisie- rungseinrichtung 7 innerhalb des Endgerätes 1 zur Identifikation des Endgerätes kontinuierlich Registrierungsdaten, die von der Station 2 in einem Empfangsbereich (Radius) des Endgerätes 1 empfangen und in einer Routingtabelle 8 gespeichert werden. Jede Station, die dieses Signal empfängt, aktualisiert die jeweilige Routingtabelle 8. Werden von dem Endgerät 1 Daten versendet, werden diese Daten zusammen mit einer Authentifizierung des Endgerätes 1 versendet, ohne vorher eine Verbindung zu einer Station 2 aufzubauen. Alle Stationen, die diese Daten empfangen, evaluieren die Zieladresse und leiten die Daten weiter.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Herstellung einer Datenverbindung zwischen zwei Mobilfunk-Endgeräten 1 und 1*. Diese Endgeräte befinden sich im Sende- und Empfangsbereich jeweils einer Empfangs- und Sendestation 2 und 2 ' . Die beiden Stationen sind dabei über Server-Einrichtungen 3 und 3 ' mit dem pa- ket-orientierten Datennetz, z.B. dem Internet, verbunden. Bei der Betrachtung des ISO-OSI-Referenzmodells, basieren der Layer 1 auf dem physikalische Medium Luft und der Layer 2 auf den Kanalkodierungen TDMA-FDMA-CDMA (z. B. im UMTS). Auf Layer 3 und 4 verwenden die Stationen das Protokoll TCP/IP.
Bei der Herstellung einer Verbindung des Mobilfunk-Endgerätes 1 zu dem Endgerät 1 λ empfängt die Station 2 breitbandig Funksignale des Endgerätes 1 und überträgt die empfangenen Informationen, aufbauend auf dem TCP/IP-Protokoll sowie unter Ausnutzung des breitbandigen TDMA/FDMA/CDMA-Übertragungsverfahrens, über das Internet. Diese Daten werden über die Server-Einrichtung 3 λ der Station 2 * empfangen und breitbandig an das Endgerät lλ gesendet. In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird eine Verbindung zu einem Festnetz-Endgerät 9 hergestellt, das über eine Servereinrichtung 3 ' mit dem Internet verbunden ist. Somit werden auch Gespräche zwischen mobilen und stationären Endgeräten einfach und kostengünstig hergestellt.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Herstellung einer Verbindung eines Mobilfunk-Endgerätes 1 zum paketorientierten Datennetz, beispielsweise dem Internet, gemäß dem Stand der Technik. Mittels herkömmlicher Durchschaltvermittlung wird über die Luftschnittstelle eine Verbindung zwischen dem Endgerät 1 und der Sende- und Empfangsstation 2 hergestellt. Diese Station 2 ist über eine herkömmliche Mobilfunk-NetzStruktur 10, speziell über (nicht dargestellte) Mobilvermittlungsstellen (MSC) in diesem, mit weiteren Stationen 2λ und 2Λ* verbunden. Dieses Netzwerk 10 ist über ein Gateway 11 mit dem Internet verbunden. Wünscht der Mobilfunkbenutzer eine Verbindung zum Internet, so werden gesendete und empfangene Daten über dieses Gateway 11 transportiert.
Üblicherweise umfassen diese Daten HTML-Seiten, die entweder direkt an dem Mobilfunk-Endgerät 1 angezeigt werden oder an einem PDA (Personal Digital Assistent) , der beispielsweise über eine Infrarotschnittstelle mit dem Endgerät 1 verbunden ist. Die dargestellte Anordnung dient aber auch zur Übertragung von WAP-Seiten (Wireless Application Protocol) - also von speziell für Mobilgeräte generierten Internet-Seiten.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Mobilfunk-Endgerät 1 und dem paketorientierten Datennetz 4, z.B. Internet, gemäß dem erfinderischen Gedanken. In dieser Anordnung befinden sich mehrere Empfangs- und Sendestationen 2, 2' und 2λx in Empfangsreichweite des Mobilgerätes 1. Da die Daten paketorientiert als Datenpakete empfangen und versendet werden, können sie jeweils verteilt von diesen Stationen an das Endgerät 1 übertragen werden, und umgekehrt können unterschiedliche Datenpa- kete von dem Endgerät 1 auf diese Stationen verteilt gesendet werden .
Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dann als sehr vorteilhaft aus, wenn z.B. die Station 2 aufgrund mehrerer gleichzeitiger Datenzugriffe stark überlastet ist, während die anderen Stationen 2 ' und 2 ' λ noch freie Übertragungskapazitäten aufweisen. In diesem Fall werden die Datenpakete - je nach Auslastung - verstärkt auf diese Stationen 2' und 2λ λ verteilt übertragen, und keine oder nur eine geringe Anzahl von Datenpaketen werden an die stark ausgelastete Station 2 übertragen. Ist die Station 2 sogar gänzlich ausgelastet, so werden die Datenpakete ausschließlich auf die zwei weiteren Stationen 2 , 2 ' λ übertragen, und im Gegenzug senden auch nur diese beiden Stationen die Datenpakete an das Endgerät 1.
In Fig. 5 ist das ISO/OSI-Referenzmodell gemäß dem Stand der Technik (Fig. 5a) und gemäß der Erfindung (Fig. 5b) gegenübergestellt. Das ISO/OSI-Referenzmodell der internationalen Standardisierungs-Organisation wurde als Grundlage für die Bildung von Kommunikationsstandards entworfen. Ziel ist die Kommunikation in heterogener Umgebung, wozu man neben den eigentlichen Anwendungsdaten strukturelle und prozeduale Zusatzinformationen, die als OSI-Protokolle festgelegt sind, benötigt. Die in der Figur 5 dargestellten Referenzmodelle unterscheiden sich in den Layern 3 und 4 und in dem Layer 2 voneinander .
Während gemäß dem Stand der Technik zwei unterschiedliche Referenzmodelle verwendet werden, kommt es bei der Ausführung der Erfindung zu einer Verschmelzung zu nur einem, für Mobilfunknetze und Festnetze einheitlichen Referenzmodell. Die aktuelle Kopplung zwischen verschiedenen Protokollen unterschiedlicher Layer - Durchschaltvermittlung (Layer 3 und 4) mit TDMA (Layer 2) und mit dem Festnetz (Layer 1) oder circuit-switching (Layer 4 und 3) mit TDMA/FDMA (Layer 2) und mit dem Mobilfunk (Layer 1) - wird somit aufgebrochen. Wie in Fig. 5b dargestellt, werden auf den Layern 3 und 4 paketorientierte Protokolle eingesetzt und auf Layer 2 eine Kombination von TDMA-FDMA-CDMA, wodurch die bisherige Trennung von Fest- und Mobilfunknetz aufgelöst wird.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur paketorientierten Übertragung von Daten zwischen mindestens einem Mobilfunk-Endgerät (1) eines Mobilfunknetzes und einem paketorientierten Datennetz, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eine Empfangs- und Sendeeinheit (2) zwischen das Mobilfunk-Endgerät (1) und das paketorientierte Datennetz zwischengeschaltet wird, die die Daten als Datenpakete auf Basis eines einheitlichen, auf 4 Schichten basierenden OSI- Referenzmodells zwischen dem Mobilfunk-Endgerät und dem Datennetz weiterleitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf den Schichten 3 und 4 des OSI-Referenzmodells ein gemeinsames, verbindungsloses, paketorientiertes Protokoll und auf Schicht 2 des OSI-Referenzmodells eine Kombination aus TDMA/FDMA/CDMA verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf den Schichten 3 und 4 TCP/IP verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass eine Signalisierungseinheit (7) innerhalb des Mobilfunk- Endgerätes (1) kontinuierlich Registrierungsdaten zur Identifikation des Mobilfunk-Endgerätes (1) überträgt, die von der mindestens einen zwischengeschalteten Sende- und Ξmfpangseinheit (2) empfangen und in einer Routingtabelle gespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Datenpakete zwischen dem Mobilfunk-Endgerät (1) und mindestens zwei innerhalb eines Empfangsbereichs des
Mobilfunk-Endgerätes (1) gelegenen Empfangs- und
Sendeeinheiten (2) parallel übertragen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Datenpakete zwischen dem Mobilfunk-Endgerät (1) und mindestens zwei innerhalb eines Empfangsbereichs des Mobilfunk-Endgerätes (1) gelegenen Empfangs- und Sendeeinheiten (2) verteilt übertragen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Auswahl von Empfangs- und Sendeeinheiten (2) in Abhängigkeit einer Kennzeichnung bezüglich ihrer Auslastung getroffen wird.
8. Empfangs- und Sendeeinheit (2) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Empfangs- und Sendeeinheit (2) Daten als Datenpakete auf Basis eines einheitlichen, auf 4 Schichten basierenden OSI-Referenzmodells weiterleiten kann.
9. Empfangs- und Sendeeinheit nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Empfangs- und Sendeeineit (2) auf den Schichten 3 und 4 des OSI-Referenzmodells ein gemeinsames, erbindungsloses, paketorientiertes Protokoll und auf Schicht 2 des OSI-Referenzmodells eine Kombination aus TDMA/FDMA/CDMA verwendet .
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