集成基站和在行動裝置的通信系統中傳送數據單元的方法
2023-07-26 04:04:41
專利名稱：集成基站和在行動裝置的通信系統中傳送數據單元的方法
技術領域：
本發明一般涉及通信網絡，尤其涉及集成基站、行動裝置的通信系統以及在行動裝置的通信系統中傳送數據單元的方法。
背景技術：
蜂窩通信網絡通常包括許多藉助無線或有線連接耦合，並通過不同類型通信信道接入的通信節點。每個所述通信節點包括處理經由所述通信信道傳送和接收的數據的協議棧。依據通信系統的類型，各種通信節點的操作和配置可能不同，並由不同的名稱所稱呼。所述通信系統包括碼分多址2000(CDMA 2000)系統和通用移動電信系統(UMTS)。
以UMTS為例，典型的通用移動電信系統(UMTS)包括一組協作組件(即具有內存、處理容量和連網性能的物理機器)，所述協作組件共同經由有線和無線連接將話音電路和網際網路協議(IP)數據分組橋接到諸如蜂窩電話的行動裝置。一般而言，UMTS內的行動裝置稱為用戶設備(UE)。UMTS內的兩個這種組件包括無線電網絡控制器(RNC)和基站(節點B)。在UMTS地面無線電接入網(UTRAN)中，核心網(CN)負責將話音或數據(IP)分組橋接到有線網，例如電話或IP網絡。UTRAN分為單個無線電網絡系統(RNS)，其中每個RNS都由RNC控制。所述RNC連接到一組節點B單元，每個所述節點B單元都可能服務於一個或若干小區。
所述UTRAN的每個組件都實施行動裝置與UTRAN之間對等通信所需的全部協議棧的一部分。所需協議棧包括為TCP/IP和RTP/UDP/IP分組提供標題壓縮的分組數據會聚協議(PDCP)、提供確認模式(AM)、非確認模式(UM)和透明模式(TM)傳輸的無線電鏈路控制(RLC)、提供信道化和路由的媒體接入控制(MAC)。RNC與節點B之間的Iub接口協議是UMTS的常規協議棧的一個實例。
在常規的UTRAN中，PDCP、RLC和MAC層的一部分在RNC內運行。對於常規UMTS而言，節點B經由無線電路傳送PDCP/RLC/MAC分組數據單元(PDU)。獨立的無線電資源控制(RRC)層控制每個協議層，並在RNC內執行。
高速下行鏈路分組接入(HSDPA)是允許節點B基於信道條件做出到行動裝置的獨立傳輸判定的UMTS版本5擴展。CDMA 2000系統內的無線傳輸的類似分組調度模式為CDMA2000協議棧的DO或DV。實施HSPDA的高速調度器(high speed scheduler)的MAC層擴展使用多維矢量來實現調度，以最優化帶寬、頻率效率和等待時間。在HSDPA的情況下，RNC對於節點B安排行動裝置的順序具有有限控制。
與在所述RNC和節點B之間劃分功能的另一個問題包括，在所述系統內需要多個引起漫長端到端等待時間的(流線型)分級緩存器，以及RLC和RRC層的分組傳輸，所述分組包括可能變得陳舊或由新的狀態版本替代的信息。例如，RLC-AM PDU可能包括對等體的確認狀態，而RRC消息可能包括改變所述行動裝置狀態的所述行動裝置信息。包括所述對等體的確認狀態的分組或數據單元和RRC消息可被稱為「即時數據」。
即時數據被定義為用於或併入經由通信系統的數據傳輸，並具有隨時間減小的與通信系統最佳性能相關的值。因此，如果延遲包括即時數據的消息，則包括在所述消息內的信息可能已廢止，而所述消息在被接收時幾乎無用。即時數據的實例為與其相關的分組由協議實體接收(意指並未接收的分組)的數據。當所述接收的分組數據被延遲，而新分組到達時，接收分組數據的正確性將會消失，因而也不再有用。
當即時數據被在所述節點B內在承載上排隊時，這可能發生在RNC過高估計常規電路下節點B的流出率，或當節點B未考慮到HSDPA模式下傳輸的移動性時，所述即時數據的新版本可能排在最初傳輸之後。這種現象會浪費帶寬，或不良的更為陳舊的分組可能包括已由所述即時數據消息的更新版本縮進的行動裝置指令。HSDPA內的配置使得分組被在其使用期限到期之後從傳輸隊列刪除。不幸的是，這種配置破壞了RLC-AM，因為所述RLC協議假定RLC-AM層所發送的每個分組都由對等RLC-AM層接收。
與在所述RNC和節點B之間劃分功能的另一問題包括在所述系統內會丟失數據分組。在所述系統內存在數據分組丟失的情況下(即當移動經歷HSDPA內的衰落時)，可能必需重設所述PDCP層內的壓縮引擎。由於在所述節點B與RNC之間並不存在接口配置來指示所述MAC-HS層處的分組丟失，因此在從所述PDCP接收機接收到用於重新同步的指示之後，執行所述PDCP發送者的重新同步。這可能會導致分組放棄與重新同步之間的時滯。在所述發送者並未得到重新同步時，所有在途數據分組無法被成功解碼，從而導致無線帶寬的浪費。
此外，當使用RLC確認模式(RLC-AM)時，必需在所述RLC-AM接收機處檢測到HSDPA層內的數據分組丟失，從而所述RLC-AM發射機能夠重新傳送丟失的分組。一般而言，RLC-AM接收機通過接收後續數據分組，如果存在後續數據分組的話，或通過周期定時器超時，檢測到所丟失的數據分組。然後，所述接收機將狀態消息發送給所述RLC-AM發射機，以將所述丟失分組通知給所述發射機。這種方案引起分組丟失時間與RLC-AM內的分組重新傳輸之間的延遲。所述延遲通常為往返時間，但最多為周期定時器的值(如果丟失分組是序列中的最後一個)。
因此，需要一種系統和方法來改善行動裝置的通信系統內的數據通信。具體而言，技術上需要一種用於將數據分組傳送到行動裝置的改善系統和方法。
發明內容
為了解決現有技術的上述缺陷，本發明提供了集成基站(例如，集成UTRAN)，以及一種在行動裝置的通信系統內傳送數據單元的方法。在一個實施例中，所述集成基站包括通信處理器，所述通信處理器具有藉助媒體接入控制層和物理層配置的協議棧。
另一方面，本發明提供了在行動裝置的通信系統內使用的另一集成基站，所述集成基站包括通信處理器，所述通信處理器具有在單個處理實體內實施的協議棧，所述協議棧被配置為生成所述核心網與行動裝置之間的直接傳輸的數據單元。
在本發明中，直接傳輸應當是指緩存從所述核心網接收的數據單元，以匹配所述核心網與無線信道的傳輸速度的差異，並在所述無線信道可用於傳輸時，準備經由所述無線信道傳輸到行動裝置的數據單元。因此，直接傳輸允許經由單個處理實體，在所述核心網與所述行動裝置之間傳送數據單元。因此，與現有移動通信系統不同，無需控制器和基站。例如，在UMTS中，無需獨立的RNC和節點B，而在CDMA2000系統中，無需獨立的RNC和基站。相反，新穎的集成基站提供了在有線和無線域之間通信所需的恰當協議。
此外，為本發明將數據單元定義為稱為包括有效負荷和相關標題或註腳的數據的一般術語。在一些通信系統中，所述數據單元可能被稱為分組(即，在UMTS內)或幀。
因此，以UMTS為例，本發明將RNC和節點B的功能組合在單個處理實體內。新的集成基站允許在單個機器上執行PDCP、RLC和MAC(也可能為MAC-HS)。由於協議層在單個機器上執行，因此可實現層間最優化，從而顯著改善了協議性能。這種組合的一個特點在於，在所述集成基站的單個過程內執行所述協議棧，以簡化所述最優化的實施，並最小化所述協議層之間的分級緩存器的數量。
在一個實施例中，每個無線電承載都包括一個位於IP與PDCP層之間的數據單元的緩存器。因此，所述緩存器位於UMTS內的PDCP層上，或在CDMA2000系統的情況下位於PPP層上。這種緩存匹配了有線通信鏈路與無線信道之間的速度差異，更為重要的是，與通常在常規UMTS內部署的多緩存器、多系統技術方案相比，這種緩存使得無線電傳輸鏈最優化。單個緩存器可能僅緩存指向特定行動裝置的IP分組，並在需要時傳輸定時數據。
在又一方面中，本發明提供了一種與行動裝置的通信系統共同使用，以在核心網與行動裝置之間傳送數據單元的方法，所述方法包括(1)在集成基站中，從所述核心網或所述行動裝置接收數據單元，(2)在所述集成基站中，為所述數據單元提供所述核心網與所述行動裝置之間的直接傳輸所需的協議，以及(3)傳送具有所述所需協議的所述數據單元到所述核心網或所述行動裝置。
以上概述了本發明優選和備選特徵，從而使本領域技術人員更好理解以下本發明具體實施方式
。以下將描述形成本發明權利要求主旨的本發明其它特徵。本領域技術人員應當理解的是，可將公開構思和特定實施例用作設計或修改其它結構的基礎，以執行本發明的相同目的。例如，關於UMTS的討論還適用於其它蜂窩通信系統，例如CDMA2000。本領域技術人員還應當理解的是，所述同等構造並不背離本發明精神和範圍。
為了徹底理解本發明，以下將結合附圖參照具體實施方式
，在附圖中圖1示出了行動裝置的通信系統的一個實施例的框圖，所述通信系統包括根據本發明原理構造的集成基站；圖2示出了根據本發明原理構造的集成基站的另一實施例的框圖；以及圖3示出了一種根據本發明原理執行的在核心網與行動裝置之間傳送數據單元的方法實施例的流程圖。
具體實施例方式
首先參照圖1，其示出了行動裝置的蜂窩通信系統的一個實施例的框圖，所述蜂窩通信系統被示為100，並且包括根據本發明原理構造的集成基站130。所述通信系統100還包括核心網110和行動裝置120。
所述通信系統100可能為具有多個通過無線或有線媒體耦合的通信節點的常規通信系統，例如UMTS。當然，所述通信系統100可能是另一種通信系統，例如全球移動通信系統(GSM)。因此，本領域技術人員應當理解的是，關於UMTS的論述還適用於其它蜂窩通信系統和組件。為簡化起見，所述集成基站130代表所示的其它集成基站。本領域技術人員還應當理解的是，所述通信系統100可能包括並未示出或論及，但通常在常規通信系統內使用的附加組件或系統。
所述核心網110可能是被配置為處理話音和(IP)回程問題的常規核心網。所述核心網110包括經由連接線路耦合的通信節點或交換機。如圖所示，所述核心網110將所述集成基站130連接到其它集成基站與常規RNC和節點B。此外，所述核心網110可將網關提供給其它網絡(ISDN、網際網路等)。
所述行動裝置120可能是被配置為在所述通信系統100內操作的常規蜂窩電話。因此，所述行動裝置120可能是容許UMTS的蜂窩電話。本領域技術人員還應當理解的是，所述行動裝置120還可能是被配置為在所述通信系統100內操作的另一無線設備，例如個人數字助理(PDA)、MP3播放器等。
所述集成基站130經由有線連接耦合到所述核心網110，經由無線連接而連接到所述行動裝置120。有利的是，所述集成基站130被配置為在單個處理實體內包括常規RNC和常規節點B的功能。所述集成基站130包括第一數據接口132、第二數據接口133以及具有協議棧136、緩存器138和無線電資源控制(RRC)層的通信處理器134。本領域技術人員應當理解的是，所述集成基站130包括對於本發明而言並不重要，但通常在常規RNC或節點B內用於在核心網與行動裝置之間傳送數據單元的附加組件或特徵。
所述第一數據接口132被配置為從所述核心網110傳送和接收數據單元，所述第二數據接口133被配置為從所述行動裝置120傳送和接收數據單元。所述第一數據接口132包括經由有線連接，將數據單元傳送和接收到所述核心網110的常規組件，而所述第二數據接口包括經由無線連接，將數據單元傳送和接收到所述行動裝置120的常規組件。本領域技術人員應當理解所述第一數據接口132和第二數據接口133的操作和配置。
所述通信處理器134被配置為處理來自所述第一數據接口132和所述第二數據接口133的數據單元。所述緩存器136被配置成為所述協議棧138排隊來自所述核心網110的數據單元。在圖1中，所述緩存器136位於所述協議棧138之上。
所述協議棧138被配置為生成適合於直接傳輸到所述行動裝置120的數據單元。因此，所述協議棧138提供從所述核心網110接收數據單元，並藉助適當協議將所述數據單元傳送到所述行動裝置120的單個位置。所述協議棧138包括分組數據會聚協議(PDCP)層、無線電鏈路控制(RLC)層、媒體接入控制(MAC)層和高速下行鏈路分組接入(HPSPA)層。當然，本領域技術人員應當理解的是，所述協議棧138可能在其它實施例內包括其它或附加協議層。在一些實施例中，所述HPSPA層可能並不包括在所述協議棧138內。此外，在CDMA2000系統的情況下，所述協議棧138可能被擴展為包括如點到點協議(PPP)層和無線電鏈路協議(RLP)層的第2層協議功能，而非與UMTS相關的PDCP層和RLC層。
由於將所述協議棧138匯聚到一個程序內，可發生層間優化。例如，所述RLC和RRC層被配置成基於何時選擇將數據單元傳輸到其的行動裝置，生成所述數據單元的定時數據。僅藉助單個隊列和被組合的協議棧138，傳輸數據單元可從所述數據隊列中「拉出」，只要所述基站判定將數據單元傳送到特定行動裝置。對於所安排的無線信道而言(即HSDPA)，這使得可僅在尋址到特定移動站時生成即時數據。這表示所述傳輸始終包括可用最新信息，並導致更有效使用帶寬和更易反應的通信系統100。
藉助協議棧138實現了另一優化，所述協議棧138被配置成在數據單元傳輸到所述行動裝置120期間內，識別所述協議棧138所處理的數據單元何時丟失，而無需來自所述行動裝置120的輸入。如果存在數據單元傳輸錯誤(在HSDPA內)，所述集成基站130內的HSDPA層可將此事件通知給所述RLC-AM層。因此，所述RLC-AM層可立即重新啟動傳輸丟失數據單元，而非等待來自所述行動裝置120的狀態報告或否定確認。所述RLC-AM層還可確定並不重新傳送所述數據單元，否則所述數據單元已被重新傳送。
此外，如果存在數據單元傳輸錯誤(例如在HSDPA內)，則所述協議棧138的組合結構和單個緩存器136允許更易重新設置PDCP壓縮狀態。因此，所述集成基站130可確定數據單元的失敗傳輸，並允許所述PDCP層重新設置所有受到影響的無線電承載的協議狀態。例如，所述協議狀態可能被重新設置為眾所周知的狀態或初始狀態。
因此，在識別到數據單元丟失時，可能通知所述協議棧138的適當協議層，並可執行適當行為。除了重新設置協議狀態之外，新穎集成基站130允許改變協議狀態變量。改變協議狀態變量可能包括執行與其相關的行為，包括啟用/禁用數據壓縮、啟用/禁用標題壓縮、傳送/重新傳送特定數據單元、限制傳送/重新傳送特定數據單元、通知同等協議實體以及修改定時器的行為。通過識別傳輸失敗並適當行為，本發明允許高層應用儘快恢復數據單元丟失，並可減少不可解碼數據單元的傳輸。
返回圖2，其示出了根據本發明原理構造的集成基站的一個實施例的框圖，所述集成基站被示為200。所述集成基站200包括無線電資源控制(RRC)層，以及具有協議棧240和緩存器260的通信處理器220。當然，如圖1所示，RRC層可能在某些實施例中包括在通信處理器內。
所述通信處理器220被配置為處理經由行動裝置的通信網絡接收的數據單元。具體而言，所述通信處理器220被配置為提供在核心網與行動裝置之間傳送數據單元所需的協議。本領域技術人員應當理解的是，通信處理器220包括對於本發明並不重要而未示出或討論的附加組件。
所述協議棧240包括PDCP層、RLC層、MAC層和物理層。在MAC層內集成了HSDPA層的功能。因此，所述MAC層被配置成基於到無線設備的信道條件執行獨立傳輸判定。當然，如圖1所示，HSDPA層可能置於所述MAC層與物理層之間。此外，在其它蜂窩通信系統內，所述MAC層可能具有集成在其內的其它分組調度模式。例如，在CDMA2000系統內，所述MAC層可能包括DC或DV層的功能。
所述緩存器260可能是被配置為在有線與無線信道之間排隊數據單元的常規緩存器。所述緩存器260位於所述協議棧240之上。將所述緩存器260置於所述PDCP層之上允許所述緩存器260排隊未壓縮數據單元。如果所述緩存器260位於其它位置內，則重新啟動PDCP重新同步進程更加困難。因此，所述緩存器260位於所述IP與PDCP層之間，以為數據單元提供單個隊列。所述緩存器260被配置為匹配所述有線與無線域之間的速度差，但更為重要的是，使得無線電傳輸鏈唯一優化，且與在常規UMTS內部署的無本發明集成基站的多緩存器、多系統技術方案相比，提供了明顯優點。
此外，端到端等待時間被縮短，因為通過多個隊列並不存在數據分級。在常規UTRAN內，在經由無線信道傳送數據單元之前，數據單元被延遲，因為通過所述UTRAN組件內的各種緩存器將所述數據單元分級。然而，在本發明的單個機器、單個緩存器系統內，數據單元可能僅被延遲其在所述單個緩存器260排隊的時間。並無數據單元穿越多個隊列的分級時間。
僅藉助單個隊列和所組合的棧，只要所述集成基站200判定將數據單元傳送到特定行動裝置，即可從所述緩存器260「拉出」傳輸數據單元。對於所安排的無線信道(即HSDPA)而言，這可僅在尋址到特定行動裝置時生成即時數據。這表示所述傳輸始終包括可用最新信息，並導致更有效使用帶寬和更易反應的移動通信系統。
因此，當行動裝置被選用於足夠精確的數據傳輸時，從所述單個數據緩存器260拉出數據單元，其中足夠取決於所述無線信道條件和編碼方案。在這種特定情況下，為無線電承載執行MAC、RLC和PDCP棧，且在這種特定情況下，生成RRC和RLC狀態。在需要時，在所述PDCP層內，所述數據單元被標題壓縮。由於僅在最新的可能情況下生成即時數據，因此所述即時數據不會變得陳舊，或被更新版本替代。
所述集成基站200可能在傳送數據單元時使用RLC-UM或RLC-AM。當使用RLC-UM來通信時，在數據單元在下行鏈路內丟失時，MAC-HS通知給所述壓縮層(PDCP)。因此，PDCP可重設其內部壓縮方案，並與遠程對等體重新同步。後者表示更快執行重新同步壓縮狀態，且所述接收機無需向發送者信號所丟失的數據單元。當使用RLM-AM來通信時，如果數據單元被放棄，則所述PDCP層無需重設。作為替代，所述HSDPA層將此事件通知給所述RLC-AM層，而RLC-AM層能夠重新傳送所述數據單元，而無需等待來自所述行動裝置的狀態消息。
返回圖3，其示出了根據本發明原理執行的在核心網與行動裝置之間傳送數據單元的方法實施例的流程圖，所述方法以300標記。所述方法開始於在步驟305中將數據單元傳送給行動裝置的意圖。
在開始之後，在步驟310中，在集成基站處從核心網接收數據單元。所述數據單元被經由有線連接接收。
在接收所述數據單元之後，提供了緩存器，以在步驟320中在所述核心網與所述行動裝置之間排隊所述數據單元。有利的是，所述緩存器被設置在協議棧之上，所述協議棧用於處理所述數據單元。
在提供所述緩存器之後，在判定步驟330中，確定是否已選擇行動裝置來接收所述數據單元。如果已選擇行動裝置，則在步驟340中為所述數據單元生成定時數據。如果尚未選擇行動裝置，則方法返回步驟320。
在生成所述定時數據之後，在步驟350中，所需協議被加入所述數據單元。所述所需協議用於所述核心網與行動裝置之間的直接傳輸。一般而言，所述所需協議由集成基站的協議棧提供。在一個實施例中，所述所需協議由PDCP層、RLC層和MAC層提供。
在提供所述所需協議之後，在步驟360中，藉助所述所需協議將所述數據單元傳送到行動裝置。
然後，在第二判定步驟370中，確定在傳輸期間內所述分組是否丟失。如果所述分組丟失，則方法繼續到步驟375，提供傳輸失敗通知。當丟失定時數據時，通知次高層。如果得到通知的層無法解決傳輸問題(執行適當行為來解決)，則通知更高層。因此，每個無法解決放棄分組事件的層都將所述事件通知給其之上的層。在提供所述傳輸失敗通知之後，所述方法返回步驟330並繼續。如果所述數據單元並未丟失，則方法在步驟380中結束。
儘管以上已詳細描述了本發明，但本領域技術人員應當理解的是，在並不背離本發明廣泛意義上的精神和範圍的情況下，可做出許多改變、替代和修改。
權利要求
1.一種在行動裝置的蜂窩通信網絡中使用的集成基站，所述集成基站包括通信處理器，所述通信處理器包括利用媒體接入控制層和物理層配置的協議棧。
2.根據權利要求1所述的集成基站，其中所述通信處理器還包括與所述協議棧相聯的單個緩存器，所述單個緩存器被配置成在有線與無線信道之間對數據單元進行排隊。
3.根據權利要求2所述的集成基站，其中所述緩存器位於所述協議棧之上。
4.根據權利要求2所述的集成基站，其中所述協議棧被配置成基於何時選擇向其傳輸的行動裝置，為至少一個所述數據單元生成即時數據。
5.根據權利要求2所述的集成基站，其中所述協議棧被配置成僅在選擇向其傳輸的行動裝置時，為至少一個所述數據單元生成即時數據。
6.根據權利要求1所述的集成基站，其中當由所述協議棧處理的數據單元在傳輸到無線設備期間被丟失時，所述至少一個協議層被配置成通知所述媒體接入層之上的協議層。
7.根據權利要求1所述的集成基站，其中所述協議棧包括從包含下列層的組中選擇的媒體接入控制層之上的至少一個層分組數據會聚協議層，以及無線電鏈路控制層。
8.根據權利要求1所述的集成基站，還包括至少一個置於所述媒體接入控制層與所述物理層之間的協議層。
9.在行動裝置的通信系統中，一種在核心網與行動裝置之間傳送數據單元的方法，所述方法包括在集成基站中，從所述核心網或所述行動裝置接收數據單元；在所述集成基站中，為所述數據單元提供所述核心網與所述行動裝置之間的直接傳輸所需的協議；以及傳送具有所述所需協議的數據單元到所述核心網或所述行動裝置。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括識別所述數據單元在傳輸到所述行動裝置期間何時被丟失，而無需來自所述行動裝置的輸入。
全文摘要
集成基站和一種在行動裝置的蜂窩通信系統內傳送數據單元的方法。在一個實施例中，集成基站包括通信處理器，所述通信處理器具有藉助媒體接入控制層和物理層配置的協議棧。
文檔編號H04L29/06GK1816184SQ20061000245
公開日2006年8月9日 申請日期2006年1月26日 優先權日2005年1月31日
發明者比德·波斯克, 塞普·穆林德爾, 吉利佳·J.·納爾利卡, 路易斯·G.·塞繆爾, 拉克施曼·N.·亞加蒂 申請人:朗迅科技公司