CN1385039A - 用于在蜂窝系统中管理分组数据传送的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于管理蜂窝系统中分组数据传送的一种方法和设备。本发明有利地应用于基于WCDMA(宽带码分多址)方法的系统,如通用移动电信系统UMTS。本发明的思想是关于用于分组数据传送的信道的判定基于信道选择参数,并且将进行判定所需要的参数值发送到移动台(630)。有利地在诸如BCH或者FACH的公共信道上发送参数。被有利地发送的参数包括RACH上的最大分组尺寸、当前RACH负荷、对于RLC缓冲区中的数据量的阈值等。参数被定义以涉及参数要被发送到的区域中的所有移动台、这些移动台的子集或者一个移动台。本发明最小化了与信令有关的传送容量负荷,并且可以用由信令引起的最小延迟来进行分组数据传送。

Description

用于在蜂窝系统中管理分组数据传送的方法和设备
本发明涉及在蜂窝系统中管理分组数据传送的方法和设备。本发明有利地应用于基于WCDMA(宽带码分多址)的移动通信系统，如使用TDD(时分双工)和FDD(频分双工)方式的UMTS(通用移动电信系统)。
为了帮助理解本发明，下面更详细地描述了所谓的第三代电信系统，即UMTS系统的结构，以及在UMTS中的分组数据的传送。不过，应当指出，这里提出的信道、协议层和信令发送程序只是与UMTS系统有关的例子，而且本发明的应用绝不限于它们。在专利申请文件WO96/37079和标准ETSI(欧洲电信标准协会)的建议-UMTS YY.01 UE-UTRAN无线接口协议结构；阶段2，18.12.1998，以及UMTS(YY.02)层1；概括需求，12/1998中还描述了根据现有技术的方法。
图1示意地表示了第三代数字蜂窝系统。由包括无线网络控制器(RNC)和基站(BS)的基站子系统(BSS)组成的实体被称作UTRAN(UMTS陆地无线接入网络)。核心网络CN包括不同的交换系统，如MSC(移动业务交换中心)和SGSN(服务GPRS支持节点；GPRS＝通用分组无线业务)，它在通用通信设备之外还提供了各种智能网络业务。移动台MS可以与多个核心网络CN通过UTRAN连接。
图2表示一个建议的UMTS系统中的协议层。在移动台MS和无线接入网络UTRAN之间的最低协议层是层1(L1)200、201，其对应于物理无线链路。在该层之上有对应于传统的OSI模型的层2的实体，该实体的下面是媒体接入控制(MAC)层202、203，其上是无线链路控制(RLC)层204、205。该实体之上是OSI模型的层3的无线资源控制(RRC)层206、207。在无线接入网络UTRAN和核心网络IWU/CN的互通单元之间有一个所谓的Iu接口，其中OSI模型层L1和L2(图2中的块208和209)对应于上述的层L1到RLC，且OSI模型层L3(RANAP；图2中的块210和211)对应于上述的RRC层。如果UTRAN连接到第二代核心网络，则需要IWU，但是如果有第三代MSC或者SGSN，则不需要IWU，而是Iu接口就足够了。
在UMTS系统的无线接口中，可以在(对于提供给移动台的特定业务)分配给移动台的专用信道(DCH)上或者在公共信道上发送用户数据和信令。公共信道包括例如随机接入信道RACH、前向链路接入信道FACH、广播信道BCH和寻呼信道PCH。
只在上行链路方向上使用RACH。由于RACH不被预留，所以有一个风险，即多个移动同时使用它，从而在无线路径上会出现碰撞，而且被发送的数据无法被接收到。当使用RACH时，发起传送的移动台的标识符必须也被发送。
使用开放循环功率控制来确定RACH上的突发传输功率。在随机接入突发的传输之前，移动台测量在下行链路初始公共控制无线信道(CCPCH)上接收到的功率。此外，系统在BCH信道上通知移动台关于所讨论的CCPCH信道的传输功率。除了这些数据之外，传输功率确定使用在BCH上发送给移动台的上行链路干扰等级信息与关于所需要的信噪比(SIR)。
当在FACH上传送用户数据或者信令时，目标移动台的标识符也被发送。在FACH上使用慢速、不快速的传输功率控制。在FACH上，传送速率会被立即改变。
下行链路BCH使用固定传送速率。在BCH上，传输总是覆盖整个小区。同样，在下行链路PCH上，传输总是覆盖整个小区。
可以在下行链路和/或上行链路方向上预留专用信道DCH。在DCH上的快速传送速率的改变是可能的。还与DCH相关的是快速传输功率控制。
此外，分配给移动台的信道对于其它移动台也可能是可用的，即它是一个所谓的共享信道。下面，专用信道也指这样一种信道。
MAC采用上面提到的逻辑信道和传送信道，从而在BCH上传送广播控制信道(BCCH)，在PCH上传送寻呼控制信道(PCCH)，在DCH上传送专用业务信道(DTCH)和专用业务信道(DTCH)。此外，DCCH和DTCH还使用FACH/RACH以及下行链路共享信道(DSCH)。
下行链路分组数据传送可以用下列三种不同方式来执行：
·  在不同于移动台正在监听的一个FACH上传送分组数据
·  在不同于移动台正在监听的另一个FACH上传送分组数据，这
    样UTRAN首先分配一个新的FACH给移动台用于传送。
·  在DCH上传送分组数据。
在当前FACH上，DCH信道的分配被发信号。然后UTRAN使用下行链路DCH传送数据分组和控制信息。还使用特殊的信令DCH(所谓的控制唯一模式)分配DCH。移动台使用上行链路DCH发送确认和控制信息。
对于下行链路数据，使用公共或者专用信道的判定依赖于网络实现，在这种情况下，不需要无线接口信令。
可以用两个替代方式之一来进行上行链路分组传送：
·  在RACH上传送数据，而在FACH上传送确认，或者
·  使用RACH/FACH分配一个DCH用于数据传送。还使用特殊的信
    令DCH分配DCH。
图3表示在上行链路公共信道上的分组数据传送。由一个用户数据分组302伴随在RACH上发送的随机接入突发301。可以在任意时刻发送这种用户数据分组。数据分组可以在下行链路FACH(图3中未示出)上被确认。
或者在一个特定的时间段或者不确定的时间段中，将一个DCH分配给移动台，在这种情况下，网络一注意到移动台停止了发送就命令其释放信道。
图4表示在分配给移动台的一个上行链路专用信道DCH上，在一个确定时间段T1中的数据分组传送。使用在RACH上发送的一个随机接入突发404来进行一个DCH请求。该随机接入突发还包括关于要被发送的数据分组的尺寸或者移动台所需要的传送速率的信息。如果传送速率被包括作为一个参数，则移动台可以从对于所讨论的无线承载允许的传送速率中选择它。使用在FACH上发送的突发405来分配DCH。然后根据由系统进行的分配在DCH 420上发送分组406-408。当预留给移动台的时间段T1结束时，信道就被释放，除非移动台在该时间段结束之前请求额外的容量。可以使用在DCH上发送的消息来进行该额外容量请求。
图5表示在一个不确定时间段中被分配的专用信道DCH上的数据传送。使用在RACH上发送的突发511来请求DCH 520的分配，并由系统通过分配该DCH来被确认512。然后移动台在分配给它的DCH上发送数据分组506-508。一旦检测到跟随在一个发送的数据分组后的足够持续时间的暂停T2，系统就发送一个信道释放命令513给移动台以释放该信道。
关于上行链路分组数据传送的问题是系统没有关于要被发送的、其信道选择判定所依据的分组的信息。这样，关于要被传送的数据分组的信息必须发送给系统，之后系统必须发送关于判定使用公共信道还是专用信道的信息给移动台。该信息传送耗尽了业务容量并降低了分组数据传送的传送速度。
本发明的一个目的是提供用于管理上行链路分组数据的解决方案，从而避免上述有关现有技术的问题。
本发明的思想是关于用于用户分组数据传送的信道的判定依据信道选择参数，并且在进行判定中所需要的参数被发送给移动台。有利地，这些参数在诸如BCH、FACH或者PCH的公共信道上发送。如果一个DCH已分配给移动台，则这些参数也可以在该DCH上发送。要被发送的参数有利地包括对于RACH所允许的最大分组尺寸、当前RACH负荷等。这些参数可以涉及其中参数被发送到的区域中的所有移动台、这些移动台的子集或者一个移动台。本发明降低了有关分组数据传送容量的分配的信令负荷，并最小化了有关数据传送开始的延迟。
关于是否使用公共或者专用信道的判定可以基于诸如下列的多个信道选择参数：
·  数据分组尺寸；RLC缓冲区中的数据量或者从更高层获得的关
    于要被传送的数据量的信息，
·  所要求的比特率，
·  允许的传送延迟，
·  要被发送的数据的优先级或重要性，
·  信道负荷，
·  对于RACH上的传送所要求的功率等级，以及
·  可在RACH上传送的最大分组尺寸。
移动台通常有用于上行链路分组数据传送的关于要传送的数据所要求的比特率、所允许的传送延迟以及要优先级的信息。这些参数在信道选择中的使用对于获得足够的数据传送质量等级是必不可少的。
重要的是，为移动台提供公共信道(RACH)负荷信息，以获得所需要的所选择信道上的传送可靠性、传送速率以及传送延迟，并使得可能确定用于随机接入突发的传输功率。
RACH上的最大允许传输功率等级也是从系统发送的一个重要信息，这样就可以验证传送的可用传输功率和可靠性是否足够，并且移动台的功耗被最小化。
此外，在RACH上允许的最大分组尺寸也是从系统发送的一个重要信息，用来防止由于分组尺寸太大而导致的数据传送失败。
根据本发明的用于从移动台到系统的分组数据的上行链路传送的方法按照以下方式：
·  选择一个公共信道(RACH)或一个专用信道(DCH)用于数据
    分组传送，以及
·  使用所选择的信道传送数据分组，
    其特征在于
·  定义一个信道选择参数，
·  为该信道选择参数确定一个当前值，
·  将该信道选择参数从系统发送到移动台，以及
·  基于该信道选择参数的上述值来进行上述选择。
在发明的另一个实施方案中：
·  将信道选择参数的一个阈值存储到移动台中，
·  将发送到移动台的信道选择参数的当前值与上述信道选择参
    数的阈值相比较，以及
·  基于上述比较来进行上述选择。
在本发明的另一个实施方案中：
·  基于要被传送的数据分组的参数，在移动台计算对应于信道
    选择参数的值，
·  将发送到移动台的信道选择参数的最后当前值与上述计算的
    信道选择参数的值相比较，以及
·  基于上述比较来进行上述选择。
根据本发明的一种蜂窝系统包括：
·  用于使用所选择的信道在上行链路方向从移动台发送分组数
    据到系统的装置，
·  用于选择一个公共信道(RACH)或一个专用信道(DCH)进行
    数据分组发送的装置，
其特征在于该蜂窝系统还包括：
·  用于定义信道选择参数的装置，
·  用于为信道选择参数确定当前值的装置，
·  一种装置，用于将上述信道选择参数的值从系统发送到移动
    台，以基于信道选择参数值进行上述选择。
根据本发明的，与一个蜂窝系统相连的移动台包括用于使用一个所选择的信道发送上行链路分组数据到系统的装置，其中所选择的信道或者是公共信道(RACH)或者是专用信道(DCH)，其特征在于该移动台还包括：
·  用于从系统接收信道选择参数值的装置，以及
·  用于依据上述信道选择参数值进行上述选择的装置。
在从属权利要求中描述了本发明的优选实施方案。
下面参考附图来更详细地描述本发明，其中：
图1表示第三代蜂窝无线网络的结构，
图2表示第三代无线接入网络中的协议层，
图3表示在RACH上的上行链路数据分组传送，
图4表示在上行链路DCH上的独立数据分组的传送，
图5表示在上行链路DCH上的由多个数据分组构成的数据的传送，
图6表示根据本发明用于管理上行链路分组数据传送的方法的流程图，
图7表示一个协议数据单元的结构，以及
图8表示根据本发明的移动台的框图。
上面已经连同现有技术的描述讨论了图1到5，所以下面主要参考图6到8来描述本发明。
图6表示根据本发明，用于在上行链路方向传送分组数据600的方法的流程图。首先，在步骤620中，为信道选择参数确定阈值，并将其存储到移动台的存储器中。应当指出，信道选择参数可以有一个系统特定的可变阈值，如数据分组尺寸，而某些信道选择参数可能需要与诸如RACH负荷的阈值相关的当前值。这样，某些阈值会动态改变。
在步骤630中，UTRAN在一个公共信道上发送一个或多个上述信道选择参数。可以在替代公共信道上如下发送该信息：
·  在BCH上，发送到在空闲模式中的移动台，
·  在FACH上，发送到在RACH/FACH模式中的移动台，或者
·  在PCH或者BCH上，发送到在RACH/PCH模式或分组空闲模式中
    的移动台。分组空闲模式也称作URA连接模式。
在UMTS系统中，信息可以被包括在例如SYSTEM INFORMATION消息中。
此外，例如当为分组数据传送预留这种信道时，可以在DCH上发送信道选择参数。
在步骤640中，接收到了发送数据分组的请求之后，(RLC/)MAC层或者基于从系统接收到的参数来进行自主的关于使用公共信道还是专用信道的判定，或者请求RRC层判定恰当的信道类型。
下面描述了一个信道选择参数是要被发送的数据量的例子。当在RACH/FACH模式中，数据分组或业务数据单元SDU从RLC层到达MAC层时，MAC将SDU的尺寸与最大允许尺寸相比较。如果RLC分组的尺寸大于RACH上的最大允许尺寸，则MAC层向RRC层请求以专用信道形式的传送资源。RRC层维护通过无线接口的分组资源分配信令，并通知MAC层关于它能够使用的业务信道(DCH)参数，并且如果需要就配置物理层(L1)。如果RLC分组的尺寸小于最大允许分组尺寸，则MAC层自主确定在RACH上数据的发送时间。
如果判定是要分配一个DCH，则在步骤680中，MAC层通知RRC层谁维护通过无线接口的容量请求信令。移动台的RRC层使用该参数与比特错误率(BER)值一起来为每个特定无线接入信道计算最大允许RLC-PDU(协议数据单元)尺寸。需要BER值来估计可能重传的数量。如果有多个具有不同BER参数值的无线接入信道，则对于它们中的每一个，最大RLC-PDU都是不同的。最大允许RLC-PDU尺寸被发送到移动台的MAC层。
图7举例地给出了当传送速率为16kbps时包括160比特和传送速率为32kbps时包括320比特的RLC-PDU结构。此外，10毫秒层1帧包括例如L1 CRC(循环冗余校验)和可能的结尾比特。
图8以简化框图方式给出了根据本发明的的移动台800及其到蜂窝系统的连接。移动台包括一个接收由基站发送的射频(RF)信号的天线801。利用开关802将接收到的RF信号引导入RF接收机811，其中信号被放大并被变换成数字的。然后在块812中，信号被检测和解调，该块中有利地包括一个RAKE合并器。在块813中进行解交织，并在块814中进行解密。然后在块830中进行信号处理。所接收到的数据被存储到移动台的存储器中，或者可替代地，在信号处理之后，将被处理的分组数据传送到诸如计算机的可能的外部设备。控制单元根据存储在该单元中的程序来控制上面提到的接收块。
例如如下执行根据本发明从移动台的传输。由控制单元803控制，块833执行信号处理，块820在例如MAC层上加密被处理的信号，并且块821在例如层L1上对信号交织。在块823中，将在块822中从编码的数据中产生的突发调制并放大到一个RF信号。利用开关802将要发送的该RF信号引导入天线801。控制单元803还控制这些处理和传输功能。
控制单元803控制接收块，从而根据本发明从公共信道接收有关上行链路信道选择的参数。信道选择在控制单元803中被有利地执行，该控制单元还控制传输块，从而在所选择的信道上传输分组数据。
图8还给出了属于传统移动台的键盘831和显示器832。可以使用实质上公知的部件来实现根据本发明的移动台的块。不过，控制其它块的控制单元根据特殊软件执行控制功能，从而实现了根据本发明的上述块功能。
此外，图8表示用于数据传送的蜂窝系统部件。通过一个或多个基站851实现RF信号的传输和接收。通过基站控制器852建立从基站851到交换机853的连接。除了连接到系统中的其它基站以外，交换机853还连接到归属位置寄存器854和公共交换电话网PSTN。基站系统根据本发明发送有关分组数据传送信道的参数到移动台，并通过移动台选择的信道接收由移动台发送的分组数据。
上面的例子中使用的信号、信道、系统和系统部件以及其它对象的名称是根据所谓的第三代移动通信系统的，在这里该系统只是用来举例讨论的，以提供本发明的可能应用的一个例子。本发明并不局限于任何特定的移动通信系统，而是在由附加的权利要求定义的本发明的范围之内，可以该系统作出修改。

Claims (22)

1.一种用来在上行链路方向从移动台传送分组数据到系统的方法按照以下方式：
·  选择一个公共信道(RACH)或一个专用信道(DCH)用于数据
    分组的发送，以及
·  使用所选择的信道发送数据分组，
    其特征在于：
·  定义至少一个信道选择参数(620)，
·  为该信道选择参数确定一个当前值，
·  将该信道选择参数值从系统发送到移动台(630)，以及
·  基于该信道选择参数值来进行所述选择(650，660)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：
·  将信道选择参数的一个阈值存储到移动台中(620)，
·  将发送到移动台的信道选择参数的当前值与所述信道选择参
    数的阈值相比较(650)，以及
·  基于所述比较来进行所述选择(660)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：
·  基于要被传送的数据分组的参数，在移动台计算对应于信道
    选择参数的值，
·  将发送到移动台的信道选择参数的最后当前值与所述计算的
    信道选择参数的值相比较，以及
·  基于所述比较来进行所述选择。
4.根据权利要求1到3的任何一个的方法，其特征在于如果为数据分组传送选择的信道是一个专用信道(DCH)，则在该选择之后分配一个信道(DCH)，然后在该分配的信道(DCH)上传送数据分组。
5.根据权利要求1到4的任何一个的方法，其特征在于在一个公共信道上发送所述信道选择参数值。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于在下列公共信道之一上发送信道选择参数值：BCH、FACH、PCH。
7.根据权利要求1到3的任何一个的方法，其特征在于在DCH上发送所述信道选择参数值。
8.根据前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于在信道选择中使用下列参数中的一个或多个：
·  数据分组尺寸，
·  RACH上的最大允许数据分组尺寸，
·  所要求的比特率，
·  允许的传送延迟，
·  要被传送的数据的优先级，
·  传送信道上的负荷，以及
·  RACH上所要求的传输功率等级。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于基于RLC缓冲区中的数据量来确定数据分组的尺寸。
10.根据前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于发送到移动台的信道选择参数值是下列值中的一个或几个：
·  RACH上的最大允许数据分组尺寸，
·  传送信道上的负荷，以及
·  RACH上的最大允许功率等级。
11.根据权利要求9的方法，其特征在于发送到移动台的信道选择参数值是对于RLC缓冲区中的数据的一个阈值。
12.根据前面的权利要求中的任何一个的方法，其特征在于信道选择参数被定义以涉及参数要被发送到的区域中的所有移动台。
13.根据权利要求1到11任何一个的方法，其特征在于信道选择参数被定义以涉及参数要被发送到的区域中的所有移动台的一个子集。
14.根据权利要求1到11任何一个的方法，其特征在于信道选择参数被定义以涉及一个单独的移动台。
15.一种蜂窝系统包括：
·  用于使用所选择的信道在上行链路方向从移动台发送分组数
    据到系统的装置，
·  用于选择一个公共信道(RACH)或一个专用信道(DCH)进行
    数据分组发送的装置，
    其特征在于该蜂窝系统还包括：
·  用于定义信道选择参数的装置，
·  用于为信道选择参数确定当前值的装置，
·  一种装置，用于将所述信道选择参数的值从系统发送到移动
    台，以基于该信道选择参数值进行所述选择。
16.一种与蜂窝系统相连的移动台包括使用所选择的信道发送上行链路分组数据到系统的装置，其中所选择的信道或者是一个公共信道(RACH)或者是一个专用信道(DCH)，其特征在于它还包括：
·  用于从系统接收信道选择参数值的装置，以及
·  用于依据所述信道选择参数值进行所述选择的装置。
17.根据权利要求16的移动台，其特征在于它包括：
·  用于存储信道选择参数的阈值的装置，
·  用于将发送到移动台的信道选择参数的当前值与信道选择参
    数的所述阈值相比较的装置，以及
·  用于基于所述比较的结果进行所述信道选择的装置。
18.根据权利要求16的移动台，其特征在于它包括：
·  用于基于要发送的数据分组的参数来计算对应于信道选择参
    数的装置，
·  用于将发送到移动台的最后信道选择参数的当前值与信道选
    择参数的所述计算的值相比较的装置，以及
·  用于基于所述比较进行所述信道选择的装置。
19.根据权利要求18的移动台，其特征在于所述对应于信道选择参数的值是RLC缓冲区中的数据量，所述最后信道选择参数的所述最后当前值是对于RLC缓冲区中的数据量的阈值。
20.权利要求1到14的任何一个的方法的使用在一个UMTS系统中。
21.权利要求15的蜂窝系统，其特征在于它是一个UMTS系统。
22.权利要求16到19的任何一个的移动台的使用在一个UMTS系统中。
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