Способ пакетной передачи данных в мобильной радиосети

 

Изобретение относится к способу передачи данных в мобильной радиосети, выполненной в виде сети последовательного замыкания, с мобильными станциями и базовыми станциями. Согласно изобретению в структуре связи для пакетной передачи данных каждой мобильной станции выделяют коммуникационный канал и индекс, относящийся к конкретной пакетной передаче данных. Передачу отдельных пакетов данных производят в выделенном коммуникационном канале. Предоставляют общий управляющий канал для нескольких мобильных станций. В общем управляющем канале пакеты данных индексируют. Достигаемый технический результат заключается в том, чтобы сделать возможной пакетную передачу данных в выполненной в виде сети последовательного замыкания мобильной радиосети с мобильными и базовыми станциями. 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу пакетной передачи данных в мобильной радиосети с мобильными и базовыми станциями.

Пакетная передача данных, предлагаемая например фирмой ДОЙЧЕ ТЕЛЕКОМ в виде услуги Datex-P-Dienst, обладает тем преимуществом, что емкость передачи используется только тогда, когда действительно передаются данные. Несмотря на это, в течение всего суммарного времени, т.е. во время передачи пакета данных и во время промежуточных пауз между участниками имеет место псевдо-перманентная связь, благодаря чему для каждого передаваемого блока данных не требуется сначала создать новую связь.

Кроме стационарных сетей, например обычных телефонных сетей, появились мобильные радиосети, при помощи которых можно создавать радиосвязь между мобильными станциями и базовыми станциями, обслуживающими соответственно местный участок (ячейку), причем соответственно на одной частоте предоставляется большое число временных интервалов. Такой мобильной радиосетью является, например, "Европейская цифровая сотовая система телекоммуникации" (European Digital Cellular Telecommunication System), описанная в технической спецификации ETSi-SMG, GS M 05.01, версия 4.0.1, октябрь 1992 г., опубликованной "Европейским институтом телекоммуникационных стандартов". Эта система называется GSM (global system for mobile communications).

В патенте DE 3828601 C2 описаны мероприятия по ускорению процесса создания связи в сети последовательного замыкания, которые состоят в том, что связь может быть создана и в прерывистом режиме передачи, причем этому режиму передачи присваивается индекс, что в линиях управления сетью предусматриваются устройства для идентификации этого индекса, что линия управления сетью может образовать соединительную коммуникацию только в ответ на запрос передачи данных идентифицируемой связи и что в режиме прерывистой передачи возможно состояние блокировки для созданной связи, при котором эта соединительная коммуникация может быть использована для другой передачи данных. Однако эти мероприятия, типичные для стационарных сетей, непригодны для использования внутри мобильной радиосвязи.

Далее, из статьи Гудмана (Goodman D.J.) "Тенденции развития в сотовых и беспроводных коммуникациях" (Trends in Cellular and Cordless Communications) в журнале IEEE Communications Magazine (июнь 1991 г., стр. 31- 40) известно предложение создать мобильную радиосеть на базе пакетной передачи данных. При этом предусматривается управление, существенным образом отличающееся от тех, которые применяются в существующих мобильных радиосетях, причем, в частности, в начале пакета передается индекс, который идентифицирует род передаваемой информации.

Задача рассматриваемого изобретения заключается, однако, в том, чтобы сделать возможной пакетную передачу данных в выполненной в виде сети последовательного замыкания мобильной радиосети с мобильными и базовыми станциями.

Эта задача решается согласно изобретению тем, что: - при создании радиосвязи для пакетной передачи данных каждой участвующей мобильной станции выделяют коммуникационный канал и индекс, относящийся к конкретной пакетной передаче данных; - передачу отдельных пакетов данных осуществляют в выделенном коммуникационном канале; - предоставляют общий управляющий канал для нескольких мобильных станций, которым выделен коммуникационный канал для пакетной передачи данных; - в общем управляющем канале пакеты данных обозначают с применением индекса, как принадлежащие конкретной мобильной станции.

Способ согласно изобретению обладает тем преимуществом, что уже имеющиеся устройства современных мобильных радиосетей могут быть также широко использованы и для пакетной передачи данных. Далее, имеются возможности приспособить способ согласно изобретению к конкретным условиям применения. Например можно определить длину пакета или максимальное время задержки, требующееся для засылки пакета данных.

Совместимость с имеющимися службами становится возможной согласно варианту исполнения, при котором в мобильной радиосети по стандарту GSM для передачи от мобильной станции к базовой станции в качестве управляющих каналов по способу многократной выборки ALOHA применяют каналы RACH и временные интервалы в заданных рамках специализированного канала.

Целесообразное кодирование, как и в существующих службах, становится возможным в этом варианте исполнения прежде всего благодаря тому, что передача пакетов данных происходит блоками, причем каждый раз блок передается в четырех временных интервалах в пределах одной мультирамки.

Целесообразная модификация этого варианта исполнения состоит в том, что мобильная станция во временных интервалах заданных рамок специализированного канала передает помимо дальнейшей управляющей информации индекс, а в остальных временных интервалах рамок специализированного канала передаются данные, причем каждый раз мобильной станции дается четыре четных и четыре нечетных временных интервала.

Далее совместимость с уже существующими службами становится возможной при помощи другого исполнения изобретения, при котором в мобильной радиосети согласно стандарту GSM для передачи от базовой станции к мобильной станции в качестве управляющего канала применяются временные интервалы в заданных рамках специализированного канала. При этом одновременная квази-перманентная связь становится возможной предпочтительно благодаря тому, что временные интервалы, которые образуют общий управляющий канал, содержат каждый раз вызывные сообщения, относящиеся к мобильным станциям, для которых предназначаются данные, передаваемые в следующем временном интервале, или к любым другим мобильным станциям, которые могут передавать данные в последующих блоках.

В этом варианте исполнения целесообразному кодированию способствует также то, что передача пакета данных происходит блоками, причем каждый раз блок передается в четырех временных интервалах внутри одной мультирамки. При передаче от базовой станции к мобильной станции целесообразно во временных интервалах заданной рамки специализированного канала помимо дальнейшей управляющей информации передавать вызывное сообщение для участвующей мобильной станции, а в остальных временных интервалах рамок специализированного канала передавать данные, причем каждый раз мобильной станции, приведенной в действие для пакетной передачи данных, даются четыре четных и четыре нечетных временных интервала.

Поскольку индексы выдаются только временно и только для одной ячейки, не нужно слишком много различных индексов, благодаря чему в целесообразном варианте исполнения предусматривается, что индекс занимает семь двоичных мест. При этом для защиты данных предусматривается, что передача индекса происходит в зашифрованном виде.

Дополнительные кодирующие устройства для кодирования пакетов данных согласно другому варианту исполнения изобретения не требуются, если передача пакета данных происходит посредством кода, который предусмотрен и для управляющих каналов.

Выявление и/или корректировка ошибок передачи согласно заявленному способу во многих случаях не требуется, например когда участники проводят эти мероприятия на своем участке. Однако простая возможность повышения надежности передачи при применении способа согласно изобретению обеспечивается тем, что при ошибочном приеме блока данных, что выясняется, например, путем проверки бита четности, передающая станция получает сообщение об ошибке для повторной передачи пакета данных. При этом целесообразно образовать сообщение об ошибке от заданного значения бита октета, содержащего индекс.

В целесообразном варианте исполнения способа согласно изобретению предусматривается, что при передаче информации от базовой станции к мобильным станциям не происходит регулирования излучаемой мощности путем изменения напряженности поля приемника.

Другой целесообразный вариант исполнения состоит в том, что пакетная передача данных происходит в том носителе, который передает также канал радиовещания (broadcast Control channel), в нем не происходит контроль излучаемой мощности.

Пакетная передача данных может производиться в мобильной радиосети также и таким образом, что при исходящей от мобильной станции структуре связи этой станцией передается информация о том, что должна произойти пакетная передача данных и указывается число предоставляемых для этого блоков.

При этом можно предусмотреть, что информация о желательной пакетной передаче данных и о числе блоков данных передается непосредственно с запросом канала (chanel reguest) или о предоставлении после запроса канала (channel reguest) базовой станцией немедленного доступа (immediate access).

Пакетная передача данных в обратном направлении может быть при этом введена таким образом, что в мобильную станцию поступают запросы из базовой станции, что предусмотрен автономный специализированный управляющий канал SDCCH (Stand-alone dedicated control channel) и что передается сообщение L 3, которое указывает конец передачи и одностороннее свойство канала. Далее, можно предпочтительно использовать для пакетной передачи данных от базовой станции к мобильной станции радиовещательный канал (broadcast channel) и осуществить адресацию и в случае надобности защиту данных уже известными средствами.

Примеры исполнения изобретения изображены на чертеже и подробнее объяснены ниже. В частности, показаны: на фиг. 1 - структура мультирамки с 26 временными интервалами, которая используется для передачи пакетов данных от базовой станции к мобильной станции, на фиг. 2 - структура мультирамки с 26 временными интервалами для передачи пакетов данных от мобильной станции к базовой станции.

При описании примера исполнения в соответствии с распространенной технической терминологией в дальнейшем указываются и английские термины, которые определены в стандарте GSM. Для радиосвязи между мобильными станциями и соответственно одной базовой станцией, как правило, используется несколько частот. Каждая из этих частот модулируется мультиплексорным сигналом времени, который разделен на временные интервалы (time slots) длительностью периода соответственно 156,25 битов. Восемь временных интервалов образуют рамку (frame), из которых 26 или 51 образуют мультирамку (multiframe). 51 или 26 мультирамок образуют суперрамку (superframe), из которых опять 2048 образуют гиперрамку (hyperframe). Физический канал определяется последовательностью рамок, номером временного интервала и последовательностью скачков частоты.

Логические каналы служат или для передачи полезных данных (коммуникационные каналы, traffic channels TСH) или для передачи управляющей информации (управляющие каналы, control channels CCH), в дальнейшем называемой сигнализацией. В соответствии с их скоростью передачи данных и конкретными задачами коммуникационные и управляющие каналы подразделяются на большее число видов, которые в дальнейшем описании рассматриваются только, если это необходимо для объяснения изобретения.

В дальнейшем служба, предоставляемая способом согласно изобретению, называется GPRS (general paivet radio services). Запрос этой службы может исходить от мобильной станции или от участника стационарной сети дальней связи. В дальнейшем для объяснения изобретения будет рассматриваться только участок между мобильной станцией и базовой станцией или наоборот. Состояние сети, в котором после приема связи возможна пакетная передача данных, называется квазиперманентной связью абонентов.

Для передачи пакета данных в описываемом примере исполнения в качестве каналов GPRS используются нормальные коммуникационные каналы TCH. При этом количество каналов, готовых для GPRS, может быть конкретно заданным или варьироваться в зависимости от надобности. Для передачи данных от мобильной станции к базовой (uplink UL) служат два разных канала. Из них один канал используется в качестве управляющего R (фиг.1) и представляет собой модифицированный для GPRS канал RACH управления с произвольным доступом (Random Access Control Channel). В изображенной на фиг.1 мультирамке все четные временные интервалы TS, а именно интервалы 0,2... 24, используются в качестве каналов R. При этом как тип радиоимпульса, так и кодирование осуществляются в соответствии с немодифицированным каналом RACH.

Канал R содержит, разумеется, 7 битов для инденкса K, которые могут в соответствии с этим принять значения в пределах от 0 до 127. Другой бит предусмотрен для запроса о емкости от мобильной станции к базовой, если он принимает значение 0; значение 1 служит сообщением об ошибке, если при передаче данных в противоположном направлении обнаружена ошибка. В каждой мультирамке имеется 13 временных интервалов GPRS-RACH.

Для каждого сообщения (message) M предусмотрено четыре временных интервала. Распределение сообщений по временным интервалам (interleaving) и кодирование происходят таким же образом, как и сигнализация в управляющих каналах. В примере, изображенном на фиг.1, три сообщения соответственно с четырьмя временными интервалами распределены в мультирамках следующим образом: M1 = TS 1, 3, 5, 7, M2 = TS 9, 11, 13, 15, M3 = TS 17, 19, 21, 23.

Временной интервал TS 25 остается при этом свободным. Другое распределение для увеличения качества передачи может быть в случае надобности выбрано иным.

При передаче от базовой станции к мобильной (downlink DL) мультирамки имеют структуру, изображенную на фиг.2. Соответственно четыре четных временных интервала от TSO до TS 22 содержат управляющий канал CCCH (common control сhannel), который для осуществления способа согласно изобретению видоизменен по сравнению со стандартом GSM и в дальнейшем именуется PA (= paging). В изображенных мультирамках имеются три управляющих канала PA1, PA2 и PA3. Они соответственно содержат информацию для того, чтобы указать мобильной станции четыре временных интервала M1, или M2, или M3, в которых происходит пакетная передача данных. Распределение и кодирование сообщений PA соответствуют обычной сигнализации в управляющих каналах.

В сообщениях PA (paging messages) содержатся соответственно два вызывных сообщения P1, P2 по восемь битов, причем одно их них служит для того, чтобы указать соответствующей мобильной станции следующие четыре временных интервала M, тогда как при помощи другого вызывного сообщения P2 можно вызвать другую мобильную станцию.

Как уже отмечалось, данные передаются через временные интервалы M1, M2 и M3, причем для каждого сообщения (message) предусмотрены четыре временных интервала. Распределение и кодирование происходят тоже, как при сигнализации. Для каждой мультирамки предусмотрены три сообщения с четырьмя временными интервалами каждое, а именно сообщение M1 в интервалах 1, 3, 5, 7, сообщение M2 в интервалах 9, 11, 13, 15 и сообщение M3 в интервалах 17, 19, 21 и 23. Временные интервалы 24 и 25 остаются свободными.

Образованный временными интервалами M канал GPRS работает без зашифровки, однако участники являются анонимными, потому что индексы K выдаются зашифрованными. Кроме того, канал SPRS использует нормальную SFH (slow freguency hopping). Применение регулирования излучаемой мощности (power control) в канале GPRS невозможно без принятия дополнительных мер, так как при пакетной передаче данных, как правило, противоканал одновременно отсутствует.

В дальнейшем описываются различные процедуры для перехода от одного эксплуатационного режима (mode) к другому. При этом различаются три эксплуатационных режима, а именно готовность мобильной станции к приему (idle mode), псевдо-перманентная связь и передача пакета данных. В режиме готовности к приему мобильная станция (GPRS -MS), оснащенная для GPRS, находится как обычная мобильная станция на канале BCCH (broadcast control channel).

Если мобильная станция хочет перейти в режим GPRS, она переключается на произвольный доступ и переходит на канал SDCCH (Stand-alone dedicated control channel). После этого происходит аутентификация и устанавливается режим зашифровки известным образом. Затем дается запрос на канал GPRS, после чего базовая станция указывает мобильной станции индекс, который передается к мобильной станции в зашифрованном виде. Кроме того, указывается канал GPRS, что опять осуществляется как нормальное выделение коммутационного канала TCH (traffic channel). После этой процедуры мобильная станция, которая теперь остается еще инертной, находится на канале GPRS.

Если другой участник с мобильной станцией хочет связаться через GPRS, происходит вызов (paging) мобильной станции MS и обеспечение произвольного доступа (Random Acess) обычным образом. Затем производится замена на канал SDCCH, аутентификация и введение режима зашифровки. После этого указываются индекс и канал, как в вышеописанном случае.

Мобильная станция, которая является инертной в канале GPRS, т.е. находится в псевдо-перманентной связи с базовой станцией, хочет выслать сообщение GPRS. Для этого в одном из временных интервалов R (фиг.1) вводится произвольный доступ. Тогда сеть или базовая станция находит сдвиг времени TA (TA = time advance) и указывает посредством PA (фиг.2) четыре временных интервала M для связи от мобильной станции к базовой станции. Здесь можно в случае надобности передать одновременно данные для контроля излучаемой мощности. Два вызывных сообщения P1 и P2 в канале PA используются только в том случае, если нужно передать данные в другие пригодные для GPRS мобильные станции, находящиеся на том же канале GPRS, или если надо скорректировать ошибки передачи.

Если имеется сообщение GPRS для мобильной станции, то ее вызывают сообщением P1 в канале PA. В результате в эту мобильную станцию в связи от базовой станции к мобильным станциям выделяются те же четыре временных интервала, как для вышеупомянутой мобильной станции в связи от мобильных станций к базовой станции. При этом управление времени TA, как и контроль излучаемой мощности, не требуются.

Если имеется нормальный телефонный вызов для мобильной станции, то он происходит через сообщение P2 в канале PA. В результате вызванная мобильная станция меняет канал на BCCH и вводит там произвольный доступ, после чего дальнейшие этапы осуществляются, как в нормальной структуре связи с мобильным телефоном.

В данном примере исполнения не предусмотрена подача сигнала о правильно принятом сообщении M. Однако, если мобильная станция приняла сообщение M с ошибкой, наличие последней выясняется путем проверки бита четности. Тогда через блок произвольного доступа, в котором восьмой бит установлен на 1, базовую станцию извещают, что последнее сообщение надо повторить. Тот же способ применяется при передаче от мобильной станции к базовой станции, причем сообщение об ошибке передается через P2 путем установки восьмого бита на 1.

Окончание псевдо-перманентной связи может быть произведено со стороны мобильной станции таким образом, что она, пользуясь нормальным каналом RACH, SDCCH, сообщает о таком окончании, в случае необходимости указывая индекс и канал. Если связь заканчивает участник в стационарной сети, то базовая станция (BSS) вызывает через P2 мобильную станцию, которая связывается через RACH, CDCCH, по которым базовая станция извещает мобильную станцию об окончании связи.

Если мобильная станция не принимает больше сообщений PA и M или путем сравнения выясняет, что другие базовые станции имеют лучшее значение C1, она связывается сама с новой базовой станцией, указывая индекс, прежнюю базовую станцию и прежний канал GPRS в качестве параметров вызова (CALL). Тем самым перенос связи входит в сферу ответственности мобильной станции.

Альтернативно мобильная станция может при помощи BCCH, RACH перейти к SDCCH, что позволяет осуществлять нормальную передачу измерительных значений. Тогда перенос связи осуществляет базовая станция BSS.

Следующая альтернатива заключается в том, что для передачи сделанных измерений базовая станция BSS опрашивает мобильные станции, которые могут нуждаться в переносе связи, если емкость связи мобильных станций с базовой станцией для передачи сообщений M свободна. Затем базовая станция осуществляет перенос связи.

Надписи к чертежам.

Фиг.1 1 - передача из базовой станции в мобильную
Фиг.2 1 - передача из мобильной станции в базовую.

Формула изобретения

1. Способ пакетной передачи данных в мобильной радиосети, выполненной в виде сети последовательного замыкания, с мобильными станциями и базовыми станциями, при котором передачу адресов мобильных станций и отдельных пакетов данных производят в одном общем коммуникационном канале, отличающийся тем, что каждой мобильной станции выделяют коммуникационный канал и индекс, действительный для соответствующей пакетной передачи данных, передачу отдельных пакетов данных производят в выделенном коммуникационном канале, предоставляют общий управляющий канал для нескольких мобильных станций, в общем управляющем канале пакеты данных индексируют как принадлежащие соответствующей мобильной станции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в мобильной радиосети согласно стандарту GSM для передачи данных от мобильной станции к базовой станции в качестве управляющих каналов по способу многократной выборки ALOHA применяют каналы RACH и временные интервалы в заданных рамках специализированного канала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что передачу пакетов данных производят блоками, причем соответственно один блок передают в четырех временных интервалах в пределах одной мультирамки.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что от мобильной станции во временных интервалах заданных рамок специализированного канала передают помимо дальнейшей управляющей информации индекс, а в остальных временных интервалах рамок специализированного канала передаются данные, причем соответственно мобильной станции придают четыре четных и четыре нечетных временных интервала.

5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в мобильной радиосети согласно стандарту GSM для передачи от базовой станции к мобильной станции в качестве управляющего канала применяют временные интервалы заданных рамок специализированного канала.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что временные интервалы, которые образуют общий управляющий канал, содержат соответственно вызывные сообщения, относящиеся к мобильным станциям, для которых предназначены данные, передаваемые в следующем временном интервале, или к любым другим мобильным станциям, которые могут передавать данные в следующих блоках.

7. Способ по одному из п.5 или 6, отличающийся тем, что во временных интервалах заданных рамок специализированного канала помимо дальнейшей управляющей информации передают вызывное сообщение для участвующей мобильной станции, а в остальных временных интервалах рамок специализированного канала передают данные, причем соответственно одной мобильной станции, активированной для пакетной передачи данных, придают четыре четных и четыре нечетных временных интервала.

8. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что индекс занимает семь двоичных мест.

9. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что передачу индекса производят в зашифрованном виде.

10. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что передачу пакета данных производят посредством кода, который предусмотрен и для управляющих каналов.

11. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при ошибочном приеме блока данных, который обнаруживают путем проверки бита четности, передающую станцию посредством сообщения об ошибке побуждают к повторной передаче пакета данных.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что сообщения об ошибке образуют заданным значением одного бита октета, содержащего индекс.

13. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при передаче данных от базовой станции к мобильным станциям не происходит регулирования излучаемой мощности путем изменения напряженности поля приема.

14. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что пакетную передачу данных производят предпочтительно на той же несущей, на которой также передает радиовещательный канал.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при исходящей от мобильной станции структуре связи от мобильной передают информацию о том, что должна произойти пакетная передача данных, и указывают число предоставляемых для этого блоков, состоящих соответственно из нескольких временных интервалов.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что информацию о том, что желательна пакетная передача данных, и число блоков данных передают непосредственно с запросом канала.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что информацию о том, что желательна пакетная передача данных, и число блоков данных передают, когда после запроса канала базовая станция предоставила немедленный доступ.

18. Способ по п.15, отличающийся тем, что мобильную станцию вызывают с базовой станции, что предоставляют автономный специализированный управляющий канал (SDCCH) и что передают сообщение L3, которое указывает конец передачи и однонаправленное свойство канала.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что для пакетной передачи данных от базовой станции к мобильной станции используют радиовещательный канал и что адресацию и, в случае надобности, защиту данных осуществляют уже известными средствами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

PC4A - Регистрация договора об уступке патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Т-МОБИЛЕ ДОЙЧЛАНД ГМБХ (DE)

(73) Патентообладатель:
ТИАЙПИ КОМЬЮНИКЭЙШНС ЭЛЭЛСИ (US)

Договор № РД0056676 зарегистрирован 10.11.2009

Извещение опубликовано: 20.12.2009        БИ: 35/2009