專利名稱：預(yù)留時隙al0ha類協(xié)議中用于arq的臨時幀標(biāo)識的制作方法
背景申請人的發(fā)明涉及應(yīng)用預(yù)留時隙ALOHA類協(xié)議的移動分組無線系統(tǒng)，是具體涉及自動重發(fā)請求(ARQ)系統(tǒng)。
在移動分組無線通信系統(tǒng)中，一個基站(BS)通過一個或多個共享分組無線信道同多個移動臺(MS)通信。此類移動分組無線系統(tǒng)被描述于授予Felix的美國專利No.4,887,265及第38屆IEEE VehicularTechnology會議的會議論文集第414～418頁(1998年6月)K.Felix所注論文《數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中的分組交換》中。類似的系統(tǒng)被描述于Goodman的專利，美國專利No.4,916,691及《蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)(CDPD)系統(tǒng)規(guī)范》的第一卷“系統(tǒng)概述”，版本1.0(1993年7月19日)。歐洲全球移動通信系統(tǒng)(GSM)在下列論文中有所描述，P.Decker，“Packet Radio in GSM”(GSM中的分組無線)，Tech，DOC.SMG 458/93，歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)(ETSI)，(Feb.12，1993)；P.Decker等人的，“為GSM建議的通用分組無線業(yè)務(wù)”，AachenUniversity of Technology(Oct.13，1993)；J.Hmlinen等人的“GSM網(wǎng)上的分組數(shù)據(jù)”，Teeh.DOC.SMG 1 238/93，ETSI(Sept.28，1993)；及Beeson等的歐洲專利No.0544464。
下行鏈路(BS到MS)業(yè)務(wù)由BS控制以避免競爭，但是為了訪問BS，MS使用隨機多址將不可避免地導(dǎo)致上行鏈路業(yè)務(wù)(MS到BS)的競爭。在兩個方向上，每一數(shù)據(jù)分組都有必要包含唯一指出和BS通信的MS的一個標(biāo)識(也就是標(biāo)識MS是數(shù)據(jù)分組的接收者還是數(shù)據(jù)分組的發(fā)送者)。希望這種標(biāo)識有助于實現(xiàn)有效的無線協(xié)議而產(chǎn)生很少的額外開銷并且在各種情況下不易出錯。
移動分組無線通信系統(tǒng)可以有一個單一的優(yōu)化信道用于分組數(shù)據(jù)，也就是說分組傳輸和隨路控制信令都在同一信道中傳輸。另一方面，無線通信系統(tǒng)也可以是中繼多信道系統(tǒng)。
中繼多信道移動分組無線通信系統(tǒng)被描述于美國專利申請No.08/354,874，1994年12月9日提交，專利人為L.Billstrm等人，專利名為“在數(shù)字TDMA蜂窩系統(tǒng)中提供分組數(shù)據(jù)通信的設(shè)備和移動臺”，及相應(yīng)瑞典專利申請No.9304119-2,1993年11月10日提交，這兩者在此被聯(lián)合引用。在文章“暫時GPRS系統(tǒng)概念”，Tech.DOC.SMG GPRS17/94，ETSI(1994年5月)，其中“GPRS”代表通用分組無線業(yè)務(wù)。
在當(dāng)前蜂窩無線通信系統(tǒng)中，無線信道使用調(diào)頻無線載波信號，許多這樣的系統(tǒng)中使用的頻率為800兆赫茲。在TDMA蜂窩無線電話系統(tǒng)中，每個無線信道被分成一系列時隙，每一個時隙傳輸從一個數(shù)據(jù)源(如，數(shù)字計算機)發(fā)出信息脈沖串。例如在GSM系統(tǒng)的每一個時隙中傳送114比特，其中主要部分是要發(fā)送的信息，包括糾錯編碼比特，其它部分是用于諸如同步目的的保護時間和額外開銷信令。其它系統(tǒng)在每一時隙中傳輸其它數(shù)目的比特，(如，在北美使用的先進數(shù)字移動電話業(yè)務(wù)(D-AMPS)系統(tǒng)中每一時隙傳324比特)，這些差異并不是本專利申請人發(fā)明應(yīng)用的限制條件。
這些時隙在一預(yù)定的持續(xù)時間內(nèi)被組成連續(xù)的TDMA幀。如在GSM類系統(tǒng)中一幀包含8個時隙。能同時共享無線信道的不同用戶數(shù)和在每一TDMA幀中包含的時隙數(shù)有關(guān)。通常最大用戶數(shù)是每一TDMA幀中包含的時隙數(shù)，但是一個用戶被分配到一個幀中多于一個時隙是可能的。分配給同一用戶的相繼時隙，可以是無線載波上的相鄰時隙或不相鄰時隙，被看作分配給用戶的一邏輯信道。
為了更好地理解此專利申請人發(fā)明的結(jié)構(gòu)和運作，通信系統(tǒng)被看作至少有三層。層一(L1)是物理層，用于定義物理通信信道參數(shù)，如無線頻段，載波調(diào)制特性等。層二(L2)定義在物理信道(L1)的約束內(nèi)精確傳輸信息所需技術(shù)，如糾錯和檢錯等。層3(L3)定義在L2數(shù)據(jù)鏈路層上透明傳輸信息的規(guī)程。
由于每一個TDMA時隙擁有一特定的固定信息承載容量，所以每一次發(fā)送只是L3消息的一部分。在上行鏈路方向，多個移動臺基于競爭機制試圖占用信道資源，同時多個移動臺偵聽在下行鏈路方向從系統(tǒng)發(fā)出的L3消息。在所知系統(tǒng)中，任何L3消息必須由發(fā)送完整L3消息所需的TDMA信道數(shù)承載。
如
圖1，一通過GSM類空中接口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組通常包含用戶數(shù)據(jù)部分和層3頭部分L3H。這樣的分組通常經(jīng)過加密后被按格式填入包含信息域和幀頭FH的幀中。幀之后被分割成所需數(shù)目的數(shù)據(jù)塊。每個數(shù)據(jù)塊包含一個塊頭BH，一信息域和BCS域，并且每一塊在連續(xù)的TDMA幀中被分四次發(fā)送。
如圖2所示，典型幀頭FH包含48比特用于攜帶下列信息MS標(biāo)識(32比特或4個八比特組)由八比特組為單位表示的幀長度，(十個比特或一個八比特組加2比特)，幀類型(3比特)，移動/靜止標(biāo)識(1比特)，和一幀序列號(兩比特)。通過設(shè)置幀類型比特為預(yù)定值如111可以擴展幀頭?？梢岳斫鉃閳D2只是給出一個可行的例子，其它很多用法是可能的。
控制消息如信道預(yù)留消息和應(yīng)答消息占用兩個時隙，而隨機接入請求和預(yù)留接入應(yīng)答為一時隙消息。下面會詳細討論這些消息。
值得注意的是通過空中接口傳輸?shù)拿恳粠ㄒ坏腗S標(biāo)識號碼，通常在幀頭(如圖1)。在“通?！钡腉SM中，此MS的唯一全球標(biāo)識號碼是國際移動用戶標(biāo)識(IMSI)。一些系統(tǒng)使用IMSI標(biāo)識加密業(yè)務(wù)，在這種情況下使用特定本地區(qū)域LA內(nèi)有意義的臨時移動用戶標(biāo)識(TMSI)。在此LA外，TMSI和本地區(qū)域標(biāo)識號碼聯(lián)合使用，以維護標(biāo)識的確定性，參見《歐洲數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)(Phase 2)；移動無線接口層3規(guī)范》，GSM 04.08，版本4.9.0第4.3.1節(jié)，ETSI TC-SMG(1994年7月)。雖然可以在幀頭中應(yīng)用其它類型的MS完整標(biāo)識(如，類似TMSI的CDPD標(biāo)識)，此處假定為TMSI。
因為TMSI可長達4個八比特組并且?guī)旧肀环指畛啥鄠€數(shù)據(jù)塊，如每塊都包含TMSI將產(chǎn)生更多的額外開銷，也就是說每塊都攜帶相同的地址信息量。在發(fā)生差錯之后的塊重傳時也存在此種情況。因此只有在完整幀或部分數(shù)據(jù)幀的第一塊中攜帶完整的MS標(biāo)識。所以在重傳時，為了提供MS完整標(biāo)識，一附加的首塊必須加到將被重傳的部分幀中。這本身增加就了不需要的額外開銷。
概述根據(jù)申請人發(fā)明的一個方面，在使用預(yù)留時隙ALOHA協(xié)議的移動分組數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中實現(xiàn)ARQ的一種方法包括為傳輸?shù)揭灰苿优_的每一數(shù)據(jù)幀分配一臨時幀標(biāo)識(TFI)的步驟。一小區(qū)內(nèi)在當(dāng)前同時幀傳送序列中分配的TFI是唯一的，可以根據(jù)送到移動臺的數(shù)據(jù)幀中的信息分配也可以根據(jù)在傳送到移動臺的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留消息中的信息分配TFI。
申請人發(fā)明的另一方面，在使用預(yù)留時隙ALOHA協(xié)議的移動分組數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中實現(xiàn)ARQ的方法包括為從移動臺發(fā)送出的每一個數(shù)據(jù)幀分配TFI的步驟。TFI依據(jù)在從移動臺發(fā)出的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留幀中的信息分配，在一小區(qū)內(nèi)在當(dāng)前同時幀傳送序列中所分配的TFI是唯一的。
TFI被包含在屬于某一幀的每一塊內(nèi)，塊為ARQ所基于的數(shù)據(jù)單元。在發(fā)生傳輸差錯時將被重傳的部分數(shù)據(jù)幀中只包含由所用的ARQ協(xié)議類型確定的塊，(如，選擇重傳及重傳N塊)，無需增加用于識別移動臺的首塊。屬于發(fā)送到不同移動實體的幀的數(shù)據(jù)塊可以基于TFI在下行鏈路方向上復(fù)用。在隨機接入請求中，移動臺可以包含TF2已經(jīng)分配的指示。
應(yīng)用本申請的發(fā)明，一數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)氖讐K可能出差錯，而后續(xù)塊仍可以被正確接收，并能正確和特定的幀和特定的移動臺相聯(lián)系。在由于來自移動臺的一差錯應(yīng)答消息導(dǎo)致的不完整幀傳送情況下，如果基站發(fā)送攜帶傳輸被破壞的幀的TFI的消息，通信將會重新開始，(即通過重新傳輸上一次傳輸?shù)氖讐K)。在由于來自基站的差錯應(yīng)答導(dǎo)致不完整幀傳送的情況下，如果移動臺在接收到信道預(yù)留后發(fā)送一隨機接入請求及被破壞傳輸幀的TFI，通信將會被重新建立，例如通過重新發(fā)送上次傳輸?shù)氖讐K。
附圖簡述本專利申請人的發(fā)明參考通過例子給出的實施例在以下詳細描述，并且在相應(yīng)的圖中作了說明。它們是圖1說明數(shù)據(jù)分組的塊和幀結(jié)構(gòu)；圖2闡述幀頭的結(jié)構(gòu)；圖3A，3B闡述塊頭的結(jié)構(gòu)；圖4A，4B給出通過空中接口的移動發(fā)起(MO)分組幀傳輸?shù)南⑿蛄校粓D4C，4D，4E給出通過空中接口的移動終結(jié)(MT)分組傳輸?shù)南⑿蛄?；圖5給出隨機接入請求消息的結(jié)構(gòu)；圖6給出短應(yīng)答消息的結(jié)構(gòu)；
圖7說明有分組數(shù)據(jù)功能的GSM類通信系統(tǒng)；圖8說明圖7所示系統(tǒng)的協(xié)議結(jié)構(gòu)；圖9說明另一種擁有分組數(shù)據(jù)功能的GSM類通信系統(tǒng)。
詳細描述TDMA的結(jié)構(gòu)及在第一次隨機訪問中允許一定程度的時鐘錯位的需求導(dǎo)致本專利中請人在此申請所描述的GSM類分組通信系統(tǒng)中選擇預(yù)留時隙ALOHA類協(xié)議。然而本專利申請人的發(fā)明可以應(yīng)用到其它系統(tǒng)平臺。
依據(jù)專利申請人的發(fā)明，一個唯一的臨時幀標(biāo)識TFI被分配給每一個要發(fā)送的幀。TFI在進行數(shù)據(jù)傳送的特定小區(qū)中具有本地特性。換句話說，分配給一個幀的特定TFI依賴于進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男^(qū)，并且有別于在此小區(qū)中當(dāng)前分組傳輸中其它所使用的TFI。一幀中的每一數(shù)據(jù)塊包含同樣的TFI，也就是說，TFI唯一分配給數(shù)據(jù)塊所屬于的特定幀，且必須重傳的塊包含它們的原始TFI。可以理解為TFI基本上取代起始包含在要傳輸?shù)膲K中的TMSI和幀序列號FN的組合。
依據(jù)本專利中請人的發(fā)明，每一數(shù)據(jù)塊包含用于指明塊在幀中相對位置的塊序列號碼，專利申請人對于塊序列號和TFI的組合明確識別在一特定幀中的一特定塊。通過此種途徑，專利申請人的發(fā)明提供一種無需在每一重傳幀中包含首塊的ARQ協(xié)議。應(yīng)該理解為雖然此描述集中于選擇ARQ，但是本專利申請人的發(fā)明可以應(yīng)用到其它類型的ARQ協(xié)議，如“回退N，繼續(xù)”ARQ協(xié)議，“回退N，繼續(xù)”ARQ協(xié)議描述于F.Halsall的，《數(shù)據(jù)通信，計算機網(wǎng)絡(luò)與OSI》，Addison-Wesley出版公司1989年。
因此，依據(jù)專利申請人的發(fā)明及圖3A，3B所示。塊頭通常包括TFI(8比特)，塊序列號(5比特)，塊類型(2比特)，及-詢問/結(jié)束比特。一幀中的首塊塊頭(圖3A)最好還包括一些隨機訪問嘗試(例如4比特)，附加八比特組中的剩余比特可以應(yīng)用于其它目的。在所示的例子中，首塊中塊頭的長度為24比特(3個字節(jié))，后續(xù)塊的塊頭長度為16比特(3個字節(jié))(圖3B)。
TFI的分配與釋放是網(wǎng)絡(luò)側(cè)介質(zhì)訪問層管理提供的管理業(yè)務(wù)。TFI域的最小長度由一個小區(qū)中可能同時傳輸?shù)姆纸M數(shù)目決定。當(dāng)前認為8比特可很好地地平衡容量與額外開銷，但是其它平衡當(dāng)然可能達到。TFI值能被連續(xù)重復(fù)使用，用于區(qū)分后續(xù)分組傳輸與先前分組傳輸。
對于一移動發(fā)起(MO)分組傳輸，BS指定TFI作為信道預(yù)留規(guī)程的一部分并在信道預(yù)留命令ChRe中發(fā)送此TFI到MS。對于一移動終結(jié)(MT)分組傳輸來說，BS在幀的首塊中傳送移動臺的TMSI和分配給特定幀的TFI。TMSI作為幀頭FH的一部分發(fā)送，而TFI作為塊頭BH的一部分發(fā)送。通過此種方法，MS被通知為當(dāng)前幀發(fā)送使用的TFI。
目前傾向于在通過空中接口傳輸?shù)膸拿恳粩?shù)據(jù)塊中，無論上行鏈路還是下行鏈路，使用相同的TFI，用于明確標(biāo)識此特定幀。在預(yù)約好的上行鏈路傳輸中，每一傳輸塊中都包含TFI不是嚴格必須的，但是包含TFI可以增加協(xié)議的可靠性。
一應(yīng)用本專利申請人發(fā)明的典型無線鏈路協(xié)議是選擇重發(fā)ARQ類協(xié)議。選擇重發(fā)ARQ意味著只有出錯的塊被重傳。圖4A-4E給出的基本應(yīng)用場景對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是充分的，下面的描述基于被作為參考的前面引用的專利申請。
在使用預(yù)留時隙ALOHA類協(xié)議的GSM類分組通信系統(tǒng)中，MS在允許時在上行鏈路分組數(shù)據(jù)信道(PDCH)上發(fā)送一隨機訪問請求Ra來開始一分組傳輸。這個所謂的隨機訪問子信道由標(biāo)為“空閑”(表示為圖4A-4E所示USF＝f)或在PDCH下行鏈路上標(biāo)為“預(yù)留”(表示為圖4A-4E所示的USF＝R)的上行鏈路狀態(tài)標(biāo)識(USF)決定，如圖5所示，隨機訪問請求Ra使用和在普通GSM中相同類型的訪問數(shù)據(jù)，包含5比特隨機數(shù)用于提供MS的初始標(biāo)識和下面要描述的其它信息。
圖4A-4E說明通過空中接口用于移動發(fā)起(MO)和移動終結(jié)(MT)分組傳輸?shù)南⑿蛄?。圖4A頂部給出了從編號為1到51的時隙索引。
如圖4A所示，在MO方向的分組傳輸起始于移動臺發(fā)送一隨機訪問請求Ra。MS檢查USF是否為f，如果是，MS在下一個相鄰時隙傳送隨機接入請求。如USF＝R，MS通常要等待直到USF＝f，并隨機地選擇預(yù)定數(shù)目的后續(xù)時隙，并且如果USF仍為空閑則在所選的時隙中發(fā)送隨機訪問請求。
來自系統(tǒng)的對這樣的隨機訪問請求的通常響應(yīng)是BS發(fā)送一信道預(yù)留命令ChRe，為上行鏈路傳送一變長數(shù)據(jù)分組預(yù)留時隙(USF＝R)，信道預(yù)留命令ChRe在PDCH下行鏈路上發(fā)送，并且通常包含一請求參考和一時間提前量。請求參考信息的目的是通過提供在訪問請求Ra中使用的隨機接入信息和從中接收到訪問請求的TDMA幀的幀號FN，模42432來尋址特定的MS。(參《歐洲數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)》(Phase2)；“移動無線接口層3規(guī)范”，QSM 04.08，版本4.9.0，第10.5.2.3節(jié)，ETSITC-SMG(1994年7月))。如系統(tǒng)不響應(yīng)移動臺的隨機訪問請求Ra，MS經(jīng)一隨機放棄時間后重新申請。
在MS于預(yù)留時隙中發(fā)送一數(shù)據(jù)幀后，如果整個數(shù)據(jù)幀被正確接收BS發(fā)送一肯定應(yīng)答消息ACK。圖4所示例子中，MS發(fā)出的數(shù)據(jù)幀包括4個塊，或16次突發(fā)(時隙16到31)。如果接收幀時有差錯，BS發(fā)送占用2個突發(fā)的否定應(yīng)答Nack，作為Nack的響應(yīng)MS僅將差錯塊作為部分幀重發(fā)。如圖4B所示，幀的第三塊(時隙24-27)發(fā)生差錯，引起在時隙34，35由系統(tǒng)發(fā)送的Nack消息，于是MS在時隙40-43重傳第三塊，系統(tǒng)在46，47時隙傳送Ack消息。
參見圖4C-4E，MT方向上的分組傳輸起始于系統(tǒng)在PDCH下行鏈路方向上發(fā)送的尋呼消息。為了節(jié)省無線頻譜，尋呼被限定在最小可能小區(qū)組內(nèi)，這些小區(qū)基于本地區(qū)域(LA)，移動臺的當(dāng)前所處小區(qū)位置計錄及MS的子模式。尋呼消息可能包含在PDCH上行鏈路方向為MS響應(yīng)尋呼消息的預(yù)留訪問時隙。當(dāng)從MS收到尋呼響應(yīng)后，系統(tǒng)發(fā)送一數(shù)據(jù)幀到MS。在某些情況下，如當(dāng)MS所處小區(qū)位置在很大程度上是知道的，在MT方向發(fā)送的數(shù)據(jù)作為“立即數(shù)據(jù)”被直接發(fā)送而不經(jīng)過提前尋呼消息。此種情況如圖4C-4E所示。
MS在一預(yù)留的訪問時隙中發(fā)送應(yīng)答消息來響應(yīng)“立即數(shù)據(jù)”。應(yīng)答消息可以為所有塊均被正確接收后的短(一次突發(fā))Ack消息(見圖4C)，也可以為不是所有塊均被正確接收時的短(一次突發(fā))Nack消息(見圖4D，4E)。如圖6所示，短Nack消息至少為較小的分組(可達7個塊)包含指明差錯塊的比特映射和一應(yīng)答標(biāo)識(圖6所示ACK)。如果應(yīng)答標(biāo)識被設(shè)為一預(yù)定的值如1，則所有的塊被準(zhǔn)確無誤接收。如比特映射中的某一比特被設(shè)為一預(yù)定的值如1，表示相應(yīng)的塊中發(fā)生差錯。如圖4D所示情況下，幀包含4個塊，其中第三塊被不正確接收，MS發(fā)送的短Nack消息中的ACK標(biāo)識被設(shè)為0且和比特映射使系統(tǒng)重發(fā)第三塊。
對于較長的分組(多于7個數(shù)據(jù)塊)，短Nack消息指示系統(tǒng)更長(兩個突發(fā))的完整否定應(yīng)答消息Nack需要信道預(yù)留。此種情況可以通過以下方法實現(xiàn)，設(shè)想比特映射表中的所有比特為指示無差錯的值，即0，同時設(shè)置ACK標(biāo)識的值為0以指明差錯發(fā)生。在圖4E中，第8，9及10塊被不正確接收，系統(tǒng)被用一保留消息ChRe響應(yīng)一移動臺的短Nack消息(全0)，該預(yù)留消息ChRe指明用于包括幀中所有塊的整個比特映射表的長(兩次突發(fā))Nack的保留時隙。
兩次突發(fā)應(yīng)答消息結(jié)構(gòu)包含TFI，Ack/Nack指示符，和差錯接收塊的列表(比特映射表)。在下行鏈路方向，兩次突發(fā)應(yīng)答消息還包含用于重發(fā)的信道預(yù)留。MS在分配的時隙中發(fā)送長(兩次突發(fā))Nack消息并用此消息指示系統(tǒng)需要重傳塊8，9及10是有必要的。無論是短的還是長否定應(yīng)答消息，由沒有應(yīng)答的塊組成的部分幀被系統(tǒng)重發(fā)只到從MS接收到肯定應(yīng)答消息。
所以依據(jù)本專利申請人的發(fā)明，每一完整幀或部分幀的發(fā)送都跟隨一應(yīng)答消息，在需要時應(yīng)答消息包含它所指的哪個幀的TFI和差錯塊的列表。因為一次突發(fā)Ack/Nack消息僅在一預(yù)留時隙中發(fā)送，所以發(fā)送移動臺被間接標(biāo)識而不需要在一次突發(fā)的Ack/Nack消息中包含TFI。由沒有應(yīng)答的重傳塊組成的部分幀將被發(fā)送直到收到肯定應(yīng)答，也就是說直到收到一不包含差錯塊列表的應(yīng)答消息。
即使通信在短時間內(nèi)被打斷TFI仍然保持有效。如，當(dāng)一差錯應(yīng)答消息由BS發(fā)送，MS可通過發(fā)送通知BS TFI已經(jīng)被分配的隨機訪問請求消息Ra來重新建立通信。如圖5所示，隨機訪問請求消息Ra包含一八比特組，其中一些比特(5個)攜帶標(biāo)識MS的偽隨機數(shù)，一比特(圖5中RETR)指明起始/重發(fā)請求，一比特(圖5中SING)指明是否MS趨于僅在上行鏈路方向傳送一單一塊，另外一比特(圖5中PRIO)指明優(yōu)先級。偽隨機數(shù)用于區(qū)分來自不同移動臺的訪問請求。起始/重發(fā)申請指明TFI已被分配。
當(dāng)MS收到BS為響應(yīng)隨機接入消息Ra而發(fā)送的信道預(yù)留消息ChRe時，MS通過重新表述其TFI標(biāo)識來重發(fā)不完整幀的傳送(如重發(fā)不完整幀的首塊)，接著BS通過發(fā)送和前次傳輸中出錯的消息相同的應(yīng)答消息來繼續(xù)幀的傳輸。以這種方式運行有顯著好處。在未完成幀傳輸(例如，丟失來自BS的確認消息)而和BS重建通信聯(lián)系的情況下，只要說明被中斷傳輸?shù)膸腡FI就足夠了。(例如通過重傳上一次傳輸?shù)牡谝粔K)。
一幀被通過空中接口成功傳輸之后，也就是說收到一肯定應(yīng)答響應(yīng)之后，網(wǎng)絡(luò)層管理實體可以釋放TFI值，此TFI可以被其它過程再使用。當(dāng)連續(xù)多次丟失從MS發(fā)來的響應(yīng)或MS漫游到其它小區(qū)時也會發(fā)生TFI值釋放過段。
值得注意的是和其它系統(tǒng)相比，本專利申請人的發(fā)明為一通信系統(tǒng)提供許多優(yōu)點，TFI是在幀通過空中接口傳輸過程中用來替換TMSI和幀序列號FN的組合的一短標(biāo)識。另外，TFI和塊序列標(biāo)識的組合可以明確識別發(fā)送到MS或從MS發(fā)出的幀中的一數(shù)據(jù)塊。并且除了通過使用TFI作為每一塊數(shù)據(jù)頭的一部分，無需在每個重發(fā)部分幀中用于完整標(biāo)識MS的附加首塊。更值得注意的是，通過在一幀中的每一塊中包含TFI，即使在一幀的第一數(shù)據(jù)塊不能被正確接收的情況下，后續(xù)數(shù)據(jù)塊仍然可以被正確接收并能被正確判斷屬于哪個幀和哪個MS。
本專利申請人的發(fā)明使下行鏈路業(yè)務(wù)管理更為簡單，更為靈活，頻譜效率更好，原因如下(1)發(fā)往不同MS的幀中的數(shù)據(jù)塊可以在相同的下行鏈路信道上復(fù)用(如，當(dāng)?shù)却龔牡谝粋€MS發(fā)回的響應(yīng)消息時，一些新數(shù)據(jù)塊可被發(fā)送到另外一個MS，由此而充分利用下行頻譜)，(2)由很多數(shù)據(jù)塊組成的數(shù)據(jù)幀的下行鏈路傳輸可以被打斷，如通過向其它一些MS發(fā)送控制消息，然后再接著發(fā)送。(3)如果下行業(yè)務(wù)可獲得多個數(shù)據(jù)信道，同一幀中的數(shù)據(jù)塊可以在不同信道上傳輸，并且目的MS仍能正確接收，條件是MS可以并行監(jiān)視多個信息。
如上所述，專利申請人的發(fā)明可以被應(yīng)用到有GSM類型結(jié)構(gòu)的TDMA蜂窩無線電話系統(tǒng)中。在下面首先介紹的一個這樣的系統(tǒng)中，通過充分利用當(dāng)前GSM的體系結(jié)構(gòu)，采用集成方式給一GSM類系統(tǒng)增加分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在下面介紹的另一個這樣的系統(tǒng)中，主要應(yīng)用GSM網(wǎng)絡(luò)的基站部分并增加用于其它網(wǎng)絡(luò)的獨立移動分組數(shù)據(jù)設(shè)施。
圖7所示為增加了分組數(shù)據(jù)功能(PD)的GSM系統(tǒng)，其中主要的PD功能塊由加黑的方框線表示。大量的基站收發(fā)器(BTS)一起完整覆蓋GSM公用陸地移動網(wǎng)(PLMN)業(yè)務(wù)區(qū)，其中每個BTS為相應(yīng)小區(qū)中的多個MS提供無線通信服務(wù)。圖7僅畫出了一個BTS和一個MS，MS由移動終端(MT)部分和終端設(shè)備部分(TE)組成。BTS中的功能單元為每一發(fā)送到MS的幀提供上面所述TFI分配過程，在為當(dāng)前發(fā)送到其它移動站的數(shù)據(jù)幀分配的TFI值中，此TFI是唯一的。
一組BTS由一個基站控制器(BSC)控制，BTS和BSC一起組成一基站系統(tǒng)(BSS)。在前面描述中，BS可以被看作BTS和BSC的統(tǒng)稱。一個或多個BSS接受一個移動業(yè)務(wù)交換中心(NSC)和一個相應(yīng)的拜訪位置寄存器(VLR)的服務(wù)。MSC控制來自或到其它網(wǎng)絡(luò)的呼叫，如公用電話交換網(wǎng)(PSTN)，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)或其它PLMN可接續(xù)入呼叫的MSC被稱為網(wǎng)關(guān)MSC(GMSC)。一個或多個MSC服務(wù)區(qū)組成PLMN業(yè)務(wù)區(qū)。
MSC/VLR通過七號公共信道信令(CCS)網(wǎng)和一個歸屬位置寄存器(HLR)通信，七號信令已被國際電報電話咨詢委員會(CCITT)現(xiàn)在稱為國際電信聯(lián)合會(ITU)的標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化了。HLR是包含所有用戶信息的數(shù)據(jù)庫，其中包括用于提明用戶當(dāng)前(或上一次)登記的MSC/VLR的位置信息。和HLR相連的是鑒權(quán)中心(AUC)用于為HLR提供鑒權(quán)參數(shù)。為了識別用戶設(shè)備，一設(shè)備識別寄存器EIR也被連到MSC。最后為了提供全網(wǎng)的管理功能，系統(tǒng)還會包含操作維護中心(OMC)。
BTS中的分組數(shù)據(jù)功能具有在需要時提供一個或多個共享PDCH的功能。在一個僅偶爾有分組數(shù)據(jù)用戶訪問的小區(qū)內(nèi)，一PDCH可能根據(jù)用戶需要被臨時分配。在有連續(xù)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的小區(qū)內(nèi)，可半永久或動態(tài)分配一個或多個PDCH與當(dāng)前負載情況適配。PDCH的分配由BSC控制。定義支持級別的信息和分配發(fā)起分組傳輸?shù)腜DCH在傳統(tǒng)的GSM廣播控制信道(BCCH)上廣播。
一小區(qū)內(nèi)在被分配的PDCH信道上的分組數(shù)據(jù)無線鏈路協(xié)議由BTS內(nèi)的PD發(fā)送控制器控制。在至少分配了一個PDCH的BTS內(nèi)，PD發(fā)送控制器和MSC之間具有用于發(fā)送或接收分組的物理連接。物理連接通常是唯一的，使用通常的節(jié)點間中繼鏈路。
MSC/VLR中有一個PD路由器用于接續(xù)從MSC服務(wù)區(qū)發(fā)出或來自MSC服務(wù)區(qū)的分組及一個用來處理與電路模式MSC之間信令交換的PD信令控制器。PD信令控制器還處理與分組數(shù)據(jù)MS相關(guān)的控制，監(jiān)視，參數(shù)存儲功能。PD控制器包括處理器，內(nèi)存，信令接口功能及軟件。雖然PD路由器和PD信令控制器在圖中被畫成MSC/VLR的一部分，但是應(yīng)該理解為兩者中的任何一個，全部或部分都可以作為連接到MSC的外部設(shè)備被物理實現(xiàn)。
MSC(PD路由器)之間可通過骨干網(wǎng)互連，并連接一個或多個網(wǎng)絡(luò)互通功能(IWF)。IWF允許與外部網(wǎng)絡(luò)互通，如Internet(即IP網(wǎng))，或公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)(即X.25網(wǎng))，并由此連接固定臺和MS。IWF可根據(jù)需要執(zhí)行協(xié)議轉(zhuǎn)換和地址翻譯功能，還可能在合作的PLMN之間接續(xù)分組數(shù)據(jù)。相同PLMN內(nèi)屬于不同MSC服務(wù)區(qū)的MS間的分組數(shù)據(jù)可通過骨干網(wǎng)在各自的MSC內(nèi)直接接續(xù)。為了提供路由功能，HLR通過HLR查詢服務(wù)器接受來自骨干網(wǎng)上實體的查尋，這些功能是為分組數(shù)據(jù)網(wǎng)中所必需的查詢功能提供的，AUC，EIR，OMC和HLR查詢服務(wù)器需要時常更新以支持新類型用戶，業(yè)務(wù)和設(shè)備。
在如圖7所示的蜂窩分組數(shù)據(jù)PLMN中提供的基本分組數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)是基于標(biāo)準(zhǔn)無連接IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)無連接網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)報)。其中術(shù)語“IP協(xié)議”可以為網(wǎng)間協(xié)議(在TCP/IP協(xié)議包中的標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議)也可以為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)網(wǎng)間協(xié)議ISO 8473。增值業(yè)務(wù)，包括組播，廣播及電子郵件可通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)器(NAS)提供，NAS連接到骨干網(wǎng)并且可以被IP層以上的高協(xié)議層訪問。因此從分組數(shù)據(jù)通信角度看，PLMN類似一個IP網(wǎng)。
圖8給出了協(xié)議結(jié)構(gòu)，它給出了在MS和FS間通信的例子，例如連到外部IP網(wǎng)的一個主機。因此IWF和MSC都起IP(層3)路由器的作用，MS和FS可應(yīng)用傳輸控制協(xié)議(TCP)，或傳輸協(xié)議(層4)進行端到端通信。為了在圖8中給出結(jié)構(gòu)圖，MS的MT和TE部分集成為一個單元。
在MSC和MS之間，BTS的作用是在無線鏈路協(xié)議(在圖8中用RL2表示)和在中繼連接上用的鏈路協(xié)議(L2表示)之間作為鏈路層(層2)中繼設(shè)備。BTS所處理的無線協(xié)議是上面所描述的本專利申請的ARQ類協(xié)議。和通常GSM相比，加密/解密在MS和MSC的MT部分之間進行。一個MS在第三層用一IP地址標(biāo)識，在第二層用GSM標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識，即IMSI，或更為典型的TMSI標(biāo)識。
另外一種能應(yīng)用本專利申請人發(fā)明的GSM類型系統(tǒng)如圖9所示，其中PD功能塊用加黑的方框表示。圖9中，只有GSM體系結(jié)構(gòu)中的BSS部分用于分組數(shù)據(jù)。BTS中的PD功能幾乎和圖7中所示系統(tǒng)中的相同，BSC中的PDCH分配功能也是如此。同樣BTS中的功能單元執(zhí)行為發(fā)送到MS的每一個數(shù)據(jù)幀如上所述的分配一TFI的步驟并且在為當(dāng)前傳送到其它移動臺的幀分配的TFI中，此值唯一。
如圖9所示，BTS的分組數(shù)據(jù)傳送連接和一分離的移動分組數(shù)據(jù)設(shè)施(MPDI)連接而不是MSC/VLR中的PD路由器。MPDI提供必要的分組路由，移動性管理，鑒權(quán)和網(wǎng)絡(luò)管理功能。MPDI和BSS中用于分組數(shù)據(jù)的部分組成一移動分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)。從GSM角度看，系統(tǒng)能被看作獨立系統(tǒng)，GSM運營者可以選擇將一部分無線信道容量租給分組數(shù)據(jù)系統(tǒng)運營者。一個既需要分組數(shù)據(jù)又需要通常的GSM業(yè)務(wù)的MS需要在每一個系統(tǒng)中單獨預(yù)約。系統(tǒng)提供的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(依賴于MPDI的功能)可以和圖7所示系統(tǒng)提供的相同。
在圖9所示系統(tǒng)中，MS所能獲得的無線信道只有PDCH和GSM常規(guī)廣播信道。因此登記，位置更新(或小區(qū)位置報告)，鑒權(quán)，及諸如此類的信令通過PDCH執(zhí)行，于是用戶所需的初始主控分組數(shù)據(jù)信道(MPDCH)分配，通常圖7所示的GSM信令使用是無法進行的。除此特例，提供PDCH信道的功能和為圖7所作描述中的一樣。
MPDCH是在一小區(qū)內(nèi)對在其上發(fā)起分組傳輸而分配的。第一個PDCH，盡管在移動到小區(qū)之前，通過使用相鄰小區(qū)的PDCH在一“按需PDCH”小區(qū)內(nèi)請求分配MPDCH的方法是可行的，通常MPDCH是通過系統(tǒng)配置來分配的。在MPDCH申請情況下，分配請求將被傳送到在MPDI中的一系統(tǒng)實體。此系統(tǒng)實體之后將分配請求送到“按需PDCH”小區(qū)內(nèi)的BTS，接下來小區(qū)將此請求送到BSC中的PDCH分配控制器。
常規(guī)GSM廣播控制信道被以和圖7中所述同樣方式使用，圖7所述用于定義PDCH支持級別和在小區(qū)內(nèi)分配的MPDCH(通過BCCH上的信息)交替用兩個小區(qū)選擇標(biāo)準(zhǔn)選擇小區(qū)。偵聽小區(qū)廣播短消息也可以使用同圖7所示系統(tǒng)中使用方法相類似的方法實現(xiàn)。
PDCH上的分組傳送可以根據(jù)圖7所描述的原理實現(xiàn)。BTS中的PD傳輸控制功能和相應(yīng)的接口功能也同樣要適配到MPDI的互連要求，也就是說允許通過路由網(wǎng)絡(luò)互連。圖9所示的系統(tǒng)中的MS的功能基本上和圖7中所示MS的功能相同，當(dāng)然除圖9所示系統(tǒng)不能應(yīng)用的有關(guān)于GSM信令和PD模式等功能。
在討論過應(yīng)用于GSM類蜂窩系統(tǒng)的本發(fā)明的具體實施例后，應(yīng)該注意本發(fā)明可用于諸如D-AMPS和PDC之類的其它TDMA蜂窩系統(tǒng)。盡管在這些系統(tǒng)中，BSC沒有作為獨立的功能實體，相應(yīng)的基站控制器及相應(yīng)的新PD功能被在MSC及基站中用分開實現(xiàn)。
應(yīng)該理解為本專利申請人發(fā)明不限于此文中所述的具體實例。此專利申請將屬于本專利申請人發(fā)明范圍或主旨內(nèi)的部分或任何改動視為如下定義的專利權(quán)申明保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在使用預(yù)留時隙ALOHA協(xié)議的移動分組通信系統(tǒng)中，其中數(shù)據(jù)幀在基站和移動臺間交換，實現(xiàn)自動重發(fā)請求(APQ)的方法包括為發(fā)送到移動臺的每一數(shù)據(jù)幀分配一臨時幀標(biāo)識(TFI)；并且在為當(dāng)前傳送到其它移動臺的數(shù)據(jù)幀分配的TFI中此TFI是唯一的。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中TFI根據(jù)傳送到移動臺的數(shù)據(jù)幀中的信息分配。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中TFI根據(jù)在傳送到移動臺的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留消息中的信息分配。
4.權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在移動臺發(fā)送來的應(yīng)答消息中分配TFI的步驟。
5.權(quán)利要求1所述方法，其中數(shù)據(jù)幀包括大量數(shù)據(jù)塊，該方法進一步包括為數(shù)據(jù)幀中每一數(shù)據(jù)塊分配TFI的步驟。
6.權(quán)利要求5所述方法，其中基站僅重傳那些發(fā)生傳輸差錯的數(shù)據(jù)塊并且不改變那些數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容。
7.權(quán)利要求6所述方法，其中數(shù)據(jù)幀的第一個數(shù)據(jù)塊被有錯接收后，此數(shù)據(jù)幀的后續(xù)數(shù)據(jù)塊仍可被正確接收并且能和相應(yīng)幀及移動臺正確聯(lián)系起來。
8.權(quán)利要求5所述方法，進一步包括重新發(fā)起未完成數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)牟襟E，其中指當(dāng)從移動臺收到幀被錯誤傳輸?shù)捻憫?yīng)消息后傳輸被打斷，重新發(fā)起幀傳輸?shù)姆椒ㄊ腔景l(fā)送一預(yù)定的包含分配給非完整數(shù)據(jù)幀的TFI的消息。
9.權(quán)利要求8所述方法，其中預(yù)定消息為非完整數(shù)據(jù)幀的第一數(shù)據(jù)塊。
10.權(quán)利要求6所述方法，其中傳送到不同移動臺的數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)塊可以基于為相應(yīng)數(shù)據(jù)幀分配的TFI在下行鏈路通信信道上復(fù)用。
11.在使用預(yù)留時隙ALOHA協(xié)議的移動分組通信系統(tǒng)中，其中數(shù)據(jù)幀在基站和移動臺間交換，完成自動重發(fā)請求(ARQ)的方法包括為每個由移動臺發(fā)送出的數(shù)據(jù)幀分配一臨時幀標(biāo)識(TFI)的步驟，其中TFI是根據(jù)在移動臺發(fā)送的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留消息分配，并且在為同時被其它移動臺發(fā)送的數(shù)據(jù)幀分配的TFI中，此值是唯一的。
12.權(quán)利要求11中所述的方法包括為移動臺發(fā)送出的響應(yīng)消息分配TFI的步驟。
13.權(quán)利要求11中所述的方法，其中數(shù)據(jù)幀包含大量數(shù)據(jù)塊，且該方法進一步包括為一數(shù)據(jù)幀的每一數(shù)據(jù)塊分配TFI的步驟。
14.權(quán)利要求13所述方法，其中移動站僅重傳出現(xiàn)傳輸差錯的數(shù)據(jù)塊而不會改變那些塊的內(nèi)容。
15.權(quán)利要求14所述方法，其中當(dāng)一數(shù)據(jù)幀的第一數(shù)據(jù)塊發(fā)生傳輸差錯時，此幀的后續(xù)數(shù)據(jù)塊仍能被正確接收并能正確和數(shù)據(jù)幀及移動臺相聯(lián)系。
16.權(quán)利要求13所述方法，進一步包括重新發(fā)起一非完整數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)牟襟E，其中移動臺錯誤發(fā)送響應(yīng)消息中斷傳輸過程，基站發(fā)送一預(yù)定的包含為非完整數(shù)據(jù)幀分配的TFI的消息。
17.權(quán)利要求16所述方法，其中預(yù)定的消息是非完整數(shù)據(jù)幀的第一數(shù)據(jù)塊。
18.權(quán)利要求13所述方法，進一步包括重新發(fā)起非完整數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)牟襟E，其中在基站錯誤傳輸響應(yīng)消息時，基站執(zhí)行下面步驟發(fā)送一隨機接入請求；接收一信道預(yù)留消息；發(fā)送一包含為非完整數(shù)據(jù)幀分配的TFI的預(yù)定消息時中斷傳輸。
19.權(quán)利要求18所述方法，其中，預(yù)定消息為非完整數(shù)據(jù)幀的首塊。
20.權(quán)利要求18所述方法，其中，移動臺包括在隨機訪問請求中已分配TFI的指示。
全文摘要
在使用時隙預(yù)留ALOHA協(xié)議的蜂窩移動分組數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中,通過為傳輸?shù)揭苿优_或從移動臺傳輸出的每一個數(shù)據(jù)幀分配一臨時幀標(biāo)識(TFI)來提供自動重發(fā)請求功能。在一個小區(qū)內(nèi)的同時幀傳輸序列中,分配的TFI是唯一的,TFI可以基于發(fā)送到移動臺的數(shù)據(jù)幀中的信息分配,也可以基于先導(dǎo)于向移動臺發(fā)送的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留消息中的信息分配。TFI也可以基于先導(dǎo)于從移動臺發(fā)送出的數(shù)據(jù)幀之前的信道預(yù)留消息中的信息分配,一個小區(qū)內(nèi),在當(dāng)前傳送幀序列中分配是TFI的唯一的。在所有屬于一具體幀的數(shù)據(jù)塊中都包含TFI,其中一個數(shù)據(jù)塊是組成ARQ的一數(shù)據(jù)單元。發(fā)生傳輸錯誤時將重傳的部分數(shù)據(jù)幀只包括由所用的ARQ協(xié)議類型決定的數(shù)據(jù)塊(如,選則重發(fā)或重發(fā)N個),不需要增加一首塊來識別移動臺。發(fā)送到不同移動臺的幀所包含的數(shù)據(jù)塊可以基于TFI在下行鏈路上復(fù)用。移動臺在隨機接入申請時可以包含TFI已經(jīng)分配指示。
文檔編號H04L1/00GK1187929SQ9619479
公開日1998年7月15日 申請日期1996年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月17日
發(fā)明者D·圖里納 申請人:艾利森電話股份有限公司