DE19835427A1 - Digitales Mobilkommunikationssystem sowie Verfahren zur Datenübertragung und Sende/Empfangs-Vorrichtung in einem Mobiltelefonnetz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung in einem digitalen Mobilkommunikationsnetz, bei welchem Verfah­ ren Nutzerdaten abhängig von bestimmten Protokollen in be­ stimmten Schichten übertragen werden und diese Nutzerdaten in einer bestimmten Schicht dieser Schichten über einen phy­ sikalischen Funkkanal zwischen einer Mobilstation und einem festen Mobilkommunikationsnetz in Funkblöcken übertragen werden, wobei für die Übertragung innerhalb der Schicht im Funkblock eine Nutzinformation bestimmter Größe erzeugt wird, die Prüfbits in Verbindung mit dem Ausführen der Über­ tragung sowie Übertragungsbits, die für die Übertragung von Nutzerdaten zur Verfügung stehen, enthält, wobei jeder Funk­ block unter Verwendung eines bestimmten Codierungsverfahrens kanalcodiert wird und wobei die Größe der Nutzinformation vom Codierungsverfahren abhängt. Die Erfindung betrifft auch eine Sende/Empfangs-Vorrichtung, die gemäß einem solchen Verfahren arbeitet, und ein Mobilkommunikationssystem. Die Erfindung betrifft insbesondere Datenübertragung im GSM-Sys­ tem im GPRS-Paketvermittlungsdienst.

Bei den aktuellen Mobilkommunikationssystemen bietet die Mehrzahl Daten- und Sprachdienste auf Grundlage einer Lei­ tungsvermittlungstechnik an. Bei der Leitungsvermittlungs­ technik wird eine Übertragungsverbindung selbst dann während der gesamten Übertragung aufrechterhalten, wenn zeitweilig keine Information übertragen wird. Dies belegt die auch von vielen anderen gemeinsam genutzten Übertragungsressourcen in unnötiger Weise, in welchem Fall das Aufrechterhalten einer leitungsvermittelten Übertragungsverbindung zu einem Benut­ zer in überflüssiger Weise die Übertragungsressourcen für andere Nutzer belegt. Wegen der Signalbündel bei der GSM- Übertragung sind Datendienste bei leitungsvermittelter Tech­ nik nicht optimal. Jedoch ist zum Erhöhen des Wirkungsgrads bei der Nutzung eines Kanals die paketvermittelte Informati­ onsübertragung bekannt.

Wie auch ein festes Netzwerk, muß ein zukünftiges Mobilkom­ munikationsnetz dazu in der Lage sein, sowohl leitungs- als auch paketvermittelte Datenübertragung auszuführen, z. B. ISDN(Integrated Services Digital Network)-Übertragung und ATM(Asynchronous Transfer Mode)-Übertragung. Zur Informati­ onsübertragung unter Verwendung einer Paketvermittlung ist für Mobilkommunikationssysteme ein Protokoll bekannt, das auf dem als PRMA (Packet Reservation Multiple Access) beruh­ enden Vielfachzugriff mit Paketreservierung beruht. Es wird auch von Paketfunk gesprochen. PRMA ist eine Technik für Multiplexbetrieb mit digitalen Sprach- oder Informationsda­ ten mittels einer Zeitmultiplex-Trägerwelle, d. h., daß PRMA in einem Funkkanal einen Zeitmultiplex-Vielfachzugriff (TDMA = Time Division Multiple Access) verwendet, bei dem Sende- und Empfangsvorgänge unter Verwendung von Zeitmulti­ plexbetrieb zu bestimmten Zeitpunkten stattfinden. Das PRMA- Protokoll wurde dazu entwickelt, die Diskontinuität bei Sprachübertragung zu nutzen, um mittels einer Zeitmultiplex- Trägerwelle mehr Nutzer zu unterstützen, als es der Anzahl von Sprachkanälen entspricht. In einem derartigen Fall wird ein Kanal einer Mobilstation zugeordnet, z. B. ein Sprachka­ nal, wenn Sprache erzeugt wird, und dieser wird freigegeben, wenn der Sprechvorgang endet, in welchem Fall die Mobilsta­ tion nicht in unnötiger Weise Kapazität reserviert, sondern der Kanal für andere Zwecke frei wird, z. B. zur Übertragung betreffend andere Mobilstationen in der Zone. Das PRMA-Pro­ tokoll wird in Kleinzonen-Mobilkommunikationssysteme bei der Kommunikation zwischen einer Mobilstation und einer Basis­ station verwendet. Das GSM-GPRS(General Packet Radio Servi­ ce)-System ist ein Beispiel für ein System auf Grundlage eines Protokolls vom PRMA-Typ.

GPRS ist ein neuer GSM-Dienst, bei dessen Verwendung der Paketfunkbetrieb GSM-Nutzern verfügbar gemacht werden kann. GPRS reserviert Funkressourcen nur dann, wenn es etwas zu übertragen gibt, in welchem Fall von allen Mobilstationen nach Bedarf dieselben Ressourcen gemeinsam genutzt werden. Das normale leitungsvermittelte Netzwerk des GSM-Systems wurde für leitungsvermittelte Sprachübertragungen konzi­ piert. Das Hauptziel des GPRS-Dienstes ist es, die Verbin­ dung von einer Mobilstation zu einem öffentlichen Datennetz unter Verwendung bereits bekannter Protokolle, wie TCP-IP und X.25, zu realisieren. Jedoch existiert eine Verbindung zwischen dem paketvermittelten GPRS-Dienst und den leitungs­ vermittelten Diensten des GSM-Systems. In einem physikali­ schen Kanal können Ressourcen wiederverwendet werden, und bestimmte Signalgabevorgänge können beiden gemeinsam sein.

Es ist möglich, in derselben Trägerwelle Zeitschlitze für leitungsvermittelten Gebrauch und für den paketvermittelten GPRS-Gebrauch zu reservieren.

Fig. 1 zeigt Telekommunikationsnetz-Verbindungen bei einem paketvermittelten GPRS-Dienst. Das Hauptelement der Infra­ struktur des Netzes für GPRS-Dienste ist ein GPRS-Unterstüt­ zungsknoten, der als GSN (GPRS Support Node) bezeichnet wird. Es handelt sich um einen Mobilitäts-Wegverfolger, der die Verbindung und Kooperation zwischen verschiedenen Daten­ netzen, z. B. über eine Gi-Schnittstelle zu PSPDN (Packet Switched Packet Data Network) oder über eine Gp-Schnittstel­ le zu einem GPRS-Netz eines anderen Betreibers und die Über­ tragung von Datenpaketen zu Mobilstationen MS unabhängig von deren Ort realisiert. Es ist möglich, den GPRS-Knoten GSN physikalisch mit einer zentralen Mobilvermittlungsstelle MSC (Mobile Switching Center) zu verbinden, oder er kann auf Grundlage der Architektur von Datennetz-Wegverfolgern ein gesondertes Netzwerkselement sein. Nutzerdaten laufen direkt zwischen einem Unterstützungsknoten GSN und einem Basissta­ tionensystem BSS aus Basisstationen BTS und Basisstations­ steuerungen BSC über eine Gb-Schnittstelle durch, jedoch existiert zwischen einem Unterstützungsknoten GSN und einer zentralen Mobilvermittlungsstelle MSC eine Signalgabe- Schnittstelle Gs. In Fig. 1 repräsentieren die durchgezoge­ nen Linien zwischen Blöcken Datenverkehr (d. h. Übertragung Sprache oder Daten in digitaler Form), während die ge­ punkteten Linien Signalgabe repräsentieren. Physikalisch können die Daten in transparenter Weise über die zentrale Mobilvermittlungsstelle MSC laufen. Die Funkschnittstelle zwischen einer Mobilstation MS und dem festen Netz durch­ läuft die Basisstation BTS und ist mit der Bezugsangabe Um bezeichnet. Die Bezugsangaben Abis und A repräsentieren die Schnittstelle zu einer Basisstation BTS und einer Basissta­ tionssteuerung BSC bzw. zwischen der Basisstationssteuerung BSC und der zentralen Mobilvermittlungsstelle MSC, wobei es sich um eine Signalgabe-Verbindung handelt. Die Bezugsangabe Gn repräsentiert eine Schnittstelle zwischen den verschiede­ nen Unterstützungsknoten desselben Betreibers. Die Unter­ stützungsknoten sind normalerweise in Netzanpassungs-Unter­ stützungsknoten GGSN (Gateway GSN) und Dienst- oder Intern- Unterstützungsknoten SGSN (Serving GSN) unterteilt, wie es Fig. 1 dargestellt ist.

Das GSM-System ist vom Zeitmultiplex-Vielfachzugriff-Typ (TDMA = Time Division Multiple Access), bei dem Verkehr auf dem Funkpfad im Zeitmultiplex betrieben wird und in wieder­ holten TDMA-Rahmen erfolgt, von denen jeder aus mehreren (acht) Zeitschlitzen besteht. In jedem Zeitschlitz wird ein Informationspaket in Form eines Signalbündels mit Funkfre­ quenz von fester Dauer, das aus einer Anzahl modulierter Bits besteht, übertragen. Die Zeitschlitze werden hauptsäch­ lich als Steuerkanäle und Verkehrskanäle genutzt. In den Verkehrkanälen werden Sprache und Daten übertragen, und in Steuerkanälen erfolgt eine Signalgabe zwischen einer Basisstation BTS und einer Mobilstation MS.

Nachfolgend werden Protokolle in GPRS und die Protokollhie­ rarchie für eine Funkschnittstelle Um zwischen einer Mobil­ station MS und einem festen Netz (Intern-Unterstützungskno­ ten SGSN) unter Bezugnahme auf Fig. 2a erläutert. Nutzerda­ ten werden auf verschiedenen Niveaus hierarchisch gehand­ habt, wenn sie in eine für den physikalischen Funkpfad und das öffentliche Datennetz geeignete Form umgesetzt werden. Auf dem nächsten Niveau A) befinden sich die Nutzerdaten (die z. B. von einer Anwendung App herrühren) in einer für das Protokoll im öffentlichen Datennetz geeigneten Form, wie TCP/IP und X.25, und auf dem niedrigsten Niveau E) befinden sich die Daten in einer zur Übertragung auf dem GSM-Funkpfad geeigneten Form.

Das Protokoll SNDCP (Subnetwork Dependent Convergent Proto­ col) für das höchste Niveau A), d. h. ein von einem Unter­ netz abhängiges Konvergenzprotokoll, ist in den GSM-Funkspe­ zifikationen 04.65 und 03.60 detaillierter erläutert. Gemäß SNDCP wird eine Netzwerkprotokoll-Dateneinheit zwischen ei­ ner Mobilstation MS und einem Intern-Unterstützungsknoten SGSN in eine oder mehrere SNDCP-Dateneinheiten unterteilt, wobei die maximale Nutzinformationsgröße darin ungefähr 1600 Oktette beträgt. Die SNDCP-Dateneinheit wird in einem LLC(­ Logical Link Control)-Rahmen über die Funkschnittstelle übertragen. Das SNDCP-Protokoll umfaßt Multiplexbetrieb von Nutzerdaten, Segmentierung und Kompression sowie Kom­ pression des TCP/IP-Kopfs. Es ist möglich, im SNDCP-Proto­ koll verschiedene Netzniveauprotokolle zu übertragen, wie IP, X.25, PTM-M und PTM-G. Die Größe eines SNDCP-Nutzerda­ tenfelds ist, was die Gesamtanzahl der Bits betrifft, durch acht teilbar, d. h., sie ist Oktett-orientiert.

Das Protokoll des nächsten Niveaus B), d. h. das LLC(Logical Link Control)-Protokoll ist in den GSM-Standards 04.64 und 03.60 detaillierter erläutert. Das LLC-Protokoll sorgt für eine zuverlässige logische Verbindung zwischen einer Mobil­ station und einem Intern-Unterstützungsknoten SGSN. SNDCP-, kurze und GPRS-Signalgabe-Mitteilungen werden in LLC-Rahmen übertragen, die einen eine Numerierung und ein Zwischen­ adressenfeld enthaltenden Rahmenkopf, ein Informationsfeld variabler Länge und eine Rahmenprüffolge aufweisen. Zur Funktion von LLC gehört das Aufrechterhalten des Kommunika­ tions-Zusammenhangs zwischen der Mobilstation MS und dem Intern-Unterstützungsknoten SGSN, das Übertragen bestätigter und unbestätigter Rahmen sowie die Erkennung und Neuübertra­ gung gestörter Rahmen. LLC-Rahmen werden in einem oder meh­ reren Funkblöcken übertragen. Die logische Verbindung wird beibehalten, wenn sich die Mobilstation MS zwischen Zellen innerhalb des Bereichs eines Intern-Unterstützungsknotens SGSN bewegt. Wenn sich die Mobilstation MS in den Bereich eines anderen Intern-Unterstützungsknotens GSN bewegt, muß eine neue logische Verbindung errichtet werden. Die Größe eines Nutzerdatenfelds gemäß dem LLC-Protokoll ist, was die Gesamtanzahl von Bits betrifft, ebenfalls durch acht teil­ bar, d. h. Oktett-orientiert.

Das nächste Niveau C), nach LLC, d. h. das Niveau RLC (Radio Link Control) ist im GSM-Standard 03.64 detaillierter erläu­ tert. Ein LLC-Rahmen wird kontinuierlich übertragen. LLC- Rahmen variabler Länge werden in einem oder mehreren RLC- Blöcken übertragen. Die Funktion von RLC zwischen einer Mo­ bilstation MS und einem Intern-Unterstützungsknoten SGSN dient dazu, verfälschte RLC-Blöcke zu erkennen und eine se­ lektive Neuübertragung der verfälschten Blöcke anzufordern. Eine Neuübertragungsanforderung umfaßt eine Bitkarte, die jeden Luftpfadblock anzeigt, der entweder verfälscht ist oder erfolgreich empfangen wurde. Der Sender überträgt die verfälschten Blöcke auf Grundlage der Bitkarte neu. Die Ge­ samtgröße eines RLC-Blocks ist, mit dem Kopf und den Nutzer­ daten zusammen, hinsichtlich der Anzahl der Bits durch acht teilbar, d. h., sie ist Oktett-orientiert.

Auch das Niveau D), d. h. das Niveau MAC (Medium Access Con­ trol) ist detaillierter im GSM-Standard 03.64 erläutert. MAC wird dazu verwendet, Funkkanäle zwischen Mobilstationen zu unterteilen und einen Funkkanal einer Mobilstation für Sen­ de- und Empfangsvorgänge nach Bedarf zuzuteilen. Zum Funkti­ onsumfang von MAC gehört ein gesonderter Kopf, der ein Auf­ wärtsverbindungs-Zustandsflag USF (Uplink State Flag), Hin­ weisinformation T vom Blocktyp und möglicherweise Leistungs­ kontrollinformation PC (Power Control) enthält. Der MAC-Kopf und der RLC-Datenblock werden in einem Funkblock RB unterge­ bracht (siehe Fig. 2b und 2c), um in der physikalischen Schicht übertragen zu werden.

Das Protokollniveau E) beschreibt die physikalische Schicht oder den GSN-Funkpfad, in dem Mitteilungen in Funkblöcken RB, wie sie in den Fig. 2b und 2c dargestellt sind, übertra­ gen werden. Ein Funkblock RB enthält einen MAC-Kopf, einen Informationsteil, der die Daten oder die Signalgabe (RLC- Datenblock, Fig. 2b, oder RLC/MAC-Signalgabe-Informations­ block, Fig. 2c) enthält, und eine Blockprüffolge BCS (Block Check Sequence). Jeder Funkblock ist hinsichtlich vier Stan­ dard-Signalbündeln verschachtelt. Vor der Verschachtelung wird am Funkblock eine Kanalcodierung ausgeführt. Zur Kanal­ codierung existieren vier verschiedene Codierungsschemata CS-1, CS-2, CS-3 und CS-4 (Codierungsschema). Eine Mobilsta­ tion muß alle vier Alternativen unterstützen. Bei der Ka­ nalcodierung wird am Informationsteil eine Faltungscodierung ausgeführt. Am Aufwärtsverbindungs-Zustandsflag USF wird eine Vorcodierung ausgeführt, in welchem Fall die Länge des USF nach der Vorcodierung vom verwendeten Kanalcodierungs­ verfahren CS-1 . . . CS-4 abhängt. Nach der Kanalcodierung beträgt die Größe des Funkblocks gemäß der GSM-Spezifikation 456 Bits. Vor dem Faltungscodierungsvorgang variiert die Nutzinformation entsprechend dem jeweiligen Codierungsver­ fahren, und es wird nicht mit allen Codierungsverfahren CS-1 . . . CS-4 ein Oktett-orientierter Datenstrom erzielt. Nur CS-1 erzeugt einen Oktett-orientierten Datenstrom, jedoch nicht die anderen Kanalcodierungsverfahren CS-2 . . . CS-4, und zwar wegen ihrer aktuellen Protokolle. Dies behindert den Daten­ strom zwischen verschiedenen Schichten A)-E) in einer Mo­ bilstation MS und im Mobilkommunikationsnetz, d. h. im Ba­ sisstationensystem BSS und im Intern-Unterstützungsknoten SGSN.

Nun wird ein Verfahren eingeführt, mit dem der Datenfluß zwischen allen Hierarchieniveaus oder zwischen einer Mobil­ station MS und den verschiedenen Protokollen eines Mobilkom­ munikationsnetzes BSS; SGSN einfacher gemacht werden kann. Dies wird dadurch erzielt, daß der Nutzerdatenstrom für alle Protokollniveaus des GPRS-Dienstes, insbesondere auf den niedrigeren Niveaus, dadurch in Oktettform gebracht wird, daß eine bestimmte Anzahl von Bits als Füllbits ein­ gesetzt wird, anstatt daß sie für die Übertragung von Nut­ zerdaten genutzt werden. Durch dieses Verfahren ist es mög­ lich, die Nutzinformation in einem Funkblock Oktett-orient­ iert zu gestalten, wenn ein beliebiges der Kanalcodierungs­ verfahren CS-1 . . . CS-4 verwendet wird. Es wird eine be­ stimmte Anzahl von Bits eines Funkblocks RB, die entspre­ chend dem Verfahren bestimmt wird, vor der Kanalcodierung und der Verschachtelung des Funkblocks (in vier Signalbün­ deln) eingesetzt, um Füllbits auf solche Weise zu übertra­ gen, daß die Anzahl von Bits im Nutzerdaten übertragenden Funkblock vor der Kanalcodierung durch acht teilbar ist. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird die Handhabung von Daten, insbesondere diejenige der zu übertragenden Nutzerda­ ten, aufallen GPRS-Protokollniveaus Oktett-orientiert. Da der Funkblock Oktett-orientiert ausgebildet ist, kann der Betrieb nach der Kanalcodierung vollständig entsprechend den GSM-Spezifikationen ausgeführt werden.

Wenn dieses Verfahren nicht verwendet würde, würden die Übertragungsvorgänge zweier Funkblöcke auf solche Weise ver­ mischt, daß die letzten Bits des vorangehenden Funkblocks im selben Signalbündel wie die ersten Bits des nächsten Funkblocks übertragen würden. Dies würde die Handhabung der Daten und Protokolle und die sie ausführende Ausrüstung kom­ pliziert machen, wenn von einem höheren Protokollniveau her­ rührende Oktetts auf verschiedene Blöcke auf niedrigeren Protokollniveaus verteilt werden sollten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitales Mo­ bilkommunikationssystem, ein Verfahren zur Datenübertragung und eine Sende/Empfangs-Vorrichtung zu schaffen, bei denen die Ausführung von Protokollen zwischen einer Mobilstation MS und einem festen Netz BSS, SGSN erleichtert ist.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich des Systems durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 8, hinsichtlich des Verfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 5 gelöst. Bei der Erfindung wird eine bestimmte Anzahl von Bits auf solche Weise gewählt, daß ihre Anzahl kleiner als ein Oktett ist, während gleichzeitig die Anzahl von Bits in einem RLC-Datenblock so eingestellt wird, daß sie durch acht teilbar ist, wodurch zwar einige Bits für die Übertra­ gung von Nutzerdaten verlorengehen, was jedoch durch die Erzielung einfacherer Protokolle mehr als aufgewogen wird.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Figuren detaillierter beschrieben.

Fig. 1 zeigt die Struktur eines Telekommunikationsnetzes mit paketvermittelter Datenübertragung gemäß GSM GPRS;

Fig. 2a zeigt verschiedene Protokollniveaus im GPRS-Dienst;

Fig. 2b zeigt einen in der Funkschnittstelle zu übertragen­ den Funkblock;

Fig. 2c zeigt einen anderen in der Funkschnittstelle zu übertragenden Funkblock;

Fig. 3 zeigt das Blockdiagramm eines Sendeempfängers gemäß dem GSM-System und

Fig. 4 zeigt einen Funkblock gemäß der Erfindung, wie er in der Funkschnittstelle zu übertragen ist.

Um die Handhabung einer Sende/Empfangs-Vorrichtung und einer physikalischen Schicht bei der Erfindung zu veranschauli­ chen, wird nachfolgend die Sende- und Empfangsfunktion im GSM-System unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert, in der das Blockdiagramm einer Sende/Empfangs-Vorrichtung in einem Mo­ biltelefon gemäß dem GSM-System dargestellt ist. Die Sende/Empfangs-Vorrichtung einer Basisstation unterscheidet sich von derjenigen eines Mobiltelefons im allgemeinen dahinge­ hend, daß es sich um eine mehrkanalige handelt und sie über kein Mikrofon und keinen Lautsprecher verfügt, wobei anson­ sten ihr Aufbau und ihr Betriebsprinzip ähnlich wie bei ei­ ner Sende/Empfangs-Vorrichtung eines Mobiltelefons ist.

Das erste Stadium einer Übertragungsfolge besteht im Digita­ lisieren analoger Sprache in einem A/D-Wandler 1 sowie in einem Codieren in einem Sprachcodierer 2. Der Abtastvorgang im A/D-Wandler 1 erfolgt mit einer Frequenz von 8 kHz, und der Sprachcodieralgorithmus geht davon aus, daß es sich beim Eingangssignal um lineare PCN-Daten mit 13 Bits han­ delt. Die vom A/D-Wandler erhaltenen Abtastwerte werden in 160 Abtastwert-Sprachrahmen unterteilt, in welchem Fall die Dauer jedes Sprachrahmens 20 ms beträgt. Der Sprachcodierer 2 handhabt Sprachrahmen von 20 ms, d. h., daß vor Beginn der Codierung Sprache von 20 ms in einen Puffer übernommen wird. Die Codierungsvorgänge werden rahmenweise oder hin­ sichtlich ihrer Unterrahmen (mit Blöcken von 40 Abtastwer­ ten) ausgeführt. Im Ergebnis der Codierung durch den Sprach­ codierer 2 werden 260 Bits aus einem Rahmen erhalten.

Nachdem die Sprachcodierung erfolgte, erfolgt eine Blockco­ dierung 3 in z. B. zwei Stufen, abhängig vom verwendeten Codierungsverfahren, wobei ein erster Teil der Bits (z. B. die 50 höchstsignifikanten der 260 Bits) Unter Verwendung eines Blockcodierers 3a (CRC, 3 Bits) geschützt werden und danach diese und die nächstwichtigen Bits (132) unter Ver­ wendung eines Faltungscodierers 3b (Codierungsverhältnis 1/2) ((50+3+132+4)*2 = 378, wobei ein Teil der Bits (78) ungeschützt bleibt) weiterverarbeitet werden. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, gelangen Signalgabe- und logische Mittei­ lungen sowie die zu sendenden Daten unmittelbar von einer Steuereinheit 19 her, die die Blöcke des Telefons bis zum Blockcodierungsblock 3a steuert, und so wird an diesen Da­ tenmitteilungen keine Sprachcodierung ausgeführt. Entspre­ chend werden die Signalgabe- und logischen Mitteilungen so­ wie die empfangenen Daten aus einem Kanaldecodierungsblock 15 in die Steuereinheit 19 entnommen. Im Blockcodierungs­ block 3a wird eine Bitfolge an das Ende eines Sprachrahmens angehängt, wobei zum Erkennen von Übertragungsfehlern beim Empfang genutzt wird, welche Bitfolge möglich ist. Im Fal­ tungscodierungsblock 3b wird die Redundanz eines Sprachrah­ mens erhöht. Insgesamt werden 456 Bits pro Rahmen von 20 ms übertragen.

Diese 456 Bits werden einer Verschachtelung und Entschachte­ lung 4 in zwei Stufen unterzogen. In einem Bitverschachte­ lungsblock 4a wird die Reihenfolge von Bits gemischt, und die gemischten Bits werden in acht Blöcke gleicher Größe unterteilt. Diese Blöcke werden durch einen Blockverschach­ telungsblock 4b ferner auf acht aufeinanderfolgende TDMA- Rahmen verteilt, in welchem Fall die verschachtelten 456 Bits in acht Zeitschlitzen des Funkpfads (57 Bits in jedem) übertragen werden. Durch die Verschachtelung wird danach gestrebt, Übertragungsfehler, die im allgemeinen als Fehler­ bündel auftreten, gleichmäßig über alle zu übertragenden Daten zu verteilen, in welchem Fall die Kanaldecodierung am wirkungsvollsten arbeitet. Nach dem Entschlüsseln der Ver­ schachtelung ist ein Fehlerbündel in einzelne Fehlerbits umgesetzt, die bei der Kanaldecodierung korrigiert werden können. Die folgende Stufe in der Übertragungsfolge ist das Verschlüsseln 5 von Daten. Das Verschlüsseln 5 wird unter Verwendung eines Algorithmus ausgeführt, der einer der best­ gehüteten Geheimnisse von GSM ist. Durch das Verschlüsseln wird danach gestrebt, jedes unberechtigte Abhören von Anru­ fen zu verhindern.

An den verschlüsselten Daten erfolgt eine Signalbündeler­ stellung 6, um ein Signalbündel übertragen zu können, und zwar dadurch, daß zu ihnen eine Lernfolge, Schwanzbits und eine Schutzzeit hinzugefügt werden. Das zu übertragende Si­ gnalbündel wird in einen GMSK-Modulator 7 gegeben, der das Signalbündel für den Sendevorgang moduliert. Das GMSK(Gaus­ sian Minimum Shift Keying)-Modulationsverfahren ist ein di­ gitales Modulationsverfahren konstanter Amplitude, bei dem die Information in Phasenverschiebungen enthalten ist. Ein Sender 8 mischt das modulierte Signalbündel mittels einer oder mehrerer Zwischenfrequenzen auf 900 MHz und sendet es über eine Antenne auf den Funkpfad. Der Sender 8 ist einer von drei Funkfrequenzblöcken HF. Ein Empfänger 9 ist der erste Block auf der Empfangsseite, und er führt Vorgänge aus, die umgekehrt zu denen des Senders 8 sind. Der dritte HF-Block ist ein Synthetisierer 10, der sich um die Erzeu­ gung von Frequenzen kümmert. Im GSM-System wird er für Fre­ quenzsprünge verwendet, gemäß denen die Sende- und Empfangs­ frequenzen für jeden TDMA-Rahmen geändert werden. Der Fre­ quenzsprungvorgang verbessert die Verbindungsqualität, legt jedoch dem Synthetisierer 10 strenge Erfordernisse auf. Der Synthetisierer 10 muß sehr schnell, in weniger als einer Millisekunde von einer Frequenz auf eine andere springen können.

Beim Empfang werden Vorgänge umgekehrt zu denen beim Senden ausgeführt. Nachdem der Empfang im HF-Empfänger 9 und eine Demodulation in einem Demodulator 11 erfolgten, wird eine Biterkennung 12 unter Verwendung von z. B. einer Kanalkor­ rektureinheit ausgeführt, in der Bits aus den empfangenen Abtastwerten erfaßt werden, d. h., daß versucht wird, die gesendete Bitfolge herauszufinden. Nach einer erfassenden Entschlüsselung 13 und einer Entschachtelung 14 wird eine Kanaldecodierung 15 an den erfaßten Bits ausgeführt, und die Prüfsumme wird unter Verwendung einer Prüfung mit zy­ klischer Redundanz (CRC = Cyclic Redundance Check) geprüft. Bei der Kanaldecodierung 15 wird angestrebt, Bitfehler zu korrigieren, wie sie bei der Übertragung des Signalbündels auftraten. In einem Sprachrahmen von 260 Bits existieren nach der Kanaldecodierung 15 übertragene, die Sprache reprä­ sentierende Parameter, unter deren Verwendung ein Sprachde­ codierer 16 die digitalen Abtastwerte des Sprachsignals er­ zeugt. Die Abtastwerte werden in einem D/A-Wandler 17 umge­ setzt, um durch einen Lautsprecher 18 wiedergegeben zu wer­ den.

In einer Sende/Empfangs-Vorrichtung als zentrale Steuerungs­ einheit einer Mobilstation existiert die Steuereinheit 19, die im wesentlichen alle Blöcke 1-18 steuert und ihre Be­ triebsabläufe koordiniert und die zeitliche Folge steuert. Die Steuereinheit 19 besteht im allgemeinen aus einem Mikro­ prozessor. Die in der Fig. 2a angegebenen Protokolle gemäß Hierarchieniveaus A)-D) werden vorzugsweise in der Steuereinheit 19 ausgeführt, und die Verarbeitung von Nut­ zerdaten für den physikalischen Kanal (beim Senden beginnend mit der Kanalcodierung, und beim Empfangen bis zur Kanalde­ codierung) wird in den Blöcken 3-15 ausgeführt.

Für die Kanalcodierung 3 existieren vier verschiedene Codie­ rungsschemata CS-1, CS-2, CS-3 und CS-4 (Codierungsschema). Eine Mobilstation muß jedes Verfahren unterstützen. Die Datenraten bei diesem Codierungsverfahren betragen 9,05, 13,4, 15,6 bzw. 21,4 kbps. Das Codierungsverfahren CS-1 um­ faßt eine Faltungscodierung mit dem Codierungsverhältnis 1/2, und es wird im GSM-System im Kanal SDCCH verwendet. Bei den Codierungsverfahren CS-2 und CS-3 wird ebenfalls als erstes eine Faltungscodierung mit dem Codierungsverhältnis 1/2 ausgeführt, woraufhin Füllbits durch Bitherausnahme ent­ fernt werden, um die gewünschten 456 Bits zu erzielen.

Das Codierungsverfahren CS-4 verfügt über keinen FEC(Forward Error Protection)-Fehlerschutz, d. h., daß an den Daten keine Faltungscodierung ausgeführt wird.

Nachfolgend wird die Kanalcodierung detaillierter erläutert, wie sie in einem Paketdaten-Verkehrskanal (PDTCH = Packet Data Traffic Channel) ausgeführt wird. Der in Fig. 2b mit RB bezeichnete Funkblock, in dem ein RLC-Datenblock übertragen wird, kann unter Verwendung eines der obigen Kanalcodie­ rungsverfahren CS-1 . . . CS-4 codiert werden, während der in Fig. 2c dargestellte Funkblock RB, in dem ein RLC/MAC-Steu­ erblock übertragen wird, immer unter Verwendung des Kanalco­ dierungsverfahrens CS-1 codiert wird.

Im ersten Codierungsstadium wird am Ende eines Funkblocks eine Blockprüfungsfolge BCS (Block Check Sequence) zur Feh­ lererkennung hinzugefügt. Danach wird bei den Codierungsver­ fahren CS-1 . . . CS-3 am Aufwärtsverbindungs-Statusflag USF eine Vorcodierung ausgeführt (außer im Verfahren CS-1), es werden vier Schwanzbits hinzugefügt, und es erfolgt eine Faltungscodierung entsprechend der obigen Beschreibung, und bei den Verfahren CS-2 und CS-3 wird eine Bitherausnahme ausgeführt, um die gewünschte Codierungsrate (456 Bits) zu erzielen.

Die Codierungsparameter der verschiedenen Verfahren sind unten in der Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Die Tabelle 1 zeigt, daß die Länge des USF nach der Vorco­ dierung/Bitverarbeitung bei den verschiedenen Verfahren 3, 6, 6 bzw. 12 Bits beträgt (Spalte a). Die Blockprüffolge BCS beträgt 40 Bits beim Verfahren CS-1 und 16 Bits bei den an­ deren Verfahren (Spalte c). Nach der Faltungscodierung 3b mit der Codierungsrate 1/2 sind bei den Verfahren CS-1 . . . CS-3 456, 588 bzw. 676 codierte Bits erhalten, und beim Ver­ fahren CS-4 sind unmittelbar, ohne Faltungscodierung, 456 Bits erhalten (Spalte e). Durch Gesamtaddition der Bits in den Spalten a-d wird die Nutzinformation gemäß jedem Ver­ fahren erhalten. Daraus ist erkennbar, daß die Nutzinforma­ tion bei den Verfahren CS-1, CS-2 und CS-3 228, 294 bzw. 338 Bits beträgt und die Anzahl von Bits bei der Faltungscodie­ rung gemäß der Spalte e verdoppelt wird. Beim Verfahren CS-4 wird eine Nutzinformation von 456 Bits erhalten. Wenn es bekannt ist, daß die Länge eines vorcodierten USF mit 3-12 Bits variiert und die Gesamtlänge von T und PC 5 Bits beträgt, werden als Größe für ein MAC-Kopffeld 8, 11, 11 und 17 Bits erhalten. Die Anzahl der Schwanzbits beträgt 4 bei Verfahren CS-1 . . . CS-3 und 0 beim Verfahren CS-4. Auf diese Weise wird eine für die Übertragung der anderen Daten verfügbare Anzahl von Bits erhalten, wie sie in der Tabelle 2 angegeben ist.

Tabelle 2

Mit diesen Bits werden der RLC-Kopf und die RLC-Daten, die die tatsächlichen Nutzerdaten enthalten, übertragen. Diese sind in der RLC-Schicht (Schicht C in Fig. 2a) durch acht teilbar. Um die Handhabung und Übertragung von Nutzerdaten gemäß der Erfindung Oktett-orientiert zu halten, sind zwei Oktetts oder 16 Bits für das Kopffeld reserviert, und es wird die in der Tabelle 3 angegebene Anzahl von RLC-Daten­ blockbits übertragen, wobei bei bestimmten Verfahren Bits für die Übertragung von Nutzerdaten verbleiben.

Tabelle 3

Zusätzlich zur Erfindung werden in diesen zusätzlichen Bits eines Funkblocks keine Nutzerdaten übertragen, sondern Füll­ bits, um die Handhabung und Übertragung der Nutzerdaten Oktett-orientiert, d. h. durch acht teilbar, zu gestalten.

Gemäß der Erfindung werden in den Füllbits eines Funkblocks, d. h. hinsichtlich einer bestimmten Menge von die Übertra­ gung von Nutzerdaten reservierten Bits, Füllbits übertragen, was abhängig vom Kanalcodierungsverfahren CS-1 . . . CS-4 er­ folgt. Dies erfolgt dadurch, daß die betroffenen Bits einen vorbestimmten Wert, entweder logisch "1" oder logisch "0" erhalten. Um jedoch so viele Nutzerdaten wie möglich in ei­ nem Funkblock übertragen zu können, ist es bevorzugt, nur eine solche Menge an Füllbits, weniger als ein Oktett, zu übertragen, die so viele Oktetts wie möglich für die Über­ tragung von Nutzerdaten beläßt. Derartige Mengen sind in der Tabelle 3 angegeben.

Demgemäß werden beim Kanalcodierungsverfahren CS-1 0 Bits (d. h. kein Bit) als Füllbits eingesetzt. Beim Kanalcodie­ rungsverfahren CS-2 werden z. B. die sieben letzten Bits als Füllbits gewählt; beim Kanalcodierungsverfahren CS-3 werden drei zusätzliche Bits (z. B. die letzten drei Bits) als Füllbits gewählt; und beim Kanalcodierungsverfahren CS-4 werden sieben zusätzliche Bits (z. B. die letzten sieben Bits) als Füllbits gewählt. Fig. 4 repräsentiert ein Bei­ spiel für den Inhalt einer Funkblock-Nutzinformation beim erfindungsgemäßen Verfahren, wenn das Codierungsverfahren verwendet wird. Die Nutzinformation umfaßt Prüfbits CHB in Zusammenhang mit der Übertragungsfunktion, wobei mit diesen Bits die MAC-Kopfbits, die RLC-Kopfbits, BCS-Bits und die Schwanzbits übertragen werden, und sie umfaßt Übertra­ gungsbits TB, die zur Übertragung von Nutzerdaten verwendet werden, wobei hier durch diese Bits die RLC-Nutzerdatenbits und die sieben Füllbits am Ende übertragen werden, welche Bits andernfalls für die Übertragung von Nutzerdaten verwen­ det werden könnten. Bei einem Funkblock gemäß Fig. 4 werden Nutzerdaten in Oktetten (Bytes) übertragen, in welchem Fall die Handhabung zwischen verschiedenen Hierarchieniveaus ein­ fach gehalten ist. Gemäß der Erfindung wird die maximale Anzahl von Nutzerdatenbits, die in einem Funkblock übertra­ gen werden, dadurch erhalten, daß die Anzahl von Übertra­ gungsbits TB durch acht geteilt wird und die Nutzerdaten mit einer Anzahl von Oktetten (Bytes) übertragen werden, die den Quotienten entspricht, wobei die Füllbits mit einer Anzahl von Übertragungsbits übertragen werden, die dem Rest ent­ spricht.

Unter Verwendung der Erfindung wird mit jedem Kanalcodie­ rungsverfahren eine Oktett-orientierte Anzahl von Nutzerda­ tenbits oder RCL-Datenbits erzielt. Gleichzeitig wird bei jedem Verfahren nach der Kanalcodierung und der Bitheraus­ nahme, wie in der Tabelle 1 angegeben, die gewünschte Anzahl 456 von Bits erzielt. Auf diese Weise muß die Bitherausnah­ me nicht geändert werden. Dies wird erzielt, da die Größe der Nutzinformation beim erfindungsgemäßen Verfahren ent­ sprechend den im GSM-Standard 03.64 definierten Nutzinforma­ tionen unverändert gehalten wird.

Alternativ werden die Nutzinformationen bei den Verfahren CS-2 und CS-3 erhöht, z. B. bei CS-2 um ein Bit auf 295 und bei CS-3 um fünf Bits auf 343, in welchem Fall ein Oktett mehr für die Übertragung von Nutzerdaten erhalten würde (wo­ bei die in der Tabelle 3 angegebenen zusätzlichen Bits be­ rücksichtigt sind). Dann betrüge die Anzahl von Bits nach der Faltungscodierung 590 bzw. 686, in welchem Fall die Bit­ herausnahme auf eine solche von 134 bzw. 230 Bits geändert werden sollte. Wenn entsprechend die Nutzinformation um 7 bzw. 3 Bits verringert würde, sollte die Bitherausnahme ver­ ringert werden. Derartige alternative Verfahren würden je­ doch sowohl eine Änderung der Nutzinformation als auch der Bitherausnahme im GSM-Standard 03.64 erfordern, was nicht wünschenswert ist.

Dank der Erfindung sind Datenströme durch verschiedene Schichten von höheren Schichten bis zur niedrigsten physika­ lischen Schicht Oktett-orientiert ausgebildet, was die Aus­ führung von Protokollen zwischen einer Mobilstation MS und einem festen Netz BSS, SGSN erleichtert. Gleichzeitig geht eine bestimmte Anzahl (0, 7, 3, 7) von Bits verloren, die andernfalls für die Übertragung von Nutzerdaten verwendet werden könnten. Wenn die bestimmte Anzahl von Bits gemäß der Erfindung so gewählt wird, daß die Anzahl kleiner als ein Oktett ist, und wenn gleichzeitig die Anzahl von Bits in einem RLC-Datenblock so eingestellt wird, daß sie durch acht teilbar ist, ist jedoch das Erzielen einfacherer Proto­ kolle wichtiger als der Verlust einiger weniger Bits bei der Übertragung von Nutzerdaten.

Claims (10)

1. Verfahren zur Datenübertragung in einem digitalen Mo­ bilkommunikationssystem, bei dem

• - Nutzerdaten gemäß bestimmten Protokollen in bestimmten Schichten (A-E) gehandhabt werden;
• - in einer bestimmten Schicht (E) dieser Schichten Nutzerda­ ten über einen physikalischen Funkkanal zwischen einer Mo­ bilstation (MS) und einem festen Mobilkommunikationsnetz (BSS; SGSN) in Funkblöcken (RB) übertragen werden;
• - für die Übertragung innerhalb der bestimmten Schicht (E) eine Nutzinformation bestimmter Größe im Funkblock (RB) er­ zeugt wird, die in Zusammenhang mit der Ausführung der Über­ tragung stehende Prüfbits (CHB) sowie Übertragungsbits (TB), die für die Übertragung der Nutzerdaten verfügbar sind, ent­ hält; und
• - wobei jeder Funkblock (RB) unter Verwendung eines bestimm­ ten Codierungsverfahrens (CS-1-CS-4) kanalcodiert wird und wobei die Größe der Nutzinformation vom Codierungsverfahren abhängt;
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - in den Übertragungsbits (TB) eines unter Verwendung min­ destens eines bestimmten Codierungsverfahrens (CS-2, CS-3, CS-4) zu codierenden Funkblocks Nutzerdaten in einem ersten Teil der Übertragungsbits übertragen werden und Füllbits in einem zweiten Teil so übertragen werden, daß für die Über­ tragung der Nutzerdaten eine Anzahl von Übertragungsbits gewählt wird, die durch acht teilbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - als erster Teil von Übertragungsbits (TB) zur Verwendung bei der Übertragung der Nutzerdaten die Anzahl von Oktetten gewählt wird, die durch den Quotient gegeben ist, wenn die Anzahl von Übertragungsbits (TB) durch acht geteilt wird; und
• - als zweiter Teil von Übertragungsbits (TB) zur Verwendung bei der Übertragung der Füllbits die Anzahl von Übertra­ gungsbits gewählt wird, die durch den Rest beim Teilungsvor­ gang gegeben ist.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Funkblock (RB) einer der Funkblöcke gemäß dem GSM-Standard 03.64, mit Ausnahme der Füllbits, ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß im zweiten Teil der Übertragungs­ bits Füllbits vor der Kanalcodierung und vor der Verschach­ telung der Bits des Funkblocks in zu übertragenden Signal­ bündeln eingesetzt werden.

5. Sende/Empfangs-Vorrichtung (MS, BTS, SGSN) zum Übertra­ gen von Nutzerdaten in einem digitalen Mobilkommunikations­ system, die folgendes aufweist:

• - eine Nutzerdaten-Handhabungseinrichtung (3-15, 19) zur Handhabung von Nutzerdaten in bestimmten Schichten (A-E) gemäß bestimmten Protokollen;
• - eine Sendeeinrichtung (3-15, 19) zum Senden von Nutzer­ daten in Funkblöcken (RB) über einen physikalischen Funkka­ nal in einer bestimmten Schicht (E) der Schichten;
• - eine Nutzinformation-Erzeugungseinrichtung (19) zum Erzeu­ gen einer Nutzinformation bestimmter Größe in einem Funk­ block (RB) für die Übertragung in der bestimmten Schicht (E), wobei die Nutzinformation Prüfbits (CHB) in Zusammen­ hang mit dem Ausführen der Übertragung und Übertragungsbits (TB), die für die Übertragung von Nutzerdaten verfügbar sind, enthält; und
• - eine Kanalcodierungseinrichtung (3) für eine Kanalcodie­ rung eines Funkblocks (RB) unter Verwendung eines bestimmten Codierungsverfahrens (CS-1-CS-4), wobei die Größe der Nutzinformation vom verwendeten Codierungsverfahren abhängt; gekennzeichnet durch
• - eine Steuereinrichtung (19) zum Übertragen von Nutzerdaten in einen ersten Teil von Funkblock-Übertragungsbits (TB), wobei der Funkblock unter Verwendung mindestens eines be­ stimmten Codierungsverfahrens (CS-2, CS-3, CS-4) codiert wird, und zum Übertragen von Füllbits in einem zweiten Teil der Übertragungsbits, wobei der erste Teil der Übertragungs­ bits eine durch acht teilbare Anzahl von Bits enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Steuereinrichtung (19) so beschaffen ist, daß sie als ersten Teil von Übertragungsbits (TB), die für die Übertra­ gung von Nutzerdaten zu verwenden sind, die Anzahl von Ok­ tetten wählt, die durch den Quotienten gegeben ist, wenn die Anzahl von Übertragungsbits (TB) durch acht geteilt wird; und
• - die Steuereinrichtung (19) ferner so beschaffen ist, daß sie als zweiten Teil der Übertragungsbits (TB), die für die Übertragung der Füllbits zu verwenden sind, die Anzahl der Bits wählt, die durch den Rest des Teilungsvorgangs gegeben sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie so beschaffen ist, daß sie Über­ tragungsbits (TB) gemäß dem GSM-Standard 03.64, mit Ausnahme der Füllbits, überträgt.

8. Digitales Mobilkommunikationssystem mit mindestens ei­ ner Mobilstation (MS) und einem festen Mobilkommunikations­ netz (GSS, SGSN) und mit einer Einrichtung (MS, BTS) zum Übertragen von Nutzerdaten über einen physikalischen Funkka­ nal zwischen der Mobilstation (MS) und dem festen Mobilkom­ munikationsnetz (BSS, SGSN), wobei dieses System ferner fol­ gendes aufweist:

• - eine Nutzerdaten-Handhabungseinrichtung (3-15, 19) zur Handhabung von Nutzerdaten in bestimmten Schichten (A-E) gemäß bestimmten Protokollen;
• - eine Datenübertragungseinrichtung (3-15, 19) zum Senden Nutzerdaten in Funkblöcken (RB) über einen physikali­ schen Funkkanal in einer bestimmten Schicht (E) der Schich­ ten;
• - eine Nutzinformation-Erzeugungseinrichtung (19) zum Erzeu­ gen einer Nutzinformation bestimmter Größe in einem Funk­ block (RB) für die Übertragung in der bestimmten Schicht (E), wobei die Nutzinformation Prüfbits (CHB) in Zusammen­ hang mit dem Ausführen der Übertragung und Übertragungsbits (TB), die für die Übertragung von Nutzerdaten verfügbar sind, enthält; und
• - eine Kanalcodierungseinrichtung (3) für eine Kanalcodie­ rung eines Funkblocks (RB) unter Verwendung eines bestimmten Codierungsverfahrens (CS-1-CS-4), wobei die Größe der Nutzinformation vom verwendeten Codierungsverfahren abhängt; gekennzeichnet durch
• - eine Steuereinrichtung (19) zum Übertragen von Nutzerdaten einen ersten Teil von Funkblock-Übertragungsbits (TB), wobei der Funkblock unter Verwendung mindestens eines be­ stimmten Codierungsverfahrens (CS-2, CS-3, CS-4) codiert wird, und zum Übertragen von Füllbits in einem zweiten Teil der Übertragungsbits, wobei der erste Teil der Übertragungs­ bits eine durch acht teilbare Anzahl von Bits enthält.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Steuereinrichtung (19) so beschaffen ist, daß sie als ersten Teil von Übertragungsbits (TB) zur Verwendung bei der Übertragung von Nutzerdaten die Anzahl von Oktetts wählt, die durch den Quotienten gegeben ist, wenn die Anzahl von Übertragungsbits (TB) durch acht geteilt wird; und
• - die Steuereinrichtung (19) ferner so beschaffen ist, daß sie als zweiten Teil der Übertragungsbits (TB) zur Verwen­ dung bei der Übertragung der Füllbits die Anzahl der Bits wählt, die durch den Rest des Teilungsvorgangs gegeben ist.

10. System nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es so beschaffen ist, daß es Übertra­ gungsbits (TB) gemäß dem GSM-Standard 03.64, mit Ausnahme der Füllbits, überträgt.