DE69915280T2

DE69915280T2 - Datenübertragung über eine kommunikationsverbindung mit variabler datenrate

Info

Publication number: DE69915280T2
Application number: DE69915280T
Authority: DE
Inventors: Johan LUNDSJÖ; Mathias Johansson; Christiaan Roobol; Per Beming
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-04-30
Also published as: CA2331546A1; AU756782B2; BR9910416B8; CN1143466C; WO1999059278A1; JP2002515686A; CN1309850A; JP3464453B2; BR9910416B1; ZA200006604B; RU2226039C2; EP1078485A1; CA2331546C; TW431088B; KR100397962B1; DE69915280D1; EP1078485B1; KR20010052354A; AU4402599A; MY126453A

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Datenkommunikationen, und insbesondere ein Übertragen von Datenblöcken über eine Kommunikationsverbindung, wobei die Übertragungsrate variiert.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Auf dem Entwicklungsgebiet von drahtlosen Kommunikationen hat sich die Anzahl von Diensten, die zwischen einer mobilen Station (MS) und einer Basisstation (BS) zur Verfügung gestellt werden können, stark erhöht, und sie enthalten Echtzeitdienste, wie beispielsweise Sprache und Video, sowie keine Echtzeitdienste, wie beispielsweise Dateientransfers bzw. Dateienübertragungen und elektronische Postnachrichten bzw. e-Mail-Nachrichten. Jeder Dienst hat typischerweise eine andere Anforderung bezüglich eines Übertragungsformats. Eine Anforderung bezüglich eines Übertragungsformats besteht in der Übertragungsrate über den Funkkanal zwischen der mobilen Station und der Basisstation. Ein Funkkanal kann einer Funkfrequenz in einem Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA-)System entsprechen, einem Zeitschlitz in einem Zeitvielfachzugriffs-(TDMA-)System und einem Spreizcode in einem Codevielfachzugriffs-(CDMA-)System. Aufgrund der Variabilität von Diensten, die geliefert werden müssen, kann sich die Übertragungsrate auf dem Funkkanal mit einer sehr hohen Frequenz bzw. Häufigkeit ändern. Tatsächlich kann bei einigen Systemen die Rate, mit welcher sich der Funkkanal ändern kann, in der Größenordnung von allen zehn Millisekunden sein. Für höhere Übertragungsraten kann die Anzahl von Datenbits, die in jedem Zeitrahmen bzw. Zeitframe übertragen werden, sehr groß sein. Andererseits wird für relativ niedrige Übertragungsraten eine viel kleinere Anzahl von Datenbits während desselben Zeitrahmens übertragen.
Diese Variabilität bezüglich Übertragungsraten erlegt ein Problem auf, das insbesondere in der Funkumgebung störend ist, wo Daten als Ergebnis eines Fadings bzw. Schwunds, einer Schattengebung, einer Interferenz, etc. oft zerstört werden. Zum Berücksichtigen von Bitfehlern, die aus einer solchen Zerstörung resultieren, kann ein Protokoll für eine automatische Wiederholanforderung (ARQ = Automatic Repeat reQuest) verwendet werden, welches positive und/oder negative Bestätigungen mit Techniken zur erneuten Übertragung verwendet, um zuverlässige Datenkommunikationen sicherzustellen. Wenn eine Datennachricht fehlerhaft empfangen wird, sendet der Empfänger eine Anforderung für ein erneutes Senden zum Sender und sendet der Sender automatisch die Datennachricht erneut. Die erneut zu sendende Nachricht wird typischerweise in einer Anzahl von kleineren Datenblöcken aufgeteilt. Jeder Datenblock enthält eine Sequenznummer zu Identifizierungszwecken, die dann verwendet wird, wenn diese erneut gesendeten Blöcke empfangen und beim Empfänger in eine Sequenz bzw. Folge gebracht werden.
Es ist wichtig, die Größe, d. h. die Anzahl von Bits, in jedem dieser kleineren Blöcke sorgfältig auszuwählen. Je größer die Datenblockgröße ist, um so größer ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der erneut gesendete Block mit zu vielen Fehlern empfangen werden wird. Zum Niedrighalten der Anzahl von Fehlern in einer solchen Situation eines großen Blocks ist ein Funkkanal sehr hoher Qualität erforderlich, welcher entweder unter gegenwärtigen Bedingungen nicht erhältlich ist, oder in Bezug auf den Sinn "teuer" bzw. "aufwändig", als dass er eine beschränkte Kapazität verbraucht. Andererseits erniedrigt sich dann, wenn sich die Größe der Datenblöcke erniedrigt, auch die effektive Datenrate oder der effektive Durchsatz, weil sich die Anzahl von Zusatzbits, die in jedem der Datenblöcke verwendet werden, wie z. B. eine Sequenznummer, Fehlerkorrektur- und -erfassungsbits, etc., relativ zu der Anzahl von tatsächlichen "Nutzlast"-Datenbits erhöht, die die substantielle Datennachricht bilden.
Die Tatsache, dass sich die Übertragungsrate auf einem Funkkanal oder irgendeinem Typ von Kommunikationskanal häufig ändern kann, macht die Bestimmung der geeigneten Datenblockgröße kompliziert. Es soll das in 1 gezeigte Beispiel betrachtet werden, bei welchem die Blockgröße 640 Bits ist. Die Datenübertragungsrate kann sich zu einer von zwei Raten ändern: 64 kBit/s und 32 kBit/s. Die Frequenz bzw. Häufigkeit, mit welcher sich die Übertragungsrate ändern kann, entspricht dem Rahmenintervall bzw. Frameintervall von zehn Millisekunden. Anders ausgedrückt ist nur zugelassen, dass sich die Übertragungsrate am Ende eines jeweiligen Frameintervalls von zehn Millisekunden und nicht während dieses Intervalls ändert.
Bei der höheren Übertragungsrate von 64 kBit/s während des ersten Frameintervalls wird der gesamte Datenblock von 640 Bits einem einzelnen Frameintervall von zehn Millisekunden zugeteilt. Nach diesem Zeitintervall wird die Übertragungsrate auf 32 kBit/s geändert, und während des darauf folgenden Frameintervalls von zehn Millisekunden wird nur eine Hälfte der 640 Bits im nächsten Datenblock während des zweiten Frameintervalls übertragen. Nach dem zweiten Frameintervall von zehn Millisekunden tritt eine andere Ratenänderung auf, was die Übertragungsrate wieder zurück zu 64 kBit/s erhöht. Bei dieser höheren Übertragungsrate nimmt eine Übertragung der übrigen 320 Bits der zweiten Hälfte des Datenblocks nur eine Hälfte des dritten Frameintervalls von zehn Millisekunden ein. Dies lässt die letztere Hälfte des dritten Frameintervalls "leer", welche dann mit "Dummy"-Bits gefüllt wird. Der Fehler zum Übertragen nützlicher Information während Teilen von Frameintervalls verschwendet wertvolle Ressourcen (insbesondere im Zusammenhang mit Funkkommunikationen) und reduziert die effektive Datendurchsatzrate über den Funkkanal.
Eine Art zum Handhaben von diesem Problem einer variablen Übertragungsrate besteht im Anpassen der Datenblockgröße (der Anzahl von Bits in jedem Block) an die aktuelle Übertragungsrate. Jedoch führt dieser Ansatz zu Schwierigkeiten, wenn Datenblöcke als Ergebnis einer Zerstörung über die Kommunikationsverbindung erneut übertragen werden müssen. Es soll beispielsweise die Situation betrachtet werden, in welcher ein Datenblock großer Größe anfangs mit einer hohen Datenübertragungsrate in einem Frameintervall von zehn Millisekunden übertragen wird. Dieser große Block wird zerstört und muss daher erneut übertragen werden. Zu der letzteren Zeit, zu welcher der große Datenblock erneut zu übertragen ist, kann sich die Übertragungsrate zu dieser Zeit geändert haben, wie z. B. zu einer niedrigeren Übertragungsrate. Aufgrund der niedrigeren Rate kann der große Block von Daten nicht in einem einzigen Zeitintervall von zehn Millisekunden übertragen werden, und ein oder mehrere zusätzliche Frameintervalle müssen verwendet werden, um die übrigen Daten zu übertragen. Sehr wahrscheinlich wird eines der Frameintervalle mit weniger als einer vollen Nutzlast übertragen.
EP 0 836 293 , die hierin nachfolgend D1 genannt wird, betrifft eine Übertragung von Datenpaketen in vorbestimmten Übertragungsintervallen und mit verschiedenen Datenraten. Ein angesprochenes Problem besteht im Definieren einer richtigen Datenblockgröße. Die durch D1 vorgesehene Lösung besteht im Variieren der Blockgrößen (die in D1 Framegrößen genannt werden) für die verschiedenen Datenraten, jedoch nicht proportional zur Datenrate. Zum Auffüllen eines Übertragungsintervalls von 20 ms werden Datenblöcke (Frames mit vollständiger Rate) in größere Frames gruppiert, die eine Verkettung von verschiedenen Anzahlen von Datenblöcken mit vollständiger Rate und Bruchteil-Datenblöcke enthalten.
WO 97/16047 offenbart eine Vorrichtung zum Kommunizieren von Datenpaketen in Bursts bzw. Datenübertragungsblöcken variabler Länge über eine physikalische Schicht in einem Mehrschichten-Datenkommunikationsschema. Unterschiedliche Burst-Moden sind vorgesehen, um einen Kompromiss zwischen einer Bandbreiteneffizienz und einer Datenrobustheit durch unterschiedliche Kombinationen aus Modulation, Symbolraten-FEC-Codieren und Frame- und Kopfstruktur zu ermöglichen. Bei einer separaten ATM-Protokollschicht sind ATM-Zellen gleicher Größe vorgesehen. Die ATM-Protokollschicht unterstützt kein erneutes Übertragen bzw. Senden von Daten, während die physikalische Schicht für ein FEC-Codieren sorgt. Eine automatische Wiederholanforderung (ARQ) wird bei einer der mehreren Schichten unterstützt, die andere als die physikalische Schicht sind. Ein MAC-Anfangsblock wird zu diesem Zweck verwendet, was suggeriert, dass ARQ nicht durch die ATM-Schicht unterstützt wird, sondern eher durch eine MAC-Schicht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer optimalen Datenblockgröße zur Verwendung in Kommunikationssystemen zu schaffen, wobei variable Übertragungsraten verwendet werden können, und dass die erneute Übertragung bzw. das erneute Senden verbessert, das dann nötig ist, wenn irgendwelche der Datenblöcke zerstört empfangen werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optimale Datenblockgröße zu bestimmen, so dass Kommunikationsressourcen bzw. Kommunikationsbetriebsmittel nicht verschwendet werden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine feste Blockgröße zu bestimmen, um Komplexitäten zu eliminieren, die zu variablen Blockgrößen gehören.
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme und erreicht die angegebenen Aufgaben durch Schaffen eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 zum Bestimmen einer optimalen Datenblockgröße und durch ein Übertragungsverfahren bzw. Sendeverfahren gemäß Anspruch 2 und durch eine Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 9. Das Übertragungsverfahren und die Kommunikationsvorrichtung übertragen bzw. Senden Datenblöcke einer wohldefinierten Größe.
Die Datenblockgröße wird zum Übertragen von Daten mit variablen Raten über eine Kommunikationsverbindung in vorbestimmten Zeitintervallen verwendet, wobei jedes vorbestimmte Zeitintervall dieselbe Zeitdauer hat. Eher als eine Datenblockgröße gemäß Änderungen bezüglich den Übertragungsraten zu variieren, was eine unnötige Komplexität hinzufügt, haben die Datenblöcke gemäß der vorliegenden Erfindung alle dieselbe feste Größe, d. h. haben dieselbe Anzahl von Datenbits in jedem Block. Diese feste Datenblockgröße wird so bestimmt, dass für alle der verfügbaren variablen Raten, mit welchen Daten übertragen werden können, ein jeweiliges vorbestimmtes Zeitintervall vollständig mit nützlicher Information besetzt ist, d. h. es keinen ungenutzten oder "aufgefüllten" Teil von einem der Zeitintervalle gibt. Selbst wenn Daten anfangs bei einer ersten Übertragungsrate in den Datenblöcken fester Größe übertragen werden können, werden dann, wenn eine Änderung von der ersten Übertragungsrate zu einer zweiten Übertragungsrate erfasst wird, Bits bei der zweiten Übertragungsrate in dieselben Datenblöcke fester Größe zugeteilt und übertragen.
Die feste Datenblockgröße wird basierend auf einer maximalen Frequenz bzw. Häufigkeit bestimmt, mit welcher sich die Übertragungsrate auf der Kommunikationsverbindung ändern kann, und einer niedrigsten verfügbaren Übertragungsrate. Vorzugsweise wird die feste Größe jedes Datenblocks durch vorbestimmte maximale und minimale Datenblockgrößen beschränkt, um die Anzahl von Bitfehlern pro Datenblock zu reduzieren, um einen bestimmten Datendurchsatz beizubehalten und um die Menge an Zusatzbits in Relation zu Nutzlastbits zu beschränken.
Zusätzlich zu anfänglichen Datenübertragungen zwischen zwei Kommunikationsvorrichtungen über eine Kommunikationsverbindung ist die vorliegende Erfindung auch im Zusammenhang mit einer Prozedur einer automatischen Wiederholanforderung (ARQ = Automatic Repeat reQuest) von Vorteil. Wenn eine Datennachricht als unzuverlässig bestimmt wird, z. B. zu viele Bitfehler hat, wird eine Anforderung zu der sendenden Kommunikationsvorrichtung gesendet, um diese Datennachricht erneut zu senden. Auch wenn die Datennachricht anfangs unter Verwendung eines ersten Übertragungsformats gesendet wurde, das eine erste Übertragungsrate spezifiziert, kann sich das Übertragungsformat zu einem zweiten Format geändert haben, das eine zweite andere Übertragungsrate spezifiziert, wenn die Nachricht erneut zu senden ist. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird die Datennachricht, die erneut zu senden ist, bei einer Datenverbindungs-Protokollschicht in Protokolldateneinheiten (PDUs) fester Größe segmentiert oder aufgeteilt, wobei jede PDU fester Größe dieselbe Anzahl von Bits ungeachtet einer Übertragungsrate oder eines anderen Formats hat. Die PDUs fester Größe werden dann unter Verwendung des zweiten Übertragungsformats, das eine zweite Übertragungsrate spezifiziert, die unterschiedlich von der ersten Übertragungsrate ist, mit welcher die Datennachricht ursprünglich gesendet bzw. übertragen wurde, über eine erste physikalische Protokollschicht übertragen bzw. gesendet. Die feste PDU-Größe wird so ausgewählt, dass die Zeitintervalle trotz häufiger Änderungen bezüglich Übertragungsformaten und -raten über die Kommunikationsverbindung vollständig verwendet werden bzw. ausgenutzt werden. Anders ausgedrückt sind Zeitintervalle vollständig mit nützlicher Information besetzt, ohne dass man Auffülldatenbits zum Vervollständigen dieses Frame-Zeitintervalls hinzufügen muss.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorteilhaft auf irgendeine Kommunikationsvorrichtung in einem irgendeinem Datenkommunikationssystem angewendet werden kann, besteht eine bevorzugte vorteilhafte Anwendung in Datenkommunikationen zwischen einer mobilen Station und einer Basisstation, und insbesondere in mobilen Kommunikationssystemen mit einem Codevielfachzugriff (CDMA). Eine erste Kommunikations-Protokollschicht verwendet Spreizcodes beim Übertragen bzw. Senden von PDUs über eine Funkkommunikationsverbindung. Eine zweite Kommunikations-Protokollschicht oberhalb der ersten Schicht entspricht einer Funkverbindungssteuerung/Medienzugriffssteuerungs-(RLC/MAC)-Protokollschicht. Die RLC-Schicht führt das Segmentieren von Daten in die festen PDUs zur Übertragung über die Funkschnittstelle durch.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter beispielhafter Ausführungsbeispiele offensichtlich werden, wie sie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, wobei Bezugszeichen sich auf dieselben Teile in allen verschiedenen Ansichten beziehen. Die Zeichnungen dienen nicht notwendigerweise zum Skalieren, sondern statt dessen wird ein Darstellen der Prinzipien der Erfindung betont.
1 ist ein Diagramm, das eines der aus Kommunikationen mit variabler Rate resultierenden Probleme darstellt, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden;
2 ist ein Funktionsblockdiagramm, das als Beispiel Kommunikationsvorrichtungen und eine Kommunikationsverbindung dazwischen darstellt, bei welchem die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, und zwar gemäß einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhafte Prozeduren bzw. Verfahren gemäß einer Senderoutine bzw. Übertragungsroutine 10 für eine feste Blockgröße gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhafte Prozeduren zum Bestimmen einer Datenblockgröße gemäß dem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel darstellt;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel dafür darstellt, wie die vorliegende Erfindung über einer Kommunikationsverbindung verwendet werden kann, wobei die Übertragungsrate über der Kommunikationsverbindung geändert wird;
6 ist ein Diagramm, das eine weitere beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein Funktionsblockdiagramm eines Mobilfunkkommunikationssystems, bei welchem die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann, und zwar bei einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Diagramm, das verschiedene Kommunikations-Protokollschichten darstellt, die beim Kommunizieren zwischen einer mobilen Station, einer Basisstation, einer Funknetzwerksteuerung und Hauptnetzwerk-Dienstknoten in einem mobilen Kommunikationssystem in 7 verwendet werden;
9 ist ein vereinfachtes Diagramm eines PDU-Formats; und
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine 200 für ein erneutes Senden eines Datenblocks gemäß einer beispielhaften Anwendung der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden Beschreibung sind zu Zwecken einer Erklärung und nicht zur Beschränkung spezifische Details aufgezeigt, wie beispielsweise besondere Ausführungsbeispiele, Datenstrukturen, Hardware-Konfigurationen, Datenraten, Techniken, etc., um für ein sorgfältiges Verstehen der vorliegenden Erfindung zu sorgen. Jedoch wird es einem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich werden, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden kann, die von diesen spezifischen Details abweichen. Bei anderen beispielhaften Darstellungen sind detaillierte Beschreibungen von wohlbekannten Verfahren, Vorrichtungen und Schaltungen weggelassen, um die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nicht mit unnötigem Detail zu verdunkeln.
2 stellt ein allgemeines Kommunikationssystem dar, bei welchem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, und zwar gemäß einem ersten beispielhaften Ausführungsbeispiel. Eine sendende Kommunikationsvorrichtung 1 kommuniziert über eine Kommunikationsverbindung 5 mit einer empfangenden Kommunikationsvorrichtung 6. Die Kommunikationsverbindung 5 kann irgendeinem Typ von Kommunikationsmedien entsprechen, einschließlich einer Verdrahtung, einer optischen Faser, einer Mikrowellenverbindung, einer Funkverbindung, etc., und kann irgendeine Anzahl von unterschiedlichen Kommunikationsformaten verwenden, die zur Übertragung über irgendeines der Kommunikationsmedien geeignet sind. Die Übertragungsrate über die Kommunikationsverbindung 5 kann sehr häufig bei vorbestimmten Intervallen variiert bzw. verändert werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel, das oben beschrieben ist, entspricht das vorbestimmte Intervall einem Frameintervall bzw. Rahmenintervall von zehn Millisekunden.
Die Kommunikationsvorrichtung 1 enthält einen Sender 2, eine Datenverarbeitungsschaltung 3, die einen oder mehrere Puffer enthält, und einen Empfänger 4. Gleichermaßen enthält die Kommunikationsvorrichtung 6 einen Sender, eine Datenverarbeitungsschaltung 8, die einen oder mehrere Puffer enthält, und einen Empfänger 9. Die Datenverarbeitungsschaltung 3 in der sendenden Kommunikationsvorrichtung 1 sendet über den Sender 2 Information über die Kommunikationsverbindung 5 unter Verwendung von Datenblöcken fester Größe. Die Größe ist unabhängig von der aktuellen Übertragungsrate über die Kommunikationsverbindung 5.
Diesbezüglich wird nun Bezug genommen auf die Senderoutine 10 für eine feste Blockgröße, welche Routine im Ablaufdiagrammformat in 3 dargestellt ist. Bits sind jedem Datenblock fester Größe gemäß einer ersten Übertragungsrate zugeordnet. Diese Datenblöcke werden über den Sender 2 über die Kommunikationsverbindung 5 zur empfangenden Kommunikationsvorrichtung 6 gesendet (Block 12). In einem Block 14 wird eine Entscheidung getroffen, ob sich die Übertragungsrate zum Übertragen bzw. Senden von Daten über die Kommunikationsverbindung 5 geändert hat. Wenn sich die Rate geändert hat, werden Bits denselben Datenblöcken fester Größe gemäß einer zweiten Übertragungsrate zugeordnet. Der Sender 2 sendet diese festen Blöcke mit dieser zweiten Übertragungsrate über die Kommunikationsverbindung 5 (Block 16).
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bestimmung einer optimalen Blockgröße, die für alle der verfügbaren Datenübertragungsraten festzulegen ist, die über der Kommunikationsverbindung 5 verwendet werden können. Demgemäß wird nun Bezug genommen auf die Blockgrößen-Routine 20, die im Ablaufdiagrammformat in 4 dargestellt ist. Eine Frequenz (F), mit welcher sich die Übertragungsrate über die Kommunikationsverbindung 5 ändern kann, wird bestimmt (Block 22), d. h. die Anzahl von Übertragungsratenänderungen/Zeiteinheit. Zusätzlich wird eine minimale oder niedrigste verfügbare Übertragungsrate (Tx(min)) über die Kommunikationsverbindung bestimmt (Block 24). Eine feste Blockgröße wird dann gemäß der folgenden Gleichung bestimmt (Block 26):
Zum Ausschließen des trivialen Falls einer Blockgröße von Null ist Tx(min) in der Gleichung (1) die kleinste verfügbare Übertragungsrate von nicht Null.
Es soll nun das beispielhafte Übertragungsszenario über die Kommunikationsverbindung 5 betrachtet werden, das in 5 gezeigt ist, bei welchem die vorliegende Erfindung verwendet wird. Unter der Annahme, dass ein Rahmenintervall bzw. Frameintervall von zehn Millisekunden die höchste Frequenz ist, mit welcher sich die Übertragungsrate über der Kommunikationsverbindung 5 ändern kann, und unter der Annahme, dass zwei verfügbare Übertragungsraten von 64 kBit/s und 32 kBit/s sind, ist die feste Blockgröße gemäß der obigen Gleichung (1) zehn Millisekunden*32 kBit/s. Demgemäß enthält jeder feste Datenblock 320 Bits. Unter der Annahme, dass die anfängliche Übertragungsrate die höheren 64 kBit/s ist, enthält jedes übertragene Frameintervall von zehn Millisekunden zwei Datenblöcke von 320 Bits für eine Gesamtheit von 640 Bits. Wenn sich die Übertragungsrate am Ende des Frameintervalls von zehn Millisekunden auf 32 kBit/s ändert, wird nur ein einziger Datenblock von 320 Bits pro jedem Frameintervall übertragen.
Trotz der Tatsache, dass sich die Übertragungsrate nach nur zehn Millisekunden ändert, stellt die optimal berechnete feste Blockgröße sicher, dass die Intervalle von zehn Millisekunden vollständig besetzt sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass vollständig besetzt bedeutet, dass Bitpositionen in einem Frameintervall nicht verschwendet sind. Anders ausgedrückt gibt es keinen substantiellen Teil eines Frameintervalls, der nützliche Information enthält, einschließlich entweder von Zusatz- oder Nutzlastbits. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung, wie sie in 5 dargestellt ist, gegensätzlich zu dem ähnlichen Szenario, das in 1 gezeigt ist, wobei eine Hälfte von einem Frameintervall von zehn Millisekunden ohne jede nützliche Information übertragen wird. Eine Übertragung von Dummy-Bits während dieses nutzlosen Teils des Frameintervalls ist verschwenderisch und uneffizient.
Es kann wünschenswert sein, der Größe des festen Datenblocks einige Beschränkungen in Abhängigkeit von Parametern der Kommunikationsverbindung mit variabler Übertragungsrate aufzuerlegen. Beispielsweise dann, wenn die Blockgröße zu klein ist, besteht ein größerer Prozentsatz der Datenbits, die über die Kommunikationsverbindung übertragen werden, in Zusatzbits, was den Gesamtdurchsatz und die Gesamteffizienz reduziert. Andererseits sind größere Blöcke fehleranfällig, was eine oder mehrere erneute Übertragungen erfordern kann, um so viele Bits zuverlässig zu übertragen. Folglich können maximale und/oder minimale feste Datenblockgrößenbeschränkungen in Abhängigkeit von der Anwendung eingestellt werden.
Es soll ein Beispiel betrachtet werden, bei welchem die Kommunikationsvorrichtung 1 über die Kommunikationsverbindung 5 unter Verwendung von irgendeiner der folgenden verfügbaren Übertragungsraten übertragen kann: 8 kBit/s, 32 kBit/s, 64 kBit/s. Unter Verwendung der Gleichung (1) ist die feste Blockgröße zehn Millisekunden*acht kBit/s, was gleich 80 Bits ist. Es kann sein, dass die Blockgröße von 80 Bits zu klein ist, d. h. kleiner als eine Schwelle (T), wie es im Entscheidungsblock 28 in 4 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Blockgröße in Übereinstimmung mit der nächsthöheren Rate von 32 kBit/s auf 320 Bits eingestellt, aber die höchste Frequenz, mit welcher sich die Übertragungsrate über der Kommunikationsverbindung 5 ändern kann, wird um einen Faktor umgekehrt proportional zu der Differenz zwischen der niedrigsten und der nächstniedrigsten Übertragungsrate reduziert. Bei diesem Beispiel ist dieser Faktor Vier. Daher ist die höchste Frequenz, mit welcher sich die Übertragungsrate bei diesem Beispiel ändern kann, 40 Millisekunden, wenn die Übertragungsrate 8 kBit/s ist. 6 zeigt, dass der Datenblock fester Größe von 320 Bits unter Verwendung von vier Frameintervallen von jeweils 80 Bits übertragen wird. Während dieser vier Frameintervalle kann sich die Übertragungsrate nicht ändern. Somit beschränkt die Erfindung die Frequenz, mit welcher sich Übertragungsraten ändern können, wenn niedrige Übertragungsraten verwendet werden (Block 30). Wiederum stellt die vorliegende Erfindung sicher, dass selbst dann, wenn sich die Übertragungsrate drastisch ändern kann, z. B. von 64 kBit/s zu 8 kBit/s, die Größe des Datenblocks so bestimmt wird, dass alle der Frame-Zeitintervalle verwendet werden, um nützliche Zusatz- und Nutzlastinformation zu übertragen.
Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft auf irgendein Kommunikationssystem einschließlich mobiler Kommunikations- Netzwerksysteme angewendet werden, die FDMA-, TDMA- und CDMA-basierende Systeme sind. 7 zeigt ein beispielhaftes mobiles Kommunikationssystem 100. Ein repräsentatives verbindungsorientiertes externes Hauptnetzwerk, das als Wolke 120 gezeigt ist, kann beispielsweise das öffentliche Fernsprechwählnetz (PSTN) und/oder das dienstintegrierte Digitalnetz (ISDN) sein. Ein repräsentatives verbindungslos orientiertes externes Hauptnetzwerk, das als Wolke 140 gezeigt ist, kann beispielsweise das Internet sein. Beide Netzwerke sind an entsprechende Dienstknoten 160 gekoppelt.
Das verbindungsorientierte PSTN/ISDN-Netzwerk 120 ist an einen verbindungsorientierten Dienstknoten angeschlossen, der als Funkvermittlungsstellen-(MSC-)Knoten 180 gezeigt ist, der über Schaltkreise geschaltete Dienste zur Verfügung stellt. In einem Mobilfunkkommunikationssystem, wie beispielsweise dem wohlbekannten GSM-System, das in Europa und anderswo verwendet wird, ist die Funkvermittlungsstelle 180 über eine Schnittstelle A mit einem Basisstationssystem (BSS) 220 verbunden, das wiederum über eine Schnittstelle A' mit einer Funkbasisstation 230 verbunden ist. Das verbindungslos orientierte Internet-Netzwerk 140 ist mit einem Knoten 20 für einen allgemeinen Paketfunkdienst (GPRS) verbunden, der derart zugeschnitten ist, um Dienste vom paketgeschalteten Typ zur Verfügung zu stellen.
Jeder der Hauptnetzwerk-Dienstknoten 180 und 200 schließt über eine Funkzugriffs-Netzwerkschnittstelle an ein Funkzugriffs-Netzwerk (RAN) 240 an. Jede Funkzugriffs-Netzwerksteuerung 260 ist mit einer Vielzahl von Basisstationen 280 verbunden, die über die Funkschnittstelle mit einer Vielzahl von mobilen Stationen 300 kommunizieren. Obwohl irgendein Funkzugriff verwendet werden kann, basiert ein Funkzugriff vorzugsweise auf Breitband-CDMA (W-CDMA), wobei einzelne Funkkanäle unter Verwendung von W-CDMA-Spreizcodes zugeteilt sind. W-CDMA stellt eine breite Bandbreite für Multimediadienste und andere Anforderungen hoher Geschwindigkeit sowie robuste Merkmale, wie Diversity-Kanalwechsel- und RAKE-Empfänger, zur Verfügung, um eine hohe Qualität sicherzustellen.
8 stellt eine schematische Ansicht eines möglichen Kommunikationsprotokollstapels von niedrigeren Kommunikations-Protokollschichten zur Verwendung bei mobilen Kommunikationssystemen 100 dar, das in 7 gezeigt ist. Eine Funkverbindungssteuerung/Medienzugriffssteuerung-(RLC/MAC-)Protokollschicht ist am oberen Ende einer physikalischen Protokollschicht L1 platziert. Unter der Annahme einer physikalischen Breitband-CDMA-Schicht enden die physikalische Protokollschicht L1 sowie RLC/MAC zu Diversity-Kanalwechselzwecken bei der Funknetzwerksteuerung (RNC). Die dritte Protokollschicht entspricht einer logischen Verbindungssteuerung (LLC), die bei den Hauptnetzen (CNs) endet. Die RLC/MAC- und LLC-Protokollschichten können im Zusammenhang mit dem standardmäßigen OSI-Modell jeweils als untere und höhere Datenverbindungsschichtentyp-Protokollebenen angesehen werden.
Während jede dieser drei Protokollschichten zahlreiche Funktionen zur Verfügung stellt, werden zu Zwecken eines Beschreibens dieses bestimmten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung nur bestimmte Aufgaben beschrieben. Bei der physikalischen Schicht werden Datenströme, die von unterschiedlichen Kommunikationsdiensten entstehen, auf einen Funkkommunikationskanal multiplext. Diese Dienste können unterschiedliche Dienstqualitätsanforderungen haben, z. B. unterschiedliche Bitfehleranforderungen, unterschiedliche Typen einer Codierung (eine Faltungscodierung, eine Reed-Solomon-Codierung, etc.) und unterschiedliche Übertragungsraten. Zum Ändern der Übertragungsrate, wie beispielsweise im Aufwärtsverbindungspfad von der mobilen Station zur Basisstation, wird der Spreizfaktor der Spreizcodes, der dieser mobilen Station zugeordnet ist, geändert. Die mobile Station kann daher Daten für unterschiedliche Dienste zur selben Zeit übertragen, während auch die begrenzten Funkressourcen effizient verwendet werden, indem an die erforderliche Übertragungsrate für einen spezifischen Dienst angepasst wird.
Eine zuverlässige Übertragung über die Funkschnittstelle wird beispielsweise unter Verwendung eines Schemas einer automatischen Wiederholanforderung (ARQ) bei der RLC-Protokollschicht erreicht. Datenpakete einer höheren Schicht, die durch die LLC-Protokollschicht zur Verfügung gestellt sind, werden in kleinere Blöcke segmentiert, die RLC-Protokoll-Dateneinheiten (PDUs) genannt werden, die zur Übertragung über die Funkschnittstelle geeignet sind. Eine RLC PDU ist die kleinste Einheit für ein erneutes Senden. Eine beispielhafte RLC PDU ist in 9 gezeigt und enthält ein Anfangsblockfeld 32 mit, unter anderem, einer Sequenznummer, einem Nutzlast-Datenfeld 34, das einen Teil der erneut zu sendenden LLC-Nachricht enthält, und ein Fehlererfassungs- und/oder -korrekturfeld, wie beispielsweise eine zyklische Coderedundanzprüfung (CRC) 36. Somit wird dann, wenn ein Paket von einer Empfangsvorrichtung nicht zuverlässig empfangen wird, es durch die RLC-Schicht erneut gesendet.
Gleich dem, was oben beschrieben ist, wird die RLC PDU-Größe festgelegt und wird basierend auf der höchsten Frequenz bestimmt, mit welcher sich die Übertragungsrate ändern kann, und auf der minimalen oder niedrigsten Übertragungsrate. Typischerweise wird die Übertragungsrate in einem Übertragungsformat zusammen mit anderen Parameter spezifiziert, wie beispielsweise einer Codierinformation, einer Verschachtelungsinformation und Wiederholungs/Durchstoß-Schemen für eine Ratenanpassung.
Eine Routine 200 für ein erneutes Senden einer Datennachricht wird nun in Zusammenhang mit dem in 10 gezeigten Ablaufdiagramm beschrieben. Eine Anzeige wird zum erneuten Senden einer Datennachricht gemacht, welche anfangs unter Verwendung eines ersten Übertragungsformats übertragen wurde (Block 202). Die RLC-Schicht segmentiert die Datennachricht in PDUs mit fester Größe (Block 204). Die feste Größe der PDUs wird gemäß der Blockgrößenroutine 20 bestimmt, die in 4 gezeigt ist. Die PDUs mit fester Größe werden über die Funkschnittstelle erneut gesendet, und zwar einen oder mehrere Funkframes bzw. Funkrahmen vollständig besetzend, unter Verwendung eines anderen, zweiten Übertragungsformats (Block 206). Auch wenn die zwei unterschiedlichen Formate zwei unterschiedliche Übertragungsraten enthalten, stellt die feste PDU-Größe, die optimal ausgewählt worden ist, sicher, dass es eine effiziente Ausnutzung von Funkbetriebsmitteln gibt.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen beispielhaften Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Andere Formate, Ausführungsbeispiele und Adaptionen neben denjenigen, die gezeigt und beschrieben sind, sowie viele Variationen, Modifikationen und äquivalente Anordnungen können auch zum Implementieren der Erfindung verwendet werden. Daher ist, während die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, zu verstehen, dass diese Offenbarung nur illustrativ und beispielhaft für die vorliegende Erfindung ist und lediglich dem Zwecke dient, eine vollständige Offenbarung zur Verfügung zu stellen und zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer festen Datenblockgröße für eine Übertragung über eine Kommunikationsverbindung, die abwechselnde Übertragungsraten hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen (22) einer höchsten Frequenz, mit welcher sich die Übertragungsrate ändern kann, Bestimmen (24) einer niedrigsten der Übertragungsraten, und wobei eine höhere der Übertragungsraten ein Vielfaches der niedrigsten Übertragungsrate ist, Bestimmen der festen Datenblockgröße derart, dass sie gleich der niedrigsten Übertragungsrate geteilt durch die höchste Frequenz ist.
Verfahren zum Übertragen von Daten mit variablen Übertragungsraten über eine Kommunikationsverbindung (5), wobei die niedrigste der Übertragungsraten Tx(min) ist und eine höhere der Übertragungsraten ein Vielfaches der niedrigsten Übertragungsrate Tx(min) ist, und wobei F die höchste Frequenz ist, mit welcher sich die Übertragungsrate ändern kann, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Empfangen von Daten für eine Übertragung über die Kommunikationsverbindung (5), Liefern der Bits der empfangenen Daten in Datenblöcke einer festen Größe, die Tx(min)/F Datenbits ist, Übertragen bzw. Senden der Datenblöcke mit fester Größe über die Kommunikationsverbindung in Zeitintervallen einer Dauer von 1/F, Ändern der Anzahl der Datenblöcke fester Größe, die in den Zeitintervallen übertragen werden, in Reaktion auf Änderungen bezüglich der Übertragungsrate.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Änderungsschritt folgendes enthält: Erfassen einer ersten Übertragungsrate zur Übertragung über die Kommunikationsverbindung; Liefern von Datenbits bei der ersten Übertragungsrate in die Datenblöcke fester Größe; Übertragen über die Kommunikationsverbindung bei der ersten Übertragungsrate während eines oder mehrerer der Zeitintervalle der Datenblöcke fester Größe entsprechend der ersten Übertragungsrate; Erfassen einer Änderung bezüglich einer Übertragungsrate über die Kommunikationsverbindung von der ersten Übertragungsrate zu einer zweiten Übertragungsrate; Liefern von Datenbits bei der zweiten Übertragungsrate in die Datenblöcke fester Größe; und Übertragen der Datenblöcke fester Größe entsprechend der zweiten Übertragungsrate während eines oder mehrerer der Zeitintervalle.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Übertragungsrate davon abgehalten wird, sich während des Zeitintervalls zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, das weiterhin folgendes aufweist: erneutes Senden bzw. Übertragen von einem oder mehreren Datenblöcken der festen Datenblockgröße während eines der Zeitintervalle bei einer anderen Übertragungsrate als der Übertragungsrate, die dann verwendet wird, wenn der eine oder die mehreren Datenblöcke, der bzw. die erneut übertragen ist bzw. sind, zum ersten Mal übertragen wurde(n), wobei der eine oder die mehreren Datenblöcke, der bzw. die erneut übertragen ist bzw. sind, zusammen mit dem einen oder den mehreren von anderen Datenblöcken das Zeitintervall vollständig besetzen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die anderen Datenblöcke in dem Schritt für ein erneutes Übertragen wenigstens einer ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kommunikationsverbindung eine Verdrahtung oder ein optisches Kabel zum Übertragen von Daten verwendet.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Kommunikationsverbindung ein drahtloses Funkfrequenzbetriebsmittel zum Übertragen von Daten verwendet.
Kommunikationsvorrichtung (1, 6) zum Übertragen von Daten über eine Kommunikationsverbindung (5) in Zeitintervallen einer Länge von 1/F und bei variablen Übertragungsraten, wobei eine niedrigste der Übertragungsraten Tx(min) ist und eine höhere der Übertragungsraten ein Vielfaches von Tx(min) ist, und wobei die maximale Frequenz, mit welcher sich die Übertragungsrate ändern kann, F ist, welche Vorrichtung folgendes aufweist: einen Puffer (8) zum Speichern von Daten zur Übertragung über die Kommunikationsverbindung; eine Datenverarbeitungsschaltung (3), die zum Liefern von Datenbits in Datenblöcke einer festen Größe SZ angeordnet ist, wobei SZ = Tx(min)/F gilt,wobei die Datenverarbeitungsschaltung weiterhin eingerichtet ist, um die Rate zum Liefern der Datenbits in die Datenblöcke fester Größe in Reaktion auf eine Änderung bezüglich der Übertragungsrate zu ändern, einen Sender (2, 7), der zum Senden der Datenblöcke in den Zeitintervallen angeordnet ist, wobei sich die Anzahl von Datenblöcken, die in den Zeitintervallen übertragen bzw. gesendet werden, in Reaktion auf eine Änderung bezüglich einer Übertragungsrate ändert.
Kommunikationsvorrichtung (1, 6) nach Anspruch 9, wobei die Datenverarbeitungsschaltung eingerichtet ist, um diejenige der Übertragungsraten zu erfassen, die den über die Kommunikationsverbindung zu übertragenden Daten zugeordnet ist, und die eingerichtet ist, um irgendeine Änderung bezüglich der Übertragungsrate zu erfassen.
Kommunikationsvorrichtung (1, 6) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die feste Größe eines jeweiligen Datenblocks so bestimmt wird, dass die Datenblöcke fester Größe das eine oder die mehreren Zeitintervalle vollständig mit Information für sowohl die niedrigste als auch irgendeine höhere der Übertragungsraten besetzen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei verhindert wird, dass sich die Übertragungsrate während des Zeitintervalls ändert.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Sender (2, 7) einen oder mehrere der Datenblöcke während eines oder mehrerer der Zeitintervalle bei einer der Übertragungsraten erneut überträgt bzw. sendet, die unterschiedlich von der Übertragungsrate ist, mit welcher der eine oder die mehreren Datenblöcke zuerst gesendet wurde(n), und wobei der eine oder die mehreren Datenblöcke, der bzw. die erneut gesendet wird bzw. werden, zusammen mit irgendeinem oder mehreren von anderen Datenblöcken das eine oder die mehreren Zeitintervalle vollständig besetzt bzw. besetzen.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kommunikationsverbindung (5) eine Verdrahtung oder ein optisches Kabel zum Übertragen von Daten verwendet.
Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kommunikationsverbindung (5) ein drahtloses Funkfrequenzbetriebsmittel zum Übertragen von Daten verwendet.
Kommunikationsvorrichtung (1, 6) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kommunikationsvorrichtung ein Mobilfunktelefon ist.
Kommunikationsvorrichtung (1, 6) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Kommunikationsvorrichtung eine Funk-Basisstation ist.