用于数据传输具有减少的延迟的无线电电信系统的制作方法

专利名称：用于数据传输具有减少的延迟的无线电电信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电信网络以及卫星系统，尤其是无线局域网(LAN)和城域网(MAN)。它尤其涉及为突发类型数据传输所优化的以及具有非对称数据流这样的电信系统。
以上混合系统可适用于第三代移动电话系统，比如如图2所示的UMTS系统。可在Artech House出版社1998出版的Ojanpera和Prasad所著题为《Wideband CDMAfor Third Generation Mobile Communication》的书中找到这样实现的进一步细节。无线电接入网(RAN)基本上提供与MT通信的网络侧设备。在RAN和有关网络(即分别或是PDN或公共业务电话网(PSTN))之间并行提供GPRS SGSN和UMTS MSC。
GPRS提供对数据传输的无连接支持。然而，为了在BTS和MT之间的无线电空中接口上使用稀少的资源，会采用电路交换无线电资源分配。这样，虽然附于GGSN的网络可以以完全无连接的方式操作，但是数据包通过空中接口的传输采用了传统的时隙和帧管理。因此，在GPRS网络中的一些位置需要数据包管理者使数据包准备按帧通过空中接口传输并从空中接口接收帧，且使它们准备传输到数据网络。这个单元可被称作数据包控制单元(PCU)并可被置于几个可选的位置，例如基站收发站(BTS)中、基站控制器(BSC)中或BSC和SGSN之间。一般，可把PCU分配到BSS-基站系统的一些部分中。通常在PCU和SGSN之间使用帧延迟。
GPRS一个特别的优点就是几个MT可以预占单一的时隙。为特定MT指定的数据分组由特定的临时流身份(TFI)识别。因此，每个与其它共享时隙的MT都对每个块进行译码以确定该块是否包含它的TFI。一旦完成了数据传输，就可把同一TFI用于与同一MT或另一MT的另一次传输。TFI机制使无线电资源的利用得到一些优化。尽管带有包数据的全双工电路交换传输可以包括静区，但可以用不同的MT的数据最优地填充共享的时隙。尽管数据话务有突发特性，但这也提供了无线电资源的一些优化。在与语音通信并行操作这个数据网络的同时，两个系统的基本协议都是相同的。
在图3和4示出了由GPRS使用的协议堆栈。GPRS协议在传输和信令中是有差别的。传输协议提供数据传输，还提供相关的控制信息比如流控制、差错检测、纠错以及差错恢复。信令级为控制用户移动期间的路径选择通路，为控制网络资源的分配并提供补充业务为添加和分离GPRS系统提供控制和信令。
在图5和6中以消息流形式示出了在GPRS网络中通过空中接口电路交换呼叫的建立。在图5中，通过移动终端(MT)使用接入控制信道(例如随机接入信道RACH)启动数据请求。当MT有一些数据要发送时，它就产生指定要发送多少数据的上行链路无线电连接建立请求。RAN用确认消息提供上行无线电链路应答并给出MT何时和如何发送的细节，例如采用了哪一个时隙以及多少时隙。然后由MT在话务信道上发送数据，并且在成功发送所有数据后RAN断开无线电链路。把由RAN接收的数据传送到SGGN并从那里传送到GGSN，它去除任何在这之前用于传输数据的报头并把数据传输到有关PDN，例如通过因特网传输到远端服务器。因为过了一段时间后，从远端站点(例如因特网上服务提供商的服务器)对数据的应答就到达了。一接收这个应答，就由RAN通过控制信道建立下行无线电链路连接和通过话务信道传送应答数据。在传输之后再一次释放无线电连接。
图6示出了当启动消息是下行链路时相似的消息图解。此外，不能耦合下行链路和上行链路的传输，以使在下行链路发送结束时且在应答上行链路发送之前释放下行无线电链路。
以上消息过程存在一个缺点。有必要在每个上行链路和下行链路数据传输之间建立和卸下无线电连接。由于网络必须等待直到在发送数据之前无线电资源已准备好，所以这就引起了延迟。对于希望从他的/她的移动浏览器得到用地面有线系统一样的性能的MT用户任何延迟是令人烦恼的。从系统的观点来看在应答上行链路传输上的延迟可能是不那么严重，因为MT具有通常存储在合适设备(例如膝上型或掌上型计算机)上的数据，其中无论如何，存储空间很可能不是限制并且通常数据量小。另一方面，在下行链路上来自因特网的应答来自MT请求的数据通常是大容量的。这就意味着必须在GPRS系统中提供大量缓冲容量以保存所接收的数据直到无线电资源准备好。在EP-A-332818中描述了缓冲容量的规定。由于预期浏览器话务量的很不对称(估计至少是10对1)，下行链路上缓冲容量的级别可以很高而需要高成本地来实现。
本发明的目的就是提供一种数据携带蜂窝移动无线电电信系统以及操作尤其减少下行链路延迟的相同系统的方法。
本发明包括一种在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络，RT网络包括包括有至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；其中当把上行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；RT网络适用于在释放所分配的上行链路数据无线电信道之前保留这一个用户终端的下行链路数据无线电信道。这至少一个无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫包括共享话务信道的两个或多个用户终端。话务信道可以是时分多址(TDMA)系统中的时隙。这个共享也可以包括使用码分多址系统中的同一编码。用户终端可以是移动终端比如移动电话，或固定终端例如带有无线电天线的膝上型计算机。RT网络较佳地是GPRS网络。
本发明包括一种在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络的操作方法，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；该方法包含的步骤有把下行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端；以及这个用户终端请求在释放所分配的下行链路数据无线电信道之前保留上行链路数据无线电信道。这至少一个无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
本发明也包括一种在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络的操作方法，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；该方法包含的步骤有把上行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端；以及这个用户终端请求在释放所分配的上行链路数据无线电信道之前保留这一个用户的下行链路数据无线电信道。这至少一个无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
本发明也包括一种用于在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络中的网络元件，RT网络包括
包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在R1网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；其中当把上行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；该网络元件适用于启动在释放所分配的上行链路数据无线电话务信道之前保留这一个用户终端的下行链路数据无线电信道。该网络元件可以是数据包控制单元。该数据包控制单元可以与基站系统相关联。这至少一个无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
本发明也包括一种用于在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络中的用户终端，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；其中当把下行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；该用户终端适用于请求在释放所分配的下行链路数据无线电话务信道之前保留上行链路数据无线电信道。该用户终端可以是移动终端比如移动电话，或固定终端比如带有无线电天线膝上型计算机或个人计算机。该用户终端可以适用于请求通过同带信令保留上行链路信道。这至少一个无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
现在参照以下附图描述本发明。
图2是结合第三代移动电话系统的GPRS系统的略图。
图3和4分别是GPRS系统的话务和信令协议的略图。
图5是GPRS系统中传统上行链路数据传输的消息流。
图6是GPRS系统中传统下行链路数据传输的消息流。
图7是根据本发明的实施例上行链路数据传输的消息流。
图8是根据本发明的实施例下行链路数据传输的消息流。
图9是根据本发明的另一实施例上行链路数据传输的消息流。


图10是根据本发明的实施例上行链路数据传输的消息流。
说明性实施例描述参照特定实施例以及参照特定附图描述本发明，但本发明并不由此限制，而是由权利要求书限定。尤其主要参照蜂窝移动电话系统描述本发明，但本发明并不由此限制。例如，本发明较佳地可以用于无线局域网(LAN)或城域网，尤其是具有非对称数据流时。各种类型的无线LAN已被标准化或已通用，例如标准IEEE802.11、IEEE 802.11HR(扩展频谱)以及基于DECT、蓝牙、HIPERLAN、扩散或点对点红外的系统。在由Jim Geier所著1999年Macmillan技术出版社出版的《Wireless LAN’s》中详细讨论了无线LAN。此外，将主要参照TDMA系统比如GSM或GPRS描述本发明，但本发明并不由此限制。由多个用户终端共享数据信道例如可以包括共享CDMA系统中的编码或共享频分多址系统中的频率。此外，将主要参照蜂窝移动电话系统描述本发明，但本发明用于公用移动无线电(PMR)系统中也可以显出优势。
以上参照图1和2描述可使用本发明的网络。本发明与管理无线电资源的方法有关且与这些资源的更优化分配有关。图7和8示出了根据本发明实施例的消息流。图7示出了从MT初始化消息时的情况。上行链路无线电连接建立请求、它们的确认以及从MT数据的传输保持如此前参照图5所述的。然而，在从MT到RAN传输数据结束之前的某个时候，RAN完成下行链路连接的建立，为从因特网对由MT发送的数据的下行链路应答作准备。这是根据对MT数据应答的概率高这个思想的。一旦从MT把数据发送到RAN，那么就释放上行链路连接。可以通过同带信令建立下行链路连接的建立，它在MT用于上行链路传输的同一个时隙内。
实际上严格意义上说，并不是为将来的应答分配(保留)无线电资源。RAN向MT提供标识符(临时流身份，TFI)，它用作下一个应答的标签以使在发送消息时MT能识别。MT保持预占各自的时隙(在这个时隙上该应答会到来)，并且“监听”有关的TFI的预定时段，比如5秒。MT在有关时隙中对每个分组进行译码以确定有关分组是否包含有关的TFI。如果在这个时段结束之前应答没有到来，那么就释放所保留的下行链路连接。另一方面，如果消息到达，那么就把它马上传输到MT。由于几个MT可以共享时隙，所以仅仅监听发送的附加MT实质上并不占据资源。在对共享一个时隙的MT有数量限制的地方，附加的MT确实保留一些不用于另一用户的资源。因此，较佳地使超时持续时间短，例如5秒。图8中示出了开启下行链路的情况。在这个情况下，MT在预期到那里的应答的下行链路传输结束之前请求上行链路连接的建立。另外可以同带进行请求。这个请求可以是用户可设置的选项。如果没有必要进行应答，那么在合适的超时(例如5秒)之后由RAN释放上行链路连接。
以上实施例是基于以下概念的。保持预期使用的下行链路或上行链路需要的附加资源少或没有。另一方面，延迟的潜在减少以及尤其下行链路中缓冲容量的减少是一个有利之处，它优于任何附加的耗费。期望从网络一边开始的对MT大量数据传输的相对频次，预期要比从网络一边的、由来自MT请求触发的大量数据传输低得多。例如，通常浏览器与因特网的对话是非对称的，大多数从因特网传输到MT的数据是遵循MT执行的操作的。本发明为由MT操作触发的从网络到MT的数据传输提供一种减少网络一边延迟的装置。这减少了网络一边上所需要的缓冲。
图9和10中示出了实现以上实施例的更详细的图解。消息流是在MT和PCU之间以及PCU和SGSN之间的。图9示出了由MT开始请求数据传输的情况。开始，MT请求数据传输，例如在控制信道上的数据包资源请求。这个控制信道可以是随机接入信道，并且可以多次发送资源请求(在争用的情况下)。由PCU把这个请求分配给指定的话务信道(即一个时隙或一些时隙)，并带有包含有关TFI以及传输必须发生的精确时间的数据包上行链路分配消息。现在MT在合适的时间使用所指定的时隙发送话务信道中所需的数据。当要发送的所余数据量达到某个点(表示数据传输接近结束)时，PCU开始期望对来自网络一边数据应答的下行链路分配。可以同带发送这个下行链路分配，即在由MT进行上行链路传输的所使用的同一时隙内。在该分配中的是TFI，MT应加以使用以在应答到来之时识别它。为了允许跟踪上行链路数据传输的结束，MT提供参考标识符，例如“CV”(倒计数值)，它递减计数最后几个要传输的分组，例如最后15个分组。因此，当PCU确定CV开始下降到15以下时，它就开始建立下行链路连接。
在发送了上行链路数据之后，PCU确定从任何有必要的帧或分组中是否有坏帧以及重新发送的请求。然后释放上行链路连接并保持下行链路连接。MT在所分配的时隙持续监听有关的TFI一段时间，例如5秒。MT再分配给它的时隙中对每个分组进行译码以发现它是否包含指定的TFI。如果在预定时间内没有应答到来，那么PCU就开始释放下行链路连接，且MT不再监听这个时隙。
图10中示出了由下行链路开始的传输的消息流。紧随通过SGGN来自网络的请求，PCU使用控制信道开始向有关MT进行数据包下行链路分配。该请求可以仅仅是向有关MT发送所指定的数据的到达。来自PCU的分配消息包括要使用的时隙以及TFI数据。MT在同一控制信道(或是在所分配的时隙上同带)进行确认。然后MT在相应时隙中对在话务信道上发送的所有分组进行译码。如果MT确定分组中的指定TFI由MT完全处理这个分组。当MT接收下行链路传输的最后分组时，MT随后请求上行链路连接。由于网络控制资源的分配这个事实，就没有必要使用参照图9描述的CV递减计数过程，因为直到MT确认了安全接收网络才释放连接是没有危险的。因此上行链路连接的请求可被包括在数据传输结束的确认中(ACK)，或者当一些分组没有正确接收时可与差错报告(NACK)一起发送。一接收该请求PCU就建立上行链路连接。然后，MT发送应答，或者如果没有马上准备好应答，就发送一系列伪分组(如果这些是正确系统运行所需的，例如功率控制)。然后在上行链路连接上发送应答数据。向着这次发送的结束开始CV递减计数过程。一旦CV下降到最大值(例如15)以下，PCU就知道发送即将结束。然后PCU可以开始进一步的下行链路请求，就如参照图9所述的那样。相似地，图9所述过程可以以在最后数据包上行链路ACK/NACK中的上行链路数据包资源终止，以使为了来自MT的下一个应答保留上行链路连接。然而值得注意的是，保留上行链路确实会耗尽无线电资源，并因此较少推荐。
以下描述本发明的一些方面。在允许通过空中接口的数据传输的无线电电信系统中，或在上行链路方向或在下行链路方向(分别是从用户终端到无线电网络，或从无线电网络到用户终端)建立第一数据无线电话务信道，并且在释放这个第一话务信道之前，分别保留相应的第二下行链路、上行链路无线电话务信道。这个保留较佳地发生于在第一信道上已发送了一些话务数据之后。
当第一话务信道是下行链路信道时，保留的请求可以来自用户终端(有条件的保留)或由网络自动保留。可以由在建立第一下行链路数据话务信道的时候可用的某个用户终端信息确定自动保留。这个用户终端信息表示该用户是否已接入这个业务，并可在建立第一下行链路话务信道的时候从用户终端发送，或可取自网络中，例如可以与用户信息的其他参数一起存储在原籍位置寄存器(HLR)中。
当第一话务信道是上行链路信道时，可以由无线电网络自动保留第二下行链路话务信道，或只有当从有关用户终端接收了先前请求才由网络保留该信道(有条件的保留)。可以由在建立第一上行链路数据话务信道的时候可用的某个用户终端信息确定自动保留。这个信息表示该用户是否己接入这个业务。这个用户终端信息可在建立第一上行链路话务信道的时候从用户终端发送，或可取自网络中，例如可以与用户信息的其他参数一起存储在原籍位置寄存器(HLR)中。较佳地有某些方法标记上行链路发送即将结束的地方，例如有关数据量的递减计数值，例如还要发送的数据分组数。
相应的第二话务信道在释放第一话务信道后继续存在。较佳地，第二信道在释放第一信道后继续存在预定的时间段，例如5秒。在这段时间内，如果分别从无线电网络或从用户终端有可用的应答消息，那么就通过保留的信道发送这个消息。较佳地，多于一个用户可以同时使用数据话务信道，即可由多于一个用户终端共享话务信道。可由特定用户终端的标识符(例如临时流身份，TFI)确定指定的下行链路数据消息是否是为该用户终端指定的。这个标识符只在信道的持续时间存在(保持它的相关性)，即它不为用户终端单独编码，但仅用于在各自的信道传输时间段中到达或来自特定用户终端的消息的识别。
尽管参照较佳实施例表示和描述本发明，但本领域技术人员会理解可以进行各种形式的以及细节的变化和修改，这并不离开本发明的范围和精神。例如，可以根据同带信令描述下行链路信道的保留请求，但是如果协议允许它，那么就由另一类信道(例如控制信道)请求。
权利要求
1.一种在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；其中当分别把上行链路、下行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；RT网络适用于在分别释放所分配下行链路、上行链路数据无线电话务信道之前分别保留上行链路、下行链路数据无线电话务信道，在分别释放了所分配的下行链路、上行链路话务信道后，所保留的上行链路、下行链路无线电话务信道分别继续存在。
2.按权利要求1所述的RT网络，其特征在于所述一个用户终端适用于请求在分别释放所分配的下行链路、上行链路数据无线电信道之前分别保留上行链路、下行链路数据无线电信道。
3.按权利要求1或2所述的RT网络，其特征在于所述至少一个数据无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
4.按权利要求1、2或3所述的RT网络，其特征在于在发送方向需要数据无线电信道请求数据业务。
5.按权利要求2到4的任何一条所述的RT网络，其特征在于所述一个用户终端适用于由同带信令请求分别保留上行链路、下行链路数据无线电信道。
6.按权利要求3到5的任何一条所述的RT网络，其特征在于容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫包括在TDMA系统共享时隙或在CDMA系统共享编码。
7.一种在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络的操作方法，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；该方法包含的步骤有分别把下行链路、上行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端；以及在分别释放所分配下行链路、上行链路数据无线电话务信道之前分别保留上行链路、下行链路数据无线电话务信道，在分别释放了所分配的下行链路、上行链路话务信道后，所保留的上行链路、下行链路无线电话务信道分别继续存在。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于所述一个用户终端适用于请求在分别释放所分配的下行链路、上行链路数据无线电信道之前分别保留上行链路、下行链路数据无线电信道。
9.按权利要求7所述的方法，其特征在于在释放所分配的上行链路数据无线电话务信道之前，所述RT网络自动保留下行链路数据无线电话务信道。
10.按权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于所述至少一个数据无线电话务信道能够容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫。
11.按权利要求7到10的任何一条所述的方法，其特征在于在发送方向需要数据无线电信道请求数据业务。
12.按权利要求7到11的任何一条所述的方法，其特征在于所述一个用户终端适用于由同带信令请求分别保留上行链路、下行链路数据无线电信道。
13.按权利要求10到12的任何一条所述的方法，其特征在于容纳来自至少两个用户终端的多路数据呼叫包括在TDMA系统共享时隙或在CDMA系统共享编码。
14.一种用于在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络中的网络元件，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；以及至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；其中当分别把上行链路、下行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；该网络元件适用于启动在分别释放所分配的上行链路、下行链路数据无线电话务信道之前分别保留这一个用户终端的下行链路、上行链路数据无线电信道。
15.按权利要求14所述的网络元件，其特征在于所述元件可以是数据包控制单元。
16.按权利要求15所述的网络元件，其特征在于所述数据包控制单元可以与基站系统相关联。
17.一种用于在用户终端和数据网络之间交换数据的移动无线电电信(RT)网络中的用户终端，RT网络包括包括至少一个无线电收发信机的基站系统；至少一个用于在RT网络和用户终端间进行通信的数据无线电话务信道，数据业务需要在用户终端和基站系统间建立数据话务信道；以及其中当分别把下行链路、上行链路数据无线电话务信道分配给其中一个用户终端时；所述一个用户终端适合于请求在分别释放所分配的下行链路、上行链路数据无线电话务信道之前分别保留上行链路、下行链路数据无线电信道。
18.按权利要求17所述的用户终端，其特征在于所述用户终端是移动终端。
19.按权利要求17或18所述的用户终端，其特征在于所述用户终端适用于通过同带信令请求分别保留上行链路、下行链路话务信道。
全文摘要
描述了一种无线电电信系统以及一种提供减少包数据传输延迟的该系统操作方法。在以一个方向(上行链路或下行链路)释放数据传输之前，在另一方向保持该信道。信道保持可以持续某个特定时间，例如5秒，在这之后就释放该信道。当上行链路和下行链路之间进行数据传输中有极端不对称性时，本发明尤其有用。
文档编号H04L12/54GK1426648SQ01808417
公开日2003年6月25日 申请日期2001年4月19日 优先权日2000年4月25日
发明者G·杜克莱斯特, S·凯拉 申请人:诺泰网络有限公司