CN1220788A - 分组无线网络中的控制信道分配 - Google Patents

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Abstract

一种在分组无线***,尤其在GPRS***中分配控制信道(PACCH)给移动台(MS)的方法。移动台(MS)发送资源分配请求(3－1),网络(BSS)以分配给移动台(MS)一个TFI标识符和一个USF标识符予以响应(3－2)。然后,网络在块中发送(3－5)数据分组,至少其中的一些块包括一个轮询域(S/P),轮询状态(’P’)表明移动台需要在控制信道(PACCH)上确认接收数据分组。为了确保下行接收的移动台不会阻止网络分配一个上行移动台给所述信道,按照本发明,控制信道(PACCH)的分配独立于可能的USF标识符。移动台在其中所述轮询域处于轮询状态(’P’)的下行块后的预定时间(T)之后,确认(3－6)接收数据分组。预定时间(T)可以是固定的,或者可以在附加扩展域(EF2)中指明。

Description

分组无线网络中的控制信道分配
本发明一般涉及分组无线***，尤其涉及一种提供分组无线网络，最好是移动台分组无线网络，例如GPRS中上行和下行之间独立性的方法和装置。
GPRS(通用分组无线业务)是GSM***中的一种新业务，它是ETSI(欧洲电信标准委员会)的GSM阶段2+中的标准化目标。GPRS工作环境包括一个或多个子网业务区，通过GPRS骨干网连接在一起。子网包括多个分组数据业务节点，此处将其称为GPRS支持节点(或代理)，每个GPRS支持节点连接到GSM移动网，从而能够通过多个基站，即小区向移动数据终端设备提供分组数据业务。中间移动网在支持节点和移动数据终端设备之间提供电路交换或分组交换数据传输。不同的子网则连接到外部数据网，例如到PSPDN(公用分组交换数据网)。因此，GPRS业务能够在移动数据终端鼠辈和外部数据网之间提供分组数据传输，由GSM网络充当接口网络。
参看图1，示出了GPRS网络的典型方案。应当理解，GPRS***中的体系结构没有GSM***那样成熟。因此，所有GPRS术语应当理解成描述性的，而不是限制性的。充当移动数据终端的典型移动台包括移动网的移动台MS和通过数据接口连接到所述MS的便携式个人计算机PC。移动台可以例如是芬兰Nokia Mobile Phones生产的Nokia2110。移动台可以通过芬兰Nokia Mobile Phones生产的PCMCIA类型的Nokia蜂房数据卡，连接到带有PCMCIA卡插槽的任意便携式个人计算机PC。PCMCIA卡向PC提供支持电信应用协议，例如CCITT X.25或PC上使用的Internet协议接口点。移动台也可以提供支持PC应用所用协议的直接接口点。另一种可能是将移动台MS和计算机PC集成在单个实体中，在该实体中应用软件具有支持它所用协议的接口点。这种包括集成计算机的移动台的一个例子是Nokia Communicator 9000，它也由芬兰Nokia Mobile Phones生产。
在典型的GSM网络中网元BSC和MSC众所周知。图1所示方案包括GPRS业务的单个服务GPRS支持节点(SGSN)。该支持节点在网络中完成特定分组无线业务操作。这种操作包括移动台MS在***中登记或移出该***，更新移动台MS的路由寻址区域以及将数据分组寻址到它们正确的目的地。在本申请范围内，需要广义理解术语’数据’，它是指数字无线***中发送的任意信息。这种信息可以包括编码成数字形式的话音、计算机间数据业务量、电传数据以及短的程序代码序列等等。SGSN节点可以位于基站BTS、基站控制器BSC或者移动业务交换中心MSC，它也可以单独位于所有这些网元之外。SGSN节点和基站控制器BSC之间的接口称为Gb接口。一个基站控制器BSC控制的区域称为基站子***(BSS)。上行是指从移动台MS到网络的方向，下行是指相反方向。
在本申请中，术语’标准提案’是指ETSI GPRS标准提案，尤其是3.64以及它的补充提案，尤其是Tdoc SMG2 GPRS 174/97。GPRS***的一个原则是采用的上行和下行容量应当彼此无关。参看图2，描述了按照标准提案的无线资源方案中对理解本发明相当重要的一个区域。通过空中接口Um的业务量在OSI模型的物理层生成的块中转发。每个物理块具有4个GSM信息串(共456比特)的时长，它们在一个物理信道上连续发送。物理块所承载的数据量取决于所采用的信道编码，已为此定义4种不同的编码方法，即CS-1,…,CS-4。但是对理解本发明而言，不同编码方法并不重要。
参看图3，针对移动终端连接描述了无线资源分配。一般认为标准提案第6.6.4.4条款代表了现有技术。后面将结合图4描述消息域，例如TFI和USF。在图3中，时间从上向下进行。该图的右侧，消息旁边示出了可以在其上发送消息的所述逻辑信道。但是，所用信道对理解本发明而言并不重要。
在步骤3-0中，网络在寻呼信道上搜索移动台，即它在寻呼信道PPCH或PCH上发送“分组寻呼请求”消息。在步骤3-1中，移动台在随机接入信道PRACH或RACH上发送信道分配请求“分组信道请求”。在信道分配请求中，移动台可以要求网络分配给它一个或两个时隙。在步骤3-2中，网络可以在“分组接入指派信道”上指派一个接入(立即分配)。在步骤3-3中，移动台发送LLC帧，LLC帧被转发给SGSN以通知SGSN移动台已进入’就绪’状态。
无线资源的分配(例如在步骤3-2中)涉及例如网络将标识符TFI和USF分配给移动台。移动台可以使用分配给它的一个或两个时隙发送数据，或者可以使用分配给它的无线资源请求更多的资源。我们假定通过“立即分配”消息分配给移动台的资源不够，在步骤3-4中网络发送“分组资源分配”消息。
“分组资源分配”消息包括例如分配给该连接的TFI标识符；网络用于发送分组的分组数据信道PDCH列表(位图形式)；以及移动台用以确认接收RLC块(分配给移动台的USF所指示的信道)的“分组相关控制信道”PACCH。此外，该消息可以包括例如与定时增长以及功率控制相关的信息。
在分配了无线资源之后，网络在步骤3-5中发送数据分组给移动台，该数据分组具有一个包含轮询域，即补充/轮询比特S/P的头。如果S/P域处于轮询状态’P’(即S/P比特为1)，则移动台在步骤3-6中通过肯定或否定确认“分组确认/否认”来确认接收数据分组。图3中的’N次’意味着只要网络还有需要发送的分组，则重复虚线下的步骤3-5和3-6。
下面参照图4详细描述其中采用的无线块和域。每个无线块包括三个部分：MAC头、RLC块以及块校验序列BCS。MAC头(字节1)包括例如上行状态标志USF、类型域T以及功率控制域PC。类型域T的值0表示一个RLC数据块，而值1表示RLC/MAC控制块。
RLC数据块(其中T=0)包括RLC头和RLC信息域。RLC头(字节2到3)表示例如该块相对于序列中其它块的位置(BSN=块序列号)。此外，RLC头包括分配数据和LLC帧数据。扩展的比特域E表示是否正使用可选的扩展字节4。按照标准提案，在数据块中域S/P的使用方式如下：如果所述比特处于轮询状态’P’，则移动台发送接收块确认(Ack/Nack)。下行块中采用临时流标识域TFI标记接收移动台。因为保留一个值用于所有移动台都接收的通用传输，所以分配给TFI域的7个比特可以用于表示127个移动台(27=128)。
在下行块中，USF域用以提供发送相应上行块所需的与具体移动台相关的授权。这样在下行块中，USF域提供了上行计数器块的标识符。USF域包括3个比特，即它可以得到8个不同的值。分配一个USF域值给接收分组的移动台，以指示移动台用以确认接收无线块的上行块。同时，移动台可以表示它希望使用单独的上行数据链路。
前述方案的一个问题在于下行资源分配过程中分配的USF标识符。因为USF标识符也分配给接收移动台，所以同一个USF标识符不能再分配给上行传输。因为USF标识符仅具有有限数量的可能值(即8个不同值)，所以在下行链路上接收的每个移动台阻止了网络将特定上行移动台分配给该信道。如果特定时刻8个不同移动台使用同一个信道接收，那么即使有足够的空中接口容量可用，相应上行信道也无法进行独立的传输。
一种可能方案可以是增加USF域以包括多于3个比特。这样，即使上行和下行并不彼此无关，该问题也不再突出。另一种方案可以是一个单独的信息域(=a比特)指示是否正采用USF标识符。这些方案至少存在一个问题，即通过信道编码对USF域进行强有力的保护，从而使用(CS-1编码)的带宽多达网络信息容量的4倍。这种额外负荷减少了净荷业务量的可用容量。
本发明首先基于问题的检测，它是标准提案之外的一个假推理。除了问题的检测之外，本发明的目的是提供一种解决上述问题的机制。本发明的目的通过一种方法实现，该方法的特征在独立的权利要求书中陈述。相关的权利要求与本发明的优选实施例相关。
在本发明中，控制信道PACCH的分配与可能的USF标识符无关。而是由移动台在预定时间之后，确认从下行块接收的数据分组，在该下行块中所述轮询域处于轮询状态。如果控制信道PACCH的分配与分配给移动台的USF标识符无关，则本发明实现了GPRS***的原则，按照该原则上行和下行容量的使用应当彼此独立。按照本发明，如果移动台发送确认，则相应下行块中的USF标识符必须是一个没有分配给移动台的USF标识符，从而避免了移动台发送的传输中出现冲突。
下面结合附图，针对优选实施例详细描述本发明，在附图中
图1的框图说明了与本发明相关的分组无线***的元件；
图2说明了本发明涉及的协议层；
图3说明了无线资源的分配；以及
图4说明了在无线路径上传输的块的结构。
在本发明中，控制信道PACCH并不是按照标准提案那样通过USF标识符来分配。而是由移动台在接收到置位了下行P比特的块后的预定时间之后予以确认。按照本发明的第一(主)实施例，预定时间简单定义为一个固定的时间段。在图3中该时间由参考标记T示出，它表示了从其中P=1的块到步骤3-6中的块的时间，移动台在步骤3-6中发送了确认。这可以通过下述方式容易地实现：移动台在该活跃P比特之后，等待固定数量的块，然后进行上行传输。本发明的实现甚至不需要改动标准提案的标识符部分。最重要的改动主要是轮询域S/P有了一个额外的意义，即置位的P比特用于(除了标准提案中给出的意义之外)隐式表示上行块的分配，该上行块在预定时间T之后，追随其中P比特为1的下行数据块发送。
预定时间T最好设置成尽可能短，从而允许网络尽可能快地接收数据传输成功或失败的信息。但是，时间T的长度应当使得即使在最大的定时增长情况下，具有单个无线部件集合的移动台也能够从接收转为发送。
按照本发明的第二实施例，表示轮询的P比特以下述方式解释：图4所示本发明的扩展域2(EF2)表示移动台需要在其中发送确认的块。其最简单的实现方式是将附加扩展域EF2包含在下行RLC块的标识符部分以表示相应时间差，即置位了P比特的块到移动台需要在其中确认接收数据块的块之间经过的块的数量。除了按照标准提案的上述使用方式之外，这种实施例的一种改进是以新方式使用任一已有的域，其使用方式与S/P域用于本发明目的一样。
图4中以弯曲虚线示出的箭头说明了域E和S/P如何表示附加扩展域的出现。置位E比特表示标准提案的扩展域EF1的出现。相应地置位P比特(S/P域处于状态’P’)表示本发明的扩展域EF2的出现。附加扩展域EF2以单独的8位字节形式示出，但是它并不需要是一整个8位字节。
如果网络例如因为地面上的障碍无法接收到移动台所发送的确认，那么网络可以通过分配给所述移动台的新的下行无线块提供新的资源。该块不需要承载任何新的用户数据，而是仅分配用于新的确认传输(S/P域处于状态’P’)的资源。在发送了上次确认之后，移动台应当继续监听几个块。
按照标准提案，分配了无线资源的每个移动台应当向网络周期性发送随机接入信息串，即PRACH信息串(PRACH=分组随机接入信道)。随机接入信息串通过USF域中的空闲信息串来发射。在图3中该功能在步骤3-7中示出。这种机制在标准提案第30页上描述。每个超帧包括4个复帧，它们一共包括16个空闲信息串。按照标准提案，在该信道上通过USF域将所有偶数空闲信息串分配给移动台。因为在这种情况下，按照本发明，信道并不基于USF域分配，所以移动台如何知道何时发送必需的PRACH信息串或者它是否应当发送并不会立即变得明显。
至少有两种可选方案可以解决这个子问题，它们都基于同一个思想，即在本申请中不再分配USF标识符，而是分配一个大小相似的随机接入信息串标识符，称作RSF(随机接入信息串状态标记)给移动台以下行分配资源(步骤3-2和/或3-4)。RSF标识符的大小最好与USF标识符相同，即它可以是从0到7的某个给定值。
按照一种可选实施例，偶数空闲信息串对应于每个RSF，类似于奇数空闲信息串对应于USF。
按照另一种实施例，将超帧从4个复帧增加到8个复帧。在该情况下，空闲信息串的数量是32，其中8个被分配给USF，8个给RSF。(其余16个信息串空闲或保留用于其它目的。)对移动台而言，这意味着PRACH信息串的传输间隔将从1秒增加到2秒。因为定时增长的一次变化对应于距离上改变500米，所以这不会引起实际问题。例如，高速列车每秒仅移动大约80米。
对本领域中的技术人员而言，显然随着技术的进步，本发明的基本思想可以通过不同方式实现。因此，本发明及其实施例并不局限于上述例子，它们可以在权利要求书的范围内有所变化。

Claims (7)

1．一种在分组无线***，尤其在GPRS***中分配控制信道(PACCH)给移动台(MS)以进行下行传输的方法，其中
移动台(MS)发送资源分配请求(3-1)，网络(BSS)根据(3-2)该请求，分配给移动台(MS)一个控制信道(PACCH)，可能还分配一个移动台标识符(TFI)以及上行计数器块标识符(USF)；以及
网络(BSS)在块中发送(3-5)数据分组，至少其中的一些块包括一个轮询域(S/P)，如果轮询域处于轮询状态(’P’)，表明移动台(MS)需要在分配给它的控制信道(PACCH)上确认接收数据分组，
其特征在于
对其轮询域(S/P)处于轮询状态(’P’)的下行块而言，网络(BSS)不指派分配给移动台的上行计数器块标识符(USF)；
分配给移动台(MS)的控制信道独立于可能的上行计数器块标识符(USF)；
在其中所述轮询域处于轮询状态(’P’)的下行块后的预定时间(T)之后，移动台确认(3-6)接收的数据分组，
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，预定时间(T)是固定的。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于，预定时间(T)对应于固定数量的块。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于，以下述方式定义预定时间(T)：其中所述轮询域处于轮询状态(’P’)的下行数据块包括一个附加的扩展域(EF2)，指示移动台需要在其中确认接收数据分组的上行块。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于，所述附加扩展域(EF2)表明了其中所述轮询域处于轮询状态(’P’)的下行数据块到移动台需要在其中确认接收数据分组的上行块之间的块的数量。
6．根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，为了通知定时增长，分配一个随机接入信息串(PRACH)标识符(RSF)给移动台以下行分配资源。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于，块以重复的序列形式发送，从而空闲信息串以几个块的间隔重现，分配至少一些空闲信息串，最好是每隔一个空闲信息串给随机接入信息串标识符(RSF)。
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