DE60101291T2

DE60101291T2 - Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE60101291T2
Application number: DE60101291T
Authority: DE
Inventors: Benoist Sebire; Thierry Bellier; Tapani Markus HAKASTE; Eero Nikula; Janne Parantainen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2021-02-17
Also published as: JP2007318782A; WO2001061899A1; EP1169799B1; CA2370664A1; JP2005020783A; JP2004507121A; DE60104134T2; DE60121971T2; ATE270481T1; ES2269916T3; CN1363157A; TR200402505T4; BR0104591A; DE60121971D1; EP1169799A1; ES2219635T3; AU4645101A; US20040120302A1; JP2005045827A; DE60101291D1

Description

Die Erfindung betrifft Funkzugangsträger, die sowohl auf ein GSM/EDGE-RAN (GERAN) als auch auf ein UMTS-RAN (UTRAN) ausgerichtet sind.
Im weitesten Sinn werden Telekommunikationsdienste in zwei Kategorien unterteilt, diese sind Trägerdienste und in Teledienste. Trägerdienste ermöglichen einem Teilnehmer einen Zugriff auf verschiedene Kommunikationsformen wie etwa einen asynchronen schaltungsvermittelten Datendienst in Zusammenarbeit mit dem öffentlichen Telefonnetz (PSTN: "public switched telephone network") oder einen paketvermittelten synchronen Datendienst in Zusammenarbeit mit dem paketvermittelten öffentlichen Datennetz (PSPDN: "packet switched public data netwiork"). Andererseits ermöglichen Teledienste einem Teilnehmer einen Zugriff auf verschiedene Anwendungsformen wie etwa eine Sprachübertragung, Kurznachrichtendienste und Faxübertragungen. Derartige Trägerdienste werden momentan in das Universellen Mobilfunk-Telekommunikationssystem (UMTS: "universal mobile telecommunications system") übernommen. Das UMTS-Netzwerk besteht aus vier Unternetzwerken, nämlich dem Zugangsnetzwerk, dem Kernnetzwerk, dem Dienstemobilitäts-Steuernetzwerk und dem Telekommunikations-Verwaltungsnetzwerk. Von diesen ist das Zugangsnetzwerk für grundlegende Übertragungsund Vermittlungsfunktionen verantwortlich, die benötigt werden, um einer Mobilstation (MS) zu ermöglichen, über die Funkschnittstelle (U_m-Schnittstelle) auf eine feste Netzwerkressource zuzugreifen.
Trägerdienste (Träger), die einem Teilnehmer einen Zugriff auf verschiedene Kommunikationsformen über das UMTS-Funkzugangsnetzwerk (RAN) ermöglichen, sind schon klar definiert.
Die US-5,465,269 von Shaffner et al. offenbart ein Kommunikationssystem mit einer ersten Station, die zur Kommunikation mit einer zweiten Station über einen drahtlosen Kanal in der Lage ist, wobei inkohärent modulierte Daten mit einem zusätzlichen Signal phasenmoduliert werden, um codierte Daten zu erzeugen, die dann übertragen und an der zweiten Station demoduliert werden.
Eine Alternative zu UTRAN ist GERAN. Mit der Entwicklung von GERAN werden neue Funkzugangsträger definiert. Da GERAN an ein mit UMTS gemeinsames Kernnetzwerk angeschlossen sein wird, ist es notwendig, dass die von GERAN angebotenen Träger an jenen von UTRAN ausgerichtet sind. Die folgenden Verkehrsklassen sind dann zu unterstützen, um die Dienstanforderung zu erfüllen. Diese Verkehrsklassen sind die über dem RAN zwischen dem Zugangsnetzwerk und dem Kernnetzwerk des Mobiltelefonsystems auftretenden Verkehrstypen.
Gesprächsverkehr
Realzeit-Gesprächsschematas sind durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die Transferzeit aufgrund der Gesprächsnatur des Schemas niedrig sein muss, und dass gleichzeitig der Zeitbezug (Abweichung) zwischen Informationsinstanzen des Datenstroms auf die gleiche Weise wie für Realzeitdatenströme gewahrt werden muss. Daher ist die Grenze für akzeptable Transferverzögerungen sehr streng, da eine Nichtbereitstellung einer ausreichend niedrigen Transferverzögerung in einem nicht akzeptierbaren Qualitätsmangel resultiert. Die Transferverzögerungsanforderung ist daher sowohl erheblich niedriger als auch strenger als die Umlaufverzögerung des nachstehend dargelegten Falls interaktiven Verkehrs.
Streaming- bzw. Strömungs-Verkehr
Dieses einseitige Schema ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die Zeitbezüge (Abweichung) zwischen Informationsinstanzen (d. h. Abtastwerte, Pakete) innerhalb eines Flusses gewahrt werden müssen, obwohl es keinerlei Anforderungen an eine niedrige Transferverzögerung aufweist. Die Verzögerungsabweichung des Ende-zu-Ende-Stroms muss begrenzt sein, um den Zeitbezug (Abweichung) zwischen Informationsinstanzen im Datenstrom zu wahren.
Interaktiver Verkehr
Fordert der Endteilnehmer Daten im verbundenen Zustand bzw. online von einer entfernt liegenden Vorrichtung an, findet dieses Schema Anwendung. Interaktiver Verkehr ist gekennzeichnet durch das Anfrage-Antwort-Muster des Endteilnehmers. Am Nachrichtenzielort gibt es eine Instanz, die die Nachricht (Antwort) innerhalb einer bestimmten Zeit erwartet. Umlaufverzögerungszeit ist daher eines der Hauptmerkmale. Eine andere Eigenschaft ist die Tatsache, dass der Inhalt der Pakete transparent (mit einer niedrigen Bitfehlerrate) übermittelt werden muss.
Hintergrundverkehr
Sendet und empfängt der Endteilnehmer Datendateien im Hintergrund, findet dieses Schema Anwendung. Beispiele sind Hintergrundlieferungen von E-Mails, SMS, Download bzw. Herunterladen aus Datenbanken und Empfang von gemessenen Datensätzen bzw. Aufzeichnungen. Hintergrundverkehr ist durch die Tatsache gekennzeichnet, dass das Ziel die Daten nicht innerhalb einer bestimmten Zeit erwartet. Dieses Schema ist daher mehr oder weniger unempfindlich bezüglich einer Zustellzeit. Eine andere Eigenschaft besteht darin, dass der Inhalt des Pakets transparent (mit einer niedrigen Bitfehlerrate) übermittelt werden muss.
Der wichtigste Unterscheidungsfaktor zwischen diesen verschiedenen Verkehrsklassen besteht darin, wie verzögerungsempfindlich der Verkehr ist. Gesprächsklassen-Verkehr meint Verkehr, der verzögerungsempfindlich ist, wohingegen Hintergrundklassen-Verkehr die am meisten verzögerungsunabhängige Verkehrsklasse ist. Gesprächsund Streaming-Klassen sind hauptsächlich dazu vorgesehen, um zum Transportieren von Realzeit-Verkehrsflüssen verwendet zu werden. Verkehr der interaktiven Klasse und Hintergrundverkehr sind hauptsächlich dafür bestimmt, von herkömmlichen Internetanwendungen wie WWW, E-Mail, Telnet, FTP und News verwendet zu werden. Aufgrund im Vergleich zu Gesprächs- und Streaming-Klassen lockereren Verzögerungsanforderungen stellen beide mit Hilfe von Kanalcodierung und Neu-Übertragungen bessere Fehlerraten bereit. Diese Verkehrsklassen sind in der UMTS-23.107 genauer beschrieben.
In Anbetracht der allgemeinen Verwendung des UMTS-Kernnetzwerks bei den zum Schaffen von GERAN verwendeten Kommunikationsprotokollen sollten auch Funkzugangsträger wie in UMTS gebildet werden, wo Kombinationen unterschiedlicher Protokollarten in einem einzigen Stack bzw. Stapel eine große Menge an Trägern bereitstellen.
Kommunikationsprotokolle sind die Mengen von Vorschriften, die Teilnehmer zum Aufbauen von Diensten und zum Übermitteln von Daten anwenden. Protokolle ermöglichen den Aufbau und die Verwaltung von Verbindungen und werden auch benötigt, um zuverlässige Übertragungen zu ermöglichen. Die von den Kommunikationsprotokollen zur Verfügung gestellten Funktionen sind gründlich beschrieben, aber ihre Implementierung nicht. Ein Modell, das die von den Kommunikationsprotokollen zur Verfügung gestellten Funktionen beschreibt, enthält mehrere Schichten. Diese werden Protokollstacks bzw. -stapel genannt.
1 zeigt einen Protokollstack 10 der Benutzerebene, der zur Verwendung mit dem GERAN geeignet ist, bei dem jede Schicht unterschiedliche (Betriebs-) Arten beinhaltet. Der Stack enthält eine physikalische Schicht 11, die analog zur physikalischen Schicht eines UMTS-Zugangsnetzwerks-Protokollstacks ist, eine Medienzugangssteuerung- (MAC) Schicht 12, die der Sicherungsschicht eines Standard-UMTS-Stacks entspricht, eine Funkstreckensteuerungs- (RLC) Schicht 13, die der UMTS-Stack-Netzwerkschicht entspricht, und eine Paketdaten-Konvergenz-Protokoll- (PDCP) Schicht 14, die der Anwendungsschicht des UMTS-Stackmodells entspricht.
Ist die MS nicht vollständig Internetprotokoll- (IP: „internet protocol") basiert oder soll sie den GSM-Schaltungsmodus verwenden, muss ein Element für eine Übersetzung von Schaltungsmodus-Daten in/aus IP/User- Datagram-Protocol- (UDP)/Real-Time-Protocol- (RTP) Pakete/n und eine Übersetzung von 04.08-Signalisierung in eine bzw. aus einer IP-basierten Signalisierung (z. B. H.323) sorgen. Eine derartige Funktion wird höchstwahrscheinlich nur für Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen benötigt. Es wird ein Beispiel betrachtet, bei dem ein Datenstrahl zwischen den Endpunkten einer Verbindung in Datenpaketen übertragen wird. Die von einer Anwendung erzeugten Datenblöcke können in Datenpakete bestimmter Übertragungsprotokolle eingekapselt werden. Das Realzeitprotokoll (RTP) ist ein Beispiel eines Paketdatenprotokolls, das für Anwendungen verwendet werden kann, die keine Verzögerungen tolerieren. Die Datenblöcke werden in RTP-Protokollpakete eingekapselt, indem die Datenblöcke selbst in eine Nutzlast der Pakete platziert werden, und indem geeignete Nachrichtenköpfe bzw. Header an die Datenblöcke hinzugefügt werden. Einige Protokolle können auch einige Informationen am Ende des Protokollpakets benötigen.
Die RTP-Datenpakete können unter Verwendung des Teilnehmer-Datagramm-Protokolls (UDP) übertragen werden, das auf dem Internetprotokoll (IP) ausgeführt werden kann. UDP und IP fügen ihre eigenen Nachrichtenköpfe bzw. Header an die Datenpakete an. Die an ein Sicherungsschicht-Protokoll gelieferten Datenpakete bestehen daher typischerweise aus der ursprünglichen Nutzlast und vielen Nachrichtenköpfen. Das Sicherungsschicht-Protokoll kann zum Beispiel ein Header-Stripping bzw. eine -Ablösung durchführen, wobei die Protokoll-Header typischerweise verschiedene Felder enthalten, deren Inhalt sich von Paket zu Paket nicht verändert. Das Ergebnis des Header-Stripping wird Header-Stripping-Rest genannt, und es ist die Information, die für ein bestimmtes Paket oder eine Gruppe von Paketen übertragen werden muss, um dem Empfangsende zu ermöglichen, die Paket-Header wieder aufzubauen. Das Header-Stripping kann auf jedem Datenpaket auf ähnliche Weise durchgeführt werden, oder es kann zum Beispiel auf dem ersten Datenpaket durchgeführt werden, und dann wird der Inhalt der Header der nächsten Datenpakete unter Verwendung der Informationen der Header bzw. Nachrichtenköpfe des ersten Datenpakets bestimmt.
Für die Protokollkombination RTP/UDP/IP enthält das Resultat des Header-Stripping typischerweise zumindest die Sequenznummer (SN) des RTP-Pakets, den Zeitstempel (TS: „time stamp") des RTP-Pakets und das Markierungs(M) Bit des RTP-Pakets. Es ist möglich, dass nur ein bestimmter Offset bzw. Versatz dieser zur Aktualisierung übertragen zu werden braucht. Informationen bezüglich der UDP- und IP-Header können direkt bestimmt werden, nachdem die ersten UDP/IP-Pakete der Verbindung zum Empfangsende übertragen wurden. Sobald der Header-Stripping-Rest und die Nutzlast der Datenpakete über das Funkzugangsnetzwerk übertragen wurden, kann ein Netzwerkelement auf der anderen Seite des Funkzugangsnetzwerks die RTP/UDP/IP-Pakete unter Verwendung des Header-Stripping-Rests und der übertragenen Nutzlasten wiederherstellen. Typischerweise werden die Protokollpakete ohne die Header über die Funkschnittstelle übertragen, das die Header und das Protokollpaket wiederherstellende Netzwerkelement kann abhängig von der Übertragungsrichtung zum Beispiel entweder eine Mobilstation oder eine Basisstationssteuerung (BSC) sein. Besonders in einer empfangenden Mobilstation, die die Datenpakete typischerweise nicht an andere Netzwerkelemente weiterleitet, muss die Wiederherstellung der Header nicht bedeuten, dass eine dem Header entsprechende Datenstruktur explizit aufgebaut wird. Es kann ausreichen, dass der Header-Stripping-Rest und die Nutzlast des Datenpakets über die IP/UDP-Protokollschicht an die RTP-Schicht weitergeleitet werden. In den IP/UDP-Schichten können zum Beispiel nur einige Zähleinrichtungen bezüglich der IP/UDP-Protokollpaket-Sequenznummer inkrementiert bzw. erhöht werden.
Es wäre ebenfalls vorteilhaft, dass mehrere Funkzugangsträger erlaubt wären, die mit einem einzelnen Teilnehmerendgerät gleichzeitig verwendet werden könnten. Dies kann verwendet werden, um eine Unterstützung für mehrere Dienstgüte- (QoS: "quality of service") Profile nebeneinander bereitzustellen. Dies hilft zur Beibehaltung der Kommunikationsqualität unter verschiedenen Verkehrsbedingungen.
Bei einer Bereitstellung von Funkzugangsträgern für das GERAN müssen auch etliche Multiplex-Szenarien betrachtet werden. Diese sind nachstehend dargelegt.
Betriebs-Szenario 1 (OS1)
Eine ständige Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gespräch) ohne jegliche Multiplexfähigkeit.
Betriebs-Szenario 2 (OS2)
Eine ständige Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gesprächs-Verkehrsklasse) und Multiplexen von Best-Effort-Daten vom gleichen Teilnehmer (Hintergrund-Verkehrsklasse).
Betriebs-Szenario 3 (OS3)
Eine ständige Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gesprächs-Verkehrsklasse) und Multiplexen von Best-Effort-Daten von unterschiedlichen Teilnehmern (Hintergrund-Verkehrsklasse).
Betriebs-Szenario 4 (OS4)
Eine Zuweisung eines Kanals an mehr als einen Sprachteilnehmer (und/oder Datenteilnehmer) auf eine dynamische Weise.
Verschiedene Versuche zur Bereitstellung von Funkzugangsträgern, die sowohl auf GERAN als auch auf UTRAN ausgerichtet sind, wurden bereits unternommen. Diese Systeme haben jedoch unter etlichen Nachteilen gelitten.
Eine vorgeschlagene Lösung stellt ein System bereit, das schaltungsvermittelte Verkehrskanäle nicht wiederverwendet. Das charakteristische Merkmal eines Schaltungsvermittlungssystems ist die ausschließliche Verwendung eines Kanals voreingestellter Bandbreiten, der der Verwendung von zwei Teilnehmern für die Dauer eines Rufs zugeordnet ist. Beim Funkzugangsnetzwerk des Global System for Mobile Communications (GSM) ist der bidirektionale Schaltungsvermittlungskanal zum Beispiel für jeden Ruf reserviert. Die Übertragungskapazität des bidirektionalen Kanals ist in beiden Richtungen, d. h. Uplink und Downlink, die gleiche. Da Kanäle während eines Sprachrufs nur ungefähr 40 bis 50% der Zeit aktiv sind, ist dies eine ineffiziente Verwendung des Kanals.
Zusätzlich wurde keine diagonale Verschachtelung bzw. Interleaving bei der Übermittlung von Informationen bereitgestellt. Dies reduziert die Effektivität von Fehlerkorrekturcodes und macht Datenverlust wahrscheinlicher.
Außerdem stellen vorgeschlagene Lösungen keinen paketvermittelten Halbraten-Kanal bereit. Paketvermittlung basiert auf der Idee einer Nachrichtenvermittlung. Eine Nachricht oder eine Gruppe von Daten wird mit einem Nachrichtenkopf bzw. Header und einem Nachrichten-Endteil gebildet. Die Nachricht wird in einem Zwischenspeicher an jeder Vermittlung gespeichert, wo der Header decodiert und der nächste Knoten in einem Leitweg bzw. einer Route bestimmt wird. Ein paketvermittelter Halbraten-Kanal ermöglicht, dass jeder Kanal in zwei Unterkanäle aufgeteilt wird, wodurch ein erhöhtes Verkehrspotenzial bereitgestellt wird. Dies macht Gebrauch von sogenannten Halbraten-Codecs (d. h. einen Codec, der Sprache in Fernsprechqualität mit 8 kb/s bereitstellt), was eine Verbesserung der spektralen Effizienz oder einer Teilnehmerdichte für das zugewiesene Kanalspektrum unterstützt.
Gleichermaßen wurde kein schaltungsvermittelter Viertelraten-Kanal bereitgestellt. Dies hat den Nachteil, dass die Vorteile von entwickelten Viertelraten-Codecs nicht eingesetzt werden können.
Ein weiterer Nachteil von älteren Systemen war das Fehlen von Betrachtungen hinsichtlich eines assoziierten Kontrollkanals (ACCH: "associated control channel"). Diese Kontroll- bzw. Steuerkanäle transportieren Signalisierungs- oder Synchronisationsdaten und sind in Telekommunikationssystemen wohlbekannt. Vier Kategorien von Kontroll- bzw. Steuerkanälen werden verwendet. Diese sind bekannt als der Rundsendungs-Kontrollkanal (BCCH"broadcast control channel"), der gemeinsame Kontrollkanal (CCCH: "common control channel"), der alleinstehende dedizierte Kontrollkanal (STDCCH: "stand alone dedicated control channel") und der assoziierte Kontrollkanal (ACCH: associated control channel"). Diese ACCHs werden hierin nachstehend ausführlicher beschrieben.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, GERAN-Funkzugangsträger bereitzustellen, die den vorstehend aufgelisteten Anforderungen zumindest teilweise Rechnung tragen. Vorteilhafterweise weist die Erfindung eine weitere Aufgabe darin auf, die von anderen älteren GERAN-Funkzugangsträgern geschaffenen Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Kommunikationssystem mit einer ersten Station bereitgestellt, die zur Kommunikation mit einer zweiten Station über einen drahtlosen Kanal fähig ist, wobei Daten in Superframes über den drahtlosen Kanal übertragen werden, wobei jeder Superframe eine Vielzahl von Frames und jeder Frame eine Vielzahl von Zeitschlitzen aufweist; wobei das System aufweist:
eine erste Betriebsart, bei der ein Vollraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu dem Datenkanal entsprechender Zeitschlitze in jedem Frame definiert ist;
eine zweite Betriebsart, bei der zwei Halbraten-Datenkanäle für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu jedem der Datenkanäle einer gleichen Anzahl entsprechender Zeitschlitze von Frames in jedem Superframe definiert sind; und
eine dritte Betriebsart, bei der vier Viertelraten-Datenkanäle für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu jedem der Datenkanäle einer gleichen Anzahl entsprechender Zeitschlitze von Frames in jedem Superframe definiert sind.
Vorzugsweise sind dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation und dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation gleiche Anzahlen von Zeitschlitzen in jedem Frame zugewiesen. Wahlweise kann eine Hälfte oder ein Viertel der Anzahl von Zeitschlitzen, die dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation zugewiesen sind, dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation zugewiesen sein.
Der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation kann ein Halbraten-Datenkanal oder ein Viertelraten-Datenkanal sein. Der Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation kann ein Halbraten-Datenkanal sein.
Steuer- bzw. Kontrolldaten zur Steuerung des Datenkanals für paketvermittelte Kommunikation werden vorzugsweise mittels des Datenkanals für schaltungsvermittelte Kommunikation transportiert. Diese Steuerdaten können zur Steuerung einer Übertragungsleistung und/oder einer Weiterreichung bzw. eines Handover des Kanals dienen. Die Steuerdaten können einen Kontrollkanal mit schnellem Zugang und/oder einen Kontrollkanal mit langsamem Zugang aufweisen.
Der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation kann ein Gesprächskanal sein. Der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation kann ein Hintergrundkanal sein. Dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation können Zeitschlitze während Zeiträumen zugewiesen werden, wenn der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation relativ inaktiv ist, zum Beispiel während Pausen bei Sprachdaten, die anhand des Datenkanals für schaltungsvermittelte Kommunikation transportiert werden.
Bei den vorstehenden Aspekten der Erfindung kann ein Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation Daten als eine schaltungsvermittelte Verbindung oder anderweitig transportieren. Der schaltungsvermittelte Kanal ist vorzugsweise zum Betrieb über ein schaltungsvermitteltes Kernnetzwerk des Kommunikationssystems in der Lage.
Der oder jeder Voll- oder Halbraten-Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation kann ein Streaming-, interaktiver oder Hintergrund-Kanal sein. Der oder jeder Voll-, Halb- oder Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation kann ein Gesprächskanal sein.
Das System kann gemäß der GSM-Spezifikation oder einer Ableitung dieser wie etwa dem GERAN-System betreibbar sein.
Der drahtlose Kanal transportiert Daten vorzugsweise anhand einer 8-fachen Phasenumtastungsmodulation (8PSK: „phase shift keying").
Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen mehrere Vorteile gegenüber älteren Lösungen bereit. Erstens sind die Funkzugangsträger kompatibel mit und erfüllen daher die Entwurfsanforderungen der Release 2000. Diese stellt die nächste Generation von Telekommunikations-Netzwerken dar.
Zweitens ist die Wiederverwendung von bereits spezifizierten Sprachverkehrskanälen einer Adaptiv- Mehrfachraten- (AMR: „adaptive multi-rate") Kanalcodierung für Gesprächs-Verkehrsklassen und von schaltungsvermittelten Datenverkehrskanälen für Streaming-Verkehrsklassen bereitgestellt.
Drittens ermöglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung schaltungsvermittelten und paketvermittelten Kanälen, innerhalb des gleichen Zeitschlitzes gemultiplext bzw. mehrfach ausgenutzt zu sein. Dies ermöglicht den Gesprächs- und interaktiven Verkehrsklassen, innerhalb des gleichen Zeitschlitzes nebeneinander zu bestehen.
Viertens machen sich für einen schaltungsvermittelten Viertelraten-Verkehrskanal bereitgestellte Ausführungsbeispiele daher zur Verfügung stehende Viertelraten-Codecs zu Nutzen.
Fünftens ermöglichen Ausführungsbeispiele der Erfindung die Wiederverwendung von bereits spezifizierten assoziierten Kontrollkanälen des Schaltungsmodus (insbesondere des langsamen assoziierten Kontrollkanals (SACCH) und des schnellen assoziierten Kontrollkanals (FACCH)) für Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen.
Außerdem stellen Ausführungsbeispiele bereit, dass die Paketdaten zur Steuerung auch die SACCH- und FACCH-Kanäle des Sprach-Verkehrskanals verwenden, wenn Paketdaten des gleichen Teilnehmers innerhalb des stillen Zeitraums eines Sprach-Verkehrskanals (Gesprächs-Verkehrsklasse) gemultiplext werden.
Weitere Ausführungsbeispiele stellen schaltungsvermittelte Halbraten-Verkehrskanäle bereit, um die Multiplexfähigkeiten zu erhöhen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachstehend mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, bei denen zeigen:
1 einen zur Verwendung bei GERAN geeigneten Protokollstack der Benutzebene;
2 einen Vollraten-Verkehrskanal;
3 einen Halbraten-Verkehrskanal;
4 einen Viertelraten-Verkehrskanal;
5 eine FACCH-Abbildung auf Vollraten-Kanäle;
6 eine FACCH-Abbildung auf Halbraten-Kanäle;
7 eine FACCH-Abbildung auf Viertelraten-Kanäle;
8 einen Vollraten-Paketkanal;
9 einen Halbraten-Paketkanal;
10 Gesprächs-Funkzugangsträger;
11 Streaming-Funkzugangsträger;
12 interaktive Funkzugangsträger; und
13 Hintergrund-Funkzugangsträger.
In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile.
Die zur Erzeugung der Funkzugangsträger verwendeten Protokolle werden wie bei UMTS gebildet, wo Kombinationen unterschiedlicher Protokollarten in einem einzigen Stack eine große Menge an Trägern bereitstellen. Der zu verwendende Protokollstack ist in 1 dargestellt, bei dem jede Schicht unterschiedliche Arten enthält. Die unterschiedlichen Arten jeder Schicht werden nachstehend bezeichnet.
Paketdaten-Konvergenz-Protokoll (PDCP)
Transparent mit Beseitigung des RTP/UDP/IP-Header. Trägerdienste können transparent oder nicht-transparent sein. Transparente Dienste stellen einen Fehlerschutz ausschließlich über eine Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC: "forward error correction") bereit. Andererseits weisen nicht-transparente Dienste den zusätzlichen Schutz einer automatischen Wiederholungsanforderung (ARQ: "automatic repeat request") auf. Dieser ist im Sicherungsschicht-Protokoll bereitgestellt, das eine erhöhte Datenintegrität bietet.
Nicht-transparent mit Header-Anpassung (Header-Stripping oder Header-Komprimierung).
Nicht-transparent ohne Header-Anpassung.
Funkstreckensteuerun (RLC)

Transparent
Unbestätigt
Bestätigt

Medienzugangssteuerung (MAC)
Dediziert: Es ist keine Teilnehmer-Identifikation enthalten, was nur einen Teilnehmer pro Kanal zulässt. Es können jedoch, wann immer diese kontinuierliche Übertragung (DTX: "continuous transmission") erfolgt, Datenpakete vom gleichen Teilnehmer übertragen werden. Die Funktion der DTX besteht darin, eine Funkübertragung während stiller Anteile im Sprachkanal auszusetzen. Normalerweise wird dies verwendet, um eine Vermeidung von Interferenzen bzw. Störungen und eine Erhöhung einer Kapazität des Systems zu unterstützen. Durch Übertragung von Datenpaketen während der stillen Anteile kann eine Systemkapazität weiter erhöht werden.
Geteilt bzw. gemeinsam benutzt: Der gleiche Kanal kann zwischen mehreren Teilnehmern geteilt bzw. gemeinsam benutzt werden.
Physikalisch (PHYS)
Modulation: Ein Modulationsverfahren wird verwendet, um kanalcodierte Sprache oder Daten in einen zur Übertragung über den Funkkanal geeigneten Typ umzuwandeln. Gewissermaßen ermöglicht es eine Modulation, binäre Informationen auf analogen Trägern zu übertragen. Während der Modulation wird ein Bit oder eine Gruppe von Bits in schnelle Zustandswechsel wie etwa Amplitudenoder Frequenzwechsel übersetzt. Derzeit ist die Gauß'sche Minimalumtastung (GMSK: "Gaussian minimum shift keying") und die 8-Phasenumtastung (8PSK) zur Verwendung mit dem GERAN definiert. Eine Sprachübertragung verwendet nur GMSK, wohingegen Daten unter Verwendung von 8PSK- oder GMSK-Modulation befördert werden können. Bei einer Phasenumtastungsmodulation wird die Phase eines Signals relativ zur vorherigen Phase unterschiedlich verändert bzw. umgetastet (z. B. plus 90% für Null und plus 270 für Eins).
Kanalcodierung: Aufgrund elektromagnetischer Störungen müssen über die Funkschnittstelle übertragene codierte Sprach- und Datensignale vor Fehlern geschützt werden. Faltungscodierung und Blockverschachtelung werden verwendet, um diesen Schutz zu erzielen. Insbesondere gibt es innerhalb der GSM-Spezifikation zwei unterschiedliche Fehlerschutzmechanismen, die Faltungscodierung durchführen. Ungleicher Fehlerschutz (UEP: "unequal error protection"), der die Bits eines Signals abhängig von der Bitklasse mit unterschiedlichen Kanalcodierungen verarbeitet (Bits der Klasse 1a sind am empfindlichsten für Bitfehler, Bits der Klasse 1b sind mäßig empfindlich, wohingegen Bits der Klasse II am wenigsten für Bitfehler empfindlich sind). Gleichmäßiger Fehlerschutz (EEP: "equal error protection") verwendet die gleiche Kanalcodierung für alle Dateninformationen.
Kanalrate: Ein Verkehrskanal wird zum Transportieren des Sprach- und Datenverkehrs verwendet. Verkehrskanäle sind unter Verwendung eines 26 Frames-Multiframe definiert, was hierin nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Aus den 26 Frames bzw. Rahmen werden 24 für Verkehr verwendet. Diese sind die Vollraten-Verkehrskanäle. Einige Halbraten- und Viertelraten-Kanäle stehen ebenso zur Verfügung. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Frames bzw. Rahmen und Multiframes bzw. Mehrfachrahmen dieser Konfiguration beschränkt ist.
Verschachtelung: Wie vorstehend erwähnt wird eine Verschachtelung verwendet, um Daten vor während einer Übertragung auftretenden Fehlern zu schützen. Nach einer Codierung werden Verschachtelungsschritte durchgeführt, um die verschiedenen Signalbits mit codierten Indizes zu verschachteln, um eine verschachtelte Sequenz zu bilden. Tritt in einem Teil dieser Sequenz ein Fehler auf, kann der Rest zum Wiederherstellen der korrekten Daten eingesetzt werden. Das Verschachteln kann diagonal (diag) oder rechteckförmig (rect) sein, und es können unterschiedliche Verschachtelungstiefen verwendet werden (19, 8, 4, 2). Je größer die Verschachtelungstiefe ist, desto besser ist das Sicherungsschichtverhalten, desto länger ist jedoch die Verzögerung.
Funkzugangsträger gemäß der Erfindung werden aus den Kombinationen der verschiedenen im Angebot befindlichen Schichten ausgewählt.
Eine Abbildung der Funkzugangsträger auf die physikalische Schicht kann, wie vorstehend beschrieben, zwei Arten von Verkehrskanälen verwenden. Dieses sind die Paketkanäle (PCH) und die schaltungsvermittelten Kanäle (TCH). Teilnehmerdaten sind nicht die einzigen Informationen, die über diese Kanäle über die Luftschnittstelle transportiert werden müssen. Signalisierungsnachrichten müssen ebenso befördert werden. Diese ermöglichen dem Netzwerk und der MS, die Handhabung mehrerer Fragestellungen wie etwa Ressourcen und Handover zu behandeln. Ist anhaltend Verkehr vorhanden, wird diese Signalisierung über den assoziierten Kontrollkanal (ACCH) durchgeführt. Aufgrund unterschiedlicher Anforderungen unterscheidet sich jedoch die Art, wie ACCHs implementiert sind, für paket- oder schaltungsvermittelte Verkehrskanäle. Verschiedene ACCHs sind für paket- und schaltungsvermittelte Kanäle wohldefiniert und einige dieser sind nachstehend bezeichnet und beschrieben. Zusätzlich werden ACCHs für GERAN-Funkzugangsträger beschrieben, die gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert sind.
ACCHs sind bidirektionale Kanäle. In der nachfolgend als Downlink bezeichneten Abwärtsstreckenrichtung transportieren sie Kontroll- bzw. Steuerbefehle von der Basisstation zur Mobilstation (MS), um deren Übertragungsleistungspegel zu steuern. In der nachfolgend als Uplink bezeichneten Aufwärtsstreckenrichtung transportieren sie den Status der M5 an die Basisstation. Ein SACCH wird verwendet, um der Schicht zumindest Messergebnisse während einer Übertragung von der MS zum Netzwerk zu signalisieren. Der SACCH weist die Besonderheit auf, dass in beide Richtungen eine kontinuierliche Übertragung erfolgen muss. Zu diesem Zweck werden in der Richtung von der MS zum Netzwerk Messergebnis-Nachrichten bei jeder möglichen Gelegenheit gesendet, wenn nichts anderes zu senden ist. Gleichermaßen werden Nachrichten von Systeminformationen von Typen 5, 6 und optional 5-bis und 5-ter, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, in der Richtung vom Netzwerk zur MS in UI-Rahmen gesendet, wenn nichts anderes zu senden ist. Der SACCH wird für nicht dringende Vorgänge verwendet, hauptsächlich für die Übertragung der für Handover-Entscheidungen benötigten Funkmessdaten.
In jedem SACCH-Downlinkblock sind der angeforderte MS-Leistungspegel und die angeforderten Timing-Advance-Informationen vorhanden. In jedem SACCH-Uplinkblock sind der tatsächliche MS-Leistungspegel und die tatsächlichen Timing-Advance-Informationen vorhanden.
Zusätzlich befördert der SACCH in Anhand A genauer bezeichnete Nachrichten. Jeder SACCH-Block enthält 184 Informationsbits, die codiert und über 4 Bursts verschachtelt 456 Bits sind. Ein SACCH-Takt ist 480 ms lang. In anderen Worten können der Timing-Advance, der Leistungspegel und die Messberichte alle 480 ms aktualisiert werden. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Blöcke und Bits dieser Konfiguration beschränkt ist.
Der (auch als dezierter Hauptkontrollkanal (DCCH) bekannte) FACCH erleichtert dringende Handlungen wie etwa Handover-Befehle und Kanal-Neuzuordnungen bei Intrazell-Handovern. Er wird durch Vorbelegen einer Hälfte der oder aller Informationsbits der Bursts des Verkehrskanals (TCH) übertragen, zu dem er zugeordnet bzw. assoziiert ist.
Es gibt vier alternative Arten von zur Übertragung bei GSM verwendeten Bursts. Diese sind der Normaleburst, der F-Burst, der S-Burst und der Zugangsburst. Von diesen wird der Normalburst verwendet, um Daten und das meiste an Signalisierung zu transportieren. Er hat eine Gesamtlänge von 156,25 Bits, bestehend aus zwei 57 Bit-Informationsbits, einer 26 Bit-Trainingssequenz, die zur Synchronisierung des Empfängers mit eingehenden Informationen und zum Vermeiden der durch Mehrwegeausbreitung erzeugten negativen Effekte verwendet wird, 1 gestphlenes bzw. Stealingbit für jeden Informationsblock (das dem Empfänger angibt, ob von einem Burst transportierte Informationen Verkehrs- oder Signalisierungsdaten entsprechen), 3 End- bzw. Tailbits an jedem Ende (die verwendet werden, um die Zeiträume abzudecken, in denen eine Mobilgeräteleistung herauf- und heruntergefahren wird) und einer 8,25 Bit-Guard- bzw. Sicherheitssequenz (die verwendet wird, um eine mögliche Überlappung zweier Mobilstationen während der Rampenzeit zu vermeiden). Der FACCH wird für verschiedene Zwecke verwendet, wie etwa Rufaufbauablauf, Handover, Teilnehmer-Authentifizierung, DTMF, Benachrichtigungen (für VGCS und VBS – anstelle vom NCH) und Paging (anstelle vom PCH).
Der FACCH kann Nachrichten transportieren, die im Anhang A beschrieben sind. Jeder FACCH-Block enthält 184 Informationsbits (oder Datenbursts), wobei dies als SACCH codiert 456 Bits sind, wobei die Verschachtelung von seinem zugeordneten bzw. assoziierten Kanal (Vollrate oder Halbrate) abhängt.
Der erweiterte schnelle assoziierte Kontrollkanal (E-FACCH) ist ein für ECSD eingeführter schneller assoziierter Kontrollkanal. Jeder E-FACCH-Block enthält die gleichen Informationen wie der FACCH (184 Bits) und verwendet GMSK-Modulation. Aber der E-FACCH wird auf ganze aufeinanderfolgende Bursts abgebildet, anstelle von acht Halbbursts für den FACCH bei Vollrate.
Der erweiterte bandinterne assoziierte Kontrollkanal (E-IACCH) ist der für die schnelle Leistungssteuerung (FPC: „fast Power control") bei ECSD eingeführte assoziierte Inband-E-TCH/F-Kontrollkanal. Das BSS zeigt der MS über den SACCH-Kanal die Verwendung der FPC an. Die Leistungssteuerungs-Informationen werden in jeder FPC-Berichtsperiode der Länge von 4 TDMA-Frames (20 ms) gesendet. Die drei Informationsbits sind in 24 Bits codiert, die auf die Stealing-Symbole von vier aufeinanderfolgenden Normalbursts abgebildet werden.
Sogar wenn die schnelle Leistungssteuerung aktiviert ist, läuft immer die normale Leistungssteuerung (über den SACCH). Jedoch ignoriert die MS dann die Leistungspegelbefehle vom SACCH.
Die vorstehend erwähnten ACCHs sind schaltungsvermittelten Verkehrskanälen zugeordnet. Die folgenden zwei ACCHs sind Paketverkehrskanälen zugeordnet.
Ein assoziierter Paket-Kontrollkanal (PACCH) befördert Signalisierungsinformationen bezüglich einer bestimmten MS. Die Signalisierungsinformationen enthalten zum Beispiel Bestätigungen und Leistungssteuerungsinformationen. Der PACCH transportiert auch Ressourcen-Zuordnungs- und Neuzuordnungs- Nachrichten, die die Zuordnung einer Kapazität für PDTCHs und für weitere Erscheinungen des PACCH enthalten. Der PACCH teilt sich Ressourcen mit PDTCHs, die momentan einer MS zugeordnet sind. Zusätzlich kann eine momentan bei einem Pakettransfer beteiligte MS für schaltungsvermittelte Dienste auf dem PACCH gepaged bzw. geortet werden. Die Nachrichten, die auf einem PACCH gesendet werden können, sind im Anhang A aufgelistet.
Der PACCH ist bidirektional. Jeder Block enthält 184 Informationsbits, die codiert und über vier Bursts verschachtelt 456 Bits sind (die gleiche Codierung wie beim SACCH). Trotzdem weist der PACCH keine kontinuierliche Übertragung wie der SACCH auf.
Aufgrund dieser kontinuierlichen Übertragung wurde in GPRS ein kontinuierlicher Timing-Advance-Aktualisierungsmechanismus definiert. Der Zeitvorlauf bzw. Timing-Advance kann über einen eigenen Kanal aktualisiert werden. Dieser wird der Timing-Advance-Paket-Kontrollkanal (PTCCH) genannt. Eine MS im Pakettransfermodus wird regelmäßig aufgefordert, Zufallszugriffs-Bursts an den Uplink zu senden, um eine Schätzung des Timing-Advance zu ermöglichen. Der PTCCH wird dann im Downlink verwendet, um Aktualisierungen der Timing-Advance-Informationen an mehrere MSs zu übertragen. Die nachstehende Tabelle 1 stellt die verschiedenen Kontrollkanäle dar.
Die Tabelle zeigt die assoziierten Kontrollkanäle und Aktualisierungszeiten für die verschiedenen Kontrollbzw. Steuerungsvorgänge sowohl für schaltungsvermittelte als auch für paketvermittelte Verkehrskanäle.
Tabelle 1 ACCH-Funktionen
Auf eine zu den vorstehend erwähnten existierenden Beispielen einigermaßen ähnliche Weise machen GERAN-Funkzugangsträger Gebrauch von zwei unterschiedlichen Arten von Verkehrskanälen. Diese sind die schaltungsvermittelten und die paketvermittelten Kanäle.
Schaltungsvermittelte Kanäle können für Streaming- und Gesprächs-Verkehrsklassen verwendet werden, bei denen ein konstanter Realzeit-Datenfluss benötigt wird. Es besteht natürlich ein gewisser Unterschied zwischen den Verzögerungsanforderungen dieser beiden Klassen, da der Streaming-Verkehrstyp lockerere Anforderungen aufweist. Aus der Sicht der physikalischen Schicht bedeutet dies, dass der Streaming-Verkehrstyp ermöglicht, dass eine längere Verschachtelung verwendet wird.
Die Art und Weise, auf die der SACCH auf einen physikalischen Kanal abgebildet wird, hängt weder von der für den Datentransfer verwendeten Modulation noch von der Verkehrsklasse ab. Wie vorstehend in Zusammenhang mit existierenden Verkehrskanälen (TCHs) erwähnt wird der SACCH über vier GMSK-Bursts abgebildet.
Die vorgeschlagene SACCH-Abbildung, die wohlbekannten Abbildungsvorgängen folgt, ist gemäß 2 dargestellt. Die Datenburst-Modulation kann entweder GMSK oder 8PSK sein.
2 stellt einen Multiframe (oder Superframe) 20 dar, der den Vollraten-Verkehrskanal (TCH/F) definiert. Jeder Multiframe besteht aus einer Gruppe von 26 TDMR-Frames 21_0–25 . Da das Funkspektrum eine begrenzte Ressource ist, wird die Bandbreite mittels Frequenzmultiplex (FDMA) und Zeitmiltiplex (TDMA) aufgeteilt, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist. Besonders FDMA umfasst die Teilung durch Aufspaltung der 25 MHz-Bandbreite in 124 um 200 KHz getrennt platzierte Trägerfrequenzen. Jede dieser wird dann zeitlich über ein TDMA-Schema aufgeteilt. Die Grundeinheit der Zeit im TDMA-Schema wird als eine Burstperiode bezeichnet und dauert ungefähr 0,577 ms. Jeder TDMA-Frame 21_0–25 wird in acht dieser Burstperioden 22 aufgeteilt. Jeder TDMA-Frame 21_0–25 besteht daher aus acht Burstperioden 22, die eine Grundeinheit für logische Kanäle bilden. Ein physikalischer Kanal ist eine Burstperiode 22 pro TDMA-Frame 21. Die Kanäle sind durch die Anzahl und Position dieser entsprechenden Burstperiode definiert. Während der folgenden Beschreibung wird der Ausdruck "Multiframe" verwendet, und er ist als ein Superframe zu verstehen, das heißt als ein aus mehreren TDMA-Frames aufgebauter Frame. Gleichermaßen wird der Ausdruck "Burstperiode" so verstanden, dass er einen Zeitschlitz im TDMA-Frame darstellt.
Jede der acht Burstperioden 22, die einen TDMA-Frame aufbauen, besteht aus einem 156,25 Bit-Normalburst mit zwei Datenbursts, wie hierin vorstehend beschrieben wurde.
Von den 26 Frames 21 werden 24 für Verkehr verwendet und können Daten übertragen, einer, der SACCH-Frame 23, wird für den SACCH verwendet. Der letzte Frame 24 ist ungenutzt und leer bzw. frei. Bei Sprachanwendungen wird die digitalisierte Sprache typischerweise unter Verwendung eines bestimmten Sprachcodierungsverfahrens komprimiert, bevor sie über die Funkschnittstelle übertragen wird. Die Menge codierter Sprache hängt von der Zielsprachqualität und der Effizienz des Sprachcodierungsverfahrens ab. Die codierte Sprache wird üblicherweise in Sprachframes übertragen, und ein Sprachframe entspricht typischerweise ungefähr der Dauer von vier TDMA-Frames. Innerhalb eines Vollraten-Kanals entsprechen 6 Sprachframes (120 ms) der Dauer von 26 TDMA-Frames (24 für Sprache + 1 für SACCH + 1 frei). Die Sprachframes sind mit einem geeigneten Kanalcodierungsverfahren kanalcodiert; die Auswahl des Kanalcodierungsverfahrens wird üblicherweise von der Übertragungs-Datenrate des für den Ruf reservierten Kommunikationskanals beeinflusst. Für Vollraten-Kanäle ist die Anzahl von Bits eines kanalcodierten Sprachframes typischerweise gleich oder niedriger als die Anzahl von Bits, die mittels vier Funkbursts transportiert werden. Eine Verschachtelungstiefe, die besagt, über wie viele Funkbursts ein bestimmter codierter Datenframe abgebildet wird, hängt typischerweise auch von der Übertragungs-Datenrate des Kommunikationskanals ab.
Bekannte Halbraten-Verkehrskanäle (TCH/H), die ebenfalls einer bestehenden SACCH-Abbildung folgen, sind gemäß 3 dargestellt. Zwei Unterkanäle 30, 31 sind gezeigt, von denen jeder mittels eines entsprechenden Multiframes 32, 33 bereitgestellt ist. Jeder dieser Multiframes (oder Superframes) umfasst 26 TDMA-Frames, jedoch ist der Unterkanal in jedem mittels einer Burstperiode (T) in jedem anderen TDMA-Frame 21 bereitgestellt. In diesem Fall macht der SACCH für den Unterkanal 31 vom 25-ten Frame 21₂₅ Gebrauch, der andernfalls frei wäre.
Ein Viertelraten-Verkehrskanal (TCH/Q) zur Verwendung mit schaltungsvermittelten Verkehrskanälen ist gemäß 4 dargestellt. Vier Unterkanäle 40, 41, 42, 43 sind bereitgestellt, von denen jeder mittels einer Burstperiode T in ungefähr jedem vierten TDMA-Frame gebildet ist. Um einen SACCH für jeden der Unterkanäle bereitzustellen, wird eine Burstperiode einmal in jedem zweiten Multiframe reserviert. Deswegen machen die Bedingungen, die zum Übertragen einer zufriedenstellenden Datenrate über die Luftschnittstelle benötigt werden, vorzugsweise von Innenumgebungen und Mikrozellen Gebrauch. Natürlich ist es zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf solche Umgebungen beschränkt ist. In einer derartigen Umgebung ist die Teilnehmermobilität naturgemäß reduziert und daher kann die SACCH-Rate ohne jede abträgliche Wirkung auf die Leistungsfähigkeit verringert werden.
Wie gemäß 4 gesehen werden kann, ist der SACCH für Unterkanal Null 40 im TDMA-Frame 21₁₂ des Multiframe 44₀ bereitgestellt. Der folgende Multiframe 44 von TDMA-Frames für diesen Kanal umfasst keine SACCH-Burstperiode.
Gleichermaßen befindet sich die SACCH-Periode für Unterkanal 1 41, der mittels der Multiframes 45₀ und 45₁ gebildet wird, die TDMA-Frames 0 bis 51 bereitstellen, im TDMA-Frame 21₃₈ . Für Unterkanal 2 42 tritt die SACCH-Periode im TDMA-Frame 21₂₅ des Multiframe 46₀ auf. Im Multiframe 46₁ wird keine SACCH-Periode benötigt. In Unterkanal 3 43 tritt die SACCH-Periode im TDMA-Frame 21₅₁ im Multiframe 47₁ auf. Im Multiframe 47₀ ist keine SACCH-Periode bereitgestellt.
Die Bereitstellung dieser vier Unterkanäle erfordert nicht, dass zusätzliche TDMA-Frames außer den vorher existierenden SACCH- und anderen freien Kanälen zuzuweisen sind.
Da der FACCH bei verzögerungsempfindlichen Mechanismen beteiligt ist, wie etwa Zuordnung, Benachrichtigung, Paging, Handover oder sogar bei der Übertragung von ETMF-Signalen, können Verzögerungsanforderungen nicht aufgelockert werden. Auch wenn eine Handover-Wahrscheinlichkeit eher niedrig ist (zum Beispiel in einer guten Umgebung und mit einem Teilnehmer mit einer reduzierten Mobilität), bedeutet dies beispielsweise nicht, dass FACCH-Verzögerungen vergrößert werden können. Tatsächlich müssen andere Mechanismen unter Verwendung von FACCH noch ausgeführt werden und längere Verzögerungen könnten in solchen Situationen Probleme verursachen. Daher basiert der FACCH auf einem existierenden Stealing-Mechanismus, bei dem die Vorbelegung auf zwei unterschiedlichen Ebenen stattfinden kann. Diese sind die Frameebene, wo jeder FRCCH-Block Datenframe(s) ersetzt, und die Burst-Ebene, wo jeder FACCH-Block vier aufeinanderfolgende Datenbursts durch vier GMSK-Bursts ersetzt (nur in ECSD).
Die Art, wie Verkehr ausgeführt wird, hängt von der verwendeten Verschachtelung ab. Bei ECSD, wo lockerere Verzögerungsanforderungen eine lange Verschachtelung erlauben, tritt der Stealing-Mechanismus auf der Burst-Ebene (vier aufeinanderfolgende Bursts gestohlen) auf. Jeder Datenframe wird folglich nur leicht beeinflusst, während das Adjektiv schnell des FACCH bedeutsam bleibt. Wird Sprache transportiert, tritt der Stealing-Mechanismus auf der Frame-Ebene auf. Daten-Frame(s) gehen dann leicht verloren.
Die untenstehende Tabelle 2 zieht einen kurzen Vergleich zwischen den zwei Möglichkeiten an Stealing-Mechanismen.
Tabelle 2 Stealing-Mechanismen
Das Verfahren zum Bereitstellen des FACCH ist abhängig vom Kanaltyp, von dem aus der Stealing-Mechanismus arbeitet. Diese können entweder Datenkanäle oder Sprachkanäle sein.
Ein Vollraten-Datenkanal kann entweder 8PSK- oder GMSK-Modulation verwenden. Für beide sind existierende Lösungen in GSM-Spezifikationen enthalten und daher für GERAN wiederverwendet. Es ist zu beachten, dass bei Verwendung der 8PSK-Modulation die Frage auftritt, welche Modulation zum Übertragen des FACCH zu verwenden ist. ECSD-Studien haben gezeigt, dass die bevorzugte Lösung unter Berücksichtigung der Leistungsergebnisse und der Robustheit der FACCH-Identifikation darin besteht, den FACCH über vier volle aufeinanderfolgende GMSK-Bursts abzubilden.
Ein Halbraten-Datenkanal kann nur GMSK-Modulation verwenden, um in GSM-Spezifikationen enthaltene existierende Lösungen wiederzuverwenden. Neue 8PSK-Halbraten-Datenkanäle können verwendet werden, sind aber nicht wünschenswert. Auf der anderen Seite kann ein Vollraten-Sprachkanal entweder 8PSK- oder GMSK-Modulation verwenden. Für GMSK-Modulation folgt die FACCH-Abbildung existierenden Lösungen, die in GSM-Spezifikationen beschrieben sind (Stealing-Frames). Für 8PSK-Modulation findet der Stealing-Mechanismus auf zwei unterschiedlichen Ebenen (Burst oder Frame) statt, wie es gemäß 5 gezeigt ist. Ein Vergleich beider Mechanismen wird in Tabelle 3 gezogen.
Tabelle 3 FACCH-Stealing-Mechanismus-Vergleich für 8PSK-FR-Kanäle
5 zeigt einen Teil eines Multiframes 50 für einen Vollraten-Sprachkanal, der aus aufeinanderfolgenden TDMA- Frames 51_0–17 besteht. Jeder wird durch acht Burst-Perioden 52 oder Zeitschlitze gebildet. Jede Burst-Periode besteht, wie vorstehend beschrieben, aus 156,25 Bit. Diese umfassen zwei 57 Bit-Informationsbits, die ansonsten als zwei 57 Bit-Frames 53 oder Datenbursts bekannt sind. Daher umfasst jeder Zeitschlitz 52 zwei 57 Bit-Datenbursts 53, die jeweils an einer entsprechenden Position des Zeitschlitzes 52 positioniert sind. Anders gesagt enthält jede 156,25 Bit-Burst-Periode zwei 57 Bit-Frames 53. Erfordert eine dringende Handlung einen schnellen Handover oder eine Kanal-Neuzuordnung, kann der FACCH entweder vier aufeinanderfolgende Burst-Perioden stehlen, um die Daten zur Steuerung einer solcher dringenden Handlung bereitzustellen, oder er kann acht Bit-Frames aus aufeinanderfolgenden Burst-Perioden stehlen. Im Fall des Stehlens von Bit-Frames wird eine Diagonalverschachtelungs-Strategie übernommen, um die Informationsintegrität beizubehalten. Durch Stehlen von Bit-Frames (oder Daten-Bursts) anstelle von ganzen Burstperioden (oder Zeitschlitzen) auf diese Weise, kann die Wirkung auf hörbare Sprache minimiert werden, die auf dem offenen Kanal übermittelt wird, wie es deutlicher in Tabelle 3 zu sehen ist.
6 veranschaulicht einen Stealing-Mechanismus zur Verwendung mit einem Halbraten-Sprachkanal. Für einen derartigen Kanal sind entweder 8PSK- oder GMSK-Modulationsverfahren verfügbar. Für die GMSK-Modulation kann eine FACCH-Abbildung existierenden Abbildungslösungen folgen, wie sie in wohlbekannten GSM-Spezifikationen beschrieben sind.
Für eine 8PSK-Modulation kann der zum Bereitstellen des FACCH benötigte Stealing-Mechanismus auf zwei unterschiedlichen Ebenen (Burst oder Bit-Frame) erfolgen, wie es gemäß 6 gezeigt ist. 6 zeigt einen Teil von Multiframe 60, der aus einem Strom aufeinanderfolgender TDMA-Frames 61_0–17 besteht, von denen jeder acht Burst-Perioden 62 (oder Zeitschlitze) enthält. Für einen Halbraten-Kanal wird der Kanal in Unterkanäle aufgeteilt, von denen jeder Unterkanal aus Burst-Perioden im gleichen Zeitschlitz in ungefähr jedem zweiten TDMA-Frame besteht wird. Gemäß 6 übermittelt der Kanal Sprache unter Verwendung der Burst-Perioden 61_0–8 . Erfolgt eine dringende Handlung, die einen schnellen Handover oder eine Kanal-Neuzuordnung erfordert, kann der FACCH optional vier aufeinanderfolgende Bursts 63_0–0 auf aufeinanderfolgenden Frames oder nicht aufeinanderfolgende Frames stehlen. Beim Stehlen aufeinanderfolgender Bit-Frames werden die zwei Frames von jedem der zwei aufeinanderfolgenden Burst-Perioden verwendet. Im Fall des Stehlen von Frames wird, wo möglich, eine Diagonalverschachtelungs-Strategie übernommen. Tabelle 4 zeigt die Auswirkungen der drei gesonderten Stealing-Mechanismen auf Sprache und stellt auch ihre weiteren Eigenschaften dar.
Tabelle 4 FACCH-Stealing-Mechanismus-Vergleich für 8PSK-HR-Kanäle
7 veranschaulicht den Stealing-Mechanismus für einen Viertelraten-Sprachkanal. Die bevorzugte Modulation, die für zwei Viertelraten-Kanäle passt, ist die 8PSK-Modulation. Der Stealing-Mechanismus kann auf zwei unterschiedlichen Ebenen (Burst oder Frame) wie gemäß 6 gezeigt, stattfinden. Um die Verschachtelungstiefe (damit das Sicherungsschichtverhalten) zu erhöhen bzw. Zu verbessern, besteht eine in Betracht zu ziehende Lösung darin, zwei nicht aufeinanderfolgende Frames zu stehlen. Ein Vergleich der drei Mechanismen wird in Tabelle 5 durchgeführt.
Tabelle 5 FACCH-Stealing-Mechanismus-Vergleich für 8PSK-QR-Kanäle
7 zeigt einen Teil von Multiframe 70, der ein Teil eines Sprachverkehr transportierenden anhaltenden Informationsstroms ist. Der Multiframe besteht aus einem Strom aufeinanderfolgender TDMA-Frames 71_0–17 . Für einen Viertelraten-Kanal wird der Kanal in Unterkanäle aufgeteilt, von denen jeder aus Burst-Perioden im gleichen Zeitschlitz in ungefähr jedem vierten TDMA-Frame besteht (und zwar in den TDMA-Frames 71_0,4,8,13,17 ). Macht eine dringende Handlung einen schnellen Handover oder eine Kanal-Neuzuordnung erforderlich, kann der FACCH optional vier aufeinanderfolgende Bursts vom Unterkanal stehlen (d. h. die Burst-Perioden vom TDMA-Frame 71_0,4,8,13 ) oder aufeinanderfolgende Frames von den aufeinanderfolgenden Burst-Perioden (d. h. den zweiten Frame von der Burst-Periode in TDMA-Frame 71₀ , beide Frames von den Burst-Perioden in TDMA-Frame 71_4,8,13 , , und den ersten Frame von der Burst-Periode in TDMA-Frame 71₁₇ ) oder nicht aufeinanderfolgende Frames von aufeinanderfolgenden Burst-Perioden (was mehr TDMA-Frames als gemäß 7 gezeigt, erfordern würde). Vom FACCH-Stealing-Mechanismus für den Viertelraten-Sprachkanal bereitgestellte Wirkungen und Eigenschaften sind in Tabelle 5 gezeigt.
Paket-Verkehrskanälen (PACCH) zugeordnete bzw. assoziierte ACCHs unterscheiden sich von schaltungsvermittelten Verkehrskanälen zugeordneten ACCHs. Der PACCH erfordert eine explizite Ressourcenzuweisung, während dem SACCH implizit alle 120 ms (26 TDMA-Frames) ein Zeitschlitz gegeben wird. Ansonsten wird keine FACCH-Methode benötigt, da jedes einzelne Paket entweder Teilnehmerdaten oder Signalisierung transportieren kann, wobei die RLC/MAC-Header den Unterschied ausmachen.
Für Hintergrund- und interaktive Verkehrsklassen, bei denen kein konstanter Realzeit-Datenfluss benötigt wird, können PACCH-Blöcke irgendwo eingefügt werden. Aber wenn es zu Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen kommt, wird ein konstanter Datenfluss benötigt. Aufgrund der Struktur von 52 Multiframes wird die Abbildung eines derartigen Verkehrstyps unglücklicherweise keinen freien Block für PACCH-Zwecke bereitstellen. Als Beispiel ist ein Vollraten-Sprachpaketverkehrskanal zu betrachten. Einerseits sind alle 52 TDMA-Frames 12 Blöcke verfügbar. Andererseits müssen alle 52 TDMA-Frames (240 ms) 12 Sprach-Frames (20 ms) übertragen werden. Daher soll jeder Block einen Sprach-Frame transportieren. Demzufolge ist kein Block für den ACCH verfügbar. Das gleiche passiert, wenn zwei Halbraten-Paketsprachteilnehmer auf den gleichen Paket-Verkehrskanal gemultiplext werden.
Jedoch verwenden der Timing-Advance- und der Leistungssteuerungs-Mechanismus nicht den PACCH. Da die Zellen-Neuauswahl außerdem MS-gesteuert sein kann, ist es nicht immer notwendig, Messberichte im Uplink zu übertragen. Eine Option besteht daher in einem Mechanismus, mittels dem eine MS eine Liste gewünschter Zellkandidaten nur dann sendet, wenn ein Handover benötigt wird. Demzufolge kann im Paketmodus eine PACCH-Rate der Höhe Eins alle 480 ms nicht notwendig sein. Daher sollte der PACCH für die Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen in der Lage sein, wenn nötig, einen Sprachblock zu stehlen. Um die Auswirkungen auf die vom Endteilnehmer wahrgenommene Qualität zu reduzieren, kann eine PCU versuchen, stille Perioden mit PACCH-Blöcken zu füllen.
Trotzdem ist es ungeschickt, immer Sprachpakete stehlen zu müssen, um Steuerinformationen zu übertragen. Daher sollte für Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen der schaltungsvermittelten Methode gefolgt werden, wie sie hierin nachstehend beschrieben wird.
8 zeigt einen Vollraten-Paketkanal (PCH/F) 80, der aus zwei Multiframes 81_0,1 besteht. Jeder Multiframe enthält 26 TDMA-Frames 82_0–25 und 82_26–51 Jeder der TDMA- Frames enthält acht Burst-Perioden, die zum Transportieren von Daten (D) verwendet werden. Ein Datenkanal wird mittels einer entsprechenden Burst-Periode in jedem der TDMA-Frames bereitgestellt. In jedem Multiframe werden 24 TDMA-Frames zum Übermitteln von paketvermittelten Daten D verwendet. Ein TDMA-Frame wird als der paketvermittelte Verkehrskontrollkanal (PTCCH) verwendet, wohingegen die verbleibende Burst-Periode frei bleibt.
9 veranschaulicht einen Halbraten-Paketkanal (PCH/H). Zwei Unterkanäle 90, 91 sind gezeigt, von denen jeder mittels eines Paars 92_0,1 und 93_0,1 von Multiframes bereitgestellt ist. Unterkanal 90 wird mittels Burst-Perioden D in ungefähr jedem zweiten TDMA-Frame 94_0–51 gebildet. Gleichermaßen wird Unterkanal 91 mittels entsprechender Burst-Perioden D in ungefähr jedem zweiten TDMA-Frame 95_0–51 gebildet. Die zwei Unterkanäle sind so aufgebaut, dass die Bürst-Perioden in jedem voneinander versetzt sind. Daher wird TDMA-Frame 94₀ für Unterkanal 90 verwendet, TDMA-Frame 95₁ wird für Unterkanal 91 verwendet, TDMA-Frame 94₂ wird für Unterkanal 90 verwendet und TDMA-Frame 95₃ wird für Unterkanal 91 verwendet, usw.
Der PTCCH wird für Unterkanal 90 in TDMA-Frames 94₁₂ und 94₃₈ bereitgestellt. Der PTCCH für Unterkanal 91 wird in TDMA-Frames 95₂s und 95s₁ bereitgestellt. Es versteht sich für den Fachmann, dass obwohl die Unterkanäle 90 und 91 zu veranschaulichenden Zwecken als vier getrennte Multiframes 92_0,1 und 93_0,1 gezeigt sind, sie tatsächlich nur zwei miteinander verbundene aufeinanderfolgende Multiframes darstellen.
Eine Verwendung eines derartigen Halbraten-Paketkanals (PCH/H) ermöglicht ein Multiplexen mit einem schaltungsvermittelten Halbraten-Kanal (TCH/H) auf dem gleichen Zeitschlitz.
Eine andere Methode zum Betrachten eines Halbraten-Paketkanals wäre es, einen jedes zweiten Blocks (für Bursts) innerhalb eines PCH/F zuzuweisen. Jedoch würde sich das aus Sicht der physikalischen Schicht wie ein PCH/F darstellen, und daher könnte er nicht mit einem TCH/H gemultiplext werden. Pakete werden unter Beachtung einer Granularität bzw. Körnung von vier aufeinanderfolgenden Bursts abgebildet. In anderen Worten können Pakete entweder vier oder acht Bursts lang sein.
Bei den vorstehend erwähnten Voll-, Halb- und Viertelraten-Kanälen sind die folgenden die möglichen Arten, mit denen Kanäle auf elementare physikalische Kanäle kombiniert werden können. Nach Kanalbezeichnungen in runden Klammern erscheinende Nummern geben Unterkanalnummern an.

i) TCH/F
ii) PCH/F
iii) TCH/H(0)+TCH/H(1)
iv) TCH/H(0)+PCH/H(1)
v) PCH/H(0)+TCH/H(1)
vi) PCH/H(0)+PCH/H(1)
vii) TCH/Q(0)+TCH/Q(1)+TCH/Q(2)+TCH/Q(3)
viii) TCH/Q(0)+TCH/Q(1)+TCH/H(1)
ix) TCH/H(0)+TCH/Q(2)+TCH/Q(3)
x) TCH/Q(0)+TCH/Q(1)+PCH/H(1)
xi) PCH/H(0)+TCH/Q(2)+TCH/Q(3)

10 zeigt, wie die verschiedenen Arten eines für Gesprächsverkehr und eine Verwendung mit GERAN geeigneten Protokollstacks der Benutzerebenen konfiguriert sind. Der Protokollstack 100 umfasst eine Paketdaten-Konvergenz-Protokoll- (PDCP) Schicht, die der Anwendungsschicht des wohlbekannten UMTS-Stackmodells entspricht und drei Modi 102, 103 und 104 enthält, welche sind: nicht-transparent mit Header-Entfernung, nicht-transparent mit Header-Anpassung und Framebildung bzw. nicht-transparent mit Framebildung. Die transparenten Modi stellen einen Fehlerschutz nur mittels Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) bereit. Andererseits stellen nicht-transparente Modi zusätzlichen Schutz mittels ACK („ACKnowledge mode": Bestätigungsbetriebsart) bereit. Die RTP/UDP/IP-Header können entfernt oder angepasst werden.
Der Protokollstack 100 umfasst auch eine Funkstreckensteuerungs- (RLC) Schicht 105, die der UMTS-Stack-Netzwerkschicht entspricht und die Modi 106, 107 und 108 umfasst, welche sind: transparent mit LA-Verschlüsselung, unbestätigt mit Segmentierung, Streckenanpassung (LA: "link adaptation") und Verschlüsselung bzw. unbestätigt mit Segmentierung, Streckenanpassung (LA), Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und Verschlüsselung.
Der Protokollstack umfasst auch eine Medienzugangssteuerungs- (MAC) Schicht 109, die zwei Modi 110 und 111 umfasst, die für dedizierte bzw. gemeinsam benutzte Kanäle bestimmt sind. Für dedizierte Kanäle wird keine Teilnehmer-ID eingefügt, was nur einen Teilnehmer pro Kanal zulässt, jedoch können Datenpakete vom gleichen Teilnehmer übertragen werden, wenn DTX stattfindet. Bei einem gemeinsam benutzten Modus kann der gleiche Kanal zwischen mehreren Teilnehmern geteilt werden.
Der Protokollstack umfasst auch eine physikalische Schicht (PHYS) 112, die zwei Modi 113 und 114 umfasst, die für schaltungsvermittelte (TCH) bzw. paketvermittelte Kanäle (PCH) bestimmt sind. Die physikalische Schicht lässt GMSK- oder 8PSK-Modulation zu, um kanalcodierte Sprache oder Daten in einen zur Übertragung über den Funkkanal geeigneten Typ umzuwandeln. Es können auch erschiedene Kanalcodierungsmethoden wie etwa UEP und EEP implementiert werden, um die Datenintegrität zu schützen. Es kann auch eine rechteckige und eine diagonale Verschachtelung mit einer Tiefe von 2, 4, 8 oder 19 eingeführt werden, um zur Datenintegrität beizutragen.
Tabelle 6 Gesprächs-Funkzugangsträger
Der erste Funkzugangsträger A unterstützt Betriebs-Szenario (OS) 1, nämlich die dauerhafte Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gesprächs-Verkehrsklasse) ohne Multiplex-Fähigkeit. Dieses stellt eine optimierte Adaptiv-Mehrfachraten- (AMR) Sprache unter Wiederverwendung der Sicherungsschicht vom GSMCS-Modus bereit. Die Abbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von der Kanalrate, d. h. Vollrate TCH/F, Halbrate TCH/H oder Viertelrate TCH/Q. Verschiedene Codierungsmethoden wie etwa UEP, TCH/AFS, E-TCH/AFS, E-TCH/AHS und E-TCH/AQS können auch berücksichtigt werden. Dieser Funkzugangträger setzt eine FACCH- und SACCH-Signalisierungsabbildung ein, wie sie hierin vorstehend beschrieben wurde.
Der zweite Funkzugangsträger B gemäß Tabelle 1 unterstützt OS1 und auch OS2, nämlich die dauerhafte Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gesprächs-Verkehrsklasse) und ein Multiplexen von Best-Effort-Daten vom gleichen Teilnehmer (Hintergrund-Verkehrsklasse). Dieser Träger B ist unter Verwendung des transparenten Modus 102 in der PDCP-Schicht 101 mit Header-Entfernung, des transparenten Modus 106 in der RLC-Schicht 105 mit Streckenanpassung (LA) und Verschlüsselung, des dedizierten Modus 110 in der MAC-Schicht 109 und des schaltungsvermittelten Modus 113 in der physikalischen Schicht 112 bereitgestellt. Der Träger stellt eine optimierte AMR-Sprache zur Verfügung. Die Codierung und die Signalisierung sind äquivalent zum Träger A, aber der Protokollstack ist unterschiedlich, was die Unterstützung von OS2 dank der MAC-Schicht ermöglicht. Die Abbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von der Kanalrate. Es ist möglich, Best-Effort-Datenpakete vom gleichen Teilnehmer innerhalb stiller Perioden einzubauen.
Der dritte Funkzugangsträger C gemäß Tabelle 6 unterstützt gleichermaßen OS1 und 0S2. Dieser Träger wird unter Verwendung des nicht-transparenten Modus 103 in der PDCP-Schicht 101 mit Header-Stripping als eine Anpassung und mit Framebildung bereitgestellt, was eine Segmentierung und Hinzufügung eines Headers einschließt. Der transparente Modus 106 in der RLC-Schicht 105 mit LA und Verschlüsselung und der dedizierte Modus 110 in der MAC-Schicht 109 werden auch verwendet. Der schaltungsvermittelte Modus 113 wird in der physikalischen Schicht entweder in Voll-, Halb- oder Viertel- (TCH(F/H/Q)) Rate verwendet, abhängig von der benötigten Kanalrate. Der Träger stellt optimierte AMR-Sprache mit Header-Stripping bereit. Zusätzlich zu SACCHund FACCH-Kontrollkanälen verwendet der Träger einen eingebetteten assoziierten Kontrollkanal (MACH), wie er in der finnischen Patentanmeldung Nr. 20000415 beschrieben ist, die am 23.02.2000 eingereicht wurde, die hierin mittels Referenz einbezogen ist. Die Abbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von der Kanalrate. Es ist möglich, Best-Effort-Datenpakete vom gleichen Teilnehmer innerhalb stiller Perioden einzubauen.
Der vierte Funkzugangsträger D gemäß Tabelle 6 unterstützt OS3, nämlich die dauerhafte Zuweisung eines Kanals zu einem Sprachruf (Gesprächs-Verkehrsklasse) und ein Multiplexen von Best-Effort-Daten von unterschiedlichen Teilnehmern. OS4 wird ebenso unterstützt, nämlich die Zuweisung eines Kanals zu mehr als einem Sprachteilnehmer (und/oder Datenteilnehmer) auf eine dynamische Art und Weise. Der Träger wird mittels des nicht-transparenten Modus 103 mit Header-Stripping und Framebildung von der PDCP-Schicht 101 bereitgestellt. Der unbestätigte Modus 107 von der RLC-Schicht 105, der Segmentierung, LA und Verschlüsselung bereitstellt, wird ebenso verwendet. Der geteilte bzw. gemeinsam benutzte Modus 111 von der MAC-Schicht 109 wird genauso wie der paketvermittelte Modus 114 von der physikalischen Schicht 112 verwendet. Durch Konfigurieren des Protokollstacks auf diese Weise wird ein generischer bzw. allgemeiner Gesprächs-Funkzugangsträger D erzeugt. Die Abbildung folgt dem gemäß den 8 und 9 gezeigten Schema, abhängig von der benötigten Kanalrate. Um von der längeren Verschachtelung zu profitieren, werden zwei Sprach-Frames innerhalb eines Funkblocks eingekapselt.
11 zeigt den Protokollstack 100 für Streaming-Funkzugangsträger. Der Protokollstack umfasst die gleichen Modi und Schichten wie derjenige gemäß 10, aber die Leitweglenkung und Auswahl der Modi ist unterschiedlich. Die mittels einer gepunkteten Linie gezeigten Blöcke werden nicht verwendet. Die Sicherungsschicht 115 ist aus dem GSMCS-Modus entnommen und ermöglicht daher die Verwendung eines existierenden schaltungsvermittelten Datenkanals. Die Wege durch den Protokollstack, wie sie mittels der Pfeile gemäß 11 angegeben sind, werden in Tabelle 7 genauer dargestellt. Die Betriebs-Szenarien sind nicht im Zusammenhang mit Streaming-Funkzugangsträgern anwendbar.
Tabelle 7 Streaming-Funkzugangsträger
Fünf Funkzugangsträger A bis E sind als Streaming-Funkzugangsträger definiert. Der erste dieser, bezeichnet mit A, ist für optimiertes Streaming unter Wiederverwendung der Sicherungsschicht 115 vom GSMCS-Modus bereitgestellt. Der Träger A verwendet diagonales Verschachteln mit Tiefe 19 für einen schaltungsvermittelten Vollraten-Verkehrskanal, der entweder GMSK- oder 8PSK-moduliert sein kann. Das Codierungsschema für diese beiden Alternativen ist ebenso unterschiedlich wie die Signalisierungs-Abbildungsschemata. Wird die GMSK-Modulation verwendet, werden FACCH- und SACCH-Kontrollkanäle zusammen mit einer TCH/F14,4- und F9,6-Codierung verwendet. Dies ist ein Verkehrskanal für eine Datenübertragung, wie er in der 05.02-GSM-Spezifikation spezifiziert ist. Die Zahlen entsprechen der Bit-Rate: 14,4 kbit/s bzw. 9,6 kbit/s. Wird die 8P5K-Modulation auf dem Verkehrskanal verwendet, werden die FACCH- und SACCH-Kontrollkanäle zusammen mit E-IACCH/F unterstützt. Diese ermöglichen, dass eine E-TCH/F28.8-, 32.0- oder 43,2-Codierung verwendet wird. Hier entsprechen die Zahlen der Bitrate jedes Codierungsschemas, d. h. 28,8 kbit/s, 32 kbit/s und 43,2 kbit/s. Diese Codierungsschemata werden für ECSD („Edge Circuit Switches Data service": schaltungsvermittelter Edge-Datendienst) als gleichmäßiger Fehlerschutz verwendet.
Der zweite Streaming-Funkzugangsträger B verwendet den transparenten Modus 102 in der PDCP-Schicht 101 des Protokollstacks. Der transparente Modus 106 von der RLC-Schicht 105 wird ebenso zusammen mit dem dedizierten Modus 110 in der MAC-Schicht 109 verwendet. Die physikalische Schicht 112 ist konfiguriert, um schaltungsvermittelte Kanäle unter Verwendung einer diagonalen Verschachtelungsmethode mit Tiefe 19 bereitzustellen. Durch Verwenden von entweder GMSK- oder 8PSK-Modulation auf dem Kanal zur Bewahrung der Datenintegrität können verschiedene Codierungs- und Signalisierungs-Abbildungsmethoden implementiert werden, wie es aus Tabelle 7 zu ersehen ist. Die Codierung und Signalisierung ist äquivalent zu A, aber der Protokollstack ist anders konfiguriert. Die Signalisierungs-Abbildung folgt den 2, 3 und 4, abhängig von der Kanalrate.
Der dritte Streaming-Funkzugangsträger C verwendet den nicht-transparenten Modus 103 von der PDCP-Schicht des Protokollstacks. Zusätzlich werden die Header durch Stripping angepasst, und dann wird eine Framebildung durchgeführt. Der Protokollpfad ist dann konfiguriert, um den unbestätigten Modus 107 in der RLC-Schicht 105 samt Segmentierung, LA und Verschlüsselung zu verwenden. Der dedizierte Modus 110 von der Schicht 109 wird ebenso verwendet. Verschiedene Optionen sind dann für einen Kanalbetrieb verfügbar, wie es in Tabelle 7 dargestellt ist. Dies stellt ein optimiertes Sreaming mit Header-Stripping bereit. Die Abbildung folgt den 2, 3 und 4, abhängig von der Kanalrate.
Der vierte Streaming-Funkzugangsträger D stellt ein optimiertes Streaming mit Header-Komprimierung bereit. Der Träger D verwendet den nicht-transparenten Modus 103 in der PDCP-Schicht des Protokollstacks einschließlich Header-Komprimierung und Framebildung. Der unbestätigte Modus 107 von der RLC-Schicht 105 wird ebenso zusammen mit Segmentierung, LA und Verschlüsselung verwendet. Die MAC-Schicht 109 ist konfiguriert, im dedizierten Modus 110 zu arbeiten, während die physikalische Schicht 112 konfiguriert ist, im schaltungsvermittelten Modus 113 zu arbeiten. Die verschiedenen Verschachtelungs-, Modulations-, Codierungs- und Abbildungsprotokolle, die implementiert werden können, sind in Tabelle 7 gezeigt.
Der fünfte Streaming-Funkzugangsträger E stellt einen generischen bzw. allgemeinen Streaming-Funkzugangsträger bereit. Der Protokollstack ist wie in Tabelle 7 und gemäß 11 gezeigt, konfiguriert. Der nicht-transparente Modus 103 in der PDCP-Schicht 101 wird ausgewählt und ist zur Header-Komprimierung und Framebildung konfiguriert. Der unbestätigte Modus 107 in der RLC-Schicht 105 wird zusammen mit Segmentierung, LA und Verschlüsselung eingesetzt. Der Geteilte 111 wird von der MAC-Schicht 109 verwendet. Der paketvermittelte Modus 114 wird von der physikalischen Schicht ausgewählt. Durch Konfigurieren des Protokollstacks auf diese Weise sind die verschiedenen in Tabelle 7 dargestellten Optionen für Verkehrskanäle verfügbar. Dieser Träger verwendet PACCHund PTCCH-Kontrollkanäle, wie sie hierin vorstehend beschrieben wurden. Die Abbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von den Kanalraten. Um von einer längeren Verschachtelung zu profitieren, werden zwei Sprach-Frames innerhalb eines Pakets eingekapselt. Es kann jedoch nur ein Daten-Frame eingekapselt werden.
12 zeigt den Protokollstack für interaktive Funkzugangsträger. Der Protokollstack umfasst die gleichen Modi und Schichten wie derjenige gemäß 10, aber die Leitweglenkung und Auswahl der Modi ist unterschiedlich, wie es mittels der Pfeile angezeigt ist, die den Pfad der möglichen Träger anzeigen. Die mittels einer gepunkteten Linie gezeigten Blöcke oder Modi werden nicht verwendet. Die mittels der Pfeile angezeigten Pfade werden in Tabelle 8 genauer beschrieben. Nur zwei Funkzugangsträger sind bereitgestellt, und diese sind mit A und B bezeichnet.
Tabelle 8 Interaktiv-Funkzugangsträger
Der erste dieser, A, wird mittels Modus 103 der PDCP-Schicht 101 erzeugt, welcher ein nicht-transparenter Modus ist, der den Header mittels Komprimierungs- und Framebildungs-Techniken anpasst. Der bestätigte Modus 108 wird von der RLC-Schicht 105 zusammen mit Segmentierung, LA und Verschlüsselung sowie Rückwärtsfehlerkorrektur (BEC: "backward error correction") ausgewählt. Der geteilte bzw. gemeinsam benutzte Modus 111 der MAC-Schicht 109 im Protokollstack wird ebenso implementiert. Paketvermittelte Verkehrskanäle werden mit Voll- oder Halbraten-Kanälen verwendet, die abhängig von der benötigten Kanalrate verwendet werden, wie es gemäß den 2, 3 oder 4 gezeigt ist. PACCH- und PTCCH-Kanäle können wie hierin vorstehend beschrieben verwendet werden. Der Bezug auf Betriebs-Szenarien ist für Interaktiv-Zugangsträger nicht relevant.
Der zweite interaktive Träger B ist auf eine ähnliche Art und Weise implementiert, jedoch verwendet der übernommene PDCP-Modus keine Header-Komprimierung. Dieser Träger stellt einen generischen bzw. allgemeinen interaktiven bzw. Interaktiv-Funkzugangsträger bereit. Die Kanalabbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von der Kanalrate.
13 veranschaulicht den Protokollstack für Hintergrund-Funkzugangsträger. Der Protokollstack umfasst die gleichen Modi und Schichten wie die in 10, 11 und 12 gezeigten, aber verwendet mit Hilfe eines anderen Leitweglenkungsverfahrens, wie es mittels der Pfeile gezeigt ist, andere Betriebsarten dieser. Die mittels einer gepunkteten Linie gezeigten Blöcke werden nicht verwendet. Die mittels der Pfeile gemäß 13 gezeigten Pfade sind in Tabelle 9 ausführlicher beschrieben. Vier Hintergrund-Funkzugangsträger A bis D sind definiert.
Tabelle 9 Hintergrund-Funkzugangsträger
Der erste dieser, A gemäß Tabelle 9, wird durch Auswählen des nicht-transparenten Modus 103 von der PDCP-Schicht 101 zusammen mit Header-Komprimierung und Framebildung bereitgestellt. Die RLC-Schicht 105 ist unter Verwendung des bestätigten Modus 108 konfiguriert, der Segmentierung, LA, Verschlüsselung und BEC ermöglicht. Die MAC-Schicht 109 ist unter Verwendung einer dedizierten Kanalstruktur durch Auswahl von Modus 110 implementiert. Schaltungsvermittelte Kanäle werden dann durch Auswahl von TCH-Modi verwendet. Dies genügt 0S2 und stellt eine Paketübertragung während stiller Perioden der schaltungsvermittelten Kanäle bereit. Es sind Best-Effort- (oder Hintergrund-) Daten mit Header-Komprimierung innerhalb von OS2 bereitgestellt. Die an die Paketdaten assoziierte Steuerung wird mittels der assoziierten Kontrollkanäle (FACCH und SACCH) des Sprachverkehrskanals durchgeführt. Best-Effort-Datenpakete werden auf vier aufeinanderfolgende Bursts abgebildet.
Der zweite Hintergrund-Funkzugangsträger (B gemäß Tabelle 9) ist wie in Tabelle 9 gezeigt unter Verwendung des nicht-transparenten Modus 104, des bestätigten Modus 108, des dedizierten Modus 110 und des schaltungsvermittelten Modus 113 implementiert. Dies stellt auch eine Paketübertragung während stiller Perioden bereit, aber innerhalb von OS2 Best-Effort- (oder Hintergrund-) Daten ohne Header-Komprimierung. Die an die Paketdaten assoziierte Steuerung wird durch die assoziierten Kontrollkanäle (FACCH und SACCH) des Sprachverkehrskanals durchgeführt. Best-Effort-Datenpakete werden auf vier aufeinanderfolgenden Bursts abgebildet.
Der dritte Hintergrund-Funkzugangsträger (C gemäß Tabelle 9) ist unter Verwendung des nicht-transparenten Modus 103 der PDCP-Schicht 101, des bestätigten Modus 108 der RLC-Schicht 105, des geteilten Modus 111 der MAC-Schicht 109 und des paketvermittelten Modus 114 der physikalischen Schicht 112 implementiert. Der Träger implementiert OS3 und OS4 und stellt einen Hintergrund-Funkzugangsträger mit Header-Komprimierung bereit.
Der vierte Hintergrund-Funkzugangsträger (D gemäß Tabelle 9) stellt einen generischen bzw. allgemeinen Hintergrund-Funkzugangsträger bereit. Dieser ist unter Verwendung des nicht-transparenten Modus 104 der PDCP-Schicht 101, des bestätigten Modus 108 der RLC-Schicht, des geteilten Modus 111 der MAC-Schicht 109 und des paketvermittelten Modus 114 der physikalischen Schicht 112 implementiert. Die Abbildung folgt den 2, 3 oder 4, abhängig von der Kanalrate, und der Träger unterstützt OS3 und OS4.
Die möglichen assoziierten Kontrollkanäle, die für GERAN benötigt werden, wurden nun beschrieben. Diese hängen von der über der Schnittstelle verwendeten Art von Verkehrskanal ab. Für Paketverkehrskanäle erfüllt der PACCH klar die Signalisierungsanforderungen für Hintergrund- und Interaktiv-Verkehrsklassen. Werden jedoch Gesprächs- und Streaming-Verkehrsklassen betrachtet, ist der einzige Weg zum Übertragen des PACCH, Sprachpakete zu stehlen. Der Einfluss auf die Sprachqualität kann reduziert werden. Da jedoch TA- und PC-Aktualisierungen den PACCH nicht verwenden, und da Messberichte beschränkt werden können, kann PACCH-Verkehr reduziert werden. Trotzdem ist es vorteilhaft, existierende schaltungsvermittelte Verkehrskanäle wiederzuverwenden, wo eine effizientere assoziierte Steuerung definiert wurde.
Für schaltungsvermittelte Verkehrskanäle tragen SACCH und FACCH den Signalisierungsanforderungen von Streaming- und Gesprächs-Verkehrsklassen Rechnung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung vollziehen sich in GERAN, was bedeutet, dass die physikalische Schicht hauptsächlich an das paketvermittelte Kernnetzwerk angeschlossen ist, aber auch an das schaltungsvermittelte Kernnetzwerk angeschlossen sein kann. Vorher gab es einerseits eine schaltungsvermittelte Luftschnittstelle (TCH + SACCH + frei), die (über die A-Schnittstelle) an ein schaltungsvermitteltes Kernnetzwerk angeschlossen ist, und andererseits eine paketvermittelte Luftschnittstelle (PDTCH ± PTCCH + frei, d. h. PDCH), die (über die Gb-Schnittstelle) an ein paketvermitteltes Kernnetzwerk angeschlossen ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen der schaltungsvermittelten Luftschnittstelle, (über die Gb- oder Iu-ps-Schnittstellen) an ein paketvermitteltes Kernnetzwerk angeschlossen zu werden, und ermöglichen der schaltungsvermittelten Luftschnittstelle, Paketdaten zu unterstützen (nicht nur TCH), und daher (über die GBoder Iu-ps-Schnittstellen) ebenfalls an ein paketvermitteltes Kernnetzwerk angeschlossen zu werden. Daher ist eine mögliche Kombination über der schaltungsvermittelten Luftschnittstelle: PDTCH + SACCH + frei. Im Fall von 0S2 ist eine mögliche Kombination: TCH + PDTCH + SACCH + frei. Wo ein Kommunikationssystem gemäß der Erfindung implementiert werden kann.
GERAN wird als ein Beispiel eines Systems verwendet, bei dem ein Kommunikationssystem gemäß der Erfindung implementiert werden kann. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren gemäß der Erfindung sind jedoch nicht auf jene beschränkt, die in GSM oder EDGE verwendet werden; ein System oder Verfahren gemäß der Erfindung kann auch bei anderen Funknetzwerken angewandt werden.
GERAN wird als ein Beispiel eines Systems verwendet, wo ein Kommunikationssystem gemäß der Erfindung implementiert werden kann.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Beispiele beschränkt ist, sondern vielmehr Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Anhang A – Inhalt von assoziierten Kontrollkanälen

Claims

Kommunikationssystem mit einer ersten Station, die zur Kommunikation mit einer zweiten Station über einen drahtlosen Kanal fähig ist, dadurch gekennzeichnet, dass Daten in Superframes über den drahtlosen Kanal übertragen werden, wobei jeder Superframe eine Vielzahl von Frames und jeder Frame eine Vielzahl von Zeitschlitzen aufweist; mit: einer ersten Betriebsart, bei der ein Vollraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu dem Datenkanal entsprechender Zeitschlitze in jedem Frame definiert ist; einer zweiten Betriebsart, bei der zwei Halbraten-Datenkanäle für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu jedem der Datenkanäle einer gleichen Anzahl entsprechender Zeitschlitze von Frames in jedem Superframe definiert sind; und einer dritten Betriebsart, bei der vier Viertelraten-Datenkanäle für schaltungsvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu jedem der Datenkanäle einer gleichen Anzahl entsprechender Zeitschlitze von Frames in jedem Superframe definiert sind.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit: einer vierten Betriebsart, bei der ein Vollraten-Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu dem Datenkanal entsprechender Zeitschlitze in jedem Frame definiert ist; einer fünften Betriebsart, bei der zwei Halbraten- Datenkanäle für paketvermittelte Kommunikation durch die Zuweisung zu jedem der Datenkanäle einer gleichen Anzahl entsprechender Zeitschlitze von Frames in jedem Superframe definiert sind.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation und dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation in jedem Frame eine gleiche Anzahl von Zeitschlitzen zugewiesen ist.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation die Hälfte der Anzahl von Zeitschlitzen zugewiesen ist, die dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation zugewiesen sind.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation ein Viertel der Anzahl von Zeitschlitzen zugewiesen ist, die dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation zugewiesen sind.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation ein Halbraten-Datenkanal ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation ein Viertelraten-Datenkanal ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation ein Halbraten-Datenkanal ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem Steuerdaten zum Steuern des Datenkanals für paketvermittelte Kommunikation von dem Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation übertragen werden.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 9, bei dem die Steuerdaten zum Steuern einer Übertragungsleistung und/oder einer Weiterreichung des Kanals, Streckenanpassung dienen.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem die Steuerdaten einen schnellen assoziierten Kontrollkanal und/oder einen langsamen assoziierten Kontrollkanal aufweisen.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation ein Konversationskanal ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation ein Hintergrundkanal ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation während Perioden, wenn der Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation relativ inaktiv ist, Zeitschlitze zugewiesen werden.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 14, bei dem dem Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation während Pausen bei der Sprachdatenübertragung anhand des Datenkanals für schaltungsvermittelte Daten Zeitschlitze zugewiesen werden.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 1, bei dem der drahtlose Kanal eine schaltungsvermittelte Luftschnittstelle aufweist, wobei Daten mittels schaltungsvermittelter Daten und Paketdaten über die schaltungsvermittelte Luftschnittstelle übertragen werden.
Kommunikationssystem gemäß Anspruch 16, bei dem die schaltungsvermittelte Luftschnittstelle an ein paketvermitteltes Kernnetzwerk anschließbar ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der schaltungsvermittelte Kanal zum Betrieb über ein schaltungsvermitteltes Kernnetzwerk des Kommunikationssystems fähig ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der paketvermittelte Kanal zum Betrieb über ein paketvermitteltes Kernnetzwerk des Kommunikationssystems fähig ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der schaltungsvermittelte Kanal zum Betrieb über ein paketvermitteltes Kernnetzwerk und ein schaltungsvermitteltes Kernnetzwerk des Kommunikationsnetzwerks fähig ist.
Kommunikationssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das System eine Betriebsart aufweist, bei der der drahtlose Kanal einen ersten und zweiten Unterkanal aufweist; wobei der erste Unterkanal einen Halbraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist; und wobei der zweite Unterkanal einen Halbraten-Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation aufweist.
Kommunikationssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem das System eine Betriebsart aufweist, bei der der drahtlose Kanal einen ersten, zweiten, dritten und vierten Unterkanal aufweist, wobei jeder einen Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist.
Kommunikationssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem das System eine Betriebsart aufweist, bei der der drahtlose Kanal einen ersten, zweiten und dritten Unterkanal aufweist; wobei der erste Unterkanal einen Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist; wobei der zweite Unterkanal einen Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist; und wobei der dritte Unterkanal einen Halbraten-Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation aufweist.
Kommunikationssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem das System eine Betriebsart aufweist, bei der der drahtlose Kanal einen ersten, zweiten und dritten Unterkanal aufweist; wobei der erste Unterkanal einen Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist; wobei der zweite Unterkanal einen Viertelraten-Datenkanal für schaltungsvermittelte Kommunikation aufweist; und wobei der dritte Unterkanal einen Halbraten-Datenkanal für paketvermittelte Kommunikation aufweist.