JP2006270280A - 移動通信システム及びその方法並びにそれに用いる移動局及び無線基地局 - Google Patents

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Abstract

【課題】 移動通信システムにおいて、データ遅延の増加を抑えつつ基地局と無線制御装置との間のIubインタフェースの使用効率を向上する。
【解決手段】 上りトラヒックにおいて、基地局12において上位レイヤのパケットを復元するために必要なデータセグメントを全て受信してからRNC13へ送信する。そのために、移動局から基地局12へ送信されるデータセグメント101〜10nのうち、特定のものに基地局12でのバッファリング121を禁止する情報10を付加する。基地局12では、この情報10が付加されているデータセグメントを受信するまで、受信データセグメントをバッファリング121し、この情報10が付加されたセグメント受信時には、このセグメントおよびバッファリングしているセグメントのうち、受信セグメントと関係があると推定されるもの全てをまとめてRNC13に送信する。これによりIub14の使用効率が向上する。
【選択図】 図2

Description

本発明は移動通信システム及びその方法並びにそれに用いる移動局及び無線基地局に関し、特に移動通信システムにおける移動局と無線基地局との間のインタフェースでのデータ転送方式の改良に関するものである。
現在、移動体通信システムでは、伝送容量を増大させる技術が多数考案されている。第3世代移動通信の標準化団体の1つである3GPP(3rd Generation Pertnership Project)においても、HSDPA(High Speed Downlink Packet Access )やEUDCH(Enhanced Uplink Dedicated Channel )と称される無線区間の伝送容量を向上させるための技術が提案されている。これれらの技術が実用化されると、ネットワークを通過するトラヒックが急激に増加すると予想される。
一方、基地局と無線制御装置とを結ぶインタフェースである有線通信回線(Iubと称される)については、大幅な変更が行われていないために、相対的にこの区間の帯域が不足してくることが考えられる。特に、データセグメントの送信間隔(TTI:Transmission Time Interval)を短縮化した場合には、個々のデータセグメントに含まれるユーザデータの量が少なくなるのに対して、プロトコルヘッダなどの大きさは変わらないためにオーバヘッドが大きくなる。
従って、有線区間の使用効率を向上させることが重要な課題となる。上り方向のトラヒックに関しては、図11に示すように、移動局(UE)1から送信された複数のデータセグメント101〜103を無線基地局(Node−B)12でバッファリングし、1つのパケット110にまとめた後、無線制御装置(RNC:Radio Network Controller)13に送信する方法が検討されている。この方法を用いると、複数のデータセグメント101〜103に対して、1つのプロトコルヘッダ111を付加するだけで済むために、データセグメントを個別に送信するよりもIubと称される回線14の使用効率が改善される。
しかしながら、無線基地局12において、バッファリングを行うために遅延が発生するという問題がある。特に、トランスポート層にTCP(Transmission Control Protocol )を用いた通信では、データの往復時間(RTT:Round Trip Time )が伝送速度に大きく影響するために、遅延は可能な限り少なくしたほうが良い。
なお、上述した無線基地局12と無線制御装置13との間のインタフェースであるIub14に関する技術は特許文献1に開示されており、またこのIub14におけるデータ遅延をなくす技術が特許文献2に開示されている。
特開2002−199440号公報 特開2001−025046号公報
特許文献2の技術では、UEのソフトハンドオーバ時において、無線基地局の選択合成部における待ち合わ遅延せ最小化するために、上り選択合成部をスルーモードに設定して、無線制御装置で上りデータがバッファに滞留する時間を削減するものである。しかしながら、上述したように、Iubにおけるデータ通信における遅延及び使用効率を、ソフトハンドオーバ時のみならず、常時向上させる必要がある。
本発明の目的は、データ遅延の増加を抑えつつIubの使用効率を向上可能とした移動通信システム及びその方法並びにそれに用いる移動局及び無線基地局を提供することである。
本発明による移動通信システムは、基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムであって、前記移動局において、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する手段と、前記基地局において、前記禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する手段と、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する手段とを含むことを特徴とする。
本発明による通信制御方法は、基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける通信制御方法であって、前記移動局において、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信するステップと、前記基地局において、前記禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止するステップと、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信するステップとを含むことを特徴とする。
本発明による移動局は、基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける移動局であって、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する手段を含む特徴とする。
本発明による基地局は、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした基地局であって、前記バッファリングを禁止する禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する手段と、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する手段とを含むことを特徴とする。
本発明によるプログラムは、基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける移動局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する処理を含む特徴とする。
本発明による他のプログラムは、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした基地局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記バッファリングを禁止する禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する処理と、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する処理段とを含むことを特徴とする。
本発明の作用を述べる。上りトラヒックの通信において、無線基地局において、上位レイヤのパケットを復元するために必要なデータセグメントを全て受信してから無線制御装置へ送信する。そのための方法として、無線端末である移動局から無線基地局へ送信されるデータセグメントのうち、特定のものに無線基地局でのバッファリングを禁止する情報(禁止情報)を付加しておく。
無線基地局では、この禁止情報が付加されているデータセグメントを受信するまで、受信データセグメントをバッファリングし、禁止情報が付加されたセグメント受信時には、当該受信セグメントおよびバッファリングしているセグメントのうち、受信セグメントと関係があると推定されるもの全てをまとめて無線制御装置に送信する。禁止情報が付加されるセグメントは任意に選択できるが、例えば上位レイヤのパケットサイズに合わせて付加すれば、無線基地局でのバッファリング遅延の影響を削減できる。
本発明によれば、上りトラヒックにおいて、PDCP(Packet Data Convergence Protocol)パケットを復元するまでの遅延を増やすことなく、無線基地局でのバッファリングを可能とし、Iubの使用効率を向上させることが出来るという効果がある。
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、移動局(UE)が上位レイヤのパケット110を無線通信に適したセグメント101〜10n(nは1以上の整数)に分割すると共に、セグメント10nにバッファリング禁止情報10を付加している様子を示している。これらのセグメント101〜10nは等時間間隔で基地局に送信されると仮定する。
図2に示すように、基地局12では、無線制御装置13との間のインタフェースであるIubと称される回線14の使用効率を向上させるために、セグメント101〜10(n−1)を受信した場合には、これらセグメントのバッファリングを行う。そして、セグメント10nを受信した場合、このセグメント10nにはバッファリング禁止情報10が付加されているので、バッファリング(121で示す)しておいたセグメント101〜10(n−1)と受信したセグメント10nとを、1つのパケット110にまとめて無線制御装置13へ送信するのである。
無線制御装置13がパケット110を復元するためには、セグメント101〜10nの全てを受信する必要がある。上記の方法を用いることによって、無線制御装置13がセグメント10nを受信するまでの遅延は、バッファリングを行っていないときと同じになるために、パケット110の観点からは遅延の増加がないことになる。
本発明の実施例の構成として、図3に3GPPで検討されているEUDCHのプロトコルスタックを示す。図3において、UEは移動局、Node−Bは基地局、RNCは無線制御装置であり、Uu,Iub,Iuはこれら装置間のインタフェースである。PHYはPhysical Layerであり、MACはMedia Access Controlであり、RLCはRadio Link Controlであり、TNLはTransport Network Layer であり、FPはFrame Protocolであり、GTPはGPRS Tunneling Protocol である。このプロトコルスタッフの詳細は、3GPPに定義されているので、ここでは述べない。
なお、IP(Internet Protocol )層から上位はTCP(UDP:User Datagram Protocol) /IPを用いる場合である。UE(移動局)のアプリケーション(application )層で生成されたデータはTCP(UDP)層およびIP層で処理された後、IPパケットとしてPDCP層に渡される。PDCP層では、IPパケットにPDCPヘッダを付加してPDCPパケットを生成し、RLC層に送る。PDCP層でヘッダ圧縮が行われることもあるが、本発明の動作には影響がないため省略する。
RLC層では、RLCのモードに応じてPDCPパケットを分割または結合してRLC PDU(Protocol Data Unit)を作成する。ここで、RLCがUM(Unacknowledged Mode )モードまたはAMモード(Acknowledged Mode )の場合には、図4(A)のUMD(UMモード)データフォーマット,(B)のAMD(AMモード)データフォーマットにそれぞれ示すように、RLCヘッダにシーケンス番号を振ると共に、受信側でPDCPパケットを復元できるように、1つのPDCPパケットを構成するRLC PDUのうち、シーケンス番号が最も大きいものにLength Indicator81,82を付加する(状況によっては、1つ後に送られるRLC PDUに付加される場合もある)。
その後、RLC PDUはMAC層に送られる。MAC層のうちMAC−d(dedicated )での多重化は行われないためヘッダは付加されない。従って、MAC−d PDUとRLC PDUは同一である。
MAC−esでは、同一フローに属するMAC−d PDU(=RLC PDU)を結合して、MAC−esヘッダを付加、MAC−esパケットとする。MAC−eでは、異なるフローに属する複数のMAC−esパケットを結合して、MAC−eパケットを作成する。MAC−eパケットがUu(無線回線)を通してNode−B(基地局)に送信される。Node−Bでは、受信したMAC−eパケットからMAC−esパケットを取り出し、FPパケットでカプセル化してRNCへ送信する。
本発明では、Iubの使用効率を向上させるために、Node−BでMAC−esパケットのバッファリングを行い、複数のMAC−esパケットを1つのFPパケットにまとめてから(または複数のFPパケットを1つのTNL層のパケットにまとめて)RNCに送信できるシステムを仮定する。
RNCでは、受信したFPパケットからMAC−esパケット、MAC−d PDUを取り出し、RLC層に送る。RLC層では、分割されたPDCPパケットを復元するために必要なRLC PDUが全て受信できたら、PDCPパケットを復元してPDCP層に渡す。最後に、PDCPパケットからIPパケットを復元して、CN(Core Network:図示せず)に送る。
UEにおける具体的な動作の例を図5を用いて説明する。但し、図5において、PDCPパケット401が生成されるまでは、一般的な動作と同様であるので省略してある。先ず、PDCPパケット401がRLC PDU411〜415に分割されると仮定する。ここで、通常はRLC PDU415のヘッダにLength Indicatorが付加される。MAC−d PDUはRLC PDUと同じであるために省略する。
次に、RLCパケット411および412をまとめてMAC−esパケット421、RLCパケット413および414をまとめてMAC−esパケット422、RLCパケット415パケットからMAC−esパケット423が生成されるとする。このMAC−esパケットがNode−Bでバッファリングが行われる単位である。従って、PDCPパケット401の復元に必要なMAC−esパケットのうち、最後に送信されるMAC−esパケット423にバッファリング禁止情報40が付加される。この禁止情報40はMAC−esパケットのヘッダに追加されるものとする。
また、MAC−es層では、PDCPパケット401を構成するRLC PDUのうち、RLC PDU415が最後のものであることを知る必要がある。ここではその方法として、RLCヘッダにLength Indicatorが付加されているものを当該RLC PDUであると判断する。なお、Length IndicatorがRLC PDU415の次のRLC PDU(RLC PDU416とする)に付加されている場合もあるが、その場合はRLC PDU416を含むMAC−esパケットにバッファリング禁止情報を付加すれば動作に大差はない。その後、MAC−eパケットが生成され、無線回線に送信される。
次に、Node−Bでの動作を図6を用いて説明する。Node−B12では、フロー毎にバッファを用意する。フローの判断はMAC−esパケットのヘッダより判別するものとする。MAC−esパケット421および422を受信した場合、バッファリング禁止情報が付加されていないために、バッファ212に保存する。
MAC−es423を受信した場合には、バッファリング禁止情報が付加されているため、対応するフローのバッファ121に保存されているMAC−es421と422共に1つのパケット110にまとめて、RNC13に送る。このようにすることにより、MAC−esパケット421〜423を個別に送信するよりも、オーバヘッドを減らすことができ、Iubの使用効率を向上させることが出来る。
RNC13では、MAC−es421〜423パケットからRLC PDU411〜415(図5参照)を取り出しPDCPパケット401を復元する。このときPDCPパケット410の復元には、RLC PDU411〜415の全てを受信する必要があるため、Node−B12でバッファリングを行わない場合と遅延は同じになる。
次に、図7に示すように、PDCPパケットがMAC−esパケットよりも小さい場合の例を示す。この場合はMAC−esパケット721〜723のそれぞれにバッファリング禁止情報71〜73が付加され、Node−Bで、バッファリングを禁止するのと同様の動作となる。また、RLCの再送パケットは単独で送信されるため、必ずバッファリング禁止情報を付加する。
次、本発明の他の実施の形態について説明する。図8に示すように、全てのMAC−esパケットにPDCPパケットを復元するために必要なMAC−esパケットの数や、その中でのシーケンス番号を付加しても同様の動作が可能となる。図8では、91〜93で示す部分であり、1/3〜3/3などの情報が付加されており、パケット数が分母の3であり、シーケンス番号が分子の1〜3である。
また、MAC−esパケットがシーケンス番号の順番通りにNode−Bに到着しないシステムでのNode−Bにおける動作を図9および図10に示す。図9の方法では、Node−Bにおいてバッファリング禁止情報が付加されたパケットを受信した場合には(ステップS1,S2で“No”)、バッファリングしてあるパケットのうち、同一フローに属するもので受信パケットよりもシーケンス番号の小さいMAC−esパケットを、全てRNCに送信する(ステップS3)。
そして、バッファリング禁止情報が付加されていないパケットを受信した場合には(ステップS2で“Yes”)、RNCに送信したシーケンス番号を記録しておき、送信済みのパケットよりもシーケンス番号の小さいMAC−esパケットを受信した場合には(ステップS4で“Yes”)、バッファリングをせずにRNCへ送信し(ステップS5)、そうでなければ対応するフローのバッアァに保存する(ステップS6)。
図10の方法では、バッファリング禁止情報が付加されたパケットを受信した場合には(ステップS21,22で“Yes”)、バッファ内にあるパケットのシーケンス番号が受信パケットまで連続していればRNCに送信し(ステップS23で“Yes”,S27)、連続していなければバッファに保存する(ステップS24)。その後のパケット受信によって、バッファ内の禁止情報が付加されたパケットまでシーケンス番号が連続した場合に(ステップS25,26で“Yes”)、それらのパケットをRNCに送信する(ステップS27)。
更に、Node−BでMAC−esパケットをバッファリングできる時間に上限を定め、上限を超えたMAC−esパケットはRNCに送るようにする方法と併用することも考えられる。
上述した移動局や基地局の動作は、予めその動作手順をプログラムとしてROMなどの記録媒体に格納しておき、これをコンピュータにより読み取らせて実行するように構成できるものである。
本発明の実施の形態における上位プロトコルパケットと無線プロトコルデータセグメントとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態の概略システム図である。 本発明の実施の形態に適用されるEUDCHのプロトコルスタックの例を示す図である。 RLCにおけるデータフォーマットの例を示す図である。 移動局での動作を説明するための図である。 基地局での動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にいて、PDCPパケットがMAC−esパケットよりも小さい場合の例を示す図である。 本発明の実施の形態にいて、PDCPパケットを復元するために必要な情報をMAC−esパケットに付加した場合の例を示す図である。 MAC−esパケットがシーケンス番号通りに基地局へ到達しない場合の基地局での動作の一例を示すフローである。 MAC−esパケットがシーケンス番号通りに基地局へ到達しない場合の基地局での動作の他の例を示すフローである。 従来技術を説明する図である。
符号の説明
10,40,70〜73 バッファリング禁止情報
11 移動局(UE)
12 無線基地局(Node−B)
13 無線制御装置(RNC)
14 Iub
121 バッフアリング(バッファ)

Claims (12)

  1. 基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムであって、
    前記移動局において、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する手段と、
    前記基地局において、前記禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する手段と、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する手段と、
    を含むことを特徴とする移動通信システム。
  2. 前記移動局の前記手段は、前記上位プロトコル層におけるデータパケットのサイズに応じて前記禁止情報を付加するセグメントを決定することを特徴とする請求項1記載の移動通信システム。
  3. 前記上位プロトコル層は、無線制御装置におけるプロトコル層であることを特徴とする請求項1または2記載の移動通信システム。
  4. 基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける通信制御方法であって、
    前記移動局において、前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信するステップと、
    前記基地局において、前記禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止するステップと、前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信するステップと、
    を含むことを特徴とする通信制御方法。
  5. 前記移動局の前記ステップは、前記上位プロトコル層におけるデータパケットのサイズに応じて前記禁止情報を付加するセグメントを決定することを特徴とする請求項4記載の通信制御方法。
  6. 前記上位プロトコル層は、無線制御装置におけるプロトコル層であることを特徴とする請求項4または5記載の通信制御方法。
  7. 基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける移動局であって、
    前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する手段を含む特徴とする移動局。
  8. 前記手段は、前記上位プロトコル層におけるデータパケットのサイズに応じて前記禁止情報を付加するセグメントを決定することを特徴とする請求項7記載の移動局。
  9. 移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした基地局であって、
    前記バッファリングを禁止する禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する手段と、
    前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する手段と、
    を含むことを特徴とする基地局。
  10. 前記禁止情報を付加するセグメントは、前記上位プロトコル層におけるデータパケットのサイズに応じて決定されていることを特徴とする請求項8記載の基地局。
  11. 基地局において、移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした移動通信システムにおける移動局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記セグメントのうち予め定められたセグメントに前記バッファリングを禁止する禁止情報を付加して送信する処理を含む特徴とするプログラム。
  12. 移動局からのデータセグメントをバッファリングして上位プロトコル層へのデータパケットを復元するようにした基地局の動作をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記バッファリングを禁止する禁止情報が付加されたセグメントを受信したときに、この受信セグメントのバッファリングを禁止する処理と、
    前記受信セグメントとそれまでバッファリングされたセグメントのうち前記受信セグメントに関連するものとをまとめて前記上位プロトコル層へ送信する処理段と、
    を含むことを特徴とするプログラム。
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