TWI324870B - System and method for data packet transport in hybrid wireless communication system - Google Patents

Description

以 4870 ⑴ 玖、發明說嗎 (發明說明應敘明：备·明所屬之技術領域 '先前技術 '内容、實施方式及圖式簡單說明) 相關申請案 本申請案主張2001年12月14曰申請之美國臨時專利申 請案第60/340,500號，名稱為"在一由CDMA2000無線電存 取網路及GPRS核心網路所構成之無線通信系統中用於資 料封包傳輸之方法及裝置（Method and Apparatus for Data Packet Transport in a Wireless Communication System Consisting of CDMA2000 Radio Access Network and GPRS Core Network)"之權利。 I. 技術領域 本發明概言之係關於一種無線通信系統，且尤其係關於 一種利用一具有一 GSM核心網路之CDMA無線電存取網 路之系統。 II. 先前技術 分碼多重存取（CDMA)係一比其它無線通信技術本就具 有相對較大頻寬容量，也就是，本就允許每一頻道服務更 多的電話呼叫之數位無線技術。甚至，該CDMA展頻原理 本就提供安全的通信。在此併入本文中參考之美國專利案 第4,901,307號提及一用以傳送語音電話及非語音電腦資 料兩者之CDMA系統之詳細内容。 CDMA雖有該等優點，使用其它原理之其它無線系統還 是存在。例如，許多使用全球GSM中，其使用一分時多重 存取方式。 不論是使用CDMA原理或其它無線原理，無線通信系統 (2) (2)1324870 可想成具有二主要元件，即，該無線電存取網路（RAN)及 用以與該RAN及與例如該公眾交換電話網路（psTN)'該網 際網路（尤其是不單是用於資料呼叫）等等之外部系統通 信之核心下層結構《與不同無線技術有關之核心下層結構 在硬體方面及在發展通訊協定之支援特定化、典型地專用 系統的呼叫交換、訂單及伴隨而來的授權及呼叫監視、及 計費方面兩者上可以是非常昂貴的。如果，一無線系統（在 GSM協足及在CDMA例子中之例如cdma2000-lx、IS-41協 定）之通訊協定可能不相容於在一系統或其它系統之核心 下層結構中沒有昂貴高成本修改之另一系統之通訊協定。 從上面揭示中，本發明了解到因為GSM係現存於世界各 處’故可期待能夠使用一 CDMA類之RAN，隨之而來之優 點為其具有一 GSM類之核心下層結構。本發明又進一步了 解到’就上述而言，若未消除更改該GSM核心下層結構之 通訊協定需求時則會極小化該期待性。 本發明之特定焦點係為自一行動台（MS)傳送無語音電 腦資料至一核心下層結構。在一 CDMA系統中，該MS可 以是一電話、膝上型電腦或透過該CDMA無線RAN與一包 含一傳送該資料至例如使用屬於該IS-4 1協定一部分之封 包資料呼叫程序之網際網路之封包資料服務節點（PDSN) 之CDMA核心下層結構通信之其它CDMA裝置。在一 GSM 系統中，該MS透過該GSM RAN傳送數位資料至一 GSM核 心下層結構。直到GSM開始發展所謂的寬頻CDMA，且甚 至其後用於因為頻譜限制而不能使用寬頻CDMA的那些 1324870 (4) CDMA行動台之使用者所選之1P° 在另一觀點中，一用以達成使用一具有一 GSM核心下層 結構之CDMA RAN之方法包含至少下列其中之一：終止自 該CDMA RAN所架構之點對點協定（PPP)並送網際網路協 定（IP)至一 GSM核心下層結構以對應於一與该CDMA RAN通信之CDMA行動台之使用者所選之IP’及/或發出來 自該CDMA行動台之封包資料協定（PDP)文件啟動。 在另一觀點中，用以產生一 PDP文件所需之資料係接收 自一 GSM本地位置登錄器（HLR)使得PDP文件可被建立而 不改變該CDMA標準，尤其是不改變cdma200〇 1 X。 在又一觀點中，一無線數據通信系統包含一 CDMA RAN 、一 GSM核心下層結構及一互連該CDMA RAN及GSM核心 下層結構之交換器。如下進一步所述，該交換器使用 CDMA協定來接收及傳送電腦資料至該CDMA RAN。同時 ，該交換器使用GSM協定來接收及傳送電腦資料至該GSM 核心下層結構。 • · 實施方式 開始參考至圖1，顯示一大體上被指定為1 0之系統，用 以達成通信，尤指在一大體上被指定為12之分碼多重存取 (CDMA)無線電存取網路（ran)及一大體上被指定為14之 GSM核心下層結構之間之電腦數據通信。接著，該GSΜ 核心下層結構1 4可與一例如一如網際網路之IΡ網路1 6之 數據網路通信。 如圖1所示，該CDMA RAN 12支援一或更多基地台 1324870

(5) (BTS)18及行動台（MS)20之間之無線通信。根據習知技術 中所熟知之CDMA原理，該BTS 18可與基地台控制器 (BSC)22通信。圖1所示之較佳CDMA RAN 12使用 cdma2000，特別是使用 cdma2000 lx、cdma2000 3x 或 cdma2000高資料率（HDR)原理。 在一無限制具體實施例中，該行動台20係一由Kyocera 、Sam sung或使用分碼多重存取（CD ΜΑ)原理及CD ΜΑ廣播 (OTA)通信空中介面之其它製造商所製造之行動電話。然 而，本發明施用至例如膝上型電腦、無線手機或電話、資 料收發器或傳呼及位置決定接收器之其它行動台。該行動 台20可如願地手持或攜帶於裝載交通工具（包含轎車、貨 車、小船、飛機、火車）中。然而’在無線通信裝置大致 上被視為行動式時，將了解，本發明可被施用至某些配置 中之"固定式"單元。同時，本發明施用至資料模組或用以 傳送語音及/或包含數位式影音資訊之資料資訊所使用之 數據機，並可與用有線或無線連結之其它裝置通信°又’ 可用指令來讓數據機或模組以一預定配合或關連方式工 作以透過許多通信頻道來傳送資訊。無線通信裝置有時也 稱之為使用者端、行動台、行動單元、用戶單位、行動兴 線電或無線電電話、無線單元或在某些通信系統中只是稱 之為"使用者"及"行動裝置"。 轉至該GSM核心下層結構14。在其它元件中’该GSM 核心下層結構1 4基於電腦數據傳輸目的玎包含一間道 GPRS服務節點（GGSN)24。甚至，該GSM核心下層結構14 -10- 1324870 ⑹ 可包含一包含用於該GSM核心下層結構14之使用者用戶 資料之本地位置登錄器（HLR)26。 一混合式CDMA/GSM交換器28互連該CDMA RAN 12及 該GSM核心下層結構14在所示之較佳具體實施例中’該交 換器28包含一根據該CDMA習知技術所熟知之PDSN操作 使用CDMA協定與該CDMA RAN 12通信之封包資料服務 節點（PDSN)元件30。甚者’該交換器28包含一根據該GSM 習知技術所熟知之SGSN操作使用GSM協定與該GSM核心 下層結構14通信之服務GPRS服務節點（SGSN)元件32»根 據下列揭示，該元件30、32彼此間互相通信，用以達到使 用該CDMA RAN 12與該GSM核心下層結構14而不用修改 該GSM核心下層結構14以使用例如IS-41之CDMA協定’而 非使用它本身現有的協定。 圖2顯示當該MS 20使用者已指示在一電腦資料傳送中 所使用之封包資料協定（PDP)類型變成PPP時於本發明中 所使用之不同使用者平面協定堆疊°將了解’雖然在 CDMA.lx及HDR系統中只有PPP被使用以模擬GSM能力， 但該CDMA致能的MS 20允許該使用者表示為PPP或IP，而 不改變該CDMA標準，尤其是不改變cdma2〇〇〇 lx。然而 ，該系統1 〇使用之本使用輸入係進一步述於下。 第一及第二MS20廣播介面使用者協定堆疊34、36代表 由該MS 20根據習知技術中所熟知之CDMA lx原理所使 用之CDMA廣播介面協定堆疊。為了方便起見，將這些使 用者協定堆疊在此簡述之。如所示，該第一廣播介面使用 1324870

(7) 者協定堆叠34包含一在中繼磨之Rm中繼層協定38及所示 之連結層之PPP 40。在該網路層密封1P 42。上層協定44 可被加至遠IP 42上° 反之，在該中繼層，該第二廣擴介面使用者堆疊36包含 一與該第一堆疊34之Rm中繼層38通信之Rm中繼層46。為 了與^BSC 22通信，該第二廣播介面使用者堆疊36包含 一無線連結48，且在該無線連結48頂部係為一 連結層 協定5〇 » 一在該連結層之L2中繼站使用Um協定以根據習 知技術中所熟知之edma2GGG 1X傳輸至BSC 22。 一 BSC使用者協定堆疊Η使該22與該MS 22通信。 如所示，該BSC協定堆疊54包含一與該第二㈣20廣播介 面堆叠36之無線連結U通信之無線連結56。在該中繼層之 無線連結56頂部係為一 連結磨58。這些協定係由一在 丄冰斗换至適合與一 cdma2000 lx 該連結層之L2中繼站60轉狭王、 PDSN通信之協定。更特別地’與該MS _信之中繼層 協定根據Cdma2〇〇〇 &原理被轉換至一適合的實體層協定 .62、-在該實體層協定62頂上之一…連結層協定“及一 在該中繼層之八㈣…網路層協足66。 該BSC堆疊54之實體磨62係連接至一交換使用堆疊68 ,尤其是連接裘一由該交換器28之PDSN元件3〇所配置之 交換堆疊68之實體層70。根據Cdma2〇〇° 1X原理在該實體 層70頂上係為一對應至該BSC堆整54之八―…連結層協定 64之A_r連結層協定72及一對應至—該BSC堆疊54之 Aauater網路層協定66之Aquater網路層協疋74。 -12- 1324870

⑻ 在該上述中繼層協定頂上，該交換使用者堆疊68在該連 結層包含一 L2中繼及處理層76。該層76轉換/重新格式化 上述CDMA RAN協定成為接下來由該交換器28iSGSN元 件32所配置之GSM協定，在該中繼層依序從上至下為：一 GPRS頻道協定-使用者平面（GTP-U)層78、一合適的使用 者數據元協定（UDP)層8〇、一 IP層82及合適的L2及L1層84 、8 6 〇 該交換器28藉由該GSM協定堆疊與圖1所示之GGSN 24 通信。為了完整，根據習知技術所熟知之習知GSM原理由 該GGSN 24所配置之使用者協定堆疊88包含中繼層，其在 該中繼層中依序從上至下對照該SGSN元件32如下：一 GTP-U層 90、一 UDP層 92、一 IP層 94 及 L2 與 L1 層 96、98。 在該中繼層頂上之連結層係為一密封該網路層之IP 102之PPP層100。正確的上層協定1〇4可被使用。 如上述，在cdma2000 ΐχ行動台使用ppp以密封ip時，在 GSM系統中，該行動台會允許該使用者選擇他或她是否要 使用P P P來密封IP。藉此，該較佳M S 2 0包含例如一.使用 者可藉以指定"IP"做為一 PDP類型之名單選擇或交換器 或其它裝置之一使用者選擇裝置《圖3顯示對那些在該使 用者選擇PPP做為PDP類型時所使用之協定在該MS 20、 BSC22及GGSN24係相同的。另一方面，該交換器28所配 置之使用者協定堆疊106在指定ip做為該PDP類型，對應 於P P P被選擇時所使用之使用者堆疊6 8而言是稍有不同 的。尤其，該使用者協定堆疊1〇6包含一對應至該BSC堆疊 •13- 1324870 (9) 之Aquater連结及網路各層之實體層108及Aquat”連結層110 及Aquater網路層協定112，但在該連結層’圖3所示之交換 堆疊106包含一用以終止來自該CDMA RAN所接收之IP之 密封PPP之PPP層114。用於以其它方式處理之資料，該PPP 層114將來自該GSM核心之任何資料密封於PPP。本方式 中，可選擇一 pDP類型之GSM特性被保留而不修改該 CDMA MS 20以真正地使用PPP除外之任何事物。 一 L2中繼層116接著作用以如前述地轉換上述CDMA RAN協定及GSM協定。從圖3中將了解’該交換器28及 GGSN 24之GTP-U層在選擇IP做為該PDP類型時可存在於 該使用者協定堆疊之連結層，然而這些層在ppp被選擇時 則存在於該中繼層。 在該信號或交換平面所使用之協定堆疊係示於圖4中， 以示於圖5-7之信號訊息流做為不同PDP選擇選項。根據 習知技術所熟知之cdma2000 lx’該MS 20使用一包含一 合適的無線連結122、Um連結層124及資料傳送一直接傳 送應用部分協定（DTAP)l 26之信號協定堆疊120。本信號 堆疊係經由一合適的無線連結1 3 0、Um連結層1 3 2及DTAP 中繼站1 3 4在一行動台側配置於一 B S C信號疊1 2 8。在該行 動台側之DTAP中站1 3 4具有一在該堆疊1 2 8之一核心側之 相對應基地台行動應用部分/直接傳送應用部分（BSMAP/ DTAP)層136。反之，在該堆疊128之行動台側之Um連結 層132對應至一在該堆疊128之核心側之傳輸層138及網路 層1 4 0，而在該行動台側之無線連結1 3 0對應至一在該核心 -14- 1324870 00 172,該交換器28對具有棒記號174之CDMA RAN中所建立 之話務頻道之BSC 22提出一頻道分配要求信號。當在一 CDMA BSC及PDSN間可能會使用到一 CD Μ A核心時，一稱 之為"A 10/A1 1建立"之建立訊息交換接著在該交換器28 之BSC22及PDSN元件30間之棒記號176被執行。 在該A10/A1 1建立交換動作的同時，一 PDP文件產生訊 息交換在該交換器28之SGSN元件32及該GGSN 24之間被 執行，以在具有下述PDP參數之GSM核心下層結構内產生 一呼叫。尤其，在該HLR 26所儲存之使用者描述被使用 ，該描述最好包含PDP位址、服務品質（QoS)參數、用以 識別一使用到之特定網路或服務（也就是GGSN)之存位址 、服務品質（QoS)參數、用以識別一使用到之特定網路或 服務（也就是GGSN)之存取點名稱（APN)及提供該所選 GGSN使用之協定配置參數。 在線記號180，一頻道分配完成訊息接著自該BSC22送 至該交換器28，並在棒記號1 82建立PPP。在棒記號1 84， 使用者電腦資料接著透過該頻道傳送。 圖6假設所需的MS 20描述參數可得自該MS 20 ’以使該 P D P文件可被該M S 2 0啟動。容易使用這點是較佳的但卻 需要根據下面訊息流對該CDMA類的MS 20做修改。圖6 中又假設該p D P係為P P P。 一 cdma2000原始訊息如線記號1 86所從該MS 20被送至 該BSC22。回應之’在線記號188該BSC22回送一確認信 號，且同時在線記號190送給該交換器28—服務要求信號 • 16· 1324870

(12) 。該交換器28根據GSM原理在棒記號192與該HLR26開始 進行包含得到用戶授權之GSM授權。 同時，在棒記號194，該交換器28執行與該MS 20之授 權訊息交換。在線記號196,該交換器28對具有棒記號198 之CDMA RAN中所建立之話務頻道之BSC 22提出一頻道 分配要求信號。一 "A10/A 11建立"接著在該交換器28之 BSC 22及PDSN元件30間之棒記號200被執行。 此處，圖6之訊息排序有稍達反圖5中的訊息排序。甚至 ，在線記號2 0 1，一頻道分配完成訊息接著自該B S C 2 2送 至該交換器2 8。接著，P D P文件啟動係在稱為應用資料遞 送系統（ADDS)之離開CDMA訊息中之線記號2〇2 ’藉由將 圖6所代表之具體實施例中儲存於該MS 20之上述PDP參 數從該MS20送至該交換器28來執行。這些參數包含在圖 6中係假設為該使用者所選擇的"PPP"之PDP類型。這個允 許該MS 2 0在該CDMA空中介面中傳送一 GSM pDP文件啟 動訊息而不需改變該CDMA標準。 在棒記號204，在該GSM核心下層結構14内之PDP文件 接著被建立。一 PDP文件接收訊息係如線記號2 06所示地 從該交換器28傳送至該MS 20 ’以指示在線記號202所啟 動之文件已被接受。在棒記號208建立PPP且在棒記號21〇 使用者資料接著透過該頻道傳送。 圖7假設所需的MS 20描述參數可得自該MS 20，以使該 PDP文件可被該MS 20啟動。然而’不同於圖6例子’圖7 假設該PDP類型會被指定係為IP。 1324870

(13) 一 cdma2000原始訊息如線記號212所示地從該MS 20被 送至該BSC22。回應之，在線記號214該BSC22回送一確 認信號，且同時在線記號2 1 6送給該交換器2 8 —服務要求 信號。該交換器28根據GSM原理在棒記號218與該HLR26 開始進行包含得到用戶授權之G s M授權。 同時，在棒記號220，該交換器28執行與該MS 20之授 權訊息交換。在線記號222，該交換器2 8對具有棒記號224 之CDMA RAN中所建立之話務頻道之BSC 22提出一頻道 分配要求信號。一 "A10/A11建立•，接著在該BSC22及該交 換器28之PDSN元件30間之棒記號226被執行。 在線記號228，一頻道分配完成訊息接著自該BSC 22送 至該交換器28。接著，PDP文件啟動係在線記號230’藉 由將圖7所代表之具體實施例中儲存於該MS 20之上述 PDP參數從該MS 20送至該交換器28來執行。這些參數包 含在圖7中係假設為該使用者所選擇的"IP”之PDP類型° 在棒記號234’在該GSM核心下層結構14内之PDP文件 接著被建立。一 ppp文件接收訊息係如線記號236所示地 從交換器28傳送至該MS 20，以指示該文件已被接受°在 棒記號23 8建立PPP但根據上面所揭示地只建立於該MS 20及該交換器28之間。這是因為如同回憶’當”IP"被選擇 時，來自該MS20之PPP係終止於該交換器20(反之，來自 該GSM核心下層结構14之1P在送至該MS 20之前先以PPP 密封）。在棒記號240使用者資料接著透過該頻道傳送。 如在此所示及詳述之本發明在混合式無線通信系統中 -18· 1324870 (14) 供資料封包傳送之系統及方法係可完全達成本發明上述 目的，將了解本發明之較佳具體實施例並藉此代表本發明 深思熟慮之主題，本發明範圍完全涵蓋對那些熟知此項技 術之人士可能為顯而易見之其它具體實施例，以及本發明 範圍係據以受限於後附申請專利範圍，其中參考至一個元 件除非另有明確陳述，並不意謂” 一及只有一個"，而是代 表''一或更多個"。已知或稍後那些熟知此項技術之人士所 熟知之等效於上述較佳具體實施例之元件之所有結構及 功能在此一併整合參考之並想要涵蓋於本申請專利範圍 。甚至，用於一裝置或方法不需強調本發明要解決之每一 個及各別問題，因它將由本申請專利範圍所蓋。更進一步 ，本揭示中沒有元件、成分或方法步驟係專指大眾，與元 件、成分或方法步驟是否明確述於該申請專利範圍中無關 。在此沒有專利項元件係根具條款3 5 U . S . C . & 1 1 2之第6 段來架構，除非元件使用子句”用於…之裝置”來表達描述 或在一方法專利項例子中，該元件係描述為一替代一”動 作”之”步驟"。 圖式簡單說明 有關本發明結構及操作兩者之細節可在參考附圖中得 到最好的了解，其中類似參考號參考至類似零件，且其中： 圖1係一使用一 CDMA無線電存取網路及一 GSM核心下 層結構以達成資料傳送之本發明系統方塊圖； 圖2係一顯示當該行動台使用者選擇點對點協定（PPP) 時之使用者平面協定示意圖； 1324870 (15) 圖3係一顯示當該行動台使用者選擇網際網路協定（IP) 時之使用者平面協定示意圖； 圖4係一顯示用於交換器控制之信號協定示意圖； 圖5係一顯示當該PDP文件係根據一存於該本地位置登 錄器（HLR)之架構產生且以圖中從頂部到底部按時間先 後儲存之訊息來標示PPP時所使用之信號訊息示意圖；

圖6係一顯示當該P D P文件係根據來自該行動台本身之 訊息所產生之PDP文件及以圖中從頂部到底部按時間先 後儲存之訊息來標示PPP時所使用之信號訊息示意圖；及 圖7係一顯示當P D P文件係根據該行動台本身所標示之 架構而產生之PDP文件以及圖中從頂部到底部按時間先 後儲存之訊息來標示IP時所使用之信號訊息示意圖。 圖式代表符號說明

10 系統 12 分碼多重存取無線電取網路 14 GSM核心下層結構 16 IP網路 18 基地台 20 行動台 22 基地台控制器 24 閘道GPRS服務節點 26 本地位置登錄器 28 混合式CDMA/GSM交換器 30 封包資料服務節點 -20- 1324870 (17) 138 傳輸層 146 交換信號協定堆疊 150 GPRS頻道協定-信號元件 152 GTP-S 層 160 GGSN信號堆疊 mmmm -22-

Claims (1)

1324870 勿年eEl疹正替換頁 第091136118號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(97年1〇月） 拾、申請專利範圍 1. 一種用以支极無線通信之交換器，包括： 一與使用CDMA協定之一分碼多重存取（CdmA)無 線電存取網路（RAN)通信之封包資料服務節點（PdsN) 元件；及 一與使用GSM協定之一 GSM核心下層結構通信之 第二元件’該封包資料服務節點（PDSN)元件及第二元 件彼此間互相通信，藉此達成該 CDMA RAN配合該 GSM核心下層結構之使用。 2. 如申請專利範圍第1項之交換器，其中該第二元件係為 一服務GPRS服務節點（SGSN) » 3. 如申請專利範圍第2項之交換器，其中該SGSN元件與 一閘道GPRS服務節點（GGSN)通信。 4. 如申請專利範圍第1項之交換器，其中該PDSN元件與 一 CDMA基地台控制器（BSC)通信。 5. 如申請專利範圍第1項之交換器’其中該交換器在該 CDMA RAN及GSM核心下層結構之間傳送電腦資料。 6·如申請專利範圍第1項之交換器’其中該交換器終止來 自該CDMA RAN所架構之點對點協定（PPP)並送網際 網路協定（IP)至一 GSM核心下層結構以回應於一與該 CDMA RAN通信之CDMA行動台之使用者所選之1P° 7. —種無線數據通信系統，包括： 一 CDMA RAN ; 1324870 麟 ·…........... - ·： #.申，夢利《園縯μ GSM核心下層結構； 互連該CDMA RAN及Gsm核心下層結構之至少一 交換器，該交換器對該CDMA RAN接收及傳送使用 CDMA協定之電腦資料，該交換器對該GSM核心下層 結構接收及傳送使用GSM協定之電腦資料，其中該交 換器包含一與該CDMA RAN通信之封包資料服務節 點（PDSN)元件及一與該 GSM核心下層結構通信之服 務GPRS服務節點（SGSN)元件。

8. 如申請專利範圍第7項之系統，進一步包括與該SGSN元 件通信之至少一閘道GPRS服務節點（GGSN)。 9. 如申請專利範圍第7項之系統，進一步包括與該PDSN元 件通信之至少一 CDMA基地台控制器（BSC) ° 1 〇.如申請專利範圍第7項之系統，其中該交換器終止來自 該CDMA RAN所架構之點對點協定（ppp)並送網際網 路協定（IP)至該GSM核心下層結構以回應於一與該 CDMA RAN通信之CDMA行動台之使用者所選之1P °

11. 一種用以支援無線通信之交換器’包括： 一與使用CDMA協定之一分碼多重存取（CDMA)無 線電存取網路通信並介接之第一元件；及 一服務GPRS節點（SGSN)元件’其與之使用GSM協 定之一 GSM核心下層結構通信並介接，該第一及 SGSN元件相互通信並介接，藉此達成該CDMA RAN 配合該G S Μ核心下層結構之使用。 -2-