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CN1134186C - 用于避免接入延迟的预定的移动台的上行链路检测 - Google Patents

用于避免接入延迟的预定的移动台的上行链路检测 Download PDF

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CN1134186C CNB008098689A CN00809868A CN1134186C CN 1134186 C CN1134186 C CN 1134186C CN B008098689 A CNB008098689 A CN B008098689A CN 00809868 A CN00809868 A CN 00809868A CN 1134186 C CN1134186 C CN 1134186C
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Abstract

本发明提供了用于减小分组数据传输延迟的方法和系统，包括由基站存储来自第一分组数据事务的与移动台相关的数据。用于启动第二分组数据事务的一个分组从移动台接收到并且基站判断该分组是否已正确接收到。基站将该分组中至少一个字段与存储数据相关。若基站能基于与存储数据的相关识别移动台，基站就预留资源用于随后来自该移动台的分组的传输而不管该分组是否已正确接收到。

Description

用于避免接入延迟的预定的移动台的上行链路检测
发明背景
本发明一般涉及无线通信系统，并且更特定地涉及用来允许移动电话快速建立一个上行链路和下行链路媒体接入控制事务的技术和结构。
商用通信系统的增长和具体的蜂窝无线电话系统的全球爆炸性增长，已经驱使系统设计者寻找能增加系统容量和灵活性而不将通信质量降低到超出用户容忍门限的方法。比如移动呼叫可以电路交换方式、分组交换方式、或它们的某些混合方式被路由。为了呼叫路由的目的，已经越来越多希望将移动蜂窝电话网如GSM网结合和融合到因特网协议(IP)网中去。IP网上的话音呼叫的路由常称为“IP上的话音”，或缩略为VoIP。
可以是面向连接的(如X.25)或IP中的“无连接”的分组交换技术不需要物理连接的建立和拆除，这与电路交换技术有明显差别。这减少数据等待时间并提高信道处理相对较短、突发的或交互性的事务的效率。无连接的分组交换网将路由功能分布到多个路由点，这样可避免使用中央交换集线器时可能会发生的业务流量瓶颈。数据采用适当的端系统寻址进行“分组”然后以独立单元沿数据路径传送。位于通信的端系统之间的中间系统，有时称为“路由器”，基于每个分组判断要采用的最合适的路由。路由判决是基于许多特征的，包括最少代价路由或代价度量；链路容量；等待传输的分组数目；链路的安全要求；以及中间系统(节点)运行状态。
图1A示意了用于经过包含了提供移动端系统(M-ES)、移动数据基站(MDBS)和移动数据中间系统(MD-IS)之间的连接性的分组数据协议的空中链路进行通信的代表性体系结构。下面是图1A中组件和考虑到替代的RF技术时各组件的方法的举例描述。
因特网协议/无连接网络协议(IP/CLNP)是无连接的并在整个传统数据网络业内得到广泛支持的网络协议。这些协议独立于物理层且RF技术改变时它优选地不作改动。
安全管理协议(SMP)提供了经过空中链路接口的安全业务。提供的业务包括数据链路保密、M-ES鉴权、密钥管理、接入控制和算法升级/替换。实现替代的RF技术时SMP应保持不变。
无线电资源管理协议(RRMP)提供对移动单元使用RF资源的管理和控制。RRMP及其相关规程对于AMPS RF基础设施是特定的并需要基于所实施的RF技术而变化。
移动网络注册协议(MNRP)与移动网络定位协议(MNLP)协力用来允许移动端系统进行适当的注册和鉴权。使用替代的RF技术时MNRP应不变。
移动数据链路协议(MDLP)提供MD-IS和M-ES间的有效数据传送。MDLP支持有效的移动系统移动、移动系统能量节省、RF信道资源共享和有效差错恢复。使用替代的RF技术时MDLP应不变。
媒体接入控制(MAC)协议和相关规程控制M-ES用来管理RF信道的共享接入的方法。该协议和功能由替代的RF技术提供。
使用上述协议的演变中的分组数据系统可能支持两种类型的用于分组数据传输的RF信道：分组控制信道(PCCH)和分组业务信道(PTCH)。PCCH可以是点到点或点到多点信道。该信道就是移动台预占的信道(即移动台在那里读广播和寻呼信息并且在那里移动台具有随机接入和保留接入的机会)。另一方面PTCH是点到点、只保留接入的信道。本领域的技术人员可以理解，RF信道可提供分组数据业务或话音业务或者可同时提供分组数据和话音业务。
图1B示意了传统移动台运行于比如图1A示意的协议体系结构中的状态图。一被激活，移动台就选择预占的PCCH。若一个小区中存在多个PCCH，则移动台可依靠如移动台的识别符来选择其中之一。例如，若移动台的识别符的最低有效位是00，则移动台选择一个PCCH；若移动台的识别符的最低有效位是01，则选择另一个PCCH，等等。通过以上述方式选择PCCH，寻呼业务可扩展到所有可用的PCCH。
在移动台为上行链路数据传输而基于争用接入后，或在为下行链路数据传输从网络接收移动终端数据后，网络为了建立一个MAC事务如分组传输的会话，就(经由基站)将移动台调向一个特定的PTCH。一在PTCH上，移动台就进入活动模式101并且网络就为特定的移动台调度资源以完成保留接入模式中的MAC事务。
当移动台已完成MAC事务且通常位于移动台的可配置的非活动定时器到期(一般在1秒的非活动时间后)时，移动台就离开PTCH的保留接入模式，并返回预占在原来的PCCH且最终进入休眠模式103。当移动台处于休眠模式时，移动台通过定期关闭然后打开其收发信机的电源来保存电池寿命，以致PCCH能被基于周期地而非持续地监测到。
在从网络接收到额外的下行链路数据后，若移动台已经进入休眠模式，则为了开始一个下行链路MAC事务，基站将在一个指定时隙寻呼移动台。可替代地，若移动台不处于休眠模式，即仍在PTCH上活动，基站就在下一个可用的保留时隙开始MAC事务。
特定用户的业务，如VoIP，包括保留接入信道上的敏感时间约束。即，连续分组的传输和/或接收当中的时延能对如话音质量有可观察到的和不期望的服务质量(QoS)影响。
对于上行链路MAC事务，连续分组间的延迟可由于移动台必须等待基站调度的下一基于争用的接入机会而引起。移动台也必须等待所请求的基于争用的上行链路接入的响应直到它可利用其所有能力。另外，在基于争用的接入机会之上可能会发生冲突。即，若多个移动台想同时发送MAC请求，则至少其中一个移动台将停止其请求并延迟直至有下一次基于争用的机会。该停止和延迟规程造成连续的MAC事务的延迟存在无法预料的变化。
对于传统的下行链路MAC事务，非活动定时器能使移动台脱离活动模式101并进入休眠模式103。若上一次上行链路或下行链路的活动发生以来的时间已超过一个预定值，即非活动定时器到期，则移动台将进入休眠模式并仅监测其识别符给出的超帧阶段中特定的寻呼时隙。一旦移动台进入休眠模式，到建立下行链路MAC事务的延迟取决于到下一寻呼机会的时间。该延迟可以通过增加休眠模式启动前的非活动定时器的长度来部分地避免。虽然该技术可减少连续分组间的延迟，但它也增大了移动台接收非时间关键应用时间段内电池消耗的速率。此外，对带宽的需求也会增长，这将减少基站的容量。
在创建上行链路MAC事务时，操作者可配置MAC以便大多数上行链路MAC事务被创建为无界限事务。即，来自移动台应用的更多数据可加入来扩展已存在的事务。然而，一旦来自移动台发送缓冲区的数据已经降低到预定值之下，该事务就不再扩展。对于时延敏感应用，或要求高QoS的高级端用户，上述的延迟概率将影响需要发送的下一上行链路数据。
因此，需要一种系统和一种方法，考虑到碰撞概率和时延变化能减轻基于争用的延迟对于上行链路数据的影响。此外，需要一种系统和方法能克服下行链路数据的寻呼延迟而仍然提供合理的电池保存技术且不牺牲延迟响应时间。
对于其他传统系统，如无线局域网(WLAN)，休眠模式用来最小化移动台的无线终端适配器的电池消耗。然而，因为进入和终止休眠模式时较长的反应时间，休眠模式的使用会引入实时应用如VoIP无法接受的延迟。移动台的延迟多数是因为碰撞可能而网络基站的延迟多数是因为寻呼时延，及在进入和退出休眠模式前需要在空中接口上进行的信令传输的时延。因而，需要最小化实时应用期间移动台的电池消耗而且还需要最小化延迟响应时间。
发明概要
本发明能克服本领域内上面认识到的缺点，这是通过提供用于减少分组数据传输时延的方法和系统，包括由基站存储来自第一分组数据事务的与移动台相关联的数据。用于启动第二分组数据事务的一个分组从移动台接收到并且基站判断该分组是否已正确接收到。基站将分组中至少一个字段与存储数据相关。若基站能基于与存储数据的相关识别移动台，基站就预留资源用于随后来自该移动台的分组的传输而不管该分组是否已正确接收到。
附图简述
本发明的上述目的和特征可通过下面参考附图对优选实施方案的描述看得更加清楚，其中：
图1A示意了用于经过空中链路进行通信的协议体系结构；
图1B示意了用于传统移动台的状态图；
图2示意了本发明的基站和移动台间示范信号图；
图3示意了本发明的示范实施方案的移动台的状态图；
图4示意了从移动台传输到基站的示范数据分组；
图5示意了基站和移动台间的示范信号图；并且
图6示意了本发明的基站和移动台间的示范信号图。
发明详述
在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，提出了特定的细节，如特定电路、电路组件、技术等等，以便提供对本发明彻底的理解。然而，本领域内的技术人员可以理解本发明在脱离这些特定细节的其他实施方案中同样可实现。在其他范例中，众所周知的方法、设备和电路的详细描述都省略掉以免模糊本发明的描述。
这里讨论的示范无线通信系统描述为使用时分多址接入(TDMA)协议，即基站与移动终端间的通信在很多时隙中进行。然而，本领域的技术人员可以理解这里公布的概念可在其他协议中使用，包括，但不局限于，频分多址接入(FDMA)、码分多址接入(CDMA)、时分双工(TDD)，或任何上述协议的某些混合方式。
图2示意了本发明的基站与移动台间的示范信号传输图。基站接收到指定传送给移动台的包含严格时间约束220的数据。在本发明的示范实施方案中，基站或移动台基于接收自高层如层1的业务接入点(SAP)数据或附带在指定到移动台的数据上的额外数据，决定对指定到移动台的数据的严格时间约束。可替代地，路由器或其他下层承载体检测到指定传输的数据类型并且若需要的话就向基站通报严格时间约束。
然后通过在PCCH上发送信道重新分配消息222命令移动台调向PTCH，基站建立MAC事务。可替代地，MAC事务可能在PCCH上发生，这取决于PTCH上承载的业务量和指定传输的数据量。在此例中，对MAC事务的PCCH剩余的判决由基站中的调度功能进行。信道重新分配消息222包括：(1)PTCH的频率；(2)使用的FPM的类型；(3)阶段，即使用哪个时隙；(4)进入非确认或确认模式；并且(5)FPM非活动定时器值(T2)。基站使用的快速寻呼模式(FPM)的类型指的是用于移动台接收重新分配消息的上行链路和下行链路MAC事务机会的初始周期性。FPM类型还向移动台显式或隐式地提供关于发送机会的周期作为最后接收到/传输一个分组后的非活动时间的函数变化方式的信息。本领域内的技术人员可以理解这一方案有很多实现方法。比如，重新分配消息中的FPM字段的值可为1-4。其中每个值都映射到移动台的一个存储区域，该区域将包含初始周期和公式或查找表用来计算作为非活动时间函数的可变周期。另外，本领域内的技术人员可以理解重新分配消息之外的其他消息也可以用来通知有FPM特征的移动台。该消息可加在发送给移动台的已存在消息之后或者可显式地发送。
图3示意了用于本发明的示范实施方案的移动台的状态图。一旦接收到包括FPM类型的重新分配消息，该消息表示请求以具有严格时间约束的业务质量(QoS)、基于来自移动台的上行链路数据或来自网络的下行链路数据建立MAC事务，例如它是时延敏感的，则移动台就进入活动模式302。在此示范实施方案中，在活动模式302中，移动台调向分组业务信道(PTCH)去发送和/或接收分组数据。第一非活动定时器(T1)到期时，比如在一秒不活动后，移动台保持在PTCH上并寻求进入FPM306。
为了确保移动台和基站在快速寻呼模式中同步，快速寻呼搜索模式304在进入FPM状态306前就启动。在快速寻呼搜索模式中移动台为了与基站FPM阶段同步而监测下行链路数据。同步移动台FPM和基站FPM的示范方法是要求移动台检测基站发送的预定数目的FPM下行链路信号。同步移动台FPM和基站FPM的另一示范方法是将FPM识别符显式地编码进基站发送的下行链路帧。然后，当移动台在与其FPM类型相关的下行链路突发中读到FPM识别符时，就会与基站同步。
一旦移动台与基站的FPM阶段同步，移动台就进入FPM状态306。对于快速寻呼搜索模式304，若移动台具有将发送到基站的上行链路数据或者若移动台检测到目的地是移动台的数据，则移动台就回到活动模式302。在FPM308中，一旦基站已经调度移动台用于MAC事务，移动台也要回到活动模式302。
在FPM状态中，移动台以FPM类型指示的预定可变周期监测下行链路时隙。然后基站能在预定时隙发送未决的下行链路数据(如果存在)到移动台而不需要花费时间的呼叫规程来建立MAC事务。为了接收来自基站的下行链路数据移动台监测预定FPM时隙。基站使用与移动台相同的预定可变周期，且将调度移动台用于上行链路数据事务，而无需移动台为了建立MAC事务去进行基于争用的接入尝试。移动台或基站能建立随后的MAC事务，这只需要在预定时隙当中简单地发送一个开始帧，该时隙可使用其分配的FPM类型和测量的非活动性指示的可变周期识别。一旦建立了上行链路或下行链路MAC事务，移动台就回到活动模式302。
当移动台处于FPM306中，若FPM非活动定时器(T2)超时307，如30秒后，则移动台将进入传统的休眠模式308。在休眠模式308当中，若移动台检测到请求基于来自移动台的上行链路数据或来自网络的下行链路数据建立MAC事务，然后移动台就再次进入活动模式302。
为响应快速寻呼模式当中基站指示的发送机会而发自移动台的示范数据分组430，示意于图4。数据分组包含分组数据单元(PDU)类型字段432、移动台识别号码(MSID)字段434、移动台能力字段436、调制建议字段438、数据字段440和循环冗余码(CRC)字段442。PDU类型字段432用来识别移动台发送的分组的类型，如开始帧。MSID字段434用来携带预定长度如32比特的唯一码以标识移动台。移动台能力字段436用来向基站指示每帧中移动台能发送和接收的时隙数目。调制建议字段438用来向基站建议移动台使用的优选调制技术，如BPSK或QPSK。数据字段440用来携带来自移动台的净荷数据而CRC字段442是基站用以验证分组430内容的校验和。
图5示意了在FPM中运行的基站与移动台间的示范信号图。基站(BS)已为移动台(MS)保留预定的上行链路和下行链路时隙作为以预定周期传输的机会。当移动台有上行链路数据要发送到基站时，它就在其预定的上行链路时隙发送包含PDU类型字段432表示其为开始帧的分组430(见图4)的信号550。基站使用CRC字段442的值来验证分组中的信息。
若基站无法验证分组中的信息，基站就发送非确认消息552到移动台。在FPM中的下一预定机会，移动台将重发554分组430。若重发后分组得到验证，则基站返回确认消息556、接收第一数据字段440并在活动模式中接收剩余分组(示意为信号558)。
在移动台必须等待直到下一预定机会重发其开始帧时可能会发生通信QoS的下降。然而，在本发明的替代实施方案中，此潜在下降可通过利用分组430的结构来减轻。比如，对给定的移动台，MSID字段434、移动台能力字段436和调制建议字段438中至少一个字段或可能所有字段对于由相同的移动台发送的每个分组都有相同的取值。
因此为了以后通信而预料上述字段，基站可存储这些已知的源于早先与移动台通信(以前的活动模式通信或者移动台进入FPM的请求)的数值。另外，如果基站正预料来自移动台的开始帧(如在FPM当中)，则当移动台发送开始帧时，PDU类型字段432也为基站所知。
本发明利用了基站预料数据字段440前面字段的数值的能力以便基站能将接收到的已知的分组字段数值与以前与移动台通信时存储的数值进行相关。这样，即便CRC失败且数据无法可靠解码时，如果基站能将在来自以前事务的比如字段432、434、436和438的一个或多个字段中接收到的数值相关，则基站可得知特定的移动台企图建立MAC事务。本领域内的技术人员可以认识到基站可对字段432-438的任何组合或部分相关以识别分组的发出者。然而，相关的准确性将取决于相关的比特的数目。
对分组字段进行相关的一个示范方法是逐个比特地比较接收到的数据。若预定数目的比特匹配，则基站可假定两个分组字段都匹配。本领域内的技术人员可以认识到匹配要求的比特百分比取决于系统要求的容限，而该容限比如可以是基于移动台的总数目和/或分组字段的长度。
图6示意了应用上述技术的基站和移动台间的示范信号图。基站(BS)已为移动台(MS)保留了预定的上行链路和下行链路时隙作为以预定周期传输的机会。当移动台有上行链路数据要发送到基站时，它就在其预定的上行链路时隙发送包含PDU类型字段432表示其为开始帧的分组430(见图4)的信号650。基站使用CRC帧442的值来验证分组中的信息。
在本发明的示范实施方案中，若基站无法验证分组中的信息，基站就发送非确认消息652到移动台。然而，这种情况下，因为基站已为移动台保留了此机会，它就假定接收到的通信是来自移动台，即便该数据无法被解码。然后基站力图将MSID、PDU类型、MS能力和调制建议帧(432-438)的存储数值与来自信号650的接收数值相关。如果基站可相关上述数值，则基站调度移动台在活动模式中重发数据，而不是等待接收FPM中另一开始帧。允许移动台进入活动模式而不必在FPM中等待下一保留时隙，这样能减少分组传输的延迟，由此提供较高的QoS。移动台在新调度的时隙重发开始帧信号650而基站以确认信号654确认信号的接收。剩余分组随后在活动模式中被发送和确认(分别由信号660和654表示)。
在本发明的替代实施方案中，移动台发送开始帧来响应来自基站的、包含了指示为移动台调度的上行链路传输机会出现的移动台识别号码的信号。此外，虽然上述实施方案提供时采用FPM作为本发明的示范协议，本领域内的技术人员可以理解本发明可在多种无线通信协议下使用。比如，来自基站的信号可被发送到移动台而移动台处于活动模式、FPM、或休眠模式。
前面已经描述了本发明的原理、优选实施方案和运行模式。然而，本发明不应该被理解为局限于上面讨论的特定实施方案。虽然提供的上述实施方案采用TDMA，但是本领域内的技术人员可以理解本发明也可使用在多种不同协议如CDMA、FDMA、TDD等中的任何协议。因而，上述实施方案应该视为示意性的而非限制性的，并且应该理解到在不偏离下述权利要求所定义的本发明范围的情况下本领域内的技术人员可以对那些实施方案进行修改。

Claims (21)

1.一种用于在无线通信系统中减少分组数据传输延迟的方法，包含以下步骤：
由基站存储来自第一分组数据事务的与移动台相关的数据；
从该移动台接收用于启动第二分组数据事务的分组；
由该基站判断该分组是否已经正确接收到；
将该存储数据与该分组中至少一个字段相关；并且
如果该相关步骤验证该移动台的识别符，该基站就保留资源用于传输来自该移动台的至少一个随后的分组而不管该分组是否已被正确接收到。
2.权利要求1的方法，其中该存储数据的步骤存储一个移动识别号码字段。
3.权利要求1的方法，其中该判断步骤是基于一个校验和数值。
4.权利要求1的方法，其中该保留资源的步骤分配至少一个时隙。
5.权利要求1的方法，其中该接收步骤在快速寻呼模式时隙期间接收该分组。
6.权利要求1的方法，该方法还包含下面步骤：
由该基站发送传输机会消息给该移动台，其中响应于该传输机会消息而接收到来自该移动台的分组。
7.权利要求6的方法，其中该传输步骤在活动模式发送该传输机会消息。
8.权利要求6的方法，其中该传输步骤在快速寻呼模式发送该传输机会消息。
9.权利要求6的方法，其中该传输步骤发送该传输机会消息而该移动台处于休眠模式。
10.一种用于在无线通信系统中减少分组数据的上行链路传输延迟的方法，包含：
在基站中接收分组，该分组包括一个第一部分、一个第二部分和一个分组类型字段；
解码该分组的内容；
基于一个校验和来验证该内容的准确性；
如果所述验证步骤指示在解码步骤中的一个错误，则将该分组的第一部分与一个已存储的部分相比较，其中所述已存储的部分包括来自先前通信的数值；并且
若该第一部分匹配于该已存储的部分，则分配一个时隙用于接收额外分组。
11.权利要求10的方法，其中该第一部分和该存储部分包括一个移动识别号码字段。
12.权利要求10的方法，其中该第一部分和该存储部分包括移动台能力字段和调制建议字段中的至少一个字段。
13.权利要求10的方法，其中该比较步骤将该第一部分和该分组类型字段与该存储部分相比较。
14.权利要求10的方法，其中该分组在第一模式中接收且其中该时隙被分配用于第二模式。
15.权利要求14的方法，其中该第一模式是快速寻呼模式且其中该第二模式是活动模式。
16.权利要求10的方法，其中该第一部分和该存储部分每个都包含预定数目的比特，该比较步骤还包含：
将该第一部分的每个比特都与该第二部分相比较；
若该第一部分和第二部分的相应预定数目的比特匹配，则指示该第一部分匹配该第二部分。
17.一种基站，包含：
用于接收来自移动台的数据分组的收发信机，该数据分组包括一个第一部分、一个第二部分和一个分组类型字段；
用于解码该分组的内容的解码装置；
基于一个校验和来验证该内容的准确性的验证装置；以及
如果所述验证装置指示在解码该分组内容中的一个错误，则将该数据分组的第一部分与一个已存储的部分相比较的处理器，其中所述已存储的部分包括来自先前通信的数值，
其中若该第一部分匹配于该已存储的部分，则该处理器分配一个时隙用于接收额外分组。
18.权利要求17的基站，其中该第一部分和该存储部分比较移动识别号码字段。
19.权利要求17的基站，其中该第一部分和该存储部分比较移动台能力字段和调制建议字段中的至少一个字段。
20.权利要求17的基站，其中该处理器将该分组类型字段和该第一部分与该存储部分相比较。
21.权利要求17的基站，其中该第二部分包括一个校验和。
CNB008098689A 1999-07-02 2000-06-27 用于避免接入延迟的预定的移动台的上行链路检测 Expired - Fee Related CN1134186C (zh)

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