-
Die
Erfindung betrifft eine Mobilfunkeinrichtung, eine Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
sowie ein Verfahren zum Auslesen von Daten aus einer Mehrzahl von
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern.
-
Eine
solche Mobilfunkeinrichtung, eine solche Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
sowie ein solches Verfahren sind im Rahmen des Mobilfunksystems
als UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) bekannt.
-
Ein
UMTS-Mobilfunksystem weist üblicherweise
ein Kernnetzwerk (Core Network, CN), ein Mobilfunk-Zugangsnetzwerk
(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN) sowie eine Vielzahl
von Mobilfunk-Endgeräten
(User Equipment, UE) auf. Gemäß UMTS ist
ein Übertragungsmodus
vorgesehen, bezeichnet als FDD-Modus
(Frequency Division Duplex), in dessen Rahmen eine getrennte Signalübertragung
in Uplink-Richtung (Uplink-Richtung – auch bezeichnet
als Aufwärtsstrecke – bezeichnet
eine Signalübertragungsrichtung
von einem Mobilfunk-Endgerät
zu einer jeweiligen Basisstation in dem Mobilfunk-Zugangsnetzwerk)
und in Downlink-Richtung (Downlink-Richtung – auch bezeichnet als Abwärtsstrecke – bezeichnet
eine Signalübertragungsrichtung
von einer jeweils dem Mobilfunk-Endgerät zugeordneten
Basisstation in dem Mobilfunk-Zugangsnetzwerk
zu dem Mobilfunk-Endgerät)
erfolgt durch eine separate Zuweisung von Frequenzen oder Frequenzbereichen.
-
Zur Übertragung
von Daten zwischen einem Mobilfunk-Endgerät und einer jeweiligen Basisstation
einer Mobilfunkzelle ist gemäß UMTS eine
Luftschnittstelle definiert, welche in drei Protokollschichten gegliedert ist.
Eine Übersicht
sowie eine detaillierte Beschreibung der Luftschnittstellen-Protokollschichten
gemäß UMTS sind
in [1] zu finden.
-
Eine
der drei Protokollschichten der UMTS-Luftschnittstelle, ist als
Radio Resource Control (RRC)-Protokollschicht bekannt. Das RRC-Protokoll
bzw. die RRC-Protokollschicht ist für den Aufbau und den Abbau
sowie für
die (Um-)Konfiguration von physikalischen Kanälen, Transportkanälen, logischen
Kanälen,
Signalling Radio Bearers und Radio Bearers, sowie für das Aushandeln
aller Parameter der Protokollschichten der Schicht 1 und Schicht
2 gemäß UMTS verantwortlich.
Hierzu tauschen die Einheiten der RRC-Schicht im Mobilfunk-Endgerät und Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit über die
Signalling Radio Bearers entsprechende RRC-Nachrichten aus, wie
in [3] beschrieben.
-
Zum
Zweck des Managements, allgemein der Verwaltung von Mobilfunk-Senderessourcen
in dem Mobilfunk-Endgerät
im Rahmen der Uplink-Paketdatenübertragung
ist es bekannt, dass das Mobilfunk-Endgerät einer Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
(Radio Network Controller, RNC) auf Ebene der RRC-Protokollschicht
Information über
das Datenverkehrsaufkommen in einem Transportkanal mitteilt. Dies
erfolgt mittels so genannter Measurement-Report-Nachrichten. In
diesem Zusammenhang werden, wie in der folgenden Tabelle 1 dargestellt,
der aktuell zuständigen
Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
Datenpufferspeicher-Füllstände, d.h. der
Füllstand
der Datenpufferspeicher der RLC-Einheiten, für den betreffenden Transportkanal
angezeigt. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass gemäß [3] der
Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
auf RRC-Schichtebene übermittelt
wird, wie viele zu übertragende
Daten sich aktuell in den Pufferspeichern der RLC-Einheiten des jeweiligen
Mobilfunk-Endgeräts befinden.
-
Unter
Mobilfunk-Senderessourcen sind in diesem Zusammenhang insbesondere
die Sendeleistung des Mobilfunk-Endgeräts, die Anzahl sowie der Spreizfaktor
der zugewiesenen CDMA-Codes zu verstehen.
-
Tabelle
1 zeigt ein Beispiel einer solchen Messergebnis-Liste, wie sie in [3] beschrieben ist:
Tabelle
1
-
Mit
Hilfe dieser Informationen kann die Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit entsprechende
Konfigurationen des Mobilfunk-Endgeräts vornehmen,
um beispielsweise die nutzbaren Transportformate eines Mobilfunk-Endgerätes einzuschränken bzw.
zu erhöhen
oder ein Handover zu einer anderen Mobilfunk-Zelle, eine Rekonfiguration der dedizierten
physikalischen Kanäle
oder einen RRC-Zustandswechsel, insbesondere von einem ersten RRC-Zustand
CELL_DCH zu einem zweiten RRC-Zustand CELL_FACH durchzuführen.
-
Die
in Tabelle 1 dargestellten Messergebnis-Liste wird somit von einer
RRC-Einheit in dem Mobilfunk-Endgerät an die RRC-Einheit in der korrespondieren
Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
gesendet und pro Radio Bearer (RB) wird der jeweilige RLC-Datenpufferspeicher-Füllstand
angezeigt.
-
In
dem Standardisierungsgremium 3GPP (3rd Generation Partnership Project)
wird derzeit, wie in [2] beschrieben, an der Verbesserung der Paketdatenübertragung über dedizierte
Transportkanäle
der Aufwärtsstrecke,
d.h. für
die Uplink-Richtung
bei der UMTS-Luftschnittstelle für
den FDD-Modus, hinsichtlich der Erhöhung des Datendurchsatzes und
der Übertragungsgeschwindigkeit
gearbeitet. Zur besseren Abgrenzung gegenüber dem bereits existierenden
dedizierten Transportkanal DCH wurde hierzu ein neuer dedizierter
Transportkanal mit der Bezeichnung Enhanced Dedicated Channel (E-DCH)
eingeführt.
Die wesentlichen Eigenschaften dieses neuen Transportkanals beinhalten
die Anwendung eines Hybrid Automatic Repeat Request-Verfahrens (HARQ-Verfahren)
basierend auf den N-channel Stop&Wait-Verfahren,
ein von der Basisstation, bei UMTS auch als NodeB bezeichnet, kontrolliertes
Scheduling sowie Rahmenlängen
von kleiner oder gleich 10 ms.
-
Beim
N-channel Stop&Wait-HARQ-Verfahren
handelt es sich um ein Übertragungssicherungsverfahren,
bei dem einem Mobilfunk-Endgerät eine Anzahl
von N sog. HARQ-Prozessen konfiguriert wird, wobei ein HARQ-Prozess
jeweils eine Instanz des Stop&Wait-Verfahrens
darstellt. Pro HARQ-Prozess werden die Daten zum Netzwerk gesendet
und solange zwischengespeichert, bis vom Netzwerk eine Bestätigung über korrekt empfangene
Daten (Acknowledgement, ACK) empfangen wird. Andernfalls, d.h. im
Fall nicht korrekt empfangener Daten (Negative Acknowledgement,
NACK), werden die Daten zum Netzwerk wiederholt gesendet.
-
Beim
NodeB kontrollierten Scheduling handelt es sich um ein Verfahren,
bei dem das Scheduling im Mobilfunk-Endgerät, d.h. die Auswahl eines passenden
Transportformats aus einer Menge von definierten Transportformaten
für den
E-DCH Transportkanal, derart kontrolliert wird, dass die NodeB in Abhängigkeit
von der Verkehrssituation in der jeweiligen Funkzelle einem Mobilfunk-Endgerät die Nutzung
von Transportformaten aus der Menge von definierten Transportformaten
für den
E-DCH Transportkanal temporär
einschränken oder
erweitern kann.
-
Es
wurde jedoch bisher noch nicht darüber entschieden, wie im Detail
die Daten über
den neuen Transportkanal E-DCH über
die UMTS-Luftschnittstelle übertragen
werden sollen. Eine mögliche
Lösung
besteht darin, die Daten entsprechend ihrer Prioritäten auf
verschiedene Datenpufferspeicher, so genannten Priority Queues (PQ),
aufzuteilen, die daraufhin entsprechend ihrer Wichtigkeit, d.h.
ihrer Priorität,
bevorzugt oder weniger bevorzugt abgearbeitet und damit übertragen
werden.
-
Wie
oben dargelegt, wird ein Übertragungssicherungsverfahren
(HARQ-Verfahren) angewendet, bei dem das Netzwerk dem Mobilfunk-Endgerät eine Bestätigung über korrekt
bzw. nicht korrekt empfangene Daten sendet. Auch für diese
Funktion beinhaltet das Mobilfunk-Endgerät verschiedene Datenpufferspeicher,
um die Daten bis zur Bestätigung
des korrekten Empfangs zwischenzuspeichern.
-
Beide
Funktionen werden innerhalb der MAC-Protokollschicht in der neu
vorgesehenen Teil-Protokollschicht, d.h. einer so genannten Medium
Access Control Enhanced Uplink (MAC-e)-Entität ausgeführt, die sowohl endgeräteseitig
als auch netzwerkseitig vorhanden, d.h. implementiert ist. Netzwerkseitig
befindet sich die das Kommunikationsprotokoll gemäß MAC-e
durchführende
Entität
in der NodeB, d.h. in der UMTS-Basisstation.
-
Insbesondere
ist es möglich,
dass ein Fall auftritt, dass niedriger priorisierte Daten eventuell
eine sehr lange Zeit nicht übertragen
werden können,
wenn in der höher
priorisierten Priority Queue der MAC-e-Teilschicht ständig Daten
zur Übertragung
zwischengespeichert sind und zur Übertragung anstehen. In diesem Fall
kann es auf diesen Priority Queues zu Überlastsituationen kommen,
so dass im ungünstigsten
Fall die jeweilige Quality-of-Service-Anforderung bestimmter Dienste nicht
sichergestellt werden kann.
-
Ferner
ist ein so genanntes Weighted Fair Queueing (WFQ)-Verfahren bekannt
zur Priorisierung von zu übertragenden
Datenpaketen. Die Datenpakete können
einzelnen Warteschlangen zugewiesen und gewichtet werden. In diesem
Zusammenhang ist es bekannt, Datenpakete von einem Datenstrom mit
niedriger benötigter
Datenrate höher
zu gewichten und kleinere Datenpakete, verglichen mit längeren Frames,
ebenfalls höher
zu gewichten.
-
Der
Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Mobilfunkeinrichtung,
eine Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit sowie ein Verfahren zum Auslesen
von Daten aus einer Mehrzahl von Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
anzugeben, bei dem auf einfache Weise gewährleistet werden kann, dass
alle zu übertragenden
Daten übertragen
werden und dennoch eine Priorisierung der Daten im Rahmen der Datenübertragung
beim Auslesen aus den Datensicherungsschicht-Pufferspeichern der
Mobilfunkeinrichtung ermöglicht
ist.
-
Das
Problem wird durch die Mobilfunkeinrichtung, durch die Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
sowie durch das Verfahren zum Auslesen von Daten aus einer Mehrzahl
von Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern mit den Merkmalen
gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
-
Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Eine
Mobilfunkeinrichtung weist mindestens eine Datensicherungsschicht-Einheit
auf, welche die unterschiedlichen jeweils in der Mobilfunkeinrichtung
vorgesehenen und implementierten Protokolle der Datensicherungsschicht
gemäß dem in
der Mobilfunkeinrichtung jeweils implementierten Protokollstapel
durchführt. Ferner
sind eine Mehrzahl von Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern vorgesehen,
welche der mindestens einen Datensicherungsschicht-Einheit zugeordnet
sind.
-
Eine
Datensicherungsschicht weist in diesem Zusammenhang beispielsweise
für den
Fall, dass die Mobilfunkeinrichtung zur Kommunikation gemäß dem UMTS-Kommunikationsstandard
eingerichtet ist, eine oder mehrere der folgenden Teilschichten
auf:
- • Funkverbindungs-Steuerungsschicht
(Radio Link Control Layer, RLC),
- • Paketdaten-Konvergierungs-Protokollschicht
(Packet Data Convergence Protocol Layer, PDCP),
- • Broadcast/Multicast-Steuerungsschicht
(Broadcast/Multicast Control Layer, BMC),
- • Medium-Zugriffs-Steuerungsschicht
(Medium Access Control Layer, MAC).
-
Ferner
ist in der Mobilfunkeinrichtung ein Gewichtungsspeicher vorgesehen,
in welchem Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche gespeichert
sind, wobei jeweils ein Gewichtungswert und/oder ein Gewichtungswertebereich
einem der Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher
zugeordnet ist. Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass zumindest ein Gewichtungswert und/oder ein Gewichtungswertebereich
jedem der im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zum Auslesen
der Datenpufferspeicher berücksichtigten
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher
zugeordnet sind/ist.
-
In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Erfindung sowohl auf
alle als auch jeweils nur auf eine oder mehrere Teilschichten der
Datensicherungsschicht mit beispielsweise den oben genannten Teilschichten
oder auch den im Folgenden beschriebenen Teilschichten der Medium-Zugriffs-Steuerungsschicht angewendet
werden kann. Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass in jeder Teilschicht einzeln oder in allen Teilschichten
gemeinsam den in der jeweiligen Teilschicht vorgesehenen Pufferspeichern
jeweils ein Gewichtungswert und/oder ein Gewichtungswertebereich
zugeordnet sein kann.
-
Weiterhin
ist eine Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher-Ausleseeinrichtung vorgesehen, welche
derart eingerichtet ist, dass sie die in den Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
zwischengespeicherten Daten gemäß einer
durch die Prioritäten
angegebenen Reihenfolge aus den Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
ausliest. Mit den Gewichtungswerten und/oder Gewichtungswertebereichen wird
jeweils ein Anteil der insgesamt zur Datenübertragung verfügbaren Datenübertragungsbandbreite
angegeben, welche jeweils zum Auslesen der in dem jeweiligen Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher gespeicherten
Daten allokiert, d.h. reserviert wird.
-
Im
Rahmen dieser Beschreibung ist unter einer einer Priority Queue
zugeordneten Priorität
die relative oder absolute Bedeutung der in dem Pufferspeicher der
jeweiligen Priority Queue zwischengespeicherten Daten zu verstehen.
-
Unter
einem Gewichtungswert ist im Rahmen dieser Beschreibung eine Angabe
einer Datenübertragungsbandbreite
zu verstehen, welche jeweils zum Auslesen der in dem jeweiligen
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher gespeicherten Daten
allokiert werden soll, anders ausgedrückt, reserviert werden soll.
-
Unter
einem Gewichtungswertebereich ist im Rahmen dieser Beschreibung
eine Angabe eines Intervalls einer Datenübertragungsbandbreite zu verstehen,
innerhalb der die jeweils zum Auslesen der in dem jeweiligen Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher
gespeicherten Daten zu allokierende Datenübertragungsbandbreite zulässig gewählt werden
kann.
-
In
einer Mobilfunkeinrichtung, welche vorzugsweise als Mobilfunk-Basisstation
eingerichtet ist, beispielsweise in dem zellularen Mobilfunksystem
UMTS als NodeB bezeichnet, ist ebenfalls mindestens eine Datensicherungsschicht-Einheit
vorgesehen. Ferner ist ein Gewichtungsspeicher vorgesehen, in welchem
Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche gespeichert sind,
wobei mit den Gewichtungswerten und/oder mit den Gewichtungswertebereichen
jeweils ein Anteil der insgesamt zur Datenübertragung einer anderen Mobilfunkeinrichtung,
vorzugsweise einem Mobilfunk-Endgerät, verfügbaren Datenübertragungsbandbreite
angegeben wird, welche jeweils zum Auslesen der in den jeweiligen
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern gespeicherten Daten
in der anderen Mobilfunkeinrichtung allokiert, anschaulich reserviert, werden
soll. Ferner ist eine Gewichtungs-Übertragungseinrichtung vorgesehen,
welche eingerichtet ist zum Übertragen
der Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche zu der anderen
Mobilfunkeinrichtung.
-
Eine
Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit weist ebenfalls einen Gewichtungsspeicher
auf, in welchem Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche
gespeichert sind, wobei mit den Gewichtungswerten und/oder den Gewichtrungswertebereichen
jeweils ein Anteil der insgesamt zur Datenübertragung einer anderen Mobilfunkeinrichtung
zu verwendende Datenübertragungsbandbreite
angegeben wird, welche jeweils zum Auslesen der in dem jeweiligen
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher
in der anderen Mobilfunkeinrichtung gespeicherten Daten allokiert
werden soll. Ferner ist eine Gewichtungs-Übertragungseinrichtung vorgesehen,
welche eingerichtet ist zum Übertragen
der Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche zu der anderen
Mobilfunkeinrichtung.
-
Bei
einem Verfahren zum Auslesen von Daten aus einer Mehrzahl von Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern,
welche mindestens einer Datensicherungsschicht-Einheit zugeordnet
sind, werden in einer Mobilfunkeinrichtung die folgenden Schritte
durchgeführt:
Jedem
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher wird ein Gewichtungswert
und/oder Gewichtungswertebereich zugeordnet.
-
Die
in den Pufferspeichern zwischengespeicherten Daten werden gemäß einer
durch die Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche angegebenen
Reihenfolge ausgelesen, wobei mit den Gewichtungswerten und/oder
den Gewichtungswertebereichen jeweils ein Anteil der insgesamt zur
Datenübertragung
verfügbaren
Datenübertragungsbandbreite
angegeben wird, welche jeweils zum Auslesen der in dem jeweiligen
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher gespeicherten Daten
allokiert wird.
-
Die
jeweils zugeordneten Datenübertragungsbandbreiten
sind vorzugsweise immer größer Null.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es in dem Fall, in dem
temporär
keine Daten eines bestimmten Service übertragen werden vorgesehen,
dass der Mobilfunkeinrichtung von dem Netzwerk eventuell temporär eine Datenübertragungsbandbreite
gleich Null Hz für
einen bestimmten Datenpufferspeicher zugeordnet werden kann.
-
In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher einer
oder mehrerer Teil-Protokollschichten und/oder der Gewichtungsspeicher
als ein gemeinsamer Speicher mit jeweils den unterschiedlichen Speichern
logisch zugeordneten Speicherbereichen eingerichtet sein können oder
auch als separate Speicher.
-
Anschaulich
kann die Erfindung darin gesehen werden, dass aufgrund der Allokation
einer definierten Datenübertragungsbandbreite
von vorzugsweise jeweils größer Null
Hz für
jeden Pufferspeicher, in welchen Daten zwischengespeichert sind
und aus welchem Pufferspeicher Daten ausgelesen werden, gewährleistet ist,
dass tatsächlich
aus allen Pufferspeichern Daten ausgelesen und dem Übertragungsmedium,
d.h. in diesem Fall vorzugsweise der oder den Einheiten der physikalischen
Schicht und damit dem physikalischen Übertragungsmedium, insbesondere
einer Funkschnittstelle, zugeführt
werden.
-
Somit
ist ausgeschlossen, dass Daten, welche einem Datenpufferspeicher
mit sehr niedriger Priorisierung zwischengespeichert werden, überhaupt
nicht oder nur erheblich verzögert
an eine andere Mobilfunkeinrichtung übertragen werden.
-
Insbesondere
eignet sich der Einsatz des Verfahrens zur Steuerung des Auslesens
der Pufferspeicher der Datensicherungsschicht für den Einsatz in einem Mobilfunk-Endgerät, wobei
die Gewichtungswertebereiche bzw. die Gewichtungswerte vorzugsweise
von dem UTRAN, besonders bevorzugt durch eine Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
und/oder durch die UMTS-Basisstation vorgegeben werden.
-
Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Datensicherungsschicht-Einheit
als eine der folgenden Einheiten- ausgebildet :
- • Funkverbindungs-Steuerungseinheit
(Ressource Link Control, RLC),
- • Paketdaten-Konvergierungs-Protokolleinheit
(Packet Data Convergence Protocol, PDCP),
- • Broadcast/Multicast-Steuerungseinheit
(Broadcast/Multicast Control, BMC).
-
Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Datensicherungsschicht-Einheit
als eine Medium-Zugriffs-Steuerungseinheit ausgebildet, wobei die
Medium-Zugriffs-Steuerungseinheit als eine Einheit in einer der
folgenden Teil-Protokollschichten der Medium-Zugriffs-Steuerungsschicht
eingerichtet sein kann:
- • Medium-Zugriffs-Steuerungs-d-Teil-Protokollschicht
(MAC dedicated Layer),
- • Medium-Zugriffs-Steuerungs-c/sh-Teil-Protokollschicht
(MAC control/shared),
- • Medium-Zugriffs-Steuerungs-b-Teil-Protokollschicht
(MAC broadcast), und/oder
- • Medium-Zugriffs-Steuerungs-e-Teil-Protokollschicht
(MAC enhanced uplink).
-
Insbesondere
in dem Fall, in dem die Datensicherungsschicht-Einheit als eine Medium-Zugriffs-Steuerungs-e-Einheit
eingerichtet ist, weist sie eine Medium-Zugriffs-Sub-Steuerungseinheit
sowie eine Automatic-Repeat-Request-Steuerungseinheit auf. Zumindest ein
Teil der Mehrzahl von Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
sind als Medium-Zugriffs-Steuerungs-Pufferspeicher eingerichtet,
in welchen die Daten zwischengespeichert werden. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass die Pufferspeicher in der Einheit zum Aufteilen der Daten
auf die einzelnen unterschiedlich priorisierten Datenpufferspeicher
der MAC-e-Protokollschicht
vorgesehen sind und/oder als die Pufferspeicher der ARQ-Prozesse
in der MAC-e-Protokolleinheit.
-
Die
Automatic-Repeat-Request-Steuerungseinheit ist vorzugsweise wie
gemäß MAC-e
eingerichtet zum Durchführen
eines Hybrid-Automatic-Repeat-Request-Verfahrens (HARQ-Verfahren).
-
Ferner
ist bevorzugt ein Transportformat-Speicher vorgesehen, in welchem
Transportformate gespeichert sind, wobei jedes Transportformat Datenübertragungscharakteristika
enthält,
welche zur Datenübertragung
gemäß einem
jeweiligen Transportformat verwendet werden. Anders ausgedrückt bedeutet
dies, dass in jedem Transportformat die Steuerungsparameter zum
Einstellen der jeweils in der Medium-Zugriff-Steuerungs-Schicht verwendeten
Parameter zur Abbildung der zu übertragenden
Daten auf die Transportkanäle, welche
zur Datenübertragung
in der physikalischen Schicht verwendet werden, enthalten sind,
beispielsweise die Blockgröße, die
Anzahl von Blöcken
in einem Satz von Blöcken
sowie eine Angabe des Übertragungszeitintervalls
(Transmission Time Interval, TTI).
-
In
der jeweiligen Datensicherungsschicht, vorzugsweise in der MAC-e-Teil-Protokollschicht
ist ferner gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung eine Transportformat-Auswahleinheit zum Auswählen eines
oder mehrerer Transportformate aus einer Menge vorgegebener zur
Datenübertragung
zulässiger
Transportformate vorgesehen.
-
Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Gewichtungs-Einstelleinheit
zum Vorgeben der Gewichtungswerte und/oder der Gewichtungswertebereiche
gemäß einer
zur Datenübertragung
jeweils verwendeten Dienstqualität,
anders ausgedrückt
beispielsweise gemäß einer
im Rahmen des jeweiligen Mobilfunksystems zur Datenübertragung
vorgesehenen und durch die jeweiligen bereitgestellten Dienstqualitäten charakterisierten
Transportverkehrsklassen, vorgesehen. Auf diese Weise wird eine
besonders einfache und effiziente Abarbeitung der Daten in den Datensicherungsschicht- Pufferspeichern sowie
eine einfache und verlässliche
Signalisierung der jeweiligen Gewichtung der Pufferspeicher erreicht
unter Gewährleistung
einer vollständigen
und rechtzeitigen Übertragung
der in den jeweiligen Pufferspeichern zwischengespeicherten Daten
gemäß der den
Daten jeweils zugeordneten Priorisierung.
-
Die
Gewichtungs-Einstelleinheit ist bevorzugt derart eingerichtet, dass
sie Gewichtungswerte vorgibt, welche innerhalb eines jeweiligen
Gewichtungswertebereichs liegen. Auf diese Weise kann die Gewichtungs-Einstelleinheit
und damit die Mobilfunkeinrichtung flexibel den jeweils berücksichtigten
Pufferspeichern unterschiedliche Gewichtungswerte und damit unterschiedliche
Datenübertragungsbandbreiten
zuordnen, wobei durch Vorgabe der jeweiligen Gewichtungswertebereiche
und damit verbunden durch Vorgabe der jeweiligen Datenübertragungsbandbreitenbereiche
eine Optimierung des Auslesens und damit der Datenübertragung
von der Mobilfunkeinrichtung zu beispielsweise einer Mobilfunk-Basisstation ermöglicht ist.
-
Ferner
ist gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung eine Sende-Steuerungseinrichtung,
bevorzugt eingerichtet gemäß dem Radio
Ressource Control Layer gemäß UMTS,
zum Steuern von Mobilfunk-Senderessourcen der Mobilfunkeinrichtung,
vorgesehen.
-
Die
Sende-Steuerungseinrichtung ist derart eingerichtet, dass sie Gewichtungswerte
und/oder Gewichtungswertebereiche von einer anderen Mobilfunkeinrichtung,
vorzugsweise einer Mobilfunkstation, besonders bevorzugt von einer
Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit (Ressource Network Control Unit)
empfängt
und der Gewichtungs-Einstelleinheit übermittelt, d.h. bereitstellt,
womit die Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche von
der anderen Mobilfunkeinrichtung vorgebbar sind.
-
Auf
diese Weise wird sehr einfach und verlässlich mobilfunknetzwerkseitig,
auf Ebene der Radio Network Control Protokollschicht (RNC) gemäß UMTS die
Steuerung des Ausleseverhaltens der Datenpufferspeicher in der Datensicherungsschicht
der Mobilfunk-Endgeräte
ermöglicht
abhängig
von dem Datenaufkommen und der in der jeweiligen Mobilfunkzelle
herrschenden Übertragungsqualität, für welche
Mobilfunkzelle die Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit zuständig ist.
-
Gegebenenfalls
kann die Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit auch ein Handover aktivieren.
Ferner können
mittels der Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit eine oder mehrere
Transportformate temporär
als ungültig
vorgegeben werden oder durch Vorgabe eines Satzes von Transportformaten,
wobei die Gewichtungswerte und/oder Gewichtungswertebereiche vorzugsweise
mit den jeweiligen Transportformaten verknüpft sind, eine Auswahl von
möglichen
Gewichtungswerten/Gewichtungswertebereichen zumindest teilweise
vorgegeben werden.
-
Gemäß einer
anderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher-Ausleseeinrichtung
derart eingerichtet ist, dass sie für den Fall, dass in einem oder
in mehreren Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern keine
zu übertragenden
Daten zwischengespeichert sind, der oder die für diesen oder diese Datensicherungsschicht-Protokoll- Pufferspeicher allokierte
Anteil oder Anteile der Datenübertragungsbandbreite
für den
oder die Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher zusätzlich allokiert
wird, in welchem oder in welchen zu übertragende Daten zwischengespeichert
sind.
-
Auf
diese Weise wird erreicht, dass dynamisch während des Betriebs darauf reagiert
werden kann, dass in einigen Pufferspeichern aktuell keine zu übertragenden
Daten zwischengespeichert sind. Die für diese Pufferspeicher jeweils
allokierten Datenübertragungsbandbreiten,
anders ausgedrückt,
Senderessourcen, werden in vorgebbarer Weise, besonders bevorzugt
gleichmäßig, d.h.
zu gleichen Teilen, alternativ gemäß der bisher den jeweiligen
Pufferspeichern zugeordneten Anteilen an Datenübertragungsbandbreite auf diejenigen Pufferspeicher
verteilt, anders ausgedrückt
werden die freien Datenübertragungsbandbreiten
auf die Pufferspeicher aufgeteilt, in welchen Daten zur Übertragung
zwischengespeichert sind.
-
Die
Mobilfunkeinrichtungen sowie die Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit sind
vorzugsweise gemäß einem
Kommunikationsstandard zur Kommunikation gemäß einem zellularen Mobilfunksystem,
vorzugsweise zur Kommunikation gemäß dem zellularen Mobilfunksystem
UMTS, eingerichtet.
-
Insbesondere
für den
Fall des Einsatzes der Erfindung im Rahmen von UMTS sind wichtige
Aspekte der Erfindung anschaulich darin zu sehen, dass die Gewichtung
der Datenpufferspeicher, insbesondere der Priority Queues, d.h.
den Pufferspeichern in der MAC-Teil-Protokollschicht MAC-e entsprechend
den Anforderungen der Dienstqualität, d.h. den Quality of Service,
welche für
die jeweiligen Daten angefordert werden, zur effizienten Abarbeitung
der Daten der in diesen Datenpuffern zwischengespeicherten Daten
sowie in einer sehr einfachen Signalisierung der Gewichtung, d.h.
der Gewichtungswerte und/oder der Gewichtungswertebereiche ausgehend
von der UMTS-Basisstation oder der RNC-Einheit, zu sehen.
-
Die
Signalisierung zur Konfiguration der erfindungsgemäßen Gewichtung
der Datenpufferspeicher in der Datensicherungsschicht, vorzugsweise
in der MAC-e-Teil-Protokollschicht
erfolgt in Form von Radio Ressource Control Nachrichten (RRC-Nachrichten)
von der Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
an das Mobilfunk-Endgerät,
auch bezeichnet als Teilnehmergerät (User Equipment, UE), sowie über die
so genannte Iub-Schnittstelle zwischen der Funknetzwerk-Kontrolleinheit an
die zugehörige
UMTS-Basisstation NodeB.
-
Die
Gewichtungen, d.h. die Gewichtungswerte, bzw. die Gewichtungswertebereiche,
welche den jeweiligen Datenpufferspeichern der Datensicherungsschicht,
vorzugsweise den Priority Queues in der MAC-e-Teil-Protokollschicht,
zugeordnet werden, können
explizit als definierter Prozentsatz der insgesamt zur Verfügung stehenden
und verwendeten Datenübertragungsbandbreiten
signalisiert werden. So können
beispielsweise bei vorgesehenen drei Datensicherungsschicht-Pufferspeichern
dem ersten Pufferspeicher mit der höchsten Priorität 50%, dem
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher mit zweit höchster,
anders ausgedrückt
mit mittlerer Priorisierung 25%, und dem dritten Datenpufferspeicher,
in welchen Daten mit der niedrigsten Priorität zwischengespeichert werden,
25% der insgesamt zur Verfügung
stehenden Übertragungsbandbreite
zugeordnet werden.
-
Die
Daten, welche innerhalb eines definierten Zeitintervalls über den
E-Dedicated Channel (E-DCH) übertragen
werden, setzen sich in diesem Fall entsprechend der signalisierten
Gewichtung (der signalisierten Gewichtungswerte und den damit verknüpften den
jeweiligen Datenpufferspeichern zugeordneten Datenübertragungsbandbreiten)
anteilig aus den Daten, welche in den jeweiligen Datenpufferspeichern
zwischengespeichert sind, zusammen.
-
In
einer vorteilhaften Variante ist ein Priority Queue-Pufferspeicher in
der MAC-e-Teil-Protokollschicht pro Datenverkehrsklasse (Traffic
Class) vorgesehen.
-
Die
Gewichtungen der Datenpufferspeicher in der MAC-e-Teil-Protokollschicht
werden in diesem Fall nicht explizit signalisiert, sondern es erfolgt
eine zuvor festgelegte Zuordnung der Datenverkehrsklasse auf die Gewichtungen
der entsprechenden Priority Queues und damit verknüpft eine
Allokation der den Priorisierungen entsprechenden bereitgestellten
Datenübertragungsbandbreiten.
-
Die
gemäß UMTS vorgesehenen
Datenverkehrsklassen werden im Folgenden noch im Detail näher erläutert.
-
Es
sind derzeit gemäß UMTS folgende
vier Datenverkehrsklassen vorgesehen: Conversational, Streaming,
Interactive, Background.
-
Die
Zuordnung der Gewichtungswerte auf die Priority Queues gemäß den Datenverkehrsklassen
kann beispielsweise derart erfolgen, dass Streaming-Daten mit 40%,
Conversational-Daten mit 30%, Interactive-Daten mit 20% und Background-Daten
mit 10% gewichtet werden. Anders ausgedrückt, bedeutet dies, dass den Streaming-Daten
40% der gesamt zur Verfügung
stehenden Datenübertragungsbandbreite
zugeordnet werden, den Conversational-Daten 30%, den Interactive-Daten
20% und den Background-Daten 10%.
-
Wenn
eine Priority Queue temporär
keine Daten beinhaltet, anders ausgedrückt, wenn in dem Pufferspeicher
dieser Priority Queue keine Daten aktuell zwischengespeichert sind,
bekommen gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung die anderen Priority Queues mehr Bandbreite
zugewiesen, wie oben beschrieben wurde. Dies kann beispielsweise
derart erfolgen, dass die restliche zur Verfügung stehende Bandbreite, d.h.
die von den Priority Queues mit „leeren" Pufferspeichern nicht benötigte Datenübertragungsbandbreite
auf die anderen Datenpufferspeicher aufgeteilt wird, vorzugsweise
zu gleichen Teilen.
-
Um
die Gewichtungen, d.h. die Gewichtungswerte der einzelnen Priority
Queues, allgemein der Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeicher dynamisch an
die aktuellen Übertragungsbedingungen,
insbesondere an die aktuellen Datenpuffer-Füllstände in der MAC-e-Teilschicht
sowie an die Übertragungssituation in
der jeweiligen Mobilfunkzelle anpassen zu können, sind anschaulich vorzugsweise
für jeden
der betrachteten und berücksichtigten
Datenpufferspeicher, alternativ für zumindest einen Teil der
berücksichtigten
Datenpufferspeicher Gewichtungs-Bänder, im Rahmen dieser Beschreibung
auch bezeichnet als Gewichtungswertebereiche, eingeführt, innerhalb
derer die Gewichtung in Abhängigkeit
vom jeweiligen Datenpufferspeicher-Füllstand, der Datenübertragungssituation
in der jeweiligen Mobilfunkzelle und den Gewichtungen der anderen
Priority Queues, allgemein der anderen Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
durch das Mobilfunknetzwerk, insbesondere durch die UMTS-Basisstation NodeB
erniedrigt oder erhöht
werden kann.
-
Hierfür konfiguriert
die Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit RNC die UMTS-Basisstation
mittels der Iub-Schnittstelle mit den zu verwendeten Gewichtungs-Bänder, d.h.
den Gewichtungswertebereichen, innerhalb derer die UMTS-Basisstation das
Mobilfunk-Endgerät,
welches im Rahmen einer Uplink-Kommunikationsverbindung Daten zu
der UMTS-Mobilfunkstation
sendet, anschließend
sehr schnell und dynamisch die jeweils verwendeten Gewichtungswerte,
d.h. anders ausgedrückt
die den Pufferspeichern zugeordneten Gewichte und damit die jeweilig
verwendeten und allokierten Datenübertragungsbandbreiten umkonfigurieren kann.
-
Liegen
keine oder nur sehr wenige Daten in dem Datenpufferspeicher einer
Priority Queue, so wird dieser Priority Queue und damit den jeweiligen
Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern nur eine geringe
Gewichtung innerhalb des Gewichtungs-Bandes zugewiesen, d.h. ein
kleiner Wert des Gewichtungswertes innerhalb des Gewichtungswertebereichs,
vorzugsweise ein Gewichtungswert, der am unteren Grenzbereich des
Gewichtungswertebereichs liegt. Ist der Datenpuffer-Füllstand
in dem jeweiligen Datensicherungs-Protokoll-Pufferspeicher sehr
hoch, so wird dieser Priority Queue, allgemein diesem Pufferspeicher, eine
höhere
Gewichtung innerhalb des Gewichtungs-Bandes zugewiesen und damit
ein höherer
Gewichtungswert innerhalb des Gewichtungswertebereich, vorzugsweise
ein Gewichtungswert, der am oberen Grenzbereich des Gewichtungswertebereichs
liegt. Vorzugsweise wird die dynamische Anpassung der Gewichtung
anhand der Gewichtungs- Bänder durch
das Mobilfunknetzwerk, insbesondere durch die UMTS-Basisstation
gesteuert.
-
Bei
der Änderung
der Gewichtung einer Priority Queue werden die Gewichtungen, d.h.
die Gewichtungswerte der anderen Priority Queues berücksichtigt
und gegebenenfalls entsprechend angepasst.
-
Für die Anpassung
der Gewichtung einer Priority Queues an den Datenpuffer-Füllstand
des jeweiligen Datenpufferspeichers sind insbesondere zwei Alternativen
vorgesehen:
- • Der prozentuale Füllstand
des jeweiligen Datenpufferspeichers wird Eins-zu-Eins auf die Gewichtung
der Priority Queue innerhalb des Gewichtungs-Bandes abgebildet.
- • Es
werden Priority-Queue-Datenpufferspeicher-Schwellenwerte definiert, bei deren Überschreitung
die Gewichtung der jeweiligen Priority Queue diskret in vorgegebener
Weise, d.h. um einen vorgebbaren Wert, erhöht bzw. erniedrigt wird.
-
Es
ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass die Summe aller Gewichtungen,
welche den Priority Queues, allgemein den Datensicherungsschicht-Protokoll-Pufferspeichern
zugeordnet sind, zu keinem Zeitpunkt 100% überschreiten darf.
-
Kommt
es aufgrund von Überschneidungen
der Gewichtungs-Bänder
der Priority Queues zu gleichen Gewichtungen, werden diese vorzugsweise
gleichberechtigt abgearbeitet, indem von allen Priority Queues die gleiche
Anzahl von Datenpaketen entnommen wird, d.h. ausgelesen wird. Anschaulich
kann ein grundlegender Aspekt der Erfindung in der Anwendung des
an sich bekannten Weighted Fair Queueing-Prinzips, bei dem die Datenströme den einzelnen
Queues zugewiesen werden, wobei jeder Queue eine Gewichtung zugeteilt
wird, die ein definierter Prozentsatz der gesamten Übertragungsbandbreite
darstellt, auf den speziellen Anwendungsbereich der Datensicherungsschicht
in einem Mobilfunk-Kommunikationssystem,
vorzugsweise in einem zellularen Mobilfunk-Kommunikationssystem,
besonders bevorzugt einem UMTS-Mobilfunk-Kommunikationssystem, gesehen
werden.
-
Die
Mobilfunkeinrichtung ist bevorzugt eingerichtet als Mobilfunk-Endgerät, welches
besonders bevorzugt eingerichtet ist, Daten gemäß einem oder mehreren Protokollen
eines zellularen Mobilfunksystems, beispielsweise GSM, bevorzugt
GPRS oder UMTS, zu empfangen und zu senden.
-
Besonders
bevorzugt ist das Mobilfunk-Endgerät somit eingerichtet zur Kommunikation
in einem UMTS-Mobilfunksystem, anders ausgedrückt ist das Mobilfunk-Endgerät eingerichtet,
Daten gemäß einem oder
mehreren Protokollen eines UMTS-Mobilfunksystems
zu empfangen und zu senden.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden
näher erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 ein
Kommunikationssystem gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
2 eine
Darstellung einer Protokollstruktur der UMTS-Luftschnittstelle;
-
3 eine
Darstellung der Einheiten in einer MAC-e-Protokollschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
4 eine
Darstellung der Einheiten in einer MAC-e-Protokollschicht gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
5 eine
Darstellung einer RRC-Nachricht zur Signalisierung der Gewichtungswerte
und der Gewichtungswertebereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
-
1 zeigt
ein UMTS-Mobilfunksystem 100, aus Gründen der einfacheren Darstellung
insbesondere die Komponenten des UMTS-Mobilfunk-Zugangsnetzwerkes
(UMTS Terrestrial Radio Access Network, UTRAN), welches eine Mehrzahl
von Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystemen
(Radio Network Subsystems, RNS) 101, 102 aufweist,
welche jeweils mittels einer so genannten Iu-Schnittstelle 103, 104 mit
dem UMTS-Kernnetzwerk (Core Network, CN) 105 verbunden
sind. Ein Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystem 101, 102 weist
jeweils eine Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
(Radio Network Controller, RNC) 106, 107 auf sowie
eine oder mehrere UMTS-Basisstationen 108, 109, 110, 111,
welche gemäß UMTS auch
als NodeB bezeichnet werden.
-
Innerhalb
des Mobilfunk-Zugangsnetzwerkes sind die Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheiten 106, 107 der
einzelnen Mobilfunk-Netzwerk-Teilsysteme 101, 102 mittels
einer so genannten Iur-Schnittstelle 112 miteinander
verbunden. Jede Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 überwacht
jeweils die Zuordnung von Mobilfunk-Ressourcen aller Mobilfunkzellen
in einem Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystem 101, 102.
-
Eine
UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 ist
jeweils mittels einer so genannten Iub-Schnittstelle 113, 114, 115, 116 mit
einer der Basisstation zugeordneten Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 verbunden.
-
Jede
UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 spannt
anschaulich funktechnisch eine oder mehrere Mobilfunkzellen (CE)
innerhalb eines Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystems 101, 102 auf.
Zwischen einer jeweiligen UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 und
einem Teilnehmergerät 118 (User
Equipment, UE), im Folgenden auch bezeichnet als Mobilfunk-Endgerät, in einer
Mobilfunkzelle werden Nachrichtensignale bzw. Datensignale mittels
einer Luftschnittstelle, gemäß UMTS bezeichnet
als Uu-Luftschnittstelle 117, vorzugsweise gemäß einem
Vielfachzugriff-Übertragungsverfahren übertragen.
-
Beispielsweise
wird gemäß dem UMTS-FDD-Modus
(Frequency Division Duplex) eine getrennte Signalübertragung
in Uplink- und Downlink-Richtung
(Uplink: Signalübertragung
vom Mobilfunk-Endgerät 118 zur jeweiligen
UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111;
Downlink: Signalübertragung
von der jeweiligen zugeordneten UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 zu
dem Mobilfunk-Endgerät 118)
durch eine entsprechende separate Zuweisung von Frequenzen oder
Frequenzbereichen erreicht.
-
Mehrere
Teilnehmer, anders ausgedrückt
mehrere aktivierte oder in dem Mobilfunk-Zugangsnetzwerk angemeldete
Mobilfunk-Endgeräte 118 in
derselben Mobilfunkzelle werden vorzugsweise mittels orthogonaler Codes,
insbesondere gemäß dem so
genannten CDMA-Verfahren (Code Division Multiple Access) voneinander
signaltechnisch getrennt.
-
In
diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass in 1 aus Gründen der
einfachen Darstellung nur ein Mobilfunk-Endgerät 118 dargestellt
ist. Allgemein sind jedoch eine beliebige Anzahl von Mobilfunk-Endgeräten 118 in
dem Mobilfunksystem 100 vorgesehen.
-
Die
Kommunikation eines Mobilfunk-Endgeräts 118 mit einem anderen
Kommunikationsgerät
kann mittels einer vollständigen
Mobilfunk-Kommunikationsverbindung zu einem anderen Mobilfunk-Endgerät aufgebaut
sein, alternativ zu einem Festnetz-Kommunikationsgerät.
-
Wie
in 2 dargestellt ist, ist die UMTS-Luftschnittstelle 117 logisch
in drei Protokollschichten gegliedert (in 2 symbolisiert
durch eine Protokollschichtanordnung 200). Die die Funktionalität der jeweiligen
im Folgenden beschriebenen Protokollschichten gewährleistenden
und realisierenden Einheiten (Entitäten) sind sowohl in dem Mobilfunk-Endgerät 118 als
auch in der UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 bzw.
in der jeweiligen Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107,
implementiert.
-
In 2 ist
die Protokollstruktur 200 aus Sicht des dedizierten Transportkanals
DCH (Dedicated Channel) dargestellt.
-
Die
in 2 dargestellte unterste Schicht ist die physikalische
Schicht PHY 201, welche gemäß dem OSI-Referenzmodell (Open System Interconnection)
gemäß ISO (International
Standardisation Organisation) die Protokollschicht 1 darstellt.
-
Die über der
physikalischen Schicht 201 angeordnete Protokollschicht
ist die Datensicherungsschicht 202, gemäß OSI-Referenzmodell Protokollschicht
2, welche ihrerseits mehrere Teil-Protokollschichten aufweist, nämlich die
Medium Access Control-Protokollschicht (MAC-Protokollschicht) 203,
die Radio Link Control-Protokollschicht 204 (RLC-Protokollschicht),
die Packet Data Convergence Protocol-Protokollschicht 205 (PDCP-Protokollschicht),
sowie die Broadcast/Multicast Control-Protokollschicht 206 (BMC-Protokollschicht).
-
Die
oberste Schicht der UMTS-Luftschnittstelle Uu ist die Mobilfunk-Netzwerkschicht
(gemäß OSI-Referenzmodell
Protokollschicht 3), aufweisend die Mobilfunk-Ressourcen-Kontrolleinheit 207 (Radio
Resource Control-Protokollschicht, RRC-Protokollschicht).
-
Jede
Protokollschicht 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 bietet
der über
ihr liegenden Protokollschicht ihre Dienste über vorgegebene, definierte
Dienstzugangspunkte (Service Access Points) an.
-
Die
Dienstzugangspunkte werden zum besseren Verständnis der Protokollschicht-Architektur
mit allgemein gebräuchlichen
und eindeutigen Namen versehen, wie beispielsweise logische Kanäle 208 zwischen der
MAC-Protokollschicht 203 und der RLC-Protokollschicht 204, Transportkanäle 209 zwischen
der physikalischen Schicht 201 und der MAC-Protokollschicht 203,
Radio Bearer (RB) 210 zwischen der RLC-Protokollschicht 204 und
der PDCP-Protokollschicht 205 bzw. der BMC-Protokollschicht 206,
sowie Signalling Radio Bearer (SRB) 213 zwischen der RLC-Protokollschicht 204 und
der RRC-Protokollschicht 207.
-
Die
in 2 dargestellte Protokollstruktur 200 ist
gemäß UMTS nicht
nur horizontal in die oben beschriebenen Protokollschichten und
Einheiten der jeweiligen Protokollschichten aufgeteilt, sondern
auch vertikal in eine so genannte Kontroll-Protokollebene 211 (Control-Plane,
C-Plane), welche
Teile der physikalischen Schicht 201, Teile der MAC-Protokollschicht 203,
Teile der RLC-Protokollschicht 204 sowie die RRC-Protokollschicht 207 enthält und die
Nutzer-Protokollebene 212 (User-Plane, U-Plane), welche
Teile der physikalischen Schicht 201, Teile der MAC-Protokollschicht 203,
Teile der RLC-Protokollschicht 204, die PDCP-Protokollschicht 205 sowie
die BMC-Protokollschicht 206 enthält.
-
Mittels
der Einheiten der Kontroll-Protokollebene 211 werden ausschließlich Kontroll-Daten übertragen,
die zum Aufbau und zum Abbau sowie zur Aufrechterhaltung einer Kommunikationsverbindung
benötigt werden,
wohingegen mittels der Einheiten der Nutzer-Ebene 212 die
eigentlichen Nutzdaten transportiert werden.
-
Details
zu der Protokollschichtanordnung 200 sind in [1] beschrieben.
-
Jede
Protokollschicht bzw. jede Einheit (Entität) einer jeweiligen Protokollschicht
hat bestimmte vorgegebene Funktionen im Rahmen einer Mobilfunk-Kommunikation.
-
Senderseitig
ist die Aufgabe der physikalischen Schicht 201 bzw. der
Einheiten der physikalischen Schicht 201, die sichere Übertragung
von von der MAC-Protokollschicht 203 kommenden Daten über die
Luftschnittstelle 117 zu gewährleisten. Die Daten werden
in diesem Zusammenhang auf physikalische Kanäle (nicht dargestellt in 2)
abgebildet. Die physikalische Schicht 201 bietet ihre Dienste
der MAC-Protokollschicht 203 über Transportkanäle 209 an,
mittels derer festgelegt wird, wie und mit welcher Charakteristik
die Daten über
die Luftschnittstelle 117 transportiert werden sollen.
Die wesentlichen Funktionen, welche von den Einheiten der physikalischen
Schicht 201 bereitgestellt werden, beinhalten die Kanalcodierung,
die Modulation und die CDMA-Code-Spreizung.
In entsprechender Weise führt
die physikalische Schicht 201 bzw. die Entitäten der
physikalischen Schicht 201 auf der Empfängerseite die CDMA-Code-Entspreizung,
die Demodulation und die Decodierung der empfangenen Daten durch
und gibt diese dann an die MAC-Protokollschicht 203 zur weiteren
Verarbeitung weiter.
-
Die
MAC-Protokollschicht 203 bzw. die Einheiten der MAC-Protokollschicht 203 bietet
bzw. bieten ihre Dienste der RLC-Protokollschicht 204 mittels
logischer Kanäle 208 als
Dienstzugangspunkte an, mittels derer charakterisiert wird, um welchen
Dateityp es sich bei den transportierten Daten handelt. Die Aufgabe
der MAC-Protokollschicht 203 in dem Sender, d.h. bei Datenübertragung
in Uplink-Richtung in dem Mobilfunk-Endgerät 118, liegt insbesondere
darin, die Daten, die an einem logischen Kanal 208 oberhalb
der MAC-Protokollschicht 203 anliegen,
auf die Transportkanäle 209 der
physikalischen Schicht 201 abzubilden. Die physikalische
Schicht 201 bietet den Transportkanälen 209 hierzu diskrete Übertragungsraten
an. Daher ist es eine wichtige Funktion der MAC-Protokollschicht 203 bzw.
der Entitäten
der MAC-Protokollschicht 203 in
dem Mobilfunk-Endgerät 118 im
Sendefall die Auswahl eines geeigneten Transportformates (TF) für jeden konfigurierten
Transportkanal in Abhängigkeit
von der jeweils aktuellen Datenübertragungsrate
und der jeweiligen Datenpriorität
der logischen Kanäle 208,
die auf den jeweiligen Transportkanal 209 abgebildet sind,
sowie der verfügbaren
Sendeleistung des Mobilfunk-Endgeräts 118 (UE). In einem
Transportformat ist unter anderem festgelegt, wie viele MAC-Datenpaketeinheiten,
bezeichnet als Transportblock, pro Übertragungszeitlänge TTI (Transmission
Time Interval) über
den Transportkanal 209 an die physikalische Schicht 201 gesendet,
anders ausgedrückt, übergeben
werden. Die zulässigen
Transportformate sowie die zulässigen
Kombinationen von Transportformaten der verschiedenen Transportkanäle 209 werden
dem Mobilfunk-Endgerät 118 von
der Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 bei
dem Aufbau einer Kommunikationsverbindung signalisiert. In dem Empfänger wird
von den Einheiten der MAC-Protokollschicht 203 die auf
den Transportkanälen 209 empfangenen
Transportblöcke
wieder auf die logischen Kanäle 208 aufgeteilt.
-
Die
MAC-Protokollschicht bzw. die Einheiten der MAC-Protokollschicht 203 weist
bzw. weisen üblicherweise
drei logische Einheiten auf. Die so genannte MAC-d-Einheit (MAC-Dedicated-Einheit)
behandelt die Nutzdaten und die Kontrolldaten, die über die
entsprechenden dedizierten logischen Kanäle DTCH (Dedicated Traffic
Channel) und DCCH (Dedicated Control Channel) auf die dedizierten
Transportkanäle
DCH (Dedicated Channel) abgebildet werden. Die MAC-c/sh-Einheit
(MAC-Control/Shared-Einheit) behandelt die Nutzdaten und die Kontrolldaten
von logischen Kanälen 208,
die auf die gemeinsamen Transportkanäle 209, wie beispielsweise
der dem gemeinsamen Transportkanal RACH (Random Access Channel)
in Uplink-Richtung oder dem gemeinsamen Transportkanal FACH (Forward
Access Channel) in Downlink-Richtung abgebildet werden. Die MAC-b-Einheit
(MAC- Broadcast-Einheit)
behandelt nur die Mobilfunkzellenrelevanten Systeminformationen,
die über
den logischen Kanal BCCH (Broadcast Control Channel) auf den Transportkanal
BCH (Broadcast Channel) abgebildet und per Broadcast zu allen Mobilfunk-Endgeräten 118 in
der jeweiligen Mobilfunkzelle übertragen
werden.
-
Mittels
der RLC-Protokollschicht 204 bzw. mittels der Einheiten
der RLC-Protokollschicht 204 werden der RRC-Protokollschicht 207 ihre
Dienste mittels Signalling Radio Bearer (SRB) 213 als Dienstzugangspunkte
und der PDCP-Protokollschicht 205 und
der BMC-Protokollschicht 206 mittels Radio Bearer (RB) 210 als Dienstzugangspunkte
angeboten. Die Signalling Radio Bearer und die Radio Bearer charakterisieren,
wie die RLC-Protokollschicht 204 mit den Datenpaketen umzugehen
hat. Hierzu wird beispielsweise von der RRC-Protokollschicht 207 der Übertragungsmodus
für jeden
konfigurierten Signalling Radio Bearer bzw. Radio Bearer festgelegt.
Es sind gemäß UMTS folgende Übertragungsmodi
vorgesehen:
- • Transparent Mode (TM),
- • Unacknowledged
Mode (UM), oder
- • Acknowledged
Mode (AM).
-
Die
RLC-Protokollschicht 204 ist so modelliert, dass es eine
eigenständige
RLC-Entität
pro Radio Bearer bzw. Signalling Radio Bearer gibt. Des Weiteren
ist die Aufgabe der RLC-Protokollschicht
bzw. ihrer Entitäten 204 in
der Sendeeinrichtung, die Nutzdaten und die Signalisierungsdaten
von Radio Bearern bzw. Signalling Radio Bearern in Datenpakete aufzuteilen
oder zusammenzufügen.
Die RLC-Protokollschicht 204 übergibt
die nach der Teilung oder dem Zusammenfügen entstandenen Datenpakete
an die MAC-Protokollschicht 203 zum
weiteren Transport bzw. zur weiteren Verarbeitung.
-
Die
PDCP-Protokollschicht 205 bzw. die Einheiten der PDCP-Protokollschicht 205 ist
bzw. sind eingerichtet für
die Übertragung
bzw. für
den Empfang von Daten der so genannten Packet-Switched-Domain (Paketvermittelnde
Domäne,
PS-Domain). Die Hauptfunktion der PDCP-Protokollschicht 205 ist
die Komprimierung bzw. Dekomprimierung der IP-Header-Informationen (Internet
Protocol-Header-Informationen).
-
Die
BMC-Protokollschicht 206 bzw. deren Entitäten wird
bzw. werden verwendet, um über
die Luftschnittstelle so genannte Zell-Broadcast-Nachrichten zu übertragen
bzw. zu empfangen.
-
Die
RRC-Protokollschicht 207 bzw. die Entitäten der RRC-Protokollschicht 207 ist bzw.
sind für
den Aufbau und den Abbau und die Umkonfiguration von physikalischen
Kanälen,
Transportkanälen 209,
logischen Kanälen 208,
Signalling Radio Bearers 213 und Radio Bearers 210 sowie
für das
Aushandeln aller Parameter der Protokollschicht 1, d.h. der physikalischen
Schicht 201 und der Protokollschicht 2, verantwortlich.
Hierzu tauschen die RRC-Einheiten, d.h. die Einheiten der RRC-Protokollschicht 207 in
der Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 und
das jeweilige Mobilfunk-Endgerät 118 über die
Signalling Radio Bearers 213 entsprechende RRC-Nachrichten
aus. Details zur RRC-Schicht sind in [3] beschrieben.
-
Wie
oben beschrieben wurde kann das Mobilfunk-Endgerät 118 der ihm zugeordneten
Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 auf
RRC-Ebene Informationen (die so genannten Measurement Report-Nachrichten) über das
Datenverkehrsaufkommen eines Transportkanals zum Zweck des Managements der
Mobilfunk-Ressourcen
mitteilen. Dabei werden der Serving Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit (Serving Radio
Network Controller, SRNC) die RLC-Datenpuffer-Füllstände des betreffenden Transportkanals
angezeigt, d.h. es wird angezeigt, wie viele Daten sich aktuell
in den jeweiligen RLC-Datenpufferspeichern des Mobilfunk-Endgeräts 118 befinden.
-
Mit
Hilfe dieser Informationen kann die Serving Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 daraufhin entsprechende
Konfigurationen des Mobilfunk-Endgerätes 118 vornehmen,
um beispielsweise die nutzbaren Transportformate eines Mobilfunk-Endgeräts 118 einzuschränken bzw.
zu erhöhen
oder ein Handover zu einer anderen Mobilfunkzelle, eine Rekonfiguration
der dedizierten physikalischen Kanäle oder einen RRC-Zustandswechsel
von einem ersten Zustand CELL DCH in einen zweiten Zustand CELL_FACH
durchzuführen.
-
In
dem Standardisierungsgremium 3GPP wird derzeit an der Verbesserung
der Paketdatenübertragung über dedizierte
Transportkanäle
der Aufwärtsstrecke
für den
UMTS-FDD-Modus gearbeitet.
-
In
diesem Zusammenhang ist ein dedizierter Transportkanal mit der Bezeichnung
Enhanced-DCH (E-DCH) vorgesehen. Die wesentlichen Eigenschaften
dieses neuen Transportkanals beinhalten die Anwendung eines Hybrid
Automatic Repeat Request-Verfahrens (HARQ-Verfahrens) basierend
auf den N-channel Stop&Wait-Verfahren,
ein von einer UMTS-Basisstation kontrolliertes Scheduling sowie
ein Vorsehen von Rahmenlängen
von kleiner oder gleich 10 ms. Mittels des HARQ-Übertragungssicherungsverfahrens
wird dem Mobilfunk-Endgerät 118 von
dem Netzwerk eine Bestätigung über korrekt
bzw. nicht korrekt empfangene Daten übermittelt. Für diese
Funktion enthält
das Mobilfunk-Endgerät 118 verschiedene
Datenpufferspeicher, um die Daten bis zur Bestätigung des korrekten Empfangs
zwischenguspeichern. Ferner ist gemäß dem derzeitigen Vorschlag
im Rahmen des Enhanced-DCH-Transportkanals
vorgesehen, die Daten entsprechend ihrer Prioritäten auf verschiedene Datenpufferspeicher,
so genannte Priority Queues, aufzuteilen, wobei die Daten in den Datenpufferspeichern
entsprechend ihrer Wichtigkeit, d.h. ihrer Priorisierung zwischengespeichert
und damit nach ihrer Zwischenspeicherung in den jeweiligen Pufferspeicher
einer vorgegebenen Priorität
bevorzugt oder weniger bevorzugt abgearbeitet werden.
-
Beide
Funktionen werden in einer neuen Teilschicht der MAC-Protokollschicht 203 implementiert,
wie sie gemäß einer
ersten Ausführungsform
in 3 als MAC-e (MAC-Enhanced-Uplink)-Teil-Protokollschicht 300 dargestellt
ist, welche ebenso sowohl endgeräteseitig,
d.h. in dem Mobilfunk-Endgerät 118,
als auch netzwerkseitig, d.h. in einer UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111,
implementiert ist. Die MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 erhält ihre
Daten von der MAC-d-Teil-Protokollschicht über so genannte
MAC-d-Flows 301, 302 und überträgt ihre Daten wiederum über den
E-DCH-Transportkanal 303 zu der physikalischen Schicht 201.
-
Die
MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 bzw. deren Entitäten kommuniziert
bzw. kommunizieren, beispielsweise zum Zwecke der Konfiguration,
mit der RRC-Protokollschicht 207 über den MAC-Control-Zugangspunkt 304.
-
In
der MAC-d-Teil-Protokollschicht werden ein oder mehrere logische
Kanäle
auf einen MAC-d-Flow 301, 302 gemultiplext, wobei
jedem MAC-d-Flow 301, 302 in der MAC-d-Teil-Protokollschicht
eine Priorität
zugeordnet wird, anhand derer die Funktion Priority Queue Distribution,
realisiert in einer Priority Queue-Verteilungseinheit 305 in
der MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 die
Aufteilung der Daten auf die Datenpufferspeicher 306 mit
den unterschiedlichen Prioritäten,
d.h. für
die Verarbeitung mit Daten unterschiedlicher Prioritäten in jeweils
einem Datenpufferspeicher, wobei in einem Datenpufferspeicher jeweils
Daten einer Priorität
zwischengespeichert werden, vornimmt.
-
In
dem Datenpufferspeicher der Priority Queues 306 werden
die Daten daraufhin solange zwischengespeichert, bis sie mittels
einer HARQ-Einheit 307 zur Übertragung abgerufen werden.
-
Gemäß dem N-channel
Stop&Wait-HARQ-Verfahren
besteht die HARQ-Einheit 307 aus einer Anzahl von N so
genannten HARQ-Prozessen,
wobei ein HARQ-Prozess jeweils eine Instanz des Stop&Wait-Verfahrens
darstellt. Pro HARQ-Prozess entnimmt die HARQ-Einheit 307 eine
Anzahl von Paketdaten-Einheiten (PDUs) entsprechend ihrer Priorität aus den
Datenpufferspeichern der Priority Queues 306 und gibt diese über den
E-DCH Transportkanal 303 an die physikalische Schicht 201 weiter,
wo sie dann über
dedizierte physikalische Kanäle über die
Luftschnittstelle 117 zum Netzwerk übertragen werden.
-
Die
HARQ-Einheit 307 speichert die pro HARQ-Prozess übertragenen
Paketdaten-Einheiten (PDUs) in einem entsprechenden HARQ-Pufferspeicher
(nicht gezeigt) solange zwischen, bis die erfolgreiche Übertragung
durch das Netzwerk bestätigt
wurde.
-
Eine
mit der HARQ-Einheit 307 gekoppelte TF-Auswahl-Einheit 308 ist
für die
Auswahl des für
die Übertragung
geeigneten Transportformats pro HARQ-Prozess zuständig.
-
In
der MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 werden hierfür mittels
der RRC-Protokollschicht 207 eine Menge unterschiedlicher
Transportformate konfiguriert, aus denen sich die TF-Auswahl-Einheit 308 für jedes Übertragungs-Zeitintervall
(TTI) und HARQ-Prozess ein geeignetes auswählt.
-
Die
Einstellung der MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 erfolgt
mittels der RRC-Protokollschicht seitens der Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107.
-
Wenn
ein Mobilfunkteilnehmer mittels des Mobilfunk-Endgerätes 118,
vorzugsweise in der oben beschriebenen Mobilfunkeinrichtung, einen
Dienst gemäß UMTS nutzt,
so wird von dem UMTS-Mobilfunk-Kernnetzwerk 105 dieser
beantragte Dienst mit einer vorgegebenen, definierten Dienstqualität (Quality
of Service, QoS) bereitgestellt, die den Dienstqualitäts-Anforderungen
des entsprechenden Dienstes entsprechen.
-
Gemäß UMTS sind
derzeit die folgenden vier Verkehrsklassen zur Einteilung von bereitgestellten Diensten
definiert, die sich durch ihre spezifischen Datenübertragungseigenschaften
und Qualitätsanforderungen
unterscheiden:
- • Conversational:
Die Conversational-Verkehrsklasse
ist für
Echtzeit-Anwendungen
zwischen Teilnehmern vorgesehen. Dazu gehören Anwendungen wie Sprachtelephonie
und Videotelephonie. Kommunikationsverbindungen dieser Verkehrsklasse
benötigen
eine konstante, d.h. garantierte Datenübertragungsrate und damit Datenübertragungsbandbreite
mit kurzen zeitlichen Verzögerungen
bei der Datenübertragung.
Andererseits ist eine Conversational-Anwendung unempfindlich gegenüber kurzzeitigen
Datenübertragungsfehlern.
- • Streaming:
Die
Streaming-Verkehrsklasse ist für
Echtzeit-Verteildienste
wie Video und Audio vorgesehen, bei der Daten unidirektional, beispielsweise
von einem Server-Rechner
zu einem Client-Rechner übertragen
werden, wobei die Echtzeit-Verteildienste es dem Empfänger gestatten,
die Daten schon während
der Übertragung abzuspielen
und einem Benutzer der Empfänger-Mobilfunkeinrichtung
darzustellen. Beim Streaming wird ein kontinuierlicher Datenstrom
aufgebaut, so dass Kommunikationsverbindungen diese Verkehrsklasse eine
konstante, d.h. garantierte Datenübertragungsrate und damit Datenübertragungsbandbreite
erfordern. Eine Streaming-Anwendung
ist jedoch unempfindlich gegenüber
kurzen Datenübertragungsverzögerungen und
stellen in dieser Hinsicht keine strengen Anforderungen im Vergleich
zu einer Anwendung der Conversational-Verkehrsklasse.
- • Interactive:
Die
Interactive-Verkehrsklasse ist für
interaktive Anwendungen, wie beispielsweise Internet-Surfen, Spiele und
Chat vorgesehen. Die Kommunikationsverbindungen in dieser Verkehrsklasse
benötigen
keine konstante Datenübertragungsrate
und damit Datenübertragungsbandbreite,
stellen jedoch hohe Anforderungen an die Datenübertragungssicherheit, d.h.
sie erfordern eine sehr niedrige Bit-Fehlerrate.
- • Background:
Anwendungen
der Background-Verkehrsklasse übertragen
Daten mit niedriger Priorität
im Hintergrund. Beispiele sind der Download von Daten, der Empfang
von Email (Electronic Mail) und SMS (Short Message Service). Kommunikationsverbindungen
dieser Verkehrsklasse benötigen
keine konstante Datenübertragungsrate
und damit Datenübertragungsbandbreite
und sind unempfindlich gegenüber
zeitlichen Verzögerung
im Rahmen der Datenübertragung.
Andererseits stellen sie hohe Anforderungen an die Übertragungssicherheit,
d.h. sie erfordern eine sehr niedrige Bit-Fehlerrate.
-
Im
Detail wird der Quality of Service, die Dienstqualität, eines
bereitgestellten bzw. erbrachten Kommunikationsdienstes anhand verschiedener
Attribute wie beispielsweise der maximalen Bitrate, der garantierten
Bitrate oder der maximalen Übertragungsverzögerung für den jeweiligen
Kommunikationsdienst beschrieben.
-
Wenn
somit einem Mobilfunkteilnehmer von dem Mobilfunk-Kernnetzwerk 105 ein
angefragter Kommunikationsdienst mit einer definierten Dienstqualität QoS bereitgestellt
wird, dann werden von dem Mobilfunk-Kernnetzwerk 105 die
zugehörigen
QoS-Attribute entsprechend festgelegt.
-
Bei
dem Aufbau der Kommunikationsverbindung (Verbindungsaufbau) werden
dem Teilnehmer und damit dem Teilnehmer-Mobilfunk-Endgerät 118 von
der Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 netzwerkseitig,
d.h. auf der Seite des UTRAN die entsprechenden für die Kommunikationsverbindung
benötigten Mobilfunk-Ressourcen,
wie beispielsweise die benötigten
CDMA-Spreizcodes, allokiert und die Protokolle der Protokollschichten
1 und 2 werden derart konfiguriert, dass der Kommunikationsdienst
mit der ausgehandelten Dienstqualität während der Dauer der Kommunikationsverbindung
sichergestellt werden kann.
-
Die
ausgehandelte Dienstqualität
eines Kommunikationsdienstes kann während einer bestehenden Kommunikationsverbindung
von dem Mobilfunk-Kernnetzwerk 105 rekonfiguriert werden,
beispielsweise aufgrund knapper Mobilfunk-Ressourcen oder steigender
Interferenz in der Mobilfunkzelle.
-
Erneut
Bezug nehmend auf 3 werden im Folgenden Details über das
eingesetzte Stop&Wait-Verfahren
(auch bezeichnet als Send&Wait-Verfahren)
sowie das eingesetzte HARQ-Verfahren (Hybrid-Automatic-Repeat-Request-Verfahren)
erläutert.
-
Bei
dem N-Kanal-Stop&Wait-HARQ-Verfahren
handelt sich um ein Datenübertragungs-Sicherungsverfahren,
bei dem in einem Mobilfunk-Endgerät 118 eine Anzahl
von N so genannten HARQ-Prozessen
konfiguriert wird, wobei ein HARQ-Prozess jeweils eine Instanz des
Stop&Wait-Verfahrens
darstellt.
-
Pro
HARQ-Prozess werden die Daten zu dem Kommunikationsnetzwerk, insbesondere
der Mobilfunk-Basisstation,
gesendet und solange zwischengespeichert, bis von dem Kommunikationsnetzwerk
eine Positiv-Bestätigungsnachricht über korrekt
empfangene Daten (Acknowledgement, ACK) empfangen wird. Andernfalls,
d.h. in dem Fall nicht korrekt empfangener Daten, mitgeteilt mittels
einer Negativ-Bestätigungsnachricht
(Negative Acknowledgement, NACK) werden die Daten wiederholt zu
dem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk gesendet.
-
Bei
dem so genannten NodeB-kontrollierten Scheduling handelt es sich
um ein Verfahren, bei dem das Scheduling in dem Mobilfunk-Endgerät 118,
d.h. die Auswahl eines passenden Transportformates aus einer Menge
von definierten Transportformaten für den E-DCH-Transportkanal,
in der Weise kontrolliert wird, dass die NodeB 108, 109, 110, 111 in
Abhängigkeit
von der Verkehrssituation in der jeweiligen Mobilfunkzelle dem Mobilfunk-Endgerät 118 die
Nutzung von Transportformaten aus der Menge von definierten Transportformaten für den E-DCH-Transportkanal
temporär
einschränken
kann.
-
Beide
Funktionen, d.h. die Funktionalität des HARQ-Verfahrens sowie
die Funktionalität
des Stop&Wait-Verfahrens
sind in der MAC-e (MAC-Enhanced Uplink)-Teil-Protokollschicht innerhalb
der MAC-Schicht implementiert, wobei die MAC-e-Teil-Protokollschicht
sowohl endgeräteseitig
als auch netzwerkseitig vorhanden, d.h. implementiert ist. Netzwerkseitig
befindet sich die MAC-e-Teil-Protokollschicht in der NodeB 108, 109, 110, 111.
-
3 stellt
die MAC-e-Architektur auf der Endgeräteseite beispielhaft dar, d.h.
es ist dargestellt, wie die Funktionalität der MAC-e-Teil-Protokollschicht
in dem Mobilfunk-Endgerät 118 realisiert
ist.
-
Für die dargestellten
Ausführungsbeispiele
ist ein Übertragungsszenario
angenommen, in dem ein Benutzer des Mobilfunk-Endgerätes 118 drei
Paketdienste im Uplink zeitlich parallel nutzt, beispielsweise einen Dienst
für interaktives
Spielen im Internet, einen Dienst für das Downloaden (Herunterladen)
von Textdateien und einen Dienst für das Streaming von Videodaten.
-
Diese
Paketdaten werden von dem Mobilfunk-Endgerät 118 über den
E-DCH-Transportkanal 303 zu dem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk übertragen,
d.h. zu der Serving-Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit 106 und
der Basisstation 109 über
die Luftschnittstelle 117. Beim Aufbau der Kommunikationsverbindung
werden dem Mobilfunk-Endgerät 118 hierfür Konfigurations-Nachrichten über die
RRC-Protokollschicht 207,
implementiert sowohl in der Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106 als
auch in dem Mobilfunk-Endgerät 118,
zugesendet, mit deren Hilfe die RRC-Protokollschicht 207 in dem
Mobilfunk-Endgerät 118 die
bezogen auf das Kommunikationsschichtenmodell darunter liegenden
Protokollschichten konfiguriert.
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
werden der Entität
der MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 zwei MAC-d
Flows 301, 302 konfiguriert, wobei auf einem MAC-d
Flow 301, 302 jeweils nur ein logischer Kanal
gemultiplext ist und die Daten der Paketdienste auf den jeweils
zugeordneten logischen Kanal übertragen
werden.
-
Des
Weiteren sind pro MAC-d Flow 301, 302 jeweils
eine Priority Queue 306 und in der HARQ-Einheit vier HARQ-Prozesse
mit jeweils einem HARQ-Pufferspeicher konfiguriert.
-
Weiterhin
ist für
den E-DCH-Transportkanal 303 eine Mehrzahl von unterschiedlichen
Transportformaten konfiguriert, aus denen sich die Transportformat-Auswahleinheit 308 (TF-Selection) für jedes Übertragungs-Zeitintervall
(Transmission Time Interval, TTI) und HARQ-Prozess ein geeignetes
Transportformat auszusuchen hat. Die Daten von den MAC-d Flows 301, 302 werden
entsprechend ihrer Priorität
den einzelnen Priority Queues 306 zugeordnet und übertragen.
-
In
der MAC-d-Teil-Protokollschicht werden ein oder mehrere logische
Kanäle
auf einen MAC-d Flow 301, 302 gemultiplext, wobei
jedem MAC-d Flow 301, 302 in der MAC-d-Teil-Protokollschicht
eine Priorität
zugeordnet wird, anhand derer die Priority-Queue-Verteilungseinheit 305 die
Aufteilung der Daten auf die jeweiligen Priority Queues 306 und
damit den Priority-Queue-Pufferspeichern mit den unterschiedlichen
Prioritäten vornimmt.
In den Datenpufferspeichern der Priority Queues 306 werden
die Daten daraufhin solange zwischengespeichert, bis sie von der
HARQ-Einheit 307 zur Datenübertragung abgerufen, d.h.
ausgelesen werden.
-
Wie
in 3 und in 4 dargestellt,
werden dem Mobilfunk-Endgerät 118 von
dem UTRAN mittels einer RRC-Nachricht 500, wie sie in 5 beispielhaft
dargestellt ist, die Gewichtung der einzelnen Priority Queues 306 (explizite
PQ-Gewichtung) und zusätzlich
die Gewichtungs-Bänder,
innerhalb derer die Gewichtung der Priority Queues 306 in
Abhängigkeit
von dem jeweiligen Datenpufferspeicher-Füllstand der Priority Queues 306,
der Datenübertragungssituation
in der jeweiligen Mobilfunkzelle und den Gewichtungen der anderen
Priority Queues 306 in dem Mobilfunk-Endgerät 118 dynamisch
von dem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk, insbesondere von der UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 erniedrigt
bzw. erhöht
werden können (Priority
Queue Weighting Band).
-
Die
Gewichtungen, d.h. anders ausgedrückt die Gewichtungswerte 309 sowie
die Gewichtungswertebereiche (d.h. die Gewichtungs-Bänder) 310 sind
in einem Gewichtungsspeicher (nicht gezeigt) in dem Mobilfunk-Endgerät 118 gespeichert.
-
Jeder
Priority Queue 306 sind jeweils ein Gewichtungswert 309 und
ein Gewichtungswertebereich 310 eindeutig zugeordnet.
-
In 5 ist
beispielhaft die Struktur der RRC-Nachricht 500, mit der
die Gewichtungswerte 309 sowie die Gewichtungswertebereiche 310 für die jeweiligen
Priority Queues 306 übertragen
werden, dargestellt.
-
Hierbei
wird ohne Einschränkung
der Allgemeingültigkeit
angenommen, dass das Mobilfunk-Endgerät 118 dem Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerk über entsprechende
RRC-Nachrichten die jeweiligen Datenpufferspeicher-Füllstände der
Datenpuffer der einzelnen Priority Queues 306 regelmäßig, d.h.
vorzugsweise zu vorgegebenen Zeitpunkten oder auf Anfrage der Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit 308,
signalisiert.
-
Wie
in 5 dargestellt enthält die RRC-Gewichtungswerte-Nachricht 500 folgende
Daten:
- • Eine
Angabe der jeweiligen Priority Queue 501
- • eine
Angabe des jeweiligen Gewichtungswerts, d.h. Gewichtungswert 502,
und
- • eine
Angabe des Gewichtungs-Bandes, d.h. des Gewichtungswertebereichs 503,
wobei der Gewichtungswertebereich 503 gegeben ist durch
eine Angabe eines unteren Gewichtungswertes 504, d.h. eines
minimal zulässigen
Gewichtungswertes sowie durch einen oberen Gewichtungswert 505,
d.h. einen maximal zulässigen
Gewichtungswert.
-
Für das in 3 dargestellte
Ausführungsbeispiel
sei angenommen, dass für
die vier Priority Queues 306 folgende Werte konfiguriert
werden: Zum einen explizit die Gewichtungswerte 309
- • für die erste
Priority Queue A 50% der insgesamt zur Verfügung stehenden Datenübertragungsbandbreite,
- • für die zweite
Priority Queue B 30% der insgesamt zur Verfügung stehenden Datenübertragungsbandbreite,
- • für die dritte
Priority Queue C 15% der insgesamt zur Verfügung stehenden Datenübertragungsbandbreite und
- • für die vierte
Priority Queue D 5% der insgesamt zur Verfügung stehenden Datenübertragungsbandbreite.
-
Ferner
sind den einzelnen Priority Queues 306 folgende Gewichtungswerte 310 zugeordnet:
- • der
ersten Priority Queue A ein erster Gewichtungswertebereich von 30%
bis 60% der insgesamt zur Verfügung
stehenden Datenübertragungsbandbreite,
- • der
zweiten Priority Queue B 10% bis 40% der gesamten zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite,
- • der
dritten Priority Queue C 5% bis 30% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite,
und
- • der
vierten Priority Queue D 2% bis 15% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite.
-
Es
ist erneut darauf hinzuweisen, dass bei Variation der Gewichtungswerte
innerhalb der jeweiligen Gewichtungswertebereiche 310 darauf
zu achten ist, dass die Summe der Gewichtungswerte der vier, gemäß 4 der
drei, Gewichtungswerte 309 den Wert 100% nicht überschreiten,
da sonst mehr Datenübertragungsbandbreite
allokiert werden müsste,
als überhaupt
zur Verfügung
steht.
-
Gemäß diesen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung sind unterschiedliche Definitionen für Priority Queues
vorgesehen.
-
Wie
in 3 dargestellt kann jede Priority Queue 306 fest
einem MAC-d-Flow 301, 302 zugeordnet sein und
es gibt pro MAC-d-Flow N Priority Queues 306 für die verschiedenen
Prioritäten.
N entspricht in diesem Fall der Anzahl der Prioritäten der
logischen Kanäle 208,
die auf dem jeweiligen MAC-d-Flow gemultiplext sind.
-
Alternativ
kann vorgesehen sein, wie in 4 dargestellt
ist, dass jede Priority Queue 306 Daten von allen MAC-d-Flows 301, 302 empfangen
kann und in diesem Fall gibt es N Priority Queues 306 für alle MAC-d-Flows
gemeinsam. N entspricht in diesem Fall der Anzahl der verschiedenen
Prioritäten
der logischen Kanäle 208,
die auf die MAC-d-Flows gemultiplext sind.
-
In
einer dritten alternativen Ausführungsform
der Priority Queues 306 ist es vorgesehen, dass für jede definierte
Verkehrsklasse (Traffic Class) eine Priority Queue vorgesehen ist.
Es gibt N Priority Queues 306 für alle MAC-d-Flows 301, 302 gemeinsam,
wie in 4 dargestellt. N entspricht in diesem Fall der
Anzahl der Verkehrsklassen, d.h. der Traffic Classes, beispielsweise
N = 4 für
den Fall, dass die vier Verkehrsklassen „Conversational", „Streaming", „Interactive" und „Background" definiert sind.
-
Die
MAC-d-Teil-Protokollschicht teilt in diesem Fall der MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 Informationen über die
Prioritäten
der logischen Kanäle 208,
die auf einen MAC-d-Flow
gemultiplext sind, mit, über
die die Priority Queue Distribution-Einheit 305 in der
MAC-e-Teil-Protokollschicht 300 daraufhin die Aufteilung
der Daten auf die einzelnen Priority Queues 306 vornimmt.
-
Bei
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind somit drei
Priority Queues 306 vorgesehen, denen jeweils ein Gewichtungswert 309 und
ein Gewichtungswertebereich 310 in entsprechend oben dargelegter
Weise zugeordnet werden.
-
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
sind den einzelnen Priority Queues 306 folgende Gewichtungswerte 309 zugeordnet:
- • der
ersten Priority Queue E 50% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite,
- • der
zweiten Priority Queue F 25% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite, und
- • der
dritten Priority Queue G 25% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite.
-
Ferner
sind den einzelnen Priority Queues 306 folgende Gewichtungswertebereiche 310,
d.h. Gewichtungs-Bänder
zugeordnet:
- • der ersten Priority Queue
E ein Gewichtungswertebereich von 30% bis 60% der insgesamt zur
Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite,
- • der
zweiten Priority Queue F ein Gewichtungswertebereich von 10% bis
40% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite,
und
- • der
dritten Priority Queue G ein Gewichtungswertebereich von 10% bis
40% der insgesamt zur Verfügung stehenden
Datenübertragungsbandbreite.
-
Im
Rahmen des Auslesens der Daten aus den jeweiligen Priority-Queue-Datenpufferspeichern
werden die Daten gemäß der entsprechend
dem jeweils für
jede Priority Queue 306 aktuell zugeordneten Gewichtungswert 309 allokierten
Datenübertragungsbandbreite
ausgelesen.
-
Dies
bedeutet ferner, dass während
der bestehenden Mobilfunk-Kommunikationsverbindung
zur Übertragung
der Nutzdaten pro Zeiteinheit TTI die in den Priority-Queue-Pufferspeichern
zwischengespeicherten Datenpaketen aus den verschiedenen Priority
Queues 306 entsprechend ihrer expliziten Gewichtung (d.h. den
Gewichtungswerten) und dem ausgewählten Transportformat anteilig über den
E-DCH-Transportkanal 303 übertragen werden.
-
Wenn
temporär
nur sehr wenige Daten in dem Datenpufferspeicher einer Priority
Queue 306 vorliegen, wird dieser Priority Queue 306 von
der UMTS-Basisstation 308, 309, 310, 311 nur
eine geringe Gewichtung innerhalb des Gewichtungs-Bandes, d.h. innerhalb
des Gewichtungswertebereichs, zugewiesen.
-
Dies
bedeutet, es wird ein Gewichtungswert ausgewählt und der jeweiligen Priority
Queue 306 zugewiesen, der in der Nähe des unteren, d.h. minimal
zulässigen
Gewichtungswerts 504 des Gewichtungswertebereichs 503 liegt.
-
Ist
der Datenpufferspeicher-Füllstand
des Datenpufferspeichers der jeweiligen Priority Queue 306 dagegen
temporär
sehr hoch, wird der Priority Queue 306 von der UMTS-Basisstation 308, 309, 310, 311 eine höhere Gewichtung
innerhalb des Gewichtungs-Bandes zugewiesen, vorzugsweise ein Gewichtungswert,
der sich in der Nähe
des oberen, d.h. maximal zulässigen
Gewichtungswerts 505 des jeweiligen Gewichtungswertebereichs 503 befindet.
-
Die
folgenden zusammengefassten Aspekte können als besonders vorteilhaft
im Rahmen der Erfindung angesehen werden:
- • Die Gewichtung
der Datenpufferspeicher, insbesondere der Datenpufferspeicher der
Priority Queues in der MAC-e-Teil-Protokollschicht
auf Basis der Dienstqualität
eines angeforderten Kommunikationsdienstes.
- • Das
Abarbeiten der in den Datenpufferspeichern der Priority Queues zwischengespeicherten
Daten und deren Übertragung über den
E-DCH-Transportkanal auf Basis der Gewichtung der Datenpufferspeicher, anders
ausgedrückt
auf Basis der Gewichtungswerte.
- • Die
Signalisierung der Gewichtung, d.h. der Gewichtungswerte der Datenpufferspeicher
der Priority Queues mittels RRC-Nachrichten von der Mobilfunknetzwerk-Kontrolleinheit
RNC 106, 107 an das Mobilfunk-Endgerät 118 sowie über die
Iub-Schnittstelle 113, 114, 115, 116 zwischen
der Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit 106, 107 an
die zugehörigen
UMTS-Basisstationen 108, 109, 110, 111.
- • Das
Zuordnen zwischen Datenverkehrsklasse und Gewichtungswert der Priority
Queues.
- • Das
gleichmäßige Aufteilen
der zur Verfügung
stehenden Datenübertragungsbandbreite,
wenn ein Pufferspeicher einer Priority Queue temporär keine
zu übertragenden
Daten zwischengespeichert hat.
- • Das
erstmalige Einführen
von Gewichtungs-Bändern,
d.h. von Gewichtungswertebereichen, innerhalb derer die Gewichtung
der Priority Queues dynamisch in Abhängigkeit von dem jeweiligen
Datenpufferspeicher-Füllstand,
der Übertragungssituation
in der Mobilfunkzelle und den Gewichtungen der anderen Priority Queues
durch das Netzwerk, vorzugsweise durch die jeweilige UMTS-Basisstation 108, 109, 110, 111 erniedrigt
bzw. erhöht
werden kann.
-
In
diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
- [1] 3GPP TS 25.301, Technical Specification,
Third Generation Partnership Project; Technical Specification Group
Radio Access Network; Radio Interface Protocol Architecture (Release
1999);
- [2] RP-040081, Proposed Work Item on FDD Enhanced Uplink, TSG-RAN
Meeting #23, Phoenix, USA, 10.-12. März 2004;
- [3] 3GPP TS 25.331, Technical Specification, Third Generation
Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access
Network; RRC Protocol Specification (Release 1999).
-
- 100
- Mobilfunksystem
- 101
- Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystem
- 102
- Mobilfunk-Netzwerk-Teilsystem
- 103
- Iu-Schnittstelle
- 104
- Iu-Schnittstelle
- 105
- Mobilfunk-Kernnetzwerk
- 106
- Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
- 107
- Mobilfunk-Netzwerk-Kontrolleinheit
- 108
- UMTS-Basisstation
- 109
- UMTS-Basisstation
- 110
- UMTS-Basisstation
- 111
- UMTS-Basisstation
- 112
- Iur-Schnittstelle
- 113
- Iub-Schnittstelle
- 114
- Iub-Schnittstelle
- 115
- Iub-Schnittstelle
- 116
- Iub-Schnittstelle
- 117
- Uu-Schnittstelle
- 118
- Mobilfunk-Endgerät
- 200
- Protokollschicht-Anordnung
- 201
- physikalische
Schicht
- 202
- Datenverbindungsschicht
- 203
- MAC-Protokollschicht
- 204
- RLC-Protokollschicht
- 205
- PDCP-Protokollschicht
- 206
- BMC-Protokollschicht
- 207
- RRC-Protokollschicht
- 208
- logischer
Kanal
- 209
- Transportkanal
- 210
- Radio
Bearer
- 211
- Kontroll-Ebene
- 212
- Nutzer-Ebene
- 213
- Signalling
Radio Bearer
- 300
- MAC-e-Teilprotokollschicht
- 301
- MAC-d-Flow
- 302
- MAC-d-Flow
- 303
- E-DCH-Transportkanal
- 304
- MAC-Control-Dienstzugangspunkt
- 305
- Priority
Queue-Verteilungseinheit
- 306
- Priority
Queue
- 307
- HARQ-Einheit
- 308
- Transportformat-Auswahleinheit
- 309
- Gewichtungswert
- 310
- Gewichtungswertebereich