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TWI450525B - 偵測無線傳輸錯誤之方法 - Google Patents

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TWI450525B TW100126197A TW100126197A TWI450525B TW I450525 B TWI450525 B TW I450525B TW 100126197 A TW100126197 A TW 100126197A TW 100126197 A TW100126197 A TW 100126197A TW I450525 B TWI450525 B TW I450525B
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Description

偵測無線傳輸錯誤之方法
本發明相關於一種偵測無線傳輸錯誤之方法，尤指一種依據循環多餘檢查來偵測無線傳輸錯誤之方法。
第三代行動通訊系統採用寬頻分碼多工存取(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)的無線接取方式，可提供高頻譜使用率、無遠弗屆的覆蓋率及高品質、高速率的多媒體資料傳輸，能同時滿足各種不同要求的服務品質(Quality of Service,QoS)，提供具彈性的多樣化雙向傳輸服務，並提供較佳的通訊品質以有效地降低斷話率(Call Drop)。
關於多媒體廣播及群播服務，第三代行動通訊聯盟(the 3rd Generation partnership Project,3GPP)已在相關規範中詳細定義其運作方式，以下僅簡單說明。首先，以全球行動電信系統(Universal Mobile Telecommunications System,UMTS)而言，第三代行動通訊系統包含用戶端裝置(User Equipment,UE)、全球陸地通訊存取網路(UMTS Terrestrial Radio Access Network,UTRAN)及核心網路(Core Network,CN)三大部分。在WCDMA系統中，無線電介面的協定結構包含了實體層(Physical Layer)L1，資料連接層(Data Link Layer)L2，以及網路層(Network Layer)L3。在其第二層資料連接層L2使用的通訊協定包括接取相關部分(Access Stratum,AS)和非接取相關部分(Non-Access Stratum,NAS)。接取相關部分包含無線資源控制(Radio Resource Control,RRC)、無線鏈結控制(Radio Link Control,RLC)、媒體存取控制(Media Access Control,MAC)、封包資料聚合協定(Packet Data Convergence Protocol,PDCP)、廣播及多重播送控制(Broadcast/Multicast Control,BMC)等數個功能不同的子層。資料在各個子層中進行相對應的封裝，子層從上層收到的資料視為此子層的服務資料單元(Service Data Unit,SDU)，經過子層封裝後成為協定資料單元(Protocol Data Unit,PDU)，再傳遞給下一個子層。接收端接收的處理程序大致與傳送端反向，子層會對資料進行相對應的處理以解封裝。上述相關各子層的功能與運作係為業界所習知，在此不另加贅述。
RLC通訊協定的主要功能為提供第三代行動通訊系統不同的傳輸品質處理，依據不同的傳輸品質要求，針對所傳輸的資料或控制指令，進行不同的切割、傳送、重傳與組合處理。在第三代行動通訊系統中，定義了對話(Conversational)、串流(Streaming)、互動(Interactive)與背景(Background)等四種不同的傳輸品質等級。RLC層係以下列3種方式來進行封包的切割分封處理，以滿足不同傳輸品質要求：
1、透通模式(Transparent Mode,TM)：根據封包長度直接進行切割分封，不做任何其他處理。透通模式適用於對即時傳輸要求較高的服務，如語音電話。
2、非確認模式(Unacknowledged Mode,UM)：除了切割分封外，在每個封包前另加適當的標頭(Header)，以協助接收端進行封包次序的檢查與錯誤封包的丟棄。非確認模式適用於對即時傳輸及封包次序皆有要求的服務，如網路協定語音(Voice over Internet Protocol,VoIP)通訊或視訊電話(Video Phone)等。
3、確認模式(Acknowledged Mode,AM)：除了切割分封與附加封包次序標頭外，在接收端更需針對每個封包進行次序檢查、重覆偵測及重傳處理，以確保所有封包都能正確地到達接收端。確認模式適用於對即時傳輸要求不高，但資料正確性要求很高的服務，如網頁瀏覽、電子郵件或檔案傳輸等服務。
在無線傳輸的過程中，用戶資料與某些信令資訊容易受干擾而發生錯誤，因此必須透過資料加密來保護。在習知第三代行動通訊系統中，在行動設備端(Mobile Equipment)與網路控制台(Radio Network Control)間會透過一加密(Ciphering)運算來對相關資料進行加密。第1圖為習知第三代行動通訊系統進行資料加密與解密的示意圖。虛線左側代表傳輸端，其首先將加密金鑰(Ciphering Key)CK、計數(Count)COUNT-C、乘載辨示(Bearer Identifier)BEARER、方向辨示(Direction Identifier)DIRECTION及長度指示(Length Indicator)LENGTH等參數透過F8演算法求出複數個金鑰串區塊(Keystream Block)KEYSTREAM，再對金鑰串區塊KEYSTREAM與明文(Plain Text)區塊PLAIN-TEXT進行互斥或(exclusive-OR)運算以得到密文(Cipher Text)區塊CIPHER-TEXT。虛線右側代表接收端，其則可對金鑰串區塊KEYSTREAM與所接收之密文區塊CIPHER-TEXT進行互斥或運算以解密出原始明文區塊PLAIN-TEXT。
在語音通話時，無線通訊裝置是在透通模式下，此時加密資料後所產生之協定資料單元僅包含語音資料，而無其它附加訊息，接收端並無法驗證收到的資料是否正確。若在傳送過程中受到干擾，或是用戶端和網路端之間有不同步的情形，使用者在通話時可能會一直聽到噪音。
本發明提供一種偵測無線傳輸錯誤之方法，其包含在一特定傳輸模式下，處理一特定資料以產生一加密資料；依據該特定傳輸模式產生一驗證碼；依據該編碼資料和該驗證碼來提供一協定資料單元；以及在傳輸該協定資料單元後，解碼該協定資料單元，並判斷該協定資料單元之一解碼資料和該驗證碼是否相符合。
第2圖為本發明中一種偵測無線傳輸錯誤之方法的流程圖，其包含下列步驟：
步驟210：傳輸端處理一特定資料以產生一加密資料。
步驟220：傳輸端依據加密資料和一驗證碼提供一協定資料單元，再將協定資料單元傳送至一接收端。
步驟230：在收到協定資料單元後，接收端解碼協定資料單元，並判斷解碼資料之內容是否符合其驗證碼；若是，執行步驟240；若否，執行步驟250。
步驟240：接收端執行一錯誤控制程序。
步驟250：結束。
在本發明中，傳輸端和接收端可分別為用戶端或網路端。亦即，本發明可偵測用戶端和用戶端之間、網路端和網路端之間，或用戶端和網路端之間的無線傳輸錯誤。
在步驟210中，傳輸端可依據運作模式來對特定資料進行處理，以產生相對應之加密資料。舉例來說，在透通模式下，資料處理可包含對上一層傳來之服務資料單元進行切割分封以產生加密資料；在非確認模式下，資料處理可包含對上一層傳來之服務資料單元進行切割分封以產生加密資料，以及序列號碼(sequence number)、長度辨識、補位(PAD)等相對應之附加資訊；在確認模式下，資料處理可包含對上一層傳來之服務資料單元進行切割分封以產生加密資料，以及序列號碼、長度辨識、補位或狀態協定資料單元(status PDU)等相對應之附加資訊。
在步驟220中，傳輸端會依據加密資料和驗證碼來提供協定資料單元。在本發明實施例中，可依據循環多餘檢查(Cyclic Redundancy Check,CRC)來產生一訊框檢查序列(Frame Check Sequence,FCS)以作為驗證碼。訊框檢查序列可依據不同運作模式之資料加密方式來產生，例如包含加密資料內容、長度辨識或補位等資訊。訊框檢查序列通常為一多位元之循環多餘檢查碼，可用來驗證協定資料單元之資料欄位或標頭欄位是否正確。循環多餘檢查之詳細運算為相關領域具通常知識者所熟知，在此不另加贅述。
依據第三代行動通訊聯盟所制定的規範，透通模式之協定資料單元包含一資料欄位，而非確認模式和確認模式之協定資料單元包含一資料欄位和一標頭欄位。第3A～3C圖為本發明中RLC層運作時之示意圖。第3A圖顯示了一透通模式協定資料單元TM_PDU，第3B圖顯示了一非確認模式協定資料單元UM_PDU，而第3C圖顯示了一確認模式協定資料單元AM_PDU。
在第3A圖中，步驟220傳送之透通模式協定資料單元TM_PDU包含一資料欄位DATA和一訊框檢查序列欄位FCS。在透通模式下接收到上一層傳來之服務資料單元後，會將資料切割分封後之加密資料存入資料欄位DATA，並將包含資料加密資訊之驗證碼存入訊框檢查序列欄位FCS。
在第3B圖中，步驟220傳送之非確認模式協定資料單元UM_PDU包含一資料欄位DATA、標頭欄位UM_Header和一訊框檢查序列欄位FCS。在非確認模式下接收到上一層傳來之服務資料單元後，會將資料切割分封後之加密資料存入資料欄位DATA，將序列號碼、長度指標或補位等附加資訊存入相對應之標頭欄位UM_Header，並將包含資料加密資訊之驗證碼存入訊框檢查序列欄位FCS。
在第3C圖中，步驟220傳送之確認模式協定資料單元AM_PDU包含一資料欄位DATA、標頭欄位AM_Header和一訊框檢查序列欄位FCS。在確認模式下接收到上一層傳來之服務資料單元後，會將資料切割分封後之加密資料存入資料欄位DATA，將序列號碼、長度指標、補位或狀態協定資料單元等附加資訊存入標頭欄位AM_Header，並將包含資料加密資訊之驗證碼存入訊框檢查序列欄位FCS。
在步驟230中，接收端會解碼協定資料單元，並判斷解碼資料之內容是否符合其驗證碼。在透通模式下，接收端可依據MAC層通訊協定來解碼協定資料單元；在非確認模式或確認模式下，接收端可依據RLC層通訊協定來解碼協定資料單元。
若判定協定資料單元之解碼資料和驗證碼彼此不符時，接收端會執行步驟240以執行錯誤控制程序。本發明可使用無線通訊領域常見之錯誤控制程序，例如前饋式錯誤修正(Feed-forward Error Correction,FEC)、自動重傳請求(Automatic Repeat Request,ARQ)或混合式自動重送請求(Hybrid Automatic Repeat Request,HARQ)等。前饋式錯誤修正是單一方向的錯誤控制機制，當接收端收判定資料錯時會將其自行修正，如果無法修正回來時則將其丟棄，並不會通知傳輸端。自動重傳請求則為雙向傳輸的錯誤控制機制，當接收端發現資料錯誤時，會通知傳輸端並要求重傳此資料，因此可以提供較高的可靠度。混合式自動重傳請求則結合前述兩者的優點，在確保傳輸可靠度的同時，亦能避免在無線環境中因過度的重傳而降低整體系統效能。
本發明可應用於寬頻分碼多工存取系統中，RLC層會在協定資料單元內另加入訊框檢查序列欄位，用來儲存相關於加密資料之訊息，以供接收端驗證傳輸資料的內容是否正確，因此能在偵測到無線傳輸錯誤時執行相對應之錯誤控制程序，進而改善通訊品質。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
TM_PDU．．．透通模式協定資料單元
UM_PDU．．．非確認模式協定資料單元
AM_PDU．．．確認模式協定資料單元
210～250．．．步驟
第1圖為習知第三代行動通訊系統進行資料加密與解密的示意圖。
第2圖為本發明中一種偵測無線傳輸錯誤之方法的流程圖。
第3A～3C圖為本發明寬頻分碼多工存取系統中RLC層運作時之示意圖。
210～250．．．步驟

Claims (8)

  1. 一種偵測無線傳輸錯誤之方法，其包含：在一特定傳輸模式下，一傳輸端處理一特定資料以產生一加密資料；該傳輸端依據該特定傳輸模式產生一驗證碼；該傳輸端依據該編碼資料和該驗證碼來提供一協定資料單元(Protocol Data Unit,PDU)；以及在該傳輸端傳輸該協定資料單元後，解碼該協定資料單元，並判斷該協定資料單元之一解碼資料和該驗證碼是否相符合。
  2. 如請求項1所述之方法，其包含：使用循環多餘檢查(Cyclic Redundancy Check,CRC)來產生一訊框檢查序列(Frame Check Sequence,FCS)以作為該驗證碼。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該驗證碼包含依據該特定傳輸模式所產生之一加密資料內容、一長度指示(Length Indicator)或一補位(PAD)之資訊。
  4. 如請求項1所述之方法，其包含：若該解碼資料和該驗證碼不符合時，執行一錯誤控制程序。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該錯誤控制程序包含修正該解碼資料或要求重傳資料。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該特定傳輸模式係為依據一無線鏈結控制(Radio Link Control,RLC)層通訊協定之一透通模式(Transparent Mode,TM)、一非確認模式(Unacknowledged Mode,UM)，或一確認模式(Acknowledged Mode,AM)。
  7. 如請求項6所述之方法，其中當該特定傳輸模式為該透通模式時，該方法係依據一媒體存取控制(Media Access Control,MAC)層通訊協定來解碼該協定資料單元。
  8. 如請求項6所述之方法，其中當該特定傳輸模式為該非確認模式或該確認模式時，該方法係依據該無線鏈結控制層通訊協定來解碼該協定資料單元。
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