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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Datenübertragung in einem Funktelefonnetzwerk.
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Ein
Beispiel für
ein Funktelefonnetzwerk, in diesem Fall ein herkömmliches digitales zellulares Netzwerk
ist in 1A dargestellt. Das Netzwerk umfasst
Basisstationssteuerungen (BSC), wobei jede einzelne davon eine Reihe
von festen Basisempfangsstationen (BTS) steuert. Die BTS und Mobilstationen
sind über
Funkkommunikationskanäle miteinander
verbunden. Die Basisstationssteuerung und die Basisstationen, mit
der sie verbunden ist, bilden ein Basisstationssubsystem. Die BSC
werden über
digitale Hauptleitungen, welche die Basisstationssubsysteme steuern,
mit mobilen Schaltstellen (MSC) verbunden. Die MSC leiten den Kommunikationsverkehr
zu allgemeinen PSTN oder privaten Netzwerken (wie z.B. LAN). Eine
Basisstationssteuerung kann auch physisch mit der mobilen Schaltstelle angeordnet
sein. Die Dienstbandbreite einer Basisstation bildet eine Zelle
und eine Mobilstation innerhalb der Dienstbandbreite, wobei diese
herkömmlich von
der Basisstation versorgt wird. Die Mobilstation kann sich von einer
Zelle zu einer anderen bewegen und aus der Steuerung durch eine
Basisstation in die Steuerung durch eine andere Steuerung wechseln, ohne
die Verbindung zum Funktelefonnetzwerk zu verlieren.
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In
bekannten zellularen Netzwerken kann die Dateninformation zwischen
dem Heimnetzwerk einer Mobilstation und einem End- bzw. Zielnetzwerk übertragen
werden. Das Endnetzwerk kann ein Heimnetzwerk, ein anderes Netzwerk
mit dem gleichen System, ein festes Telefonnetzwerk oder ein Datennetzwerk
umfassen. Die Netzwerkdienste umfassen typischerweise eine synchrone
und asynchrone leitungsvermittelte Datenübertragung von einem zellularen
Netzwerk an ein externes Telefonnetzwerk PSTN, an ein leitungsvermitteltes
Datennetzwerk oder an ein ISDN-Netzwerk. Es gibt viele Vorschläge zum Umsetzen
einer asynchronen Paketschaltung in ein externes paketvermitteltes
Datennetzwerk.
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Wie
in 1A dargestellt, gelangen die übertragenen Daten aus einer
Mobilstation in eine Inter Working Function-Einheit für Daten,
IWF, die einer mobilen Schaltstelle zugeordnet ist, von wo sie über ein
Modem in eine Schaltzelle von wo sie weiter übertragen werden, z.B. durch
ein PSTN zu einem Zielmittel oder Zieldatennetzwerk, wie z.B. ein
privates LAN-Netzwerk. Das Übergangsnetzwerk
ist daher das allgemeine Telefonnetzwerk.
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Ein
typisches Verfahren der Datenübertragung
zwischen Netzwerken und auch innerhalb eines Netzwerks ist das Umschalten
zwischen Schaltkreisen, wobei ein Übertragungskanal zur Datenübertragung
erstellt wird. Das Erstellen eines Kanals ist ein zeitaufwendiger
Vorgang und erfordert viele Signalübertragungen, wie z.B. das
Senden einer Anfrage an einen Steuerkanal und die Zuweisung eines
Kanals, Authentifizierungsüberprüfungen,
das Einrichten eines Verschlüsselungsmodus
und anderer, bevor der Kanal zur Übertragung von Dateninformationen
eingerichtet wird. Das Umschalten zwischen Schaltkreisen ist daher
beim Einsetzen in der Datenübertragung
unwirtschaftlich, weil die Übertragung
ein breites Frequenzband benötigt.
Ferner wird der Anwender belangt, egal ob die Daten übertragen
wurden oder nicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Kanal in einem
leitungsvermittelten Netzwerk aufrecht erhalten werden muss, bis
die gesamte Dateninformation übertragen
wurde, was im Hinblick auf die Kapazität unwirtschaftlich ist. Da
das Abhalten des Anwenders im Allgemeinen auf der Länge der
reservierten Verbindungszeit mit dem leitungsvermittelten Netzwerk
basiert, muss der Anwender auch für "nichts" zahlen, da die für die tatsächliche Datenübertragung
benutzte Zeit nur einen untergeordneten Teil der gesamten Verbindungszeit
darstellt. Typischerweise sind zellulare Netzwerke hauptsächlich für die Sprachübertragung
optimiert worden und zu diesem Zweck ist der leitungsvermittelte
Datentransfer angemessen.
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In
digitalen zellularen Netzwerken, wie z.B. dem europäischen GSM-Netzwerk
oder dem amerikanischen Netzwerk für EIA/TIA-Standards (Electronic
Industries Association/Telecommunication Industry Association) wurden
Vorschläge
gemacht, die Datenkommunikation in Paketen als so genannte Daten vorzunehmen,
z.B. in der US-Patentanmeldung
US 4,887,265 .
Hierin wird ein System offenbart, in welchem mehrere Mobilstationen
Paketdaten an eine Basisstation senden und dabei ein und denselben Kanal
benutzen. Sobald die Basisstationssteuerung aus einer Mobilstation
eine Anfrage auf Zuweisung eines Datenkanals erhält, überträgt es die Kanalzuweisung an
die Mobilstation, wobei die Mobilstation auf diesem Datenkanal geht.
Der gleiche Kanal ist ferner zur Benutzung durch alle anderen Mobilstationen
innerhalb der Bandbreite dieser Zelle verfügbar. Eine Anfrage, eine Kanalzuweisung
und die Übertragung
auf einem Kanal benötigen
eine beachtliche Signalübertragungsmenge.
Das Weiterreichen einer Datenverbindung von einer Basisstation an
eine andere ist in diesem System ebenfalls möglich. In dem von diesem Patent
offenbarten System wird ein bleibender Kanal für die Paketübertragung bereitgestellt, der
immer verfügbar
ist, ungeachtet eines momentanen Bedarfs.
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Die
Februar-Ausgabe von IEEE Transactions on Vehicular Technology 42
(1993), Nr. 1 betrifft ein Protokoll mit Mehrfachzugriff, in dem
ein mobiles Endgerät
sich in einem drei Phasen umfassenden Ablauf mit einer Basisstation
in Verbindung bringt, umfassend eine Zuweisungsphase für die Identifizierung
des Endgeräts
(TEI), eine Rufaubau-Phase und eine Informationsübertragungsphase, wenn die
Daten übertragen
werden müssen.
Die Rufaubau-Phase weist Signalübertragungs-Kanalreservierung
und Verbindungsaufbau-Unterphasen auf.
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EP-A-0
048 861 offenbart ein mobiles Kommunikationssystem. Eine Datenverknüpfung zwischen
zwei mobilen Endgeräten
(A und B) wird mittels eines festen Funknetzwerks hergestellt, das mehrere
Datenübertragungskanäle und zwei
Verdichter aufweist. Das mobile Endgerät (A) sendet ein Wahlsignal
(W) zum Bereitstellen virtueller Teilverbindungen und einer virtuellen
Endverbindung am mobilen Endgerät
(B), so dass en Datenpaket an das mobile Endgerät (B) übertragen werden kann.
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Das
Datenpaket wird zwischen den Austäuschen im festen Funknetzwerk übertragen.
Jeder Verdichter kann zweimal so viele virtuelle Verbindungen wie
Kanäle
handhaben. Jeder Kanal in jeder Richtung verfügt über eine Identifizierungsnummer durch
Benutzen von sechs Bits, wobei ein siebtes Bit die Richtung der Übertragung
anzeigt und ein achtes Bit zur Prüfung der Parität benutzt
wird und auf diese Weise ein Achtbitzeichen erstellt. Der Datenabschnitt jedes
Pakets kann für Zahlen,
Text, Fax oder Bilder oder für
Sätze in
digitalen Sprachsignalen benutzt werden.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der Erfindung wird ein Funktelefonsystem bereitgestellt,
umfassend eine Mobilstation (MS) und eines feste Station (BTS, BSC,
MSC, Agent), wobei die Mobilstation dazu in der Lage ist, einen
ersten Parameter zu speichern, der die feste Station betrifft, und
die feste Station dazu in der Lage ist, einen zweiten Parameter
zu speichern, der die Mobilstation betrifft, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Parameter benutzt werden können, um
einen virtuellen Datenkommunikationskanal zwischen der Mobilstation und
der festen Station zu bilden, für
den eine Authentifizierung ausgeführt wurde und wobei für den virtuellen
Datenkommunikationskanal eine Verschlüsselung eingerichtet worden
ist, dieser jedoch keinen reservierten Pfad aufweist, so dass ein
Paketdaten-Kommunikationskanal
ohne Weiteres erstellt werden kann, wenn Paketdaten zwischen der
Mobilstation und der festen Station ausgetauscht werden sollen,
indem ein Pfad für
den virtuellen Datenkommunikationskanal reserviert wird.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Übertragung
von Daten in einem Funktelefonnetzwerk bereitgestellt, umfassend:
das
Speichern eines ersten Parameters in einer Mobilstation (MS), der
die feste Station (BTS, BSC, MSC, Agent) betrifft; und das Speichern
eines zweiten Parameters in der festen Station, der die Mobilstation
betrifft;
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen virtuellen
Datenkommunikationskanal zwischen der Mobilstation und der festen
Station bildet, für
den eine Authentifizierung ausgeführt wurde und dass für den virtuellen
Datenkommunikationskanal eine Verschlüsselung eingerichtet worden
ist, dieser jedoch keinen reservierten Pfad aufweist, so dass ein
Paketdaten-Kommunikationskanal
ohne Weiteres erstellt werden kann, wenn Paketdaten zwischen der
Mobilstation und der festen Station ausgetauscht werden sollen,
indem ein Pfad für
den virtuellen Datenkommunikationskanal reserviert wird.
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Gemäß eines
dritten Aspekts der Erfindung wird ein Funktelefon bereitgestellt,
das einen Parameter zur Einrichtung eines Kommunikationskanals einer
festen Station zum Bilden eines virtuellen Datenkommunikationskanals
mit der festen Station aufweist, und dabei den Aufbau eines Echtzeitdatenkommunikationskanals
beschleunigt.
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Diese
Aspekte der Erfindung haben den Vorteil, dass ein Echtzeitdatenkommunikationskanal schnell
aufgebaut werden kann, wenn eine Mobilstation das Übertragen
von Daten wünscht.
Inmitten der Übertragung
von Daten kann der Echtzeitkommunikationskanal auf einen virtuellen
Datenkommunikationskanal umgeschaltet werden, um zu einem schnellen
Neuaufbau bereit zu sein. Daher braucht ein Kommunikationskanal
nicht ständig
geöffnet
zu sein, wenn keine tatsächliche
Datenübertragung
stattfindet. So werden die Kosten zur Übertragung von Daten vermindert.
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Alternativ
kann ein virtueller Datenkommunikationskanal gebildet werden, wenn
eine Mobilstation mit Datenübertragungskapazität sich bei
der festen Station anmeldet, oder wenn eine Mobilstation, die bei
einer festen Station registriert ist, einen Datenkommunikationskanal
anfordert. Ein Vorteil, nur dann einen virtuellen Kommunikationskanal
zu bilden, wenn eine Mobilstation einen Datenkommunikationskanal
anfordert, ist, dass eine unnötige
Signalübertragung
vermieden werden kann.
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Optional
kann der Datenkommunikationskanal ein Kanal sein, der üblicherweise
für Sprachübertragungen
oder die Signalübertragung
oder die Steuerungsübertragungen
reserviert ist. Ein besonderer Vorteil des Benutzens von Signalübertragungs-
bzw. Steuerkanälen
ist, dass die Übertragung
von Daten die Zahl der verfügbaren
Sprachkanäle
der Systemanwender nicht vermindert.
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Vorteilhaft
wird der Datenkommunikationskanal auf die Paketdatenübertragung
angepasst, was eine besonders geeignete Übertragungsform zur Benutzung
mit einem Datenkommunikationskanal darstellt, der schnell geöffnet bzw.
geschlossen werden kann.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass Datenpakete an den Mobilstationen erzeugt
und direkt an ein Datennetzwerk übertragen
werden können,
ohne dass Übergangsnetzwerke,
wie z.B. Paket-Esteller/Abbauer (PADS) oder die Verwendung von PSTN
benötigt
werden. Zudem kann die Mobilstation selbst Paketdaten empfangen,
d.h. das System ist bidirektional.
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Ein
angemessenes, im Stand der Technik vorhandenes System, das derzeit
benutzt wird, ist z.B. das europäische
GSM-System.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung mit Hilfe von Beispielen und in Bezug auf die Zeichnungen
im Detail beschrieben. Es zeigen:
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1 ein zellulares Netzwerk,
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2 eine
schematische Darstellung der logischen Kanälen des GSM-Systems,
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3 die
Konfigurierung einer Kanalanfrage,
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4 die
anfängliche
Signalübertragung
eines virtuellen Kanals,
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5 die
Schritte zum Übertragen
von Paketdaten,
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6 die
Beendigung der Signalübertragung
des virtuellen Kanals,
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7 eine
Phase nach Aufbau eines Kanals,
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8 ein
Diagramm-Darstellung einer Basisstation,
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9 eine
aus dem Mobiltelefon herrührende
Datenübertragung,
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10 eine
Datenübertragung,
die in einem Mobiltelefon endet,
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11 ein
Format einer Paketdatenmitteilung,
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12 ein
Format einer weiteren Paketdatenmitteilung,
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13 einen
Befehl eines RACH-Rahmens für
ein Standard-Pulspaket,
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14 die
Phasen einer Paketdatenübertragung
und
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15 die
Signalübertragung,
wenn eine Verbindung an Schnittstellen gebrochen ist.
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In
einem besonderen Beispiel eines zellularen Netzwerks besteht der
physische Kanal einer Mobilstation und einer Basisstation, d.h.
eines Funkfrequenzkanals, aus aufeinander folgenden Rahmen, die
aus Zeitscheiben bestehen, wobei in einer dieser Zeitscheiben die Übertragung
durchgeführt
wird, in einer anderen der Empfang, in einer anderen das Abhören von
Rufeingängen,
usw. Die entsprechenden Zeitscheiben bilden einen logischen Kanal,
von denen eine große
Anzahl verfügbar
sein kann.
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In
digitalen zellularen Netzwerken kann eine Mobilstation Daten aus
einem Verkehrskanal, der insbesondere für die Sprach- und Datenübertragung erdacht
wurde, senden und empfangen. Diese können nicht zur gleichen Zeit übertragen
werden, aber der Anwender oder das Netzwerk treffen die Wahl, welche
der beiden übertragen
werden soll. Sowohl Daten als auch Sprache werden als Pulspakete
auf einem Funkkanal gesendet. Das bedeutet, dass während einer Ühertragungszeitscheibe
ein kurzes Datenpulspaket inmitten der Zeitscheibe übertragen wird,
so dass ein beachtlicher Teil der Gesamtzeit, die für die Übertragung
benutzt wird, die Zeit zwischen den Pulspaketen ist, während der
keine Informationen übertragen
werden.
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Eine
besondere Art von Datendienst, die als Paketdatendienst bekannt
ist, ist im GSM-Netzwerk definiert worden. In diesem Dianst informiert
die von einer Daten übertragenden
Mobilstation ausgewählten
Nummer das Netzwerk darüber,
dass eine leitungsvermittelte Verbindung mit einer Paketerstellungs-
bzw. Paketaboaueinheit erzeugt werden muss, um die Verbindung mit
einem Datennetzwerk, wie z.B. X.25, durchzuführen, die ein Assemblierer oder
Disassemblierer von Paketen oder ein Paket-Steuerungsprogramm sein kann. Der Assemblierer
bzw. Disassemblierer von Paketen kann zusammen mit oder sogar hinter
einem ISDN-Netzwerk angeordnet sein. Die Mobilstation sendet die
Daten als kontinuierlichen Datenstrom, nicht als Pakete, an einen
PAD oder PH, der die Datenpakete bildet und diese über das
Datennetzwerk an das Ziel überträgt.
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Wenn
der PH ein so genannter Basic Packet Handler ist, ist die Datenverbindung
in jedem Netzwerk durch einen gegebenen PH-Punkt lokalisiert. Der
Basic Data Handler unterstützt
ferner die mobil beendigte Richtung in der Datenübertragung. Andererseits wird
die mobil beendigte Richtung weder von dem so genannten dedizierten
Packet Handler noch von PAD unterstützt. Der Verkehr zwischen der
Mobilstation und dem Packungsmittel imitiert die synchrone bzw.
asynchrone Datenübertragung,
unter der ein Funkverkehrsprotokoll RLP angeordnet ist.
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In
dem Datenpaketdienst des GSM-Netzwerks werden keine Pakete in den
Mobilstationen erzeugt, sondern im PAD. Der Verkehr ist unidirektional,
auch in dem Sinne, dass die Verbindung von der Mobilstation ausgeht,
d.h. die Station eine Anfrage an das Netzwerk zur Erzeugung einer
Datenverbindung aussenden sollte. Es können erst Pakete an die Mobilstation
gesendet werden, wenn die Station selbst das Öffnen einer Leitung angefordert
hat. Es ist ferner anzumerken, dass die Daten über das Telefonnetzwerk geleitet
werden, wodurch der Preis der Datenübertragung um einiges höher liegt
als der Preis der Übertragung
innerhalb eines Datennetzwerks.
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Die
Versand- und Empfangsfunktion von Datenpaketen kann so angeordnet
sein, dass sie in allen Mobilstationen positioniert ist oder nur
in einigen. Für
Mobilstationen ohne diese Funktion ist eine Paketdatenübertragung
vollends undurchsichtig, sodass Mobilstationen unterschiedlicher
Arten aktiviert werden, problemlos gleichzeitig in dem Netzwerk
zu laufen. Daher ist das Paketdatenmerkmal ein weiterer Dienst,
der von dem Netzwerk bereitgestellt wird, obwohl die Mobilstation
die Fähigkeit
zur Benutzung eines solchen Dienstes besitzen muss. Die Umsetzung
des Systems muss derart erfolgen, dass nur ein paar wenige Veränderungen
in derzeit benutzten digitalen zellularen Systemen erfordert werden
und, als zusätzliches
Merkmal, dies sich ferner zur Benutzung in Systemen aus dem Stand
der Technik, wie z.B. GSM, DCS 1800 in einer Bandbreite von 1,8
GHz oder PCN eignet.
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In
neuen Netzwerken wird am öftesten
ein so genannter Kurzmitteilungsdienst bestimmt, mit dem eine Mobilstation
kurzzeitig Kurzmitteilungen senden und empfangen kann. Die Übertragung
einer Kurzmitteilung erfordert jedoch eine Standardverbindungs-Aufbauroutine
und damit einen Teil des Frequenzbandes und schränkt damit die zu übertragene Datenmenge
ein.
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Zur Übertragung
von Paketdaten werden kein zugeordneter Funkkanal und Datenweg über das
Netzwerk permanent aufrechterhalten. Gemäß der Erfindung ist ein virtueller
Kanal zur Datenpaketübertragung
in dem Netzwerk zwischen der Mobilstation und der mobilen Schaltstelle
angeordnet. Wenn ein Telefon mit einer Paketdatenfunktion in die
Bandbreite der mobilen Schaltstelle eintritt, das als ein Anwender
des Paketdatendienstes zugewiesen worden ist, werden alle notwendigen
Signalübertragungen durchgeführt, wonach
die Schaltstelle, oder genauer gesagt, die Paketdaten-Diensteinheit (Agent)
der Information zugeordnet ist, die im Hinblick auf das Telefon
und die Erstellung eines Echtzeit-Übertragungskanal notwendig
ist. Derartige Daten, welche die tatsächlichen Informationen über die
Lokalisierung des Telefons enthalten, werden virtueller Kanal genannt.
Der virtuelle Kanal ist demnach eine virtuelle Verbindung zwischen
der Mobilstation und der Datendiensteinheit und ermöglicht einen
schnellen Übergang
in den Datenübertragungsmodus,
wobei die in dem Speicher der Mobilstation und Datendiensteinheit
gespeicherten Parameter Beachtung finden. Wenn Paketdaten von dem
Telefon in das Netzwerk übertragen
werden müssen,
oder umgekehrt, wird keine vollständige Signalübertragung
zwischen dem Telefon und der Schaltstelle benötigt, da dies bereits zuvor
stattgefunden hat; stattdessen kann ein Echtzeit-Übertragungsweg
extrem schnell und mit einer sehr geringen Signalübertragung
zwischen der Mobilstation und der Paketdaten-Diensteinheit (Agent)
eingerichtet werden, über
die die Pakete übertragen
werden. Der Übertragungsweg,
oder zumindest der Funkkanal, wird freigegeben, sobald keine Paketdaten
mehr übertragen
werden. Stattdessen ist der virtuelle Kanal immerwährend bereit,
solange die Mobilstation in dem Datendienst aufgelistet ist. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine sehr schnelle Verbindung zu dem Paketdaten-Übertragungsmodus erstellt werden
und der Übertragungsweg
nur dann reserviert werden, wenn es etwas zu übertragen gibt.
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Ein
Mittel zur Steuerung der Übertragung von
Paketdaten wird zusammen mit der mobilen Schaltstelle angeordnet
und ist als Datendiensteinheit (Agent) bekannt, die ein Rechner
oder ein Vorgang sein kann. Die Datendienststelle wird mit einer Reihe
von Verbindungsdiensten bereitgestellt und weist einen Zugriff auf
andere Netzwerke und die Dienste davon auf. Der Agent wurde logisch
und der mobilen Schaltstelle MSC zugeordnet angeordnet, obwohl die
physische Anordnung innerhalb der Schaltstelle als Teil der Vorgänge davon
oder außerhalb
der Schaltstelle in Form eines oder mehrerer Computer, die über eine Übertragungsverknüpfung an
die Schaltstelle angeschlossen sind, sein kann. Die Basis des Agenten
ist eine Schnittstelleneinheit IFU, welche das zellulare Netzwerk
an ein anderes Netzwerk anschließt, wie z.B. an ein TCP/IP-
oder OSI-Netzwerk (TCP = Übertragungssteuerungsprotokoll,
IP = Internet- Protokoll,
OSI = Verbindung offener Systeme). Dementsprechend kommuniziert
eine Mobilstation MS mit einer Paketdatenfunktion durch eine Datendiensteinheit
(Agent) mit den anderen Netzwerken, wobei der virtuelle Kanal insbesondere zwischen
dieser und der Datendiensteinheit (Agent) angeordnet ist. Aus diesem
Grund wird jede Mobilstation, die den Paketdatendienst unter der
Steuerung der mobilen Schaltstelle benutzt, von der Datendiensteinheit
(Agent), die der mobilen Schaltstelle zugeordnet ist, überprüft.
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Der
Agent führt
zumindest einen Teil der folgenden Funktionen durch: Er
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- – registriert
alle Telefone, die mit einer Paketdatenfunktion unter der Steuerung
der mobilen Schaltstelle versehen sind,
- – informiert
das Telefon über
eine eintreffende Mitteilung,
- – entfernt
das Telefon aus dem Register, sobald die Verbindung beendet wurde,
- – überträgt die Mitteilungen
des Telefons an das übrige
Netzwerk,
- – überträgt die Mitteilungen
des übrigen
Netzwerks an das Telefon,
- – puffert
Mitteilungen im Hinblick auf die effektive Übertragung über das Netzwerk,
- – verschlüsselt oder
entschlüsselt
bei Bedarf,
- – führt bei
Bedarf die Komprimierung/Entkomprimierung zwischen dem Telefon und
dem Agenten durch,
- – aktualisiert
die Datenbasis davon (Standortaktualisierung),
- – empfängt Mitteilungen,
die an den Rufkanal gerichtet sind.
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Normalerweise
wird der virtuelle Kanal initiiert, wenn der Anwender den Paketdatendienst
zu benutzen beginnt und der Kanal wird beendet, wenn der Anwender
den Dienst verlassen hat. In der Zeit zwischen Beginn und Beendigung,
d.h. während
dieser mit dem Dienst verbunden ist, kann die Mobilstation sich
von einer Zelle zur nächsten
bewegen und übertragen.
Die Weiterreich-Funktion setzt den Abbau des virtuellen Kanals und
den Aufbau eines neuen voraus. Das Weiterreichen ist von dem Anwender praktisch
nicht wahrnehmbar.
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Beim
Eintreten in den Zellenbereich hört
die Mobilstation den Systeminformationskanal ab, der ein Merkmal
aller zellularen Netzwerke und konstanter Übertragung von der Basisstation
ist, und erhält dadurch
Informationen, ob der Paketdatendienst im Netzwerk oder in der Zelle
gerade benutzt wird. Eine Systeminfo-Mitteilung kann eine Identifizierung
bezüglich,
z.B. des Paketdatendienstes, beinhalten. Wenn eine Mobilstation
mit einem Paketdatendienst verbunden werden möchte, sendet sie über eine
Basisstation eine Anfrage an das Netzwerk, um den virtuellen Kanal
einzurichten. Die Anfrage startet in dem Netzwerk eine Standard-Steuerungssignalfolge,
die von dem Netzwerk benutzt wird und ein Merkmal desselben ist,
wobei die Authentifizierung der anfragenden Station geprüft, die
Verschlüsselung
begonnen und die anfragende Station mit einer vorläufigen Identifizierungsnummer
versehen wird. Ferner wird der Agent, der mit der mobilen Schaltstelle
assoziiert ist und den Paketdienst steuert, informiert, wobei dies die Überwachung
des Mobiltelefons, das davon gesteuert wird, einschließt. Die
mobile Schaltstelle hält eine
fortlaufende Registrierung an dem Ort der Mobilstation aufrecht,
wobei ein Weiterreichen von einer Zelle zu einer anderen möglich und
eine schnelle Bereitschaft zur Übertragung
der Datenübertragung bzw.
des Datenempfangs möglich
ist, weil das Telefon keine separate Anfrage für einen Verkehrskanal vorzunehmen
braucht.
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Anstelle
einer Systeminfo-Mitteilung ist es ferner möglich, dass die Mobilstation
das Netzwerk durch einen Kurzmitteilungsdienst abfragt, ob eine Paketdatenfunktion
belegt ist. Das Netzwerk antwortet darauf mit einer gleichen Mitteilung
des Kurzmitteilungsdienstes. Die Kurzmitteilungsdienste SMS sind
die am öftesten
enthaltenen Dienste für
digitale Netzwerke.
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Die
Steuerungssignalübertragung,
die der Verwaltung der Datenverbindung zwischen der Datendiensteinheit
(Agent) zugeordnet ist, die der Mobilstation und der mobilen Schaltstelle
MSC zugeordnet ist, wird zusammen mit den Datenmitteilungen auf
der Signalübertragungsebene
durchgeführt.
Die Funktionen auf der Signalübertragungsebene
werden mit den Funktionen für
die Einrichtung, Beibehaltung und Beendigung einer Verbindung zwischen
einem zellularen Netzwerk und anderen Netzwerken bereitgestellt.
Sie umfasst des Weiteren Funktionen zur Aktualisierung der Registrierung,
Authentifizierung und eine Funktion zum Bereitstellen einer vorläufigen Teilnehmernummer
TMSI.
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Mehrere
Protokolle sind für
die Benutzung bei der Übertragung
von Datenpaketen zwischen der Mobilstation und der Datendiensteinheit
(Agent) verfügbar.
Die Funkschnittstelle gibt jedoch bestimmte Einschränkungen
vor, wie z.B. den Bedarf zur Minimierung der über die Schnittstelle übertragenen
Datenmenge. Die Menge kann durch Komprimieren des Datenabschnitts
der Pakete minimiert werden. Die Daten werden vor der Übertragung
komprimiert, z.B. durch einen V.42bis-Komprimierungsalgorithmus, und der Empfänger entkomprimiert
die Daten, indem er den gleichen Algorithmus benutzt. Ferner kann
die Bitmenge im Kennsatz der Datenpakete reduziert werden. Solche
Funktionen werden von dem virtuellen Kanalprotokoll übernommen,
das ferner die Steuerungsmitteilungen zwischen dem Agenten und der Mobilstation übernimmt
und die Pakete der Protokolle auf höherer Ebene in den Funkverknüpfungsprotokoll
(RLP)-Rahmen einpasst.
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Nach
dem Erstellen des virtuellen Kanals zwischen der Mobilstation und
der Basisstation kann die Mobilstation normale Anrufe weder beginnen noch
empfangen. Stattdessen ist der Versand und Empfang von Kurzmitteilungen
SMS möglich.
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Wenn
die Übertragung
von Datenpaketen gewünscht
wird, sendet eine Mobilstation zur Kanalzuweisung eine Anfrage an
das Netzwerk. Da die Mehrzahl der benötigten Signalübertragungen
zum Erstellen eines Kanals bereits zu Anfang der Erzeugung der virtuellen
Verbindung durchgeführt
worden ist, ist das Einrichten eines Datenpaket-Übertragungskanals, der von
der Mobilstation zu dem Agenten verläuft und zu diesem Zeitpunkt
benötigt
wird, schnell. Dies bedeutet eine kurze Zeit zwischen der Anfrage
auf Kanalzuweisungs bis zur Übertragung der
Pakete.
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Die Übertragung
kann gemäß einer
ersten oder zweiten Ausführungsform
der Erfindung erreicht werden. Sobald ein Anwender der Mobilstation
die Paketdatenfunktion bei der Beendigung der Datenübertragung
ausschaltet oder wenn ein Netzwerk die Verbindung beendet, wird
der Datenweg abgebaut und der Funkkanal freigegeben, optional kann
der virtuelle Kanal aufrechterhalten werden.
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Eine
Paketdatensitzung betrifft die Zeit, die anfängt, sobald ein Anwender eine
Paketdatenfunktion beginnt (den Wunsch äußert, an den Dienst angeschlossen
zu werden) und endet, wenn der Anwender den Dienst beendet. Im Verlauf
dieser Sitzung kann der Anwender Pakete sowohl an ein Endnetzwerk übertragen
als auch von einem Quellnetzwerk empfangen. Auch Wechsel und Weiterreichen
sind möglich.
Im Verlauf einer Sitzung werden eine oder mehrere virtuelle Kanalverbindungen
erzeugt, jedoch nicht mehr als eine gleichzeitig.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
ist der Funkkanal eines Datenwegs ein Standard-Verkehrskanal eines
zellularen Systems, das zur Übertragung von
Sprache und nicht paketförmigen
Daten durch Sendung zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation
dienen soll. Wenn Daten von einer Mobilstation aus (z.B. mobil eingeleitet) übertragen
werden sollen, fragt die Station über eine Basisstation am Netzwerk
nach einem Kanal, der den gleichen Signalübertragungskanal benutzt, wie
der Kanal, der im Normalfall benutzt wird, wenn die Station eine
Anfrage zur Rufverbindung sendet. Der Signalübertragungskanal ist ein wahlfreier
Zugangskanal, den alle Mobilstationen der Zelle benutzen. Der Kanal
verläuft von
der Mobilstation zur Basisstation, d.h., es handelt sich um einen
so genannten Kanal in Uplink-Richtung.
Aufgrund des wahlfreien Zugangs können Kollisionen auftreten,
wenn Kanalanfragen gleichzeitig erhalten werden. In einem solchen
Fall muss die Anfrage wiederholt werden. Die Anfragemitteilung besteht
aus einer speziellen Bit-Konfiguration, einem Identifizierungsblock,
mit dem die Station einen angeforderten Dienst mitteilt, wie z.B.
Sprache, Daten, Paketdaten; im vorliegenden Fall zeigt die Identifizierungskonfiguration
an, dass der gewünschte
Dienst die Übertragung
von Paketdaten ist.
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Nachdem
das Netzwerk die Anfrage verarbeitet und einen Verkehrskanal zugewiesen
hat, sendet es auf dem Signalübertragungskanal
eine Antwort an die Mobilstation mit Informationen darüber, auf
welchen Verkehrskanal die Station gehen sollte, um die Paketdaten
zu übertragen.
Der Kanal, über den
das Netzwerk auf Kanalanfragen antwortet ist ein herkömmlicher
Zugriffsgenehmigungskanal der in Downlink-Richtung verläuft. Die
Mobilstation stellt ihren Sender auf den zugewiesenen Verkehrskanal
ein und beginnt unverzüglich
mit dem Übertragen
von Paketdaten. Die Übertragung
endet erst, wenn alle Daten übertragen
worden sind. Das Netzwerk kann ferner einen bestimmten Zähler oder
Timer starten, wenn der Verkehrskanal zugewiesen wurde, wobei die Übertragung
fortgesetzt wird, bis der Zähler
oder Timer abläuft.
Es ist vorzuziehen, die zu übertragenden
Daten in einem Pufferspeicher der Mobilstation zu speichern und
den Speicher während
der Übertragung
zu löschen.
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Wenn
Paketdaten gemäß der ersten
Ausführungsform über ein
Netzwerk an eine Mobilstation (mobil beendigte Übertragung) übertragen
werden, ist der einzige Unterschied zur Übertragung in die Gegenrichtung,
dass das Netzwerk die Mobilstation über eine eingehende Paketdatenübertragung
informiert. Zur Übertragung
von derartigen Informationen wird ein allgemeiner Rufkanal benutzt.
Alle Mobilstationen in der Bandbreite der Zelle hören diesen
allgemeinen Rufkanal in Downlink-Richtung (Sprachanrufe werden über diesen
Kanal übertragen)
kontinuierlich ab. Sobald die Mobilstation eine Mitteilung empfangen
hat, die angibt, dass Paketdaten eingehen, handelt sie auf die gleiche
Weise wie im Fall der mobil herrührenden Übertragung:
sie sendet eine Anfrage für
einen Verkehrskanal an die Basisstation, empfängt Daten auf dem Kanal und
geht unverzüglich
auf den ihr zugewiesenen Verkehrskanal und damit bereit, die Datenpakete
zu empfangen. Bei begrenztem Datenfluss löst das Netzwerk den Verkehrskanal
auf, so dass dieser ist für
die Benutzung durch andere Mobilstationen im Bereich der Zelle freigegeben
wird. Die zu übertragenden
Daten werden vorzugsweise in einem Datenpuffer der Datendiensteinheit
(Agent) gespeichert, und der Puffer zugleich gelöscht.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
ist bei der Übertragung
von Paketdaten ein Verkehrskanal für solche Daten reserviert,
der normalerweise zur Übertragung
von Sprache benutzt wird. Bei der begrenzten Übertragung ist der Verkehrskanal
wieder freigegeben, um von irgendeiner Mobilstation benutzt zu werden.
Die gleiche Mobilstation kann eine weitere Anfrage zur Paketdatenübertragung
senden, wobei die Folge "Kanalanfrage-Übertragung – Kanalfreigabe" wiederholt werden
kann, bis die Mobilstation den Paketdatendienst verlässt und
der virtuelle Kanal aufgelöst
wird.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Signalübertragungskanal
oder ein Steuerkanal entweder exklusiv oder als Alternative zur
Benutzung des Verkehrskanals zur Übertragung von Paketdaten benutzt.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
sendet eine Mobilstation, wenn sie Datenpakete übertragen möchte, z.B. eine mobil ausgehende Übertragung, einen Kanalanfrageruf
an eine Basisstation, wobei sie den gleichen wahlfreien Zugangskanal
benutzt, über
den herkömmliche
Kanalanfragen gesendet werden. Dieser Kanal verläuft in einer Uplink-Richtung.
Alle Mobilstationen der Zelle benutzen den gleichen Kanal für Sprachkanalanfragen.
Die mobile Schaltstelle entscheidet nach dem Anfrageempfang, auf
welchen Kanal die Mobilstation für
die Datenübertragung
gehen sollte. Der Kanal kann ein Standard-Verkehrskanal oder ein
Steuerkanal sein. Der Steuerkanal kann der gleiche wahlfreie Zugangskanal
sein, auf dem die Kanalanfragen von den Mobilstationen an die Basisstationen übertragen
werden. Das Netzwerk erstellt einen Verkehrskanal, sofern dieser
als Übertragungskanal
ausgewählt
wurde. Die Basisstation überträgt die Information,
ob der Standard-Verkehrskanal
oder der Steuerkanal zur Datenübertragung
erwartet wird, an die Mobilstation. Die Information, über welchen
Kanal die Kanalzuweisung an die Mobilstationen gesendet werden soll,
wird auf dem allgemeinen Steuerkanal, auf dem Zugriffsgenehmigungskanal,
gesendet. Die Mobilstation geht auf den auf diese Weise zugewiesenen
Verkehrs- bzw. Steuerkanal und beginnt unverzüglich mit der Übertragung
von Paketdaten. Während
der Übertragung
kann der Kanal von dem Verkehrskanal an den Steuerkanal weitergereicht
werden, und umgekehrt, sogar mehrmals. Bei der begrenzten Übertragung wird
der Kanal abgebaut und für
weitere Benutzungen freigegeben. Die Übertragung endet, wenn eine bestimmte
Zeit abgelaufen ist oder wenn eine „Pakete drüben"-Mitteilung von der Station empfangen wird.
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Wenn
das Netzwerk Paketdaten an eine Mobilstation übertragen soll, z.B. mobil
begrenzte Übertragung,
informiert es die Station über
einen allgemeinen Standard-Rufkanal über die beginnende Datenpaketübertragung.
Der Ruf weist einen besonderen Identifizierungsteil (Bit-Konfiguration)
auf, der anzeigt, dass eine Paketdatenübertragung erwartet wird. In
einem derartigen Ruf ist die Identifizierung einer zweiten Mobilstation
durch den Datenabschnitt des Anwenders ersetzt worden, einschließlich eines Pakets,
das der Anwender von außen
empfängt. Wenn
das Paket von außen
nicht in einem Datenabschnitt der Rufmitteilung untergebracht werden
kann, wird dieses in mehrere Rufmitteilungen aufgeteilt, welche
die Mobilstation alle empfängt
und zu einem Paket zusammenfügt.
Wenn die Mobilstation das Paket empfangen hat, verfährt sie
auf die gleiche Weise, als ob sie Datenpakete übertragen wollte: sie sendet
eine Kanalanfrage an die Basisstation, empfängt eine Kanalzuweisung, geht
auf den ihr zugewiesenen Kanal, den Verkehrskanal oder den Steuerkanal,
und erkennt das von ihr empfangene Paket.
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Die
Datenwegverbindung zwischen der Basisstation und dem Agenten, der
mit der mobilen Schaltstelle verbunden ist, kann auf unterschiedliche Weisen
umgesetzt werden. Eine Möglichkeit
ist das Reservieren einer Direktverbindung und die durchgehende
Aufrechterhaltung der reservierten Verbindung für den Paketdatenverkehr. Dies
bedeutet eine fortlaufende Verbindung ohne Bilden von zusätzlichen
Verzögerungen.
Die Verbindung kann eine PCM-Zeitscheibe
aus mehreren PCM-Zeitscheiben in der digitalen Hauptleitung zwischen
dem Basisstationssystem, BSS und der mobilen Schaltstelle MSC sein.
Wenn eine Mobilstation mit einer Paketdatenempfangs- und Sendefunktion
in den Zellenbereich, welcher der Basisstation zugeordnet ist, z.B.
BTS1 in 1, eintritt, stellt das Netzwerk
unverzüglich
eine Direktverbindung zwischen der Basisstation und der mobilen
Schaltstelle her, die zur Übertragung
von Paketdaten dient. Die Verbindung kann eine Zeitscheibe oder
mehrere Zeitscheiben in der PCM-Hauptleitung
sein, die herkömmlich
von allen Mobilstationen benutzt wird, die mit der Paketdatenfunktion
versehen sind. Der Eingang der Mobilstation in die Zelle ist bekannt,
weil das Telefon entweder als Ergebnis einer Weiterreich-Funktion
oder, wenn der Eingang von außerhalb
in den Empfangsbereich geschieht bzw. das Telefon angeschaltet wird,
in dem Netzwerk registriert wird.
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In
einer Ausführungsform
wie der oben beschriebenen Art wird der PCM-Kanal innerhalb des Netzwerks
konstant aufrechterhalten, aber der Funkwegkanal nur bei Bedarf
reserviert.
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Die
Benutzung der PCM-Zeitscheiben kann ferner optimiert werden, indem
eine Direktverbindung nur dann aufrechterhalten wird, wenn das Basisstationssystem
BSS bestehende virtuelle Verbindungen aufweist, d.h. mindestens
eine Zelle unter der Steuerung der Basisstationssteuerung eine Mobilstation aufweist,
die mit dem Paketdatendienst verbunden ist und bereit ist, Paketdaten
zu senden und zu empfangen. Die Direktverbindung wird unterbrochen, wenn
keine Anwender des Dienstes in dem Bereich des BSS gefunden werden
und wird wieder eingerichtet, wenn eine erste Mobilstation in den
Paketdatendienst tritt.
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Eine
zweite Möglichkeit
ist, dass Verbindungen zwischen dem Netzwerk und dem Funkpfad bei Bedarf
erzeugt bzw. abgebaut werden. Die im Folgenden beschriebenen Beispiele
beinhalten die Verbindungen, die gemäß der zweiten Möglichkeit
bereitgestellt werden.
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1B zeigt
ein typisches zellulares Netzwerk, wie z.B. ein GSM-Netzwerk, das
mit einem Datenpaketdienst gemäß der Erfindung
versehen ist. Eine Datendiensteinheit (Agent) wurde mit einer mobilen
Schaltstelle verbunden, von wo die Paketdaten direkt zu einem Datennetzwerk
geleitet werden, gemäß dem OSI-
bzw. TCP/IP-Protokoll, und von dort in ein Zielnetzwerk, z.B. LAN.
Der Unterschied zwischen diesem Netzwerk und dem Netzwerk aus 1A besteht
in der Tatsache, dass keine Daten über das leitungsvermittelte
Telefonnetzwerk PSTN übertragen
werden.
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Gemäß 2 werden
die logischen Kanäle in
Verkehrskanäle
TCH und Steuerkanäle
CCH unterteilt. Die Verkehrskanäle
dienen zur Übertragung von
codierter Sprache und Daten. Jeder kann mit Vollrate oder Halbrate übertragen
werden. Die Steuerkanäle
CCH dienen zur Übertragung
von Signalübertragungs-
und Synchronisationsdaten, bei denen drei Arten von Kanälen unterschieden
werden können:
Funkkanäle,
allgemeine Kanäle
und dedizierte Kanäle.
Im Folgenden bezieht sich der Begriff "Uplink" auf die Richtung von einer Mobilstation
zu einer Basisstation und "Downlink" bezieht sich auf
die Richtung von einer Basisstation zu einer Mobilstation.
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Die
Funkkanäle
umfassen Folgendes:
- – einen Frequenzkorrekturkanal
FCCH, der die Frequenzkorrekturdaten an eine Mobilstation in Downlink-Richtung überträgt,
- – einen
Synchronisationskanal SCH, der die Synchronisationsdaten zu einer
Mobilstation und Identifizierungsdaten der Basisstation in eine Downlink-Richtung überträgt,
- – einen
zellularen Funkkanal CBCH, Kurzmitteilungsdienst, bidirektionalen
Kanal und
- – einen
Funksteuerkanal BCCH, der allgemeine Informationen auf der Basisstation
in die Downlink-Richtung überträgt.
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Die
allgemeinen Kanäle
umfassen Folgendes:
- – einen wahlfreien Zugangskanal
RACH, nur in Uplink-Richtung,
auf dem die Mobilstationen eine Anfrage für einen dedizierten Kanal senden
- – einen
allgemeinen Rufkanal PCH, wobei die Basisstation einen Ruf an eine
Mobilstation sendet, um über
einen eingehenden Anruf zu informieren, wobei der Kanal nur in Downlink-Richtung
verläuft.
- – ein
Zugriffsgenehmigungskanal AGCH, wobei die Basisstation über einen
autonomen dedizierten Steuerkanal berichtet, SDCCH, oder direkt über einen
Verkehrskanal TCH, wobei der Kanal nur in Downlink-Richtung verläuft.
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Die
dedizierten Steuerkanäle
umfassen Folgendes:
- – einen autonomen dedizierten
Steuerkanal, bidirektional, und
- – einen
langsamen zugeordneten Steuerkanal und
- – einen
schnellen zugeordneten Steuerkanal, wobei die Kanäle bidirektional
verlaufen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ein Verkehrskanal TCH (bidirektional), ein Rufkanal PCH
(unidirektional, downlink), ein wahlfreier Zugangskanal RACH (unidirektional,
uplink) und ein Zugriffsgenehmigungskanal AGCH (unidirektional, downlink)
benutzt. Kanäle
der gleichen Art können auch
in digitalen zellularen Systemen gefunden werden, die nicht GSM
sind.
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Die
Mobilstation hört
den Funkübertragungs-Steuerkanal BCCH,
der kontinuierlich von der Basisstation der Zelle übertragen
wird, ab, und wird dadurch über
einen Paketdatendienst, der das Netzwerk belegt, informiert. Ein
weiterer Ablauf ist, dass die Mobilstation den zellularen Funkkanal
durch Übertragen
eines Kurzmitteilungsdienstes abfragt, ob die Paketdatenfunktion
des Netzwerkes benutzt wird oder nicht. Die Basisstation sendet
eine Kurzmitteilungsantwort an den gleichen Kanal. Wenn eine Mobilstation
eine Anfrage sendet, um Anwender eines Paketdatendienstes zu werden,
wird eine Mitteilungsfolge, wie in 4 dargestellt,
zwischen dieser und der mobilen Schaltstelle ausgeführt. Die
Ereignisse werden von oben nach unten gelesen. Nachdem die Kanalanfrage
von der Mobilstation übertragen
wurde, folgt eine unmittelbare Zuweisung des Steuerkanals (FACCH)
und die Authentifizierung des Anfragestellers wird auf dem zugewiesenen
Kanal geprüft
(das Netzwerk erfragt die Authentifizierungsdaten und die Mobilstation
sendet eine Antwort), die Verschlüsselung beginnt und eine vorläufige Identifizierungsnummer
TMSI wird zugewiesen. Ein Funkverknüpfungsprotokoll wird erstellt
und danach durchgehend aufrechterhalten. Das heißt, dass während des Verlaufs einer Sitzung
die Übertragung
von Datenpaketen ohne die Neuerstellung des Funkverknüpfungsprotokolls
durchgeführt
werden kann. Die Datendiensteinheit (Agent), die der mobilen Schaltstelle
zugeordnet ist, die den Paketdatendienst steuert, informiert und überträgt daher
die Steuerung der Mobilstation durch eigene Steuerung. Die Datendiensteinheit
ist nun in der Lage, die Mobilstation zu erkennen und die Verschlüsselung
und Authentifizierung ohne zusätzliche
Signalübertragung
durchzuführen.
Der virtuelle Kanal von der mobilen Schaltstelle zu der Mobilstation
ist damit erstellt worden. Das Funkverknüpfungsprotokoll wird nicht
vor Beendigung der Sitzung aufgelöst (das Telefon wird von dem
Datenpaketdienst freigegeben), wodurch der virtuelle Kanal aufgelöst wird.
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Wenn
eine Mobilstation Daten übertragen will,
sendet sie eine Anfrage zur Einrichtung eines Übertragungskanals für Echtzeitpaketdaten.
Die Anfrage wird an einen allgemeinen Zugangskanal BACH übertragen,
der in seiner Konfiguration dem in 3 dargestellten ähnelt. Durch
die ersten drei Bits der Mitteilung wird die Natur der Verbindung
festgelegt, wobei die Folge 001 eine Anfrage zum Einrichten einer
Datenpaketverbindung betrifft. Das Ende der Mitteilung ist eine
wahlfreie Bezugsnummer. Die Mitteilung ist eine Modifikation einer
Standard-GSM-Mitteilung.
Die Basisstation empfängt
die Anfrage und informiert nach der Codierung der Sequenz die Mobilstation,
auf welchem Steuerkanal die Signalübertragung, die als nächstes durchzuführen ist,
ausgeführt
werden und auf welchem Übertragungskanal
die Übertragung
der Pakete stattfinden soll. Diese Phasen werden von den zwei oberen
Phasen in 15 beschrieben. Der Übertragungskanal wurde
von der Mobilstation zu der Basisstationssteuerung erstellt. Auf
einem wie oben hergestellten Kanal sendet die Mobilstation erste
Steuerungsmitteilungen, die dritte Phase in 15, womit
eine Datenverbindung von der Station und der Datendiensteinheit
(Agent) bereitgestellt wird, worauf hin der Kanal zur Datenübertragung
von der Mobilstation zu dem Agenten vervollständigt wird.
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Wenn
ein Echtzeitkanal, dessen erster Teil einen Funkkanal und dessen
letzter Teil eine PCM-Zeitscheibe aufweist, auf die oben beschriebene
Weise zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation erstellt
worden ist, kann die Mobilstation unverzüglich Paketdaten auf diesem
Kanal übermitteln.
Nach einer Anfrage zur Datenübertragung
durch das Netzwerk sendet die Station Datenpakete, wobei das Netzwerk
die Pakete anerkennt und Anfragen für eine wiederholte Übertragung
sendet, wenn eine Übertragung
nicht fehlerfrei war. Die Phasen bis zu diesem Punkt sind in 5 dargestellt.
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Nach
der Übertragung
der gesamten Pakete sendet die Mobilstation eine Anfrage and das
Netzwerk, um die Echtzeitverbindung abzubauen. Nach dem Empfang
der Anfrage sendet das Netzwerk einen Befehl an die Mobilstation,
um die Datenaktivitäten
zu beenden und die Station erkennt die Beendigung dieser Aktivitäten an.
Die Phasen werden in 6 dargestellt. Der Datenpaket-Übertragungskanal zu der Basisstationssteuerung
BSC und von dort zu der Datendiensteinheit (Agent) wird aufgelöst. Sollte
ein Verfahren basierend auf direkter PCM-Verbindung benutzt werden, bleibt dieser
Kanal aktiv.
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Die Übertragung
von Paketdaten kann ferner an der Mobilstation gelenkt werden (z.B.
ist diese mobil begrenzt). Eine Basisstation sendet auf einem allgemeinen
Rufkanal einen Ruf an eine Mobilstation und informiert über ein
ankommendes Datenpaket. Die Mobilstation sendet darauf hin ein Kanalanfragesignal
an die Basisstation auf einem allgemeinen wahlfreien Zugangskanal
RACH, wobei der Ablauf von dem Zeitpunkt an der gleiche wie im mobil ausgerichteten,
oben beschriebenen Fall ist: Erstellen eines virtuellen Kanals und
unverzüglicher
Empfang der Paketdaten. In 7 werden
die einzelnen Fälle Schritt
für Schritt
dargestellt.
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8 zeigt
ein Blockdiagramm einer Basisstation in Bezug auf die vorliegende
Erfindung.
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Die
Basisstation weist mehrere parallele Zweige auf, die von der Rahmeneinheit
und der Sende-/Empfangseinheit RX/TX gebildet werden. Ein Basisband-Verbindungselement
verbindet die Basisstation mit der digitalen PCM-Verknüpfung. Ein
Teil der Kanäle
der Verknüpfung
sind für
die Signalübertragung
und die übrigen
für die
Datenübertragung
reserviert. Die digitalen Signale aus der PCM-Verknüpfung werden
an die Rahmeneinheit geleitet, in der sie als TDMA-Rahmen angeordnet
werden, kanalcodiert, miteinander verknüpft und als Pulspakete auf
dem Funkpfad über
die TX-Antenne übertragen.
Vor der Übertragung
sind die Pulspakete in dem Sende- bzw. Empfangseinheit RX/TX moduliert
und zu einer Trägerfrequenz übertragen
worden. Wenn die Basisstation ein TDMA-Signal von der Mobilstation
empfängt, wird
das Signal über
die notwendigen Filter an die Empfangs- bzw. Sendeeinheit RX/TX
geleitet und demoduliert, an eine Trägerfrequenz übertragen
und die Modulation wird angezeigt. Die Kanaldecodierung und die
Auflösung
der Verknüpfung
werden von der Rahmeneinheit FU durchgeführt. Schließlich wird das Datensignal
in die PCM-Leitung geleitet und von dort über eine mobile Schaltstelle
an das Empfängernetzwerk.
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Die
Basisstationssteuerung erzeugt alle übertragenen Mitteilungen an
den Funkpfad und die gesamten empfangenen Mitteilungen werden über die Basisstation
an die Basisstationssteuerung übertragen.
Aus diesem Grund erfordert die Ausführungsform der Erfindung im
Vergleich zum derzeit verwendeten GSM nur geringe Veränderungen
der Software der Basisstationssteuerung. Veränderungen müssen ferner in der Software
der Mobilstation und der Schaltstelle vorgenommen werden. Die Mobilstation muss
alle Mitteilungen betreffend die Paketdatenübertragung erkennen und senden
können.
Die von der Mobilstation gesendeten Mitteilungen können von
der Tastatur des Anwenders oder von einem separaten Datenendgerät herrühren, das
mit der Station verbunden ist.
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Die
Erfindung wurde oben im Hinblick auf die Erstellung eines virtuellen
Kanals beschrieben, erwähnte
aber nicht im Detail, auf welchem bestimmten Funkkanal die Übertragung
der Datenpakete stattfinden wird.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
ist der für
die Paketdatenübertragung
reservierte Funkkanal ein Verkehrskanal TCH, der normalerweise zur Übertragung
von Sprache benutzt wird. An der begrenzten Übertragung dieser Paketdaten
ist der Kanal freigegeben, um von jeder anderen Mobilstation benutzt
zu werden. Eine derartige erste Ausführungsform wird im Folgenden
beschrieben.
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Es
wird Bezug genommen auf 9, die die Paketdatenübertragung
aus einem von der Mobilstation herrührenden Modus darstellt. Die
Figur entspricht 5 und der Beschreibung davon,
mit einer zusätzlichen
Bemerkung, dass ferner eine Erwähnung
hinzugefügt
wurde, auf welchem Kanal jede Mitteilung gesendet wird. So sendet
eine Mobilstation eine Paketdatenkanalanfrage an eine Basisstation und
benutzt einen allgemeinen wahlfreien Zugangskanal BACH, den alle
Stationen der Zelle für
die Anfrage eines Funkkanals benutzen. Die Basisstation antwortet
durch Zuweisung eines Verkehrskanals auf dem allgemeinen Zugriffsgenehmigungskanal
AGCH, wonach die Paketdatenübertragung
und Empfangsbestätigung
auf dem Verkehrskanal ausgeführt werden.
Der Ruf, der auf dem wahlfreien Zugriffskanal RACH übertragen
wird, enthält
einen Wert 001 in dem "Erstellungsgrund", wie in 3 dargestellt. Diese
Kanalrufanfrage ist eine Modifikation eines Standard-Kanalrufs des
GSM-Systems. Der Wert "001" würde bedeuten,
dass die Richtung der Pakete von dem Netzwerk zu der Mobilstation
ist. Der Zweck ist, dass der Wert im „Erstellungsgrund"-Feld im mobil ausgehenden
Fall unterschiedlich ist und dass der mobil ausgehende Fall gewährleisten
soll, dass die Priorität
des mobil begrenzten Falls höher
ist, weil das Netzwerk zur Vorbereitung einer Verbindung bereits
aufgestellt worden ist.
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Das
Netzwerk antwortet auf den Ruf des Zugriffsgenehmigungskanals AGCH
mit einer Mitteilung unter dem Namen "Paketdatenzuweisung". Die Mitteilung ist eine Modifikation
der Standard-GSM-Mitteilung „Unverzügliche Zuweisung". Die Modifikation ist
derart, dass die Bitkonfiguration des „Mitteilungstyp"-Blocks dieser Standardmitteilung
in der vorliegenden Erfindung 00111101 ist, wobei diese Konfiguration
nicht für
andere Zwecke in GSM benutzt wird. Nach der Mitteilung "Paketdatenzuweisung" wird die Signalübertragung
nicht auf dem autonomen dedizierten langsamen Steuerkanal SDCCH, wie
dies der Fall im Verkehr über
den Standard-Verkehrskanal
wäre, durchgeführt, sondern
auf dem schnellen zugeordneten Steuerkanal. Diese sollte die Mitteilung,
die an die Mobilstation gesendet wird, beinhalten. Die Standardmitteilung
weist einen Informationsteil „Kanalbeschreibung" und ein Element „Kanaltyp" auf. Dieses Element
informiert, dass an den Verkehrskanal verbunden werden soll. Die
Bit-Konfiguration,
die den Vollraten-Verkehrskanal TCH und den diesem zugeordneten
Steuerkanal FACCH darstellt, ist "00001". In diesem Element werden ferner der
Zeitfortschritt TA und die Leistungssteuerung übertragen, da dies notwendige
Daten für
die Mobilstation sind.
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Wenn
die Mobilstation diese oben beschriebene modifizierte Mitteilung
empfangen hat, geht sie unverzüglich
auf den Verkehrskanal und beginnt mit der Datenpaketübertragung.
Wenn der Verbindungsaufbau zwischen dem Mobiltelefon und der mobilen Schaltstelle
weitere Signalübertragungen
vor der Übertragung
von dem Mobiltelefon zur Datenpaketübertragung erfordert, kann
die Signalübertragung
auf dem Vollraten-Steuerkanal FACCH ausgeführt werden.
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Die
Bearbeitungsdauer des Verkehrskanals kann bezüglich der verfügbaren Zeit
für die
Zahl der Pakete eingeschränkt
werden. Das einfachste und effektivste Verfahren ist möglicherweise
das Übertragen
aller Daten aus dem Übertragungspuffer
und das Freigeben des Verkehrskanals TCH nach Leeren des Puffers.
Da die Reservierung eines Echtzeitkanals einige hundert Millisekunden
in Anspruch nimmt, kann ein Timer in dem Telefon bereitgestellt
sein, der die Zeit nach dem Leeren des Puffers zählt. Der Verkehrskanal wird
erst freigegeben, wenn eine festgesetzte Zeit abgelaufen ist, nicht
unmittelbar nach der Übertragung
des letzten Pakets. Eine Übertragung kann
daher wiederholt oder mehr übertragen
werden (wenn mehrere Daten sich in dem Puffer angehäuft haben),
ohne dass ein Kanal eingerichtet werden muss. Der Gebrauch eines
Timers erhöht
die Interaktionsrichtung, weil der Kanal nicht für jeden Fall neu erstellt werden
braucht. Wenn die Übertragungsrate der
Pakete hoch ist, hält
der Timer den Verkehrskanal TCH durchgehend reserviert und der Anwender
empfängt
die Antworten unverzüglich.
Die Zeiteinstellung für
den Timer kann von dem Anwender eingestellt werden.
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Der
Betreiber kann ferner nur einen Verkehrskanal oder eine hohe Zahl
oder sogar alle Verkehrskanäle
in der Zelle zum Übertragen
von Datenpaketen wählen.
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10 stellt
schematisch die Funktionen der ersten Ausführungsform dar, wenn die Paketdaten über ein
Netzwerk an eine Mobilstation gesendet werden sollen. Der einzige
Unterschied zum gegenteiligen Fall ist, dass das Netzwerk zuerst
die Mobilstation über
die eingehende Paketdatenübertragung informiert.
Der Bericht findet auf dem allgemeinen Rufkanal PCH durch eine Rufmitteilung
statt. Sobald die Mobilstation den Ruf empfangen hat, wird die Aktivität fortgesetzt,
wie im aus der Mobilstation herrührenden
Fall, d.h. die Station überträgt eine
Kanalanfrage an die Basisstation und der Ablauf geht vonstatten,
wie in Zusammenhang mit 9 beschrieben.
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11 zeigt
die Formate einer Paketdatenmitteilung einer Anordnung gemäß der ersten
Ausführungsform.
Die Pakete des virtuellen Kanalprotokolls VCP werden unter Verwendung
der OSI-Terminologie in Schicht 3 hergestellt, über der Verknüpfungsschicht
und über
die Schicht 2 Brückenfunktionen
L2R über
die Funkschnittstelle (Funkpfad) an das Funkverknüpfungsprotokoll
geleitet. Das Paket weist einen Kennsatz und einen Datenteil auf.
Der Kennsatz weist die Identifizierung des zu benutzenden Kommunikationsprotokolls
auf. Eines der Kommunikationsprotokolle ist das Paketprotokoll,
das bei der Signalübertragung
zwischen der Station und dem Agenten in Zusammenhang mit der mobilen
Schaltstelle benutzt wird. Andere mögliche Protokolle sind das
Internet-Protokoll (IP), Open Systems Interconnections (OSI) und
einige Fax-Protokolle. Der Netzwerkbetreiber kann ferner selbst
Dienste hinzufügen, die
von dem Agenten betrieben und mit eigenen Identifizierungsnummern
bereitgestellt werden. Der Kennsatz kann alternativ mit einem Feld
bereitgestellt werden, das über
die Paketlängen
Auskunft gibt. Die Länge
des Datenteils der Pakete oder die Anzahl der Kommunikationsachtbitzeichen
ist veränderlich.
Ein Paket kann in einen oder mehrere RLP-Rahmen übertragen werden.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung wird beschrieben, wobei Paketdaten entweder auf einem
Verkehrskanal TCH oder auf einem allgemeinen wahlfreien Zugriffskanal
RACH als Kanalanfrage übertragen
werden können,
die, wie oben ein 8-Bit-Byte mit einer anfänglichen Bitsequenz "001" aufweisen können. Danach
sendet das Netzwerk auf dem Zugriffsgenehmigungskanal AGCH eine
Mitteilung zur Anfrage nach Übertragung
von Paketdaten, wobei diese Mitteilung eine Modifikation der Standard-GSM-Mitteilung
ist. Das Element, das den Mitteilungstyp bestimmt, weist die Bitkonfiguration "00111101" auf und zeigt an,
dass ein Paketdatenfall vorbereitet wird. Im Block "Kanaltyp" zeigt die Bitkonfiguration „00001" an, dass die Mobilstation
auf den Verkehrskanal TCH zum Übertragen
der Paketdaten darauf gehen sollte, wobei die Bitkonfiguration „10000" anzeigt, dass sie
auf dem wahlfreien Zugangskanal RACH bleiben und die Datenpakete
auf dem Kanal übertragen
muss. Das Netzwerk trifft die Entscheidung, welcher Kanal benutzt
wird. Wenn der Telefonverkehr in der Zelle dicht ist, wird die Übertragung
auf dem Verkehrskanal ausgeführt,
wenn er aber gering ist, dann wird der wahlfreie Zugangskanal RACH
benutzt.
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Die Übertragungsdauer
auf dem wahlfreien Zugangskanal RACH ist durch einen Timer oder
Zähler
eingeschränkt,
da der Zeitfortschritt TA sich sehr schnell ändert und die Kanalreservierung
die Möglichkeiten
von anderen zur Anfrage einer aufzubauenden Verbindung besetzt.
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12 zeigt
die Formate einer Paketdatenmitteilung in einer Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform.
Jeder Rahmen wird mit einer 8-Bit-Ordnungszahl SN ausgestattet, die als
Identifizierung einer Verbindung agiert. Diese wird von der Basisstation
erzeugt und an die Mobilstation in Zusammenhang mit der Zuweisungsmitteilung
der Paketdaten übertragen.
Die Identifizierung wird nach Verbindungsende freigegeben. Die Identifizierung
ist aus dem Grund notwendig, dass die in der gleichen Verbindung
eingeschlossenen Daten mit dem wahlfreien Zugangskanal und dem Verkehrskanal
kombiniert werden können. 13 zeigt
einen Fall, in dem die Paketdaten auf einem wahlfreien Zugangskanal übertragen
werden. Auf dem Kanal werden die Paketdaten als Standard-Pulspakete übertragen
und die Figur zeigt das Äquivalent
eines RACH-Kanals als Standard-Pulspaket.
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Die
Mobilstation kann aktiviert werden, um in Form eines Wunsches zu
zeigen, welchen Kanal sie zur Datenübertragung benutzen möchte. Jeder
TCH- und RACH-Rahmen
ist mit zwei Befehlsbits versehen, die den Kanal des darauf folgenden
Rahmens informieren. Die Verbindung über den RACH-Kanal kann unterbrochen
werden, wenn eine Anfrage zum Wechseln auf den Verkehrskanal TCH
oder ähnliches
eintrifft, die Verbindung über
den TCH-Kanal kann unterbrochen werden, wenn eine Anfrage zum Wechseln
auf den RACH-Kanal eintrifft. Die Befehlbits C an den Rahmenenden
sind für
die Benutzung durch die Mobilstation für eine Kanalwechselanfrage verfügbar und
können
des Weiteren die Beendigung einer Datenübertragung mitteilen. Die zwei
Bits können
daher wie folgt benutzt werden:
Bits "11"=
auf den gleichen Kanal wechseln
Bits "01" =
auf den Verkehrskanal TCH wechseln
Bits "10" =
auf den allgemeinen wahlfreien Zugangskanal und den allgemeinen
Rufkanal PCH schalten
Bits "00" = Übertragung
beendet.
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Das
Umschalten auf dem Übertragungskanal
kann auf zwei Weisen umgesetzt werden. Nach der Befehlsübertragung
Umschalten-auf-Kanal darf die Mobilstation in einer "Paketdatenkanalanfrage"-Mitteilung einen
Kanal anfordern und auf die Kanalzuweisungsmitteilung warten, um
den Kanal zu wählen,
auf dem der Datenverkehr stattfinden wird. Eine weitere Alternative
ist das Lesen der Mitteilung auf der Netzwerkseite und bei Anfrage
einer Kanalumschaltung in den Befehlbits wird die "Paketdatenzuweisungs"-Mitteilung ohne "Paketdatenanfrage"-Mitteilung gesendet.
Das Paket wurde auf mehrere RLP-Rahmen übertragen. Einer der RLP-Rahmen
ist in 22 Standard-Pulspakete des TCH-Kanals vernetzt.
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Die Übertragung
der Datenpakete ist oben in dem aus der Mobilstation herrührenden
Modus beschrieben, in einem Vorgang gemäß der zweiten Ausführungsform.
Der Vorgang, in dem Paketdaten über
ein Netzwerk an eine Mobilstation übertragen werden, unterscheidet
sich von dem oben genannten Fall nur dadurch, dass das Netzwerk die
Mobilstation über
eine zukünftige Übertragung
in einer besonderen "Paketdatenrufanfragen"-Mitteilung informiert, die
an den allgemeinen Rufkanal gesendet wird. Die Mitteilung ist eine
Modifikation des Anrufs des GSM-Systems und wird zu diesem Zweck
mit einer freien Bit-Konfiguration bereitgestellt. "001000011" wird für die Bit-Konfiguration
gewählt.
Als Erweiterung wird ein Datenfeld an die Mitteilung angehängt, in
dem die zu übertragenden
Daten an den Anwender übertragen
werden. Nach Empfang dieser Rufmitteilung (oder einer Reihe von
Rufmitteilungen einschließlich
des Pakets) öffnet
die Mobilstation eine Verbindung und lässt das Paket zu.
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14 zeigt
schematisch die Ereignisse in der zeitlichen Reihenfolge, wenn Datenpakete über das
Netzwerk an eine Mobilstation übertragen
werden. Die Paketübertragung
findet zunächst
auf einem Verkehrskanal statt, geht dann auf einen wahlfreien Zugangskanal
und kehrt dann auf den Verkehrskanal und dann auf die wahlfreien
Zugangskanäle
zurück. Auf
den wahlfreien Zugangskanälen
läuft die
Verkehrszeit ab und die Verbindung wird zwangsunterbrochen.
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Im
Hinblick auf die vorhergehende Beschreibung ist es für einen
Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen
innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung vorgenommen werden können.