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In der 3GPP/UMTS-Standardisierung werden momentan Verfahren
spezifiziert, die effiziente Paketdatenübertragungen
ermöglichen. Eine wichtige Technik sind hierbei Hybrid
ARQ-Verfahren. Hybrid ARQ-Verfahren beziehen ihren Gewinn daraus, dass
fehlerhafte Datenpakete in einem Speicher im Empfänger
gesichert werden, damit sie mit späteren Übertragungen kombiniert
werden können. Dadurch kann auch von fehlerhaften
Datenpaketen profitiert werden (im Gegensatz zu Verfahren, in denen
fehlerhafte Pakete verworfen werden). Die Datenbits, die in
diesem Speicher gesichert werden, müssen sehr schnell
ausgelesen werden können, damit keine unnötigen Verzögerungen in
der Datenübertragung vorkommen. Speicher mit dieser
Eigenschaft sind üblicherweise sehr teuer.
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Das momentan für UMTS spezifizierte System High Speed Down-
link Paket Access hat allerdings zusätzlich folgende
Ansprüche:
- - Verschiedene Services mit verschiedensten
QoS-Anforderungen gleichzeitig zu bedienen. Diese verschiedenen
QoS-Anforderungen der Daten machen auch eine andere Abarbeitung der
Daten im HARQ-Prozeß erforderlich. Diese Aufgabenstellung ist
auf möglichst effiziente und einfache Weise zu lösen.
- - Weiter sollen die Daten, die beim Empfänger ankommen,
wieder in eine korrekte Reihenfolge gebracht werden können. Der
Empfänger wird die Datenpakete üblicherweise nicht in der
korrekten Reihenfolge erhalten, da einzelne Datenpakete
gestört sein können, die dann neu angefordert werden müssen,
während andere, ursprünglich später gesendete Datenpakete
sofort korrekt empfangen werden.
- - Möglichst effiziente Nutzung des oben angesprochenen
sogenannten schnellen "Soft-Buffers". Es soll vermieden werden,
daß jeder Service ein eigenen Soft-Buffer benötigt.
- - Soviel Signalisierung wie nötig aber gleichzeitig so wenig
wie möglich. Je weniger Signalisierungsinformationen über die
Luft gesendet werden müssen, desto mehr Nutzdaten können
Übermittelt werden. Weiterhin besteht bei der Signalisierung
die Gefahr der Missinterpretation durch Übertragungsfehler.
Ein Bit was nicht Signalisiert wird, kann auch nicht
verfälscht werden.
- - Umfassende Fehlererkennung zur Erhöhung der
Signalisierungssicherheit.
- - Flexibles Scheduling um die mittlere Paketlaufzeit und
folglich den Datendurchsatz zu erhöhen. Das bedeutet, daß Re-
Transmissions so schnell wir möglich abgearbeitet werden
sollen, um die Pakete aus dem Speicher zu bekommen und an die
höheren Layer weiterzuleiten. Außerdem sollen die Nutzer zu
beliebigen Zeitpunkten adressiert werden können.
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Der momentan in der 3GPP angenommene Realisierungsansatz
sieht folgende Lösungen vor:
- - Jeder Service hat einen separaten Hybrid ARQ-Prozeß vor.
Dies führt dazu, dass die Größe des Speichers, der für Hybrid
ARQ benötigt wird, mit der Anzahl der verschiedenen Services
zu multiplizieren ist.
- - Um sogenanntes In-Sequence Delivery zu gewährleisten wird
im Moment diskutiert, ob eine Sequence Number im MAC oder
eine Channel Number in HARQ Protokoll eingeführt wird. Anhand
dieser Nummer kann das UE die Pakete wieder in die richtige
Reihenfolge sortieren, bevor die Daten an die höheren Layer
weitergegeben werden. Das Einführen von Paketnummern
ermöglicht auch ein flexibles Scheduling.
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Das hier Vorgestellte Verfahren basiert auf den folgenden
Basisregeln:
- - Die Pakete werden in der richtigen Reihenfolge gesendet,
mit Ausnahme der Re-Transmissions.
- - Re-Transmissions werden so schnell wir möglich innerhalb
eines Services gesendet.
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Die Erfindung benötigt für den Betrieb:
- - Jedes Paket bekommt eine Service ID im Folgenden Flow ID
genannt. Diese ID dient zur Kennzeichnung von Datenströmen
mit gemeinsamen Eigenschaften.
- - Jedes Paket bekommt gegebenenfalls einen Re-Transmission
Indikator zur Kennzeichnung wiederholter Pakete. Diese
Kennzeichnung dient nur zur Fehlererkennung.
- - So viele Soft-Buffer wie N-Channel. Wobei N der minimalen
Round-Trip Time entspricht.
- - Die Gegensatz zu bisherigen Verfahren vergibt die UE nun
selbständig jedem empfangenen Paket eine Sequenz Nummer.
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Mit oben genannten Vorraussetzungen bietet das Verfahren
diese Vorteile:
- - Es muss keine Sequence/Channel Nummer Signalisiert werden.
- - Re-Transmission kommen so schnell wie möglich gesendet.
- - Es wird ein Minimum an Soft-Buffer benötigt.
- - Verschiedene Services mit verschiedenen QoS Anforderungen
können mit dem HARQ Prozess bearbeitet werden.
- - Fehlererkennung.
- - In-Sequence Delivery.
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Der Erfinderische Schritt liegt in der Einführung der oben
genannten Regeln zur autonomen Vergabe der Sequnce Nummer vom
UE.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Fig. 1
bis 6 dargestellt.
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In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Funk-Kommunikationssystem
dargestellt, welches eine Vielzahl von
Vermittlungseinrichtungen MSC aufweist, die miteinander verbunden sind. In der
Regel bildet zumindest eine dieser Vermittlungseinrichtungen
MSC einen Zugang zu weiteren Kommunikationssystemen wie
beispielsweise einem Festnetz-Kommunikationssystem. An die
Vermittlungseinrichtungen MSC sind Basisstationen NB (Node B)
als Sende-/Empfangseinrichtungen des
Funk-Kommunikationssystems angebunden. Die Basisstationen NB stehen über
Kommunikationsverbindungen mit Endgeräten, speziell
Teilnehmerendgeräten UE (User Equipment) in Verbindung, wobei es sich um
mobile oder stationäre Endgeräte handeln kann.
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Zwischen der in Fig. 1 dargestellten Basisstation NB und dem
Teilnehmerendgerät UE kann eine unidirektionale oder eine
bidirektionale Kommunikationsverbindung mit einer
Aufwärtsrichtung UL (Uplink) von dem Teilnehmerendgerät UE zur
Basisstation NB und/oder einer Abwärtsrichtung DL (Downlink) von der
Basisstation NB zu dem Teilnehmerendgeräten UE bestehen.
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Fig. 2 beschreibt den störungsfreien Ablauf mehrer
Paketübertragungen mit einem zugrundeliegenden N = 4 Channel Stop&Wait
Mechanismus. Der Up-Link UL wird hier aus Gründen der
Übersicht nicht betrachtet. Es wird davon ausgegangen, daß
innerhalb der Round-Trip Time in der NodeB eine Bestätigung
(ACK/NACK) für die einzelnen Pakete eintrifft. Im einfachsten
Fall gibt es zwischen Datenempfang und Bestätigung einen
festen zeitlichen Zusammenhang. Dadurch reicht ein einfaches
ACK/NACK als Bestätigung aus.
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Im Transmission Time Interval (TTI) 1 sendet die NodeB das
Paket mit der Nummer 1. Wobei diese Nummer nicht übertragen
wurde. Da es aber das erste Paket ist, was angekommen ist,
vergibt das UE die Sequence Number 1 und legt es im ersten
freien Soft-Buffer ab wo es weiter verarbeitet wird. Der
abnehmende Balken repräsentiert dabei einen TTI bzw.
Retransmission Time Counter der zählt, wann eine mögliche
Re-Transmission zum frühestmöglichen Zeitpunkt gesendet werden kann.
Wobei die Round-Trip Time (RTT) gemessen in TTIs der Anzahl
der N Channel entsprechen sollte um Verzögerungen zu
vermeiden.
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Das Paket im TTI 2 wird in den nächsten im Uhrzeigersinn
freien Speicherplatz geschrieben und mit einer vom UE um eins
erhöhten Paketnummer versehen. Das folgende Paket im TTI 3
wird genauso behandelt. Im TTI 4 habe alle Soft-Buffer Daten.
Der Speicher mit Paket Nummer 1 signalisiert dem Soft-Buffer
Selector, daß er fertig ist (komplett weißer Hintergrund) und
das er im nächsten TTI wieder Daten aufnehmen kann.
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Im TTI 5 bekommt die UE keine Daten, z. B. kann eine andere UE
adressiert werden. In dem Fall schaltet der Soft-Buffer
Selector nicht weiter. Die Daten in den Speichern werden
weiterhin verarbeitet und die TTI Counter der einzelnen Speicher
zählen weiter. Zum TTI 6 wird die UE wieder adressiert. Der
Datenblock wird wiederum in den im Uhrzeigersinn nächsten
freien Speicherplatz geschrieben und mit einer
Sequence-Number versehen.
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Fig. 3 beschreibt eine Übertragung mit einem Fehlerhaften
Paket für das eine Re-Transmission angefordert wird. Im
Gegensatz zu Fig. 2 kommt Paket 1 defekt an. Die UE sendet ein
NACK. Laut Regel soll nun so schnell wie möglich eine Re-
Transmission gesendet werden. Der nächst mögliche Zeitpunkt
für eine Re-Transmission ist N TTIs später. Wenn der TTI
Counter für den Soft-Buffer mit Paket 1 nun bei N angekommen
ist (Ausrufezeichen wird gesetzt), erwartet die UE bei der
nächsten Datenübermittelung eine Re-Transmission für das
Paket mit der Nummer 1. Das defekte Paket verbleibt solange im
Speicher bis es mit der Re-Transmission kombiniert wird oder
es aufgrund anderer QoS Anforderungen verworfen wird z. B.:
maximale Anzahl der Re-Transmissions wurde erreicht. Diese
Verwurfsregeln müssen aber in Sender und Empfänger bekannt
sein.
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Falls nun durch eine ACK/NACK Missinterpretation im Uplink
ein Fehler aufgetreten ist, würde die NodeB im TTI 6 die
Erstsendung von Paket 5 übermitteln ohne Re-Transmission
Indicator. Da die UE aber eine Re-Transmission erwartet wird
dieser Fehler erkannt.
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In Fig. 4 ist als Beispiel Datenblock 3 anstatt Block 1
fehlerhaft. Im Gegensatz zu Fig. 3 kann im TTI 6 aber keine Re-
Transmission erfolgen, da die Re-Transmission frühesten N TTI
später gesendet werden kann. Der TTI Counter im TTI 5 für
Paket 3 ist noch kleiner N daher kommt im TTI 6 Paket 5 anstatt
einer Re-Transmission von Paket 3. Die Re-Transmission
erfolgt erst ein TTI später wenn der TTI Counter = N anzeigt
(Ausrufezeichen im TTI 6 bei Paket 3). Zu diesem Zeitpunkt
springt der Soft-Buffer Selector auf den Speicherplatz bei
der der TTI Counter als erstes gesetzt wurde. Im nächsten TTI
geht der Soft-Buffer Selector von dieser Position im
Uhrzeigersinn weiter.
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In Fig. 5 wird zusätzlich ein weiterer Service (Flow) im
bestehenden HARQ Verfahren an das UE übermittelt. Jeder Flow
hat dabei unter anderem bestimmte QoS Anforderungen. Diese ID
wird mit dem Paket übertragen.
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Wie in Fig. 3 ist Paket 1 fehlerhaft im UE empfangen worden.
Zum TTI 3 wird aber anstatt eines weiteren Paketes in Flow
Blau ein erstes Paket auf dem priorisierten Flow Magenta
übermittelt. Dieses Paket wird, wie üblich, in den im
Uhrzeigersinn nächsten freien Soft-Buffer geschrieben.
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Im TTI 6 kann nun eine Übertragung in Flow Blau oder Magenta
erfolgen. Falls Flow Blau übertragen würde, müsste eine Re-
Transmission für Paket 1 erfolgen, da der TTI Counter
abgelaufen ist. Da aber der Magenta Flow Priorität hat, wird das
übermittelte Paket in Flow Magenta in den nächsten freien
Speicher geschrieben und mit der fortlaufenden Sequence
Number für Flow Magenta markiert (Sequence Number 3). Im TTI 7
könnten wiederum beide Flows Daten übermitteln. Da in Flow
Magenta im Moment keine weiteren Pakete im NodeB B warten,
kann Flow Blau die Re-Transmission für Paket 1 übertragen.
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In Fig. 6 hat der Magenta Flow im Gegensatz zu Fig. 5 mehr
Informationen zu übertragen. Im TTI 4 sind alle Buffer belegt.
Da aber der Magenta Flow eine sehr hohe Priorität hat wird
trotzdem im TTI 5 ein Paket übertragen. In dem Fall wird der
Buffer überschrieben, der am längsten auf eine
Re-Transmission wartet. Das defekte Paket 1 in Flow Blau wird verworfen
und durch ein wichtigeres Paket auf Flow Magenta
überschrieben. Die UE informiert die höheren Layer, daß die Übertragung
von Paket 1 abgebrochen wurde. Diese können je nach
Konfiguration und QoS verschieden reagieren. Entweder wird das Paket
in nächst mögliche Zeitpunkt erneut geschickt. Das würde
einem Umschalten auf HARQ Typ1 entsprechen. Bei Streaming
Services kann ein fehlendes Paket ignoriert werden und das
Verfahren läuft eweiter. Oder die UE fordert noch mal die
gesammte SDU von Netzwerk an.
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Anstatt den Buffer für den blauen Flow zu überschreiben,
hätte die UE die Daten auch in den Buffer mit Paket Blau 2
schreiben können. Dabei wäre es zu keinem Datenverlust
gekommen, da für das Paket schon ein ACK gesendet wurde und nicht
mehr im Soft-Buffer benötigt wird. Dieses Verfahren würde die
Soft-Buffer Speichernutzung weiter optimieren. Was die
Darstellung hier aber unnötig verkomplizieren würde.