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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Übertragung
von Informationen, im Speziellen von Steuerinformationen, in einem
Telekommunikationssystem. Im besonderen betrifft das System die Übertragung
von Informationen in einem Telekommunikationssystem, das aus mehreren
Teilnehmereinheiten und zumindest einem Netzwerkelement besteht,
das die Teilnehmereinheiten versorgt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Zusätzlich zu tatsächlichen
Informationen müssen
Telekommunikationssysteme Steuerinformationen übertragen, um einen erfolgreichen
Fluss von Informationen zwischen dem Sender und dem Empfänger sicherzustellen.
Die benötigten
Steuerinformationen weisen zum Beispiel eine Kanaladressierung auf,
die den Übertragungskanal
zu dem Empfänger
anzeigt. Zusätzlich
müssen
sich die Beteiligten der Verbindung vor einer Datenübertragung
auf einen Verbindungsaufbau und nach der Übertragung auf einen Verbindungsabbau
einigen. Beispielsweise in Mobilkommunikationssystemen muss das
Basisstation-Subsystem
die Mobilstation vor einem Verbindungsaufbau auch lokalisieren.
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Kanäle können als logische und physikalische
Kanäle
definiert sein. Der Ausdruck "logischer Kanal" betrifft einen Kanal,
dessen Gebrauch auf eine bestimmte Art bestimmt ist. Zum Beispiel
werden Verkehrskanäle
zum Übertragen
von Nutzerinformationen verwendet, und Signalisierungskanäle zum Übertragen
von zur Verbindungsverwaltung benötigten Steuerinformationen.
Signalisierungskanäle können ferner
in verbindungsspezifische Kanäle
und gemeinsam benutzte Kanäle
aufgeteilt werden. Im Fall eines verbindungsspezifischen Kanals
bestimmt der Kanal selbst den Empfänger der Nachricht. Im Fall
eines von mehreren Verbindungen verwendeten gemeinsam benutzten
Kanals wird die Empfängeridentität durch
Hinzufügen
der Empfängeridentität zu der
Nachricht angezeigt. Als Ergebnis sind Nachrichten in gemeinsam
benutzten Kanälen
etwas länger als
in verbindungsspezifischen Kanälen,
obwohl der tatsächliche
Informationsgehalt der gleiche ist.
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Verbindungsspezifische und gemeinsam
benutzte Signalisierungskanäle
können,
falls nötig,
weiter in Unterkategorien aufgeteilt werden. Gemeinsam benutzte
Signalisierungskanäle
können
beispielsweise in einem Mobilkommunikationssystem wie folgt aufgeteilt
werden: in den zum Übertragen
von Netzwerkverwaltungsinformationen für alle Mobilstationen gedachten
Rundsendungssteuerkanal (BCCH: "Broadcast
Control Channel"),
den zum Senden von Paging-Nachrichten an spezielle Mobilstationen
verwendeten Pagingkanal (PCH: "Paging
Channel") und den
beim Rufaufbau verwendeten Zugriffsbewilligungskanal (AGCH: "Access Grant Channel").
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Der Ausdruck "physikalischer Kanal" betrifft einen festgelegten Abschnitt
des Übertragungsbands.
Beispielsweise in einem FDMA/TDMA (FDMA: "Frequency Division Multiple Access", TDMA: "Time Division Multiple
Access")-System
besteht der physikalische Kanal aus einer festgelegten Frequenz und
einem Zeitrahmenintervall. Logische Kanäle werden auf physikalische
Kanäle
derart abgebildet, dass ein spezieller physikalischer Kanal immer
einen speziellen logischen Kanal bereitstellt. Die Information über die
Abbildung von logischen Kanälen
auf physikalische Kanäle
muss natürlich
sowohl dem Sender als auch dem Empfänger bekannt sein, und daher
muss diese Information während
einer Verbindungsaufbauphase über
vorbestimmte Signalisierungskanäle
wie den AGCH übertragen
werden.
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In bekannten System existiert für jede Nachricht,
die Steuerinformationen überträgt, ein
spezieller logischer Kanal. Ein Beispiel eines derartigen Systems
ist in 1 gezeigt. Die
Figur zeigt die Übertragung
von vier verschiedenen Arten von Steuerinformationen in einem Mobilkommunikationssystem
von dem Basisstation-Subsystem (BSS) zu der Mobilstation (MS). Die
Nachricht, die den Energiesteuer-(PWC: "Power Control") Befehl für die Mobilstation übermittelt,
wird über
den Langsamen Zugeordneten Steuerkanal (SACCH: "Slow Associated Control Channel") gesendet. Entsprechend
werden alle sich auf ein Handover beziehende Nachrichten über den Schnellen
Zugeordneten Steuerkanal (FACCH: "Fast Associated Control Channel") gesendet. Sich
auf Paging von Mobilstationen beziehende Nachrichten werden über den
Pagingkanal (PCH) gesendet, und sich auf einen Verbindungsaufbau
vor der Zuordnung eines verbindungsspezifischen Kanals beziehende Nachrichten
werden über
den Zugriffsbewilligungskanal (AGCH) gesendet.
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In diesem Beispiel werden von dem
physikalischen Kanal definierte Intervalle 0 bis 22 von der zu untersuchenden
Verbindung in verbindungsspezifischer Weise verwendet, und Intervalle
23 und 24 werden von durch mehrere Verbindungen gemeinsam benutzte
Signalisierungskanäle
verwendet, und das das Ende des Rahmens definierende Intervall 25 ist
leer. Der SACCH ist gemäß Systemspezifikationen
im Intervall 12 eines aus 26 aufeinanderfolgenden Intervallen bestehenden
Rahmens eingestellt. In der Figur ist Intervall 12 von dem Symbol
S angezeigt, das auch den logischen Kanal andeutet. Daher weiß der Empfänger immer,
dass die durch Intervall 12 empfangenden Informationen zu dem SACCH
gehören,
und kann auf Grundlage dieses Wissens die Nachricht korrekt auslegen.
Entsprechend gehören alle
durch Intervall 23 empfangenen Nachrichten zu dem logischen Pagingkanal
(PCH), und alle durch Intervall 24 empfangenen Nachrichten gehören zu dem logischen
Zugriffsbewilligungskanal (AGCH), und auf Grundlage dieses Wissens
kann sie der Empfänger korrekt
auslegen bzw. interpretieren.
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Im Gegensatz zu anderen logischen
Kanälen ist
die Abbildung des Schnellen Zugeordneten Steuerkanals (FACCH) auf
einen physikalischen Kanal nicht durch Signalisierungs- oder Systemspezifikationen
eingestellt. Stattdessen kann er jedes dem Verkehrkanal zugeordnete
Intervall T verwenden. In diesem Fall muss der in dem Intervall
verwendete logische Kanal in den durch das Intervall gesendeten
tatsächlichen
Informationen angezeigt werden. Bekannte Verfahren zum Trennen des
FACCH von dem Verkehrskanal sind in den 2, 3A und 3B gezeigt.
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2 zeigt
einen beim Rufverkehr über
die Funkschnittstelle zwischen einer Mobilstation und einem Basisstation-Subsystem
in einen GSM-System verwendeten Burst. Der effektive Teil des Burst
besteht aus dem ersten und zweiten Halbburst, ihren zwei Signalisierungsbits
("Gestohlen-Bits" bzw. „stealing
bits") und der zum
Schätzen
der Kanaleigenschaften verwendeten Anweisungssequenz. Bei diesem
Bursttyp gehört
der erste Halbburst zum dem Signalisierungsverkehr des logischen
FACCH-Kanals, wenn das erste Signalisierungsbit 1 ist, und andernfalls
zu dem Verkehr des Verkehrskanals (TCH: "Traffic Channel"). Entsprechend gehört der zweite Halbburst zu
dem Signalisierungsverkehr des logischen FACCH-Kanals, wenn das
zweite Signalisierungsbit 1 ist, und andernfalls zu dem Verkehr
des Verkehrskanals (TCH). Daher ist es möglich, den Verkehrskanalburst
entweder teilweise oder komplett zur Signalisierung zu verwenden.
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Unterschiedliche logische Kanäle weisen
unterschiedliche Eigenschaften auf. Wegen seiner begrenzten physikalischen
Kanalkapazität
ist der Langsame Zugeordnete Steuerkanal (SACCH) langsam, und daher
kann er nur zur Übertragung
relativ kleiner und verzögerungstolerante
Informationsströme
verwendet werden. Ein anderes Problem für diesen logischen Kanal besteht
darin, dass der Kanal dem System zur Verfügung stehende Übertragungsressourcen
sogar dann reserviert, wenn er keine Nachricht zu tragen hat. Zum
Beispiel in einem GSM-System wird der SACCH für die Abwärtsverbindungs- bzw. Downlinksteuerung
von Energie und Timing Advance (von dem Basisstation-Subsystem zu der
Mobilstation) und zur Aufwärtsverbindungs-
bzw. Uplink-Berichterstattung von von der Mobilstation durchgeführten empfangenen
Signalmessungen (von der Mobilstation zu dem Basisstation-Subsystem)
verwendet.
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Der Schnelle Zugeordnete Steuerkanal (FACCH)
ist deutlich schneller als der Langsame Zugeordnete Steuerkanal
SACCH, weil er die den Verkehrskanälen zugeordnete Bandbreite
verwenden kann. Andererseits ist die von dem FACCH übernommene
Bandbreite des Verkehrskanals nicht länger für den Verkehrskanal verfügbar, was
in der Verschlechterung der Dienstgüte (QoS: "Quality of Service") des Verkehrskanals resultiert. Zum
Beispiel in einem GSM-System wird der FACCH zum Senden von Informationen
verwendet, wie etwa sich auf einen Rufaufbau, Authentifizierung
und Handover beziehende Nachrichten.
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Die Kapazität von gemeinsam benutzten Kanälen ist
begrenzt und wird von mehreren Mobilstationen verwendet. In einigen
Fällen
kann dies die Übertragungsverzögerung von über einen
gemeinsam benutzten Kanal gesendeten Nachrichten erhöhen. Das
ist der Grund, warum gemeinsam benutzte Kanäle in einem existierenden GSM-System
zum Beispiel nur zum Senden von Nachrichten zwischen dem Sender
und Empfänger
vor einem Verbindungsaufbau verwendet werden. Zu solchen Nachrichten gehören Paging-Nachrichten und Verbindungsaufbau-Nachrichten.
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Das Problem von Lösungen in Übereinstimmung mit dem Stand
der Technik besteht in der Steifigkeit des vorstehend beschriebenen
Signalisierungsverfahrens. Wird eine große Anzahl von Nachrichten über den
Schnellen Zugeordneten Steuerkanal (FACCH) übertragen, der die Kapazität des Verkehrskanals
verwendet, verschlechtert sich die Qualität der den Verkehrskanal verwendenden
Verbindung. Andere verbindungsspezifische Kanäle reservieren dem System zur
Verfügung
stehende Übertragungskapazität. Das Wählen der
Höhe dieser
Kapazität
ist ein Kompromiss zwischen der Signalisierungsgeschwindigkeit und
der den Kanälen
zugeordneten Bandbreite. Dies führt
zu einer langsamen Signalisierung, wenn eine relativ große Anzahl
von Nachrichten erzeugt wird. Wegen der langsamen Signalisierung
verschlechtert sich die Systemsteuerkapazität, was wiederum zu einer nicht
optimalen Verwendung anderer Ressourcen führt.
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Dementsprechend ist ein getrennter
der Signalisierung zugeordneter Kanal eine Verschwendung von Systemressourcen,
wenn nur wenige Signalisierungsnachrichten gesendet werden. Zusätzlich steht eine
Zuordnung eines langsamen Signalisierungskanals typischerweise in
Verbindung mit einer Zuordnung eines Verkehrskanals. Als Ergebnis
kann die Verwendung eines langsamen Signalisierungskanals in einigen
Fällen
einen Bedarf verursachen, den Verkehrskanal beizubehalten, obwohl
der Verkehrskanal nicht länger
zur Übertragung
von Nutzerdaten benötigt
wird.
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Sollen die gemeinsam benutzten Signalisierungskanäle Nachrichten
mit der vom System benötigten
Rate übertragen,
muss ihnen ein fester Anteil der dem System zur Verfügung stehenden Übertragungskapazität zugeordnet
werden. Diese Kapazität kann
Verkehrskanälen
nicht zugeordnet werden. Da die Übertragung
von Nachrichten über
einen gemeinsam benutzten Kanal von Natur aus statistisch ist und deutlich über der
Zeit variiert, bleiben einige dem gemeinsam benutzten Kanal zugeordneten Übertragungsressourcen
ungenutzt.
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Die US-5,590,133 offenbart ein Mobilkommunikationssystem,
bei dem zu übertragende
Informationen einem dedizierten logischen Kanal zugeordnet werden,
und die logischen Kanäle
dynamisch den physikalischen Kanälen
zugeordnet werden. Die EP-0534612 veranschaulicht ein Kommunikationssystem,
bei dem Kommunikationsressourcen zwischen Zellen in logischer Weise
gemeinsam benutzt werden. Die WO-95/19687 offenbart ein Verfahren zum
Zuordnen von Kanälen
in einem Funksystem. Die US-5,404,355
offenbart ein Verfahren zum Übertragen
von Informationen auf einem Kommunikationskanal. Jedes der in diesen
Dokumenten offenbarten Systeme weist eines oder alle der vorstehend
erwähnten
Probleme auf.
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Daher gehören Langsamkeit der Signalisierung,
Verschlechterung der Verbindungsqualität und nicht optimale Verwendung
des Übertragungsbands zu
den Problemen in Systemen in Übereinstimmung mit
dem Stand der Technik.
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Der Zweck dieser Erfindung ist es,
die von den vorstehend erwähnten
Lösungen
in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik verursachten Probleme zu beseitigen oder
zumindest abzuschwächen.
Dieses Ziel kann durch Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung
erreicht werden, die in einem unabhängigen Patentanspruch beschrieben sind.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Die Idee der Erfindung ist es, eine Übertragung
von Steuerinformationen über
mehrere logische Kanäle
zu ermöglichen,
und zur Übertragung von
Informationen verwendete Kanäle
auf eine dynamische Art und Weise unter Verwendung einer vorbestimmten
Auswahlvorschrift auszuwählen.
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Es existieren zumindest zwei logische
Kanäle,
die zur Informationsübertragung
ausgewählt
werden können.
Diese logischen Kanäle
weisen vorzugsweise zumindest einen verbindungsspezifischen Signalisierungskanal
auf. Verbindungsspezifische Signalisierungskanäle können Kanäle sein, die einiges der Verkehrskanalkapazität übernehmen,
oder unabhängig
von Verkehrkanälen
zugeordnete Signalisierungskanäle.
Zumindest einer der verfügbaren
logischen Kanäle
soll vorzugsweise auch ein gemeinsam benutzter Kanal sein, der zur
gemeinsamen Signalisierung von mehreren Verbindungen zugeordnet
ist.
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Die Parameter der zur Auswahl eines
logischen Kanals verwendeten Auswahlvorschrift weisen folgendes
auf: die Wirkung der Verwendung des logischen Kanals auf die Qualität der den
Verkehrskanal verwendenden Verbindung, die aktuelle Verwendungsrate
des logischen Kanals, die Anzahl und Priorität der zu sendenden Nachrichten
und eine Schätzung
der Anzahl und Priorität
jeder in naher Zukunft zu sendenden Nachricht.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der zu verwendende logische Signalisierungskanal von einer
Schicht des Übertragungsprotokolls
ausgewählt,
die die Funkressourcen verwaltet, wie etwa die Medium Access Control (MAC)-Schicht.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Im Folgenden wird die Erfindung ausführlich unter
Bezugnahme auf die zugehörigen
Figuren beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 ein
Signalisierungsverfahren gemäß dem Stand
der Technik,
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2 ein
bekanntes Verfahren zum Trennen des Signalisierungskanals und des
Verkehrskanals,
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3 ein
Beispiel des Signalisierungsverfahrens gemäß der Erfindung,
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4 ein
anderes Beispiel des Signalisierungsverfahrens gemäß der Erfindung,
und
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5 den
Protokollstapel, der die Verwendung des Übertragungsbands steuert.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Obwohl es nicht immer möglich ist,
Signalisierungen zu gemeinsam benutzten Kanälen zu übertragen (zum Beispiel Handoversignalisierungen aufgrund
von Verzögerungsanforderungen),
ist es in einigen Fällen
möglich.
Hört die
Mobilstation sowieso gemeinsam genutzte Kanäle ab, ist es nicht immer optimal,
einen Teil der Verkehrskanalkapazität zur Signalisierung zu verwenden
und dadurch die Qualität der
den Verkehrskanal benutzenden Verbindung zu verschlechtern. Stattdessen
ist es vorteilhaft, jede unbenutzte und auf andere Weise verschwendete Kapazität des gemeinsam
benutzten Kanals zur Nachrichtenübertragung
zu verwenden.
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Wird andererseits ein Teil der Verkehrskanalkapazität zur Signalisierung
verwendet, verursacht dies in einigen Fällen keine bedeutende oder
sogar bemerkbare Verschlechterung der Dienstgüte der Verbindung des Verkehrskanals.
Zum Beispiel in diesem Fall kann eine über den Langsamen Zugeordneten
Steuerkanal (SACCH) übertragene
Signalisierungsnachricht schneller über den Schnellen Zugeordneten
Steuerkanal (FACCH) übertragen
werden, der die Verkehrskanalkapazität verwendet. Wird die Nachricht
schneller an den Empfänger übertragen, kann
auch jeder in der Nachricht übertragene
Steuerbefehl schneller ausgeführt
werden. Wegen der schnelleren Steuerfähigkeit dieses Systems können die
dem System zur Verfügung
stehenden Ressourcen effizienter verwendet werden, was wiederum
die Gesamtkapazität
des Systems verbessert.
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Die Signalisierungsanordnung gemäß der Erfindung
ist in den 3 und 4 veranschaulicht. 3 zeigt die Übertragung
von Nachrichten von der Mobilstation (MS) an das Basisstation-Subsystem (BSS).
Die Nachrichten beziehen sich auf die von der Mobilstation gemachte
Zuordnungsanforderung eines physikalischen Kanals. Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
diese Nachrichten über
unterschiedliche logische Kanäle
zu übertragen.
Die verfügbaren
Signalisierungskanäle
sind der Alleinstehende Dedizierte Steuerkanal (SDCCH: "Stand-alone Dedicated Control
Channel"), der getrennt
von den Verkehrskanälen
für jede
Verbindung zugeordnet wird, der Schnelle Zugeordnete Steuerkanal
(FACCH), der das Verkehrskanalband verwendet, und der Normale Zufallszugriffskanal
(N-RACH: "Normal
Random Access Channel"),
der von mehreren Verbindungen gemeinsam benutzt wird. Unterschiedliche
logische Kanäle
sollen vorzugsweise leicht unterschiedliche Nachrichtenformate verwenden.
Zum Beispiel in dem gemeinsam benutzten N-RACH-Kanal muss die Nachricht den Verbindungsbezeichner
aufweisen, der bei verbindungsspezifischen Signalisierungskanälen nicht
nötig ist.
Wird eine Nachricht zu einem bestimmten Zeitpunkt gesendet, werden
die Auswahleinrichtungen der Mobilstation verwendet, um den zum
Senden der Nachricht optimalen Kanal gemäß einer vorbestimmten Auswahlvorschrift
auszuwählen.
Dieser logische Kanal wird wie es in der Figur gezeigt ist auf einen
physikalischen Kanal abgebildet. Die Nachricht wird unter Verwendung
der Übertragungseinrichtungen
der Mobilstation über
den physikalischen Kanal gesendet. Zu dem in der Figur dargestellten
Zeitpunkt sind die Intervalle der physikalischen Kanäle wie folgt zugeordnet:
Intervalle 0 bis 21 sind Verkehrskanälen zugeordnet, Intervalle
22 und 23 können
verbindungsspezifischen SDCCH-Kanälen zugeordnet werden, Intervall
24 wird von dem Mehrfachzugriff-N-RACH-Kanal verwendet und Intervall
25 ist leer. Das Basisstation-Subsystem
wurde angepasst, um Verbindungsaufbau-Anforderungen von allen zur Nachrichtenübertragung
zur Verfügung stehenden
logischen SDCCH-, FACCH- und N-RACH-Kanälen
korrekt auszulegen.
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4 zeigt
die Übertragung
von sich auf eine Zuordnung eines physikalischen Kanals beziehenden
Nachrichten von dem Basisstation-Subsystem (BSS) zu der Mobilstation
(MS). Gemäß der Erfindung
können
die Nachrichten unter Verwendung unterschiedlicher logischer Kanäle übertragen
werden. Die zur Verfügung
stehenden Signalisierungskanäle
sind der Alleinstehende Dedizierte Steuerkanal (SDCCH), der getrennt
von Verkehrskanälen
für jede
Verbindung zugeordnet wird, der verbindungsspezifische FACCH-Kanal,
der das Verkehrskanalband verwendet, und der Zuordnungskanal (ACH: "Allocation Channel"), der von mehreren
Verbindungen gemeinsam benutzt wird.
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Wird eine Nachricht zu einem bestimmten Zeitpunkt
gesendet, werden die Auswahleinrichtungen des Basisstation-Subsystems
verwendet, um den zum Senden der Nachricht optimalen Kanal gemäß einer
vorbestimmten Auswahlvorschrift auszuwählen. Das Basisstation-Subsystem
(BSS) besteht aus der Basisstation-Steuereinheit (BSC: "Base Station Controller") und den Basisübertragungsstationen (BTS: "Base Transceiver
Stations"). Die
Auswahl des logischen Kanals und die Übertragung der Nachrichten über den
ausgewählten
logischen Kanal können unter
Verwendung der Auswahl- und Übertragungseinrichtungen
durchgeführt
werden, die entweder an der Basisübertragungsstation (BTS) oder
an der Basisstation-Steuereinheit (BSC) angeordnet sind. Zu dem
in der Figur gezeigten Zeitpunkt sind die Intervalle der physikalischen
Kanäle
wie folgt zugeordnet: Intervalle 0 bis 21 sind Verkehrskanälen zugeordnet, Intervalle
22 und 23 können
verbindungsspezifischen SDCCH-Kanälen zugeordnet werden, Intervall
24 wird von dem Zuordnungskanal (ACH) verwendet und Intervall 25
ist leer. Die Mobilstation kann Kanalzuordnungsnachrichten von allen
zur Nachrichtenübertragung
zur Verfügung
stehenden logischen SDCCH-, FACCH- und ACH-Kanälen korrekt auslegen.
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Es ist eine wichtige Beobachtung,
dass die Steuerinformationen in unterschiedlichen Situationen vorzugsweise über unterschiedliche
logische Kanäle zu
senden sind. Die Informationen können
entweder unter Verwendung eines verbindungsspezifischen Signalisierungskanals
oder eines von mehreren Verbindungen gemeinsam benutzten gesendet
werden. In Systemen, bei denen eine Strecke (zum Beispiel die Strecke
zwischen dem Basisstation-Subsystem und der Mobilstation) mehrere
aktive Verbindungen gleichzeitig umfasst, können streckenspezifische Signalisierungskanäle
- – als
von allen Streckenverbindungen gemeinsam benutzt,
- – als
von einer Gruppe von Streckenverbindungen gemeinsam benutzt, oder
- – getrennt
zu einigen Streckenverbindungen
zugeordnet werden.
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In dieser Anmeldung bezieht sich
der Ausdruck "verbindungsspezifischer
Signalisierungskanal" zur Vereinfachung
auf alle Signalisierungskanäle,
die unter Verwendung einiger dieser Verfahren zugeordnet werden.
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Zu verbindungsspezifischen Signalisierungskanälen gehören zum
Beispiel der FACCH und der SDCCH. Wird der Schnelle Zugeordnete
Steuerkanal (FACCH) verwendet, der einiges des Verkehrskanalbands "stiehlt", kann die Nachricht
zügig übertragen werden,
und es kann ein bestimmtes Geschwindigkeitsniveau für die Verbindung
sichergestellt werden. Dies schränkt
jedoch das den Verkehrskanälen
zur Verfügung
stehende Übertragungsband
ein, was eine Verschlechterung der Qualität der Verbindung verursachen
kann. Wird der unabhängige
verbindungsspezifische SDCCH-Kanal
verwendet, der getrennt von dem logischen Verkehrskanal zugeordnet wird,
kann die Nachricht zügig
und in Übereinstimmung
mit Verzögerungsanforderungen
gesendet werden. Jedoch muss dem SDCCH zuerst eine ausreichende
Anzahl von physikalischen Kanälen
zugeordnet werden. Da physikalische Kanäle nicht zugeordnet bleiben
sollen, wenn sie nicht benötigt
werden, benötigt
das Übernehmen
eines SDCCH-Kanals oder das Verändern
der diesem zugeordneten Übertragungsbandbreite
immer zusätzliche
Signalisierung.
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Der Nachteil bei verbindungsspezifischen
logischen Kanälen
ist ihre verglichen mit mehreren Verbindungen zugeordneten gemeinsam
benutzten logischen Kanälen
geringe statistische Auslastung. Die höhere Auslastung von Kanälen, die
von allen Systemteilnehmereinheiten wie etwa Mobilstationen oder
einer Gruppe von Teilnehmereinheiten gemeinsam benutzt werden, basiert
auf "statistischer
Mehrfachausnutzung" bzw. "statistical multiplexing". Statistische Mehrfachausnutzung
kann effizient verwendet werden, wenn die Verwendung des Kanals
für die Nachrichten
von unterschiedlichen Verbindungen systematisch gesteuert werden
kann. Dies kann bei einem Mobilkommunikationssystem zum Beispiel
erreicht werden, wenn Basisstation-Subsystem-(BSS) Nachrichten an
mehrere Mobilstationen (MS) gesendet werden.
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Im Folgenden wird ein Beispiel verwendet, um
die Vorteile von statistischer Mehrfachausnutzung zu erklären. Bei
diesem Beispiel sendet das Basisstation-Subsystem im Durchschnitt
zehn Nachrichten pro Sekunde an zehn verschiedene Teilnehmereinheiten.
Das Versenden von einer Nachricht benötigt immer ein Intervall. Es
existiert eine statistische Abweichung in der Anzahl von gesendeten Nachrichten:
in 95% der Fälle
liegt die Anzahl von an eine einzelne Teilnehmereinheit zu sendende
Nachrichten unter 15. Längere
Verzögerungen
sind für Nachrichten
nicht erlaubt und Nachrichten müssen
in 95% der Fälle
zu dem Basisstation-Subsystem mit einer Verzögerung von weniger als einer
Sekunde übertragen
werden.
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Zur Nachrichtenübertragung ist es möglich, jeder
Verbindung zwischen dem Basisstation-Subsystem und der Teilnehmereinheit
getrennte Übertragungskapazität zuzuordnen.
Zur Einhaltung der für die Übertragungsgeschwindigkeit
von Nachrichten gesetzten Anforderungen müssen jedem Nutzer 15 Intervalle
pro Sekunde zugeordnet werden. Daher müssen insgesamt 150 Intervalle
pro Sekunde zur Nachrichtenübertragung
zugeordnet werden. Meistens werden bedeutend weniger als 15 Nachrichten pro
Sekunde an eine einzelne Teilnehmereinheit gesendet, was bedeutet,
dass ein erheblicher Anteil der zur Nachrichtenübertragung zugeordneten Kapazität unterbenutzt
ist.
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Es ist auch möglich, einen gemeinsam benutzten
Kanal zur Nachrichtenübertragung
zuzuordnen, der zum Übertragen
aller an unterschiedliche Teilnehmereinheiten gesendeten Nachrichten
verwendet wird. In diesem Fall muss ein Nachrichtenempfänger-Bezeichner
an jede Nachricht angefügt werden.
Zum Beispiel kann ein 3-Bit-Bezeichner zum Trennen der Nachrichten
von zehn unterschiedlichen Empfängern
verwendet werden. Zur Vereinfachung wird auch angenommen, dass eine
Nachricht mit einem Bezeichner in ein Intervall passt. Werden die Nachrichten über einen
gemeinsam benutzten Kanal übertragen,
stellt die Unabhängigkeit
der an verschiedene Teilnehmereinheiten gesendeten Nachrichten einen
Vorteil dar. Es ist höchst
unwahrscheinlich, dass innerhalb einer bestimmten Sekunde 15 oder
mehr Nachrichten an alle Teilnehmereinheiten gesendet werden. Die
durchschnittliche Gesamtzahl von an zehn Teilnehmereinheiten gesendeten
Nachrichten (mit einem Durchschnitt von zehn Nachrichten pro Teilnehmereinheit
und weniger als 15 in 95% der Fälle)
beträgt
weniger als 114 Nachrichten. Daher reicht eine Zuordnung von 114
Intervallen pro Sekunde für
einen gemeinsam benutzten Kanal aus. Verglichen mit der Verwendung
von verbindungsspezifischen Kanälen
beträgt
die resultierende Einsparung 36 Intervalle oder 24% der Übertragungskapazität.
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Wie vorstehend erwähnt benötigt die
effiziente Verwendung von statistischer Mehrfachausnutzung die Koordination
der Nachrichtenübertragung. Zum
Beispiel können
von unterschiedlichen Mobilstationen über einen gemeinsam benutzten
Kanal an die gleiche Basisstation gesendete Nachrichten nicht ohne
ein Aloha-Typ-Zufallszugriffsverfahren
koordiniert werden. Senden zwei oder mehr Mobilstationen gleichzeitig
ihre Nachrichten an das Basisstation-Subsystem, tritt eine "Nachrichtenkollision" auf, und typischerweise
ist das Basisstation-Subsystem nicht in der Lage, irgendeine der
an sich gesendeten Nachrichten korrekt auszulegen. Dies begrenzt
die Durchdringung von gemeinsam benutzten Uplinkkanälen bis
zu einem Grad, bei dem das Durchdringungsniveau eines zehn Nutzern
zugeordneten Kanals zum Beispiel ein Maximum von 39% der Kanalkapazität beträgt.
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Die Auswahl des zu verwendenden logischen
Kanals kann zum Beispiel durch die Anzahl von zu sendenden Nachrichten
beeinflusst werden. Hat sich eine große Anzahl an zu sendenden Signalisierungsnachrichten
in dem Zwischenspeicher angehäuft,
würde die Übertragung
von Nachrichten über
den FACCH die Qualität
des Verkehrskanals erheblich verschlechtern. Dementsprechend würde die Übertragung
von Nachrichten über
den gemeinsam benutzten Kanal einen erheblichen Anteil der gemeinsam
benutzten Kanalbandbreite einnehmen, was andere Verbindungen beeinträchtigen
würde und
die Gesamtauslastung vermindern. In diesem Fall ist es das Beste,
einen getrennten verbindungsspezifischen SDCCH-Kanal zur Nachrichtenübertragung
zu verwenden. Jegliche benötigte
Zuordnung des SDCCH fügt
keine erhebliche Signalisierung hinzu, und die Verwendungsrate der
zugeordneten Kanalkapazität
wird ausreichend hoch sein.
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Sind nur wenige Nachrichten zu senden,
ist die Zuordnung eines verbindungsspezifischen SDCCH-Kanals nicht
lohnenswert, weil die Zuordnung selbst einen relativ zu großen Signalisierungsaufwand
verursacht. Dementsprechend belastet das Senden dieser Nachrichten
den gemeinsam benutzten Kanal nicht erheblich. In diesem Fall ist
der FACCH, der auch die Verkehrskanalkapazität verwendet, eine bessere Wahl
als der SDCCH, da kein Bedarf besteht, einen erheblichen Anteil
der Verkehrskanalbandbreite zu verwenden.
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Zusätzlich zu der Anzahl von sich
bereits in dem Übertragungszwischenspeicher
befindlichen Nachrichten kann die Auswahl eines logischen Kanals
auch auf der geschätzten
Anzahl von in naher Zukunft zu sendenden Nachrichten basieren. Die
Anzahl von in naher Zukunft zu sendenden Nachrichten kann zum Beispiel
zu Beginn eines Rufaufbaus, einer Authentifizierung oder eines Handover
als groß eingeschätzt werden.
Es kann nützlich
sein, einen getrennten verbindungsspezifischen SDCCH-Kanal unterschiedlich
von dem Verkehrskanal für
einen derartigen erwarteten Signalisierungsbedarf zuzuordnen. Die
Zuordnung des SDCCH ist auch für
einen regulären
Langzeit-Signalisierungsbedarf nützlich.
Ein Beispiel eines derartigen Signalisierungsbedarfs ist die Rückkopplungssignalisierung
einer Downlink-Leistungssteuerung,
bei der eine Nachricht regelmäßig gesendet
wird, zum Beispiel alle 500 Millisekunden.
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Der dritte die Auswahl eines logischen
Kanals beeinflussende Faktor sind die Priorität und die Verzögerungsanforderungen
der in der Übertragungswarteschlange
wartenden Nachrichten. Bei Übertragung
von verzögerungstoleranten
Nicht-Realzeit-(NRT)
Informationen wie etwa einem auszuführenden Computerprogramm, kann
die Signalisierung etwas langsamer sein. Bezieht sich die Signalisierung
andererseits auf Realzeit-(RT) Verkehr mit strengen Übertragungsverzögerungs-Anforderungen,
ist es wichtig, dass zum Beispiel der Kanal so schnell wie möglich für die Verbindung
zugeordnet wird, um die für
den Verkehrskanal gesetzten Verzögerungsanforderungen
zu erfüllen.
Daher müssen die
bei RT-Verkehr eingestellten Signalisierungsverzögerungs-Anforderungen erheblich
höher sein
als die bei NRT-Verkehr eingestellten.
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Zusätzlich zum Verbindungstyp besitzt
natürlich
der Inhalt der Nachricht selbst eine Auswirkung auf Nachrichtenpriorität und Verzögerungsanforderungen.
Einige Nachrichtenübertragungs-Informationen,
die sehr schnell an den Empfänger
geliefert werden müssen,
zum Beispiel um den Abbruch des Rufs zu verhindern. Ein Beispiel
für eine
derartige Situation ist ein durch einen plötzlichen Einbruch des Signalpegels
verursachter Handover. Andererseits ist ein Handover, der nur zum
Erreichen eines leicht besseren Kanals ausgeführt wird, nicht genauso dringend,
weil der Ruf nicht abgebrochen wird, wenn er verzögert wird.
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Von den bei dem vorstehenden Beispiel
beschriebenen logischen Kanälen
ist die kürzeste
Verzögerung
typischerweise durch Verwendung des FACCH-Kanals sichergestellt,
der die Verkehrskanalbandbreite verwendet. Nachrichten können nur
dann schnell über
den SDCCH übertragen
werden, wenn dem SDCCH bereits eine ausreichende Kapazität zugeordnet
wurde. Muss die dem SDCCH zugeordnete Kapazität zum Senden von Nachrichten
verändert werden,
verursacht die durch die Zuordnungsveränderung benötigte Signalisierung eine zusätzliche
Verzögerung.
Werden Nachrichten über
einen gemeinsam benutzten Kanal gesendet, wird die Verzögerung stark
von der aktuellen Verwendungsrate des gemeinsam benutzten Kanals
beeinflusst.
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Der vierte die Auswahl des logischen
Kanals beeinflussende Faktor ist die Wirkung der Verwendung des
zu untersuchenden logischen Kanals auf die Dienstgüte (QoS: "Quality of Service"). Wird zum Beispiel
der Verkehrskanal einer Videoverbindung, die ein niedriges Bit/Fehler-Verhältnis benötigt, zur Signalisierung
verwendet, kann sich die Dienstgüte zu
sehr verschlechtern. Wird andererseits ein Anteil der gleichen Größe von dem
Verkehrskanal einer Sprachverbindung, die ein höheres Bit/Fehler-Verhältnis erlaubt,
zur Signalisierung verwendet, kann sich die Qualität der Sprachverbindung
merklich verschlechtern. Die geringsten Probleme bei der Verwendung
des Verkehrskanals zur Signalisierung werden bei verzögerungstoleranten
NRT-Typ-Verbindungen
verursacht, für
die die geringere Verkehrskanalkapazität nur eine leichte zusätzliche
Verzögerung verursacht.
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Der fünfte die Auswahl des logischen
Kanals beeinflussende Faktor ist die Verwendungsrate der zur Signalisierung
zugeordneten Kanäle.
Wenn zum Beispiel der SDCCH-Kanal, der bereits zur Verwendung durch
die Verbindung zugeordnet wurde, und der sich außerhalb des Verkehrskanals
befindet, unbenutzte noch nicht wieder freigegebene Kapazität aufweist,
ist es natürlich
zu bevorzugen, ihn zur Nachrichtenübertragung zu verwenden. Dementsprechend
beeinflusst die Verwendungsrate der gemeinsam benutzten Kanäle die Nachrichtenverzögerung.
Ist die Verwendungsrate niedrig, ist es lohnenswert, die Nachricht über den
gemeinsam benutzten Kanal zu senden. Dies ermöglicht die Verwendung von einigem
dem gemeinsam benutzten Kanal zugeordneten momentan unbenutzten
Kapazität,
was die Kanalverwendungsrate verbessert. Andererseits ist es nicht
zu bevorzugen, auf einem bereits stark belasteten gemeinsam benutzten
Signalisierungskanal eine zusätzliche
Belastung zu verursachen. Bei Mobilkommunikationsnetzen ist die
Information über
das Belastungsniveau des gemeinsam benutzten Kanals für Mobilstationen
nicht verfügbar, sondern
nur für das
Basisstation-Subsystem. Daher kann die Belastungsinformation nur
bei Auswahl des logischen Kanals für von dem Basisstation-Subsystem
zu der Mobilstation gesendete Nachrichten verwendet werden.
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Im Folgenden ist eine bevorzugte
Protokollanordnung zu untersuchen, die eine Funktionalität gemäß der Erfindung
umsetzt. 5 zeigt einen
Protokollstapel, der den Funkschnittstellenverkehr eines Mobilkommunikationssystems
steuert. Die Figur zeigt die physikalische Schicht L1, die Verbindungsschicht
L2, die aus den Unterschichten RLC/MAC (RLC = „Radio Link Control", MAC = „Medium
Access Control")
und LLC („Logical
Link Control") besteht, und
die Netzwerkschicht L3. Es existieren andere Schichten über der
Netzwerkschicht, aber sie sind für diese
Untersuchung nicht wesentlich.
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Die physikalische Schicht codiert,
multiplext und moduliert das Signal zur Funkübertragung. Dementsprechend
decodiert die Schicht die Modulation, das Multiplexen und die Kanalcodierung
des Signals während
eines Funkempfangs.
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Die über der physikalischen Schicht
angeordnete RLC/MAC-Unterschicht
handhabt die Verwaltung und Zuordnung von Funkressourcen sowie zugehöriger Signalisierung
und die Abbildung von logischen Kanälen auf physikalische Kanäle. Die Schicht
kann in den allen Verbindungen gemeinsamen MAC-Abschnitt und den
verbindungsspezifischen RLC-Abschnitt
aufgeteilt werden. Die Verwaltung von Funkressourcen findet in dem
innerhalb des Festnetzes angeordneten Basisstation-System statt.
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Funkressourcen werden verschiedenen
Verbindungen wegen der sich unterscheidenden Natur ihrer Übertragungsbedürfnisse
in einer leicht unterschiedlichen Art und Weise zugeordnet. Für strenge Anforderungen
an die Verzögerung
stellende RT-Verbindungen ordnet MAC einen schaltungsvermittelten Kanal
zu, der dynamisch verändert
werden kann. Die Zuordnung ist wirksam, bis sie von der nächsten MRC-Nachricht
aufgehoben wird.
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Für
NRT-Verbindungen mit einer besseren Verzögerungstoleranz ordnet MAC
einen paketvermittelten Kanal zu. Auf dem paketvermittelten Kanal erteilt
MAC der Verbindung die Erlaubnis, eine bestimmte Menge an Daten
zu jeder Zeit zu senden. Der Kanal kann entweder zum Senden von
nur einer speziellen Paketgruppe zugeordnet werden oder für eine zeitlich
längere
Verbindung zum Senden mehrerer aufeinander folgender Paketgruppen.
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Innerhalb der RLC/MAC-Schicht handhabt die
für jede
Verbindung getrennt definierte RLC-Eiheit die Beibehaltung der Dienstgüte (QoS),
die für die
Verbindung ausgehandelt wurde. Um die Qualität auf dem ausgehandelten Niveau
zu halten, wählt RLC
das für
die Verbindung korrekte Übertragungsformat
aus, was die Auswahl einer Fehlerkorrektur, Multiplexing-Tiefe und
Modulationsverfahren sowie Wiederübertragung von fehlerhaften
Rahmen umfasst.
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Das LLC baut eine logische Verbindung
für die
Funkübertragung
auf, die die von der unterhalb der LLC angeordneten RLC/MAC-Schicht
angebotenen Dienste verwendet. Das LLC verwendet die von überhalb
angeordneten Schichten empfangenen Informationen, um zur Funkübertragung
durch die RLC/MAC-Schicht geeignete LLC-Rahmen zu erzeugen, und setzt die in
aufeinanderfolgenden von der RLC/MAC-Schicht empfangenen LLC-Rahmen
enthaltenen Funkinformationen dementsprechend zur Übertragung
an überhalb
der LLC angeordnete Schichten zusammen.
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Es ist am besten, den zur Nachrichtenübertragung
zu verwendenden logischen Kanal in der Protokollschicht auszuwählen, in
der die meisten der vorstehend erwähnten Informationen gefunden
werden können,
die die Kanalauswahl beeinflussen. Zusätzlich ist die Funktionalität umso effektiver,
je niedriger das Protokollumsetzungsniveau ist.
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Die Information über den logischen Inhalt der physikalischen
Kanäle
ist auf der physikalischen Schicht nicht verfügbar, weshalb die Funktionalität nicht
dort angeordnet werden kann. Der beste Ort zur Umsetzung der Funktionalität gemäß der Erfindung ist
die MAC/RLC-Schicht.
In Anbetracht der vorstehend erwähnten
die Auswahl des logischen Kanals verbessernden Informationen weisen
die RLC/MAC-Schicht und die RLC-Einheit darin die Information bezüglich der
Anzahl zwischengespeicherten Nachrichten auf. Außerdem kann die RLC-Einheit die
Verzögerungsanforderungen
und Priorität
sowie erwartete Anzahl der von der RLC/MAC-Schicht erzeugten sogenannten
MAC-Nachrichten abschätzen. Die
Dienstgüteüberwachung
ist ebenfalls in der in der Schicht enthaltenen RLC-Einheit umgesetzt.
Außerdem
kennt die Schicht die Verwendungsrate von zugeordneten Kanälen, da
sie für
eine Zuordnung von physikalischen Kanälen verantwortlich ist. Die
einzige in direkter Weise in der MAC-Schicht fehlende Information
ist die Schätzung
der Anzahl und der Priorität
der erwarteten Anzahl von Nachrichten höherer Schichten. Sogar diese
Information kann, falls nötig, auf
sie gerichtet werden, indem die Signalisierung zwischen Protokollschichten
verwendet wird.
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Obwohl die Erfindung vorstehend als
in dem Zusammenhang einer Signalisierung umgesetzt beschrieben ist,
die über
der Funkschnittstelle eines Mobilkommunikationssystems auftritt,
ist es klar, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht auf diesen
Zusammenhang beschränkt
ist. Diese Erfindung kann in allen Systemen verwendet werden, bei
denen mehrere logische Kanäle
auf verschiedene Weise auf physikalische Kanäle abgebildet werden können.
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Zusätzlich zu reinen Signalisierungsdaten kann
dieses Verfahren auch zur Übertragung
kleinerer Mengen von Nutzerinformationen verwendet werden. Für größere Mengen
an Nutzerinformationen ist es natürlich das Beste, in der normalen
Art und Weise einen Verkehrskanal zuzuordnen. In manchen Fällen ist
es jedoch das Beste, kleine Nutzerdatenmengen, die von anderen Streckenverbindungen
getrennt sein können,
wie etwa DTMF-Steuersignale durch Verwendung eines logischen Signalisierungskanals
(wie etwa eines bereits zugeordneten verbindungsspezifischen Signalisierungskanals
oder eines Signalisierungskanals, der von mehreren Verbindungen
gemeinsam benutzt wird) zu übertragen,
der gemäß dieser
Erfindung ausgewählt
wird. Für
derartige Nutzerinformationen soll natürlich ein Nachrichtentyp verwendet
werden, der die Nachricht von dem Signalisierungsverkehr trennt.