CN100372401C - 基于非对称信道的集群通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于非对称信道的集群通信方法，包括：A、网络根据集群通信用户的请求信息，判断所述用户是否是群组内第一个建立集群通信的用户，如是，为所述用户分配上下行信道配置信息；否则，网络根据用户请求信息获得为该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息，并根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息，并将其信道配置信息反馈给所述用户；B、所述用户通过上下行信道配置信息和来自同一群组内的用户进行集群通信。本发明在保证集群通话语音质量的同时，降低系统资源的消耗，从而有效的提高信道资源的利用率。

Description

基于非对称信道的集群通信方法

技术领域

本发明涉及移动通信方法，特别是涉及一种基于非对称信道的集群通信方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对通信的需求日益迫切，对通信的质量要求也越来越高。因此，移动通信的应用也在不断的扩大，类型也越来越多，比如，集群通信是移动通信的一种类型。所述集群通信，是一种多用户共用一组通信信道而不互相影响的技术。而集群通信的原理为：由中央控制器集中控制和管理系统中的每个信道，并以动态方式迅速把空闲信道分配给发起呼叫的用户，通话完成后又将该信道收回给等待的用户使用。

常见的集群无线通信系统通常是一种特殊的移动无线电系统或专用移动无线电系统，主要是为户外作业的专业公司及业务部门的移动用户提供生产调度和指挥控制等通信业务。由于其具有易于使用、建立通话快速及保密性好等优点，在铁路运输、船舶通信、港口导航、航空业务、气象预报、森林、矿区作业、公安、电力、石油、灾难救助等众多专用指挥调度通信领域集群无线通信系统得到广泛的应用。

随着移动通信的发展，出现了把集群通信技术融入到公用移动通信网络的趋势。因为公用的移动通信网络具有最广阔的覆盖范围，把集群技术引入到公用的移动通信网络，用户能够在任意地方、任意时刻发起集群通信。

目前，在移动通信网络中实现集群通信的信道配置方法主要有两种，分别为：

第一种方法为在宽带码分多址(WCDMA：Wideband Code DivisionMultiple Access)系统中实现集群通信的方法。所述方法是利用移动通信系统中的传输通道：公共信道。所述公共通道是移动通信系统为所有用户配置的可共同使用的信道，下行方向的前向接入信道(FACH，Forwar d AccessChannel)，可以同时被所有能够接收FACH信道的用户所接听，在上行方向，用户通过竞争的方式获取随机接入信道(RACH：Random Access Channel)的使用权，获得使用权的用户就可以在RACH上向基站发送数据。也就是，当一组用户进行集群通信1时，用户通过使用上行的随机接入信道RACH发送语音数据给网络2，网络再把接收到的语音数据通过下行的FACH信道接发送给组内的其他用户。如图1所示。

由于在上行方向，用户发送语音信号时需要通过公平竞争的方式来获得发送数据的资格，既获得空闲信道资源，所述公平竞争是指分配了RACH信道的用户如果有数据发送，就在RACH信道对应的接入时隙(能够发起接入的时刻)发起接入，如果在同一个时刻存在两个或多个用户发起接入并使用同一个接入签名，则这几个用户就是发生了冲突，结果是发生冲突的这几个用户都不能获得发送资格，同样这个时刻该签名对应的资源不能被用户使用造成浪费。另外，如果用户有一个比较大的数据包，则需要分成多次发送。但由于有多个用户竞争信道，因此不能保证这个用户每个时候都能获得发送数据的机会，因此对于这个数据包来说，发送的时延就会很大。同时公平竞争中发生的冲突也降低了数据发送的速率和信道资源的利用效率，而且进行集群通信的用户越多性能也变得越差。因此使用公共信道来完成的集群通信的缺点为：(1)通话延迟大，通话质量差；(2)资源利用效率低。

第二种方法是利用移动通信网络中利用传输通道的专用信道来支持集群通信。如图2所示，所述专用通道(DCH，Dedicated Channel)是系统为某个特定用户建立的和基站之间通信的信道资源，在下行方向，基站通过所分配的DCH信道向用户发送各种信令和数据，在上行方向，用户通过DCH向基站发送信令和数据，任意一个用户都不能接听系统分配给其它用户的专用信道上的信息。所述方法的工作原理为：当一组用户进行集群通信时，每个用户都建立自己的专用信道，即网络为用户1在上行方向上分配DCHl和在下行方向上分配DCHl，一个用户通过自己的上行专用信道发送语音数据给网络2，网络再把接收到的语音信号，从组内其它用户所对应的专用信道上发送给所有的接听用户。

所述方法由于在上行方向利用专用信道来发送语音数据，有效解决了方法1中所述语音通话时延大、通话质量差的缺点，但由于在下行方向需要为每个用户都建立一个专用信道，消耗了移动通信系统内的大部分信道资源，严重影响了所述系统内的其他业务传输。

因此，现有技术的缺点是：在保证通话质量的同时，不能有效的提高信道资源的利用率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于非对称信道的集群通信方法，在保证集群通话语音质量的同时，降低系统资源的消耗，从而有效的提高信道资源的利用率。

为解决上述问题，本发明提供一种基于非对称信道的集群通信方法，包括：

A、网络根据集群通信用户的请求信息，判断所述用户是否是群组内第一个建立集群通信的用户，如是，为所述用户分配上下行信道配置信息；否则，网络根据用户请求信息获得为该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息，并根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息，并将其信道配置信息反馈给所述用户；

B、所述用户通过上下行信道配置信息和来自同一群组内的用户进行集群通信；

其中，步骤A中所述为用户分配上下行信道配置信息包括：

网络根据该用户集群通信的传输速率，在下行方向上为所述用户分配一条公共信道，该公共信道对应于该用户所属的集群通信群组；网络根据上行传输速率，在上行方向上为该用户分配一条专用信道；

步骤A中所述根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息包括：

根据该用户集群通信的传输速率，为该用户在上行方向分配一条专用信道。

步骤A中还包括：

网络为所述用户的集群通信群组分配一个没有被别的群组使用的空闲的标识。

所述公共信道专用于传输下行的集群通信数据。

由专用的信令信道来传输所述请求信息，所述请求信息包括用户标识和集群通信群组号。

所述获得该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息包括：网络根据请求用户的用户标识确定该用户所属的集群通信群组，并根据该集群通信群组号获得网络已为该群组分配的标识和下行公共信道信息。

所述集群通信的过程包括：

在上行方向上，用户从网络根据上行传输速率从分配给自己的专用信道上发送数据给网络，网络优先选择最先收到的用户数据，通过用户标识来识别其对应的群组，利用分配给该群组的标识对发送的数据进行扩频，并将所述数据通过群组对应的公共信道下发给群组内的用户，只有获得该标识的用户才能解调出来自同一群组内其他用户的数据；

在下行方向上，用户通过标识来识别该群组所对应的公共信道，并从中读取来自同一群组内其他用户的集群数据。

所述标识为一个下行信道码，只有获得该信道码的用户才能对接收到的数据进行解扩频。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在WCDMA系统中，为进行集群通话的一个群组内的所有用户在下行方向分配一个专门用于传输集群通信的公共信道，而在上行方向为每个用户分配一个专用信道。公共信道和专用信道的带宽都等于集群通话中的需要传输的数据速率。在保证语音通话质量同时，有效提高了系统资源的利用率，以便在有限的频段内为更多的用户服务，从而提高移动通信系统的整体性能。

附图说明

图1是现有技术利用公共信道实现集群通信流程图；

图2是现有技术利用专用信道实现集群通信流程图；

图3是本发明利用非对称信道结构的示意图；

图4是本发明基于非对称信道实现集群通信流程图；

图5是本发明具体实施例的流程图；

具体实施方式

在宽带码分多址WCDMA系统中，集群通信是一种多用户共用一组通信信道而不互相影响的技术。特别是在双向的无线通信领域中被广泛应用，由于集群通信系统能使大量的用户共享相对有限的频率资源，即系统的所有可用信道可为系统内所有用户共用，具有自动识别用户，自动并动态地分配无线信道资源的功能，从而为系统保留更多的资源以提供更多的用户接入服务。

本发明就是利用集群通信的这种功能，为用户分配非对称信道。非对称信道结构的示意图详见图3：在上行方向上，分别为进行集群通信的用户分配专用信道(DCH，Dedicated Channel)，比如，为用户1分配DCH-1，为用户2分配DCH-2等等，所述专用信道DCH是系统为进行集群通信的每一个用户建立和基站之间通信的信道资源，用户通过专用信道DCH向基站发送信令和数据，任意一个用户都不能接听系统分配给其它用户的专用信道上的信息；在下行方向上，为进行集群通信的用户分配公共信道(CCH，Common Channel)，所述公共信道是系统为所有用户配置的可共同使用的信道，基站通过所分配的公共信道CCH向用户发送各种数据，在保证集群通话质量的同时，降低了系统资源的消耗，从而提高移动通信的整体性能。而所述公共信道CCH只传输集群通信的数据。其下行信令和其它非集群通信的业务数据等内容由系统专门为上行或下行分配的专用信道进行传输。另外，本发明还利用专用信道的专用特性，以及特有的闭环功率控制，能够很好的为在该信道上承载的业务提供较小的传输时延，即实时性，以及足够的传输带宽，即数据传输速率，因此，具有较高的资源利用效率。

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

请参考图4，为本发明利用非对称信道实现集群通信的流程图，具体包括：

步骤S11：网络根据集群通信用户的请求信息，判断所述用户是否是群组内第一个建立集群通信的用户，如是，为所述用户分配上下行信道配置信息(步骤S12)；否则，网络根据用户请求信息获得为该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息，并根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息，并将其反馈给所述用户(步骤S13)；

步骤S14：所述用户通过上下行信道配置信息和来自同一群组内的用户进行集群通信。

在步骤S11中，当一个群组内的用户要进行集群通信时，向网络发送请求消息，把用户标识(ID)以及所属的集群通信群组号发送给网络，同时向网络申请所需的信道配置信息；所述请求消息的发送必须通过专门传输信令的信道来进行。如果在用户发起集群通信之前还没有建立信令连接，则用户在发起集群通信请求之前首先要发起建立信令连接的请求，接着通过网络为用户分配的信令信道上发送集群通信请求消息；如果用户在发起集群通信之前已经建立了信令连接(例如已经建立了文件下载等其他的业务)，则用户可以直接利用已有的信令信道发送请求消息。也就是说，本发明支持进行集群通信的用户在建立集群通信之前，以及进行集群通信的过程中进行其它业务的数据传输。

在步骤S12中，当所述用户为群组内第一个建立集群通信的用户时，首先，网络在下行方向上为该用户分配一条公共信道CCH，信道带宽等于集群通信所需要的数据传输速率(例如WCDMA系统中的语音业务比特率12.2千比特/秒)，该公共信道对应于该用户所属的群组，也就是说该公共信道只能用于该用户所属群组集群通信的下行数据传输。其次，网络在上行方向上为该用户分配一条专用信道，专用信道的带宽等于上行集群通信的数据传输速率(例如12.2千比特/秒)。同时，网络还为该用户所属的集群通信群组分配一个没有被别的群组使用的标识(即空闲标识)，并把该用户和群组信息增加到网络侧的记录内容中。最后，网络把分配好的公共信道信息、专用信道信息，以及对应群组的标识等内容，通过信令信道发送给请求建立集群通信的用户。

其中，下行链路所分配的公共信道用CCH(common channel)不同于现有技术中下行公共信道的前项接入信道FACH，其不同之处主要包括两个方面：一是使用范围不同，本发明中的公共信道是对应于集群通信群组的，通信群组和公共信道一一对应，而现有技术中的公共信道FACH用来传输属于一个小区的所有用户的数据，也就是一个FACH和一个小区中的所有用户对应；二是信道上发送的内容不同，本发明的公共信道CCH专门用来传输下行的集群通信数据，每条公共信道只传输属于某个特定群组的用户在下行的通信数据，而现有技术中下行公共信道的前向接入信道FACH用来传输各种下行信令、下行低速业务数据等内容。

而步骤S13，对于一个请求加入到一个正在进行集群通信的群组的用户，网络首先根据请求用户的用户标识确定该用户所属的集群通信群组；其次根据所确定的集群通信群组，从网络侧的记录信息中获得网络已经为该群组分配的标识，以及为该群组分配的下行公共信道配置信息；再次，根据集群通信的数据传输速率要求，为该用户在上行方向分配一个带宽等于集群通信速率要求的专用信道；最后，网络通过信令信道，把上述用户所属群组对应的标识信息、公共信道配置信息，以及为该用户配置的上行专用信道信息，发送请求给用户。

步骤S14，当用户集群通信建立完成以后，用户就可以和来自同一群组内的用户进行集群通话。集群通信群组内的用户从系统分配给自己的上行专用信道上发送数据给网络时，网络优先选择最先收到的用户的数据信号，通过用户标识(ID)来识别其对应的群组，并利用分配给该群组的标识对数据信息进行加密，然后从群组对应的公共信道上下发给群组内的所有用户。在下行方向上，用户通过标识来识别属于本群组的公共信道，并从中读取来自同一组内其他用户的集群数据。

由于网络对在公共信道上发送的数据进行了加密，因此只有事先获得了网络为该群组分配标识的用户才能正确解调出来自组内其他用户的数据。为了便于理解发送数据的加密过程，现举一实例进行说明。在WCDMA系统中，网络为一个群组分配的标识，可以是一个下行信道码。在这种情况下，加密过程就是信道码对数据信号的扩频过程，只有事先获得了该信道码的用户，才能对接收到的信号进行正确的解扩频(即解密)，从而正确恢复出原始数据。

本发明采用了非对称的信道配置方法，一方面，在下行方向为每个集群通信群组分配一条专门用于集群通信的信道带宽等于通信数据传输速率要求的公共信道，相对现有技术中利用系统原有前项接入信道FACH的实现方案，有效保证了下行方向的通信质量；另一方面，集群通信群组内的所有用户共享一个公共信道，资源利用率相对于每个用户分配一条专用信道得到了极大的提高。

为了更好的说明本发明，还请参考附图5，为本发明利用非对称信道进行集群通信的实施例的流程图。假设网络中存在两个需进行集群通信的群组，群组1和群组2，首先，需通信的群组1和群组2的用户分别通过上行专用信道发送控制信令给网络，申请所需的信道资源，网络收到控制信令后分别为群组1的用户分配的标识，假设为A，为群组2分配的标识，假设为B，网络通过用户建立的信令信道，把标识A和B分别发送给群组1和群组2的所有用户。

当分配到专用信道的群组1内的用户1通过上行专用信道发送语音数据给网络侧时，如果群组内没有别的用户发送数据给网络，则网络侧把接收到的来自用户1的数据用标识A加密后从公共信道CCH1上发送下去.由于只有群组1的用户1，用户2，和用户3事先获得了标识A的具体信息，所以，即使群组2内用户4，用户5，和用户6都能接收到空中的信号，他们都不能正确解出相应的语音数据。同样，群组2内用户在下行方向通过使用标识B，从公共信道CCH2上接收来自本组内其他用户语音数据。

特别的，对于群组2中的用户6来说，该用户在进行集群通信同时和网络建立了的第二个业务(例如从网络上下载文件，在本发明中就叫做第二业务，该业务建立过程中的各种消息通过用户建立的信令信道来传输。在WCDMA系统中业务的建立过程成为无线接入承载指配(RAB assignment)过程，业务建立过程的具体消息名称和内容由于系统不同而存在差异)，该业务的上下行数据分别通过专用信道DCH2和DCH3来传输。

为了进一步说明本发明有效的提高了信道资源的利用率，请参考下面的应用实例。假设群组1内总共存在10个进行集群通信的用户，则如果利用现有技术方案二的方案，网络要在下行为每个用户分配一条专用信道，则该群组就要消耗掉10条信道，每条信道的带宽等于集群通信所需的数据传输速率(例如WCDMA中的语音业务的12.2kbps)，而如果利用本发明的方案，在下行方向网络只为这10个用户分配一条公共信道，信道带宽相同。在这种情况下，本发明的信道利用率提高了整整10倍。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，包括：

A、网络根据集群通信用户的请求信息，判断所述用户是否是群组内第一个建立集群通信的用户，如是，为所述用户分配上下行信道配置信息；否则，网络根据用户请求信息获得为该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息，并根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息，并将其信道配置信息反馈给所述用户；

B、所述用户通过上下行信道配置信息和来自同一群组内的用户进行集群通信；

其中，步骤A中所述为用户分配上下行信道配置信息包括：

网络根据该用户集群通信的传输速率，在下行方向上为所述用户分配一条公共信道，该公共信道对应于该用户所属的集群通信群组；网络根据上行传输速率，在上行方向上为该用户分配一条专用信道；

步骤A中所述根据该用户集群通信的传输速率为该用户分配上行信道配置信息包括：

根据该用户集群通信的传输速率，为该用户在上行方向分配一条专用信道。

2.根据权利要求1所述基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，步骤A中还包括：

网络为所述用户的集群通信群组分配一个没有被别的群组使用的标识。

3.根据权利要求2所述非对称信道的配置方法，其特征在于，所述公共信道专用于传输下行的集群通信数据。

4.根据权利要求2所述基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，由专用的信令信道来传输所述请求信息，所述请求信息包括用户标识和集群通信群组号。

5.根据权利要求4所述基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，步骤A中所述获得该用户所属的集群通信群组已分配的下行信道配置信息包括：网络根据请求用户的用户标识确定该用户所属的集群通信群组，并根据集群通信群组号获得网络已为该群组分配的标识和下行公共信道信息。

6.根据权利要求5所述基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，步骤B中所述集群通信的过程包括：

61)在上行方向上，用户从网络根据上行传输速率分配给自己的专用信道上发送数据给网络，网络优先选择最先收到的用户数据，通过用户标识来识别其对应的群组，利用分配给该群组的标识对发送的数据进行扩频，并将所述数据通过群组对应的公共信道下发给群组内的用户，只有获得该标识的用户才能解调出来自同一群组内其他用户的数据；

62)在下行方向上，用户通过标识来识别该群组所对应的公共信道，并从中读取来自同一群组内其他用户的集群数据。

7.根据权利要求6所述基于非对称信道的集群通信方法，其特征在于，所述标识为一个下行信道码，只有获得该信道码的用户才能对接收到的数据进行解扩频。

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