CN100446593C - 一种集群通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集群通信系统，包括终端和转发器，所述终端为蜂窝网终端；所述转发器发送下行同步序列，以及公共控制信息，终端根据所述下行同步序列与转发器同步；转发器检测上行同步码(该检测可为周期性检测)，判断是否有终端进行上行同步以准备发送业务数据；转发器获取呼叫终端的业务数据，并获取该业务数据中包含的接收终端的地址信息，根据所述地址信息将该业务数据进行转发。本发明提供了简单有效的，可脱离现有公共移动通信网而实现终端间通信的集群通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种集群通信系统，尤其是一种基于TD-SCDMA技术的集群通信系统。
背景技术
所谓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。随着移动通信的发展，已经出现了把集群通信技术融入到公用移动通信网络的应用。
图1为公用移动通信网中实现移动网终端集群通信的原理图。参照图1，公用的移动通信网提供集群通信的一般原理为：无线网络控制器集中控制和管理系统中的每个信道；在下行方向上，系统的广播信道可以同时被所有用户所接听，在上行方向上，用户移动网终端向系统发出接入信道的请求，无线网络控制器以动态方式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。
由于公用的移动通信网络具有广阔的覆盖范围，因而把集群技术引入到公用移动通信网络后，能够使移动网终端的持有者可以在网络覆盖范围内的任意时刻实现集群通信，尤其在基于码分多址技术的网络中，集群通信系统除了可以提供快速呼叫、建立单/多用户的通信、动态重组、环境监听、故障弱化、虚拟专用网等业务外，还可以提供高速数据业务(如视频传输、文件传输等)。然而，现有技术的缺陷在于：移动网终端的持有者只能在网络覆盖范围内实现集群通信，在网络覆盖不到或网络出现故障的区域内，移动网终端的持有者将无法发起集群呼叫。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种集群通信系统，该系统能够使移动网终端持有者在没有网络覆盖的区域实现集群通信。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种集群通信系统，包括终端和转发器，所述终端为蜂窝网终端；所述转发器发送下行同步序列，以及公共控制信息，终端根据所述下行同步序列与转发器同步；转发器检测上行同步码(该检测可为周期性检测)，判断是否有终端进行上行同步以准备发送业务数据；转发器获取呼叫终端的业务数据，并获取该业务数据中包含的接收终端的地址信息，根据所述地址信息将该业务数据进行转发。
上述系统中，转发器具体以5ms为周期发送下行同步序列；所述同步序列被进行相差为90度的相位调制，以对应于1/4个公共控制信息的消息块，同步序列的一个调制周期对应于一个完整的公共控制信息。所述5ms为一个子帧的长度，2个子帧构成一个10ms的帧，16个10ms的帧构成1个复帧。每个5ms的子帧中，转发器在TS0时隙发送公共控制信息；呼叫终端在TS2发送业务数据和信令信息到转发器，并在TS6中获取转发器转发的接收终端的控制消息；接收终端在TS 1发送控制消息到转发器，并在TS4和TS5接收转发器转发的业务数据。
上述系统中，所述公共控制信息包括：帧号、终端类型标识、快速物理接入信道的控制信息、信道状态信息。
上述系统中，对呼叫终端发射信号进行闭环功率控制，以及通过闭环同步控制实现呼叫主终端的同步调整，对接收终端进行开环功率控制和开环同步控制。终端间的集群信令过程包括呼叫建立过程、话权转让过程、话权抢占过程及呼叫释放过程。
所述系统中，转发器发送下行同步序列前，搜索预先设置的可用频点，若空闲则转发器在该频点发送消息，表明转发器的存在。
以上技术方案可以看出，本发明所提供的集群通信系统使移动网终端在脱离网络的情况下，保持相互间的通信；同时，本发明克服了直通终端发射接收机制的缺陷，通过使用转发器进一步扩大了直通覆盖区域。
本发明中采用了现有TD-SCDMA系统的帧结构和时隙结构、扰码，使得TD-SCDMA终端可以在脱离网络系统的状况下直接进行集群通信。
进一步，本发明中，当前呼叫终端结束下发业务信息后，后一呼叫终端沿用前一呼叫终端的扰码及帧号，使得在没有网络系统的情况下，集群呼叫的信道管理更加简单，方便各终端的帧同步，呼叫建立更加快捷。
综上所述，本发明提供了简单有效的，可脱离现有公共移动通信网而实现终端间通信的集群通信系统。
附图说明
图1为移动网络中实现移动网终端集群通信的原理图；
图2是实现直通终端的协议结构图；
图3为所述Ud接口的帧结构；
图4为本发明系统结构示意图。
具体实施方式
本发明要实现移动终端之间不依靠现有公共移动网而保持通信的功能，即移动终端间集群通信的直通模式。定义在一个集群呼叫中，拥有讲话权的终端为“呼叫终端”，其余终端为“接收终端”；根据集群通信的特点，在一个呼叫中同时只能有一个呼叫终端。以下具体介绍本发明的实施方式。
图2是实现直通终端的协议结构图。直通终端的控制平面的协议结构可以分为三层结构，包括：直通模式呼叫控制协议层(DMCC)，提供基本呼叫业务的建立、维护、信道资源释放功能，以及短消息的处理；直通模式媒体接入控制层(DM-MAC)，提供寻址、对DMCC层信令和业务数据的发送和接收、协议数据单元(PDU)的封装、分段重组、无线接入等数据链路层功能；物理层，负责信道编码和扰码、帧结构的合成和分拆、功率调整、调制解调等功能。
参照图3可知，本发明中所采用的帧结构在现有TD-SCDMA的基础上进行了修改，定义了复帧结构和时隙特性。在直通模式下，一个复帧长度为160ms，包含16个长度为10ms的无线帧；每个无线帧又可以进一步分为两个相同的5ms子帧。子帧结构和时隙结构与3GPP中的规定一致，每个时隙采用现有CDMA方式进行信道分割，为本领域技术人员的公知内容，不再赘述。
1)参照图4，该图为本发明的系统结构示意图。如图所示，为了增大直通业务的覆盖范围，本发明的直通系统中除移动终端外还包括转发器；终端与转发器之间通过Ud接口进行通信；呼叫终端发送的数据不被接收终端直接接收和译码，而是将数据发送给转发器，转发器对收到的数据进行译码和重新编码，进而再转发到接收终端。本发明中，所有的直通终端都向转发器进行码片、时隙、帧、复帧的同步，所有终端间通信通过转发器转发完成，呼叫终端只和转发器之间发送和接收数据，接收终端也只与转发器之间发送和接收数据。
在上述帧结构基础上，呼叫终端与接收终端共同占用七个时隙。转发器在TS0发送公共控制信息，呼叫终端与接收终端均监听该时隙，获许转发器状态信息、当前信道状态等信息；除此之外，呼叫终端在TS6上接收转发器转发的接收终端的控制消息，呼叫终端在TS2发送业务数据和信令信息到转发器，在数据量较大时则可同时使用TS3；接收终端在TS1发送控制消息到转发器，在TS4和TS5上接收呼叫终端经过转发器转发的业务数据。
2)转发器发送下行同步序列，以及公共控制信息，终端根据所述下行同步序列与转发器同步。
转发器一旦启动，将会搜索预先设置的可用频点，若所述可用频点空闲，则转发器将在该频点上发送消息，指示转发器的存在，进而，所有转发器覆盖范围内的终端进行根据所述下行同步序列与转发器同步并获取信道资源信息；如果通过检测发现当前所述该频点已被占用，则转发器将周期性检测可用频点的状态，等待频点资源空闲后，再开始发出信号，指示转发器的存在。
转发器在TS0发送公共控制信息，通知所有终端转发器的存在，提供当前信道的状态，当前正在进行的业务等信息给迟后进入的终端。公共控制信息主要包括：帧号(0-15)；终端类型标识，指示当前为转发器发送公共控制信息；转发器相关信息，包括转发器标识符、转发器发射功率、期望接收功率等；快速物理接入信道(FPACH)控制信息，为接收终端接入过程的同步和功率调整的相关信息，以及接收到的同步码号和接收的帧号信息；信道状态信息，包括空闲状态(Idle)、保留(Reserved)状态以及占用(Occupied)状态；信道相关信息，根据信道状态不同，信息内容不同，若当信道处于空闲(Idle)状态，则没有所述信道相关信息，若信道为保留(Reserved)状态，则包含保留信道类型，呼叫终端标识符，接收终端标识符或接收终端组标识符，当前业务类型等，若当信道处于占用(Occupied)状态，则包含呼叫终端标识符、接收终端标识符或接收终端组标识符、当前业务类型、呼叫优先级等信息。
转发器发送下行同步序列SYNC_DL，提供同步基准。本发明中所述的接收终端与呼叫终端保持同步的过程与现有TD-SCDMA网系统终端同步方法相同，为本领域的公知技术内容。
上述每子帧时长5ms，转发器以5ms为周期在TS0发送公共控制信息，并在下行导频时隙发送下行同步序列。由于每个公共控制信息发送完毕需要20ms，即每个公共控制信息需要4个子帧发送，为了方便接收终端找到每个20ms广播信息的起始发送子帧，因而，下行同步序列(SYNC_DL)在每个子帧都会进行相位调制，即每个子帧发送SYNC-DL时附加一个固定的相位，并用连续4个自振的调制相位(135°、45°、225°、315°)角度来指示这四个子帧所对应的一条完整的公共控制消息。接收终端可根据呼叫终端发送的SYNC-DL获取5ms的子帧同步，根据SYNC-DL的调制相位获取20ms的同步，进一步获取呼叫终端的公共控制信息。
为了与转发器同步，呼叫终端和接收终端在发送信息时必须先进行一次上行同步过程。转发器对终端的初始上行同步调整信息在TS0的FPACH控制信息中发送。呼叫终端和转发器连续通信期间通过闭环同步控制保持与转发器的同步，同步调整信息会在TS6的同步调整(SS)比特中发送。本过程和公用移动网系统相同。
3)转发器检测上行同步码，判断是否有终端进行上行同步以准备发送业务数据；
在空闲状态下，转发器将周期性的尝试接收上行同步码，检测是否有直通终端发起上行同步过程，以获得信道的主控权。如果终端处于空闲状态，终端将周期监听转发器的TS0，获取当前信道的状态信息，在需要的时候，终端将到转发器的TS4收取进一步的业务信息。
4)转发器获取呼叫终端的业务数据，并获取该业务数据中包含的接收终端的地址信息，根据所述地址信息将该业务数据进行转发，即转发器不解析DMCC层的消息，只对底层数据进行转发。转发器维护信道资源状态的改变和更新；转发器不对业务数据进行管理，而是完成呼叫终端与接收终端之间数据的转发，同时对所获取的呼叫终端数据的DM-MAC层进行解析，并根据消息内容修改TS0上发送的信道的状态和信道相关信息。以下具体说明。
如果终端有发送业务数据的需求，将通过接收TS0的信息判断当前的业务信道是否空闲，如果信道状态空闲，终端将先触发上行同步过程，并从TS0中提取FPACH信息进行功率和定时调整，然后设定本终端为呼叫终端，开始建立和接收终端之间业务链路。
在呼叫终端的上发消息中，目标地址指示为转发器地址，并在DM-MAC层的消息中指示接收终端的地址，转发器接收到主终端的上发消息后，进行译码，并解析DM-MAC层消息，将源地址设置为该转发器地址，目的地址设置为接收终端的地址，并转发给接收终端；接收终端发送给呼叫终端的信息也进行相同的处理。
转发器在接收到主终端发送来的信令消息后，将根据信令消息的内容修改TS0上的公共控制信息，指示当前业务信道为Occupied或者Reserved，并将呼叫终端识别符、接收终端识别符、业务类型等信息通知其他终端，这部分信息主要为了方便迟后进入的终端了解当前业务信息，以及该终端判断是否应该加入当前的呼叫中。
上文说明了本发明的实现方式，在集群通信中，终端间的信令过程包括：呼叫建立、话权转让、话权抢占、呼叫释放等过程。如果当前接收终端需要发送数据到当前的呼叫终端，例如进行抢占，话权切换等过程，则同样需要当前接收终端先进行上行同步过程，并在相应的时隙将消息发送到转发器，由转发器经过处理后转发到主终端。
下文对上述各信令过程进行介绍。
呼叫建立的过程为：发起呼叫的终端通过接收TS0的信息判断当前的业务信道是否空闲，如果信道状态空闲，则该终端将先触发上行同步过程，并从TS0中提取FPACH信息进行功率和定时调整，然后设定本终端为呼叫终端，开始建立和接收终端之间业务链路；由于转发器覆盖范围内的终端均与转发器同步，因而呼叫终端通过转发器发送呼叫建立信令，转发器覆盖范围内的终端在获取还信令后，判断是否是对自己的呼叫请求。所述呼叫建立过程进一步包括：无确认呼叫建立过程和有确认呼叫建立过程。
所述无确认的呼叫建立过程可用于单呼或组呼的呼叫过程，所谓单呼是指单个用户和单个用户之间的呼叫，呼叫存在于两个用户之间；组呼是指一个用户呼叫一组用户，是多个用户之间的通信。无确认的呼叫建立过程是直通模式下最基本的呼叫建立过程，呼叫终端建立呼叫，不等待接收终端的应答，而是在发送多次呼叫建立请求后，直接开始发送业务数据，
所述有确认的呼叫建立过程只适用于单呼过程。有确认的呼叫建立过程是在呼叫终端发起呼叫建立请求后，将等待接收终端的应答之后开始发送业务数据。
在上述无确认和有确认呼叫建立的过程中，每个终端在有数据要发送前，均通过TS0的信息判断当前的业务信道是否空闲，这样可一定程度上避免冲突；另一方面，若两个终端都同时检测到资源空闲并发送数据，则会导致冲突，这种情况下，转发器将无法正确译码，进而导致本次过程失败。则终端可重新发起呼叫。如上文所述，转发器只负责数据的转发，而不处理信令，但是转发器将根据消息内容修改TS0上的公共状态信息。
话权转让的过程为：在呼叫终端的业务数据发送完毕后，呼叫终端并不会立刻释放占用的信道资源，而是设置定时器Treserved，并发送呼叫终止信息(DM_TX_CEASED)通知接收终端和转发器该呼叫终端的数据已经发送完毕，转发器将修改TS0上发送的公共控制信息，指示信道进入reserved状态，并转发消息到接收终端，如果接收终端组中的终端有发送数据的需求，将会发起话权转让流程，并发送信道占用请求(DM_TX_REQUEST)消息，通过转发器转发到当前呼叫终端请求发起呼叫，当前呼叫终端将进行判断，如果发现该请求有效，将发送信道占用许可消息(DM_TX_ACCEPT_PDU)给所述接收终端，并交出通信信道的控制权，同时接收终端将改变终端状态，设置为呼叫终端，获得链路的控制权，开始发送数据。
如果在当前呼叫终端的Treserved时间后，没有接收终端有发送数据的需求，若呼叫终端也不再需要发送数据，则呼叫终端将释放占用的信道，该次通信结束，所有的终端退回空闲状态，转发器设置信道状态为空闲状态。
话权抢占的过程为：当呼叫终端的业务数据正在发送中，当前通信的组内的接收终端或者某个组外的终端需要占用该业务信道，进而触发抢占过程，获得主终端的允许后中断正在进行的通信，开始新的业务数据过程；请求抢占的终端可以新建立一个组呼或单呼，也可以是当前呼叫的延续，只是抢占发送业务的权利。抢占成功后，转发器根据业务的改变设置其公共控制信道上发送的业务信息。
释放过程分为正常释放过程和异常释放过程，主要适用的情况包括：呼叫终端发送完数据，进入reserved状态，当定时器超时之后，呼叫终端发送DM-RELEASE消息，并通知应用层，退回空闲状态；被叫终端拒绝呼叫终端的呼叫请求之后，呼叫终端发送DM-RELEASE消息，释放占用的信道；呼叫终端允许其他终端的抢占，并通知接收终端释放本次呼叫；当呼叫终端/接收终端出现底层(媒体接入控制层/物理层)异常时，触发异常释放过程。
上述为本发明中信令过程实施例，由于本实施例旨在解决TD-SCDMA终端在无网络环境下实现集群通信，因而本实施例中使用现有TD-SCDMA网络所使用的扰码；同时，本发明中转发器覆盖范围内终端均与转发器进行同步，因而本发明保证了新发起的呼叫与前一呼叫间所使用帧号的延续。
如上文所述，终端发送消息前，先进行一次接入过程，进行物理层的同步，具体为：
终端根据转发器广播的发射功率Pt和期望接收的上行同步序列(SYNC_UL)功率Pd，以及终端测量到的转发器的发射功率Pr，计算上行同步码的发射功率Pu；Pu＝Pd+Pt-Pr；
终端以Pu功率向转发器发送上行同步码；
转发器收到上行同步码后，将该码的功率和定时与所述期望的功率和定时相比较，并将比较结果通过FPACH反馈给终端；
终端在一定的时间内(如20ms)等待转发器反馈的FPACH信息；
收到转发器反馈的FPACH，终端根据FPACH中的功率信息和定时信息调整自己的发射功率和时间提前量，在预定信道向转发器发送需要进行转发的数据。
本发明中，通过开环功率控制和开环同步控制方式控制终端的初始发射功率和定时，本系统的开环功控采用和TD-SCDMA一样的方式，接收终端的发射功率将根据呼叫终端发射功率，TS0上广播的期望接收功率和接收终端测量所得到的路损来得到；并且，本发明中，通过闭环功率控制和闭环同步控制的方式实现呼叫终端发射信号的功率和定时。
以上对本发明所提供的一种集群通信系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1、一种集群通信系统，其特征在于：
1)所述系统包括终端和转发器，所述终端为蜂窝网终端；
2)所述转发器以5ms为周期发送下行同步序列，以及公共控制信息，终端根据所述下行同步序列与转发器同步；所述同步序列被进行相差为90度的相位调制，以对应于1/4个公共控制信息的消息块，同步序列的一个调制周期对应于一个完整的公共控制信息；
3)转发器检测上行同步码，判断是否有终端进行上行同步以准备发送业务数据；
4)转发器获取呼叫终端的业务数据，并获取该业务数据中包含的接收终端的地址信息，根据所述地址信息将该业务数据进行转发。
2、如权利要求1所述的集群通信系统，其特征在于：
所述5ms为一个子帧的长度，2个子帧构成一个10ms的帧，16个10ms的帧构成1个复帧。
3、如权利要求2所述的集群通信系统，其特征在于：
每个5ms的子帧中，转发器在TS0时隙发送公共控制信息；呼叫终端在TS2发送业务数据和信令信息到转发器，并在TS6中获取转发器转发的接收终端的控制消息；接收终端在TS1发送控制消息到转发器，并在TS4和TS5接收转发器转发的业务数据。
4、如权利要求1或3其中之一所述的集群通信系统，其特征在于：所述公共控制信息包括：帧号、终端类型标识、快速物理接入信道的控制信息、信道状态信息。
5、如权利要求1所述的集群通信系统，其特征在于：
3)中转发器周期性检测上行同步码。
6、如权利要求1所述的集群通信系统，其特征在于：
对呼叫终端发射信号进行闭环功率控制，以及通过闭环同步控制实现呼叫终端的同步调整，对接收终端进行开环功率控制和开环同步控制。
7、如权利要求1所述的集群通信系统，其特征在于：
2)中发送下行同步序列前，转发器搜索预先设置的可用频点，若空闲则转发器在该频点发送消息，表明转发器的存在。
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| TETRA数字集群系统直通模式综述. 滕晓云，陈曦，于宏毅，樊少杰.中国数据通信，第2003.12期. 2003 * |
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