CN101370301B - 一种基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法，其特征是在移动通信系统中话音用户与数据用户之间建立短距离连接，由话音用户充当协作用户，在话音空闲期使用话音信道实现数据业务的上下行传输。本发明在不影响话音服务质量的前提下，有效地提高了话音信道使用效率，可以在话务量繁忙的情况下改善数据业务的服务质量。

Description

一种基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法

技术领域

本发明属于数字信息传输的无线信道分配方法技术领域，具体涉及无线移动通信中用户协作传输数据业务的方法。

背景技术

话音业务和数据业务是移动通信系统的主要的两种业务类型，传统的移动通信系统根据两种业务的服务质量要求提供的不同的服务：话音业务为实时业务，为保证话音的服务质量，系统为话音业务优先分配话音信道，一旦基站与话音用户终端建立话音信道连接，所分配的信道将不能被其他用户使用，直到会话结束释放信道为止；数据业务为非实时业务，如短信、彩信、彩铃下载等，系统分配相应信道作为数据业务传输，但优先级低于话音业务，在话音业务繁忙的情况下，数据业务将受影响。例如在候车厅、会展现场等用户密集的热点地区，话务量剧增时，数据业务将无法获得服务响应。

由于人类的交谈习惯，会话过程中存在停顿，主要包括交互过程中倾听对方说话而停止自身说话，以及语句之间的停顿。《贝尔系统技术杂志》(Bell Syst.Tech.J.，vol.47，pp.73-91；Jan.1968)中通过对实际会话进行统计，得出人类会话时只有40％的时间处在话音活动状态的结论。通过背景音消除处理和非连续式传输方式，此时话音信道将出现60％的空闲状态。然而很多情况下，由于话音业务与数据业务的服务质量要求不同导致两者之间资源分配的不平衡，话音信道的未完全利用进一步加剧了系统资源的极大浪费。

为解决上述问题，《国际电子与电气工程师协会-车载技术汇刊》(IEEE Transactionson Vehicular Technology，vol.43，pp.986，1994)提出了一种话音/数据业务综合传输方法，采取由基站对话音业务的状态进行预测，向数据业务终端发送消息，转让空闲话音信道，数据用户直接使用话音信道进行数据业务传输的方法，一旦话音恢复立即退让信道。但该方法需要在基站设置话音状态估计器，且算法具有估计延迟，无法使用话音信道中较短的空闲期；另外话音业务状态估计错误将导致数据业务和话音业务发生传输冲突，从而影响原有的话音业务质量。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法，以解决在用户密集地区由于话音业务量高导致服务优先级较低的非实时数据业务不能得到服务响应的问题，提高系统的话音信道使用效率，在不影响正常话音通信情况下，改善数据业务的服务质量。

本发明基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法，终端采用两套无线收发装置：一套装置用于终端与基站进行远距离通信的收发，另一套装置用于终端之间进行短距离通信的收发；在终端，对话音业务采取背景音消除技术和非连续式语音传输技术， 对数据业务采取数据包方式传输；其特征在于：移动通信系统基站根据以下三种情况之一为终端分配远距离通信的无线信道：

(1)如果空闲信道数目比当前需要接入移动通信系统的话音业务和数据业务整体数目大，基站直接为两种业务分配空闲信道；

或(2)如果空闲信道数目大于话音业务数目，但不足以满足所有数据业务，优先考虑为话音业务分配信道，然后再为数据业务分配剩余的空闲信道，而其它尚未分配信道的数据业务则使用协作传输的方法；

或(3)如果空闲信道数目小于话音业务数目，则采用先到先服务原则为话音业务分配信道，其它话音业务将被阻塞，所有数据业务都采用协作传输方法；

所述协作传输方法分为上行/下行两种：

一是由数据用户发起，经协作用户向基站转发数据业务的上行协作传输步骤为：

数据用户通过基站的广播消息，获取正在通话的用户信息，从中选择与之距离最近的话音用户使用短距离收发装置建立连接，该话音用户使用已分配的上行话音信道与基站连接，充当转发上行数据业务的协作用户；

数据用户使用短距离连接向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

协作用户在话音空闲期，使用上行话音信道为数据用户向基站转发数据业务；

数据用户或协作用户发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接；

二是由基站发起，经协作用户向数据用户转发数据业务的下行协作传输步骤为：

基站广播对目的数据用户的寻呼消息，目的数据用户在收到寻呼消息后从基站广播消息中选择可用协作用户，通过上行协作传输的方法将协作用户信息发送到基站；基站使用已分配的下行话音信道与该协作用户连接，再由该协作用户与目的数据用户建立短距离连接；

基站在话音空闲期，使用下行话音信道向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

协作用户通过短距离连接向数据用户转发数据业务；

协作用户或基站发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接。

由于本发明采用了在话音空闲期使用话音信道转发数据业务的方法，与传统信道分配方法相比较，可充分利用话音信道，提高信道使用效率；在话音业务量较大的情况下，本发明可降低数据业务无法得到服务响应的概率，减小由于数据业务缓存溢出所导致的丢包率，从而改善数据业务的服务质量。

与《国际电子与电气工程师协会-车载技术汇刊》(IEEE Transactions on VehicularTechnology，vol.43，pp.986，1994)提出的话音/数据业务综合传输方法相比，由于本发明采用了用户协作传输机制，基站或话音用户控制话音信道，在转发数据业务时能够确切知道当前话音信道的状态，不需要在基站设置话音状态估计器。由于不需要进行 信道状态估计，系统能够充分利用话音信道每一个话音空闲期进行转发数据业务，与话音/数据业务综合传输方法相比，更能提高信道使用效率；同时由于本发明是由基站或协作用户控制话音信道的使用，避免其他用户上行传输数据前对信道的争用，提高信道复用效率；话音业务一旦恢复会话，协作用户将立即退出转发数据业务的状态，可以避免由于估计器估计错误所导致的话音业务传输与数据业务传输的碰撞，确保话音服务质量不受影响。

附图说明

图1为采用本发明的上行和下行协作传输的移动通信系统示意图。

图2为上行协作传输的建立连接与转发过程流程图；

图3为上行协作传输中由数据用户发起连接结束请求的处理流程图；

图4为上行协作传输中由协作用户发起连接结束请求的处理流程图；

图5为下行协作传输的建立连接与转发过程流程图；

图6为下行协作传输中由基站发起连接结束请求的处理流程图；

图7为下行协作传输中由协作用户发起连接结束请求的处理流程图。

图8为数据业务丢包率随话音用户个数变化的仿真性能比较图。

图9为话音信道使用效率随数据用户个数变化的仿真性能比较图。

具体实施方式

实施例1：上行和下行协作传输数据业务

本实施例以图1所示的采用本发明的上行和下行协作传输的移动通信系统示意图来介绍本发明的具体实施方式。

本发明基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法，终端采用两套无线收发装置：一套装置用于终端与基站进行远距离通信的收发，另一套装置用于终端之间进行短距离通信的收发；在终端，对话音业务采取背景音消除技术和非连续式语音传输技术，对数据业务采取数据包方式传输。

如图1给出的移动通信系统协作传输示意图所示：当数据用户12需要发送数据业务时，若当前所有信道已经被话音用户占用，数据用户12无法分配到空闲信道，则采取上行协作传输的方法，其步骤为：

步骤一、数据用户通过基站的广播消息，获取正在通话的用户信息，从中选择与之距离最近的话音用户使用短距离收发装置建立连接，该话音用户使用已分配的上行话音信道与基站连接，充当转发上行数据业务的协作用户；

步骤二、数据用户使用短距离连接向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

步骤三、协作用户在话音空闲期，使用上行话音信道为数据用户向基站转发数据业务；

步骤四、数据用户或协作用户发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接；

当基站11需要向数据用户13发送数据业务时，如果当前无法分配到空闲信道，则 采取下行协作传输的方法，其步骤为：

步骤一、基站广播对目的数据用户的寻呼消息，目的数据用户在收到寻呼消息后从基站广播消息中选择可用协作用户，通过上行协作传输的方法将协作用户信息发送到基站；基站使用已分配的下行话音信道与该协作用户连接，再由该协作用户与目的数据用户建立短距离连接；

步骤二、基站在话音空闲期，使用下行话音信道向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

步骤三、协作用户通过短距离连接向数据用户转发数据业务；

步骤四、协作用户或基站发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接。

下面结合图2^-图7分别说明上述的上行和下行协作传输步骤。

图2给出的是上行协作传输的步骤一到步骤三的流程，具体如下：

步骤210，数据用户12通过基站11的广播信息，获知附近的用户14正在使用上下行话音信道18与基站通信，并且尚未有其他数据用户与之建立短距离连接，数据用户12使用短距离通信收发装置向话音用户14发送建立短距离连接请求。步骤211，话音用户14回复确认后，双方建立短距离连接16，话音用户14成为数据用户12的协作用户，两者可以通过短距离连接16进行相互通信。这里的短距离连接可以通过蓝牙或802.11等使用公用频段的模块实现。

步骤220，数据用户12向协作用户14发送数据业务包；步骤221，协作用户14缓存该数据业务包，并返回接收确认。如果协作用户14的缓存区溢出则向数据用户12发送缓冲溢出标志，数据用户12必须暂停数据发送，等待溢出标志清除，才恢复数据发送。

步骤230，协作用户14等待话音空闲期，使用上行话音信道向基站11转发数据业务缓存区的数据包；然后执行步骤231，协作用户14通过短距离连接16，向数据用户12返回成功转发数据包的序号。如此进行数据业务的传输和转发。

图3给出的是数据用户12提出结束上行协作传输申请的处理流程：首先执行步骤240，数据用户12向协作用户14发送结束连接请求；再执行步骤241，双方确认后断开连接16；最后执行步骤242，协作用户清空缓存区，继续使用话音信道18通话，并等待其他数据用户连接请求。

图4给出的是协作用户14由于结束通话提出结束上行协作传输申请的处理流程：首先执行步骤243，向数据用户12发起结束连接请求以及最后成功转发的数据包序号；经步骤244确认后双方断开连接16；最后执行步骤245，协作用户14清空数据业务缓存区，释放话音信道18，结束通话。

图5给出的是下行协作传输的步骤一到步骤三的流程：首先执行步骤310，基站11广播寻呼数据用户13的信息，数据用户13收到消息后使用上行协作传输的方法，把协作用户信息发送给基站11。然后执行步骤311，基站11向该协作用户15发起连接请求；接着执行步骤312，协作用户15向数据用户13发起短距离连接请求；步骤313，数据用户15应答后建立短距离连接17；最后是步骤314，协作用户15向基站11反馈连接确认。如果协作用户15没有收到短距离连接确认，认为数据用户13不可达，将向基站11返回连接失败，基站11需重新发送寻呼消息，建立新的连接。这里的短距离连接可以通过蓝牙或802.11等使用公用频段的模块实现。

建立连接后，基站在下行话音信道的空闲期执行步骤320，向协作用户15传输待发送的数据业务数据包，协作用户15缓存数据包。然后协作用户15执行步骤330，通过短距离连接向数据用户13转发数据包，数据用户13返回确认。最后执行步骤332，协作用户15返回成功发送数据包的序号。如此不断地进行数据业务的传输和转发。

图6给出的是基站11传输数据业务完毕提出结束下行协作传输申请的处理流程：执行步骤340，基站11向协作用户15发起结束连接请求；然后执行步骤341，协作用户15向数据用户13发起相应的结束连接请求；接着执行步骤342，数据用户13确认请求，并释放短距离连接17；最后执行步骤343，协作用户15返回最后成功传输的包序号，以及结束确认标志，继续使用话音信道19与基站11进行话音通信。

图7给出的是协作用户15由于结束通话提出结束下行协作传输申请的处理流程：首先执行步骤344，向数据用户13发起结束连接请求；再执行步骤345，双方确认后断开短距离连接17；最后执行步骤346，协作用户15向基站11返回最后成功传输数据包的序号，释放话音信道19，结束话音通信。

实施例2：协作传输过程中短距离连接意外中断处理

在上行协作传输方法的步骤二和步骤三的过程中，若短距离连接信道16意外中断，比如数据用户12与协作用户14之间发生相对移动，距离变大致使信道通信质量恶化，信道不可使用，这可以通过一定的活动状态标志来确定信道连接是否正常。如果向对方发送探测标志，在一定时间内没有获得确认，则认为信道连接意外中断。在这种情况下，数据用户12则需要重新连接其他可用的话音用户，从最后成功传输的数据包的下一个数据包进行传输；而协作用户14则清空缓存区数据，继续使用话音信道18与基站11进行通话，等待新的数据用户连接请求。

在下行协作传输方法的步骤二和步骤三的过程中，如果短距离连接17发生意外中断，与上行协作传输中短距离连接意外中断处理方法类似，协作用户15向基站11返回最后成功发送的数据包的序号，清空数据业务缓存区，基站停止向协作用户15发送数据。而基站重新发布寻呼信息，数据用户15收到消息后寻找新的可用协作用户，使用上行链路方式通知基站11，建立新的连接，基站11从上次最后成功传输的下一个数据包开始传输。

实施例3：性能仿真

由于上下行通信具有对称性，仿真中只考虑单向通信。图8给出的性能仿真中话音用户个数从20到35变化，数据用户个数为25，共享20个信道；图9给出的性能仿真中话音用户个数为25，数据用户数从40到56变化，共享20个信道。两种业务参数如表格1和表格2所示。

表格1话音业务参数

呼叫平均时间	呼叫平均间隔	话音平均静默时间	话音平均活跃期
				3分钟	3分钟	1.5秒	1秒

表格2数据业务参数

数据业务到达率	数据业务文件平均大小
		5个数据文件/秒	5个数据包

图8给出传统的非协作传输方法的性能曲线A与协作传输的性能曲线B的比较，两种方法的丢包率均随话音用户个数增多而增大，但可以发现本发明提出的协作传输方法的数据业务丢包率比相同条件下的传统方法要低，从而表明数据业务的服务质量得到改善。而本发明提出的方法中由话音用户和基站控制话音信道的使用，因此不会产生话音/数据综合传输方法中的话音业务与数据业务传输冲突的问题，由此表明在不影响话音用户的正常通话的前提下，本发明可有效改善话音业务繁忙时数据业务服务质量。

图9是话音信道的使用效率随数据用户个数增加的变化情况，由非协作的话音信道使用效率曲线C和协作传输的话音信道使用效率曲线D进行比较，可以看出非协作方法的话音信道使用效率只能维持在0.4，另外协作方法的信道使用效率随着数据用户数目增加而增加，并逐渐趋于1，仿真表明本发明能充分提高话音信道使用效率。

需要补充说明两点：一是如果协作传输过程中移动系统出现新的空闲的远距离传输信道，并能分配获得信道使用权，将结束协作传输连接，切换至空闲信道进行通信；二是数据用户和话音用户的角色是可以互换的，每个终端设备均支持话音和数据两种业务，且具有两种业务的需求，用户应履行为其它用户提供转发的义务，实现互惠互利。

Claims (1)

1.一种基于业务特征的多用户协作传输数据业务的方法，终端采用两套无线收发装置：一套装置用于终端与基站进行远距离通信的收发，另一套装置用于终端之间进行短距离通信的收发；在终端，对话音业务采取背景音消除技术和非连续式语音传输技术，对数据业务采取数据包方式传输；其特征在于：移动通信系统基站根据以下三种情况之一为终端分配远距离通信的无线信道：

(1)如果空闲信道数目比当前需要接入移动通信系统的话音业务和数据业务整体数目大，基站直接为两种业务分配空闲信道；

或(2)如果空闲信道数目大于话音业务数目，但不足以满足所有数据业务，优先考虑为话音业务分配信道，然后再为数据业务分配剩余的空闲信道，而其它尚未分配信道的数据业务则使用协作传输的方法；

或(3)如果空闲信道数目小于话音业务数目，则采用先到先服务原则为话音业务分配信道，其它话音业务将被阻塞，所有数据业务都采用协作传输方法；

所述协作传输方法分为上行/下行两种：

一是由数据用户发起，经协作用户向基站转发数据业务的上行协作传输步骤为：

数据用户通过基站的广播消息，获取正在通话的用户信息，从中选择与之距离最近的话音用户使用短距离收发装置建立连接，该话音用户使用已分配的上行话音信道与基站连接，充当转发上行数据业务的协作用户；

数据用户使用短距离连接向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

协作用户在话音空闲期，使用上行话音信道为数据用户向基站转发数据业务；

数据用户或协作用户发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接；

二是由基站发起，经协作用户向数据用户转发数据业务的下行协作传输步骤为：

基站广播对目的数据用户的寻呼消息，目的数据用户在收到寻呼消息后从基站广播消息中选择可用协作用户，通过上行协作传输的方法将协作用户信息发送到基站；基站使用已分配的下行话音信道与该协作用户连接，再由该协作用户与目的数据用户建立短距离连接；

基站在话音空闲期，使用下行话音信道向协作用户发送数据业务，协作用户缓存数据；

协作用户通过短距离连接向数据用户转发数据业务；

协作用户或基站发起终止请求，经确认后协作用户停止转发数据，数据用户与协作用户断开短距离连接。

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