CN1068482C - 通信系统中的分组校准方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种在同时广播系统中用于分组校准的方法和装置包括一个通信控制器(310)，该通信控制器具有一个声码器和一个控制声码器(311)的输入/输出(I/O)处理器(313)，I/O处理器具有一个定时校准控制器(315)和一个分组计数器(314)，用以在语音/数据分组中插入定时校准标记，和根据来自一个主无线通信单元的校准请求、调节分组编号和定时。通信控制器耦合到无线通信单元(330、340、350)，每个通信单元具有一个分组缓冲器(331)和一个校准处理器(332)，该处理器(332)包括一个分组号检测器(333)，用于检测发送定时标记和向通信控制器发送出对一个分组编号进行调节请求，和一个定时校准检测器(334)，将第一信息分组的接收时间与一个预定的优先接收时间进行比较和向通信控制器发出定时校准请求。

Description

通信系统中的分组校准方法和装置
本发明涉及通信系统，特别涉及在一个可同时广播系统(Simul-cast system)中的发送。
从多个现场发送信息的通信系统被称为同时广播系统。在大多数同时广播系统中，需要利用中央控制器使各发送单元保持某种程度的同步的，还需要尽量早地从多个现场发送信息，以减少影响接收信号质量的延迟。质量降低是由用户感觉的降低和由目标终端(例如有线电话)的四到二线连接的阻抗失配导致的延迟反射能而引起的质量劣化造成的。
发送同步化至关重要的一种这样的同时广播系统是蜂窝CD-MA(码分多址)通信系统，具有软越区切换。在软越区切换期间，用户从具有重叠覆盖区域的两个或多个基站或两个或多个区段发射机接收话音或数据发送。根据基站发送的质量，用户可以使用所有的发送，或选择有最佳质量的基站的发送。但是，在发送之间存在着太多延迟时，用户不能为组合而执行必要的发送的分集比较，或确定哪个具有最佳的质量。因通信(例如语音)以帧的形式指定在20毫秒的固定时间窗中发送并被传送到多个现场，故发送同步化更为关键。利用这种固定时间窗和同步化的定时允许这些帧被同步地发送。但是，到达一个基站的同一帧相对于到达另一个基站稍有延迟，可能造成在一个基站的发送比在其它基站的发送延迟整整一个时间窗。
因基站几乎总是被定位得可使从中央控制器(例如，一个基站控制器(BSC)、移动交换中心(MSC)、等等)的发送时间不同，故这种同步化处理过程就更困难了。为了精确地同步化，必须考虑将基站连接到中央控制器的链路或中继干线的距离差。一般，这是通过计算从中央控制器到所有基站的延迟和根据可能的最大延迟亦即，发送到最远的服务基站的延迟(可能包括一个有效的“安全”余量)调节从中央控制器的发送来完成的。但是，这导致信息总是被延迟了一个最长的时间，而且当系统扩大和延迟增加时，将不得不在内设的延迟上增加更大的余量。
对这些问题的另一种解决方案在美国专利5,286,933公开了。这种方案根据检测分组是大于一个预定的大小(ΔL)还是被延迟超过了一帧的预定延续时间(例如，20毫秒)，把分组延迟或提前而获得了较高等级的分组较准结果。虽然这个专利充分地公开了一种时间校准技术，但它仅专门公开了一种在基站使用帧缓冲器监视或标时指针的方法；另外，声码器响应来自所有基站的指令。该专利未专门讲述使定时调节最小化的方法，利用该方法可使声码器或类似设备中的PCM(脉码调制)的不连续性最小化，或是保证在基站在正确的时间窗或空中传送的帧中发送分组。
据此，现在需要一种在同时广播系统中用于发送校准的系统，该系统提供了比较精确的校准结果，和保证了在每个基站同步广播发送，而无需在BSC的定时源或要求在中央控制器的不切实际的调节水准。
图1示出根据本发明能够方便地利用分组校准的通信系统。
图2示出根据本发明、被送至无分组校准的基站收发单元的信息分组。
图3根据本发明的一个实施例的、在权利要求1的通信系统中的基站控制器和基本收发站(BTS)的方框图。
图4示出确定图3中由BTS要求的校准的步骤的流程图。
图5-10示出根据本发明、当BTS被加或减时各种信息分组的校准。
这些或其它的问题根据本发明，利用分组校准方法和装置可以得到解决。图1示出根据本发明的优选实施例的通信系统。在这个特定的实施例中，通信系统是一种蜂窝无线电话系统，具有网孔100-104中的无线通信基站或BTS(基本收发站)130-134，每个基站或BTS耦合到基站控制器(BSC，或类似的中心通信控制器)120。BSC120又耦合到MSC(移动交换中心，mobile switching center)，MSC作为本地公共电话交换网(PSTN)与BTS130-134之间的接口。虽然这个实施例示出了一种优选的蜂窝CDMA通信系统，但应当懂得本发明也可以用于任何其它类型的可以利用同步广播通信的无线接入通信系统。类似地，在下文讨论的实施例中，被校准的信息分组含有话音数据，但校准技术也可以应用于包括用户信息和控制数据的其它形式的数据。据此，应当理解下文对本优选实施例的描述仅是说明性的，而不是对本发明范围限制性的。
当一个用户或一台移动无线电话机125在整个蜂窝系统中移动时，在用户125与为它服务的BTS(在图1中示为BTS130)之间的通信需要越区切换。在本实施例中，用户125具有使其能够在同一时间内从多个BTS接收发送的分集能力。为此，当用户125向网孔102移动时，它进入在BTS130与132之间的软越区切换。
然而，这个软越区切换处理过程只有在两个BTS同时发送同样的信息时才能成功。但是，当同样的信息分组在同时被从BSC120送到每个BTS130、132时，因连接BSC120和BTS130的链路或中继线(例如，电线或光纤电缆)110的长度L0长于连接BTS132和BSC120的链路112的长度L2，故分组在不同的时间到达。事实上，每个链路110-114的长度L0-L4都是不同的。在一个典型的CDMA蜂窝系统中，除了网络实体造成的延迟之外(转发器和类似设备)，一个信息分组的持续时间为20毫秒，根据经过的链路之间的时间差，到达不同BTS的时间差可能会有5毫秒之多，或更长。如上所述，这可能导致同样的信息分组被不同的BTS130、132在不同的播发帧中发送。而且过度频繁的PCM(脉码调制)取样点的再调节将造成话音质量下降，这与这种调节量的大小和频繁程度成正比；这些调节可以通过控制“BSC语音编码器开始对PCM流取样的”点来完成。如果在每一个BTS都进行调节和由BSC处理，以便在最佳的时间输出语音数据给每个BTS使用，则产生的PCM不连续性可能是可听见的，并且会有效地降低语音质量。
图2示出同一个信息分组如何可能在不同的播发帧中发送。这些相同的信息分组A(215、225、235)、B(213、223、233)和C(211、221、231)被分别在数据流210、220和230中发送到不同的BTS…。每个分组中的星号(*)代表每个分组点(比特)，该分组是能够在下一个播发的帧中发送之前须在一个BTS内接收到的分组。在所示的例子中，BTSx刚好在第二个播发帧中发送语音分组B的截止时间之后接收到语音分组B。为此，BTSx(在一种典型的不能识别分组的系统中)将会发送语音分组C，即上一个及时接收到的用于发送的完整的分组。另一种情况是，BTSy刚好正点接收到在第二个播发帧中发送的语音分组B，为此，BTSy将发送分组B。BTSz刚好在发送分组B截止时间之前接收到语音分组B，为此，BTSz发送分组B。最后的结果是发送与BTSy和BTSz不同数据的BTSx将成为一种干扰，并且有害于软越区切换。
这些问题和其它的问题根据本发明利用帧和时间校准可避免。参考图3，该图示出实施了本发明的CDMA通信系统。本领域的技术人员将容易理解如何互连各种子系统和在实施这种通信系统的过程中使用什么样的附加子系统。MSC305耦合到它的每个BSC310、320。BSC1(310)耦合到BTS1-BTS3(330、340和350)。BSC1(310)包含处理器311，它最好是一个数字信号处理器(DSP)。处理器311包含一个声码器/速率适配单元312用于对出站的语音/数据信息恰当编码和加入帧号，以及一个选择器313，用于控制被送到BTS的数据分组的校准。选择器313最好是一个I/O(输入/输出)处理器，含有帧/分组计数器(和编号)314和定时校准控制315的功能。选择器313专门设计用于控制声码器312插入分组/帧编号信息(即，定时发送标号)，和接收定时调节请求以及控制声码器312超前/延迟分组/帧。图5示出在数据流500中如何把这种帧号信息(502、504)(例如作为一个前置码)加到每个分组(501,503)上。为了便于描述起见，播发的帧以系统时间0-3区分；在一种典型的CD-MA系统中，这种时间是在每个BTS从一个GPS(全球定位系统)时间信号导出的。使用GPS信号的译码的UTC(通用的时间码，uni-versal time code)特别有利于在本发明的系统时间使用，在其中代表多个20毫秒播发帧周期的适当的比特(00、01、10、11)可以在BTS中使用，以便同步地在所有的BTS中分别建立起系统时间0-3。本领域的技术人员应懂得，附加的帧号可以容易地容纳在UTC的3个和更多的比特中。为了定时校准的目的，图3的BTS1(330)利用UTC，以设定一个选通脉冲，用以指示一个播发的帧周期的开始。当一个分组在分组缓冲器331中接收到时，数据/定时校准检测器334检测该接收定时距离分组正好在发送时间被接收到的那一点(在每个分组中用星号表示)有多远。
在操作中，BSC1(310)的处理器311将会收到来自在一个软越区切换现用组中的每个BTS的定时校准请求。这些请求的范围可能是从-20毫秒至+20毫秒。根据这些请求，选择器确定在现用组中的哪一个BTS遇到了最长的发送延迟，换言之，就是哪个BTS正在请求最大的超前或最小的延迟，如果无提出超前的请求的话。选择器313将用这个BTS作为校准主BTS(或主无线通信BTS)。这样，处理器311将只响应来自选定的时间校准主BTS的时间校准请求。在这个软越区切换现用组中发出时间校准请求的其它BTS将被处理器311忽略。
这就导致了时间校准主BTS恰好在发送时间接收数据分组。所有其它的BTS在它们被要求发送之前接收到它们的数据分组，并且这些分组被做了缓冲处理。但是，由于所有的BTS被同步化，和被要求对分组进行缓冲处理，以便在同样的时间发送同样的数据，因此不存在由非主BTS引起的附加延迟。鉴于按这种方式定时调节，优化了软越区切换现用组中的所有BTS的PCM取样编码点。如果一个比其它所有BTS“更远”的新的软越区切换候选BTS进入该现用组，或如果主BTS从该现用组中排除掉，则只需重新调节PCM取样编码点。
最好把播发的帧计数器设定到一个预定的数，例如0(比特00)，使BSC1 310开始启动。如同定时校准一样，每个BTS可以请求帧校准。这是凭借经过校准处理器332的帧/分组号检测器333检测缓冲器331中的“有标记的”信息分组(即，它的分组或帧号)，然后把分组帧号与在BTS的实际播发的帧号(系统时间)(通过控制器331从GPS定时器338信息确定的)相比较完成的。接着，一个帧(或分组)校准请求被发送到BSC1(310)的处理器311，指示标出帧号偏离的数量。例如，如果系统时间被确定是3(即，比特11)，则提出将帧超前+1的请求。处理器311根据来自主BTS的请求调节帧号，但忽略其余的请求。特别应当注意的是，帧校准调节并不在BTS对数据的定时作任何方式的改变，只是改变帧号。为此，帧校准的直接目的是要设定播发的帧号计数器，以使得播发的帧号匹配每个BTS的系统时间，特别是主BTS的系统时间。这允许BTS在广播发送之前使每个数据分组临时地合法(validate)，这是现有技术的方法所不允许的。
本领域技术人员懂得，实际的定时发送调节可以用多种方式进行。例如，可以突然地进行超前/延迟调节，以便跳越或重复某些信息。这在例如启动的时间是有利的，但具有使感觉质量劣化的潜在可能性。另一种替代的方案是，可以在多个帧/分组进行取样点的调节，但这要付出建立越区切换中进一步延迟的代价。本领域的技术人员考虑到这些因素和特定系统的其它因素，将能实施适当的定时调节。
图4是说明BTS1(330)的处理器332用于确定对BSC1(310)校准请求的步骤流程图。根据分组帧号与系统时间比较的结果(步骤400-404)，发出一个帧校准请求或为0(步骤409、412-414)或为系统时间号与分组播发帧号之差(步骤408)请求。根据例如用最佳数据比特确定的(用星号表示的)分组到达的时间，产生一个要求适当调节的定时超前请求(步骤412-414)。
参考图5-10，图中进一步说明了根据本发明的各种信息分组的校准，当新的主BTS加到同步广播现用组时发生的情况。图5示出一个网孔校准的情况，例如出现在起始加电的情况。BTS1在标注的系统时段内(所示的系统时间指示出每个BTS同步发送的开始点)接收到数据流500。数据流500含有分组501和503，分组501和503又分别含有在前置码502和504中的帧号，因系统时间0接收的分组具有播发帧号2，故BTS1发出一个-2的帧校准请求(FA)。调节后的数据流500′包括分组501′和503′和前置码502′和504′，在定时上仍然有偏离，因此还发出一个X1的定时超前请求(TA)。为了便于说明，在这个图和以后的附图中，标记“xnm”表示由于BTSm(主BTS)引起的BTSn所需要的x时间超前，标记“ynm”表示由于BTSm引起的BTSn所需要的定时延迟。因BTS1是图5中仅有的服务中的BTS，故FA和TA请求都被BSC接受。由此产生的数据流500”被调节为刚好在恰当的播发的帧中正点发送。
图6示出第二BTS2加入，这对于它接收的数据流505比BTS1有较长的传输延迟。因在拉线发送延迟的最大差值跨距线传输延迟小于20毫秒的假设下BTS1是已被帧校准过的，故BTS2也被认为是经过帧校准的。BTS2发出超前x2的时间校准请求(TA2)，并被处理器311接受。于是BTS2得到最佳帧和时间校准(数据流505′)。接着BTS1接收早于需要的数据(数据流506，它是被超前了x2的数据流500”)，并请求延迟y12。但因BTS1不再是主BTS，故BSC对该请求不起作用。
图7示出BTS3加入，这具有比BTS2或BTS1更长的传输延迟。BTS3发出对数据流507超前x3的时间校准请求(TA3)，并被BSC接受。于是BTS3获得最佳帧和时间校准(数据流507′)。此时BTS2和BTS1接收早于需要的数据(508,509)，因此分别提出延迟y23和y13的请求。由于此时BTS3是主BTS，所以两个请求都被BSC否决。
图8示出当主BTS(BTS3)从现用组中排除掉时如何影响校准。BTS2产生最小定时延迟请求(TA2用于数据流510)，因此BTS2被指定为新的主BTS。对数据流511延迟y13的请求被否决。于是BTS2的数据流510得到最佳校准，BTS1的数据流511′被提前接收并得到缓冲处理。
图9和10示出一个在非主BTS状态变化如何影响校准。图9示出BTS0(接收数据流512)具有比BTS1(接收数据流511′)短的跨距线延迟，BTSO加入的情况。BTS2仍然是主BTS，据此，BTS0的时间校准请求TA0被否决。BTS2依旧获得最佳校准，BTS0和BTS1继续接收早于需要的数据。在图10中，BTS0被从现用组中排除掉。在这种情况中，BTS2依然保持为主BTS，BTS1的延迟请求y12继续被否决。
现已说明了一种同时广播系统，该系统允许验证一个分组在发射电路系统(BTS)中发送是适当的，并允许改进的时间校准。尽管本发明是参考一个示例性的实施例说明的，但本领域的技术人员明白，可以进行各种修改和改变，而不偏离本发明的思想和范围。例如，技术人员懂得，虽然在上文的详细说明中按逻辑功能分析了数字接收机的整机电路，但这些功能的实际实施可以按多种不同的方式来完成，这些方式包括但并不限制于给一个数字信号处理器(DSP)设计适当的程序，把离散的组件结合在一起，和利用一个或多个应用专用集成电路(ASIC)的组合，等等。本发明不限于CDMA或蜂窝系统，它可以是任何具有同步广播功能的系统，包括但不限于具有由一个无线端口控制单元(RDCU)控制的多个无线端口(RPs)的PCS(个人通信服务)系统，和中继无线和卫星系统，等等。应当以下面的权利要求的观点理解本发明的思想和范围。

Claims (3)

1．一种用以校准由通信控制器发送到至少第一和第二无线通信单元的信息分组以进行无线发送的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)接收第一信息分组并插入一个定时发送标记以产生一个有标记的第一信息分组；和
(b)把有标记的第一信息分组同步送到第一和第二无线通信单元；
(c)接收第一和第二无线通信单元中每一个的定时校准请求，所述定时校准的表明了有标记的第一信息分组的接收时间和预定的优选接收时间的差；以及
(d)响应其中的一个定时对准请求，确定是否需要提前或滞后由通信控制器进一步发送的信息分组。
2．如权利要求1的方法，其中步骤(c)和(d)还包括：通过确定哪一个定时对准请求正在请求一个最大的定时提前或者在没有任何提前请求的情况下一个最小的定时滞后来确定第一和第二无线通信单元中哪一个具有最大的传输延迟，并且将第一和第二无线通信单元中确定出的这一个作为主单元，用于确定进一步信息分组的进一步的发送定时标记是否需要增值以及进一步发送的信息分组是否需要被提前或滞后。
3．一种通信系统中的通信控制器，其特征在于包括：一个处理器，用于校准发送到多个通信单元中的至少第一个通信单元的信息分组，该处理器包含编码器，用于格式化发送到第一通信单元的一个第一信息分组，和选择器，用于控制编码器把一个定时发送标记插入第一信息分组中，以形成一个有标记的第一信息分组；
所述选择器还包括定时控制装置，用于接收所述多个通信单元中的至少第一个通信单元的、用以指示该有标记的第一信息分组的接收时间和预定的优选接收时间的差值的定时校准请求，和用于响应定时校准请求中的一个确定控制通信单元进一步的发送信息分组是否应该提前或滞后。
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