CN1080045C - 移动通信网中的高速数据传输 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种数字移动系统和一种用于数字移动系统中高速数据传输的方法。移动网分配n个并行的速率送配的业务信道给需要数据传递速率Ruscr的高速用户数据信号，Ruser在范围(n-1)*Rch＜Ruser＜n*Rch内，其中Rch是单个业务信道的最大传输速率。在发送器中以下述方式将用户数据信号划分到传输帧(2，2+1，2+2)中以通过并行业务信道(ch1-chn)传输，即n-1个业务信道的传输帧中所有的信息比特传送用户数据比特(DATA)，这n-1个业务信道中每一个信道的用户数据传送速率是Rch。在第n个业务信道(chn)的帧中，选择传送用户数据比特(DATA)的信息比特的数量，使其等于超出其它n-1个业务信道的容量的用户数据速率Ruser-(n-1)*Rch。第n个业务信道的帧中其余信息比特传送填充比特(FILL)。

Description

移动通信网中的高速数据传输
本发明涉及数字移动通信网中的高速数据传输。
在时分多址(TDMA)类型的电信系统中，无线路径上的通信是时分的，并在连续的TDMA帧中进行，每一个TDMA帧由多个时隙组成。在每一个时隙中，以具有有限时长并包括多个已调比特的无线频率脉冲串的形式发送一个短信息分组。这些时隙主要用于传送控制和业务信道。业务信道用于传送语音和数据。控制信道用于在基站和移动站之间传送信令。TDMA无线系统的一个范例是泛欧数字移动系统GSM(全球移动通信系统)。
在传统的TDMA系统中，为了通信，给每一个移动站分配一个业务信道时隙用于数据或语音的传输。例如GSM系统因而可以在一个无线频率载波上包括多达8个到不同移动站的并行连接。根据可用带宽和传输中使用的信道编码和纠错，一个业务信道上的最大数据传送速率受限于一个相当低的值，例如在GSM系统中9.6kbps或12kbps。在GSM系统中，也可以为低语音编码速率选择所谓的半速率(最大4.8kbps)业务信道。当移动站仅工作在每隔一帧的一个指定时隙中，即以半速率工作时，建立一个半速率业务信道。另一个移动站工作在每隔一帧的相同指定时隙。这样，以移动用户数量计量的系统容量可以加倍，即多达16个移动站可以同时工作在该载频上。
在近几年中，移动网中对高速数据业务的需求大量增加。例如ISDN(综合业务数字网)电路交换数字数据业务需要至少64kbps的传输速率。公共交换电话网(PSTN)的数据业务，例如一个调制解调器和G3类型的用户传真终端需要更高的传输速率，例如4.4bkps。需要超过9.6kbps传输速率的移动数据传输的一个正在增长的领域是移动视频业务。这些业务的例子包括通过摄像的安全监视和视频数据库。视频传输中的最小数据速率可以是，例如16或32kbps。
然而，当前的移动网传输速率不足以满足这些新需求。
一种涉及在无线路径上为一个高速数据连接分配两个或多个并行业务信道(子信道)的装置在本申请人的共同未决专利申请WO95/31878(在本申请的申请日期尚未公开)中公开。高速数据信号在发送器中被划分到这些并行子信道以通过无线路径传输，在接收器中将其恢复。根据所分配的业务信道数量，这种方法能够提供传输速率高达传统速率8倍的数据传输业务。例如在GSM系统中，19.2kbps的总用户数据速率可以通过两个并行9.6kbps子信道获得，每一个信道以与GSM系统现有透明的9.6kbps承载业务相同的方式进行速率适配。
涉及到并行业务信道使用的一个问题是，尽管数据速率可以在可用的并行子信道之间均匀分配，但数据速率仍然不能通过GSM系统的现有方法进行速率适配。
例如14.4kbps的用户数据速率(根据例如ITU-T建议V.32bis)需要2个透明GSM业务信道，每一个业务信道中的数据速率应当是7.2kbps(2×7.2kbps＝14.4kbps)，但是GSM系统中没有用于7.2kbps子信道数据速率的速率适配。
相应地，例如40kbps的用户数据速率(ITU-T建议V.120)需要5个透明GSM业务信道，每一个业务信道中的数据速率应当是8kbps(40kbps：5)，但是GSM系统中也没有用于这样一种子信道数据速率的速率适配。
另一个问题是，数据速率不能均匀地划分到所需数量的透明GSM业务信道中。例如56kbps的用户数据速率(ITU-T建议V110)需要至少6个透明GSM业务信道，但是不能以下述方式将其划分到这6个并行子信道中，即每一个子信道的(V.110)帧传送相同数量的数据比特(56kbps：6＝9333.33bps)。
本发明的一个目的是提供一种方法和一种电信系统，它们支持在使用并行业务信道的高速数据传输中不同传输速率的速率适配。
本发明的第一方面是一种用于数字移动通信系统中高速数据传输的方法，所述方法包括步骤：
通过无线路径在分配给移动站的速率适配的业务信道上在该移动站和一个固定移动网之间传送数据。根据本发明，该方法的特征在于以下的进一步步骤：
分配n个并行的速率适配的业务信道给需要数据速率Ruser的一个高速用户数据信号，Ruser在范围(n-1)*Rch＜Ruser＜n*Rch内，其中Rch是任意一个所述业务信道的最大传输速率，并且n＝2，3，…，
以下述方式将高速用户数据信号划分到多个传输帧中以通过所述并行业务信道传输，即在n-1个业务信道的传输帧中的所有信息比特传送用户数据比特，每一个所述n-1个业务信道的用户数据传送速率是Rch，并且在所述第n个业务信道的传输帧中传送用户数据比特的多个信息比特对应于其它n-1个业务信道所剩下的用户数据传送速率Ruser-(n-1)*Rch，所述第n个业务信道的传输帧中其余的信息比特传送填充比特。
本发明的第二方面是一种数字移动通信系统，其中一个移动站和一个固定移动网包括一个数据发送器和一个数据接收器，它们能够通过无线路径在分配给该移动站的业务信道上进行数据传输。根据本发明，该系统的特征在于，
该固定移动网分配n个并行的速率适配的业务信道给需要数据传送速率Ruser的一个高速用户数据信号，Ruser在范围(n-1)*Rch＜Ruser＜n*Rch内，其中Rch是单个业务信道的最大传输速率，n＝2，3，…，
数据发送器以下述方式将高速用户数据信号划分到多个传输帧中以通过所述并行业务信道传输，即在n-1个业务信道的传输帧中的所有信息比特传送用户数据比特，每一个所述n-1个业务信道的用户数据传送速率是Rch，并且在第n个业务信道的传输帧中传送用户数据比特的多个信息比特对应于其它n-1个业务信道所剩下的用户数据传送速率Ruser-(n-1)*Rch，所述第n个业务信道的传输帧中其余的信息比特传送填充比特。
根据本发明，如果高速用户数据信号需要n个业务信道的容量，以下述方式将用户数据划分到业务信道，即n-1个业务信道的容量被完全使用，即每一个传输帧中每一信息比特传送用户数据。用户数据的剩余部分(超过n-1个信道容量的用户数据)在第n个业务信道的帧的所需数量的信息比特中传送。在第n个业务信道上剩余的“冗余”信息比特传送填充比特。
这样，与待发送的高速信号的数据速率无关，所有业务信道的传输帧包含固定数量的信息比特。固定的信息比特数量使帧的数据速率是固定的，并对应于移动通信系统中业务信道的标准速率适配，例如GSM系统中的9.6kbps。基于本发明，已经和将要标准化的所有用户传输速率都可以通过在单个业务信道内执行进一步的速率适配，经过速率已经适配到一种传输速率的彼此相同的业务信道传送。高速用户数据信号的速率适配仅需要一个业务信道的帧的改变，这些改变涉及用户数据比特和填充比特的相对比例的选择，以对应于其它业务信道所剩下的传输速率。其它并行业务信道传送满载数量的用户数据。因而是完全标准的速率适配的业务信道。
例如在GSM系统中，可以使用根据CCITT建议V.110的一种标准的9.6kbps速率适配的透明业务信道和48信息比特的一种传输帧。在这种情况下，通过在V.110帧中在0和48之间改变用于用户数据传输的信息比特数量，可以通过一个9.6kbps速率适配的业务信道传送在0和9.6kbps之间的不同用户数据速率。
将填充比特集中在一个业务信道中使以任何标准数据速率进行的传输成为可能。在所有标准传输速率，例如56或64kbps下都能将用户数据比特和填充比特均匀分配到业务信道中是不可能的，这些比特的“剩余部分”将不得不在这些帧中传送。实际上，这需要在传输中使用一个长的用户数据缓冲器。在本发明中，即使在最后一个业务信道上也发送固定数量的用户数据比特和填充比特，因此不需要单独的缓冲，也就不会碰到前述问题。
以下将参照附图，通过优选实施例来描述本发明，在附图中
图1说明了可以应用本发明的移动系统的一部分；
图2说明了在两个TDMA时隙中通过无线路径的高速数据传输；
图3说明了根据本发明的网络体系结构，它支持GSM系统中移动站MS和互连功能IWF之间多个业务信道的高速数据传输；
图4示出了V.110帧结构；
图5说明了在n个并行业务信道的帧中根据本发明的数据传输；
图6说明了根据本发明将56kbps用户速率适配到6个9.6kbps业务信道。
本发明可以应用于数字TDMA类型移动通信系统，例如泛欧数字移动通信系统GSM，DCS1800(数字通信系统)，根据EIA/TIA过渡标准IS/41.3的移动通信系统等：中的高速数据传输。以下将以GSM类型移动系统为例说明本发明，然而本发明并不局限于这类系统。图1非常简洁地介绍了GSM系统的基本结构性元件，而没有描述它们的特征或该系统的其它元件。有关GSM系统的更详细的描述，请参看GSM建议和M.MouIy和M.Pautet所著“The GSM System for Mobi1eCommunications”(Palaiseau，France，1992，ISBN：2-9507190-07-7)。
移动业务交换中心控制着来话和去话的交换。它执行类似于PSTN交换机的功能。进一步，它还执行仅为移动电话业务所特有的功能，例如位置管理，以及网络用户登记。移动站MS通过基站系统BSS连接到MSC。基站系统BSS由一个基站控制器BSC和多个基站BTS组成。为简明起见，图1仅示出了这样一个基站系统，其中两个基站连接到基站控制器BSK，并且一个移动站MS位于基站的覆盖区域中。
GSM系统是一种时分多址(TDMA)类型系统。无线接口中使用的信道结构更详细地定义在ETS1/GSM建议05.02中。在正常操作期间，在呼叫开始时从载频中分配一个时隙给移动站MS作为一个业务信道(单时隙接入)。移动站MS与所分配的时隙同步以发送和接收无线频率脉冲串。在帧的其它时间中，MS执行不同的措施。本申请人的共同未决专利申请WO95/31878和PCT/F195/00673中公开了一种方法，其中为需要速率比一个业务信道能够提供的速率更高的数据传输的移动站MS分配两个或更多个时隙。关于该过程的细节，可参看前述专利申请。
以下参看图2，仅作为无线系统中基于多个并行业务信道实现高速数据传输的一种方法来描述该过程。然而应当注意到，对本发明唯一重要的是建立了一个包括多个并行业务信道的连接，并且本发明本身涉及在这样一种连接上实现并同步化数据传输。
图2示出了一个例子，其中在单个TDMA帧中分配给移动站MS连续时隙0和1。在无线路径上待发送的高速数据信号DATAIN在分频器82中被划分成所需数量的低速数据信号，即DATA1和DATA2。分别对每一个低速数据信号DATA1和DATA2单独进行信道编码，交织，脉冲串格式化和调制80和81，之后分别在专用时隙0和1中将每一个低速数据信号作为一个无线频率脉冲串发送。当在无线路径上通过不同业务信道发送了低速数据信号DATA1和DATA2时，在接收器中对它们分别进行解调，在交织和信道解码83和84，之后在接收器的合并器85中再将信号DATA1和DATA2合并成原来的高速信号DATAOUT。
图3是说明使用多个并行业务信道实现这样一种数据传输的GSM网络体系结构的框图。图3中框80，81，83和84的功能，即信道编码，交织，脉冲串格式化和调制，以及相应的解调，在交织和信道编码都位于固定网络的一侧，最好在基站BTS中。这样，上述TDMA帧通过一个无线接口Radio I/F在基站BTS和移动站MS之间传送。在基站BTS中对每一个时隙进行单独的并行处理。图2的分频器82和合并器85可以位于固定网络一侧距离基站BTS较远的另一网元中，例如BSC，因而低速数据信号DATA1和DATA2在该网元和该基站之间以与通常业务信道信号相同的方式传送。在GSM系统中，这种通信发生在基站BTS和一个特殊变码器/速率适配器单元(TRCU)之间根据ETS1/GSM建议08.60的TRAU帧中。TRAU帧和与之相关的传输对本发明并不重要，因为本发明涉及在使用多个并行业务信道的整个数据连接上，即在分频器82和合并器85之间，实现并同步化数据传输。
在GSM系统中，在移动站MS中终端适配器31和固定网络中互连功能IWF32之间形成一个数据链路。在GSM网络发生的数据传输中，该连接是一个V.110速率适配的，UDI编码的数字9.6kbps全双工连接，它适配于V.24接口。此处描述的V.110连接是原本为ISDN(综合业务数据网)技术开发的一种数字传输信道，它适配于V.24接口，并且也可以发送V.24状态(控制信号)。针对V.110速率适配连接的CCITT建议在CCITT蓝皮书：V.110中公开。针对V.24接口的CCITT建议在CCITT蓝皮书：V.24中公开。终端适配器31使连接到移动站MS的数据终端适配于V.110连接，后者通过使用多个业务信道cho到chN的物理连接建立。IWF将该V.110连接耦合到另一个V.110网络，例如一个ISDN或另一个GSM网络，或者耦合到某种其它的转接网，例如公众交换电话网PSTN。在第一种情况下，IWF根据本发明仅包含分频器/合并器82/85。在后一种情况中，IWF还包含例如一个基带调制解调器，利用它通过PSTN进行数据传输。
图4中示出了用于V.110连接上数据传输(9.6kbps)的帧结构。该帧包括80个比特。八位字节0包含二进制0，而八位字节5包含一个二进制1，之后是7个正比特。八位字节1到4和6到9在比特位1中包含一个二进制1，在比特位8包含一个状态比特(S或X比特)，在比特位2到7包含6个数据比特(D比特)。这些比特从左到右，从上到下发送。这样，该帧包括D1到D4848个信息比特(用户数据)。比特S和X用于在数据传输方式下发送与这些数据比特相关联的信道控制信息。
如上所述，这样一种高速数据传输的问题在于，其数据速率不能通过电信系统的现有方法进行速率适配。例如在GSM系统中，这些速率包括不是9.6kbps的倍数的所有数据速率。
在本发明中，这通过下述方式解决，即以这样的方式在发送器中将高速用户数据信号划分到并行业务信道，即首先使用尽可能多的全容量业务信道来传输用户数据，之后这些“全速率”业务信道所剩下的用户数据在一个“较低速率”业务信道上与填充比特一起传送。以下将大概地描述根据本发明的这种方法。
假定高速用户数据信号所需的，在图2中到达分频器82的数据传送速率Ruser在范围(n-1)*Rch＜Uuser＜n*Rch中，其中Rch是单个业务信道的最大传输速率，并且整数n≥2。在这种情况下，信号DATA IN需要固定网格(例如MSC)所分配的n个并行业务信道。分频器82将数据信号DATAIN划分到多个传输帧中，然后以图5所示方式通过所分配的并行业务信道发送这些传输帧。业务信道ch1，ch2和ch(n-1)的传输帧中所有的信息比特都是用户数据比特，因而所有这些业务信道上的用户数据传输速率都是Rch。这样，业务信道ch1，ch2，ch(n-1)以总传输速率(n-1)*Rch传送用户数据。最后一个业务信道chn的信息比特仅包括数量上等于其它业务信道所剩下的用户数据传送速率Ruser-(n-1)*Rch的用户数据比特DATA，而剩余的信息比特是填充比特FILL。这些帧通过发送器80和81发送给接收器83和84，并在合并器85中合并以提供高速用户数据信号DATAOUT。分频器82和合并器85之间的业务信道可以是标准速率适配的，并且彼此相同的业务信道。这样就不需要在移动系统中为每一种标准用户传输速率单独引入新的速率适配。
以下将描述本发明应用于GSM系统的情况。假定使用速率适配的透明全速率96kbps业务信道作为并行业务信道，并且在业务信道上传送图4中的V.110帧。一个帧包括48个信息比特D1到D48。
下面将考察高速数据适配到GSM业务信道的V.110帧的一些例子。
例1
假定用户数据速率Ruser＝56kbps，因而需要6个并行GSM业务信道(Rch＝9.6kbps)。那么根据本发明的速率适配可以如图6所示进行。业务信道ch1，ch2，ch3，ch4和ch5上的每一个V.110帧中的所有48个信息比特D1到D48都传送用户数据，因而这些信道中每一个信道上的用户数据速率都是9.6kbps。这样，信道ch1到ch5的总传输速率是5*9.6kbps＝48kbps。因此剩下的用户传输速率是56-48kbps＝8kbps，它在最后一个业务信道ch6上传送。这以下述方式实现，即业务信道ch6的每一个V.110帧中40个信息比特(例如D1到D40)传送用户数据比特，而8个信息比特(例如D41到D48)传送填充比特。以这种方式，可以通过6个GSM业务信道发送56kbps信号。
例2
假定用户数据速率Ruser＝14.4kbps。那儿需要两个业务信道(Rch＝9.6kbps)。在这种情况下，第一业务信道上V.110帧的所有信息比特D1到D48传送用户数据比特，因而传输速率是9.6kbps。剩下的数据速率，即14.4-9.6kbps＝4.8kbps，以下述方式适配到第二业务信道，即每一个V.110帧中24个信息比特(例如D1到D24)传送用户数据，24个信息比特(例如D25到D48)传送填充比特。
例3
假定用户数据速率Ruser＝26.4kbps，因而需要3个业务信道(Rch＝9.6kbps)。在这种情况下，两个业务信道的V.110帧中所有的信息比特D1到D48传送用户数据。这样，这两个业务信道的总传输速率是19.2kbps。剩下的用户数据速率，即26.4-19.2kbps＝7.2kbps，以下述方式适配到第三信道，即每一个V.110帧的36个信息比特(例如D1到D36)传送用户数据，12个信息比特(例如D37到D48)传送填充比特。
例4
假定用户数据速率Ruser＝38.4kbps，因而需要4个业务信道(Rch＝9.6kbps)。因为用户数据速率以下述方式均匀划分到4个业务信道中，即使用所有业务信道的总容量，所以在任意业务信道上都不需要填充比特。
尽管以上参照特定实施例描述了本发明，但是应当注意到，该描述仅是例示性的，在不偏离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围的前提下，可以对它进行修改和变化。

Claims (6)

1.一种用于数字移动系统中高速数据传输的方法，所述方法包括步骤：
在移动站和一个固定移动网之间通过无线路径在分配给该移动站的速率适配的业务信道上传送数据，其特征在于以下的进一步步骤：
分配n个并行的速率适配的业务信道给需要数据速率Ruser的一个高速用户数据信号，Ruser在范围(n-1)*Rch＜Ruser＜n*Rch内，其Rch是任意一个所述业务信道的最大传输速率，并且n＝2，3，…，
以下述方式将高速用户数据信号划分到多个传输帧中以通过所述并行业务信道传输，即在n-1个业务信道的传输帧中的所有信息比特传送用户数据比特，每一个所述n-1个业务信道的用户数据传送速率是Rch，并且在所述第n个业务信道的传输帧中传送用户数据比特的多个信息比特对应于其它n-1个业务信道所剩下的用户数据传送速率Ruser-(n-1)*Rch，所述第n个业务信道的传输帧中其余的信息比特传送填充比特。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在并行业务信道上发送根据CCITT建议的V.110帧。
3.一种数字移动系统，其中一个移动站和一个固定移动网包括一个数据发送器和一个数据接收器，它们能够通过无线路径在分配给该移动站的业务信道上进行数据传输，其特征在于，
所述固定移动网包括一个控制网元件，它分配n个并行的速率适配的业务信道给需要数据传送速率Ruser的一个高速用户数据信号，Ruser在范围(n-1)*Rch＜Ruser＜n*Rch内，其中Rch是单个业务信道的最大传输速率，n＝2，3，…，
所述数据发送器包括一个分频器，该分频器以下述方式将高速用户数据信号划分到多个传输帧中以通过所述并行业务信道传输，即在n-1个业务信道的传输帧中的所有信息比特都传送用户数据比特，并且每一个所述n-1个业务信道的用户数据传送速率是Rch，并且在第n个业务信道的传输帧中传送用户数据比特的多个信息比特相应于其它n-1个业务信道所剩下的用户数据传送速率Ruser-(n-1)*Rch，所述第n个业务信道的传输帧中其余的信息比特传送填充比特。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，该业务信道是V.110速率适配的信道，并且传输帧是根据CCITT建议的V.110帧。
5.根据权利要求3或4的系统，其特征在于，该业务信道的最大传输速率Rch是9.6kbps。
6.根据权利要求3或4的系统，其特征在于，该系统是一个GSM移动系统或一个基于GSM的移动系统。
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