CN1086526C - 用于在通信系统中对帧进行时间调整的方法和系统 - Google Patents

用于在通信系统中对帧进行时间调整的方法和系统 Download PDF

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Abstract

在通信网络(10)中用于时间调整一帧(60)的方法和系统涉及步骤：1)在BTS(14)确定一帧是否需要提前，和2)从BSC(12)发送短的同步码型。然后BTS(14)通过确定(256)接收的数据流是否符合长同步码型而且在它们相符时设定第一标记来确定短的或长的同步码型是否已发送。如果接收的数据流不符合长的同步码型并设定(264)第一标记，则数据流与短同步码型比较(266)。当它们相符时设定(268)第二标记。

Description

用于在通信系统中对帧进行时间调整的方法和系统
本发明涉及通信系统领域，具体涉及用以在通信系统中对帧进行时间调整的方法和系统。
蜂窝通信系统的码分多址(CDMA)标准(IS-95)要求8kb/s话音编码算法。声码器把语音变换为数字数据流。许多技术业已用于减少为了发送可接受的语音信号所需的数据速率。尽管如此，在任何给定话音编码系统具有较高的数据速率时就产生较高质量的语音信号。
现场测试的CDMA蜂窝系统的8kb/s声码器业已表明非优化的语音质量。很明显，解决方案是要增加声码器的数据速率。这个解决方案对CDMA蜂窝电话系统的其它部分有很大影响。
图1示出CDMA蜂窝系统10的一部分。基站控制器(BSC)12通过T1电话线16耦合到多个基站收信机现场(BTS)14。BTS14正在与多个移动站(便携或用户单元)18进行无线电通信。在CDMA系统10中进来的话音数据由BSC12从公共交换电话网(PSTN)20接收到。单一的话音信道含有64kb/s、脉码调制(PCM)信号。BTS14以16kb/s发送包含额外开销数据的单一话音信道。BSC12具有多个代码转换器(XCDR)22，用以压缩从PSTN来的64kg/s话音信道成为16kb/s话音和控制信道。由于BSC12具有比来自PST20进入的一个单一的话音信道更多的话音信道，故需要一个多路“去复用”器(DEMUX)24来分离这些信道。一旦这些信道已代码转换，它们由多路复用器(MUX)26多路复接到T1线路16。控制器28对BSC12进行全面控制。
BTS14从T1线路16接收多个话音信号，面多路“去复用”器(DEMUX)30分离这些话音信道并把它们引导到多个代码转换器(XCVR)32之一。代码转换器对经过天线34接收的话音信号进行调制以便于无线电发送。组合器/分离器36把多个收发信机32耦合到天线34上。BTS14具有一个全球定位系统(GPS)接收机38，其功能将在下文更详细地说明。控制器40全面协调和控制BTS14。
从PSTN20接收的话音信号不包含BSC12与BTS14通信所需的任何控制信息。该控制信息由BSC12加上。该控制信息和代码转换的话音数据在一帧内发送。现有技术的帧50的例子示于图2。现有技术的帧50包含320比特，而且是20ms长。帧50具有35比特同步字、37比特控制数据、202比特的数据(话音)、42比特用于通用时间计数器(VTC)和4T比特。在现有技术的8kb/s声码器中，202比特中只有166比特用于话音信号。对于CDMA标准任何声码器的变化必须在16kb/s帧的范围内，除非对该结构的其它部分进行大规模的再设计。为了满足希望的话音质量标准，业已选定13.25kb/s声码器。这要求每帧265数据比特。
现已设计出一种新的帧结构来实现13.25kb/s声音编码方案。首先，使用所有可用的数据比特来增加可用的数据比特到202个。UTC比特只在非全速率链路上发送。空出42比特。控制数据比特的汉明码部分由于不需要而被消除，空出5比特。坏帧质量指示符被减少到9比特。然而，帧序列比特必须递增1比特。所有这些变化允许每帧253比特，所需的265比特短了12比特。
4T比特很少使用，而且唯一的功能是在一帧需要在时间上超前的情况下保留时间。而帧与时间调整比特不是每帧都需要的。但是BTS14和BSC12是希望的。据此，现在需要一种帧与时间调整系统和方法，每帧使用很少比特以便空出用于数据的比特。
图1是码分多(CDMA)蜂窝电话系统部件的方框图；
图2是现有技术帧结构的图解表示；
图3是新的帧结构的图解表示；
图4是用于收发信机基站中调整帧序列的过程的流程图；
图5是用于基站控制器中调整帧序列的过程的流程图；
图6是检测动态同步字的过程的流程图；
图7是检测动态同步字的另一过程的流程图。
本发明提供通信系统的改进的帧与时间调整系统和用于通信系统的过程。帧与时间调整系统减少额外开销或控制比特，空出话音或数据的比特，因而允许较好的话音质量或较高数据速率。
在数字蜂窝通信系统中，重要的是从各个基站来的帧或时隙是时间协调的(现在预定的间隔发送)。没有这样做可导致基站之间的干扰和破坏过区切换过程。直接序列码分多址(DS-CDMA)系统在BTS使用GPS接收机38取得时间协调以提供通用时钟。使用通用时钟，BTS14通过发送帧调整参数通知BSC所发送的帧序列数。帧序列数范围从0至7和BSC12将该帧序列数插入到帧50的控制比特。
一旦帧序列数已调节，帧时间被调整。从PSTN20来的输入话音数据异步地到达BSC12。从PSTN20来的异步数据由代码转换器22转换编码并形成帧，而且发送到BTS14。在发送该帧之前BTS14引入任何延迟将导致语声延迟，所以在它被调制用于无线传输之后发送帧50。BTS14测量何时该帧应该被发送与何时该帧被发送的关系，并且发送一个时间调整参数到BSC12提前或重新开始从BSC12的帧50的传输。在现有技术中，T个比特被插入帧50中以提前帧50。当帧50需要提前时，发送该帧而没有T个比特，这提前下一帧4比特或250μs。在发送下一帧50之前通过插入时间间隔可延迟帧50。在现有技术帧50结构中，时间调整参数使用8比特，帧调整参数使用3比特和4T比特用于提前一帧。
新的帧60结构(见图3)取消T比特和只使用3比特用于时间和帧调整参数。这个帧60结构提供265比特用于数据，因此取得13.25kb/s声码器速率。为使新帧60工作要求重新设计该帧和时间调整过程及同步过程。基本上帧和时间调整参数是在几个帧上时分复用。T个比特以可变长度同步字代替和同步检测系统被重新设计以跟踪可变长度同步字。
图4表示由BTS14实现的新帧和时间调整过程的流程图。该过程在步骤100开始，亦即状态机为状态0。接着，在步骤102，状态机确定帧调整参数(FAP)是否需要发送。当没有帧调整参数需要在步骤102发送时，在步骤104状态机将一个0装入帧调整参数，如果在步骤102状态机确定帧调整参数需要发送时，则在步骤106发送帧调整参数。这部分保证在状态0(即帧序列0)期间三比特帧调整参数被转送到该BSC。
下一步骤是在步骤108确定时间调整参数(TAP)是否需要发送。如果没有时间调整参数需要发送，则在步骤110，0被装入该时间调整参数。然后在步骤112处理等待直到帧序列数(FS)为0。一旦在步骤112帧序列数等于0，处理返回到步骤100。
当在步骤108时间调整参数需要发送时，在步骤114状态机等待直到它为状态1(即帧序列数等于1)。接着，在步骤116时间调整参数8比特的3比特被发送BSC12。然后在步骤118，状态机等待直到它为状态2。在步骤120发送时间调整参数的另外3比特。然后在步骤122，状态机等待直到它为状态3。在步骤124发送时间调整参数的最后2比特。然后处理返回到步骤100，过程又开始。
在接收帧和时间调整参数中BSC12使用的过程示于图5。在步骤150，由BSC控制器28等待直到它为状态0(即帧序列数等于1)过程开始。接着在步骤152控制器28确定帧调整参数是否为非零。当该帧调整参数为非零时，在步骤154编制帧调整过程。然后在步骤156，控制器等待直到它为状态1。在步骤158，接收时间调整参数的3比特。然后在步骤160控制器等待直到它为状态2。在步骤162，接收时间调整参数的另外3个比特。在步骤164，控制器等待到它为状态3。在步骤166，接收帧调整参数的最后2比特。在步骤168组装8比特时间调整参数。在步骤170，控制器确定时间调整参数是否为非零。当时间调整参数为非零时在步骤172编排时间调整过程。在步骤172编排时间调整过程之后，过程返回到步骤150。控制器使用该帧调整参数协调插入正从代码转换器22发送到具有GPS接收机的BTS的帧中的帧序列数。控制器使用时间调整参数提前或推迟帧传输的开始。通过插入缩短的同步字；帧被提前，而通过延迟下一帧的传输推迟帧。正常长度同步字是16个0接一个1。缩短的同步字是12个0接一个1。因此发送一个缩短的同步字提高该帧4比特，这等于4T比特，在现有技术的情况下这4T比特被取出以提前一个帧。
实现具有两个不同同步字的通信系统要求BTS14中完全新的同步过程。在BTS14捕获同步的过程示于图6。图6中的过程确定接收的比特码型是否与长的或短的同步字相符和接收的比特数等于在具有短的或长的同步码型的帧中希望的比特数。过程在步骤200开始。在步骤202清除有效同步字找到标记(VSFF)和比特计数(BC)。在步骤204收到一个新比特和比特计数递增1。接着在步骤206确定接收比特与长同步码型(LSP)之间是否相符。当在步骤206存在相符时，在步骤208控制器40确定比特计数是否等于具有长同步码型的帧的比特总数，对于图3的帧60为320比特。当在步骤208出现相符，在步骤210设定有效同步标记。当在步骤208不出现相符时，有效同步字找到标记被消除。然后步骤214清除比特计数，而且过程返回步骤204。
当在步骤206不出现相符，在步骤216确定是否设定有效同步找到标记。当有效同步找到标记不设置，过程返回到步骤204。当有效同步找到标记被设定，下一步在步骤218是确定比特计数是否等于第二比特总数。第二比特总数是在具有短的同步字的一帧中的比特数，在图3的帧60的情况下为316。当比特计数不等于第二比特总数时，过程返回到步骤204。当比特计数不等于第二比特总数时，下一步骤是步骤220是确定接收比特和短同步码型之间是否存在相符。当步骤220接收比特和短同步码型之间不存在相符时，过程返回到步骤204。当短同步字和接收的比特之间存在相符时在步骤214比特计数被清除。
使用图6的过程允许BTS14精确地检测何时长的或短的同步字已由BSC12的代码转换器22发送。有效长度同步字允许通信系统10时间调整该帧而无需使用T比特，因此增加可用的数据速率。
使用两个同步字捕获同步的第二方法示于图7。该过程在步骤250开始。在步骤252清除第一和第二标记。第一标记相应于长同步字，而第二标记相应于短同步码字。在步骤254接收一个新的数据比特(数据流)。在步骤256，BTS控制器确定接收的比特(数据流)是否与长同步码型相符合。当步骤256接收的数据流与长同步码型相符时，在步骤258，该控制器确定第一标记是否未设定和第一标记被设定。当步骤258第一标记未设定和第二标记被设定时，在步骤260清除第二标记。如果第一标记被设定或者第二标记未设定，则在步骤262过程继续。在步骤262第一标记被设定。在步骤269，该帧的其余部分被读入并且处理返回到步骤254。
在步骤256接收的比特与长同步码型不相符时，在步骤264该控制器确定是否第一标记被设定和第二标记未设定。当在步骤264第一标记未设定或第二标记被设定时，处理返回到步骤254。当第一标记被设定和第二标记未设定时，在步骤266该控制器确定接收的比特是否与短同步码型相符。当在步骤266接收比特与短同步码型不相符时，处理返回到步骤254。当在步骤266接收比特与短同步码型相符时，则在步骤268清除第一标记和设定第二标记。在步骤268该帧的其余部分被读入，然后处理返回到步骤254。
正如通过检查图6和7的同步检测方法可看到的，短同步码型不能先发送，而且短同步码型必须夹在长同步码型之间。这不提供这样的关系，因为时间调整参数仅仅每八帧才发送一次，见图5和6。第一同步码型必须是长同步码型，而短同步码型最快每八帧只出现一次。
这里公开了在通信系统中对于帧进行时间调整的一个独特的系统和方法。使用本发明空出控制比特，它增加通信系统中的可用数据速率。这个增加的可用数据速率允许在蜂窝通信系统中使用13.25kb/s声码器，具有16kb/s帧速率。在使用所述的本发明的蜂窝通信系统中，较高速率声码器增加话音信号的质量。
虽然本发明已结合其具体实施例叙述了，很明显根据前面的叙述许多替换、修改和变化对本领域技术人员是清楚的。例如，本发明可用于无线通信系统或数据网络中。因此，本发明试图包含所有这样的替换、修改和改变，因为都落入所附权利要求书的精神和宽范围内。

Claims (2)

1.一种用以在通信网络中对帧进行时间调整的方法，包括以下步骤：
(a)确定何时该帧需要提前，其中包括下列子步骤：
(a1)等待直到状态机处于状态零；
(a2)确定是否需要发送帧调整参数；
(a3)当需要发送帧调整参数时，装入和发送该帧调整参数，否则发送0；
(a4)确定是否需要发送时间调整参数；
(a5)当需要发送时间调整参数时，等待直到状态机的状态已改变为止；
(a6)装入和发送预定数量的时间调整参数的比特；和
(a7)重复步骤(a5)和(a6)直到所有的时间调整参数的比特都已发送为止；以及
(b)发送缩短的同步字。
2.一种用以在通信网络中对帧进行时间调整的方法，包括以下步骤：
(a)确定何时该帧需要提前，其中包括下列子步骤：
(a1)等待直到状态机处于状态零；
(a2)确定帧调整参数是否已收到；
(a3)当帧调整参数已收到时，编排帧调整过程，否则前进到步骤(a4)；
(a4)等待直到状态机的状态已改变；
(a5)接收时间调整参数的预定数量的比特；
(a6)重复步骤(a4)和(a5)直到已接到时间调整参数的所有比特；
(a7)确定时间调整参数是否为非零；和
(a8)当时间调整参数为非零时，编排时间调整过程；以及
(b)发送缩短的同步字。
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