CN1099209C - 时分多址系统中的无线容量的动态分配 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，其目的为在TDMA系统中在分组无线业务和电路交换业务之间动态地分割无线容量。根据本发明，一些基本数目的时隙保留给分组无线业务，其余的被保留给电路交换业务。当分组无线业务的业务量需求增加时，则利用从移动台来的一个请求或通过在基站收发信机进行业务量的测量来获得有关信息。这个信息作为分配给分组无线业务更多的时隙的一个准则。

Description

时分多址系统中的无线容量的动态分配

本发明涉及一种方法，通过此方法在预定信道上的时隙中进行基站和移动台之间的双向业务的TDMA系统中，在分组无线业务和电路交换业务之间动态地分割无线容量。本发明还涉及依据此方法运行的移动系统。

大多数今天的蜂窝网络提供用于语音和数据的电路交换业务。可用的频带在这些业务之间被分割，所有业务都具有同等的优先权。网络不考虑容量是被用来传送语音还是数据。

考虑到突发形式的数据业务，电路交换不能最佳地利用信道。所以在蜂窝网络中将分组无线业务与现有的电路交换业务一起使用。由于现有的无线频段不能被扩展，分组无线业务必须放入和电路交换业务相同的频段。因此，必须从电路交换业务中取出一定量的容量给分组无线业务。

在TDMA蜂窝系统中，无线频段通常被分割成多个频带(FDMA，频分多址)，并且每个频带被进一步分割成多个时隙。逻辑信道在无线接口的物理的时隙中被传送。在电路交换蜂窝系统中，所有的时隙被用于控制信令和用于电路交换业务。

本发明的目的是提出一种无线信道的容量可被更好地利用的方法。目标是一种被用来决定，一方面，分配给分组无线业务的时隙数和，另一方面，分配给电路交换业务的时隙数的方法。根据本发明，这些是通过使用权利要求1的特征藉动态地分配更多的容量，即更多的时隙，给在给定时间上请求它的业务形式来完成的。

有关这个课题的情况以前在某些专利出版物中已被讨论过。其中的一个例子是EP-26 11 27，它是描述一个时间共享的电信系统，其中以一种相当有效的方法来利用频谱，即通过将窄带无线频道分割成至少两个时隙，一个用于传送编码的语音信号，一个提供双向传输。但是，这篇文献没有讨论容量的动态分配，并且也没有讨论分组无线业务本身。

US专利4 887 265公开了一个分组无线交换蜂窝系统。在这个系统中，许多数据呼叫能被交换到同一个无线信道，由此节约了无线频谱。但是，这篇文献主要讨论了切换的准则。它没有讨论给予分组无线和电路交换业务的容量的动态分配。

根据本发明，一些基本数目的时隙被保留给分组无线业务，并且许多时隙用于电路交换业务。例如，如果分组无线业务的业务量需要增加，那么通过由移动台标志的请求或通过由基站测量的业务量来获得有关这个情况的信息，因此，这个信息被用作为分配更多的时隙给这个业务的一个准则。可在消息或信令信道上(例如在呼叫建立信令)或在一个业务信道上，或例如可是一个短消息输出，从移动台向基站发送这样的一个请求。这个请求也可在分组无线信道上发送。每个业务所需要的容量在由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)以已知方式组成的基站系统(BSS)中被监测，并且有关信道配置的信息即无线容量的分配(哪个信道被用于哪个业务)被从基站系统发送给移动台。

在基本模式中，当电路交换业务不需要容量时，信道的所有时隙都可被分配给分组无线业务。在这种情况下，当接收到一个诸如从移动台来的呼叫建立信令的请求时，分配一个或几个时隙给电路交换业务。基站控制器(BSC)解释来自呼叫建立信令的请求，此后去除对一个正用于分组无线业务的信道的分配，并将它分配给电路交换业务。另外，在基本模式中可分配一个预定的最小数目的时隙给分组无线业务，在这种情况下，当分组无线业务增加时将分配更多的时隙给它。当用于分组无线业务的时隙数增加时，必须在相同信道中从电路交换业务中去除对相同数目的时隙的分配。

在本发明的一个优选的实施例中，在基本模式中一定的最小数目的时隙被分配给分组无线业务，这个最小数目受控制于对业务量重要的经济因素和/或操作员。这个控制可与基站收发信机中业务量测量的结果相结合，这样控制可自动进行。另外，操作员可手动干预控制，它也可基于业务量过去的信息，等等。

在人口稀疏的区域，或当TDMA小区的分组无线业务已知很少或很偶然时，为这小区服务的信道的所有时隙可被分配给电路交换业务。当对分组无线业务的偶然需求出现时，有关这个情况的信息被发送给基站收发信机，例如通过电路交换业务的消息信道或通过一些其它的信令信道，业务信道或短消息输出。为此，还可规定一个请求业务的移动台向基站收发信机发送的特殊消息。无论如何优选地使现有的消息，例如被最小修改的呼叫建立消息的一部分被用于请求，在这种情况下旧的业务也将起作用。

根据优选的实施例，在相同的频带中可分配更多的用于业务的时隙，这样分配给业务的时隙的最大数目将等于在带内的时隙数目。另外，也可将在另外一个信道中的时隙额外地分配给业务。

在从属的权利要求中公开了本发明的优选的实施例。参考用来表示TDMA帧中的时隙的附图，借助于以下例子，对本发明进行更详细的描述。

因此本发明的目标是用来决定一方面用于分组无线业务以及另一方面用于电路交换业务的时隙数的方法。同样的机制可同时用于FDMA频带，另一方面，也可用于单独的一个频带。在下行链路的分组无线控制信道中，分配给分组交换使用的无线信道必须很经常地被标志，以便把当前使用的信道通知移动台。

在分组无线蜂窝系统，例如符合GSM/DCS 1800系统标准的GPRS系统(通用的分组无线业务)中，某些信道必须被分配给分组无线业务。在这种情况下，最容易的方法是将一个或多个时隙永久地分配给分组无线业务，剩下的时隙保留给电路交换业务。但是，在电路交换业务和分组无线业务之间甚至更灵活地分割容量也是可能的。在附图中说明GSM/DCS 1800系统的一个载波的TDMA帧。上面一行表示由移动台接收的TDMA帧MS RX，下面一行表示相对于时间偏移的发送帧MSTX。这个图说明了在下行链路方向和上行链路方向中的一个时隙如何保留给分组无线业务GPRS。剩下的时隙保留给电路交换(CS)呼叫。

在TDMA系统中的分组无线业务，与例如基于ALOHA的协议分割一个公共的频带的方法比较而言是相当新的。在使用分组传输的TDMA无线系统中，通常许多用户在上行链路和下行链路方向上共享一个载波时隙(频带)。如在GSM/DCS 1800系统中，一个200KHZ无线载波中的8个时隙中的一个时隙可被分配给GRPS信道。在这个所选择的时隙中大约可传送25kbit/s。

一个时隙的容量可能是不够的。在这种情况下，操作员也可分配另一个时隙，而且甚至200KHZ无线载波中的所有时隙，给分组无线业务。

当多个时隙可供使用时，它们可合并使用或单独使用。在合并使用时，相同载波的时隙形成由移动台共享的一个容量池用于传输。同一个移动台可使用多个时隙以达到更高数据速率用于分组传输。在单独使用时，每个时隙是一个单独的物理分组传输信道，并且这些信道被分配给在一个小区中的移动台以达到业务量的均匀分布。这个分布可以是，例如，以与在GSM系统中将移动台分割成单独的寻呼组相同的方式而被控制。

在时隙共享和单独使用这两种情况中，在小区中当需要增加时，通过分配更多的时隙给分组无线业务，可更好地服务于增加的分组无线业务。

例1

检查出电路交换连接不在使用的情况。在这种情况下，所有的时隙都被分配给分组无线业务。分组无线信道的定时要求是很严格的。当移动台发送一个用于分组传输的请求时，基站系统必须在几百毫秒或更快的时间内为这个移动台保留一个时隙。由于这个原因，必须一直有可供分组无线业务使用的信道容量。

在一个蜂窝网络中，呼叫建立慢得多。正常地，一个呼叫在大约3-5秒之内被建立。当基站收发信机检测到请求建立移动主叫或移动被叫的电路交换呼叫的信令时，分组无线信道中的一个信道可被保留给这样的一个电路交换呼叫。正常地，在分组无线业务中的同一个保留之内的最大传输时间是受限的。完全有理由假设传输时间低于1秒。如果在全部分组无线信道上，或仅在其中一个信道上有传输，那么在相同的信道需要被分配给电路交换使用之前完成分组的传输。但是，多个时隙必须保留给分组无线业务，这些时隙对这个业务来说总是可供使用的，这样在小区中可保证业务的一定的最低水准。在基站收发信机中这可以是一个可调节的参数。操作员可根据业务量和经济的计算来调节这个参数。当电路交换呼叫已被完成时，信道又被释放给分组无线业务。

通过利用这个算法，可实现快速分组传输而不打扰电路交换业务。当保留给分组无线业务的时隙数超过由参数指明的最小容量时，用于电路交换业务的容量可被增加。

当然上述参数的调节也可例如根据基站收发信机测量的业务量需求而自动地进行，如下描述。

在一个正常的操作模式中，在一个载波上的所有信道(在GSM中，在一次突发中有8个时隙或信道)被保留给分组无线业务(GPRS)。信令信道可能是在一个单独的载波上或在某个被分配的时隙中，以及是在GPRS载波上的逻辑信道。移动台使用移动电话系统的常规信令来建立呼叫。基站系统(BSS)从呼叫建立信令中，检测出在小区中有一个呼叫正在到达。在移动台向基站收发信机发送了一个信道请求后，基站收发信机可检测到这一点，该信道请求由基站收发信机(BST)以请求信道消息发送给基站控制器(BBS)。基站系统的基站控制器检查是否有空闲的业务信道，随后用于分组无线业务的一个信道如下地被释放以用于电路交换呼叫。如果发现空闲的业务信道，则只要移动台需要一个信道时就立即给它一个空闲的信道。如果没有发现空闲的信道，则开始重新分配分组无线信道，并且当需要时立即分配信道给电路交换使用。

在基站系统发送一个分配请求给移动台之前，它需要一个信道。在发送分配请求之前，系统将有充足的时间来重新分配信道。在分配请求和请求信道消息之间的时间内，信令出现在信令信道上，在这种情况下可使用用于分组无线业务的信道直到请求信道消息被发送。在信道已被电路交换业务使用后并且在电路交换呼叫结束后，信道成为空闲并被重新分配给分组无线业务。

基站系统把无线容量的分割情况通知给移动台，即发送给移动台关于哪个信道已用于哪种业务的信息(即它发送有关所谓信道配置的信息)。

根据本发明，在越区切换的情况下，即当移动台从一个小区移动到另一个例如在其中所有的信道正用于分组无线业务的小区时，在分组无线业务和电路交换业务之间进行容量的检查和除去对信道的分配可能是尤其必须的。在这种情况下，在基站系统已接收到从移动台来的越区切换请求之后，以及在基站系统发送给移动台一个越区切换请求确认之前，优选地进行如上述的容量检查和信道的重新分配。在其他方面，移动系统的规范中已规定了越区切换过程，所以这对于本技术领域的专家们是熟知的，在此不做更详细的描述。

例2

将下面的情况作为另一个替换例进行检验。在一个小区中需要一定的最低业务水准。例如，可一直保留一个时隙给分组无线业务。其他时隙用于电路交换业务，或空闲。基站收发信机测量在分组无线信道上传送的业务量。当然，在应用之前必须例如根据有关小区的业务量的测量或根据从别处的对应小区获得的过去的数据，仔细检验在一个小区中的信道分配情况。在信道利用上有一定的百分比的限制，而当利用率超过这个值时，信道则超负荷，业务水准降低。如果一个信道的利用率达到这个值，则必须为业务量保留另一个时隙。这可应用到在一个GSM载波中的甚至8个时隙以及甚至应用到多个载波。

当一个信道的利用率降低并达到另一个更低的水准时，可除去对一个用于分组无线的时隙的分配。

根据这第二种替换例的算法给分组无线业务一个更高的优先权，电路交换业务可使用分组无线业务未要求的容量。

可根据长期跟踪的业务量来确定门限值。另外它可以以这样一种方式来变化，即通过使用在一规定的过去的时间段内所获得的测量结果定期地更新门限值。

例3

下面的情况将作为另一个替换例来加以讨论。在一个小区中将一直提供一个可能相当低的一定的业务水准。移动台可向信道控制块提出对一些时隙(一个或几个)的请求。根据这个请求，基站收发信机分配更多的时隙给分组无线业务。当然，一个信道必须被很迅速地分配给移动台。在这种情况下，额外的信道不能立即被保留。给予移动台一个基本信道。在有关后续分组的分配请求期间，网络具有足够的时间来分配多个信道给分组无线业务。因此移动台可获得其初始要求的额外容量，即有多个用于传输的时隙。

例4

下面将讨论另一个替换例。在农村地区，例如，如果在这个地方只有一个一星期发送一次数据的移动台。分配甚至一个时隙或一个时隙的一部分给分组无线业务都有可能是过多的。在这种情况下，在小区中不需保留用于分组无线业务的基本容量。

当移动台需要发送分组数据时，为此它给网络发送一个消息。由于目前没有可用的空闲的分组无线信道，消息可在用于电路交换业务的常规信令信道上发送。消息也可在其他的信令信道，业务信道或作为一个短消息输出来发送。

例5

以上的例1和例2可结合使用以使得电路交换业务和分组无线业务二者可以一种“公平的”方式来共享信道容量。这意味着可根据一个半固定的原则将一定的信道容量分配给这两种业务使用，并且业务可通过使用例1和例2的结合的算法来使用其他的信道，这样将可控制有关分组无线业务的拥塞情况。

基站收发信机通过控制信道发送信息给移动台，这样他们可竞争信道，并且也可防止由移动台使用较低优先权的分组无线业务来接入网络直到有更多的信道可供使用。

Claims (11)

1.一种动态地分割无线容量的方法，用于在预定信道上的时隙中进行基站系统和移动台之间的双向业务的TDMA系统中，在分组无线业务和电路交换业务之间动态地分割无线容量，其特征在于

——在基本模式中，基站系统分配第一个预定数目的时隙给分组无线业务和分配第二个预定数目的时隙给电路交换业务，以及

——当一个预定的起动发生时，基站系统分配一个或多个额外的空闲时隙给分组无线业务和/或电路交换业务，所述起动为以下情况中的一个：建立一个新的分组无线连接，终结一个现有的分组无线连接，建立一个新的分组无线任务，终结一个现有的分组无线任务，实行一个有关某个移动台的越区切换，或业务量测量显示：至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量增加到超过预定的第一门限值、或至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量下降到低于预定的第二门限值。

2.根据权利要求1的一种方法，其特征在于当电路交换业务不要求容量、不保留时隙给电路交换业务时，所述第一个数目的时隙包括一个信道的所有的数据传输时隙，但当一个预定的起动发生时，一个或多个空闲时隙被分配给电路交换业务。

3.根据权利要求1的一种方法，其特征在于所述第一个数目的时隙包括一个预定的最小数目的时隙，在这种情况下，当发生所述的起动时，一个空闲时隙首先被分配给分组无线业务，并且在后续分组的分配过程中，必要数目的额外时隙被分配。

4.根据权利要求3的一种方法，其特征在于所述的最小数目是可调节的，在这种情况下根据业务量和/或业务量经济的因素来调节此数目。

5.根据权利要求1的一种方法，其特征在于所述的时隙的预定的第一个数目为0，在这种情况下，为了能够获得分组无线业务容量，移动台向基站系统发出一个请求。

6.根据权利要求1的一种方法，其中所述预定起动的发生具体是指在基站系统中所实行的业务量的测量中达到所述门限值，其特征在于当至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量增加到超过预定的第一门限值时，一个或多个额外时隙被分配给这个业务，而当至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量降低到预定的第二门限值以下时，将相应数目的时隙从这个业务中去除分配。

7.根据权利要求6的一种方法，其特征在于所述至少分组无线业务和电路交换业务二者之一是分组无线业务，以及当需要时，从多个信道中分配额外的时隙。

8.根据权利要求7的一种方法，其特征在于对第一和第二门限值中的至少一个值的确定是基于对业务量的情况的长期测量和/或根据在一规定的时间段内的业务量测量结果来调节这两个门限值中的至少一个值。

9.根据权利要求1-8中任一项的一种方法，其特征在于这个方法也可同时应用于FDMA频带，由此FDMA频带类似于所述时隙那样被处理。

10.包括一个含有基站收发信机和基站控制器的基站系统(BSS)以及多个移动台的时分多址(TDMA)移动电信系统，这个移动电信系统能够处理在预定信道上的时隙中的在所述基站系统和所述移动台之间的双向业务，并且这个移动电信系统能够提供分组无线业务和电路交换业务，其特征在于，从而可以在分组无线业务和电路交换业务之间进行无线容量的动态分割，

——所述基站系统(BSS)的基本模式包括为分组无线业务保留预定的第一个数目的时隙以及为电路交换系统保留预定的第二个数目的时隙，

——基站系统包括用于监测每个业务所需容量的装置，以及

——基站系统(BSS)的操作包括一个动态分割阶段，在其中，当发生一预定的起动时，基站系统分配一个或多个额外的空闲时隙给分组无线业务和/或电路交换业务，所述起动为以下情况中的一个：建立一个新的分组无线连接，终结一个现有的分组无线连接，建立一个新的分组无线任务，终结一个现有的分组无线任务，实行一个有关某个移动台的越区切换，或业务量测量显示：至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量增加到超过预定的第一门限值、或至少分组无线业务和电路交换业务二者之一的业务量下降到低于预定的第二门限值。

11.根据权利要求10的一个移动电信系统，其特征在于基站系统被配备来向移动台发送关于在分组无线业务和电路交换业务之间分割无线容量的信息。