CN1106087C - 数据传输方法,基地台设备和移动台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字CDMA蜂窝无线网络中的一种基地台设备、移动台以及数据传输方法，在网络中基地台(BTS1，BTS2)与位于它们区内的移动台(MS)通信，其中，一个移动台可与一个以上的其他台同时具有双工连接；并且从多于一个的基地台发送的信号可在一个移动台内被最佳组合，在多于一个基地台的情况下，从一个移动台接收的信号可在一个基地台控制器内(BSC)被最佳组合，在网络中，运用一个予定的帧结构来实行业务信道传输，在蜂窝网络中通过无线路径在一个基地台和移动台间传送不同类型的帧。为了简化基地台设备的结构，有关的帧的类型按照要发送的帧的方法用一个予定的帧识别符来指示，如果经几个路径同时接收到的帧的帧识别符相同，则最佳组合这些帧，而如果这些帧识别符不同，就不组合这些帧。

Description

数据传输方法，基地台设备和移动台

本发明涉及数字CDMA蜂窝无线网络中的一种数据传输方法，在网络中基地台和位于它们区内的移动台通信，其中，一个移动台和多于一个的基地台同时具有双工速接；并且从多于一个的基地台发送的信号可在移动台内被最佳组合；在多于一个基地台的情况下从移动台接收的一个信号可在基地台控制器内被优先组合；在这个网络中，使用一个予定的帧结构来实现业务信道传输，并且在这个蜂窝网络中通过无线路径在一个基地台和移动台之间传送不同类型的帧。

CDMA是一种多址方法，它是以扩谱技术为基础的，近来已和先前的FDMA和TDMA系统一起应用于蜂窝无线系统中。比起先前的方法，CDMA具有几个优点，如像频谱效率和频率分配的简单性等。

在一个典型的移动电话环境中，一个基地台和一个移动台间的信号沿着发射机和接收机间的几条路径传播。这种多路径传播主要是由于来自周转表面的信号的反射。由于其不同的传播迟延，沿着不同路径传播的信号在不同的时间到达接收机。CDMA与常规的FDMA和TDMA的区别就在于多路径传播可用于接收信号中。通常用于CDMA系统的接收机是一个所谓的瑞克(rake)接收机，它由一个或多个瑞克分支组成。每个分支是一个独立的接收机单元，它的功能是组成并解调一个接收的信号分。每个瑞克分支可调节到与沿着一个单独路径传播的信号分量同步，而在一个常规的CDMA接收机中，各接收机分支的信号被最佳组合，因此得到了高质量的信号。

由CDMA接收机分支接收的信号分量可以是从一个或多个基地台发送的。在后一情况中，这是一个所谓宏分集的问题，即用之可以改善移动台和基地台间连接质量的分集形式的问题。在CDMA蜂窝无线网络中，也称呼“软移交”的宏分集用来保证基地台边缘区内功率控制的工作以及用来实现平滑的移交。

在宏分集中，一个移动台同时和两个或更多的基地台通信。通过所有的连接发送相同的信息。基地台不与移动台建立独立的信令连接，而所有的信令连接必须从一个公共的交换节点开始。移动台和基地台系统间连接的可靠性建立在几个基地台连接的综合可靠性之上。

在已知的CDMA系统中，业务信道上信令消息和用户数据(语音或数据信号)的组合对于所有宏分集连接都必须相同。因而不同的基地台和一个移动台间的通信业务对于所有的连接也必须相同。如果不是这种情况，则移动台将不能组合不同的信号，而宏分集将是完全无益的。所以按照现在的方法，信令和实际用户数据的多路复用和多路分解必须在一个公共的位置内进行。

在GSM型网络的情况下，可用图1来说明。该图表示与一个移动台MS进行通信的三个基地台BTS1，BTS2，BTS3。从基地台接收的信号沿着11a-11c被传送到基地台控制器BSC，在此信令信息和实际数据被多路分解。信令经由一个信令单元10沿着一个单独的线路13加到MSC，而语音则经由一个代码转换器单元TRAU，角沿着一个单独的线路14传送到MSC。在这个解决方案中，基地台仅只是发射机/接收机单元而没有信号处理和智能。具有智能的单元集中在BSC内，因此BSC结构是复杂的并且是难于实现的。线路12a-12c代表从BSC到基地台BTS1，BTS2，BTS3的信令连接，BSC能够沿着这些线路向每个BTS给出命令。可是，经由这些路径传送的信令不能再加到移动台MS，如在常规的GSM系统那样，而想要给一个移动台的信令则必须经由TRAU单元来施加，为的是以一种集中的方式和语音一起多路复用。因而，用已知的方法实现的CDMA-BSC将显著地不同于目前GSM网络的基地台控制器。

本发明的目标是避免上述解决方案产生的问题。使用本发明解决办法，在一个GSM型CDMA网络中，在基地台和基地台控制器间使用GSM型信令就是可能的例子。在使用宏分集的情况下，也可能仅使用一个基地台用于发送信令信息，而其它基地台仅发送用户数据。本目标就是提供一个方案，其中BTS管理语音和信令的多路复用，并且语音的编码可以一种更不受约束的方式放在网络中。

这一点用引言中说明的数据传输方法来实现，其特征在于在要发送的帧中，有关帧的类型用一个预定的帧识别符来指示，如果径由几个路径同时接收到的帧的帧识别符是相同的，则可最佳地组合这些帧，如果帧识别符是不同的，就不组合这些帧。

本发明也涉及数字CDMA蜂窝无线网络中的一种基地台设备，所述设备包含一个或多个基地台发射机单元和一个基地台控制器，它控制一个或多个基地台发射机单元，而这些基地台单元和位于它们区内的移动台通信；在这个网络中，一个移动台能够和多于一个的基地台发射机单元同时具有双工连接；  在这个网络中，多于一个的基地台单元发送的信号可在一个移动台内被最佳组合；在多于一个基地台单元的情况下，这个基地台设备包括用于最佳组合从一个移动台接收的信号的装置；在这个网络中，通过使用一个预定的帧结构来实现业务信道传输；在这个网络中，通过无线路径在基地台设备和移动台之间随机地发送不同类型的帧。本发明的基地台设备的特征在于：基地台发射机单元包含用来通过在要发送的帧中的一个预定的帧识别符指示有关帧的类型的装置，并且基地台发射机单元包含用于识别一个移动台发送的帧的帧识别符的装置。

本发明还涉及一个打算用于数字CDMA蜂窝无线网络的移动台，在网络中基地台和位于它们区的移动台通信，并且在这个网络中，一个移动台能够和多于一个的基地台发射机单元同时具有双工连接；这个移动台包含用于最佳组合从多于一个基地台发送信号的装置(34)；而且在这个网络中，在多于一个基地台的情况下，从一个移动台接收的一个信号可在基地台控制器内最佳组合；并且在这个网络中，通过使用一个予定的帧结构来实现业务信道传输；在这个网络中在基地台和移动台间随机地发送不同类型的帧。本发明的移动台的特征在于：移动台包含通过要发送的帧中一个预定的帧识别符来指示有关帧的类型的装置，用于识别从一个基地台发送的帧的帧识别符的装置，以及用于组合径由几个不同路径同时接收的帧的装置(如果这些帧的帧识别符相同的话)。

因此本发明的数据传输方法可应用于数字蜂窝网络，其中预定的帧结构在位传输中用在业务信道上。这种基于帧结构的传输型式是典型的数字数据传输。在本发明的方法中，要发送的帧包括指示有关帧的类型的某个位或符号序列。不同类型的帧用不同的识别符指示。可以使用两种或两种以上的这些识别符类型，这取决于以什么样的精确度来区分开各种帧，在最简单的情况下，例如说，可以用一位来指示该帧是否包含信令信息。一个信令帧可含有常规的呼叫控制消息或短消息之类的其它数据。

下面将根据附图参照一些实例，详细地叙述本发明，在附图中

图1表示使用CDMA的现有技术GSM型网络的上述部分，

图2表示GSM型网络的一部分，它使用CDMA并且应用本发明的数据传输方法，

图3a表示本发明的移动台接收机端的结构框图；

图3b表示本发明的移动台发射机端的结构框图，

图4a说明在业务信道帧结构层次上的一种情况，从超过一个基地台发送的并且包含信令的各个帧不同时到达一个移动台。

图4b说明在业务信道帧结构层次上的一种情况，从超过一个基地台发送的并且包含信令的各个帧同时到达一个移动台。

图5a和5b更详细地表示GSM型网络的一部分，该部分使用CDMA并应用本发明的数据传输方法，以及

图6表示应用本发明方法的一个系统的信令图。

下面，将使用一个数字GSM蜂窝无线系统作为一个实例来叙述本发明。通过在无线路径上使用CDMA多址联接方法使系统得到了改进。但是，本发明并不局限于GSM网络，它也可应用于使用CDMA的数字蜂窝无线网络的其它类型，只要蜂窝网络是同步的，即基地台的时钟互相间是同步的。

GSM基地台系统目前包含三个单元，这些单元的功能以及他们间的界面是明确规定的。这些单元示于图2。基地台单元BTS被指定了无线路径，它多路复用语音和信令，并且监控无线连接的质量。基地台控制器BSC监控资源(如信道)和与之有关的信令的使用。它也管理在它区内BTS间的通信，TRAU管理用于语音和数据的代码转换和速度调节。

为了举例，假设在根据图2的情况下，即在使用宏分集并且称移动台MS与多于一个的基地台BTS1，BTS2，和BTS3同时通信的情况下，经过基地台控制器BSC发送第三OSI层的一个信息到移动台MS。每个基地台与基地台控制器的信令控制器10通信并且经过一个组交换器GSW与代码转换器TRAO通信。基地台和基地台控制器间的每个连接都是独立的。BSC和BTS间的信令连接采用LAPD协议。MSC发送的第三OSI层的信息沿着两个单独的数据链路传送到基地台。基地台能够接收到来自信令控制器的信令帧，并在稍微不同的时刻接收到来自TRAU的语音帧(即使他们是同时发送的)。每个基地台通过用一个信令帧取代一个含有用户数据(如语音)的帧来多路复用信令信息和用户数据。由于基地台工作是独立的，因而它们可将含有相同信令信息的帧放到无线路径的帧结构中彼此稍稍不同的位置上。

移动台接收来自几个基地台的信号并将它们以一种优选的方式组合起来。例如运用瑞克接收机结构可以实现宏分集接收。图3a表示本发明的移动台接收机端的结构框图，接收机包含一个天线30，射频部件31，几个瑞克接收机分支32a-32c，用于表示帧识别符的装置33a-33c，以及用于组合和选择信号的装置34。每个瑞克接收机分支32a-32c可用一个沿着单个路径传播的信号来同步，这个信号是由一个或多个基地台发送的。组合装置可由依照上一层协议(LAPD型链路层协议)的控制信号37来控制。

由于上述原因，移动台接收机可同时接收来自基地台的不同帧。在组合过程中应该考虑到这一点。这种情况在图4a和4b中加以说明，图4a表示移动台接收的来自不同基地台的帧。含有信令信息的帧40a，40b是从不同的基地台的不同帧中接收到的。由于这些帧是不同的，如果移动台试图这样组合它们，则它们所含有的信息将会损失。在本发明的方法中，一个帧装有一个识别符，根据它移动台就可识别帧的类型。帧识别符的指示必须发生在信号-组合部分34的前面。例如，运用与每个瑞克分支的连接中所提供的装置可以实现该指示，这些装置检测帧中一个预定的位序列或符号。因此，如果移动台的组合器34观察到在不同的分支同时接收到的帧不同，它将不试图组合这些帧。接收机的组合器依照它们的帧识别符来安排这些帧到其目的地的路线。将语音帧加到语音解码器，将信令帧加到协议层，即LAPDM协议连接的终端。

因此，含有相同信令信息的各帧能够不同时地到达接收机。依照本发明的一个优选实施例，如果第一个接收到的帧被成功地解码，则后来到达的并且含有相同信息的帧可当作无用帧丢掉。这一点在链路层控制的基础上通过控制信号37进行。相应地，如果发现第一个到达接收机的信令帧有缺陷，则在第二帧到达时，可根据链路层控制将第一帧去掉。

组合装置34也可以这样的方式即最佳权被授予某个基地台的帧的方式从上一链路层加以控制。例如，最佳权可以建立在所接收的信号强度基础之上。

本发明的方法的另一优点是如果一个移动台在不同的时间接收到含有信令信息并且是由基地台发送的帧，则用户数据接收不会由于信令而中断，因为信令帧和数据帧可在相同的时间相互独立地得到处理。在正常情况下，信令帧的传输要求帧结构中的一个数据帧的空间。

在正常情况下，每个瑞克分支在相同的时间接收的帧含有相同的帧识别符，这种情况在图4b中说明。含有信令信息的帧41a，41b是从不同的基地台的相同帧中接收到的。因此可以进行正常的分集组合，将所接收的帧传送到语音解码器或协议层。

一个帧识别符类似于用在快速GSM信令中的所谓挪用标志(stealing flag)，但可用一位，位序列、编码的或未编码的符号来实现，这取决于要用它发送的多少信息。

在移动台和基地台间的其它传输方向，情况略微不同于上述情况。图3b表示本发明的移动台发射机端结构的框图。发射机包含一个话筒60，语音编码装置61，语音信道编码装置62，以及将语音乘以扩展代码的装置63。在乘以扩展代码之后，信号经由射频部分31加到天线30。发射机还包含其它部分，为滤波器和变换器，但由于这些部件对于本发明都不是最重要的，因此为明确起见，没有把它们包括在图内。本发明的发射机包含装置62，要发送的帧在该装置中被装上一个识别符，基地台的接收机根据它就能够识别有关帧的类型。

图5a和5b中的本发明基地台设备图说明在这个传输方向接收机端的情况。在图中，移动台MS发送信息到和基地台控制器BSC连通的两个基地台BTS1，BTS2。在此情况下，从移动台只发送一个信号，可是这一信号被多于一个的基地台所接收。因此在发射机端只有一个信令帧，如果需要，可在数据帧的位置发送该信令帧。基地台通过例如，类似于在移动台中所使用的一个瑞克接收机，独立地接收该信号。基地台包含用于指示帧识别符的装置(50a，50b)，根据此识别符，它可从数据中分离出信令信息。用户数据可沿着阿比斯(Abis)界面上派为此用的路径52传送到基地台控制器BSC。至于信令，则借助使用LAPD协议沿着一个正常的数据链路53被传送到基地台控制器。

在基地台设备中，代码转换器单元TRAU处理与信令分开的用户数据。实际上，TRAU可与基地台控制器分开设置。在依据图5a的安排中，TRAU包含用于组合从几个基地台发送的数据帧信号的装置51，而信令信息则根据第二OSI层协议单独地处理。在图5b的安排中，装置51位于组交换器GSW内，其它的安排类似于图5a。由于对两个不同的基地台BTS存在两个独立的数据链路用于信令，故可根据消息来组合接收的信令信息。例如，如果通过某些MS-BTS连接丢失了一个信令帧，则可使用通过另一MS-BTS连接接收的相应消息。

图6利用信令图说明在GSM型网络中本发明的方法。该图表示移动台MS，基地台单元BTS以及基地台控制器的信令层。移动台和基地台间的业务发生在层L₁内的无线路径上，而基地台和基地台控制器间相应的业务则经过一个标准的阿比斯(Abis)界面进行。由此在上一层次，移动台和基地台间的业务中传输的帧装有一个帧识别符(ID)。基地台和基地台控制器间的业务利用LAPD协议进行。移动台和基地台控制器间数据链路层的终端(链路层)位于基地台控制器中LAPD层终端的后面。

在本发明的基地台设备中，比起现有技术中可能的情况，具有智能的部分可能处于一个更为不受约束的状态。例如，TRAU单元可放在实际的BSC之外。此外，比起图1中依照现有技术的解决方案，有可能使语音编码更为不受限制。从不同的基地台到达的语音帧可在TRAU内组合，如前所述，即用于组合的装置51也可设在组交换器GSW内，因此当TRAU的位置靠近MSC时，可以节省固定网络的容量。

虽然上面参考依照附图的实例对本发明作了叙述，虽然本发明并不是那么受限制的，本发明可以在所附权利要求中公开的发明思想范围内，以各种不同的方式修改。

Claims (15)

1.数字CDMA蜂窝式无线网络中的一种数据传输方法，在网络中基地台(BTS1，BTS2，BTS3)和位于它们区内的移动台(MS)通信，其中

一个移动台可以和多于一个的基地台同时具有双工连接，其中

从多于一个的基地台发送的信号能在移动台内被最佳组合，其中

在多于一个基地台的情况下，从一个移动台接收的一个信号可在一个基地台控制器内被最佳组合，并且在这个网络中

通过使用一个预定的帧结构来实现业务信道传输，并且在这个蜂窝网络中

通过无线路径在基地台和移动台间传送不同类型的帧，其特征在于

在要传送的帧中，有关帧的类型用一个预定的帧识别符来指示，并且

如果经由几个路径同时接收的帧的帧识别符相同，则最佳组合这些帧，如果这些帧识别符不同，就不组合这些帧。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于帧识别符包括帧结构中派为此用的一个或多个位。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于帧识别符包括一个编码的符号。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于不同类型的帧可包含不同类型的用户数据或信令信息。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于当一个移动台接收到来自多于一个基地台的信号时，若帧识别符指示这些帧是数据帧，则将它们加到语音编码器；若帧识别符指示这些帧是信令帧，则将它们加到协议层。

6.根据权利要求4的方法，其特征在于当一个移动台在不同的时刻接收到来自多于一个的基地台的并包含有相同信息的帧时，若这些帧中的第一个在一个基地台被成功地接收，则后来接收到的并包含相同信息的那些帧就被去掉。

7.根据权利要求5的方法，其特征在于在协议层，决定加到协议层的信令帧的连接以及到达的删除的帧的连接。

8.根据权利要求4的方法，其特征在于当一个基地台接收到来自一个移动台的信号时，基地台根据帧识别符将数据帧和信令帧彼此分离，并且使用为此目的分配给每个类型的帧的专用信道将不同类型的帧传送到基地台控制器。

9.数字CDMA蜂窝无线网络中的一种基地台设备，所述设备包括一个或多个基地台发射机单元和一个基地台控制器，它控制一个或多个基地台发射机单元，这些基地台单元和位于它们区内的移动台通信；在这网络中一个移动台和多于一个的基地台发射机单元可以同时具有双工连接；在这网络中从多于一个的基地台单元发送的信号可在移动台内被最佳组合；而在多于一个的基地台单元的情况下，这个基地台设备包含用于最佳组合从移动台接收的信号的装置(10，51)；在这网络中，使用一个预定的帧结构来实现业务信道传输；在这网络中通过无线路径在基地台设备和移动台之间随机地发送不同类型的帧，其特征在于基地台发射机单元包括用于通过在要发送的帧中的一个预定的帧识别符来指示有关帧的类型和装置(50a-50c)，还在于基地台发射机单元包括用于识别一个移动台发送的帧的帧识别符的装置(50a-50c)。

10.根据权利要求9的一种设备，其特征在于不同类型的帧可包含不同类型的用户数据或信令数据。

11.根据权利要求10的一种设备，其特征在于在多于一个基地台单元的情况下，优先组合一个从移动台接收的信号的装置(10，51)包含用于组合用户数据(51)和用于组合信令信息(10)的分开的装置。

12.根据权利要求10的一种设备，其特征在于在多于一个基地台单元的情况下，最佳组合从移动台接收的用户数据的装置(51)放在代码转换器单元(TRAU)内。

13.根据权利要求9的一个设备，其特征在于在多于一个基地台单元的情况下，最佳组合从移动台接收的用户数据的装置(51)放在组交换器(GSW)内。

14.一种想要应用于数字CDMA蜂窝无线网络中的移动台，在网络中基地台和位于它们区内的移动台通信，而在此网络中一个移动台和多于一个的基地台发射机单元可同时具有双工连接，移动台包含用于最佳组合从多于一个基地台发送的信号的装置(34)；在此网络中在多地一个基地台的情况下，从一个移动台接收到的信号可在一个基地台控制器内被最佳组合；在此网络中通过使用一个预定的帧结构实现业务信道传输；并且在此网络中在基地台和移动台间随机地发送不同类型的帧，其特征在于移动台包括用于通过要发送的帧中的一个预定的帧识别符指示有关帧类型的装置(62)，用于识别一个基地台发送的帧的帧识别符的装置(33a-33c)，以及如果接收到的帧的帧识别符是相同的话，用于组合经由几个不同路径同时接收到帧的装置(34)。

15.根据权利要求14的一个移动台，其特征在于装置(34)受上一信令层控制(37)。

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