CN1108680C - 多速率数据通信的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中提供了一种多速率通信系统，从而允许在一个信道上为每个数据单元采用不同的数据速率，其中包括来自不同的移动单元和来自同一移动单元的数据单元。发射单元(102)的起动方式最好为，确定通信起动的速率，并通过使用例如一个RSSI检测器(106)来监视，从而显示应该改变的速率。速率调节器(105)实施这一改变，并可以以每一数据单元的频率进行改变。编码器(104)采用合适的速率，插入一个速率指示器以显示该数据或编码速率，并发送该数据单元(10)。在接收数据单元的过程中，接收单元(110)首先确定每个数据单元或单元组的速率，然后以适当方式将数据单元解码。结果，可以调节实际的数据吞吐量来实现吞吐量优化。

Description

多速率数据通信的方法和装置
本发明涉及在一种通信系统中的通信并特别涉及一种用于多速率数据通信的改进型方法。
近年来，对于能够处理数据通信的无线网络的需求已经出现了极剧的增长。为了迎合这一增长需求，大家一直在努力探索以找到用于数据通信的改进的更加有效的方法。一种被建议的这类方法是将数据通信的速率加倍。在语音通信情况下，对于那些具有更高数据速率的单元允许更高质量的信号时这一点最为重要，虽然在某些系统中通过使用户达到更低的速率也可能允许负载量增加(并由此产生在某种程度上更低的干扰等电平)。在非语音数据通信中事情则多少有些不同。由于数据速率直接影响到吞吐量，更多的用户将更乐于采用更高的速率，从而使发射/记帐时间保持最小值。然而，系统的灵活性仍然是很诱人的，它可允许受到更较高干扰电平的信道采用较低的速率，从而允许采用更高的纠错编码速率。
目前的或者已提出的多速率编码方案的一大限制在于，其速率通常是在通信对话的初始时确定的，虽然对于多少稳定的远端设备这一点可能极为适宜，但它并不允许在移动远端设备时或者周围环境的改变。这样，如果例如一个用户打算开始一次自PDA(个人数字助理)的文件传送，而该用户在进入一个阴影区(转到一个建筑物之后的拐角处，进入一条隧道，等等)之前恰好刚接收到一次分配，则通常要商定一个较高的数据速率。但是，由于大多数通信对话都可在阴影区内发生，因此持续使用较高的数据速率将导致误码及中断传输速度增加。类似地，如果用户在阴影区内起动通信，例如汽车库，但是该对话的大部分将在一个质量良好的覆盖区内完成，则实现该文件传送将需要较实际需求多相当多的时间。这对于用户和操作员而言都是极为不利的，用户的花费更高，而操作员的有限信道资源将被不必要地冻结，甚至会潜在地阻碍更高的优先级使用。最终，正如这两种事例所示，当具有差异很大的信道特征的多个用户接入到同一通信信道时，正如在现有技术系统中的两方所采用的单一速率至好也只是考虑对双方用户的不利影响的一种折衷。
因此仍然存在对一种改进装置的需求，以提供无线系统中的多速率数据通信，从而解决这些及其涉及问题。
根据本发明的第一方面，可提供在一种通信系统中的数据通信方法，其中包括：将一个第一数据单元以一种第一速率编码，包括插入一个同步序列和若干同步标记比特，其中同步标记比特构成第一数据速率的一个指示器；发射第一数据单元；确定应该改变第一数据速度；根据该确定步骤，将一个第二数据以一种第二速率编码，包括插入一个同步序列以及若干后续同步标记比特，其中若干后续同步标记比特构成第二数据速率的一个指示器。
第一编码步骤可包括，将一个服务数据单元均以第一数据速率编码成为多个分组数据单元；发射步骤可包括发射多个分组数据单元；确定步骤可包括确定多个分组数据单元中至少某一些的误码测量值超过了一个预定的阈值；而下一个编码步骤可包括将一个第二服务数据单元以第二数据速率编码成为多个分组数据单元。
第一数据速率最好为一种较高的吞吐率(throughput rate)，而第二数据速率为一种较低的吞吐率。
确定步骤最好包括，确定一个第一数据单元的误码测量值并将该误码测量值与一个预定的阈值相比较，还可包括确定一个信道质量的测量值并将该测量值与一个预定阈值相比较。
后续步骤可提供，确定应该改变第二数据速率，并将下一个数据单元以第一速率编码，其中包括插入一个同步序列和若干后续同步标记比特，其中若干后续同步标记比特构成一个第二数据速率的指示器。
根据本发明的第二方面，可提供一种在一个通信系统中进行数据通信的方法，其中包括：接收一个第一数据单元，该数据单元包含一个数据单元速率指示器。同步序列和若干同步标记比特；从数据单元速率指示器中确定第一数据单元是以多个速率中的哪一个进行编码的；并基于多个速率中所述的一个将第一数据单元解码。该方法可进一步包括：确定应该改变多个速率中所述的一个；并发射一个响应，以体现需要改变多个速率中所述的一个。
数据单元速率指示器最好包括一套同步标记比特中的一个，而第一数据单元包括一个同步序列和若干第一同步标记比特。该方法还进一步包括：接收一个第二数据单元，其中包括一个后续同步序列和若干后续同步标记比特；从若干后续同步标记比特中确定第二数据单元是以多个速率中的后续一个被编码的；并基于多个速率的所述后续一个将第二数据单元解码。
根据本发明的另一方面，可提供一种在一个通信系统中多速率数据通信的方法，其中包括：提供一个含有多个用于接收数据的子信道的信道；经由该信道从多个用户处接收多个数据单元，并且基于一个第一数据单元同步标记比特为一个第一数据单元确定第一数据单元的第一辅助信息，基于一个第二数据单元同步标记比特为一个第二数据单元确定第二数据单元的第二辅助信息，并基于第一和第二辅助信息将第一和第二数据单元分别解码。
第一辅助信息可以基于第一数据单元的多个标记比特被确定，第二辅助信息基于第二数据单元的多个标记比特被确定。第一辅助信息可以体现第一数据单元以之编码的第一编码速率，而第二辅助信息可以体现第二数据单元以之编码的，与第一编码速率不同的第二编码速率。
该方法可进一步包括：接收多个数据单元中的一个第三数据单元，该第三数据单元是经由与第一数据单元相同的子信道来自同一个通信单元的一个随后通信，并含有一个第三数据单元同步标记比特，其中第一辅助信息是关于第一和第三数据单元的，并且基于第一和第三标记比特被确定。
根据本发明的另一方面，可提供一种在一个通信系统中多速率数据通信的方法，其中包括：提供一个含有多个用于接收数据的子信道的信道；在该信道的一个第一子信道上接收一个第一数据单元，其中含有若干第一同步标记比特以体现第一编码速率；在该信道的一个第二子信道上接收一个第二数据单元，其中含有若干第二同步标记比特以体现第二编码速率；基于第一同步标记比特将第一数据单元以第一编码速率解码，并基于第二同步标记比特将第二数据单元以第二编码速率解码。
在本发明的另一方面，还提供有一种用于发送多速率数据通信的通信单元，其中包括：一个收发信机；一个与收发信机连接的处理器，其中包括一个可操作用于接收数据并将数据单元中的数据的每一个以多个速率中的一个的方式编码的编码器，以及一个可操作用于控制编码器从而将数据单元每一个以一种选定速率编码的速率调节器；一个与处理器相耦连的速率确定单元，可操作用于确定何时从第一数据单元的第一选定速率改变为随后第二数据单元的第二选定速率，并与速率调节器通信以改变至第二选定速率。
速率确定单元可以是一个信道质量检测器，用以确定与至少第一数据单元的质量测量值相对应的信道质量。信道质量检测器可以是一个比较装置，用于从接收数据单元的另一个通信单元处接收误码信息，并将该误码信息与一个阈值相比较，以确定何时从第一选定速率改变。编码器可包括标记比特插入装置，用以插入与选定速率相对应的一套同步标记比特中的一个。
此外，还提供有一个通信单元。用于接收多速率数据通信，其中包括：一个收发信机；一个与收发信机耦连的速率检测器，可操作用于通过检测作为选定编码速率的体现的每个数据单元的同步标记比特，确定在收发信机处接收到的数据单元的编码速率；以及一个与收发信机和速率检测器相耦连的解码器，用以基于选定的同步标记比特所指示的选定编码速率将每个数据单元解码。
下文将参照附图描述本发明的其他方面及最佳实施例。
图1为一个根据下文中详细描述根据本发明的一个实施例的无线通信系统的方框图；
图2的图表阐释了一个根据下文中详细描述的本发明的实施例的一个突发脉冲串结构；
图3的流程图阐释了一种用以根据本发明的最佳实施例发送多速率通信的方法；
图4的流程图阐释了一种用以根据本发明的最佳实施例接收多速率通信的方法。
通过根据本发明的改进方法可解决这些及其他问题。目前本发明的最佳实施例提供行进中的数据速率的改变。从而调节相同通信的数据单元的速率来考虑诸如信道质量的变化。发送单元确定起动通信的速率，并通过使用例如一个RSSI检测器来监视，从而显示应该改变的速率。速率调节器履行这一改变，并可以以每一数据单元的频率进行改变。编码器采用合适的速率，插入一个速率指示器以显示该数据或编码速率，并发送该数据单元。在接收数据单元时，接收单元首先确定每个数据单元或单元组的速率，然后以适当方式将数据单元解码。结果，可以调节实际的数据吞吐量来考虑各种迅速变化的因素，从而为用户保证优化的吞吐量并为操作员保证改进的通信资源的利用。
先参看图1，通信系统100通常被描述为含有经由基站(BS)110和基站控制器(BSC)115通信的一个或多个用户单元(即，移动台(MSS)101和102)。用户单元可以是下述多种类型，诸如专用数据单元(例如，个人数字助理(PDAS))，无线电话，包括那些为与数据终端进行耦连而做的修改(例如便携式计算机)，或者无线适配器设备(例如，为与计算机进行耦合而修改的无线调制解调器，消息衰减器等)，及其类似物。用户单元102最好包括一个处理器103和收发信机107，该处理器包括一个编码器104和速率调节器105。编码器接收数据输入，并通过采用来自诸如质量检测器106的一个速率确定单元的输入来应用由速率调节器确定的一个速率。由此，根据有关诸如信道质量的因素已经改变的一个确定，质量检测器106用信号通知速率调节器105，速率调节器以适当方式调节下一可调节数据单元的数据或编码速率，并插入适当的速率指示器。速率指示器最好从一套可能的数据单元同步标记比特的一个中选取，该套中的每一个都表示一个不同的速率。
基站(BS)110最好包括一个用于接收数据单元的收发信机111，一个用于确定编码或数据速率的速率检测器112，和一个解码器113。速率检测器被设计用于检测速率指示器并将在每个数据单元的解码过程中使用的适当速率通知给解码器。
用户102的编码器104和收发信机107(包括其他未示出的电路系统，诸如调制器)及其基础结构电路系统是根据一种服务系统协议为数据通信适当设计的。在所述情况下采用一种混合GPRS-GSM系统，虽然我们将看出，这里讨论的实施例同样可以应用于任何其他的无线通信系统，其中包括CDPD(蜂窝数字分组数据)，CDMA(码分多址)，以及诸如ARDIS或RAM的专用数据系统，在所述情况下，为语音用户服务的GSM系统部分包括一个与HLR/AuC(归属(home)位置寄存器/鉴别中心)130和PSTN(公共交换电话网)150相连的MSC(移动交换中心)125。GPRS部分包括一个与分组交换PDN(公共数据网)相连的GSN(GPRS业务节点)120。GSN120包括所有为数据信息的适当路由选择所必需的信息；选择性地它还可以与MSC 125相耦合，从而允许访问诸如HLR 130的公共平台上存储的更高层用户信息。
此外参考图2至4还可进一步了解本系统的操作。图2阐释了本发明一个实施例的帧/突发脉冲串200结构。GPRS信道的每一帧包括重复时隙或子信道，每一时隙都能够传送一次通信突发脉冲串。突发脉冲串201以扩展形式显示了这样一种突发脉冲串。该GPRS数据突发脉冲串包括编码数据和一个中速(mid-amble)调整序列，在同步序列的两则均有若干同步标记比特202。虽然我们已知在GSM系统的某些突发脉冲串中采用了两种类型的同步标记比特，这些现有应用将在业务信道上发送的特殊信号突发脉冲串与在信令和数据突发脉冲串之间的几个信道上发送的普通数据突发脉冲串区分开来的方面受到限制。在数据单元级上没有提供对速率的区分，而对于主要被设计用于语音数据的系统则期望做到这一点。在采用与GSM系统类似的突发脉冲串结构的GPRS系统最佳实施例中，通过采用一套最多四个可能的同步标记比特(例如，00，01，10和11)以显示出其数据单元的编码速率，便可有利地改进现有结构。当采用某种数据单元结构从而使一列突发脉冲串采用相同的编码速率时，例如将每个MAC(中速存取控制)码字格式化以占满含有四个突发脉冲串的一个突发脉冲串组，可以利用突发脉冲串组的所有四个突发脉冲串的同步标记比特来扩展该可能组(甚至可以发送除数据单元速率之外的其他信息)或者使其免于错误速率检测的侵犯(例如，通过突发脉冲串组的所有突发脉冲串的大多数投票)。
当发送数据时，如图3方法所述，通常最好以最高的可行速率来开始数据编码(301，302步)，除非某些现有的干扰显示或其他因素(诸如来自基站的广播消息)指示出其他情况。在假定大多数非语音数据的突发脉冲串特性的前提下，为实现传输的有效性，最好将数据消息拆散成为数据分组或信元，从而可将其进一步复用成为更小的数据单元，以适于某些协议。例如，在GpRs中已提议将数据分组组织成为一MAC层业务数据单元(SDUs)的一序列，这些SDUs中的每一个都被进一步构成四个分组数据单元(PDUs)，而PDUs中的每一个都被复用成为一个含有四个突发脉冲串的突发脉冲串组的自己的突发脉冲串周期(即时隙)。由此显示而易见，基于一种给定系统，单元或协议的实施特征存在有许多种可能的结构。非常重要的一点在于，本发明允许在同一信道内在所有的用户之间，甚至在同一用户的紧临的突发脉冲串/数据单元之间的通信速率可以变化。这一点进一步保证了对用户和操作员均实现更为有效的信道利用。
在发射数据之后，发送单元接收信息，用以确定适当的数据速率。在大多数情况下，这可能是来自接收单元的反馈。例如，发送单元通常接收ACD(确定)，NACK(非确定)或者甚至S-ACK(选择性确定)信令，以通知它是否该传输已被正确接收。在反送回实际传输质量的测量值(诸如RSSI(接收信号强度显示)或BER或WER(误码率或误字率)时，质量检测器106最好将该测量值与一个或多个阈值相比较，以确定是否需要调节该速率(第304，306步)。在替代情况下，可以采用一种相应的质量测量，例如通过测量来自基站110的任一下行线路信令(甚至同一信道上的相邻子信道)的质量(RSSI，WER，等等)，由于所采用的传输路径相同，因此该测量值应该给出上行线路信道质量的相当准确的指示值。在速率确定单元中也可利用除信道质量以外的其他信息，其中包括专用控制信令的利用，包括但并不局限于用以引导用户以指定速率发射的广播消息。
在接收到适当的信息之后，检测器106确定应该执行的传输速率或者在替换情况下的编码速率，并将这一信息通知给速率调节器105(第303，304步)。然后，速率调节器105控制编码器104将数据单元以适当的速率进行编码。
在由基站110(也可以是下行线路或者同级间通信)阐示的接收单元处，最好通过首先检测数据单元的速率指示器从而将多速率数据解码。再一次，对于象GPRS的系统，速率指示器最好为若干数据单元标记比特，因此通过与突发脉冲串的同步序列同步并读取标记比特来实现解码(图4中的401步)。根据现有的一套标记比特，采用相应的编码速率来实现数据单元的解码(第402，403步)。
虽然本发明已经伴随其特殊实施例得到了描述，但显而易见的是，根据上述描述对于本领域的熟练技术人员而言许多替换，修订和改变都是很明显的。例如，虽然处理器102，检测器106和112，以及其他电路是依据专用的逻辑/功能电路系统关系被描述的，但熟练的技术人员将了解到这一点可以以多种变化方式来实施，例如以适当方式配置及设计处理器，ASICs(应用特殊集成电路和DSPs(数字信号处理器)。而且，本发明并不局限于所示的蜂窝系统，而是可以应用于任何数据系统。由此，应当理解到，本发明并不受上述最佳实施例描述的限制，在所附权利要求书的精神和范围内可以接纳所有这些替换，修订和改变。

Claims (4)

1.一种用以在一个通信系统中在一个公共传输信道上从多个发射机到一个单一接收机进行数据通信的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
以第一数据速率将来自第一发射机的第一数据单元编码，其中包括在每个第一数据单元中插入一个同步序列和若干同步标记比特，其中所述的若干同步标记比特构成第一数据速率的指示器；
在公共传输信道上将第一数据单元从第一发射机传输至单一接收机；
以低于第一数据速率的第二数据速率将来自第二发射机的第二数据单元编码，其中包括在每个第二数据单元中插入一个后续同步序列和若干后续同步标记比特，其中若干后续同步标记比特构成第二数据速率的指示器；
在公共传输信道上将第二数据单元从第二发射机传输至单一接收机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
再确定应该改变第二数据速率；
根据后续确定步骤，将下一个数据单元以第一速率编码，其中包括插入一个同步序列和若干后续同步标记比特，其中若干后续同步标记比特构成第二数据速率的指示器。
3.一种用以在通信系统中进行通信的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将第一业务数据单元以第一数据速率编码成为多个分组数据单元，其中包括插入一个同步序列和若干同步标记比特，其中同步标记比特构成第一数据速率的指示器；
发射多个分组数据单元；
确定多个分组数据单元中至少某些的误码测量值超过一个预定阈值；
基于多个分组数据单元中至少某些的误码测量值，确定第二数据速率；
将第二业务数据单元以第二数据速率编码成为多个分组数据单元，其中包括一个后续同步序列和若干后续同步标记比特，其中若干后续同步标记比特构成第二数据速率的指示器。
4.一种用以发送多速率数据通信的通信单元，其特征在于，包括：
一个收发信机；
一个与收发信机相耦连的处理器，其中包括一个可操作用于接收数据并将数据单元中的数据每一个以多个速率中的一个的方式编码的编码器，以及一个可操作用于控制编码器从而将数据单元每一个以一种选定速率编码的速率调节器；
一个与处理器相耦连的速率确定单元，可操作用于确定何时从第一数据单元的第一选定速率改变为随后第二数据单元的第二选定速率，并与速率调节器通信以改变至第二选定速率。
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