CN1109420C - 在移动通信网内A－Bis和A接口上传送用户数据 - Google Patents

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Abstract

首先将一个同步帧按全球移动系统(GSM)08.60规范格式化后发送。在代码转换器/速率适配器单元(TRAU)(40)和为移动台(60)服务的特定基站收发信台(BTS)(50)之间完成初始同步过程后，利用经修改的GSM08.60帧传送更多的用户数据净荷通过所建立的通信链路。经修改的帧以用户数据代替包括在按GSM08.60格式化的数据帧内的一些同步比特，从而将数据净荷从传统的13.5Kbit/s增加到更为所需的14.4Kbit/s，但并不改变IWF和BTS(50)支持的标准的16Kbit/s的传输率。

Description

在移动通信网内A-Bis和A接口上 传送用户数据
本发明与通信网有关，具体地说，与在公众陆地移动网内A-Bis和A接口上传送用户数据的技术有关。
随着移动通信系统(如全球移动系统(GSM)通信标准)的不断发展，移动用户和相应的移动终端能在现有的移动通信网上的以比传统的语音数据率高得多的数据率进行非语音的用户数据通信。这种数据业务包括ISDN连接、传真传输、调制解调器连接等如在GSM规范内提出的各种规定的承载业务。结果，一种称为互通功能(IWF)的通信模块已经开发出来，对从一个通信网传输到另一个互联的通信网的这种用户数据进行协议适配。因此，IWF能与诸如公众分组交换数据网(PSPDN)或公众电路交换数据网(CSPDN)之类的网络互连。此外，它也用于所连接的网络就是公众电话交换网(PSTN)或综合业务数字网的情况。这样的IWF可以与移动交换中心(MSC)功能一起实现，也可以由独立装置执行。由于IWF利用以第一数据率发送的第一协议传送这样的数据，而为具体移动台服务的基站收发信台(BTS)利用以第二数据率发送的第二协议传送同样的数据，因此需要在这两者之间配置一个称为代码变换器/速率适配器单元(TRAU)的装置。建立在IWF和相应TRAU之间的第一通信链路称为A接口，而建立在TRAU和服务BTS之间的第二通信链路称为A-Bis接口。于是，互连TRAU起着促进两个不一致的通信链路之间的数据通信的作用。
按照国际电报和电话咨询委员会(CCITT)的规范，例如，遵从CCITTV110规范格式化的数据帧在A接口上以9.6Kbit/s的用户数据率传送。类似，遵从GSM 08.60规范格式化的数据帧在A-Bis接口上以13.5Kbit/s的用户数据率传送。这样，互连TRAU就执行所连接的A接口和A-Bis接口之间的数据变换和适配。
随着移动通信网内高容量数据通信的要求的增加，移动用户和相应应用要求服务网支持14.4Kbit/s的用户数据传输率。然而，由于服务A接口只能传输13.5Kbit/s的用户数据，因此用传统的方式不能达到与移动终端的14.4Kbit/s高要求数据连接。
业已引用了若干解决方法来解决上述数据净荷问题。有一种解决方法是利用“双倍TRAU”帧在服务BTS和IWF之间传送14.4Kbit/s数据净荷。按GSM 08.60规范格式化的两个相继的TRAU帧用来达到帧的16Kbit/s，以便包括14.4Kbit/s的用户数据净荷。由于每个TRAU帧的长度为20ms，因此双倍帧占40ms。
然而，由于服务BTS内的所有可用模块，如信道编码块，都是基于20ms数据帧工作的，引入40ms的帧，必需相当大地修改和变动这些可用模块，缓存从TRAU接收到的进入数据，以及延迟发送从移动终端接收到的送出数据。此外，由于GSM规范要求在A-Bis接口上传送20ms的帧，因此引入不同长度的帧将在服务的移动通信网内产生通常的不兼容问题。
所以，需要有一种机制，能在服务的移动通信网上传送14.4kbit/s的用户数据净荷，同时又保持在A-Bis接口内帧长为20ms。
本发明揭示了一种方法和装置，利用遵从经修改的GSM 08.60的具有较少同步比特的数据帧在互通功能(IWF)节点和服务基站收发信台(BTS)之间传送14.4Kbit/s的用户数据净荷。首先，用一个能传送13.5Kbit/s用户数据的20ms数据帧同步码变换器/速率适配器单元(TRAU)和服务基站收发信台(Bis)之间的通信链路。所发送的数据帧包括若干个数据字，每个数据字由16个数据比特组成。所发送的数据帧的最前面的第一个字用16个零初始化，表示初始同步数据。其余各字的第一个比特用值“1”初始化，表示附加同步数据。通过首先发送这个用GSM08.60格式化的数据帧，进行同步，在它们之间建立一个通信链路。此后，就在服务BTS和TRAU之间发送用经修改的GSM 08.60格式化的数据帧，传送14.4kbit/s的用户数据净荷。在这种经修改的帧中，从第三个字起在传统的GSM 08.60帧中表示附加同步数据的第一个比特用来传输附加的用户数据。因此，这些经修改的GSM 08.60帧能支持14.4kbit/s的用户数据率。这种经修改的GSM 08.60数据帧以类似的方式从服务BTS一路传送到IWF，在A和A-Bis接口上达到14.4Kbit/s的净荷数据率。
参照以下结合附图所作的详细说明可以对本发明的方法和装置有更完全的理解。在这些附图中：
图1为包括一个A-Bis和A接口的通信链路的方框图，这个通信链路用来将用户数据从所连接的通信网传送给移动台；
图2为一个按GSM 08.60规范格式化的数据帧的方框图；
图3为一个按本发明原理格式化的经修改的数据帧的方框图；
图4为示出在服务基站收发信台(BTS)和所连接的代码转换器/速率适配器单元(TRAU)之间同步和用户数据传送情况的信号顺序；
图5为一个用来检测帧游移的比特窗的方框图；以及
图6为按本发明原理在服务互通功能(IWF)和服务BTS之间建立的通信链路的方框图。
图1为将用户数据从所连接的通信网(如公众电话交换网(PSTN)20)传送给移动台60的通信链路的方框图。随着在公众陆地移动网(PLMN)内用户应用的进一步开发，业已开发了一系列高容量的非语音数据业务。这些业务包括如在TS GSM 02.02和TS GSM 02.03中所规定的所有电路交换业务以及其他GSM 2+业务，包括传真传输、高速电路交换数据(HSCSD)、高速调制解调连接和普通分组无线电业务(GPRS)。结果，一种称为互通功能(IWF)10的通信模块业已开发出来，支持这种用户数据从一个诸如所连接的PSTN20这样的通信网到服务PLMN30的传输和协议适配。IWF10通常可以与为指定地理区域服务的特定移动交换中心(MSC)配置在一起(如图1所示)，也可以作为一个独立的通信节点配置。IWF10接至代码变换器/速率适配器单元(TRAU)40、而TRAU40再接至若干个为处在服务MSC覆盖范围内的移动台60提供无线电覆盖的基站收发信台(BTS)50(图1中只示出一个)。
建立在IWF10和TRAU40之间的通信链路70在全球移动系统内称为“A接口”，利用按国际电报和电话咨询委员会(CCITT)V110格式化的帧在它们之间传送用户数据。A接口70在进行载有9.6Kbit/s用户数据净荷的5msCCITT V110帧的通信时每个信道能传送16Kbit/s数据。剩下的带宽(为16Kbit/s减去9.6Kbit/s)用来传送同步和控制数据，支持在服务IWP10和TRAU40之间的9.6kbit/s用户数据净荷的通信。建立在TRAU 40和服务BTS50之间的通信链路80在GSM规范内称为“A-Bis”接口。按照规定在TRAU 40远离BTS50时BTS 50和TRAU40之间传送的语音和数据帧的格式的GSM 08.60的规范，A-Bis接口80在传送按GSM 08.60格式化的20ms数据帧时支持16Kbit/s的数据率。利用按GSM 08.60规范格式化的“TRAU帧”，在BTS 50内的信道编码解码器单元(CCU)50和TRAU 40之间传送数据。在这些帧内纳入语音/数据、同步模式和配合TRAU的控制数据加以发送。这样，16Kbit/s数据中只有13.5Kbit/s用于传送用户数据，而剩下的带宽用于它们之间的同步和控制数据通信。TRAU 40执行必要的代码变换和速率适配，支持IWF 10和BTS30之间的用户数据通信。
随着高容量的数据应用的要求的增长，移动用户和相应的移动终端要求服务移动网支持14.4Kbit/s用户数据传输率。然而，如前面所述，由于A接口70只能传送9.6Kbit/s用户数据净荷，而A-Bis接口80只能传送13.5Kbit/s用户数据净荷，因此所要求的较高容量的数据传输率利用现有协议是不能实现的。
下面参见示出按GSM 08.60的规范程式化的用来在A-Bis接口上传送用户数据的数据帧的图2。每个数据帧100包括320个数据比特，组织成若干个数据字，每个数据字包括16个数据比特。因此，每个数据帧有20个字，每个字有16个比特，总共有320个比特。为了能使所发送的数据帧同步，每个数据帧的最前面的第一个字用一系列零初始化，而随后的每个字的第一个比特用值“1”初始化。这样就将16个零110置于每个数据帧100的第一个字，后面是置于随后的每个字的比特位置序号1处的19个“1”120。第二个字内剩下的19个比特C1-C15用来传送必需的控制数据130。于是这个数据帧的其余部分(数据区140)可用来传送用户数据。由于320个比特中有50个比特用于同步和控制数据，每个帧只剩下270个比特在A-Bis接口上传送用户数据。由于按GSM08.60格式化的帧的帧周期是20ms，因此在每一秒内能以13.5Kbit/s(270×50)的用户数据净荷率在形成的A-Bis接口上传送50个这样的帧。
图3为按照本发明的原理格式化的经修改的数据帧150的方框图。为了增加用户数据净荷而不改变帧的长度或持续期(即不改变总传输率)，基于现有的GSM08.60的数据帧经修改后用来传送增加的用户数据。每个数据帧150的第一个字仍用表示同步数据的16个零初始化。每个帧内第二个字的第一个比特160也用值“1”初始化。第二个字内的剩下的比特C1-C15 130与传统方式一样用于通信控制数据。剩下的18个字(即字3-20的比特1-16)构成数据区170，用来按本发明的思想在A-Bis接口上传送用户数据。各有16个比特的18个字共有288个比特，每秒50个这样的帧就构成了14.4Kbit/s的用户数据净荷率。如果要求更高的数据率，控制数据C1-C15 130内的一些备用比特还可以用来传输附加的用户数据。如果再除去所有控制比特中的一些比特，可以达到最高为15.5Kbit/s的用户数据率。
图4为示出在服务基站收发信台(BTS)50a-50b和所连接的代码变换器/速率适配器单元(TRAU)40之间用户数据的同步和传送的信号顺序图。响应来自基站控制器(BSC，现示于图4)，第一BTS 50a向提出请求的TRAU40发送一个同步帧200。由于14.4Kbit/s数据信道编码交织深度长，在初始同步过程期间没有任何用户数据可发送。所以，所发送的这个同步帧不含有任何用户数据，只是用来同步和建立一个通信链路。因此，由于不需要用初始同步帧传送14.4Kbit/s用户数据净荷，所发送的TRAU帧200就按照完全如图2所示的标准GSM 08.60规范格式化。这样的比特模式将保证在诸如A-Bis接口那样的静态脉冲编码调制(PCM)链路上不会发生虚假同步。然后，TRAU40对进入的比特流进行扫描，测试每个比特及其相邻的一些比特，以确定是否存在预定的同步比特模式。如果TRAU 40检测到预定的同步比特模式，就向第一BTS 40a发回一个确认信号210。于是，TRAU 40与第一BTS 50a互相同步，现在就能进行用户数据通信了。因此，在初始同步过程后，TRAU和第一BTS 50a已发现同步帧的相位，将开始监视数据通信的相位。为了监视后继的数据帧以进行数据通信，按照本发明构思使用的是完全如图3所示的经修改的GSM 08.60数据帧(称为Data帧)。如前面所述，TRAU帧内同步比特中有一些用来发送附加的用户数据。此外，在同步数据的一个比特内置入了一个指示符，指示所发送的数据帧是按经修改的GSM 08.60规范格式化的。因此，数据帧220在第一BTS50a和TRAU40之间利用与用初始同步帧200建立的相同的帧同步位置以14.4Kbit/s用户数据净荷传送。在这种只发送同步的Data帧(基于经修改的GSM 08.60的数据帧)220的稳态情况下，需要处理A-Bis接口上的帧游移。影响将是在这样的帧游移期间错位两个比特。这种错位必需立即检测出来加以校正，以免发生数据移位和其他有关的传输差错。下面将结合例示检测帧游移的比特窗的图5加以说明。将一个具有21个比特的较宽的搜索窗250置于所预期的一个通信Data帧内同步模式位置(16个零后接一个“1”)。由于两个比特的错位将出现在一个Data帧的前端260或后端270，通过扫描附加在每个同步模式的前端和后端的两个比特，就能对这种帧游移定位，从而可以依此重新调整相应的同步位置。如果这些帧在搜索窗250内不能重新对准，就会引起更为严重的干扰，所以需要重新激活初始同步过程，重新使准位置同步。作为例子，如果BTS 50a失去同步，它将发送另一个同步帧，重新触发如图4中所示的初始同步过程。另一方面，如果TRAU 40失去同步位置，它将通过发送如在TS GSM 08.60为增强的全速率语音规定的带有上行链路成帧差错(UFE)的带内信令间接地触发初始同步过程。于是，BTS 50识别到TRAU40已失去同步位置，同样也发送另一个同步帧200，重新启动完全如图4中所示的初始同步过程。
在相应移动台已离开第一BTS 50a覆盖区而进入第二BTS 50b覆盖区域的情况下，第一BTS 50a需要将连接转交给提供服务的新的第二BTS 50b。因此，也必需监视同步位置，以检测这种基站控制器(BSC)内的切换(第一BTS 50a和第二BTS 50b由同一个BSC管辖，从而这种切换标为BSC内切换)。回到图4，假设移动台已进入第二BTS 50b覆盖区域，需要接受这个新的BTS 50b提供的移动服务。从而，第二BTS50b向相应的TRAU40发送一个按GSM 08.60格式化的新的同步帧240。由于所发送的同步帧240包括16个零后接19个“1”，因此保证“命中”作为同步模式由第一BTS 50a发送的16个零之一。这样，TRAU40检测到这样的命中后就认识到已发生了BSC内切换。作为响应，TRAU40将它的位置重新与第二BTS 50b同步后，再向第二BTS 50b发回一个确认信号250。上述情况的唯一例外是由第二BTS 50b规定的新的帧位置与在第一BTS 50a和相应TRAU40之间已经建立同步位置一致。这种一致也包括如图5所示的两个比特的帧游移。然而，在这种情况下不需要重新同步，只需要在第二BTS 50b和相应TRAU40之间根据帧游移进行必要的重新调整。此后，就可利用以上充分说明的Data帧(经修改的GSM 08.60)200支持14.4Kbit/s用户数据传输。
下面结合图6说明按本发明原理在服务IWF10和服务BTS 50之间建立的通信链路。不是在A接口70和A-Bis接口80上利用两种不同的数据率和帧协议传送用户数据，而是同样用完全如上所述的Data帧(经修改的GSM 08.60数据帧)150传送，通过IWF-BTS连接30。因此，在服务BTS 50和TRAU40之间完全如上面所述那样建立了数据通信后，就在TRAU40和IWF10之间以同样的方式建立通信链路70。因此，发送一个如在GSM 08.60规范中所提出的那样格式化的初始同步帧，同步TRAU40和IWF10之间的帧连接。此后，就传送在所连接的A-Bis接口上接收到的按本发明原理格式化的Data帧150，将14.4Kbit/s用户数据净荷传送给IWF10。这样，在A接口70和A-Bis接口80之间不存在数据率或帧协议的不兼容问题。因此，TRAU40不再需要起速率适配器的作用，而只是起一个将两个通信链路相互连接在一起的数据中继设备的作用。
因此，通过修改基于现有的GSM的数据帧，可以维持20ms帧长和16Kbit/s总传输率，从而避免了需要花费资金重新设计提供服务的移动通信网内的基础设施。
虽然以上结合附图详细说明了本发明的方法和装置的优选实施例，但可以理解本发明并不局限于这里所揭示的实施例，根据所附权利要求列出和限定的本发明的精神实质可以进行各种调整、修改和替换，所有这些都应属于本发明专利保护范围。

Claims (17)

1.一种在移动台和通信网之间传送用户数据的通信系统，所述系统包括：
一个与所述通信网交流用户数据的第一通信节点；
一个与所述移动台交流用户数据的第二通信节点；
一个速率适配器；
一个将所述第一通信节点与所述速率适配器相连的第一通信链路；
一个将所述第二通信节点与所述速率适配器相连的第二通信链路；
一个包括能在所述第二通信链路上传送的第一同步数据的第一帧，用来建立和同步所述第二通信节点和所述速率适配器之间的通信；以及
一个能在所述第二通信链路上传送的第二帧，用来在所述第二通信节点和所述速率适配器之间传送用户数据，所述第二帧具有比在所述第一帧内能容纳的更大的用户净荷，因为所述第一帧内的第一同步数据有一部分用附加用户数据代替，其中所述用户数据包括所述附加数据。
2.权利要求1的系统，其中所述第一通信节点包括一个在所述PLMN内的互通功能节点。
3.权利要求1的系统，其中所述第二通信节点包括一个与所述移动台通信的基站收发信台。
4.权利要求1的系统，其中所述第一通信链路包括一个符合全球移动系统通信协议的A接口。
5.权利要求1的系统，其中所述第二通信链路包括一个符合全球移动系统通信协议的A-Bis接口。
6.权利要求1的系统，其中所述速率适配器包括一个代码转换器/速率适配器单元。
7.权利要求1的系统，其中所述第二帧能以14.4Kbit/s或更高的速率传送用户数据。
8.权利要求1的系统，其中所述第二帧还包括一个指示所述第二帧以14.4Kbit/s或更高的用户数据率传送的指示符。
9.根据权利要求1的系统，其中所述第二帧进一步包括多个字，而第一字包括第二同步数据，第二字的第一比特包括所述第二同步数据，而所述多个字的其余字包括所述用户数据。
10.根据权利要求1的系统，其中所选择的一个速率适配器和第二通信节点进一步包括一个搜索窗口，用于检测第二帧中的一个帧滑动。
11.一种在通信网内的一个第一通信节点和一个第二通信节点之间传送用户数据的方法，所述方法包括下列步骤：
发送一个包括同步数据的第一帧，所述第一帧按从所述第一通信节点至所述第二通信节点的第一通信协议格式化，所述发送所述第一帧还包括建立和同步所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的一个通信链路；以及
发送一个按第二通信协议格式化、用来在所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的所述通信链路上传送所述用户数据的第二帧，所述第二帧具有比在所述第一帧内能容纳的更大的用户净荷，因为所述第一帧内的同步数据有一部分用附加用户数据代替，其中所述用户数据包括所述附加用户数据。
12.权利要求11的方法，其中所述第一通信协议包括基于全球移动系统08.60的协议，其中所述第一帧包括第一多个字，所述多个字的第一个字用为零的值初始化，而所述多个字的其余的字的第一比特都用为“1”的值初始化，以便同步。
13.权利要求11的方法，其中所述第二通信协议包括基于经修改的全球移动系统08.60的协议，其中所述第二帧包括第二多个字，所述第二多个字的第一个字用为零的值初始化，而第二个字的第一个比特用为“1”的值初始化，以便同步。
14.权利要求11的方法，其中所述第二帧还包括一个指示所述第二帧采用所述第二通信协议传送的指示符。
15.权利要求11的方法，其中所述第一通信节点包括一个代码转换器/速率适配器单元。
16.权利要求11的方法，其中所述第二通信节点包括一个基站收发信台。
17.根据权利要求11的方法，进一步包括在第二帧中包括一个帧滑动。
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