CN1113575C - 移动电信网内的方法和装置 - Google Patents

Abstract

揭示了在移动电信网内将信道分配到多时隙连接的一种方法和装置，所述方法包括如下步骤：将所有可用信道分成多时隙资源组(RG)；选择满足如下要求的一个RG：标识——满足有关移动终端的移动等级要求，所请求信道数以上尽可能少的空闲信道，属于最低可接受TCH容量组，遵循BCCH频率上非跳频TCH的所选策略，具有最低干扰，如果使用了跳频在尽可能多的频率上跳频的——至少是所请求的空闲信道数。

Description

移动电信网内的方法和装置

技术领域

本发明涉及基站和移动终端之间移动通信的领域，更具体地涉及时分多址(TDMA)系统(例如GSM系统)中高传输速率的连接。

背景

在TDMA系统中，基站和移动终端之间的通信是在信道中进行的。多条信道借助时分复接在一个载波频率上发射。每个载波频率上的传输在时隙中进行，而且每条物理信道占据一个时隙。举例而言，在GSM中，八条物理信道同时可以共享同一载波频率，即八个时隙组成一帧。一条业务信道(TCH)占据一条物理信道，一个连接通常包括一个TCH。用这种方式，所有连接都以同一最大比特率传递。目前，有效负荷信息的最大比特率是9.6千比特/秒。

根据GSM标准，可以使用跳频，即以规则间隔改变载波频率，使多径衰落和信道之间干扰的影响最小。

高速线路交换数据(HSCSD)已经引入GSM标准，实现较高传输速率的连接。HSCDS连接使用信道的多时隙配置发射数据，即允许一条连接占据一个以上的信道，也就是每帧中一个以上的时隙。支持HSCSD的网络结构允许一条连接最多使用八个独立的全速率业务信道，以实现高于一般比特率八倍的比特率。

不同的移动终端能够处理不同数目的信道。最大上行链路信道以及下行链路信道数，以及总最大信道数可以分别限制。在GSM标准中，定义了18个不同的移动等级，规定了移动终端能够处理的信道数目。也规定了其它限制；例如一些移动终端只能处理多时隙连接中的连续信道，而其它则可以处理任意信道组合。最简单的移动等级只处理一条上行链路信道和一条下行链路信道。最先进的移动等级在每个方向上处理多达八条信道，而且可以使用任意信道组合。

GSM标准表明，如果使用跳频的话，被分配到多时隙配置中一条移动连接的所有信道必须有相同的训练序列码(TSC)、跳频号(HSN)、移动分配(MA)以及移动分配索引偏移(MAIO)。如果不使用跳频，相同多时隙配置中使用的所有信道必须有相同的TSC和绝对无线频道(ARFCN)。这意味着多时隙配置中的所有信道必须同时在相同频率上用相同的TSC发射和接收，即使使用了跳频也是如此。

根据GSM标准，可以使用不同语音版本，根据使用的移动终端类型而定。版本I全速率是原始语音版本，而且仍然被一些移动终端所使用。后来，版本II、增强全速率和半速率被加入。不同信道支持不同的语音版本。一条信道可以只支持一个语音版本或几个不同的版本，根据使用的网络设备而定。

对于占据一条信道的标准连接，已经揭示了将一条信道分配到一个连接的算法。例如，US专利5,448,750揭示了动态信道分配方法。根据在以前连接中的信道性能将其按优先级列表排队。

但是，没有合适的方法将一条以上信道分配给一个连接。如果一个连接需要使用多条信道，通常使用指定一条信道的已知算法。如果有其它空闲信道满足多时隙连接的要求，即在同一频率上并用相同跳频图案发射，这些信道就可以被用于多时隙连接。根据所使用的移动终端，用于多时隙连接中的信道可能必须占据帧中的连续时隙，这是不可能用已知方法来保证的。因此实际上没有办法确保所需数目的附加信道可以被加入。

在大多数移动电话系统中，使用信道间隔，即用于一条连接的上行链路载频和下行链路载频总是处于彼此间隔规定距离的位置。当一个载频被选入一个方向时，用于另一个方向的载频也就给定了。因此，当两个方向上都需要高传输速率时，必须确保所需的信道数目能够在上行链路和下行链路载频上提供。

理想地，多时隙连接分配应该满足下面所列的要求：

●最大无线接口数据率应该尽可能地高。

●空闲信道的选择应该用使建立随后多时隙信道的机会最大的方式。

●空闲信道的选择应该用这样的方式：使合适的信道分配给随后请求的语音连接。因此，支持最大数目语音版本的信道如果可能的话应该保留空闲。

●空闲信道的选择应该遵循经营者有关BCCH频率上无跳频TCH而优选的策略。

●应该选择干扰低的信道。

●信道的选择应该用这样的方式：通过以有效方式使用跳频，使干扰和多径衰落在系统中影响最小。

●信道分配算法应该是较快的。

●信道的选择应该用这样的方式：在上行链路方向和下行链路方向上允许所需的信道数。

发明概述

本发明的一个目的是定义一种为所要求容量的多时隙连接选择并分配信道的方法。

发明的另一个目的是用使连接之间干扰最小的方式将信道分配到多时隙连接。

另一个目的是与现有技术解决方案相比，降低多时隙配置中信道分配所需的时间。

还有一个目的是实现满足如上所列要求的方法。

根据本发明，这些目的是通过一种在移动电信网的基站和移动终端之间将信道分配到高传输速率连接的方法来实现的，所述高传输速率连接是通过允许一个连接占据一条以上物理信道来实现的，所述方法包括如下步骤：

—将可用于在移动网发射业务流的所有信道分成组，每组包括可分配给网络中一个连接的所有信道；

—当请求一个连接时，指定该连接所需的多条信道；

—为连接选择一个合适的组。

为了改进该选择，方法可以包括如下附加步骤：

—标识将参与连接的移动终端的移动等级。

—标识至少具有所需空闲信道数的组。

—如果没有组至少具有所需数目的空闲信道，标识具有最多空闲信道数的组。

—标识具有所需信道数以上最少空闲信道数的组。

—标识最低可修改的TCH容量组中的组。

—标识具有最低干扰级别的组。

—标识遵循在BCCH频率上指定业务信道的所选策略的组。

—标识在最大频率数以上跳频的组。

根据发明的方法可以对下行链路信道、上行链路信道或二者来执行。

也揭示了用于移动电信网的网络分配节点，所述节点包括：

—可以一起用于基站和移动终端之间连接的所有信道组列表，

—实现发明方法的装置。

发明提供了如下优点：

根据发明可以对每个连接建立实现最高可能的总无线接口传输速率。

相比现有技术解决方案，多时隙信道分配实现高传输速率的成功概率增加了。

相比现有技术解决方案，对进一步的语音连接分配支持所请求语音版本的信道的概率增加了。

当分配多时隙配置时，空闲信道的选择可以使多径衰落最小并实现干扰平均，得到改善而且更一致的语音质量并能够缩短频率复用距离。

附图的简要描述

图1表示根据TDMA，基站和移动终端之间的信令原则，

图2表示移动电话网的基本组成模块，

图3A-3E表示(某种程度上简化的)GSM系统中使用的不同信号格式，

图4表示根据GSM协议的下行链路控制信令原则，

图5是根据发明分配下行链路多时隙连接过程的流程图。

实施例的详细描述

图1表示移动电话网中基站1和移动终端3之间的传输。通过时分复接多条信道(通常是八条)共享同一载波频率。

从基站1到移动终端3的传输方向被称为下行链路或前向，并用箭头5表示。从移动终端3到基站1的传输方向被称为上行链路或反向，并用箭头7表示。

通常，下行链路和上行链路传输使用不同的频段。这称为频分双工(FDD)。很少使用时分双工(TDD)，即两个方向上使用相同频率但不同时间。

图2表示移动电信网的基本组成模块。同图1，有基站11与移动终端13通信。下行链路方向用箭头15表示，上行链路方向用箭头17表示。基站11连接到主要控制无线网络的基站控制器(BSC)19。它最重要的任务是确保移动网络资源的有效使用。几个基站可以连接到一个BSC。

BSC 19连接到移动交换中心(MSC)21，执行与移动网内呼叫处理有关的所有交换功能。MSC 21一般连接到公共业务电话网(PSTN)23，并到其它电信网，正如本领域中常见的那样。

BSC执行如下功能：

●分配网络资源，例如无线信道，

●管理服务小区描述数据以及服务小区配置数据，例如服务小区全局标识(CGI)、基站标识码(BSIC)和BCCH号，

●管理系统信息数据和定位数据

●业务流及事件测量，例如呼叫尝试次数、阻塞、越区切换数的测量等。

●空闲信道测量，例如以对呼叫干扰最小的方式分配信道

●业务统计，呼叫过程中跟踪事件，例如检测网络故障。

正如对技术人员显而易见的，这些功能可以用不同方式实现，而且不必在同一单元中。同样，BSC和MSC功能可以在一个单元中实现。对本发明重要的功能主要是资源分配功能。

根据发明，所有可用的多时隙RG列表存储在BSC 19中。BSC 19也包括为请求的连接选择恰当的多时隙RG的装置。选择根据结合图5描述的方法来实现。

TDMA系统中的信令

在TDMA系统中，每个载波频率分成多个时隙。在本例中，如图1所示，有八个时隙TS0，TS1，...，TS7。这八个时隙组成一个TDMA帧，如图1所示。26或51个帧组成一个复帧。一串帧中的相同时隙，例如所有帧中的0时隙，被称为一条物理信道。

一个物理信道可以用于在不同时间传输不同的逻辑信道。逻辑信道可以是传输有效负荷的业务信道，或者是传输不同类型控制信息的控制信道。一个电话呼叫在通话过程中每个方向使用一条物理信道进行传输。

控制信道上的信息在突发中携带。一个突发包括预定长度的一串帧中相同时隙内的信息。不同类型的突发在图3A-3E中表示，做了一定程度的简化。

图3A表示正常突发，用于在业务信道和某些控制信道上携带信息，例如BCCH和PCH。第一个八比特是拖尾比特TB，标志一个开始点。以下的比特序列携带加密数据或语音。然后跟随训练序列码(TSC)，即均衡器用于产生信道模式的规定比特图样，以及另一个加密数据或语音。最后八比特又是拖尾比特TB，此次标志为结束点。拖尾比特总是置于0，0，0。

图3B表示频率校正突发，用于移动终端的频率同步。八个拖尾比特TB后跟随一串固定比特和另八个拖尾比特TB。

图3C表示同步突发，用于移动终端的时间同步。包括八个拖尾比特TB、一串加密比特、长同步序列、另一串加密比特以及另八个拖尾比特。加密序列携带TDMA帧号(FN)以及基站标识码(BSIC)信息。

图3D表示接入突发，用于上行链路随机接入和越区切换接入信令。接入突发包括八个拖尾比特TB、跟随一个同步序列、一串加密比特以及另八个拖尾比特TB。

图3E表示虚拟突发，它在没有其它信息要在BCCH载波频率上发射时发射。八个拖尾比特TB跟随一串混合比特、TSC、另一串混合比特以及另八个拖尾比特TB。虚拟突发不携带信息。

与发明有关的逻辑信道如下：

广播控制信道(BCCH)和寻呼信道(PCH)作为正常突发发射，如图3A所示。BCCH包括有关服务小区的一般信息，PCH用于寻呼一个移动终端。

在空闲模式中，下行链路传输，即从基站到移动终端，通常包括正常突发(BCCH和PCH)、频率校正突发(FCCH)、同步突发(SCH)以及虚拟突发。

移动终端一般只能发射正常突发和接入突发。

与本发明有关的两个控制信道是快关联控制信道(FACCH)以及慢关联控制信道(SACCH)。FACCH用于与越区切换有关的信令，即当移动终端和基站之间的连接移动到另一个基站的时候。SACCH用于信号强度及质量测量的上行链路传输，以及系统信息的下行链路传输，例如将使用的发射功率。

多时隙连接使用的物理信道中只有一个传输FACCH，处理多时隙连接中包括的所有物理信道的FACCH信令。传输FACCH的信道称为主信道。与之有关的慢关联控制信道(SACCH)称为主SACCH。主信道传输用于下行链路信令的主信令链路。

为HSCSD包括了以下新信道组合：

  TCH/F+FACCH/F+SACCH/M(主信道)

  TCH/F+SACCH/M(双向信道)

  TCH/FD+SACCH/MD(单向信道)

后缀F表示全速率传输，FD表示只在下行链路方向上的全速率传输。后缀M表示多时隙配置，MD表示只在下行链路方向的多时隙配置。

图4A表示根据GSM协议在信道C₀时隙0中进行的下行链路控制信令的原则。这个时隙定义的物理信道包括如下信道：如上定义的FACCH、SCH、BCCH，以及公共控制信道(CCCH)，其中包括PCH。

图4B表示GSM中非组合服务小区中控制信道FCCH、SCH、BCCH以及CCCH的映射。FCCH帧跟随一个SCH帧、四个BCCH帧以及四个CCCH帧。然后，随后的图样出现四次：一个FCCH帧、一个SCH帧、四个BCCH帧和四个CCCH帧。序列以空闲帧结束。

在除了BCCH以外的所有信道上以及在与BCCH相同频率上发射的信道上，使用跳频。用于发射广播消息的BCCH信道使用比其它信道高的发射功率。一些网络经营者希望首先分配在不使用跳频的BCCH频率上的业务信道。另一些则希望这些业务信道最后分配，还有一些则无所谓。

为了使为多时隙配置分配信道的过程尽可能地快，可用信道被分成多时隙资源组(RG)。属于同一多时隙RG的信道可以分配给多时隙配置中的同一移动终端。可被多时隙连接一起使用的所有信道组合在一起。对于GSM，这意味着在相同频率上发射、使用相同跳频图样并具有相同TSC的所有信道被放入一个组中。因此，GSM中的多时隙RG可以包括最多八个信道。

可用于多时隙业务的所有信道自动分成多时隙RG。多时隙RG可以包括一个频率的下行链路信道、以及相应的上行链路频率的上行链路信道，或只包括下行链路信道或上行链路信道。当将进行信道分配时，可以使用归类的列表，会减少信道分配所需的时间。通常列表存储在称为基站控制器(BSC)的电话交换机中。BSC也控制多时隙RG的选择。

业务信道可以有不同的业务信道容量，即信道速率和语音版本可变。业务信道容量组是支持相同业务信道容量的物理信道组。例如，一个组可以由支持全速率、语音全速率版本1的业务信道组成，另一个组可以由支持全速率、语音全速率版本2的业务信道组成。

业务信道容量组可以支持几个不同的业务信道容量。最低可接受的业务信道容量组是支持最少的不同信道速率和语音版本的组。希望对新连接选择最低可接受的业务信道，以使系统的随后连接保持最大的灵活性。

图5表示根据发明，当需要较高传输速率时用于信道分配的方法。

步骤S51：确定需要实现所需的总无线接口数据率的信道数。这是请求的信道数。可以规定下行链路信道或上行链路信道，或二者均有。

步骤S52：确定参与连接的移动终端的移动等级。

步骤S53：标识至少具有所需空闲信道数的多时隙RG。

步骤S54：考虑到步骤S52中获得的移动等级要求，在步骤S53标识的多时隙RG中，标识可以分配至少是所需空闲信道数的多时隙RG。

步骤S55：在步骤S54标识的多时隙RG中，标识具有所请求信道数以上最少空闲信道数的多时隙RG。

步骤S56：在步骤S55标识的多时隙RG中，使用每个多时隙RG所有可用信道的TCH容量组值的平均，标识最低可接受的TCH容量组的多时隙RG。

步骤S57：在步骤S56标识的多时隙RG中，标识那些遵循为BCCH频率上的非跳频TCH所选策略的多时隙RG。这个策略定义了BCCH频率上不使用跳频的TCH是否首先分配或最后分配，或者是否申明无所谓。

步骤S58：在步骤S57标识的多时隙RG中，标识具有最低干扰的那些。空闲信道测量用于确定干扰电平。测量可以用不同方式实现。在最简单情况下，只考虑每个多时隙RG的所有可用信道中具有最差干扰值的信道。计算所有信道的平均值也是可能的。这会给出较好结果，但是也需要较高的计算能力。

步骤S59：在步骤S58标识的多时隙RG中，如果使用了跳频的话，标识在尽可能多的频率上跳频的多时隙RG。

如果在两个方向上请求了多时隙连接而且没有找到满足上行链路和下行链路信道有关要求的多时隙RG，那么系统可以尝试根据如下准则之一优化该选择：

●关于上行链路信道，

●关于下行链路信道，

●关于上行链路和下行链路信道。

或者，如果所有要求都不能满足，连接就可能不能建立。

例如，如果没有找到在上行链路和下行链路方向上至少具有所要求数目的空闲信道的多时隙RG，系统可以用多种不同方式响应，例如：

●选择在一个方向上具有所要求数目的空闲信道的多时隙RG(假设在上行链路和下行链路方向上都请求了多时隙连接)

●选择具有最大总空闲信道数的多时隙RG，

●不建立连接

图5所示的过程为多时隙RG的选择使用了某些准则。正如技术人员显而易见的，这些步骤可以用任何顺序实现，以认为最重要的步骤开始。因此，步骤的顺序可以按需要而改变。而且认为不重要的步骤可以忽略。例如，如果对于BCCH频率上的业务信道分配无所谓，就可以忽略步骤S57。

如果在图5的任一步骤之后只剩一个多时隙RG，就为所请求连接选择这个多时隙RG，不管它是否满足其余准则。或者，如果没有多时隙RG满足所有准则，就可以拒绝连接。

如果在任意步骤之后不存在任何多时隙RG，可以用随机方式选择前一步骤中标识的一个多时隙RG。

如果步骤S57之后剩下了一个以上的多时隙RG，可以为所请求的连接选择这些多时隙RG中的任一个。因此该选择可以以随机方式进行。

Claims (14)

1.一种在移动电信网的基站和移动终端之间将信道分配到高传输速率连接的方法，所述高传输速率连接是通过允许一个连接占据一条以上物理信道来实现的，所述方法包括如下步骤：

—将可用于在移动网发射业务流的所有信道分成组，每组包括可一起用来在网络中将一个基站和一个移动终端之间实现连接的所有信道；

—当请求一个连接时，规定该连接所需的多条信道；

—为连接选择一个合适的组。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，标识参与连接的移动终端的移动等级的步骤。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，标识至少具有所需空闲信道数的组的步骤。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，如果没有至少具有所需空闲信道数的组，就标识具有最多空闲信道数的组的步骤。

5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，标识具有所需信道数以上最少空闲信道数的组的步骤。

6.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，从最低可接受的业务信道容量组中标识组的步骤。

7.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，标识具有最低干扰电平的组的步骤。

8.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，标识遵循广播控制信道频率上指定业务信道的所选策略的组的步骤。

9.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，标识在最大频率数上跳频的组的步骤。

10.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，信道分配针对下行链路信道或上行链路信道进行。

11.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，信道分配针对上行链路和下行链路信道进行。

12.根据权利要求11的方法，其特征在于，如果所有选择准则都不能满足，信道分配针对上行链路信道、或针对下行链路信道优化。

13.根据权利要求11的方法，其特征在于，如果所有选择准则都不能满足，信道分配针对整个连接而优化。

14.一种在移动电信网的基站和移动终端之间将信道分配到高传输速率连接的节点，所述高传输速率连接是通过允许一个连接占据一条以上物理信道来实现的，所述节点包括：

—包含了多个组的列表的存储装置，每一组包括可一起用来在网络中将一个基站和移动终端之间实现连接的所有信道；

—本地选择装置，用于从所述多个组的列表中选择一个用作请求连接的合适的组。

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