CN1127866C - 无线系统中的分组交换数据传输 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发送分组交换数据的方法和一种无线系统，该系统包括用于发送分组交换数据的发射机(112，114)和接收机(116)，其中发射机与接收机之间的连接(122，124)包括至少两个逻辑信道，并且其中发射机和接收机可利用一个逻辑信道发送延时临界信息，并且该发射机和接收机用于发送位于给定传输单元中的信息，并在传输单元的传输中采用防错方法。在本发明的方案中，发射机(112，114)和接收机(116)在发送数据和延时临界信息时采用不同的防错方法。利用本发明，要求高质量的快速传输的业务如语音和分组数据可以同时如以复用方式被发送。

Description

无线系统中的分组交换数据传输

技术领域

本发明涉及一种无线系统和一种在无线系统中的发射机和接收机之间发送分组交换数据的方法。本发明尤其涉及这样一种系统和方法，其中，发射机和接收机之间的连接包括至少两个逻辑信道，而有一个逻辑信道用于发送延时临界信息。

背景技术

电路交换是这样一种方法：通过提供具有预定量的传输容量的连接，在用户之间建立连接。整个连接期间，传输容量只限于所述连接使用。一些已知移动通信系统如基于GSM的GSM 900/DCS 1800/PCS1900系统和采用CDMA技术的美国IS-95无线系统都是电路交换系统。

而分组交换是这样一种方法：通过发送包括实际信息以及地址和控制信息的分组数据，在用户之间建立连接。各种连接可以同时使用同一传输链路。近几年来，分组交换无线系统尤其在数据传输中的使用已得到了检验，这是因为分组交换的方法可以应用于例如采用交互式计算机程序时所需的数据传输，据此所要发送的数据以脉冲串方式产生。在这种情况下，无需一直分配数据传输连接，而只需为分组传输分配数据传输连接。这样，无论在建立网络还是在运行网络时，都可以大大节省费用和容量。

无线系统的进一步发展尤其有利于分组无线网。对于GSM系统，经常涉及GPRS(通用分组无线业务)。目前尤其为第三代移动电话系统如UMTS(通用移动电话系统)规划允许进行分组传输的方案。

电信中，通常应用纠错方法，在分组连接中也同样，以避免和纠正传输连接中出现的错误。纠错方法基本上有两种：前向纠错(FEC)和自动请求重发(ARQ)。这些方法的组合称为混合ARQ。无论在基本方式中还是在更高级的方式中，GPRS均采用下述ARQ协议。

ARQ协议(自动请求重发)是指通过重发所要发送的信息来提高所要发送的数据的可靠性。根据该协议，如果接收机认为所接收的数据不可靠，则接收机向发送方发送一个请求，以重发所发送的数据。通过校验例如所接收分组的校验和，可以检测数据的不可靠性。迄今为止，该协议主要用于固定网。无线网络的最大问题是无线连接中的发射信道有衰落特性。瑞利衰落是指，多径传播信号分量到达接收机时相位相反，从而相互部分抵消。因此，所接收信号的功率以及质量明显下降。除了一般的背景噪声外，接收中还因相同信道和邻近信道中无线连接的干扰而更加复杂化。干扰及瑞利衰落有时具有危害性以致使无线信道衰落，即无线信道的质量恶化过于严重以致于无法识别信道中所发送的数据。另一方面，偶尔衰落的信道有时也可能具有很好的质量。

ARQ协议的更高级的方式是混合ARQ，它采用AQR和FEC(前向纠错)的组合。FEC是指通过编码纠错将所要发送的信息编码。根据从混合ARQ得到的改进型第1I类混合ARQ协议，可以在接收机中将将不成功的传输与重发进行合成。可以通过重发以同一方式编码的数据并在接收机中将软判决进行合成来完成这种合成。在重发中，可以采用附加编码而不是发送同一数据。

这种方法具有这样的优点：可以减少重发次数，从而大大地提高了传输容量。然而，该方法的缺点是，当有许多传输差错时即当帧差错率(FER)为20％左右时，它才能工作得最好。然而，此时传输单元的确认消息(ACK/NACK)也易受差错的影响，这使得系统功能较差。例如，如果在每一传输中传输差错为10％，那么第一传输后有10％的差错，第二传输后为1％，第三传输后为0.1％，等等。虽然这些传输的合成减小了差错量，但只需经过第二传输即可。为了从这种合成中得到好处，操作点即每一传输的帧差错率应当高于例如20％。然而，这损害了延时临界信息，从而无法承受合成所造成的延时。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种方法和一种实现该方法的装置，以解决以上问题。利用一种在无线系统中的发射机和接收机之间发送分组交换数据的方法来达到这一目的，在这种方法中，发射机与接收机之间的连接包括至少两个逻辑信道，而有一个逻辑信道用于发送延时临界信息，发射机与接收机之间所要发送的信息位于所给定的传输单元中，并且在传输单元的传输中采用防差错方法。根据这种方法，在发送数据和延时临界信息时采用不同的防差错方法。

在一种优选实施方式中，在信号传输中，对包括数据的传输单元进行信道编码，将传输单元存储在存储器中，然后进行传输速率的第一适配，此后将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，并对复用后的传输单元进行传输速率的第二适配和交错。

在一种优选实施方式中，在信号传输中，对包括延时临界信息的传输单元进行信道编码，然后进行传输速率的第一适配，此后将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元复用，并对复用后的传输单元进行传输速率的第二适配和交错。

在一种优选实施方式中，在信号接收中，对接收到的传输单元进行去交错和传输速率的第一适配，然后分别将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元去复用。

在一种优选实施方式中，接收机测量在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元的质量，并根据质量测量结果请求该传输单元的至少一个重发，直到涉及包括原来发送的传输单元和一个或多个重发的传输单元的合成传输单元的质量测量结果指示不需要重发为止，然后检测该传输单元。

在一种优选实施方式中，发送非延时临界信息的信道上，在接收信号时：检查彼此无关的每一所接收传输单元的质量；存储所接收传输单元；发送根据传输单元的质量所形成的重发请求；形成合成传输单元；检查每一所合成传输单元的质量；重复以上步骤，直到所合成传输单元的质量达到预定的质量级；检测信号。

在一种优选实施方式中，形成差错检验和，据此在接收时检查单元的质量。

在一种优选实施方式中，通过形成传输单元的训练序列的误码率来确定所接收传输单元的质量。

在一种优选实施方式中，通过将传输单元的平均质量级与自适应质量阈值进行比较来确定所合成的传输单元的质量级。

在一种优选实施方式中，延时临界信息是控制信息。

在一种优选实施方式中，延时临界信息是语音信息。

在一种优选实施方式中，延时临界信息是电路交换信息。

本发明还涉及一种无线系统，该系统包括用于发送分组交换数据的发射机和接收机，其中发射机与接收机之间的连接包括至少两个逻辑信道，并且其中发射机和接收机可利用一个逻辑信道发送延时临界信息，并且该发射机和接收机用于发送位于给定传输单元中的信息，并在传输单元的传输中采用防错方法。在本发明的系统中，发射机和接收机在发送数据和延时临界信息时采用不同的防错方法。

在一种优选实施方式中，系统的发射机包括：信道编码器，用于对包括数据的传输单元进行编码，存储器，用于将传输单元存储在存储器中，第一传输速率适配器，和复用器，用于将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，和功能上与复用器的输出端连接的第二传输速率适配器，和功能上与该适配器的输出端连接的交错器。

在一种优选实施方式中，系统的发射机包括：信道编码器，用于对包括延时临界信息的传输单元进行编码，传输速率适配器，和复用器，用于将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，和功能上与复用器的输出端连接的第二传输速率适配器，和功能上与该适配器的输出端连接的交错器。

在一种优选实施方式中，系统的接收机包括：去交错器，和去复用器，用于分别将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元去复用。

在一种优选实施方式中，系统的接收机包括：解码器，用于测量在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元的质量，和控制单元，用于根据质量测量结果请求该传输单元的至少一个重发，和存储器，用于存储在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元，和合成器，用于将所接收的传输单元与重发的传输单元合成。

本发明基于使用混合ARQ方法，该方法以这样的方式进行组合：数据和延时临界信息被单独复用。

本发明的方法和系统具有多个优点。利用该方法，数据可以具有任意帧差错率，而延时临界信息(例如传输单元的确认消息(ACK/MACK))由于例如强纠错码在传输中仍可具有良好的质量。作为数据的纠错方法，可以采用基于ARQ的方法，该方法在将传输单元解码之前先将传输单元及其可能的重发合成。利用本发明，要求高质量快速传输的业务(如语音和分组数据)在复用的同时可以被发送。

附图说明

下面，将参照附图结合这些优选实施方式来详述本发明，其中：

图1示出了可应用本发明的无线系统的一个例子，

图2示出了根据本发明的发射机的结构，

图3示出了根据本发明的接收机的结构，和

图4a和4b示出了说明本发明方法的数据信息的实施方式的流程图。

具体实施方式

本发明可应用于采用分组交换连接的无线系统。本发明最好可应用于宽带的基于CDMA蜂窝无线系统如WCDMA和CDMA2000，但系统中所用的多址联接方法本身实际上与本发明无关。

术语“传输单元”是指双向无线连接中所用的传输单元，这种传输单元是ISO的7层OSI模型中的第一层即物理层的协议数据单元。在例如TDMA系统中，传输单元可以包括一个或多个TDMA时隙。在CDMA系统中，传输单元可以是限定的具有一个或多个扩展码的一段时间。在FDMA系统中，传输单元可以是限定的具有一个或多个频率的一段时间。在采用各种多址联接方法的混合系统中，传输单元可以是上述例子的任意组合。通常，可以认为传输单元是可以被确定的传输通路上即无线连接中的任何资源。

本发明的方法用来通过利用ARQ协议在无线系统的发射机-接收机对之间发送分组交换数据。图1示出了可应用本发明的无线系统的一个例子。该无线系统包括一个网络部分110和一组用户终端112、114。该网络部分是指网络的固定部分，例如基站116、基站控制器118、移动业务交换中心120或所述部分的各种组合。用户终端例如是移动电话、固定在汽车上的电话或WLL终端(无线本地网)。发射机-接收机对由网络部分和用户终端构成。网络部分即可以起发射机作用又可以起接收机作用，同样，用户终端也起着这两种作用。网络部分与用户终端之间有一个双向无线连接122和124。在双向无线连接中，传输单元用于数据传输。

首先借助图2中的框图说明本发明的发射机的结构中对本发明而言是必要的那些部分。图2只包括描述本发明所必需的框图，但对熟练技术人员而言，显然通常发射机还包括不必在此详述的其他功能和结构。发射机基本上可以是例如GPRS系统中的常规发射机，可以根据本发明的要求对该发射机进行修改。

在图2中，发射机使用两种业务即逻辑信道。在第一信道200中发送数据，并在第二信道202中发送延时临界信息。延时临界信息可以是在传输路径上不允许长延时的任何数据传输，例如重发。这种连接例如是功率调整消息，与数据信道有关的传输速率信息，分组的确认消息(ACK/NACK)或例如语音信息。包括传输单元的数据信息200首先被输入到第一信道编码器204之后，传输单元被存储在存储器206中以用于可能的重发。随后，数据被输入到第一传输速率适配器208，在其中按要求平衡数据传输速率。

延时临界信息202输入到第二信道编码器212，编码信号由此输入到第二传输速率适配器214，在此平衡传输速率。

传输单元从第一和第二传输速率适配器208、214输入到复用器210，在此将这些单元相互复用，以便进行传输。合成后的信号从复用器输入到第三传输速率适配器216，必要的话，在此改变公共传输速率。最后，将所要发送的信号输入到交错器218，在此进行交错以改善传输质量。然后再将信号从交错器输入到发射机(未示出)的射频单元，以便发送到传输信道。

存储器206也可以置于第一信道编码器204之前或者也可以置于第一传输速率适配器208之后，但无论如何应置于复用器之前。

下面利用图3中的框图来考查一下本发明的接收机的结构中的那些部件，这些部件对本发明而言是必不可少的。图3只包括描述本发明必不可少的块，但对熟练技术人员而言，显然普通接收机还包括其他功能和结构，在此不必详述。该接收机基本上可以例如是GPRS系统中的常规接收机，对该接收机要按本发明的要求进行修改。

在该接收机中，信号被天线300所接收，该信号由此输入到射频部件302。在射频部件中，信号变频为中频或基频，并输入到解调器306，在此解调信号输入到去交错器308。可以以熟练技术人员所熟知的方法实现所述器件。

去交错信号输入到第一传输速率适配器310和去复用器312。在去复用器中，信号被分离成传输中所用的两个信道，在这些信道的第一信道314中发送数据，而在这些信道的第二信道316中发送延时临界信息如控制信息或语音。

数据信息输入到第二传输速率适配器318，由此输入到合成器320。在合成器中，可能将以前发送的并存储在接收方存储器322中的传输单元与该传输单元进行合成。合成后的传输单元再存储到存储器中，以便于可能的重发。传输单元输入到第一信道解码器324，在此又进行纠错。如果纠错指示传输单元被很好地接收到，那么再将传输单元输入到接收机的其他部分。如果纠错指示传输单元有错，那么必须要求发射机进行重发。这可以例如通过将重发要求通知给接收机的控制单元326来实现，该控制单元控制不同接收机部分的操作并利用传输反方向的控制信道将有关重发要求的信息传送给发射机。合成器320和存储器322也可以置于第二传输速率适配器318之前，但无论如何要置于去复用器之后。存储器322还可以置于信道解码器324之后，其优点在于，只存储需要被重发的那些传输单元。另一方面，此时不采用软合成。

延时临界信息316由去复用器312输入到第三传输速率适配器328，并由此再输入到第二信道解码器330。应当注意，这里，无论是发射机还是接收机中的传输速率适配器的编号都可能与上述不同。

因此，在本发明的发射机和接收机中，将不同的纠错方法应用于数据信息和应用于延时临界信息。如果需要，可将更强的信道编码用于延时临界信息，因此它比数据信息不易出错。

下面，利用图4a中的流程图来详细说明处理本发明的接收机中的数据信息。

步骤400：接收机接收和解调传输单元。

步骤408：检查它是否是重发，即是否在存储器中发现有以前发送的传输单元。如果发现有，则在步骤410将这些传输单元合成。

步骤412：检查传输单元的质量。如果传输单元的质量达到了预定质量级，那么退出算法并转向接收下一传输单元。

步骤414：如果质量不好，则存储该传输单元。如果质量很差，则可完全放弃该单元。

步骤416：发送根据传输单元的质量所形成的重发请求。此时，请求发送方重发其质量级未达到所要求的质量级的同一传输单元。过程转向步骤400接收传输单元。

图4b说明了数据信息任意处理。步骤400之后，立刻在步骤402检查传输单元的质量。如果质量良好，则进至步骤408，并如上所述继续进行。否则，在步骤404存储该传输单元。如果质量很差，则可完全放弃该单元。在步骤406，发送根据传输单元的质量所形成的重发请求。此时，请求发送方重发其质量级未达到所要求的质量级的同一传输单元。过程转向步骤400接收传输单元。

上述方法基本上是传统ARQ协议的更高级的方式，因为在检测之前累积同一传输单元如此长的时间以致于所累积的传输单元的质量足够好。应当注意，本文中这只是数据纠错的一个例子。对熟练技术人员而言，显然，在本发明的方案中，还可以采用其他基于ARQ的方案。

检查传输单元和分组的质量的方法有多种。在传输中，可以分别为传输单元和分组形成CRC差错检验和，接收时根据该和检查传输单元和/或分组的差错。也可以采用形成差错检验和的其他方法。此外，还可以通过形成传输单元的误码率来确定质量。还可以通过利用训练序列形成传输单元的C/I比(载波/干扰)来确定所接收传输单元的质量。这里给出确定传输单元或分组的质量的几个例子，不过也可以采用任何其他已知的方法来测量质量。

在一种优选实施方式中，通过将传输单元的平均质量级与自适应质量阈值进行比较来确定所合成的传输单元的质量级。例如可通过计算平均值或通过确定必须达到所要求的质量级的传输单元的分组的总量的数值限值来得出平均质量级。自适应意味着系统可以自动调整，因此系统通过改变质量限值使其操作最优化，从而符合条件并最有效地使用传输容量。

尽管以上参照根据附图的例子描述了本发明，显然，本发明并不局限于此，而可以在附属权利要求书中所阐述的本发明思想的范围内以各种方法进行修改。

Claims (17)

1.一种在无线系统中的发射机和接收机之间发送分组交换数据的方法，在这种方法中，发射机与接收机之间的连接包括至少两个逻辑信道，而有一个逻辑信道用于发送延时临界信息，发射机与接收机之间所要发送的信息位于所给定的传输单元中，并且在传输单元的传输中采用防差错方法，其特征在于，在发送数据和延时临界信息时采用不同的防差错方法。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信号传输中，对包括数据的传输单元进行信道编码，将传输单元存储在存储器中，然后进行传输速率的第一适配，此后将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，并对复用后的传输单元进行传输速率的第二适配和交错。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信号传输中，对包括延时临界信息的传输单元进行信道编码，然后进行传输速率的第一适配，此后将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元复用，并对复用后的传输单元进行传输速率的第二适配和交错。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在信号接收中，对接收到的传输单元进行去交错和传输速率的第一适配，然后分别将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元去复用。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，接收机测量在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元的质量，并根据质量测量结果请求该传输单元的至少一个重发，直到涉及包括原来发送的传输单元和一个或多个重发的传输单元的合成传输单元的质量测量结果指示不需要重发为止，然后检测该传输单元。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，发送非延时临界信息的信道上，在接收信号时：

检查彼此无关的每一所接收传输单元的质量；

存储所接收传输单元；

发送根据传输单元的质量所形成的重发请求；

形成合成传输单元；

检查每一所合成传输单元的质量；

重复以上步骤，直到所合成传输单元的质量达到预定的质量级；

检测信号。

7.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，形成差错检验和，据此在接收时检查单元的质量。

8.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过形成传输单元的训练序列的误码率来确定所接收传输单元的质量。

9.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过将传输单元的平均质量级与自适应质量阈值进行比较来确定所合成的传输单元的质量级。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，延时临界信息是控制信息。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，延时临界信息是语音信息。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，延时临界信息是电路交换信息。

13.一种无线系统，该系统包括用于发送分组交换数据的发射机(112，114)和接收机(116)，其中发射机与接收机之间的连接(122，124)包括至少两个逻辑信道，并且其中发射机和接收机可利用一个逻辑信道发送延时临界信息，并且该发射机和接收机用于发送位于给定传输单元中的信息，并在传输单元的传输中采用防错方法，其特征在于，发射机和接收机在发送数据和延时临界信息时采用不同的防错方法。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，系统的发射机包括：信道编码器(204)，用于对包括数据的传输单元进行编码，存储器(206)，用于将传输单元存储在存储器中，第一传输速率适配器(208)，和复用器(210)，用于将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，和功能上与复用器的输出端连接的第二传输速率适配器(216)，和功能上与该适配器的输出端连接的交错器(218)。

15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，系统的发射机包括：信道编码器(212)，用于对包括延时临界信息的传输单元进行编码，传输速率适配器(214)，和复用器(210)，用于将包括数据的传输单元与包括延时临界信息的传输单元复用，和功能上与复用器的输出端连接的第二传输速率适配器(216)，和功能上与该适配器的输出端连接的交错器(218)。

16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，系统的接收机包括：去交错器(308)，和去复用器(312)，用于分别将包括延时临界信息的传输单元与包括数据的传输单元去复用。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，系统的接收机包括：解码器(324)，用于测量在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元的质量，和控制单元(326)，用于根据质量测量结果请求该传输单元的至少一个重发，和存储器(322)，用于存储在发送非延时临界信息的信道上所接收的传输单元，和合成器(320)，用于将所接收的传输单元与重发的传输单元合成。

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