CN1140151C - 码分多址链路上传输全球移动通信系统电路交换数据 - Google Patents

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Abstract

一种在GSM移动无线通信系统(20)中经CDMA空中接口从终端设备(46)对通信网(48)传输数据的方法。其中包括从终设备(46)接收数据作为输入，并在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率发送数据。用GSM电路交换数据协议在GSM A接口将数据传送给通信网(48)。

Description

码分多址链路上传输全球移动通信系统电路交换数据
发明领域
本发明一般涉及无线通信，尤其涉及新蜂窝网。
世界各地许多国家都在蜂窝电话网采用“全球移动通信系统(GSM)”制的通信。GSM提供一系列有用的网络业务和标准，其中不仅包括话音传输功能，而且包括数据传输功能。现有的GSM通信网以时分多址(TDMA)数字通信技术为基础。
发明背景
码分多址(CDMA)是一种改进的数字通信技术，不仅在蜂窝网电话用户与基站之间提供较可靠的无衰落链路，而且提供比TDMA更有效的无线带宽利用。主要的CDMA标准是美国电信业协会(TIA)颁布的IS-95。
PCT专利申请PCT/US96/20764阐述一种利用CDMA空中接口(即基本RF通信协议)实现GSM通信网业务和协议的无线通信系统，该申请按参考文件在此引入。使用此系统，现有GSM通信网的至少一些TDMA基站(BSS)和用户单元会被相应的CDMA设备替换或补充。此系统的CDMA BSS适应经标准GSMA接口与GSM移动交换中心(MSC)通信。维持GSM网业务的核心，并且从TDMA变换到CDMA对用户是透明的。
在PCT专利公告WO95/24771和WO96/21999，以及Tscha等人所著题为“CDMA移动台与GSM移动通信业务交换中心之间的用户信令网关”的文章(1993年于渥太华，第2届通用个人通信国际会方会议录第181～185页)中也阐述包含GSM单元和CDMA单元的混合蜂窝通信网，这些专利和文章也按参考文献在此引入。
上述公开文献不具体涉及通过混合蜂窝网进行数据通信的问题。该问题包括需要兼容性协议以及对话音和数据通信的不同要求。
发明概述
本发明的目的在于提供通过GSM/CDMA混合蜂窝通信网传输数据的方法和装置。
本发明的一些方面中，所提供的方法和装置在CDMA空中接口上能进行GSM电路交换数据业务的能力。
在本发明较佳实施例中，GSM/CDMA混合蜂窝网通信系统包含由GSM移动通信业务交换中心(MSC)控制的一个或多个CDMA基站。1998年7月20日呈交的题为“GSM/CDMA混合通信网的越区基站切换”的美国专利申请进一步阐述这种系统。该专利转让给本专利申请的受让者，按参考文献在此引入。在CDMA空中接口上与一个CDMA基站通信的系统用户装置(本说明中也称为移动台(MS))经CDMA基站通过系统收、发数据。该数据由移动台和基站加以适应性修改，以便MSC收、发的数据实质上符合电路交换数据的GSM数据联网协议。
本专利申请上下文中和权利要求中用的术语“数据”指除实时(编码或非编码)话音传输外的通常通过通信网传输的大致所有类型的数据。
因此，根据本发明较佳实施例，提供一种在GSM移动无线通信系统中经CDMA空中接口从终端设备对通信网传输数据的方法，该方法包括：
从终端设备接收数据作为输入；
在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率发送数据；
用GSM电路交换数据协议在GSM A接口上将数据传给通信网。
最好接收数据包括对传真输入进行接收，或者/并且包括从计算机接收输入。
根据本发明较佳实施例，还提供一种在GSM移动无线通信系统中经CDMA空中接口将通信网上接收的数据传送给终端设备的方法，该方法包括：
用GSM电路交换数据业务协议从通信网接收数据；
在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率发送数据；
将数据输出给终端设备。
最好输出数据包括对传真机或/和计算机输出数据。
最好发送数据包括使同步数据适应以IS-95 CDMA数据速率发送；接收数据包括接收异步数据，并对异步数据进行填补，以产生CDMA数据速率的同步比特流；填补异步数据包括应用GSM速率适配功能使数据适合GSM同步数据信道。
最好发送数据包括用GSM第2层中继功能在CDMA空中接口上发送数据，其中GSM第2层中继功能的使用包括用GSM无线电链路协议的业务传输第2层信息。
最好该方法还包括经地面网接收高速电路交换数据，并经GSMA接口和CDMA空中接口将至少一部分高速数据传送到终端设备。
较佳实施例中，发送数据包括响应要在空中接口上传送的数据量，以可变速率传送数据，其中传送数据包括开放基本信道，以在其上传送数据和信令，并响应数据量，开放一条或多条补充信道以载送数据。最好开放补充信道包括空中接口上在正向和反向开放不同数量的信道。或者/而且，对数据速率降低作出响应，关闭一条或多条补充信道。
根据本发明较佳实施例，还提供用于移动通信系统的无线通信装置，该装置包含：
移动台，耦连该台以便与终端设备交换数据，该移动台在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率传送数据；
基站，在CDMA空中接口上与移动台通信，并耦连到通信网，以便按照GSM电路交换数据协议在通信网上交换数据。
最好数据包括传真数据。或者/而且，数据终端设备包括计算机。
较佳实施例中，终端设备产生异步数据，并对该数据进行填补，以产生GSM数据速率的同步比特流；其中应用GSM速率适配功能使数据适合GSM同步数据速率。
最好使用GSM第2层中继功能在CDMA空中接口上发送数据，其中GSM第2层中继功能用GSM无线电链路协议传输第2层信息。
最好响应要在空中接口上传送的数据量，改变该接口上的数据传输速率。
从以下本发明较佳实施例结合附图的详细说明会更充分理解本发明。
附图概述
图1为根据本发明较佳实施例的GSM/CDMA混合蜂窝网通信系统的示意框图；
图2A和图2B为根据本发明较佳实施例说明图1所示系统各单元间通信协议栈的示意框图。
较佳实施例的详细描述
现参阅图1，该图为根据本发明较佳实施例的GSM/CDMA混合蜂窝网通信系统20的示意框图。系统20是围绕以GSM通信标准为基础的公用陆地移动网(PLMN)22建立的，该标准在本技术领域已公知，上文中已简述及。这种通信网的基础设施已存在，许多国家广泛采用。本发明的优点在于使CDMA业务能结合该通信网逐渐导入，不需要大量改变现有交换基础设施。
PLMN22包含控制一地理区域内通信网运作的至少一个移动通信业务交换中心(MSC)24，也可包含多个(虽然为了图解清晰，这里只画出一个MSC)。诸多功能中，MSC24还负责用户装置的位置登记和基站之间用户装置的切换，以及将PLMN 22链接到公用交换电话网(PSTN)和/或分组数据网(PDN)48。MSC还包含或链接按照GSM标准支持数据通信的互通功能(IWF)(后文将说明)。PLMN还包含网络管理中心(NMC)26和蜂窝区广播中心(CBC)28。上述美国PCT专利申请中进一步阐述这些单元的功能、系统20的其他方面和系统中移动台(MS)40的详况。
系统20包含多个MS40，它们以一个或多个容许的蜂窝网通信频率在无线RF链路上经多个基站子系统(BSS)30和32与PLMN22通信。也称为用户装置的MS40最好能用标准GSM TDMA无线电通信协议与GSM BSS30通信，同时又能用后文将说明的CDMA通信方法与CDMA BSS32通信。尽管图1中为了清楚，MS40、GSM BSS30和CDMA BSS32分别只画出一个，要理解实际上系统20通常分别包含多个这些系统单元中的每一个。
GSM BSS30和CDMA BSS32都大致按照GSM标准，即通过GSM标准的A接口与MSC24通信，并受其控制，后文将参照图2A和2B进一步说明。BSS32也与CBC28通信，以便接收空中广播的消息。BSS32包含在GSM标准的Q3接口上与NMC26通信的无线操作维护中心(OMC-R)38。BSS32可选择链接诸如欧洲电信标准协会(ETSI)建议的通用分组数据业(GPRS)。同日呈交的题为“CDMA分组数据传输”的美国专利申请进一步阐述BSS32与GPRS之间的通信。
该专利转让给本专利申请的受让人，按参考文献在此引入。
在CDMA无线电“空中接口”上建立CDMA BSS32与MS40之间的通信，该接口以IS-95 CDMA通信标准为基础较佳，最好用按此处所述作必要修改的TIA-EIA-95-B版本的标准。围绕与多个基站收发机(BTS)36通信并对其控制的基站控制器(BSC)34建立BSS32。MS40在特定BTS服务的地理区域(或蜂窝区)内，则每一BTS对其收、发RF信号。反之，MS40位于GSM BSS30服务的蜂窝区内，该MS则在GSM/TDMA空中接口上与BSS30通信。
为了支持这两种接口，MS40包含的移动通信设备(ME)42最好具有2个收发机，一个为TDNA操作配置，另一个则用于CDMA；或者只具有1个能动态切换TDMA与CDMA的收发机。此MS包括支持终端设备(TE)46进行数据输入输出的移动通信终端(MT)。最好TE 46包含耦合成经MT输入输出数据的用户终端，诸如个人计算机或传真机。此外，MS40还包含GSM标准的用户标识模块(SIM)44。
图2A为按照本发明较佳实施例用于MS40、CDMA BSS32和GSM MSC24之间的信令接口的协议栈的示意框图。这些接口使MS40能在CDMA空中接口上与GSM MSC24通信。上述PCT申请PCT/US96/20764和题为“GSM/CDMA混合通信网的越区基站切换”的美国专利申请中，较详细说明接口的操作和通过这些接口的消息流。当MS40经GSM BSS30与MSC24通信时，协议栈遵照GSM标准，基本上无修改。
MS40在以修改成信令与GSM标准兼容的CDMA空中接口为基础的CDMA Um接口上与CDMA BSS32通信。MS40与CDMA BSS32之间的CDMA空中接口包含最好按IS-95标准协议工作的CDMA第1层和将IS-95的操作修改成适应GSM第3层协议需要的GSM-CDMA第2层。第2层支持MS40与BSS30或32间的帧传输。GSM-CDMA第2层包括标准GSM第2层常规支持，但CDMA IS-95不支持的功能，诸如消息排序、授予优先权和分段，以及通信暂停和重新开始等。GSM-CDMA第2层还支持多种消息规模，至少可达比IS-95的最大消息规模大的、GSM第2层所允许的最大消息规模(251字节)。相关GSM BSS30、第1和第2空中接口层遵照GSM标准，基本上无修改。
标准GSM协议包括在作为物理层和成帧层的GSM第1和第2层上方的3个无线电接口子层(RIL3)：无线电资源(RR)管理、移动管理(MM)和连接管理(CM)。CM层支持呼叫处理用的信令，还支持GSM补充业务和短消息业务(SMS)。MM层支持MS 40定位所需的信令、鉴权和密钥管理。
为了支持基本上没有修改的GSM MM和CM层，MS40和BSS32的协议栈中引入GSM-CDMA RR层。管理无线电资源并维持MS40与BSS30和32间的无线电链路的GSM-CDMA RR层“告知”MS40的协议栈中存在GSM和CDMA双重低层(第1和第2层)。该RR层依据从与其通信的BSS收到的指令，调用MS栈中适当的低层，在GSM Um接口与标准RIL3-RR层通信，或者在CDMA Um接口与BSS 32 GSM-CDMA RR层通信。MS栈中的RR层还在MSC 24、BSS30和32的指令下，控制第1、2层所定义的相应空中接口间的切换。
不管正在使用哪一个空中接口，GSM-CDMA RR层支持该接口层上方的标准GSM RIL3-MM和CM层。MM层和CM层不受BSS32处理，但在MS40与MSC24之间中继，以便用对其下方的CDMA空中接口层大致透明的方式进行处理。上述题为“GSM/CDMA混合通信网的越区基站切换”的美国专利申请中，说明RR层的更多特性。
CDMA BSS32在基本上未修改的标准GSM A接口上与GSM MSC24通信。该接口以本技术领域公知的GSM SS7和BSS应用部分(BSSAP)协议为基础，最好遵照GSM 08.06和08.08标准。BSSAP支持MSC24与BSS32之间所需的过程，包括单一呼叫和资源管理所涉及信息的变换和处理，以及MSC24与MS40之间的呼叫控制和移动性管理消息传送。BSS 32将BSS与MS 40间交换的CDMA第1层、GSM-CDMA第2层和GSM-CDMA RR协议变换成适当的SS7和BSSAP协议传给MSC24，反之也然。
由于CDMA BSC34用标准A接口与GSM MSC24通信，核心GSM MSC中基本上不要修改就能使CDMA BSS32添加到GSM系统20。此外，因为GSM/TDMA BSS30和CDMA BSS32用大致相同的方式在A接口与MSC通信，MSC24不需要注意这两种BSS之间标识有什么不同。
图2B为按照本发明较佳实施例经MS40、CDMA BSS32和MSC/IWF24提供电路交换数据所涉及传输协议栈的示意框图。ME/MT42用MS中的GSM兼容终端适配功能(TAF)经参考点R的连接与TE46交换用户数据。TAF适应任何一种使用中的TE协议，诸如本技术领域公知的异步协议，或者同步协议。来电数据为异步时，MS40按照GSM协议应用速率适配(RAO)功能，以附加止码元填补该异步数据，使其适合最接近的可用GSM同步数据信道。这些数据信道具有的速率为2n×600比特/秒(因而要使75比特/秒和300比特/秒的信令速率适应600比特/秒同步流)。MSC/IWF24包含的RAO功能是MS 40中RAO功能的“镜像”。MS 40和MSC/UWF 24还包含GSM传真适配器功能，该功能在MS中提供标准传真接口，并补偿蜂窝网通信中遇到的传输时延差异，这点与有线通信网完全不同。
最好按照GSM标准07.01用GSM第2层中继(L2R)功能通过BSS 32从MS40将已知(非透明)用户协议传给MSC24。该标准按参考文献在此引入。然而，透明协议一般发送无修改的输入比特流，非透明协议则在发送前修改比特流，通常是为了降低所需数据传输速率。最好L2R按照GSM标准04.22使用GSM无线电链路协议(PLP)提供的业务，以便在空中可靠传输L2R协议的信息。该标准按参考文献在此引入。
速率适配器1′(RA1′)功能使RAO功能和MS40的传真适配器及RLP功能输出的同步用户数据适应在CDMA Um接口上传输。RA1′使RAO、传真适配器和RLP的数据速率适应IS-95的无线电接口速率，该速率一般与GSM数据速率不同。后面会进一步说明，IS-95的中等数据速率(MDR)传输能适应9600bps以上的高数据速率。
由GSM速率适配1(RA1)和速率适配2(RA2)功能执行BSS32与MSC/IWF24间的速率适配，以便以标准GSM电路交换数据速率在A接口传送数据。RA1功能使RA1′传送的同步数据适应8或16千比特/秒的中间数据速率。RA2功能由CCITT标准V.110规定，用于按照CCITT E1数据传输协议的要求使RA1数据适应64千比特/秒的速率。这些协议以帧结构为32×64千比特/秒的2兆比特/秒数据流为基础。示意性画出MSC/IWF包含L1层，借助该层，来自TE46的用户数据一般在PSTN/PDN48上传输后，输出到可兼容终端或传真机(图中未示出)。
尽管一般参照使TE46发来的数据流适应传输给MSC/IWF24所需的功能说明以上的通信协议层，但要理解这些协议层也用于使MSC/IWF24发出的同步高速数据适应传输给TE46，并以该TE输出。因此，MSC/IWF24经ME/MT42和B5S32对TEs46收、发数据，大致与BSS和MS40之间的数据实际上受到CDMA编码无关，犹如MS40以GSM/TDMA模式进行工作。
如上文所述，用户数据速率超过普通CDMA业务信道速率时，最好用高速数据业务用的IS-95MDR特征接纳额外的数据。这种情况下，MS40和BSS32彼此间开放多条业务信道。由于常常一个方向传送的数据量大于另一个方向传送的(最常出现在正向，即从BSS32到MS40)，两个方向开放的信道数不必相同。例如，可有4条正向信道，而反向信道仅2条。在每个方向中，最好有1条载送信令(图2A)和数据的基本编码业务信道和多达7条的高速数据用补充编码业务信道。基本信道大致连续工作，而补充信道随时根据总数据速率按需要启用。
IS-95 MDR能用于提供高速数据业务，比得上GSM阶段2+(Phase2+)标准为高速电路交换数据(HSCSD)规定的业务。然而，IS-95 MDR的CDMA传输具有动态带宽分配的优点，与HSCSD中静态分配TDMA时隙完全不同。因此，这种CDMA方法在MDR和常规数据速率均使得传输频谱能比普通GSM TDMA方法更有效地利用。
尽管以上参照特定的GSM/CDMA混合系统说明实施例，但要理解本发明的原理同样也可用于促成其他混合通信系统的空中数据传输。本发明的范围不仅包含上述全部系统和通信处理过程，而且包括这些系统和处理过程的各创造性组成部分及其各种组合和子组合。
因此，要理解上述较佳实施例作为例子引用，本发明的全部范围仅由权利要求书限定。

Claims (9)

1.一种在GSM移动无线通信系统中经CDMA空中接口从终端设备对通信网传输数据的方法，其特征在于，该方法包括：
从终端设备接收数据作为输入；
在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率发送数据；
用GSM电路交换数据协议在GSMA接口上将数据传给通信网，
其中发送数据包括响应要在空中接口上传送的数据量，以可变速率传送数据，
传送数据包括开放基本信道，以在其上传送数据和信令，并响应数据量，开放一条或多条补充信道以载送数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，开放补充信道包括空中接口上在正向和反向开放不同数量的信道。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括对数据速率降低作出响应，关闭一条或多条补充信道。
4.一种在GSM移动无线通信系统中经CDMA空中接口将通信网上接收的数据传送给终端设备的方法，其特征在于，该方法包括：
用GSM电路交换数据业务协议从通信网接收数据；
在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率发送数据；
将数据输出给终端设备，
其中发送数据包括响应要在空中接口上传送的数据量，以可变速率传送数据，
传送数据包括开放基本信道，以在其上传送数据和信令，并响应数据量，开放一条或多条补充信道以载送数据。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，开放补充信道包括空中接口上在正向和反向开放不同数量的信道。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括对数据速率降低作出响应，关闭一条或多条补充信道。
7.一种用于移动通信系统的无线通信装置，其特征在于，该装置包含：
移动台，耦连该移动台以便与终端设备交换数据，该移动台在CDMA空中接口上以CDMA数据传输速率传送数据；
基站，在CDMA空中接口上与移动台通信，并耦连到通信网，以便按照GSM电路交换数据协议在通信网上交换数据，
其中响应空中接口要传送的数据量，改变该接口上的数据传输速率，
通过响应数据量，在移动台与基站之间除开放基本信道外，还开放一条或多条补充信道，改变数据传输速率。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在移动台与基站之间的正向和反向开放数量不同的信道。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，对数据速率的降低作出响应，关闭一条或多条补充信道。
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