CN1161124A - 选择无线电信道的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在涉及在固定长度时间帧内的预定时隙中通信的系统中，发送/接收单元可用的载波无线电频率的数据被发送到该单元，以便控制其通信。

Description

选择无线电信道 的方法和设备

本发明涉及在固定长度时间帧内的预定时隙中数字数据和控制消息的传输。

本发明在现在应该参见的权利要求书中定义。

本发明涉及在固定长度时间帧内的预定时隙中从第一发送与接收单元向第二发送与接收单元发送控制消息以用于控制第二单元的方法，该控制消息包括到与第一单元通信的第二单元的载波无线电频率可用性的数据。最好该可用性数据指示最好使用哪些载波无线电频率、哪些少用和哪些不用。最好可用性数据被更新并且取决于在每个选择的载波无线电频率的通信是否成功，以及可用性数据周期地重发。

本发明还涉及数字数据信号的相应方法、发射机和通信装置。

现在通过举例并且对照附图叙述本发明的优选实施例，其中：

图1是表示包括一个基站(BTE-基本终端设备)和用户单元(ETE-网络终端设备)的系统的示意图；

图2是表示用于双工链路的帧结构和定时；

图3是表示来自基站的时隙表消息。

基本系统：

如图1所示的，该优选的系统是电话系统的一部分，其中从交换机到用户的本地有线回路已经以固定基站与固定用户之间的全双工无线电链路代替。优选的系统包括双工无线电链路和用于实现必要协议的发射机与接收机。该优选的系统和诸如本领域已知的GSM的数字蜂窝移动电话系统之间有相似性。这个系统使用基于分层模型的协议，特别是具有以下层的协议：PHY(物理层)、MAC(媒介存取控制)、DLC(数据链路控制)、NWK(网络)。与GSM比较的一个不同是该优选系统、用户单元是在固定地点而且不需要越区切换装置或与移动性有关的其它特性。这意味着，例如在优选的系统中，可使用定向天线和市电。

在优选实施例中的每个基站提供从整个频率分配中选择的十二个频率的六条双工无线电链路，以减少邻近基站之间的干扰。双工链路的帧结构和定时示于图2。每条双工无线电链路包括从用户到基站的上行链路和在固定频偏从该基站到该用户单元的下行链路。下行链路是TDM，而上行链路是TDMA。所有链路的调制是n/4-DQPSK，和所有链路的基本帧结构是每2560比特的帧十个时隙即每时隙256比特。比特率是512kbps。下行链路是连续地发送并且包括用于主要系统信息的广播信道。当没有有用的要发送的信息时，下行链路传输继续使用基本帧和时隙结构并且包含合适的填满码型和基本的广播信道。

对于上行链路和下行链路二者，有两种类型的时隙：在呼叫建立之后使用的正常时隙和在呼叫建立期间使用的引导时隙。

每个下行链路正常时隙包括24比特的同步信息，后接包括8比特标题的24比特指定的S字段，接着160比特指定的D字段，这接着24比特的前向纠错，和一个8比特尾部，接着12比特的广播信道。该广播信道包含一帧内的每个时隙中的多个段，它们一起形成由该基站发送的下行链路公共信令信道，而且包含含有链路信息诸如时隙表、复帧和超帧信息以及其它信息的控制消息、无连接消息和该系统操作的基本信息。

在呼叫建立期间，每个下行链路时隙包含频率校正数据和/或只以短的S字段和无D字段信息对接收机初始化的训练序列。

上行链路时隙基本上包含两个不同类型的数据包。第一类包称为引导包，其在连接建立之前例如用于ALOHA呼叫请求和自适应时间调整。另一类数据包称为正常包，其在呼叫已经建立时用且由于使用自适应时间调整而是一个大的数据包，

每个上行链路正常包包含244比特的数据包，在它的前面和后面是4比特持续时间的斜坡(ramp)。该斜坡256比特时隙剩下的左边的比特提供对由于定时差错引起的从相邻时隙来的干扰的保护间隙。每个用户单元调节其时隙传输的定时以补偿它传送信号到达该基站的时间。每个上行链路数据包包括24比特的同步字，后接与在每个下行链路正常时隙相同比特数的S字段和D字段。

每个上行链路引导时隙包含一个引导数据包，它是92比特长，在前面和后面是定义60比特的扩展保护间隙的4比特斜坡。这个更大的保护间隙是需要的，因为没有可用的定时信息，且没有它，传播延迟就使得邻近时隙被干扰。引导包包括64比特的同步，后接S字段的104比特，S字段的104比特以8比特的头标开始和以16比特循环冗余检验、2个预留比特、14前向纠错FEC比特和8个尾比特结束。没有D字段。

在上述数据分组中的S字段可用于两类型的信令。第一类型是MAC信令(MS)并且用于基站的MAC层和用户单元的MAC层之间的信令，其中定时是重要的。第二类型称为相关信令，它可慢可快，和用于DCL或NWK层中的基站和用户单元之间的信令。

如在下面更详细叙述的，在随机存取ALOHA时隙中进行呼叫请求。

使用询问响应协议在用于用户单元许可的优选系统中作出规定。一般的加密是通过组合话音或数据与由密钥流发生器产生的不可预测的加密比特序列而提供的，该加密比特序列与发送的超帧号同步。

另外，发送的信号被扰频以去除dc分量。

连接协议：

分时隙的ALOHA协议由用户单元用于发送呼叫建立请求和短信息消息(数据报)到该基站。这些请求和消息在时隙表之一称为ALOHA时隙中以引导包被发送，这些时隙被指定为由该基站在时隙表广播中可用于这个目的。典型的时隙表广播在图3中示出。对于复帧时隙表是可用的，该复帧包括号码0-15的十六个连续帧，并且在一个复帧中广播以用于后面的复帧。时隙表中ALOHA时隙数可从0变化至48，因此包含这个信息的消息具有可变长度而且可能需要划分为几个时隙表消息用于广播信道中传输。每个时隙表消息可指定多至三个ALOHA时隙，如图3中所示。使用最少数量的时隙表消息，且这些消息各被指定一个序列号并且以上升的顺序发送，以及在相同复帧内的整个传输之后以相同的顺序重发。但是，一般地讲，一个时隙表消息足够发送完整的时隙表。

广播信道本身包括在复帧的每一帧中的每个时隙的预定部分，并且用于广播除了时隙表消息之外的各种消息。此外，不同的优先级分配给这些不同类型的消息。因此在复帧的帧0至7中，时隙表消息具有最低优先级，而且因为其它消息的数量而可能不被发送。但是，时隙表消息在帧8、9、12和13中给予高的优先级，所以保证至少一部分而且很可能所有的时隙表的传输。

时隙表中的信息被编码以减少带宽，而且必须参考载波表确定，该载波表包括载频的详细情况。这个载波表也在复帧的帧15中的广播信道发送，在其后面发送该时隙表。

基站发送给每个用户单元专用的信息，其RF载频为：

(1)优选的(所谓“白”信道)

(2)如果优选的rf频率不可用(所谓“灰信道”)时使用

(3)不被使用(所谓“黑”信道)

每个用户单元存储这个信息。

例如，如果由一个扇区使用很可能导致与在相邻扇区中的用户单元的传输相干扰，因此避免来自其它传输的干扰，则RF频率被分类为‘黑的’。当它们提供差的质量但可接受的传输时，RF频率被分类为‘灰的’。

考虑该网络目前加载的程度，基站控制哪些时隙会被包含在该时隙表中。ALOHA时隙可均匀地在可用的射频信道上分配，虽然它们不需要这样。

可能有用于呼叫建立请求和数据报的分开的时隙表或用于二者的单个时隙表，因此，表类型参数被包含在每个时隙表消息中以指示在所列的时隙中发送的消息的类型。

一个接入控制指示符包含在每个时隙表消息中，而且对于分段的时隙表消息的所有段是相同的。接入控制指示符用于限制接入紧急呼叫或在各个网络负载等级的优先级用户。用户可预定两个优先级业务的任一个业务或一个正常业务。当网络负载为高时，除了紧急呼叫外拒绝正常用户接入。当网络负载实际上在容量内时，除了试图紧急呼叫外拒绝给所有类型的用户服务。

接入控制指示符可取1和4之间的一个整数。对于这些值的每个值可用的业务如下：

等级	优先级A用户	优先级B用户	正常用户
				4	仅仅是紧急呼叫	仅仅是紧急呼叫	仅仅是紧急呼叫
3	任何呼叫	仅仅是紧急呼叫	仅仅是紧急呼叫
				2	任何呼叫	任何呼叫	仅仅是紧急呼叫
1	任何呼叫	任何呼叫	任何呼叫

每个用户单元保持相应于从基站接收的信息的分类载波表，它表示优选的(‘白的’)射频信道、只在如果没有优选的时隙可用(‘灰的’)且由于它们提供差的质量时才使用的时隙和不使用的时隙(‘黑的’)。

由用户单元连接的规则：

用户单元在广播信道上接收ALOHA时隙表消息，并在复帧的第一时隙表消息开始，以及编辑以下复帧的有效时隙表，它考虑了分类载波表中的任何‘黑的，或‘灰的’信道或者那些如表类型所指示的不是合适的类型(呼叫建立请求或数据报)，可以认为该时隙表与RF频率信道分类载波表相加以提供适合于使用的一个有效的时隙表/RF频率/表类型/按入按制指示符设定。当然，分类‘白的’RF频率对于分类‘灰的’RF频率是优选的。

在顺序地接收最后时隙表消息之后，用户单元随机地从有效时隙表中的合适的表类型的条目中选择ALOHA时隙/RF频率设定之一。然后用户单元在选择的频率和在选择的时隙中发送或者是数据报或者是呼叫建立请求的消息。根据由该基站广播的扩展的ALOHA参数e的设定。数据报或呼叫建立请求在选择的时隙中在下一个可能的机会里发送给基站。

如果扩展的ALOHA参数e设定为1，则被发送的消息在下一个帧中发送一次。如果参数e设定为2，则该消息在下一帧在该集(set)(0、2、4、6、8、10、12、14)中发送，并且在紧跟其中它是第一次发送的帧之后的帧中重复，例如，如果目前的帧是5，则该消息应该在帧6和7发送。如果参数e设定为4，则该消息在下一帧在该集(0、4、8、12)中发送，且该消息在其中它是第一次发送的后面三个连续帧中重复，例如，如果目前帧是5，该消息应该在帧8、9、10、11中发送。

如果一个完整的时隙表不在复帧中发送，由该用户仍然可使用它已经收到的ALOHA时隙信息，以便在这些时隙中发送消息。

在消息传输之后，用户单元倾听(listen to)16e帧广播信道和对接着的复帧编辑有效时隙表，并且在要求重发的情况下随机地选择一个时隙x。但是，如果已经发送了一个呼叫建立请求，则该用户单元在该广播信道从基站接收确认消息，然后该用户单元不采取进一步的动作重发该呼叫建立请求。但是，如果没有收到确认消息，假定还没有出现最大允许的重发数，则该用户单元重发呼叫建立请求。每次发送呼叫建立请求时重发计数器被递增，以便监视重发数。

呼叫建立请求的重发与在确定所用的时隙和帧中的初始发送的过程相同，除了下面的规则之外：如果有效的ALOHA时隙数小于4，则重发可能被延迟超过将要使用的下一帧，随机数y在1和4之间产生以确定是使用第一、第二、第三或第四有效帧。例如，如果扩展的ALOHA参数e＝4、y＝2和当前帧＝3，则呼叫建立请求应该在帧8、9、10、11中发送。

ALOHA时隙表管理：

根据已经存储每个相关用户单元的载波表，基站发送时隙表消息到用户单元并管理时隙表。在一些RF频率被指定为不使用(‘黑的’)的情况下，该基站管理时隙表消息，以便保证每个用户单元总是有可用的RF频率。特别是，在高负载期间，此时所选择的用户单元类别被限制不能进行呼叫，该基站工作以保证在预定的时间期间内ALOHA时隙对用户单元是可用的。

网络负载：

在高负载的时间，接入该网络可能需要受到限制。如果ALOHA时隙数充分地减少，该网络将只限制接入紧急呼叫。在极端的情况下，通过禁用时隙表可完全拒绝接入新呼叫。该网络具有以下控制接入的手段：

-减少可用的ALOHA时隙数

-使用接入控制参数

-只限制接入数据报或呼叫建立请求

-限制接入选择类型的呼叫

-限制指定给呼叫的每帧的时隙数。

在网络是重负载期间，例如在有很多公共电话交换网络(PSTN)呼叫时，可限制接入该网络。PSTN呼叫是到达和来自用户的正常的32kbps话音呼叫，或者是每个固定长度时间帧使用2时隙(即要求64kbps带宽)的PSTN传真/数据呼叫。

当到达一系列使用阈值之一时，网络中利用率的程度被监视且呼叫逐渐地被限制，如下所述的：

1.随着网络负载的增加，首先防止测试呼叫，他们没有挣得收入(earnrevenue)。可选择地，现有的测试呼叫可以立即终止。

2.在较高的阈值，防止要求每帧指定至少一个时隙的系统控制呼叫。

3.在更高的阈值，防止指定每帧第二时隙给通常以每帧一个以上时隙发送的呼叫。因此PSTN传真/数据呼叫比通常发送的更慢。

4.在下一个最高阈值组，只有选择的呼叫类型可由选择的用户组进行。特别是根据接入控制参数对各类型的用户防止非紧急PSTN呼叫。具体地如上所述，用户可以是正常用户、优先级B用户或优先级A用户，每类用户具有不同的接入优先级。共享一个用户单元的用户可具有不同的优先级。

在最高阈值，只有最后两个信道被保留用于紧急呼叫。因此在例如有60信道(时隙/载频组合)的情况下，在高负载时，在这时第59个PSTN呼叫的呼叫建立请求将被拒绝，除非它是紧急呼叫。当然，在最高阈值预留的信道数可以不是两个。

根据呼叫成功更新分类的载波表：

在时间上基站监视公共交换电话网络(PSTN)呼叫的成功和在每个RF频率测试对利用无线电通信的每个用户单元的呼叫。在需要时，重新分类RF频率。例如，分类为‘白的’RF频率可自动地再分类为‘灰的’，如果该频率在大于预定的时间百分比不能用于成功的呼叫传输的话。相反，被监视为变为足够可靠的‘灰的’频率再分类为‘白的’。

相当不可靠的或产生干扰的RF频率再分类为‘黑的’。对于每个用户单元的更新的分类载波表周期地进行更新。

Claims (14)

1.一种在固定长度时间帧内的预定时隙中从第一发送与接收单元发送控制消息到第二发送与接收单元以用于控制第二单元的方法，控制消息包括第二单元与第一单元通信的载波无线电频率可用性的数据。

2.根据权利要求2所述的发送控制消息的方法，其中该可用性数据指示哪些载波无线电频率优先使用、哪些较不优先使用和哪些不使用。

3.根据权利要求1或2所述的发送控制消息的方法，其中该可用性数据根据在每个选择的载波无线电频率上的通信是否成功来进行更新，且该可用性数据不断地重发。

4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的发送控制消息的方法，从第一单元到多个第二单元中发送进一步的控制消息，该消息包括指示可选择地由所述多个第二单元用于呼叫建立请求的时隙和载波无线电频率的信息。

5.根据权利要求4所述的发送控制消息的方法，其中第二单元随机地从指示为可用的时隙中选择以用于呼叫建立请求。

6.根据前面任一权利要求所述的发送控制消息的方法，其中第一单元管理载波无线电频率以保证第二单元具有在预定的时间内可用于呼叫建立请求的无线电载波频率。

7.根据权利要求1至6的任一权利要求所述的发送控制消息的方法，其中传输是利用无线电。

8.在第一发送与接收单元和第二发送与接收单元之间在固定长度时间帧内的预定时隙中发送数字数据消息的方法，包括从第一单元发送控制消息到第二单元，该控制消息包括由第二单元使用的载波无线电频率的可用性数据。

9.包括用于固定长度时间帧内的预定时隙中发送控制消息的装置的一种发射机，包含在其中体现有用于通信的载波无线电频率的可用性的控制消息数据的装置。

10.包括一个基站和多个用户单元的通信装置，该基站通过在固定长度时间帧内的预定时隙中与每个用户单元通信发送和接收消息，其中每个用户单元从该基站接收控制消息，该消息包括用于与所述每个用户单元通信的载波无线电频率的可用性的数据。

11.根据权利要求11所述的通信装置，其中该用户单元是在固定位置上。

12.根据权利要求10或11所述的通信装置，其中所述每个用户单元比较其接收的载波无线电频率可用性数据与所述多个用户单元可用的时隙和载波无线电频率的信息，以便确定可用于发送其建立请求的时隙和载波无线电频率设定的子集。

13.根据权利要求12所述的通信装置，其中所述多个用户单元可用的时隙和载波无线电频率的所述信息在由该基站发送的控制消息中接收到。

14.根据权利要求10至13的任一权利要求所述的通信装置，其中该可用性数据存储在存储器中。

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