CN1196369C - 用于移动电信系统的接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于移动电信系统的接入方法，包括以下步骤：在移动站与基站之间提供逻辑接入控制信道；在所述逻辑接入控制信道上从此移动站中发送信道请求信号给基站；将所述逻辑接入控制信道映射到至少一个物理信道上，此至少一个物理信道具有由多个帧构成的多帧结构，其中将所述多个帧划分为包括预定数量的时隙并在下行链路方向中在无线电块中提供表示上行链路方向中下一组的时隙(TS)是用于接入脉冲串的接入时隙的链接状态标记(USF)的几个无线电块；在随机接入程序中选择接入脉冲串，其中所述接入时隙的第一部分专门预留给具有严格延迟要求的优先级应用，而所述接入时隙的第二部分预留给所有的应用。

Description

用于移动电信系统的接入方法
本发明涉及用于移动电信系统的接入方法，并且特别涉及用于提供诸如通用分组无线电业务(GPRS)的分组交换网络业务的全球移动通信系统的接入方法。
全球移动电信系统(GSM)设计为国际数字蜂窝业务。GSM将组合的时分多址(TDMA)与频分多址(FDMA)双工技术用于接入。GSM已适于工作在用于欧洲的个人通信网络(PCN)的1800MHz上和工作在用于美国的个人通信业务(PCS)的1900MHz上。GSM标准指定890-915MHz的频带为上行链路频带并指定935-960MHz的频带为下行链路频带，每个频带划分为200kHz信道。GSM网络由移动站、基站子系统(BSS)、网络子系统和空中接口构成。移动站(MS)具有无线电收发信机、显示器和数字信号处理器以及称为用户识别模块(SIM)的智能卡。手持移动站设备的识别不链接到手机而链接到SIM。SIM提供移动性，以使用户能接入所有的业务而不管位置如何。BSS由两个部分组成，即，由基站收发信机(BTS)和基站控制器(BSC)组成。BTS包含定义网孔的无线电收发信机并处理与移动站的无线电链路协议。BSC在移动站与移动业务交换中心(MSC)之间提供连接，BSC管理处理诸如无线电信道建立、跳频和越区切换的功能的BTS/MS的无线电资源。BSC也将在无线电链路上使用的13KB/S话音信道变换为由基于陆地的公用交换电话网络(PSTN)或综合业务数字网络(ISDN)使用的标准64KB/S信道。网络子系统的主要部分是MSC，MSC提供至公用网络的连接和各个网络单元之间的信令。MSC不包含有关特定移动站的信息，此信息存储在实质上是数据库的两个位置寄存器中。归属位置寄存器(HLR)与访问者位置寄存器(VLR)和MSC一起提供GSM的呼叫路由选择与定位(rooming)能力。
因为无线电频谱是由所有用户分享的有限资源，所以必须在尽可能多的用户之间分割此带宽。用于分割由GSM使用的频带的方法是时分与频分多址的组合。
FDMA部分牵涉200kHz带宽的125个载波上总的25MHz带宽的频率的划分，如能从图1中所看出的。随后，将一个或多个载波频率分配给每个基站。然后，使用TDMA方案在时间上将这些载波频率之中的每个频率划分为8个时隙。例如，8个时隙形成一个TDMA帧。一个时隙用于移动站MS的发送并且一个时隙用于接收。然后，在时间上隔开这些时隙，以使此移动站不在同一时间上接收与发送。
在TDMA的结构体制内，提供两种类型的逻辑信道，即，业务信道(TCH)与控制信道(CCH)。业务信道TCH在用户之间传送话音与数据，而控制信道CCH传送由网络用于监视与管理的信息。在控制信道CCH之中的是用于请求接入网络的随机接入信道(RACH)和用于从BSS中发送分配信号给移动站并通知此移动站MS已给它分配业务信道TCH的接入允许信道(AGCH)。
具有GSM使用的四种类别的逻辑控制信道，称为广播控制信道(BCCH)、公用控制信道(CCCH)、独立专用控制信道(SDCCH)和相关控制信道(ACCH)。广播控制信道BCCH单向地从BSS中发送信息给移动站MS，其中此移动站需要所述信息用于通信。随机接入控制信道RACH和接入允许信道AGCH也是单向的，其中在随机接入信道RACH上从移动站MS中发送随机接入信号给基站BS，而在接入允许信道AGCH上从BSS中发送分配信号给移动站MS。
时分多址TDMA系统中的物理信道定义为TDMA帧序列中具有时隙号(TN)的时隙(TS)。然而，GSM系统采用与跳频(FH)组合的TDMA，并因此在时间与频率上划分GSM中的物理信道。结果，物理信道定义为无线电频率信道与时隙是序列。每个载波频率支持映射到TDMA帧内8个时隙上的8个物理信道，如能从图1中所看出的。
如能从图2中所看出的，每个TDMA帧具有8个时隙。在每个时隙期间，类似于话音或数据信号的信息能在具有预定结构的信息分组中进行发送。大致具有5种不同类型的这些所谓的脉冲串，如能从图2中所看出的。对于数据传输，使用包括两个序列的加密数据比特的所谓的正常脉冲串。在频率校正脉冲串中，所有的比特是零，利用GSMK调制给出能用于频率校正的纯正弦信号。同步脉冲串具有长的训练序列用于时间同步。
图2所示的接入脉冲串是从移动站MS发送给基站的第一信号。从近的移动站和从遥远的移动站到达基站的信号必须以正确的时间关系到达此基站，以避免脉冲串的重叠。因此，接入脉冲串具有对应于252μs周期的68，25比特的长保护周期，其中此脉冲串得移动大约是网络网孔大小的两倍的76km的距离。
图3表示移动站MS与基站之间的呼叫建立。此移动站MS通过在随机接入控制信道RACH上发送请求来启动呼叫建立程序。由于此RACH由此基站范围内的所有用户分享，所以得采用类似于ALOHA协议的随机接入协议来解决可能的碰撞。一旦BSS接收到此移动站MS的请求，则此BSS在接入允许控制信道AGCH上利用控制此移动站MS调谐到用于接着而来的呼叫建立的专用控制信道上的立即分配信号进行应答。在完成此呼叫建立协商之后，由基站BS分配一个逻辑业务信道TCH，并且在所述逻辑业务信道TCH上进行所有以后的通信。
对于数据业务将特别有用的GSM的新传输性能是所谓的通用分组无线电业务(GPRS)。GPRS将提供快速呼叫建立时间，以使数据用户将不必如电路交换呼叫一样等待电话机拨号。GPRS将处理从只使用一个TDMA时隙的14Kb/s至使用全部8个TDMA时隙的高达100Kb/s与更高的速率。
GPRS内常规随机接入程序所具有的问题在于：此程序不支持具有不同延迟要求的应用的优先级。另一方面，此标准预见四种不同的服务质量QoS等级用于数据传送。对于移动站始发的业务，这表示首先为具有保证的QoS的数据分组提供服务，如果这些数据分组具有请求资源的机会的话。
在具有严格延迟要求的应用中，移动站始发业务的第一瓶颈是此常规随机接入程序。在所有请求之间具有竞争而不管这些请求的要求或优先级。在繁忙业务情况中，这可能导致出现由于碰撞引起的不能容忍的延迟的情况。
WO 98/24250公开用于改善分组通信系统的性能的一种方法，其中分组数据传送所要求的物理信道特定分配给在需要时具有将这些分配的物理信道用于分组数据的专用优先级的一个移动站(所谓的VIP MS)。而且，通过分配专用于VIP MS的预留随机接入信道，给予VIP MS以最高专用优先级来接入这些物理信道。此解决方案要求网络知道专用VIP MS，此随机接入信道专门预留给此专用VIP MS。不考虑在VIP MS上运行的应用；因此，不考虑都在同一VIP MS上运行的例如低优先级与高优先级应用的不同处理。在VIP MS上运行的低优先级应用也总是使用专门预留的随机接入信道。
WO 98/44755公开分组网络中的资源分配机构。在下行链路块中，USF字段用于给移动站提供发送相应的上行链路块的特定授权。分配给专用移动站的所有USF识别符之中的一个USF识别符不分配给任何移动站并且以这种方式预留给其他用途。如果没有单独授权，则不允许移动站使用未分配的块用于发送。具有不同优先级要求的应用的不同处理是不可能的。
鉴于前面所述的问题，本发明的主要目标是提供和改善用于移动电信系统的接入方法并支持具有特殊延迟要求的应用。
此目标利用包括以下步骤的用于移动电信系统的接入方法来实现：
在移动站与基站之间提供逻辑接入控制信道；
在所述逻辑接入控制信道上从此移动站中发送信道请求信号给此基站；
将所述逻辑接入控制信道映射到具有由多个帧构成的多帧结构的至少一个物理信道上，
其中将所述多个帧划分为包括预定数量的时隙并在下行链路方向中在无线电块中提供表示上行链路方向中下一组的时隙(TS)是用于接入脉冲串的接入时隙的链接状态标记(USF)的几个无线电块；
在随机接入程序中选择接入脉冲串，
其中所述接入时隙的第一部分专门预留给具有严格延迟要求的优先级应用，而所述接入时隙的第二部分预留给所有的应用。
利用从属权利要求来要求保护根据本发明的接入方法的优选实施例。
本发明的前面与其他目标、特性、方面和优点从下面结合附图的本发明的具体描述中将变得更加显而易见。
图1是表示常规GSM系统中组合TDMA与FDMA的图。
图2表示在GSM中使用的不同类型的脉冲串。
图3是表示移动站与基站之间的呼叫建立的图。
图4表示GPRS内物理信道的52多帧结构。
图5表示图4的多帧结构内无线电块的结构。
图6是表示本发明的第一实施例的图。
图7是表示本发明的第二实施例的图。
图8是表示本发明的第三实施例的图。
下面，结合附图4-8描述本发明。
图4表示物理信道PDCH的多帧结构，其中根据4个连续脉冲串的块分享此物理信道。这里，例如，示出用于GPRS的52个TDMA帧。在GSM 05.02中定义物理信道上频率PDCH中的映射，利用图4中所能看出的多帧结构定义逻辑信道的时间映射。PDCH的多帧结构由划分为(每个块4个帧的)12个块和4个空闲帧的52个TDMA帧构成。
支持GPRS的网孔可以分配几个物理信道之一上的资源来支持GPRS业务。由GPRS移动站分享的那些物理信道(即，PDCH)从此网孔中可利用的物理信道的公用库中取出。动态地以需求为原则根据容量将物理信道分配给电路交换业务和GPRS。
在分组传送的初始阶段GPRS所要求的公用控制信令在分组公用控制信道(PCCCH)(当已分配分组公用控制信道时)上或在公用控制信道CCCH上进行传送。这允许操作者仅在将要传送分组才将容量指定分配给此网孔中的GPRS。
一旦未由现有的CCCH传送所述信令时，用作主要设备的至少一个PDCH调节传送启动分组传送所有必需的控制信令的分组公用控制信道，即，PCCCH，以及调节传送用户数据与专用信令的信道，即，PDTCH与PACCH。用作从属设备的其他PDCH用于用户数据传送并用于专用信令。
GPRS不要求永久分配的PDCH，能根据实际分组传送的需求分配容量给GPRS。操作者也能决定将一些物理资源(即，PDCH)永久地专用于或临时用于GPRS业务。在PDCH由于GPRS业务负载而被拥塞并且更多的资源在此网孔中是可利用的时，此网络能分配更多的物理信道为PDCH。在包含PCCCH的上行链路PDCH上，多帧中的所有块能用作PRACH、PDTCH或PACCH。利用USF＝空闲的上行链路状态标记USF来表示PRACH的使用。
在移动站始发的分组传送中，由移动站MS通过在PRACH或RACH上发出分组信道请求来启动MS至BSS的上行链路接入。一旦此BSS接收到此MS的请求，此BSS分别利用PAGCH或AGCH上的立即分配消息进行应答。
此分组立即分配消息包括PACCH的表和每个PDCH相应的上行链路状态标记。此移动站MS监视分配的PDCH上的USF并在预留给此移动站使用的当前具有USF值的那些PDCH上在下一个上行链路期间发送无线电块。通过改变USF的状态，能动态地将专用PDCH上的不同无线电块分配给某些移动站，因而提供灵活的预留机构。
在请求PDCH时，分组信道请求消息中编码的PRACH上的分组信道请求消息包含所需信道的类型和所需无线电块的数量的信息。对于现有长度的接入脉冲串(即，8比特)并对于扩展长度的11比特，编码此分组信道请求消息。
在GSM 04.60中规定分组信道请求。
移动站MS在用于PRACH的无线电块上的四个脉冲串之一中发送分组信道请求。在接入中，随机选择此脉冲串。
图5表示图4所示的多帧结构的无线电块B0-B11的结构。每个无线电块包括标题部分和RLC数据块。此标题部分包括上行链路状态标记USF。在使用SDCCH编码方案时，此USF在下行链路上发送的每个无线电块的开头包括3比特，这能进行用于多路复用上行链路业务的8个不同的USF状态的编码。
在PCCH上，一个USF值用于表示PRACH(USF＝空闲)。其他的USF值(USF＝R1-R7)用于预留上行链路给不同的移动站。在不传送PCCCH的PDCH上，8个USF值(USF＝R1-R8)用于预留上行链路给不同的移动站，因而阻止上行链路信道上的碰撞。在这种情况中，此USF指向包括四个脉冲串的下一个上行链路无线电块。移动站MS在用于PRACH的无线电块的四个脉冲串之一中发送此分组信道请求。
图6表示根据本发明的接入方法的第一实施例。除了第一上行链路状态标记值F1之外，提供至少另一个第二上行链路状态标记值F2。此第二上行链路状态标记值F2专门预留给具有严格延迟要求并因此具有高优先级的应用。只允许具有严格延迟要求和高优先级的应用使用利用上行链路状态标记F2表示的无线电块的接入时隙。第一上行链路状态标记F1表示此无线电块的所有接入时隙能由所有的应用(即，具有严格延迟要求的应用和具有较低延迟要求的其他应用)使用。如能从图6所示的示例中明白的，第一无线电块B0具有设置为第二上行链路状态标记值F2的上行链路状态标记，表示此块的时隙专门预留给具有高优先级的严格延迟要求的应用。相反地，图6中所示的无线电块B6具有其设置为上行链路状态标记值F1的上行链路状态标记，表示这些接入时隙能由包括高与低优先级的所有应用使用。
图7表示根据本发明的接入方法的第二实施例。在此实施例中，基站BS在例如PBCCH的逻辑控制广播信道上发送子组指定信号。此子组指定信号指定用于具有高优先级的应用的随机接入的一个或几个多帧内的第一子组和用于包括具有高与低优先级的应用的所有应用的随机接入的无线电块的另一子组。例如，一个子组可以由具有PDCH的52个TDMA帧的多帧结构的空闲帧之间的一个块构成。此子组指定信号指定多帧内无线电块的一个子组并表示此子组的接入时隙预留给具有某一优先级的应用。
有可能定义两个优先级，即，高与低优先级，或根据应用的延迟要求定义多个优先级。
图8表示根据本发明的接入方法的第三实施例。基站在例如PBCCH的逻辑控制广播信道上发送接入时隙数指定信号给移动站MS，此接入时隙数指定信号表示链接状态标记USF之后的预定数量的接入时隙预留给具有高优先级的应用。图8所示的示例中的上行链路状态标记USF之后是能用于接入脉冲串的4个时隙。BSS发送专门预留给具有图8中的H所示的高优先级的应用的无线电块B0的4个时隙之中的两个时隙，两个剩余接入时隙能由包括具有如图8中的L所示的低优先级的应用的所有应用使用。
图7所示的实施例具有常规GPRS的USF机构不必改变的优点。
在图6所示的实施例中，使用不同的上行链路状态标记值F1、F2来表示USF机构必须改变的不同优先级，但具有不必在PBCCH上发送指定用于高优先级随机接入的无线电块的子组或指定无线电块内用于随机接入的预定数量的接入时隙的信息。
在图6-8所示的所有实施例中，通过增加专门预留给具有严格延迟要求的高优先级应用的接入时隙的部分，快速增加将分组数据业务信道PDTCH分配给具有高优先级的严格延迟要求的应用的概率，并因此极大减少在随机接入程序期间由于碰撞而使延迟要求不满足的延迟出现的概率。因此，避免常规随机接入程序的问题。
具有严格延迟要求的应用例如是业务控制，尤其是序列控制。在这样的应用中，频繁的数据分组得在某一时间周期内到达其目的地。因而，也要求保护业务控制中根据本发明的接入方法的使用。
具有严格延迟要求的另一应用例如是远程监视和/或控制。因而，也要求保护此应用中根据本发明的接入方法的使用。
根据本发明的方法能应用于使用分组预留多址联接(PRMA)与类似方法的任何移动电信系统。
特别地，根据本发明的方法能用于使用诸如通用分组无线电业务GPRS的分组交换网络业务的全球移动通信系统GSM。
根据本发明的移动电信的接入方法也能应用于通用移动电信系统UMTS。
在根据本发明的接入方法的优选实施例中，随机接入的优先级能依赖于某一服务质量等级，例如，高优先级随机接入用于服务质量等级1。
根据本发明的用于移动电信系统的接入方法引入用于随机接入程序的优先级来避免具有高优先级的高延迟要求的应用与只需要最佳服务的应用的随机接入的碰撞。本发明主要应用于GPRS，但也能应用于类似UMTS的其他系统。
缩写词表
ACCH    相关控制信道
AGCH    接入允许信道
BCCH    广播控制信道
BCS     基站控制器
BSS     基站子系统
BTS     基站收发信机
CCH     控制信道
CCCH    公用控制信道
FDMA    频分多址
FH      跳频
GPRS    通用分组无线电业务
GSM     全球移动通信系统
GSMK    高斯最小移频键控
HLR     归属位置寄存器
ISDN    综合业务数字网络
MS      移动站
MSC     移动业务交换中心
PACCH   分组相关控制信道
PAGCH   分组接入允许信道
PBCCH   分组广播控制信道
PCCH    分组控制信道
PCCCH   分组公用控制信道
PCN     个人通信网络
PCS     个人通信业务
PDCH    分组数据信道
PDTCH   分组数据业务信道
PRACH   分组随机接入信道
PRMA    分组预留多址联接
PSTN   分组交换电话网络
QoS    标准质量
RACH   随机接入信道
SDCCH  独立专用控制信道
SIM    用户识别模块
TCH    业务信道
TDMA   时分多址
TN     时隙号
TS     时隙
UMTS   通用移动电信系统
USF    链接状态标记
VLR    访问者位置寄存器

Claims (15)

1.用于移动电信系统的一种接入方法，包括以下步骤：
(a)在移动站(MS)与基站(BS)之间提供逻辑接入控制信道；
(b)在所述逻辑接入控制信道上从此移动站(MS)中发送一个信道请求信号给此基站(BS)；
(c)将所述逻辑接入控制信道映射到具有由多个帧构成的多帧结构的至少一个物理信道上，
其中将所述多个帧划分为包括预定数量的时隙(TS)的几个无线电块(B)；
其特征在于，此方法包括以下步骤：
(d)在下行链路方向中在无线电块中提供表示上行链路方向中下一组的时隙(TS)是用于接入脉冲串的接入时隙的链接状态标记(USF)；
(e)在随机接入程序中选择接入脉冲串，其中所述接入时隙的第一部分专门预留给具有严格延迟要求的高优先级应用，而所述接入时隙的第二部分由所有的应用使用。
2.根据权利要求1的接入方法，还包括此基站(BS)在逻辑接入允许信道上发送一个分配信号给此选择移动站(MS)的步骤，
其中此分配信号控制所述移动站(MS)调谐到一个专用逻辑控制信道上，在此专用逻辑控制信道上交换呼叫建立信息。
3.根据权利要求2的接入方法，其中在完成此呼叫建立信息交换之后，此基站(BS)分配一个逻辑业务信道给所述移动站(MS)，在此逻辑业务信道上进行数据通信。
4.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，所述链接状态标记(USF)包括至少两个标记值(F1，F2)，其中所述标记值之一表示相关块(B)的接入时隙预留给所述高优先级应用。
5.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，基站子系统(BSS)在逻辑广播控制信道上给此移动站(MS)发送指定多帧内的无线电块B的一个子组并表示所述子组的接入时隙预留给所述高优先级应用的子组指定信号。
6.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，基站子系统(BSS)在逻辑广播控制信道上给此移动站(MS)发送表示所述链接状态标记(USF)之后的预定数量的所述组的接入时隙预留给所述高优先级应用的接入时隙数量指定信号。
7.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，此物理信道具有由52个时分多址TDMA帧构成的多帧结构，这52个时分多址TDMA帧划分为12个无线电块(B0-B11)与4个空闲帧，其中每个无线电块(B0-B11)具有4个TDMA帧。
8.根据权利要求7的接入方法，其特征在于，每个TDMA帧包括8个时隙(TS)，其中在每个时隙期间一个脉冲串信号是可发送的。
9.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，用于接入脉冲串的所述链接状态标记(USF)之后的此组时隙包括4个接入时隙。
10.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，此移动通信系统是使用分组交换网络业务的全球移动通信系统(GSM)。
11.根据权利要求10的接入方法，其特征在于，此分组交换网络业务是根据X.25标准发送数据的通用分组无线电业务(GPRS)。
12.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，此移动电信系统是通用移动电信系统(UMTS)。
13.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法，其特征在于，只对某些服务质量等级(QoS)才将接入时隙的所述第一部分预留给高优先级应用。
14.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法在业务控制，特别是序列控制方面的应用。
15.根据权利要求1-3之中任何一个权利要求的接入方法在远程监视和/或远程控制方面的应用。
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