CN1253705A - 电信网络中信令的实现 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电信网络中,尤其是移动网络中的一种信令实现。在这种方法中,一个网络单元(BSC)被用作主单元,几个其它的网络单元被用作从单元(BTS1…BTS4),从单元向主单元发送信令信息传输请求,主单元根据接收的传输请求分配发送轮次。在一个由从网络单元共用的信令信道上实现这种信令,该信道包括至少一个传输帧时隙,或一部分这样的时隙。在不必占用传输容量的情况下能够快速向目的地传递传输请求,在由从单元到主单元的传输过程中(a)所使用的信令信道的容量被分割成一个发送传输请求的第一子信道,和一个发送实际信令信息的第二子信道,并且(b)以来自传输帧相同时隙的一个预定位被指定用于各个基站的传输请求的方式,在几个不同基站之间进一步分割分配给传输请求的子信道,因而几个不同的从单元能够同时向主单元发送一个传输请求。

Description

电信网络中信令的实现

本发明通常涉及电信网络中的信令实现，更具体地讲，是涉及移动网络中一个基站和一个基站控制器之间的信令实现。

为了说明移动网络的常见结构，图1利用在GSM系统上下文中已知的缩略语，示出了已知GSM移动通信系统(全球移动通信系统)的结构。该系统包括几个开放接口。在标准中定义了涉及接口交叉的事务，在该标准的上下文中基本上全部定义了在接口之间完成的操作。GSM系统的网络子系统(NSS)包括一个移动通信业务交换中心(MSC)，通过该中心的系统接口，移动网络被连接到其它网络，例如公共交换电话网(PSTN)，综合业务数字网(ISDN)，其它的移动网络(公共地面移动网络PLMN)，分组交换公共数据网(PSPDN)和电路交换公共数据网(CSPDN)。网络子系统通过A接口被连接到一个包括基站控制器(BSC)的基站子系统(BSS)，各个基站控制器均控制与之相连的基收发器站(BTS)。基站控制器和与之相连的基站之间的接口是Abis接口。另一方面，基站通过无线电接口与移动站进行无线电通信。

GSM通过移动通信业务交换中心的交互功能(IWF)与其它网络适配。另一方面，移动通信业务交换中心被连接到具有穿过A接口的PCM中继线的基站控制器。移动通信业务交换中心的任务包含呼叫控制，基站系统控制，计费和统计数据处理，以及A接口和系统接口方向上的信令。

基站控制器的任务尤其包含选择控制器和一个移动站MS之间的无线电信道。为了选择信道，基站控制器必须具有关于无线电信道和空闲信道上的干扰电平的信息。基站控制器执行从无线电信道到基站和基站控制器之间的链路的PCM时隙的映射(即到链路的一个信道的映射)。下面会更详细地描述连接的建立。

图2从结构上示出的基站控制器BSC包括中继线接口21和22，通过该接口，BSC穿过一边的A接口被连接到移动通信业务交换中心，并且穿过另一边的Abis接口被连接到基站。代码转换器和速率适配单元TRAU构成部分基站系统，并且可以被引入到基站控制器或移动通信业务交换中心内。为此，在图2的虚线部分中示出了这个单元。代码转换器把话音从一种数字格式转换成另一种格式，例如把穿过A接口从移动通信业务交换中心到达的64kbit/s的PCM信号转换成被传递到基站的13kbit/s编码话音信号，反之亦然。在速度64kbit/s和速率3.6，6或12kbit/s之间进行数据速率适配。在一个数据应用中，数据不通过代码转换器。

基站控制器配置，分配并且控制下行链路电路。还通过一个PCM信令链路控制基站的交换电路，从而允许有效利用PCM时隙。换言之，基站上由基站控制器控制的一个分路单元把发送器/接收器连接到PCM链路。上述分路单元把一个PCM时隙的内容传送到发送器(或在基站被链接的情况下传递到其它基站)并且把接收时隙的内容加到反向传输方向的PCM时隙内。这样，基站控制器建立并且释放移动站的连接。与反向操作类似，在交换矩阵23中完成针对从基站到穿过A接口的PCM链路的连接的多路复用。

在这个例子中基站BTS和基站控制器BSC之间的层1物理接口是一个2048kbit/s PCM线路，即包括32个64kbit/s时隙(＝2048kbit/s)。基站完全在基站控制器的控制下。基站主要包括向移动站提供无线电接口的发送器/接收器。四个通过无线电接口到达的全速率传输信道可以被多路复用成一个基站控制器和基站之间的64kbit/s PCM信道，因而这个链路上一个话音/数据信道的速率为16kbit/s。因而一个64kbit/s PCM链路可以传送四个话音/数据连接。

图1还示出了在GSM系统中使用的传输速率。移动站MS通过无线接口在无线电信道上以标准速率13kbit/s发送话音数据。基站接收传输信道数据并且把数据切换到PCM链路的64kbit/s时隙内。具有相同载波的其它三个传输信道也被定位在相同的时隙(即信道)内，因而如上所述，每个连接的传输速率为16kbit/s。代码转换器/速率适配单元TRAU把编码数字信息转换成速率64kbit/s，并且在这个速率上数据被传递到移动通信业务交换中心。如果代码转换器/速率适配单元位于移动通信业务交换中心内，通过数据传输中的压缩话音可以获得最大的优点。

基站和基站控制器之间的传输实现构成了移动网络费用的一个重要部分。随着网络用户数量和基站数量与密度的不断增加，更加强调传输方案有效性和经济性的重要性。对于信令，这意味着必须能够在基站及其控制器之间快速并且可靠地完成必须的信令。

当前的移动网络通常在各个基站和基站控制器之间具有固定的双向信令信道。使用固定信道预示在传输网络的网络单元中预先规划并组织传输信道和相关的信令信道。在建立阶段要在基站中编排关于基站用于信令的时隙的信息。并且在传输网络中可能提供的交叉连接必须具有对应的交换信息。

这样的方案的缺点是必须大量规划并维护信令信道。由于信道必须路由通过整个网络，所以难以根据所需的，涉及整个网络的定义把新基站利用起来。并且，维护工作需要一个复杂的网络维护系统。

涉及已知移动网络中的信令的另一个缺点是，由于不是针对信令需要而保留的，特定于基站并且固定分配的信令信道需要额外的容量。对于在移动网络中所占的比例显著增加的小容量基站，这个缺点尤为突出。

当网络容量增加时，单个基站的覆盖区域相应减少，因而增加了单个基站上的传输波动。虽然这是在无线电路径不再必须集中时出现的情况，但对于集中进行基站和基站控制器之间的数据传输而言是有价值的。由于基站控制器上的传输链路和连接端口的数量小于此前的方案，所以大大节省了经济费用。但是，当基站和基站控制器之间的传输比较集中时，需要完全新颖的方案。

对于信令，这样还意味着除了上述快速和可靠之外信令不能和其它传输抢占不必需的容量。并且，期望信令信道的实现不需要上述那种费力的预规划工作，并且可以尽可能轻易地完成诸如增加或减少基站的网络改变工作。

除了上述情况之外，由于在上述情况下不需要传输设备能够交换部分时隙，所以期望信令可以使用64kbit/s信道或其倍增信道。一个实际具有64kbit/s最大容量的信令信道导致了基站使用一个公共信令信道的方案。

在已知公共信道方案中，关键是分配一个信道。通常已知的公共传输介质存取原理包括主从原理，争用原理和传输通知原理。下面会简要描述这些原理对于移动网络所意味着的实现。

在实现主从方案时，一个网络单元(基站控制器)被用作主单元并且轮流询问各个从单元(基站)是否有要发送的内容。当检测到一个请求传输轮次的从网络单元时，主网络单元分配一个公共信道以便这个从网络单元使用。

当根据争用原理操作时，一个请求传输轮次的基站在不考虑其它基站的情况下在公共信道上启动其传输。如果公共信道当前不忙，则这个传输请求会穿过信道到达基站控制器，基站控制器开始与基站交换信息。如果基站控制器检测到碰撞或者基站在预定时间内没有接收到一个响应，则基站重复其传输。

在使用传输通知原理时，基站控制器以指定间隔轮询基站是否有要发送的内容。请求传输的基站进行登记，之后基站控制器允许其按顺序发送。在这种方法中，必须对传输请求碰撞和恢复有所准备。

在实现上述已知公共信道方案时，尤其会存在慢速传递基站的传输请求的缺点。在主从方案中，等待时间会直接随着基站数量的增加而增加。在争用原理中，传输请求的传递是不确定的，并且会出现连续碰撞，尤其是在出现网络峰值负载时。对于使用传输通知原理的网络也会出现相同的问题。

本发明的一个目标是消除上述缺点并且提供一个可以实现上述目标的信令方案。

通过在独立的权利要求中定义的方案可以实现这个目标。

本发明的思路是以分配给传输请求的子信道的各个时隙或部分时隙中的每个位均为一个特定的基站的使用而保留的方式，在传输请求和实际信令信息之间分割上行链路方向中信令信道的容量。通过这种方式，几个基站可以同时发送一个传输请求以便基站控制器接收到所有请求(没有冲突)。

本发明的方案允许在不浪费传输容量的情况下在一个各个基站的公共信道上快速(没有碰撞)实现基站和基站控制器之间的信令。不需要规划信令信道，因而简化了新基站的安装。

本发明的另一个优点是基站中可以融入一个简单的增加操作。因而在传输网络中不需要交叉连接和相关的数据库。

下面，将参照附图中的例子详细描述本发明及其最优实施例，其中

图1图解了一个GSM移动网络的结构，

图2示意的图解了一个基站控制器，

图3图解了一个信令信道对传输路径中使用的传输帧的适配，

图4图解了传输帧中传输请求时隙的操作，

图5描述了一个使用本发明的信令系统的移动网络，

图6示出了在图5的网络中使用的一个加法器的模块图，

图7a图解了加法器在一个传输时隙中的操作，

图7b图解了加法器在一个传输请求时隙中的操作，

图8a示出了在图5的网络中实现的从一个基站到一个基站控制器的传输原理，

图8b示出了在图5的网络中实现的从一个基站控制器到一个基站的传输原理。

根据本发明，沿上行链路方向在来自基站的传输请求信息和实际信令信息的传输之间分割基站和基站控制器之间的信令容量。在下行链路方向上，容量被完全分配给信令信息。如下所述，在该方向上相同的信息被发送给所有的基站。各个基站根据其地址可以取出针对其自身的信息。

图3示出了信令信道到基于ITU-T建议G.703/G.704的2048kbit/s信号的帧结构的适配，其中公共信令时隙为帧中的时隙16(整个帧包括时隙0...31)。

在图解的情况中，在每个其它帧中信令时隙被用于基站发送的传输请求，和从(一个)基站到一个基站控制器的实际信令。因而，通过奇数帧的时隙16发送传输请求，并且通过偶数帧的时隙16发送已经发送传输请求并且基站控制器允许其发送的基站的信令。

不必根据当前的例子在传输请求和信令之间分割由连续帧的时隙16构成的信令信道的容量(50/50)，可以根据信令需要选择相应的比例。例如，可以按照每三个帧一次或更低的频率发送传输请求。

也可以自由地选择用于信令的时隙。通过为信令分配更多的时隙可以增加信令信道的容量，并且通过这样的方式传输请求和实际信令可以使用不同的时隙，即通过与涉及前面传输请求的信令相同的帧发送新的传输请求。

图4中图解了一个传输请求时隙的操作。在安装阶段在基站控制器上定义了传输请求时隙中一个特定的传输请求位。通过改变这个位的状态，基站通知基站控制器需要进行发送。由于时隙包括8个位，有8个基站可以同时发送一个传输请求并且不会有任何碰撞。通过使用公共传输请求位也可以在多于8个的基站之间分割一个8位传输请求时隙。但在这种情况下，基站控制器必须使用上述位询问各基站是否需要发送。图4示出了与位4相关的基站向基站控制器发送了一个传输请求的情况。

基站控制器维护一个基站列表，其中包含已经发送一个传输请求并且通过反向信令信道向已经发送请求的基站指定一个传输轮次的基站。可以通过相同的帧发送请求许可的一或多个基站的信令信息，并且通过该帧的一或多个时隙可以传递信令信息。在分配传输轮次时，可以使用已知的原理，因而在本文中不再加以详细描述。

本发明的信令方法可被用于图5所示的网络，由于可以非常简单地把从不同基站到达的传输请求组合到相同的时隙中，所以该网络尤其适于实现信令方法。同时，省略了所需的网络交叉连接和数据库。但应当注意，本发明的方法的实现不仅限于下面描述的这种移动网络，也可以在常规网络中实现。

图5示出了移动网络的四个基站BTS1...BTS4及其公共的基站控制器BSC。在基站及其基站控制器之间提供一个公共的传输链路TL，并且一个组合单元41，42位于上述传输链路的至少一个点上，其中使用一个逻辑操作把从不同基站到达的数字信号组合到一个公共的传输链路中。下面，使用一个例子，其中组合单元是一个数字加法器，该加法器包括一个“与”门和公共的传输链路，并且从基站到达的信号包括基于ITU-T建议G.703/G.704的2048kbit/s PCM信号(上述的E1信号)。

信道组合可以只在一个点上进行，也可以象在图5中具有两个链接的数字加法器(编号为41和42)的例子中那样，可以是一种分布链接组合。

图6示出了组合单元的模块图，其中象图4中的单元41那样，已经假定连接了三个基站，每个均通过自身的一个2048kbit/s接口相连，并且单元的基站端具有三个并行的2048kbit/s接口电路51，一个基站有一个电路。接口电路均是一个基于ITU-T建议G.703/G.704的已知接口。连接到一个组合单元的基站数量自然可以改变。

下面首先描述加法器在上行链路方向(从基站到基站控制器)上的操作。

由于从不同基站到达的信号具有不同的相位，所以必须在同步单元中对其进行帧同步。在同步单元中，各个基站信号被定相到公共帧结构以便可以通过公共传输链路向基站控制器发送基站信号。当基站信号被定相时，这些信号被提供给执行逻辑操作的门53，其中在定相分支上以逐位的方式进行逻辑组合操作。在这个示例性例子中，操作是一个逻辑“与”操作，因而门53是一个“与”门。

组合信号被提供给一个基于建议G.703/G.704的接口电路54，该电路把组合信号物理适配到传输链路TL上。

在下行链路方向上，通过输入端口54把从传输链路TL到达单元41的2048kbit/s信号直接分配到所有的输出端口51。

在上述网络中，以活跃状态(对应于一个传输请求)是一个逻辑零状态的方式使用传输请求位。在这种情况下，通过上述那种数字加法操作可以组合不同基站的传输请求时隙。根据相同的原理组合用于实际信令(类似有效负载信号)的时隙。

图7a通过描述与单元41相连的基站BTS1...BTS3在一个单独的传输时隙中发送的信号，图解了“与”门53执行的加法操作，上述时隙的一个例子是分配给基站BTS2使用的时隙2。由于以逐位的方式执行“与”操作并且时隙中所有的位均可用，所以在这种情况下在时隙中执行8个“与”操作，每个操作均用一个箭头表示。由于整个时隙被分配给基站BTS2，这个时隙中的其它基站发送位模式“11111111”，这允许活跃基站(BTS2)的传输以这种方式通过。在传输请求时隙中，所有不需要发送的基站以类似方式发送位模式“11111111”并且在一个基站希望发送一个请求的情况下，把分配给它的位设置成逻辑零状态。接着基站BTS1发送位模式“01111111”，基站BTS2发送位模式“10111111”，基站BTS3发送位模式“11011111”，等等。图7b图解了在基站BTS2和BTS3同时发送一个传输请求时，“与”门53在传输请求时隙内执行的加法操作。

图8a和8b通过描述图8a中的上行链路方向(从基站到基站控制器)和图8b中的下行链路方向(从基站控制器到基站)从帧一级图解了在图5的网络中执行的传输。图中通过阴影线示出了被分配给各个基站的时隙。通过上述内容和图8a可以发现，分配给不同基站的时隙被“加”到公共传输链路的帧中。通过上述内容和图8b可以发现，向所有基站传送由基站控制器BSC发送的时隙，并且各个基站从帧中找出已经分配给上述基站的时隙的数据。在公共信令信道上，基站通过信息中包含的地址可以找出寻址到该基站的信息。

尽管前面参照基于附图的例子描述了本发明，显然本发明并不仅限于此，而是可以在所附权利要求书提出的发明思路的范围内进行修改。如前所述，可以在各种网络中实现本发明的方法，但由于以简单方式组合传输请求，上述使用逻辑操作的网络仍然有特别的好处。使用的组合单元可以是一个实现另一个不同于“与”功能的单元，在这种情况下非活跃基站在所有传输时隙中发送一个位模式，而根据该位模式，被分配了上述时隙的基站信号通过单元并且保持不变。例如可以在组合单元中使用一个“或”门(门53)，在这种情况下非活跃基站在一个时隙或其一部分中发送一个纯逻辑零串，并且在一个基站希望发送一个传输请求时把分配给它的位设置成逻辑一状态。非活跃基站发送的位模式原则上可以是任何固定位模式，只要根据位模式相应改变组合单元的功能。通过这样的方式可以实现上述方法，即在位模式中的一个零变成一时，组合单元的功能从“或”功能变成“与”功能。也可以有多于一个的用于组合单元的基本逻辑操作。

并且，本发明方法的使用不仅限于移动网络，而是可以用于任何对应类型的网络。也可以从一个传输请求时隙中分配多于一个的位以供一个基站使用，因而可以用额外的位对加急级别的请求进行编码。在这种情况下，基站可以通过这样的方式分配信令轮次，即队列中具有较高优先权加急级别的请求会取代具有较低加急级别的请求。如果在信令时隙中留有空闲位，则这些位可被用于任何合适的目的。

Claims (6)

1.一种在电信网络中，尤其是在移动网络中实现信令的方法，根据该方法

-一个网络单元(BSC)被用作主单元，几个其它的网络单元被用作从单元(BTS1...BTS4)，从单元向主单元发送信令信息传输请求，主单元根据接收的传输请求分配发送轮次，

-在一个由从网络单元共用的信令信道上实现这种信令，该信道包括至少一个传输帧时隙，或一部分这样的时隙，

其特征在于

在由从单元到主单元的传输过程中

-所使用的信令信道的容量被分割成一个发送传输请求的第一子信道和一个发送实际信令信息的第二子信道，

 -以来自传输帧相同时隙的一个预定位被指定用于每个基站的传输请求的方式，在几个不同基站之间进一步分割分配给传输请求的子信道，因而几个不同的从单元能够同时向主单元发送一个传输请求。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于以一个传输帧只包括一个子信道的方式分割信令信道。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于子信道使用传输帧的相同时隙。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于指定上述预定位只被一个基站使用。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于除了上述预定位之外，指定至少一个传送请求的加急级别的附加位以便用于各个基站的传输请求。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在几个基站及其公共基站控制器之间建立一个公共的传输链路(TL)，以被分配了在传输链路中使用的帧结构时隙的基站的信号在通过网络单元时保持不变的方式，通过一个基于时隙的逻辑操作，在一个位于上述传输链路的至少一个点上的网络单元(41，42)中，把从不同基站到达的信号组合到上述在传输链路中使用的帧结构的时隙中。

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