CN1261478A - 一种进行无线通信的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种在码分多址(CDMA)无线通信系统中进行如话音和数据的传输的无线通信的方法和系统。在本发明的一个典型的实施例中,基站(12)在话音发射功率下发送话音信息,在等于最大发射功率减去话音发射功率的发射功率下发送数据。在本发明的一种典型的实施例中,每一基站(12)以20毫秒的间隔向基站控制器(14)报告话音发射功率。通过计算现有数据发射容量并通过将数据传递到等于现有数据发射容量的每一个基站(12),基站控制器(14)对此作出响应。随后,每一基站(12)在当前话音发射功率下发送所有的话音数据,在当前数据传输功率下发送数据。如果所接收的数据量超过当前数据发射功率所提供的容量,则不传送某些数据。如果不传送数据,则基站(12)通知基站控制器(14),并且基站控制器尝试在以后的时间内再传送数据。

Description

一种进行无线通信的方法和系统
                        发明背景
I.发明领域
本发明涉及一种进行无线通信的方法和系统。本发明适用于在码分多址(CDMA)无线通信系统中传送话音和数据。
II.相关领域的描述
无线通信系统一种使用手段是采用了现有RF带宽的效率。在某些情况下，效率定义为在给定的RF带宽上可以承受的数据传输速率。在其他的一些例子中，效率是以可以同时采用给定的带宽进行的总通信数(例如电话呼叫)来表征的。不管采用的是哪一种手段，提高效率通常都使无线通信系统的利用率提高。
一例特别有效的，并且因此是特别有用的无线通信系统见图1所示，它是一个按照“电信工业协会(TIA，Telecommunication IndustryAssociation)”采用的IS-95空中接口标准构成的无线蜂窝电话系统的高度简化的图。IS-95标准及其衍生形式如IS-95-A等(本文中统称为IS-95标准)定义了一组实施蜂窝电话系统的码分多址(CDMA)信号处理技术。大体按照IS-95标准构成的蜂窝电话系统见标题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生信号波形的系统和方法(System and Method for Generating SignalWaveforms in a CDMA Cellular Telephone System)”的美国专利5,103,459，该专利已转让给本发明受让人在此引述共参考。
按照IS-95标准，用户单元10a-c(通常是蜂窝电话)采用CDMA调制的RF信号，通过与一个或多个基站12的接口进行电话呼叫以及其他的通信。每一个接口由从基站12发送到用户单元10的前向链路信号以及从用户单元10发送到基站12的反向链路信号组成。
基站控制器(BSC)14具有进行移动通信的多种功能，包括在两个基站12之间协调(orchestrating)用户单元10的切换。移动交换中心(MSC)16提供所有使得能够与公共交换电话网(PSTN)18通信的呼叫处理和路由选择功能。
采用如IS-95标准规定的CDMA调制技术使得在任一特定的RF信号处理期间，每一个RF信号以背景噪声的形式出现。使其他的信号以背景噪声的形式出现允许在同一RF带宽内进行多个RF信号的传输。在同一RF带宽上传送多个信号提高了蜂窝电话系统的频率再利用，因此也提高了整体容量。
为了进一步提高整体系统容量，IS-95根据话务量的变化，改变信号的平均发射功率。平均发射功率或者通过减小发送占空比，或者通过实际发射功率的减小，以20毫秒为增量变化。通过根据话务量改变平均发射功率，来减小RF信号进行通信的平均总功率。
然而，由于话务量基本上是随机的，符合IS-95标准的基站的总的发射功率根据话务量的变化随时间而变。所以，当话务量较低的时候，或者只有几个通话在进行的时候，基站将远小于其最大速率的速率下发送数据，而使有价值的带宽没有得到利用。
另外，用话务量来改变发射功率产生了对将在任一特定的时刻使用的总发射功率的不确定的程度。考虑到这种不确定性，符合IS-95的基站通常在低于最大速率的速率下进行发射，以建立起处理突发增加的话务量的反向发射功率。然而，保持这一反向发射功率也使得平均传输速率低于基站能够达到的最大传输速率。
在任何一种情况下，在低于最大速率的平均速率下进行发送是人们不希望的，因为它没有能够尽可能地利用现有的RF带宽。为了提高CDMA无线通信系统的利用率，本发明旨在使平均数据传输速率更接近等于基站12的最大传输容量，因此，旨在提高利用所分配的RF带宽的效率。
                        发明概述
本发明的目的是提供一种在码分多址(CDMA)无线通信系统中传送话音和数据的新方法和装置。在本发明的典型实施例中，基站在话音发射功率下发送话音信息，而在数据发射功率下发送数据，而该数据发射功率等于最大发射功率减去话音发射功率。在本发明的一个较佳实施例中，每一个基站以20毫秒的时间间隔向基站控制器报告话音发射功率。基站控制器通过计算现有的数据发射容量，并通过将数据传送到每一个等于现有数据发射容量的基站，来对此作出响应。每一个基站随后在当前话音发射功率下发送所有的话音数据，并且在当前数据发射功率下发送数据。如果所接收的数据量超过了当前数据发射功率所提供的容量，那么就不发送某些数据。随后，如果不发送数据，基站就通知基站控制器，并且基站控制器尝试在以后的时间里重新发送数据。
按照本发明的一个方面，提供了一种用具有最大发射功率Pmax的基站进行无线通信的方法，它包含下述步骤：a)传送在话音发射功率Pvoice下接收的话音帧；以及b)在小于Pmax-Pvoice的数据发射功率下发送数据帧。
按照本发明的另一个方面，提供了一种进行无线通信的系统，它包含：传送一组数据帧和一组话音帧的基站控制器；以及传送所述一组话音帧以及在有附加容量时传送至少一部分所述数据帧的基站。
按照本发明的再一个方面，提供了一种进行无线通信的系统，它包含：产生一组数据帧和一组话音帧的装置；以及传送所述一组话音帧并且在有附加容量时传送至少一部分所述数据帧的装置。
                        附图简述
读者在结合附图阅读了下文中本发明实施例的详细描述以后，读者将会清楚地理解本发明的特征和优点。图中，相同的标号所表示的意义相同。
图1是蜂窝电话系统的方框图；
图2是按照本发明的一个实施例构成的蜂窝电话系统的方框图；以及
图3是按照本发明的一个实施例构成的蜂窝电话系统的操作的流程图。
                 较佳实施例的详细描述
图2是按照本发明的一个实施例构成的蜂窝电话系统的一部分的方框图，它包括：基站控制器(BSC)34、一对基站32和一组用户30。用户单元通过建立起与基站32的双向RF链路进行电话呼叫。双向链路由从每一个基站32发射的前向链路信号以及从每一个用户单元30发射的反向链路信号组成。
在本发明的一个较佳实施例中，前向和反向链路信号是按照IS-95空中接口标准进行处理，它需要采用CDMA信号处理技术。CDMA信号处理使得多个扩展谱RF信号能够通过采用一组伪随机噪声(PN)码的调制和解调在同一RF频率范围内被传送。
每一个基站32通过产生一组前向链路信号与多个用户单元30进行通信。(术语“前向链路信号”也用来描述一组从基站32发送的前向链路信号，然而，为了对本发明进行描述，前向链路信号是指用于单个业务信道的前向链路传输。)另外，每一个基站32从一组用户单元30接收一组反向链路信号。
能够同时由基站32传送的前向链路信号的数量通常受限于根据网络规划而设置的特定基站32的最大发射功率容量(Pmax)、产生的多径数量或预定的极限。反向链路信号的数目通常受限于基站32对特定的反向链路信号进行恰当处理所需的位能量与噪声之比(Eb/N0)。
IS-95也需要以与帧对应的20毫秒的增量内在前向和反向链路信号内传送数据。在BSC34和基站32内，图示中的各个子系统通过利用包(packet)交换帧以及控制信息，如信令消息。包中含有一个地址，该地址表示指向子系统的地址，从而它们可以由CDMA互联子系统(CIS)40恰当地进行路由选择。管理系统44通过也是用用户数据库46中存储的信息用包传送的信令消息，控制组成BSC34的其他系统的结构和操作。
按照IS-95标准，用户单元30可以进入如图2所示的软切换，从而同时与两个或多个相应的基站32建立起两条或多条双向RF链路。软切换使得用户单元30能够从一个基站32的覆盖区移动到另一个基站32的覆盖区，同时在所有的时间内保持至少一条双向链路。软切换与硬切换相对应，硬切换时，第一个双向接口在第二个双向接口建立起来之前断开。
为了进行软切换，选择器组42中的一组选择器(未图示)执行各个功能，包括执行用来进行软切换的呼叫分配和呼叫选择功能，以及跟踪在任一给定的时刻用户单元30进行接口的一个或多个基站32。选择器最好由一组在一个或多个微处理器上运行的一组软件指令组成。
呼叫分配包含在软切换中产生指向用户单元30的每一个帧的复制(通常是从MSC16接收的)，以及将帧的一个复制传送到与用户单元30接口的每一个基站32。所以，帧的一个复制是从每一个基站32传送的。
呼叫选择包含在软切换期间从与用户单元30接口的一组基站32接收一组帧，并根据完整性或帧的质量选择一个用于进一步处理的帧。选择的帧通常被传送到MSC16，用于引入PSTN18。
在对一组话音电话呼叫和数据通信的处理期间，基站32最好从BSC34接收两种类型的帧：含有话音信息的帧(话音帧)和含有数据信息的帧(数据帧)。每一基站32通过传送在总发射功率Pvoice下接收的所有话音帧，以及在小于或等于Pmax-Pvoice的总发射功率Pdata下传送一组数据帧，对两种类型的帧作出响应。
除了话音帧以外通过传送数据帧，基站发射的平均功率相对于只传送话音帧的基站来说是提高了。特别是，基站32在任意给定时刻在更接近于其最大发射功率Pmax的进行发射。这提高了平均发射功率，因此也提高了基站32发射的总的信息量。提高了传送的总的信息量接着又提高了基站32利用已有的RF带宽的效率。另外，通过在小于或等于Pmax-Pvoice的发射功率下发送数据帧，在不干扰已经进行的一组话音通信的情况下，提高了基站32的平均发射功率。
图3是按照本发明的一个实施例，在话音和数据帧的处理期间BSC34和基站32所执行的步骤的流程图。处理过程在步骤70出开始，并且在步骤72处，选择器组42内的一组选择器通知基站32，何时通过利用传送到用户单元30的信令消息具有排队等待传输的数据。数据帧从MSC16接收，并指向用户单元30。在本发明的一个实施例中，通过用每一个帧中所包含的一个或多个状态位，从话音数据文件中区别出数据帧。
在时间T0处，每一基站32从选择器处接收一组信令消息，并计算等于具有排队等待传送数据帧的选择器数的值N。另外，每一个基站32计算等于用来发送一个数据位的平均能量的值Ebx，以及等于在时刻T0用来发送所有正被处理的话音帧的发射功率的值P(T0)voice。
在步骤74处，每一个基站将值N、Ebx和P(T0)voice发送到具有排队等待传送的数据帧的每一个选择器。在步骤76处，每一个选择器计算一组值B(1)bs…B(n)bs的最小值的值Bmin，这里，对于基站32，B(n)bs＝(Pmax-P(T0)voice)/(N·Ebx)，n用来进行相关的电话呼叫。即，如果电话呼叫中所包含的用户单元处在包含两个基站32的软切换状态下，则计算两个值B(1)bs和B(2)bs，将B(1)bs和B(2)bs中的较小者设置为Bmin。在本发明的另一个实施例中，将B(1)bs和B(2)bs中的较大者设置为Bmin。
在已经计算了Bmin以后，选择器将具有Bmin的数据位的数据帧发送到呼叫中所包含的每一个基站32。
在步骤77，这一步骤出现在时间T0以后的时刻T1，每一基站32从选择器接收一组数据帧和一组话音帧，并计算等于发送所接收的数据帧所必须的功率的值P(T1)data，以及等于发送所接收的话音帧所必须的功率的值P(T1)voice。在步骤78处，用P(T1)data和P(T1)voice，每一基站判断P(T1)data+P(T1)voice是小于还是等于基站32的最大发射功率Pmax。即，每一个基站32判断是否有P(T1)data+P(T1)voice＜＝Pmax。如果有，则在步骤80处将所有的数据帧与话音帧一起发送，并且随后基站32回到步骤72。尽管最好采用Pmax，但本发明中也可以采用其他小于Pmax的阈值。
如果基站在步骤78处判断P(T1)data+P(T1)voice大于最大发射功率Pmax，则基站32在步骤82处发送具有(Pmax-P(T1)voice)/Ebx数据位的随机选择的一组数据帧。随后，在步骤84处，基站32通知没有传送的数据帧的选择器。随后，这些选择器可以在以后的时间里尝试再传送这些数据帧中所包含的数据。
通常情况下，由于在时间T0用来发送数据帧的发射功率与在时刻T1必要的话音帧发射功率略有不同，所以基站32接收的大多数或全部的数据帧将在T1处传送。所以，如果有发送数据的要求存在，基站32平均起来将在更接近最大功率电平下进行发送。这就使得蜂窝电话系统能够更有效地利用现有的RF带宽。
当在时刻T1发送所有话音帧所必须的发射功率相对于时刻T0所必须的发射功率增加时，本发明将限制数据帧的传送，使得能够利用Pmax功率，并且使得能够进行所有话音帧的传送。这就确保了正在进行所有电话呼叫能够继续进行而不中断，同时使最大数量的数据帧能够在给定的基站32的最大发射功率Pmax下发送。
至此，我们已经描述了在码分多址(CDMA)无线通信系统中传送话音和数据的一种新的和改进的方法和装置。前述较佳实施例的描述使得本领域中的技术人员能够制造和使用本发明。很明显，本领域中的技术人员可以对这些实施例作各种修正，并且可以在没有发明人的帮助下，将所描述的基本原理应用于其他的实施例。因此，本发明并非仅限于所描述的实施例，而应当从最大的范围来理解本发明的原理和所揭示的新特征。

Claims (14)

1.一种采用具有最大发射功率Pmax的基站进行无线通信的方法，其特征在于，它包含下述步骤：
a)传送在话音发射功率Pvoice下接收的话音帧；以及
b)在小于Pmax-Pvoice的数据发射功率下传送数据帧。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)由下述步骤组成：
b.1)接收一组数据帧；
b.2)计算发送所有的所述一组数据帧所必须的功率值；
b.3)如果所述功率值小于Pmax-Pvoice，则传送所有的所述数据帧；以及
b.4)如果所述功率值大于Pmax-Pvoice，则传送一部分所述数据帧。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，它还包含下述步骤：
确定排队帧的数量；
用所述排队帧的数量确定可用的每一帧中位的数量，并确定可用的发射功率和每位能量值；以及
提供所述排队帧的数量，每一个具有所述可用的每帧位数。
4.一种进行无线通信的系统，其特征在于，它包含：
传送一组数据帧和一组话音帧的基站控制器；以及
当存在附加容量的时候，传送所述一组话音帧和传送至少一部分所述数据帧的基站。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，如果具有附加的发射功率并且同时所述话音帧正被传送，则存在所述附加容量。
6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述基站还用来向所述基站控制器指示第一时间附加容量，而所述基站控制器用来将所述一组数据帧设置成数据量具有等于所述第一时间附加容量的数据量。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述基站在第二时间附加容量小于发送所有所述一组数据帧所必须的发射功率值的情况下发送一部分所述一组话音帧。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述基站将不传送的一部分所述一组话音帧通知所述基站控制器。
9.一种进行无线通信的系统，其特征在于，它包含：
产生一组数据帧和一组话音帧的装置；以及
传送所述一组话音帧和如果存在附加容量则传送至少一部分所述数据帧的装置。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，如果具有附加的发射功率并且同时所述话音帧正被传送，则存在所述附加容量。
11.如权利要求9或10所述的系统，其特征在于，所述用来传送的装置还用来向用来产生的所述装置指示第一时间附加容量，并且所述用来产生的装置还用来将所述一组数据帧设置成具有等于所述第一时间附加容量的数据量。
12.如权利要求9、10或11所述的系统，其特征在于，如果第二时间附加容量小于发送所有所述一组数据帧所必须的发射功率值时，所述用来传送的装置发送一部分所述一组话音帧。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述用来传送的装置将不传送的一部分所述一组话音帧通知所述用来产生的装置。
14.如权利要求9至13任一条所述的系统，其特征在于，所述用来传送的装置和所述用来产生的装置通过无线连接而耦合。
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