CN1265259A - 借助异步传输方式信元的信息传输方法和无线电通信系统 - Google Patents

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Abstract

基站发送第1消息,以此启动接口的一种配置。移动站接收第1消息,随即这移动站发送第2消息。基站确定第2消息的接收时间点,并由此确定一个校正值,该校正数值用于经无线电接口的信息传输的同步。通过ATM信元传输的同步,在充分利用无线电接口的无线电技术资源的情况下,距离范围也可与用于WATM传输的现在流行的公共的移动无线电通信网络相匹敌。

Description

借助异步传输方式信元的信息传输方法和 无线电通信系统
本发明涉及经基站和移动站之间的无线电接口的借助ATM(异步传输方式)信元的信息传输方法和无线电通信系统。按照存取网络，移动站也可以是位置固定的终端。
正如从R.Hndel，“Evolution der Netze mit ATM”，telcom report17(1994)，Heft 1，P9-11所获悉的那样，未来宽带网络以ATM(异步传输方式)原理为基础建立。在这网络内实施一系列新业务是可能的。在1996年夏天在ATM-讨论会内成立一个WATM(无绳异步传输方式)工作组，其工作目标是完成无线电通信系统PCS(个人通信业务)和ATM技术的协调。
正如源自WATM工作组表，Document Nr.LTD-WATM-01.03，第3节，物理层所示，基站(卫星)和移动站之间的距离规划直到22000英里。这种最大距离的应用是在卫星无线电通信中。另一方面这文件的老版本WATM工作组表，Document Nr.LTD-WATM-01.00，2.12.1996，第2.3.1节，物理层，对机关应用规定距离30到500米。经无线电接口对信息传输的同步在两种应用里未作出规定。
本发明的任务是提供在无线电通信系统里用ATM信元的信息传输，这个信息传输把在基站和移动站之间的距离即在卫星距段或小的小区(＜500米)内的限制去消。本任务通过具有权利要求1特征的方法和具有权利要求13特征的无线电通信系统解决。本发明有益的扩展应引用从属的权利要求。
本发明利用知识：在上述方案的两种情况下在基站和各移动站之间信号传输时间的差异是可以忽略的，并因此对于经无线电接口的信息传输，迄今没有额外出现有关控制发送时间点的问题。所有的移动站可以同样处理。在第1种情况(卫星无线电通信)里总信号传输时间很大，而移动站在地球的不同位置是可以忽略的。在第2种情况在移动站之间信号传输时间的差别由于距离短而无足轻重。
然而，在陆地的无线电通信系统例如移动无线电网里，ATM信元的无线电传输应实现无大的容量损失，所以必须考虑移动站离开基站不同的距离。
因此根据本发明，基站发送第1消息，以此启动无线电接口的配置。一个移动站接收第1消息，随即该移动站发送第2消息。基站决定对第2消息的接收时间点，并由此确定一个校正值，该校正值用于经无线电接口的信息传输的同步。通过ATM信元的传输的同步，在更充分利用无线电接口的无线电技术资源的情况下，借助ATM信元的信息传输也开拓大于500米和小于22000英里的距离范围。因此小区的大小与现行公开的移动无线电网络例如GSM是可以比较的。
根据本发明的有益发展，基站用第3消息传输校正值给移动站，所以移动站借助校正值对经无线电接口的信息传输实现同步。因此基站即网络侧的部件承担对移动站的校正值的计算，所以移动站解除了这个任务，并把各校正值只变换成相应的发送时间点。
在本发明的框架内有：无线电接口提供ATM信元的直接的信元传输，即：面向ATM信元的无线电接口或在数字移动无线电网络内ATM信元的传输。在两种情况下信号传输的同步使实现无线电通信网络蜂窝状结构的建立成为可能，正如在地面上的移动无线电网络内需要它一样。
如果现行的数字移动无线电网络用于ATM信元的传输，则其无线电接口可以是建立在CDMA基础上的无线电接口(通过用户码实现用户存取的无线电接口)、可以是建立在FDMA基础上的无线电接口(通过频率分配实现用户存取的无线电接口)或可以是建立在TDMA基础上的无线电接口(通过时分复用实现用户存取的无线电接口)。各种用户分离方法的组合也是可能的。
为了传输网络侧一定的同步数值，第3消息作为一个独立的信令或在信息传输期间的带内信令传送到移动站。独立的信令具有例如优点，即：信令消息可以更简单地被传送到应当处理它的功能单元。
反之，带内信令具有例如优点，即：这时在无线电接口上不会产生额外的业务负荷。此外可以较简单地实现移动站的接收部分。
如果选择带内信令，则在由一个结构块和一个有效数据块构成的ATM信元内在结构块内为第3消息提供一个区段。校正值登录入该区段内。用这区段首先局部地以有利方式替换经虚拟路径的信息，该信息在经无线电接口传输时不再需要。这时为了校正移动站发送时间点，即：为了同步，该区域包含至少八位信息。
在利用具有TDMA用户分离的现行的数字移动无线电网络时，ATM信元可准确地在一个时隙内传输或者可划分成多个时隙。此外尚有在一个时隙内传输多个ATM信元的可能性。在每一种情况下在实施例内描述的同步提供从距基站不同距离的多个移动站出发的信息传输的基础，而不同移动站相继发送的信息不会相互抵消。
本发明依靠附图的一些实施例详细说明。这些附图有：
图1示出借助ATM信元经无线电接口信息传输的一个方案，
图2示出从移动站到ATM网络的信号传输的示意图，
图3示出蜂窝移动无线电网的一个小区的示意图，
图4示出各种同步可能途径的概貌图，
图5示出在基站和移动站之间信令流的示意图，
图6示出分配给一个移动站的ATM信元的一个虚拟信道，
图7示出根据信号传输时间校正值定义为时间延迟，
图8和9示出用于带内信令的ATM信元的结构块图，
图10和11示出ATM信元划分成TDMA无线电接口的时隙的图，
图12示出根据信号传输时间和移动站的分配率，校正值定义为时间延迟。
图1示出包括移动无线电网络的移动用户在内的一个通常的方案，该网络或者是可连接到包含有传统交换机的通信网络的或者是可连接到包含ATM交换机的ATM(干线)网的。在ATM(干线)网的情况下另外定义用ATM信元信息传输的无线电接口，由此产生WATM(无绳异步传输方式)无线电接口。因此移动站MS也适合于ATM信元的接收。投入使用WATM，以便实现ATM网络对移动性功能的匹配。
在ATM信令内定义一个MAP(移动应用部分)。根据图2该MAP在与至少一台基站BTS连接的基站控制器BSC内定义。基站控制器BSC和基站BTS形成一个基站系统BSS，该基站系统表示无线电接口的网络侧的终端装置。基站控制器BSC经导线连接的信道与ATM网络连接。在基站BTS和移动站MS之间存在经ATM信元在两个方向传输的无线电接口。在基站内包含控制无线电接口同步的同步单元S。
图2只示出唯一一台移动站MS，然而由图3可知，基站维护对在形成无线电通信系统的移动无线电网络内的一个小区。在小区内可以停留多个移动站MS，这些移动站可以经无线电接口建立对基站BTS的连接(MOC移动始发呼叫)或者可以建立对移动站的连接(MTC移动终接呼叫)。
移动站MS在小区内具有对基站BTS任意的距离，其中移动站在小区内可以自由移动；而不会对基站BTS的连接断开。小区具有达几公里的半径，因此在移动站MS和基站BTS之间的信号传输时间可以从几乎为零到几个微秒之间变化。此外，可以出现多路径传播的影响，这种多路传播进一步加剧了不同的信号传输时间的问题。不同于在卫星或机关应用，这种区别必须根据下述实施例进行控制。
图4示出经无线电接口的信号传输同步的可能的运行环境。在WATM的框架内ATM信元或者直接传输-这时无线电接口对ATM信元的大小以及传输速度的匹配是可能的-，或者经数字移动无线电网络传输，该网络或者具有CDMA(码分多址)，FDMA(频分多址)或TDMA(时分多址)结构。建立于CDMA基础上的IS-95移动无线电网，或宽带CDMA移动无线电网。建立在TDMA基础上的系统例如是GSM(全球移动通信系统)，PCS1900或带有共同检测(联合检测)的TD/CDMA系统。FDMA系统例如是一种GSM移动无线电网络，其中载频，即：每个信元具有一个带有所有时隙的频率，提供给WATM传输。
这种经无线电接口的ATM信元的传输方案，可以各伴随有两种为同步用的不同信令方法。同步信息可以作为独立的或带内信令进行传输。因为按本发明这种方法涉及无线电接口在时间上的同步，所以人们把实施例分为无线电接口本身不在时间上分类的实施例，以及通过时隙已经存在一个无线电接口在时间上分类的实施例。
在下面并未深入分析ATM信元传输的特点。这些可以引用有关的专业文献。借助ATM信元经无线电接口的信息传输的前提是ATM信元大小的定义，例如每个ATM信元具有53个字节和传输速度。一般安排一个ATM信元标度线。在无线电接口上多个移动站MS分占一个虚拟路径(VP虚拟路径)或一个虚拟信道(VC虚拟信道)。为了用户寻址，在这种情况下为了移动站MS寻址设置用于虚拟路径VP或虚拟信道VC的识别符VPI，VCI。这些识别符VPI，VCI被登录入ATM信元的结构块首标(header)内。并用于把该ATM信元传输到收件者。
图5示出在基站系统BSS和移动站MS之间的信令流程。为了无线电接口的配置，基站系统BSS经基站BTS在无线电小区的结构信道上发送一个由准备接收的移动站MS接收的第1消息mes1。因此安排一个虚拟信道VC用于其它的信令消息。依靠这个结构信道移动站MS可以进行调谐。就这样在对移动站MS的MTC建立连接的情况下也可以进行移动站MS的一次呼叫。
如果移动站MS希望一个出行的呼叫(MOC)或者对一个到达的呼叫(MTC)做出反应，则移动站MS发送附有存取信息的第2消息mes2。第2消息mes2对第1消息mes1没有任何确定的时间上的关系。依靠这个第2消息mes2，基站BTS的同步单元S求出第2消息mes2的接收的时间点t1，并由这个接收时间点求出校正值kor1。必要时在对多个第2消息mes2评估之后以提高的精确度确定校正值kor1。另可选择地对基站BTS内的同步单元S、也可在基站系统BSS的其它部件内，例如在基站控制器BSC内的同步单元可以确定校正值kor1。
已确定的校正值kor1用于经无线电接口的信息传输的同步。在建立连接期间基站系统BSS分配给移动站MS一个虚拟信道VC，并且用第3消息mes3把校正值kor1传输到移动站MS。借助校正值kor1，移动站MS对发送时间点实施同步，即调整发送时间点，或者借助ATM信元经无线电接口对信息传输的发送时间点实施同步。
即使在存在连接期间在基站系统BSS内同步单元S决定从移动站MS发送信息的接收时间点t1，并连续地求出校正值kor1。这不必对每个单独的ATM信元进行。然而在两个确定之间的间隔应当与信号传输时间的变化速度即移动站MS的位置匹配。求出的校正值Kor1用第3消息通知移动站MS并由移动站进行处理。
在无线电小区内的ATM信元标度线依靠一种频率(以自身的无线电接口或FDMA直接传输ATM信元)或依靠一个用户码CMDA输入这一点对第1和第2实施例都是相同的。基站BTS控制传输的时间标度线，即对ATM信元定界。
图6示出分配给多个移动站的一个虚拟信道VC。一个移动站MS按照预定的格式在分配给它的ATM信元内写入其数据。按照AAL2(ATM适配层2)的微信元也可以替代地用于带有53字节的ATM信元。这意味着ATM信元不总是包含只有一台移动站MS的信息而是采用第2精细结构。
由于在移动站MS和基站BTS之间的距离在一个消息的发送时间点和接收时间点t1之间产生不可忽略的时间延迟。图7示出信号传输时间并表示了在移动站MS和基站BTS处时间标度线上的时间偏差。在这里把时间标度线的时间偏差与校正值kor1等同起来。这时其它的任意的校正值kor1的换算方法也是可用于信号传输时间的补偿值的。
依据供校正值kor1的信令支配的位数发送时间点能极准确地调整。如果6位用于校正值，则准确度可以达到像在GSM移动无线电网络内一样。因而保证对该网络的容易匹配。
如果用8位，则在带内信令情况下可以置换VPI。因此在结构块(header)内的信息结构改变时产生容易掌握的改变技术。虚拟路径的识别信息VPI在无线电小区内不再需要，因为它们一般只在ATM网络的交换节点中评估。
在多于8位的情况下必须对结构块(header)的其它区段，例如VCI部分加标题。使校正信息的准确度提高了。对于虚拟信道VCI的识别信息，这不再令人怀疑，因为在一个无线电小区内通常用小于216个连接计算。
图8和图9示出ATM信元的两个例子。其中校正值kor1登录入结构块(header)内。在图8，用8位校正值kor1置换虚拟路径VPI的识别信息。在图9中在基站BTS内对虚拟路径VPI的识别信息的信息改写以及此外区段的4位被用于虚拟信道VCI的识别信息。
用于同类信息流控制GFC有效负载类型PT信元丢失优先度CLP标题误差控制HEC的信息的区段不改变。
在第1实施例引入下述定义。在ATM信元直接传输时一个信元同时是一个虚拟信道VC和一个虚拟路径VP。在CDMA基础上的无线电接口的情况下，在一个频率上的一个用户码是一个VC和一个VP。在FDMA基础上的无线电接口的情况下，一个频率是一个VC和一个VP。三种情况的组合是可能的。
校正数值kor1登录入MAP的信令信息内。基站BTS在WATM信令信道上用每个信令消息把这个信息发送到移动站MS。这时或者在基站BTS和移动站MS之间安排一个额外的虚拟信道VC，或者在有效数据传输的信道内各第x个ATM信元用于信令。
每个信令消息的时间间隔t是最大的：
    t＝c*dt/v
式中c＝在空气中波的传播速度
    dt＝最大允许的时间偏差
    v＝运动的移动站MS的速度(例如250km/h)。
这时最大的小区大小是smax＝c*dt。
代替借助ATM信元的信令也可以有选择地用PCS(个人通信系统)的存取网络信令信息传输校正值kor1。其前提是：ATM信元传输是经准备好这种信令的数字移动通信网络实现的。
从校正值kor1移动站MS算出，为了补偿信号传输时间，必须在参考时间之前的多少个时间单位向基站BTS发送ATM信元。基站BTS在标准时间标度线期间接收ATM信元。
在第2实施例中引入下述定义。在直接传输ATM信元时一个ATM信元是一个虚拟的信道VC。在CDMA基础上的一个无线电接口的情况下，在一个频率上的一个用户码是一个VC。在FDMA基础上的无线电接口的情况下，一个频率是一个VC。三种情况的组合是可能的。
校正值kor1登录入ATM信元的结构块header的、根据图8和图9定义的区段，因此基站BTS用每个ATM信元发送校正数值kor1到移动站MS。因此校正值kor1发送频度是非临界的。最大小区范围smax是与在第1实施例内定义的一样。
第3和第4实施例共同具有一个TDMA无线电接口。虚拟信道VC可以看成按照TDMA格式在时间标度线上的重叠。图10和11示出通过一个移动站MS对ATM信元的利用，其中，其余的信元可以被另外的移动站占用。时隙0可以按照WATM借助ATM信元用于信息传输。各按时隙的长度和允许的传输速度或者多个ATM信元(图10)登录入一个时隙内，每个时隙传输一个ATM信元(未示出)或者一个ATM信元分摊到至少两个时隙(图11)上。除了时隙0之外也对虚拟信道VC提供其它的时隙。因此提高了最大传输速率。
为了使移动站MS可以计算一个ATM信元的发送时间点，根据图12，校正值kor1，发送率n，即：在可被移动站MS利用的两个ATM信元之间的时间间隔以及在TDMA标度线内虚拟信道VC的时间位置m是必需的。
因此，移动站MS允许占用各第n个ATM信元(图12，n＝2)以及利用各第m个时隙(图12，m＝8)。移动站MS利用两个计时器。第1计时器tm1是TDMA标度线的计时器，第2计时器tm2调整ATM信元标度线。
基站BTS在时隙0处建立虚拟信道。移动站MS借助第1计时器tm1调整，以便在借助第1计时器tm1识别时隙0时第2计时器tm2可以继续计数。在建立连接时，基站BTS通知移动站MS，允许移动站MS占用哪一个(哪一些)ATM信元。
当第1计时器tm1发通知时隙0已填满时，则移动站MS中止传输。第2计时器tm2的值被中间储存并在以后再使用。当第1计时器tm1重新通知ATM传输的虚拟信道VC时，则移动站MS发送其余的ATM信元。移动站MS用校正值kor1修正第2计数器tm2。
在第3实施例中引入下述定义。一个或多个时隙同时是一个虚拟信道VC和一个虚拟路径VP。
n的传输已经在WATM内提供。校正数值kor1和m登录入MAP的信令信息内。在WATM信令信道上，基站BTS用每个信令消息发送该信息到移动站MS。这时或者在基站BTS和移动站MS之间安排一个额外的虚拟信道VC或者在有效数据传输的信道内每第x个ATM信元用于信令。
每个信令消息的时间间隔t是最大的：
    t＝c*dt/v
其中c＝波在空气中的传播速度，
    dt＝最大许可的时间偏移，
    V＝运动的移动站MS的速度(例如250公里/小时)。
这时最大小区大小为smax＝c*dt。
替代借助ATM信元的信令，校正值kor1也可以用PCS(个人通信系统)存取网络信令信息进行传输。其前提是ATM信元传输经已准备好这种信令的数字移动无线电网络进行。
移动站MS从校正值kor1计算出：为了补偿信号传输时间ATM信元必须在参考时间之前的多少个时间单位发送给基站BTS，基站在标准时间标度线内接收ATM信元。
在第4实施例引入下述定义。一个或多个时隙是一个虚拟信道VC。校正值kor1登录入例如根据图8或9定义的ATM信元的结构块header的区段内。因此基站BTS用每个ATM信元发送校正数值kor1到移动站MS。把n和m在信令消息内从基站BTS通知到移动站MS。

Claims (13)

1.在无线电通信系统内经基站(BTS)和移动站(MS)之间的无线电接口借助ATM信元的信息传输方法，其中，
一个基站(BTS)发送一个第1消息(mes1)，一个移动站MS接收第1消息(mes1)，该移动站(MS)发送一个第2消息(mes2)，该基站(BTS)确定用于第2消息(mes2)的接收时间点(t1)，
基站(BTS)从接收时间点(t1)出发求出一个校正数值(kor1)，以及
该校正数值用于经无线电接口的信息传输的同步。
2.根据权利要求1的方法，其中，
基站(BTS)依靠一个第3消息(mes3)把校正数值(kor1)传输到移动站(MS)，
移动站(MS)借助校正数值(kor1)对经无线电接口的信息传输实施同步。
3.根据前述权利要求之一的方法，其中，
无线电接口提供ATM信元的的直接的信元传输。
4.根据权利要求1或2之一的方法，其中，
无线电接口提供在数字移动无线电网络内的ATM信元的传输。
5.根据权利要求4的方法，其中，
数字移动无线电网络具有一个CDMA-无线电接口。
6.根据权利要求4或5的方法，其中，
数字移动无线电网络具有一个FDMA-无线电接口。
7.根据权利要求4到6之一的方法，其中，
数字移动无线电网络具有一个TDMA-无线电接口。
8.根据权利要求2到7之一的方法，其中，
第3消息(mes3)表示对移动站(MS)的一个单独的信令。
9.根据权利要求2到7之一的方法，其中，
第3消息(mes3)表示对移动站(MS)的信息传输期间的一个带内-信令。
10.根据权利要求9的方法，其中，
ATM信元由一个结构块(header)和一个有效数据块组成并且在结构块(header)内为第3消息(mes3)提供一区段(TA)。
11.根据权利要求10的方法，其中，
区段(TA)包含至少4位信息和代替ATM-信元的结构块(header)内至少区段VPI的某些部分。
12.根据权利要求7的方法，其中，
一个ATM信元被分配在多个时隙上或在一个时隙内传输多个ATM信元。
13.借助基站(BTS)和移动站(MS)之间的ATM信元带有用于信息传输的无线电接口的无线电通信系统，
具有至少一台基站(BTS)，离基站(BTS)不同距离的多个移动站(MS)和一个同步单元(S)，其中，
基站(BTS)接收一个移动站(MS)的一个第2消息(mes2)以及，
同步单元(S)确定第2消息(mes2)的一个接收时间点(t1)，该时间点构成一个校正数值(kor1)的基础，并用于无线电传输的同步。
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