CN1300150A - 一种发送数字数据的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了解决数据速率问题,该问题是由于具有被限制的和在两个同步中继(1,4)之间太低的标准化数据速率的信道,进行规定使得该信道是非同步的而且用于提供具有一个缓冲存储器(15)的接收中继,缓冲存储器(15)最好是先进先出类型的。它表明在这种情况下对于比有限的数据速率信道的数据速率更高的数据速率,同步不再产生系统的时间损耗。

Description

一种发送数字数据的方法和装置
本发明涉及本质上可用于发送数字数据，特别是以通用的分组无线电业务(GPRS)标准格式化的数据的传输方法和装置。在最佳的使用中，本发明是在发送数据给移动电话机例如移动电话机的屏幕上显示的因特网站点的访问结果的范围中实现。更一般地讲，本发明是用于使GPRS协议适应实现在全球移动通信系统(GSM)中所用类型的无线电发射设备。
实现GPRS协议要求某些数值，和特别地使用的某些比特率，当该数据在电话中使用的路径上传递时存在实际的困难。例如，在GSM模式中，规定在60毫秒(ms)中分配十三帧。这导致每一个帧具有4.61538ms的持续时间。在GPRS模式中，设计这个60ms的基本持续时间以便在电路上获得三个数据信息或者三个数据块。每个数据信息或者数据块在四个时间窗口上按照GSM模式分配，每个时间窗口577微秒(假定每个帧有八个时间窗口)。实际上这导致具有每20ms持续时间一个数据信息的数据速率。因此，作出规定，包括的传输设备的不同小片的操作从一个链的一端到另一端在20ms(50Hz)同步。
为了发送数据到移动电话机，在基站(BS)必要的固定设备包括称为基站控制器(BSC)的设备。该BSC设备控制基站收发信机(BTS)，它包括BSC和移动电话机之间的无线电接口。一个BSC控制一个或者多个BTS。它管理无线电资源：它分配用于呼叫的信道和它做出关于基站转发(转移)的决定。分配信道包括指定在帧中的时间窗口和载频或者分别用于TDMA或CDMA类型系统(分别为时分多址或者码分多址)的编码律。为了限制具有固定BTS设备的收发信机站的费用，BTS设备不处理除了数字-模拟转换和调制之外的处理或放大处理。实际上，BSC和BTS之间的链路包括16千比特/秒(kb/s)速率的信道，而且实际上作为每个信道能够承载四个路径的64kb/s信道实现。已经选择了其它的数据速率。然而，对于大量生产原因，现在在使用的设备和现在安装的设备做出那个速率限制。
当以GPRS模式发送数据分组或者消息时，面对几个工作速率。因此，存在类型CS1,CS2,CS3和CS4的编码方案，分别能够承载等于8800b/s,12,800b/s,15,200b/s和20,800b/s的有效负载数据速率。实际上，在20ms的持续时间(对应于GPRS重复速率)可传送的比特数分别为176比特，256比特，310比特和416比特。当基站的BSC和BTS之间的信道的数据速率被限定为16kb/s时，则发送这些有效负载比特的所需时间分别为12ms,17ms,21ms和28ms。在理论上，这些传输时间应该小于上面给出的值，但是因为需要封装经过该信道以16kb/s发送的有效负载比特，用于发送数据和信令二者的要求的时间导致上面给出的整个时间。组织这些不同的编码方案，以使在1500字节的帧(即12千比特)内，给予冗余的作用在从CS1协议到CS4协议变得越来越小。
在任何情况下，能够清楚地看出，发送与CS3类型的数据信息相对应的数据要求的时间持续21ms，即比在GPRS重复速率可用的时间更长。由于这个情形，发送具有CS3类型编码的数据块将导致BSC和BTS之间的传输的持续时间比重复周期更长。因此，需要忽略随后的重复周期，以便在第三周期中使它可能考虑发送第二CS3类型数据块。这导致自相矛盾，从而虽然15,200b/s的理论CS3比特率大于12,800b/s的CS2比特率，当使用CS3(具有较低的冗余和因此相对于该信道更大的脆弱)时实际上获得真实速率实际上以大约7700b/s的速率进行。这个速率小于CS2速率，而且另外CS2被更好的保护。
本发明的目的是保证具有较小的很好地保护的CS3类型编码，实际的速率至少大于更好的保护的CS2类型编码的速率。下面说明当使用本发明时具有CS3类型编码的可用的数据速率等于理论的速率的十二-十三分之一，即14.03kb/s。与理论的速率比较，这导致大约7.7％的损耗。然而，即使降低了，CS3速率保持比CS2速率高9.6％。还表明，如果在该基站和该移动电话机之间传输的无线电信道不是很好，CS3能够容纳多达8％的误码率而不过分的影响它的整个速率。
虽然本发明也适用于CS4类型编码，它可用的速率从20.8kb/s的理论的速率下降到14.4kb/s。那就是说与CS3类型编码几乎是相同的(仅仅略好些)。然而将看到，这个缺点是不重要的，因为正常的无线电发射条件使得这个编码方案对于大部分时间是不切实际的。由于这个方案不是由足够的冗余保护的，它的误码率是很高的。在下面的这种情况下，可用的比特率非常显著地下降。
本发明也想以特别简单的方式补救上面的缺点。
可使用用于补救这个问题的一个解决方案是增加提供BSC和BTS之间的链路的信道的可用的比特率，或者全部电路用于自适应，解码和校正接收的比特的协议而且在BTS中发送比特的协议。然而，这种解决方案将存在要求BTS适合处理装置的缺点，这将增加相当大的费用，然而在BSC中已经可用的资源能够执行自适应的功能和变换协议，而没有特别的困难。没有进入细节，本质上协议适配或者变换包括：在变换从GPRS标准中的BSC电路上行的可用的分组传输码为适合于经过电路传输即可用的下行传输的模式中。通过选择连接到到达的用户的电路，BSC电路实现电路交换中的末级，即要求用于传递该消息。
与上面的昂贵解决方案比较，放弃该重复速率也是可能的。但是这样的解决方案将不适合实施的标准。
因此本发明提供传输设备，包括第一中继，它从发射机接收以第一协议格式化的数据信息和变换用这种方式接收的数据为以第二协议格式化的数据，第二中继连接到第一中继和接收以第二协议格式化的数据信息并且以同步方式发送它们到接收机，和有限的数据速率传输信道互连这两个中继，该装置特征在于：由于以所述第二协议格式化的所述数据信息可以是不同的长度，所述装置包括用于以异步方式在所述有限的数据速率传输信道上发送所述数据信息的装置，所述数据信息可以是不同的长度。
本发明还提供一个传输方法，包括下面步骤：
在第一中继中接收以第一协议格式化的和来自发射机的消息；
变换以这种方式接收的数据为以第二协议格式化的数据；
发送以第二协议格式化的数据到由有限的数据速率传输信道连接到第一中继的第二中继；和
以同步方式发送以第二协议格式化的、从第二中继到接收机的数据；
本方法的特征在于：以所述第二协议格式化的数据信息可以是不同长度的，所述方法包括经过所述有限的数据速率传输信道以异步方式发送能够具有不同的长度的所述数据信息。
在阅读下面的描述和审查附图之后将更好的理解本发明。这些图是纯粹地借助指示给出而且不以任何方式限制本发明。附图表示：
图1：本发明的传输设备的方框图；
图2：表示以GPRS协议的不同的标准化传输方案的定时图；和
图3：表示在现有技术和本发明中如何在两个中继之间使用信道的定时图。
图1表示本发明的传输设备。这个传输设备包括第一中继1，从发射机2接收以第一协议格式化的数据信息。为了澄清想法，中继1是基站(BS)3的基站控制电路(BSC)。实际上，相同的控制电路1可以控制一个或者多个第二中继，诸如4。在这种情况下，第二中继4仅仅是无线电收发信机(BTS)，包括在第一中继，BSC电路1和接收机诸如移动电话机5之间的无线电接口。在移动电话的范围中，或更一般地在发送数据到移动站中，BSC1具有装置，特别地实现程序7的处理器单元6，用于管理BTS4和移动站5之间的数据通信。在程序7中，在这种情况下这个管理由是由参考的GSM的一个子程序8标识的。实际上，BTS4经过传输信道9接收数据，该数据已经以GSM协议格式化了。在BTS4中，进行复杂的处理。特别地，BTS能够实现前向纠错(FEC)方法和差错检测方法。这些方法具体的用于检测接收的数据块是否是有效的。在这种情况下该数据象征为发送到BTS4的数字-模拟变换器(DAC)10。这个数字-模拟变换器10还能够执行调制和用于移动站5的无线电信号的可变增益放大。为了减少费用，最好一个BTS4仅仅包含一个无线电发射机部分(和一个接收机部分)与用于执行调制和数字-模拟变换的装置一起。这些电路非常简单。信道9还存在限定用于有限的数据速率的缺点，在这种情况下通常为16kb/s。这个缺点是与一个优点相关的：基站设备可能标准化和低成本。
在这种情况下发射机2是经过传输信道11发送以GPRS标准格式化的数据信号的发射机。正如1997年巴黎Editions Hermes公司出版的XavierLagrange等人“Réseaux GSM-DCS”一书326页及以后页中说明的，GPRS定义具有移动性和通过无线电接入管理的一个分组交换网络结构。GPRS网络可以根据不同的协议连接到不同的固定的数据网络：网际协议(IP)和还有X25，面向连接协议和无连接网络协议(CLNP)。另外，多个GPRS网络可以互连。
图1说明为了这目的发射机2具有一个服务GPRS支持节点(SGSN)12，它连接到一个或者多个基站诸如3。节点12例如经过网关GPRS支持节点(GGSN)14连接到一个分组传输网络13,X25网络或者因特网。网关节点14可以连接到一个或者多个数据网络，诸如网络13。节点14是一个路由器，它允许来自外部数据网络的分组经过节点12传递给该基站3，特别地到所述基站3的控制电路1。
在上面的描述中，第一中继1从发射机2接收GPRS协议的数据，并且以第二协议发送它到第二中继4，在这种情况下是GSM协议。第二中继，该基站4发送该数据到接收机5。自然地，该设备(installation)也在相反方向工作。协议转换也可以是与上面提到的适配不同的，甚至可以减少到只中继。
在本发明的一个特性中，第二中继在这种情况下是BTS4，它包括一个缓冲存储器15，它最好是先进先出(FIFO)类型的。如果到移动站的传输以分组模式进行(假定每个分组具有一个序号)，则它不必是这个类型的。为了简化该图，存储器15是以具有用于存储器15的写输入16和来自存储器15的一个读输出17的一个旋转存储器的形成表示。自然地，该存储器不是机械地旋转，但是写地址指示器和读地址指示器只允许在存储器15的新的单元中写入和允许从那里提取预先已经写到该单元的数据。因此总线9首先连接到输入16，其次连接到控制输入18，用于控制执行数字-模拟转换，调制，放大和无线电发射的电路10。接收陪伴该分组发送的信令的输入18允许调整该电路10。以这个方式表示，存储器15最好是FIFO类型的，具有以从那里提取之前的顺序相同的顺序存储在其中的消息Ⅰ至Ⅴ。在接收侧，实现相同类型的连接。
在本发明的改进中，存储器15是与解码器19相关的，还连接到总线9和能够接收重发消息的指令，该指令预先已经存储并且已经发送。例如，存储器15在它的不同的单元中具有消息等级0,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ等。该消息Ⅰ是由电路10发送的。在该消息Ⅰ已经发送之后，发送该消息Ⅱ。然后发送该消息Ⅲ和该消息Ⅳ等等。在正常的情况下，存储器15的读指针17寻址它的不同的单元，以便从那里提取该消息Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ等等。但是可能发生等级0的消息没有由移动站5正确地接收。
在一个改进中，在解码指令时，解码器19则可能临时改变读指针17，以使它在一些给定的瞬间重读等级0的消息，从而重发它，或者另外的在存储器15中在等级Ⅴ的消息后重写等级0的消息，以使这个存储器随后重发。用这种方式执行该指令的目的是：当控制电路1知道它没有由接收机5正确地接收时避免必须经过有限的数据速率信道9重发消息0的内容，和当消息0仍然存储在存储器15中时知道这种差的接收。通过以这种方式行动，不需要经过总线9两次重发接收差的等级0的消息。
正象控制电路1控制多个BTS诸如4是可能的，所以对于单个BTS4控制电路1控制多个信道诸如9馈送多个缓冲存储器诸如15，例如存储器20是可能的。在这种情况下，还可以增加本发明提供的改进的效果。在一个改进的模式中，使用新的调制作出规定以便获得每个时间窗口60kb/s的数据速率。在这种情况下，修改由电路10提供的无线电调制。在这些条件下，继续前进到CS4方案是可能的。在此情况下，不同的信道诸如9可用于馈送各种存储器15或20或者更一般地较大容量的公用存储器。如果诸如消息0的消息需要重复，则在相同的时间窗口该消息不需要重复。
虽然上面的描述是根据16kb/s信道9和GSM传输的无线电时间窗口之间的隐含的寻址进行的，将来存在清楚的寻址。这个清楚的寻址将通过控制电路1和BTS4之间的信令信道传递，否则该清楚的寻址将以分组模式在该消息诸如Ⅰ至Ⅴ中发送，BTS4则能够翻译。在这种情况下，时间窗口可以在最后的时刻指定，因此使得缓冲存储器更加有利。
图2总结可用于以GPRS协议发送数据的不同的编码方案CS1至CS4。在这个协议中，以分组传递1500字节帧，即12kb/s。每个分组有一个地址部分21，一个有效负载数据部分22和一个有效负载数据冗余部分23。另外，每个分组包括同步信息SY，发射机功率信息P和信令SI。该同步信号允许BTS4定时操作。在这种情况下至少使用它们用于定时读指针17。功率信号P以常规的方式用于经过输入18控制发射机电路10的功率操作。信令信号可以是不同类型的信号，特别地在本发明的范围中可以包括适合于由解码器19解码的指令。从方案CS1到方案CS4，有效负载数据部分变得较大，同时该冗余部分变得较小。这导致有效负载数据速率在8800b/s至20,800b/s的范围中。因此如同在上面提到的，每个20ms期间可传送的有效负载比特从176至416。用于用这种方式指定的每个消息，经过16kb/s传输信道要求的时间导致从12ms到28ms的运行持续时间。处理电路6和7执行常规类型的处理25(LLC)和26(RLC)。它们能够从经过总线11接收的分组中提取经过总线9发送的有效负载比特。它们以GSM格式与信令信号一起发送。
图3分别表示目前工艺水平和在本发明中的传输模式。在图3的顶部第一行以时间顺序地显示：取决于使用并且被标记了的具有传输的持续时间的编码方案编号Ⅰ至Ⅷ发送的消息。在这个例子中这些持续时间是12ms或者22ms。从该图顶部的第二行表示通过直接地实现GPRS标准引发的定时的效果，没有去同步和没有等待时间。其实，第二行表示当它是在GPRS标准应用中运行时，该信道9是如何被占用的。在这种情况下，提供20ms时间窗口。为了使数据信息例如消息Ⅰ能够在一个时间窗口被发送，首先需要在用于发送它的时间窗口的开始之前在电路1中完全接收该消息。例如在消息Ⅰ的20ms之后应用它，在第二窗口期间该消息Ⅰ可以发送12ms的持续时间。在从消息Ⅰ传输结束的32ms和第三窗口开始的40ms延伸的时间之间，信道9是空闲的。在40ms，在12ms和34ms时间之间接收的消息Ⅱ可以在时间40ms该第三时间窗口开始期间发送。但是，该消息Ⅱ占用22ms用于传输，即它占用从60ms延伸到80ms的第四时间窗口的一部分。因此，在剩余18ms期间这个第四窗口使得信道9的任何传输空的。以此类推，利用CS3方案，信道9被占用大约它的理论的最大值的一半。这导致在上面提到的自相矛盾现象，从而使用编码方案CS3应该给予较高数据速率的数据速率比使用较低的数据速率编码方案CS2反而更慢。
在本发明中，对于信道9已经抛弃20ms定时。因此，在这个信道9中，以异步方式进行传输。结果，正如在图3的第三行可以看到的，发送消息Ⅰ至Ⅺ同时最大地使用信道9可用的数据速率。第三行显示信道9是如何被占用的和存储器15的输入是如何被占用的。以图3中第二行相同的方式，在第三行，在20ms和32ms时间之间的持续时间缓冲存储器15装入该消息Ⅰ。因此，在从20ms至40ms的时间窗口期间没有消息可以由BTS4发送到接收机5。12ms消息Ⅰ是在从40ms延伸到60ms的时间窗口期间发送的。
通过装配基站的BTS中继和最好是FIFO类型的缓冲存储器的非常简单的设备，进行操作如下：被发送的数据块预先以异步方式存储在BTS中继中。随后，以对应于GSM传输的速率从该缓冲存储器中取出它们。利用GSM传输，可以设想BTS中继和移动电话机之间的理论的最大速率250kb/s(假定该帧中的全部时间窗口分配给相同的移动电话机)。不存在存储器饱和的危险性。在这种情况下，BSC电路和BTS中继之间的传输链路是它的最大容量：16kb/s。
正如上面提到的，GSM传输模式持有超过16kb/s的数据速率。这种较高数据速率，在第四周期60ms至80ms期间，存储器15可用的该消息Ⅱ可以由该基站向着移动站5发送。可以容易地表明，在120ms开始发送的消息Ⅴ可能在98ms和120ms之间的期间已经发送给存储器15。但是，由存储器15接收的消息Ⅵ在144ms终止，在下面窗口140ms至160ms期间用于发送是不可用的。因此忽略这个窗口。可以看到，用于忽略和控制存储器15的指令可以作为在由解码器19发送和解码的该消息中的信令数据发送。结果，消息Ⅵ仅仅在时间160ms和180ms期间由该基站4发送。因此，可以看出在时间260ms，使用本发明，消息X可能已经发送，然而使用目前工艺水平的解决方案仅仅消息Ⅰ至Ⅶ可能已经发送。这清楚地表示由本发明提供的数据速率增加。可以看到，获得了这个数据速率增加，而不管信道9上差的数据速率，而且同时遵守GPRS模式定时。
在作为本发明的目前工艺水平中，较小的抵抗无线电发射信道噪声的编码方案CS3使得某些消息例如在上面提到的该消息0没有成功的渡越是可能的。在目前工艺水平中，需要考虑作为发送的另一个消息的该消息0和因此重发那个消息进一步减少传输的效率，因为该消息需要经过信道9在控制电路1的控制下重发。在本发明中，在消息Ⅴ已经发送之后和消息Ⅵ已经全部到达之前，重读消息0和在140ms至160ms期间使它通过该基站4重发到移动电话机是可能的(特别的通过替换读指针17)。这可以通过在经过信道9发送的消息数据流中插入一个指令E获得，其中指令E表示传输误差而且指定消息0。发送指令E要求的时间本身是短的，大约2ms，该指令还需要由解码器19解码。与重发消息0比较这个持续时间是非常短的，因为可能只要持续22ms。因此，尽管存在被忽略的一些持续时间，可以表明本发明的方法能够以比CS2传输更大的速率执行CS3传输，正如在上面提到的，而在目前工艺水平，不能获得这样的结果，因为不同的协议要求同步。

Claims (10)

1．传输设备，包括第一中继(1)，从发射机(2)接收以第一协议(GPRS)格式化的数据信息和变换用这种方式接收的数据成为以第二协议(GSM)格式化的数据，第二中继(4)，连接到第一中继和接收以第二协议格式化的数据信息并且以同步方式发送它们到接收机(5)，和有限的数据速率传输信道(9)，互连这两个中继，该装置特征在于：由于以所述第二协议格式化的所述数据信息可以是不同的长度，所述装置包括用于以异步方式在所述有限的数据速率传输信道上发送所述数据信息的装置，所述数据信息可以是不同的长度。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于：它包括在第二中继中、插入在所述第二中继的传输路径中以便存储接收的消息然后发送它们给该接收机的一个缓冲存储器(15)。
3．根据权利要求2的装置，其特征在于：第二中继包括一个解码器(19)，用于接收重发消息(0)的指令和用于修改确定的重发顺序或者用于在该缓冲存储器中存储重发的消息的副本。
4．根据权利要求1至3的任何一个权利要求的装置，其特征在于：第一协议具有多个数据速率(CS1,CS2,CS3,CS4)，用于发送有效负载比特，经过有限的数据速率传输信道发送的有效负载比特的速率是在第一协议的数据速率之间的值的中间。
5．根据权利要求2至4的任何一个权利要求的装置，其特征在于：该缓冲存储器是先进先出类型的。
6．一种传输方法，包括下面的步骤：
在第一中继(1)中接收以第一协议(GPRS)格式化的并且来自发射机(2)的消息；
变换(7)用这种方式接收的该数据成为以第二协议(GSM)格式化的数据；
发送以第二协议格式化的数据到由有限的数据速率传输信道(9)连接到第一中继的第二中继；和
以同步方式发送(10)以第二协议格式化的、从第二中继到接收机(5)的数据；
本方法的特征在于：以所述第二协议格式化的数据信息可以是不同长度的，所述方法包括经过所述有限的数据速率传输信道以异步方式发送能够具有不同的长度的所述数据信息。
7．根据权利要求6的方法，其特征在于它包括：
在第二中继的一个缓冲存储器中存储(15)多个接收的消息；和
在第二中继发送该消息给该接收机之前执行所述存储。
8．根据权利要求7的方法，其特征在于：
在第二中继中解码(19)消息重发指令；
在该缓冲存储器中存储重发的消息的副本；和/或者
修改确定的重发顺序。
9．根据权利要求6至8的任何一个权利要求的方法，其特征在于：第一协议具有多个数据速率(CS6,CS2,CS8,CS4)，用于发送有效负载比特，经过有限的数据速率传输信道发送的有效负载比特的速率是在第一协议的数据速率之间的值的中间。
10．根据权利要求7至9的任何一个权利要求的一种方法，其特征在于：存储器是先进先出类型的。
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