CN1306724C - 在无线通信系统中高数据速率传输的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在无线通信系统中(32)，一种用于高速数据速率传输的方法，它汇集由至少二个调制解调器(38、40、42)处理的信息信号，其中已调信息信号使用二个载波频率被发送。此方法能够在与单个传输空中-接口标准一致的带宽上同时提供多个数据的传输。一个装置，移动单元(34)，包括一个多链路(ML)协议处理器(36)，其汇集来自调制解调器(38、40、42)的信息信号，到点对点协议(PPP)格式中，从而与传统基于数据的系统对接，诸如因特网。ML处理器(36)进一步接收汇集包，并分割包到由调制解调器(38、40、42)调制的它的组成部分中。

Description

在无线通信系统中高数据速率传输的方法和装置

                            领域

本发明涉及无线数据通信。尤其是，本发明涉及一种在无线通信系统中高数据速率传输的新颖改良的方法和装置。

                            背景

为了方便的访问信息，例如通过因特网，逐渐增加了对无线数据业务的需求。无线通信设备通常用于适应移动用户对于在全世界语音通信的需求。目前的系统包括码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、提议的高数据速率(HDR)系统，和各种提议的第三代CDMA系统，每个系统都预先制定了信息传输和处理的协议。因为在语音和数据业务的需求和应用之间具有很大的差异，所以许多现存的为语音通信和较低数据速率传输设计的无线通信系统，并不能很容易地扩展到较高数据速率传输。

从而需要一种兼容现存系统和技术的高数据速率传输方法。此外，还需要一种数据传输的方法，其不需要新的和/或修改的无线电网络传输协议。

                            概述

在此揭示的实施例提供一种在无线通信系统中高数据速率传输的新颖改良的方法。在一个实施例中，CDMA无线通信系统执行多链路点对点协议(ML-PPP)，以汇集从宽带传输接收到的数据流。汇集后的数据然后进行有效的数据处理，诸如与因特网协议对接。为了从一个移动单元传输，数据以ML-PPP格式被接收，并分割到个别的数据流中。每个数据流被同时调制到不同的载波和广播上。ML-PPP的应用允许在CDMA系统中高数据速率传输，而无需新的和/或修改的空中-接口无线电网络协议，并提供比使用单个载波达到的速率更高的数据速率。

                            附图简述

结合附图，通过下面给出的详细描述，目前揭示的方法和装置的特点、目标和优点将变得更加明显，图中相同的参考号在整个说明书中对应一致。

图1示出根据一个实施例的无线通信系统的布局体系结构；

图2示出与先前技术无线通信系统相比较的一个实施例的频率带宽分配；

图3示出根据一个实施例的具有图1结构的无线通信系统；

图4示出根据一个实施例的移动单元；和

图5示出根据一个实施例的无线通信系统中的负载均衡。

                          较佳实施例详述

在本发明的示范实施例中，CDMA无线通信系统执行ML-PPP类型协议，以汇集使用HDR空中-接口方法从宽带传输接收到的数据流。虽然其他实施例可以执行各种按用户联接方法中的任何一种，但HDR对数据传输是非常明显有效的。

图1示出本发明示范实施例的结构布局10。物理层12指示信道结构、频率、功率输出、调制类型和前向和反向链路的编码规格。媒体访问控制(MAC)层14定义用于在物理层12上接收和发送的程序。对于HDR系统来说，MAC层14包括可均衡用户或连接的调度能力。这样的均衡通常为覆盖面小的信道调度低吞吐量，从而对具有好的连接的信道释放允许高吞吐量的资源。接下来一层，链路访问控制(LAC)层16，为无线电链路提供一个接入程序。无线电链路协议(RLP)层18，对八字节排列的数据流提供重传和复制探测。在分组业务的上下文中，LAC层16携带点对点协议(PPP)分组。高级数据链路控制(HDLC)层20是针对PPP和ML-PPP通信的链路层。控制信息放于特殊的模型中，为了减少错误，它与数据有着显著的不同。HDLC层20在PPP处理之前执行数据成帧。然后PPP层22提供压缩、验证、加密和多协议支持。因特网协议(IP)层24对不同的节点保持因特网地址跟踪、路由输出的消息和识别输入的消息。

运行于PPP顶部的协议，诸如IP层24，携带用户业务。要注意的是这些层的每一个可以包含一个或多个协议。协议使用信令消息和/或报头来传送信息到在空中-接口的另一侧同等的实体。例如，在高速数据速率(HDR)系统中，协议使用默认信令应用程序来发送消息。

结构10适用于一个接入网(AN)，其用来在诸如因特网的IP网络和包括无线移动单元的接入终端之间提供数据连通。接入终端(AT)提供与用户的数据连通。AT可以被连接到计算设备，诸如膝上型个人电脑，或者可以是自包含数据设备，诸如个人数字助理。各种无线应用程序和数量不断增长的设备常常被称为IP设备或网络设备。如图1所示，RLP层18上的层是服务网络层，HDLC层20下面的层是无线电网络层。换句话说，无线电网络层作用于空中-接口协议。此示范实施例的无线电网络层执行“TL80-54421-1 HDR空中接口规格”，称为“HAI规格”。HAI规格有时称为“1xEVDO”。HDR通常提供一种在无线通信系统中传输数据的有效方法。替换实施例可以执行“cdma2000扩频系统的TIA/EIA/IS-2000标准”，称为“cdma2000标准”，“双模式宽带扩频蜂窝系统的TIA/EIA/IS-95移动站-基站兼容性标准”，称为“IS-95标准”，或其他按用户连接系统，诸如“针对1.85到1.99GHz PCS应用的W-CDMA(宽带码分多址)空中接口兼容性标准的ANSI J-STD-01草案标准”，称为“W-CDMA”。

在下面美国专利中揭示了用于语音和数据传输的多接入系统的使用：

美国专利号4,901,307，题为“使用卫星或地面中继器的扩频多接入通信系统”；

美国专利号5,103,459，题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生波形的系统和方法”；

美国专利号5,504,773，题为“格式化需传输的数据的方法和装置”；

每个专利都转让给了本发明的受让人，并通过引用结合于此。因为频谱是有限资源，所以这些系统都提供了通过共享频谱使资源的使用最大化的方法，同时用最少的接口支持大量用户。将这些方法扩展到高速数据传输，允许再利用现存的硬件和软件。已经熟悉这些标准和方法的设计者可以使用此知识和经验将这些系统扩展为高速数据传输的。

在一个实施例中，无线系统中结构10的实现，如图3和图4所示，允许传输数据的多载波的使用。多载波可以被包括在宽带频率配置中，诸如图2所示。所给的带宽B沿着水平频率轴。在一个实施例中，B近似为5MHz。如图所示，宽带收发机信道，诸如WCDMA，消耗整个带宽B。因为宽带协议是为语音通信设计的，所以它并不易于扩展到数据通信，并且对于混合语音和数据其效率是不高的。在此注释，带宽B对三(3)信号CDMA载波是足够的，诸如1.25-MHz(1xMC)。通过改变无线电网络空中-接口协议，在3xMC使用这个概念，并在特殊的载波上传输数据流。

在本发明的示范实施例中，ML-PPP用于汇集三(3)载波26、28、30到格式化的段中，用于PPP处理和IP路由，而不需要增加新的空中-接口或改变现有无线电网络空中-接口，即使用现存的图1中结构10的层12、14、16、18。

图3根据一个实施例，示出拥有通过空中-接口62连接移动单元34与基站46的无线系统32。系统32包括无线电网络部分和服务网络部分，每个部分根据图1所示的结构层来定义。移动单元34包括一个与三个(3)调制解调器38、40、42双向耦合的ML-PPP处理器36。无线电链路协议层通过这些连接来实现。如图所示，服务网络层在ML-PPP处理器36侧实现，而无线电网络层在调制解调器侧实现。调制解调器38、40、42进一步与模拟收发机单元44双向耦合。空中-接口传输可以遵循CDMA标准执行，包括但不限于IS-95、IS-2000、W-CDMA和HDR。对于示范实施例来说，遵循规格说明，HAI规定反向信道编码和复制、插入、码元发生和纠错步骤。同样，物理层12规定前向信道导频、同步和寻呼发生，还有调制、解调和编码以有效的在空中-接口扩频传输。

ML-PPP处理器36执行多链路运行，以协调多个独立的链路，从而提供一个带宽比每个部分链路更大的虚拟链路。在此实施例中，单个的链路通过每个调制解调器38、40、42来处理，汇集的数据作为包(bundle)通过导体64来传输。根据ML-PPP，当单个数据流被分成多个流时，形成“段(fragment)”。典型的，每个段包括一个报头，其包含一序列号和指示分组开始或结束的字段。在此示范实施例中，每个ML-PPP段是一个IP分组，且因此是一个开始或结束的分组。

每个由调制解调器38、40、42调制或解调的信号，通过与天线45联接的模拟收发机44，在移动单元34被接收或发送。每个调制解调器与特定载波相关联，移动单元34通过天线45发送和接收每个载波的信号。

使用ML-PPP，或类似的多链路类型协议，数据可以被拆分和重组，降低等待时间并提高吞吐量。可以设计和制订段的组成，来提高负载，从而获得带宽的有效利用。在图3的示范实施例中，通过导体64，从移动单元34传输的数据分组作为段，由ML-PPP处理器36接收。数据被作为已经从IP网络或计算机网络传输的IP分组被接收。接收到的数据分组包括三个(3)独立数据流。数据流可以看作通信管道。独立数据流被分成分成IP分组。在此示范实施例中，每个IP分组是一个ML-PPP段，且因此IP分组被汇集到ML-PPP包中。IP分组是几个数据流，其包含一个源头和目的地，但不需要涉及邻近的分组。

ML-PPP处理器36分割段并重组此三个(3)原始数据流。三个(3)数据流中的一个供给调制解调器38，另一个给调制解调器40，还有一个给调制解调器42。每个调制解调器38、40、42调制接收到的数据流到一个唯一的载波上，即三个(3)不同频率被使用。来自调制解调器38、40、42的数据流被提供给模拟收发机44来传输。然后每个独立数据流在一个预定带宽内以不同的频率被发送。有效的，每个数据流具有相应的带宽，理想的三个(3)带宽不重叠。替换实施例可以采用任何数量的调制解调器来反映任何数量的独立带宽。

图4根据一个实施例，示出调制解调器载波和示范系统的带宽之间的一致性。对于由移动单元34接收的数据来说，信号被载波频率分割，且分配给他们合适的调制解调器处理。来自调制解调器38、40、42的基带信号提供给ML-PPP处理器36，来作为包通过导体64汇集和传输。ML-PPP处理器36根据移动单元34和空中-接口62所需的专用软件来运行。根据所需的制式，分段或组合数据。在这一点ML-PPP处理器36可以实现负载均衡，例如，调制解调器42比调制解调器38具有更高的吞吐量。这样的话，由ML-PPP处理器36生成的汇集包为调制解调器42包括的数据段比为调制解调器38包括的数据段更多。此处理过程是动态的，当移动单元34处理的数据的负载变化了，ML-PPP处理器36将依此调整包。

对于HDR通信系统来说，MAC层通常被设计成根据服务质量通过调度用户来处理负载均衡。基于用户的覆盖范围，或在这种情况下的载波来确定服务等级，和从而分配吞吐量给那些有更好覆盖的用户。覆盖受系统中用户数量、物理环境、快速衰落度、多路经等的影响。系统32可以根据三个(3)通信中每一个的服务等级，采用MAC层的内建负载均衡能力来调度三个(3)调制解调器38、40、42。当由于用户干扰、环境局限性等导致所给载波传输降低时，该载波将被调度更低的吞吐量，可以导致另一个有更高服务等级的载波吞吐量增加。

另外，负载均衡可以在IP层24实现，其中吞吐量由目标IP地址确定。在这个等级，所有IP分组的源头和目的地都是已知的，因此可以实现调制解调器38、40、42的任何组合。在IP层的调度将ML-PPP从调度判定移除。在一个实施例中，数据在多个路径上处理，每个拥有PPP处理器。每个路径然后提供给路由器。路由器能够通过在合适的路径间选择来IP调度。

在此注释，ML-PPP处理器36可以用具有存储器的微处理器来实现，存储器用于存储软件指令以执行多链路汇集和分割。此外，硬件、固件或上述的结合体可以有效的实现，以提高速度。ML-PPP的具体操作可以被设计成对于系统32是唯一的。ML-PPP处理器36提供典型PPP处理和无线无线电网络传输之间的接口。在PPP接口上覆盖多链路的能力允许宽带的完全利用，并保持高质量的传输。

继续参考图3，通过空中-接口62，移动单元34传输数据到基站46或从基站46接收数据。如图1所示，在层18下的协议定义在空中-接口62上的无线电链路传输。相应的基站46在三个(3)天线66、68、70接收多载波传输。每个数据流在基站46中具有相应的路径，每个路经对应一个载波频率带宽(见图4)。每个路经包括基站收发机子系统(BTS)，其产生前向CDMA信道并解调移动传输。对于语音传输，BTS产生声音合成帧。每个天线66、68、70与BTS48、50、52分别联接。每个BTS 48、50、52然后分别和基站控制器(BSC)54、56、58联接。对于语音传输，BSC从BTS接收声音合成帧，并转换其成为PCM信号。替换实施例可以提供综合的BTS来处理多路经。对于来自基站46的语音传输，BSC转换陆上通信线语音信号成为声音合成帧，然后发送他们到适当的BTS。替换实施例可以提供综合的BSC来与多个BTS或综合BTS对接。BTS通过拥有预定载波频率带宽的相应天线传送接收到的信息。每个BSC 54、56、58与分组数据服务节点(PDSN)60联接。这样，基站46能够处理与移动单元34的多载波传输。PDSN 60使用ML-PPP来处理与IP网络通信的数据。

从移动单元34传送的信号作为单用户信号，通过空中-接口62发送，在基站46被接收。换句话说，由调制解调器38调制的信号由天线66接收，并在BTS 48解调，由调制解调器40调制的信号由天线68接收，并在BTS 50解调等。这些独立对的每一个负责无线系统中的单个用户信道，诸如根据IS-95标准的CDMA系统。对基站46的每个路经，传输是典型的单个用户传输，由移动单元34独立的处理。基站46包括多路径以适应移动单元34的每个调制解调器。在一个实施例中，移动单元34具有调制比基站46更多数量的载波频率的能力。在这种情况，移动单元34仅使用可用于在基站46处理的路径。这样，确定基站46的性能和容量后，移动单元34可以与多种基站对接。

来自基站46的信号在PDSN 60以IP格式被接收。PDSN 60使用ML-PPP处理来分割汇集包。每个段分配一个序列号。序列号协助移动单元34重新组建包。然后PDSN 60输出ML-PPP段。在这点，发生HDLC成帧。段被提供给BSC54、56、58来产生RLP分组。RLP分组是ML-PPP分组，且可以包括信号信息。然后RLP分组被提供给BTS 48、50、52来通过空中-接口62传输。移动单元34接收来自BTS 48、50、52的信号，且相应调制解调器38、40、42恢复RLP分组，其被进一步处理以形成ML-PPP段。ML-PPP处理器36汇集段并发送由此产生的包到IP网络。

根据一个实施例，图5示出多链路段格式80。每个段包含一个数据流的一部分。在一个段中，第一部分或字段包含PPP报头82。PPP报头82中是地址字段92和控制字段94。

PPP报头后跟随着协议标识(PID)84，其后跟随着ML-PPP报头86，ML-PPP报头86由随PPP数据分组中每个段递加的序列字段98和指示该段是PPP数据分组的开始还是结束的定位字段96组成。示范实施例实现一个无分段的ML-PPP格式。PPP数据分组是在两个(2)设备之间通信的数据流的一部分。ML-PPP包包括分成PPP分组的多对设备的几个数据流。然后多对设备的段被汇集，即交织以形成包。术语包是指多对设备间链路的包。定位字段96协助保持PPP数据分组的段在一起，且识别每个段的开始和结束。在图5所示的一个实施例中，定位字段96包括一个开始比特“B”和一个结束比特“E”。这些比特对分组中所有的段是被消除的，除了第一和最后段。

在此注释在传输期间，ML-PPP报头86的大小可以在协同其他合作的基础上减小。段数据88接着ML-PPP报头86。最终，帧检验序列(FCS)字段90或其他纠错字段添加到段中。FCS字段90可用于检验奇偶性或计算检验和来校验传输的数据。

图6示出系统32中通过空中-接口62，从导体64接收并从移动单元34发送的数据的多载波传输。数据在ML-PPP包中接收，其一部分说明路径标号“ML”。包由从左边开始的以反向时序所示的一系列段组成。每个段由路径号和序列字母来识别。由调制解调器38处理的所有段通过路径“1”，来自调制解调器40的段通过路径“2”，来自调制解调器42的段通过路径“3”。如图所示，来自路径1的第一个段，标记为“1A”。来自路径“2”的下一个段，标记为-“2A”，来自路径“3”的下一个段标记为“3A”。

同样，以相同顺序接收接下来的四个段，分别循环通过路径1、2和3。在第8段之前的某些点，ML-PPP处理器36确定调制解调器38需求比其他调制解调器40、42更多的处理时间。通过第8段，ML-PPP处理器36调节调度以试图调整调制解调器38，且在这点，两个(2)外部帧被分配到调制解调器38。同时也示出了从每个调制解调器传输到ML-PPP处理器36的数据。如图所示，ML-PPP处理器36接收三个(3)数据流，将数据分割成段，并汇集这些段。然后通过导体64将汇集包提供给不同的地区。

对于从移动单元34传输的数据，ML-PPP 36接收汇集数据，并根据它的目的地，分割它到它的组成数据流中。接收的数据典型的是IP分组形式的网络业务。

根据示范实施例，ML-PPP处理器36确定与每个数据流相关，即与每个调制解调器相关的数据速率。执行负载均衡以优化高速数据速率调制解调器。这样系统等待时间降低。

根据示范实施例，移动单元34包括一个内存存储设备(未显示)，来存储计算机可读的控制移动单元34运行的指令。内存存储可以包含在ML-PPP处理器36中。指令根据专用硬件运行以汇集和分割信息信号、调制和解调信息信号，并通过空中-接口发送和接收信号。所包括的可能是实现负载均衡判定标准的指令和实现的细节。在一个实施例中，ML-PPP 36由至少一个专用集成电路组成。替换实施例可以实现设计成实现移动单元34的各种功能的硬件、软件和/或固件的结合体。

在本发明的一个实施例中，移动单元34包括语音通信并行处理路径(未显示)。语音路径包括与处理语音的声码器联接的调制解调器。拥有三个(3)调制解调器的数据路径和拥有一个(1)调制解调器的语音路径可以同时运行。

从而描述了在无线通信系统中高数据速率传输的新颖改良的方法和装置。虽然在此讨论的示范实施例描述了HDR CDMA系统，诸如HAI说明描述的，但是本发明的各种实施例可以应用到任何无线按用户联接方法中。为实现有效通信，描述了有关HD-R的示范实施例，但也可以有效的应用到IS-95、W-CDMA、IS-2000、GSM、TDMA等。

那些业内技术人员明白，上述描述所涉及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、码元和码片，都可以有利地用电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子、或它们的任意结合体来表示。

那些业内技术人员进一步了解，与在此所揭示的实施例结合在一起描述的各种图示逻辑功能块、模块、电路和算法步骤可以作为电子硬件、计算机软件或两者结合来实现。现已总体上根据他们的功能描述了各种图示元件、功能块、模块、电路和步骤。功能作为硬件还是软件实现取决于施加于整个系统的特殊应用和设计约束。技术人士不难认识到，在这些情况下，硬件和软件的可换性，以及如何最好地为每个特殊应用实现所描述的功能。

例如，与在此揭示的实施例相结合地描述的过程单元和各种图示逻辑功能块、模块、电路和算术步骤可以通过数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件元件(如寄存器和FIFO)、执行一系列固件指令的处理器、任何常规可编程软件模块和处理器或它们的任意结合体来实现和执行。有利的处理器是微处理器，但在替代品中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。软件模块可以驻留于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动式硬盘、CD-ROM或任何业内所知的其他形式的存储媒介。处理器可以驻留于ASIC(未显示)。ASIC可以驻留于电话(未显示)。在替换中，处理器可以驻留于电话。处理器可以作为DSP和微处理器的结合体或与DSP核心相连的二个微处理器等来实现。

上述较佳实施例被提供给业内任何技术熟练人士，以实现或使用本发明。这些实施例的各种改进，对业内技术熟练人士来说是显而易见的，且在此定义的特殊原则无需本发明授权，可以应用到其他实施例。因此，本发明不限于在此显示的实施例，但符合与在此揭示的原则和新颖特征一致的最大范围。

Claims (14)

1、一种无线通信装置，其特征在于，包括：

第一个调制解调器，用于解码拥有第一个载波频率的第一个信号以产生第一个信息信号；

第二个调制解调器，用于解码拥有第二个载波频率的第二个信号以产生第二个信息信号，其中第一个载波频率不同于第二个载波频率；和

多链路因特网协议处理器，用于汇集第一个和第二个信息信号，其中，第一个和第二个信息信号的汇集是点对点协议(PPP)格式。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

与多链路因特网协议处理器联接的第三个调制解调器，第三个调制解调器用于解码拥有第三个载波频率的第三个信号，来产生第三个信息信号，

其中第三个载波频率不同于第一个和第二个载波频率。

3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，第一个、第二个和第三个载波频率是在预定带宽内。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：

与第一个和第二个调制解调器相连的模拟单元，模拟单元用于接收第一个载波频率的第一个信号和第二个载波频率的第二个信号。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，模拟单元用于接收第一个和第二个载波频率的信号，并将所述接收到的信号的每个提供给第一个和第二个调制解调器中相关的一个。

6、如权利要求6所述的装置，其特征在于，第一个调制解调器用于调制第一个载波频率的信息信号，第二个调制解调器用于调制第二个载波频率的信息信号。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，多链路因特网协议处理器用于调度第一个和第二个信息信号以实现第一和第二调制解调器的负载均衡。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，多链路因特网协议处理器根据存储在此装置中的多个计算机可读指令运行。

9、一种无线通信装置，其特征在于，包括：

第一个调制解调器，用于解调拥有第一个载波频率的第一个信号以产生第一个信息信号；

第二个调制解调器，用于解调拥有第二个载波频率的第二个信号以产生第二个信息信号，其中第一个载波频率不同于第二个载波频率；和

多链路因特网协议处理器，用于汇集第一个和第二个信息信号，其中，多链路因特网协议处理器用于调度第一个和第二个信息信号以实现第一和第二调制解调器的负载均衡，其中，多链路因特网协议处理器用于产生汇集包，它包含的第一个信息信号的段多于第二个信息信号的段。

10、一种用于无线通信系统中的方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收多个信号，每个信号拥有唯一的载波频率；

将多个信号中的每一个解调成多个信息信号；和

以点对点协议(PPP)格式汇集多个信息信号。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：

接收包含多个信息信号的汇集包；

分割汇集包；

将多个信息信号中的每一个调制成多个已调信号，每个已调信号拥有唯一的载波频率；和

发送多个已调信号中的每一个。

12、如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据与单个用户一致的无线电网路空中-接口来发送多个已调信号。

13、如权利要求10所述的方法，其特征在于，汇集步骤进一步包括：

确定多个数据速率，每个对应于多个信息信号中的一个；和

根据多个数据速率调度多个信息信号。

14、如权利要求10所述的方法，其特征在于，无线系统是码分多址(CDMA)系统。

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