CN1322092A - 用于实时增强型通用分组无线电业务的链路自适应 - Google Patents

用于实时增强型通用分组无线电业务的链路自适应

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康斯坦蒂诺斯·萨马拉斯
路易斯·格文·萨穆尔
塞伊德·塔特什
吴建军
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Abstract

本发明公开了一种用于自适应的技术,该技术适用于分组交换移动通信系统,其中改变发射机中编译码器模式的命令或请求仅响应于这种模式中的所需要改变而发送。

Description

用于实时增强型通用分组无线电业务的链路自适应
本发明涉及一种链路自适应技术，尤其但不唯一地用于RT-EGPRS环境中的这种技术。
在GSM(全球移动系统)中，业已提出了一种用于链路自适应的技术，这种技术被称为自适应多速率(AMR)语音业务。AMR通过增加系统的频谱效率来改进语音业务，因此在管理系统负载时给了系统运营商更大的灵活性。
在GSM的AMR中，即使在寂静期间内，无线电信道也专属于用户，该寂静期间被称为非连续传输(DTX)期间。在GSM的AMR中，用户在非连续传输期间利用分配给它的无线电信道来传送寂静描述符(SLD)帧，以在寂静期间设置背景噪声的适当电平，并且传送链路自适应消息，以控制可能仍然活动的链路相反方向。
一般来说，无线通信系统的收发信机具有一个编译码器，该编译码器产生合成的语音，用以在无线电接口上的传输。编译码器包括一个语音编译码器和一个信道编译码器。语音编译码器具有多种被称为编译码器模式的工作模式，这些模式可以用于传送信息。在接收机端，必须使用相同的编译码器模式信息来语音解码所接收的信号。
在当前的GSM建议中，业已建议了8种编译码器工作模式。每种编译码器模式代表一种不同的编码速率，并且编码的速率根据信道中的条件而变化。如果信令条件不良，则使用低速率。如果条件良好，则使用快的速率。当前GSM建议允许使用8种不同编译码器模式，这些模式具有从12.2到4.65kbps范围的速率。全速率GSM支持所有8种编译码器模式，半速率GSM仅支持6种编译码器模式。
在上行链路(UL)中，一个移动站(MS)交替地向网络发送：一个编译码器模式指示(2比特)以及一个编译码器模式请求(2比特)。编译码器模式指示与用于在UL中传送语音的当前编译码器(即用于移动站的发射机中的编译码器模式)相关，而编译码器请求是移动站优选的DL语音编译码器。移动站监视接收语音的DL方向，并且测量载噪比(CIR)。移动站将测量的CIR与存储在移动站表格中的门限值相比较，并且作出DL编译码器模式是否应被改变的判定。
在下行链路(DL)中，网络交替地向一个MS发送：一个编译码器模式指示(对于当前DL语音编译码器来说为2比特)以及一个编译码器模式命令(对于DL语音编译码器来说为2比特)。编译码器模式指示与用于在下行链路中传送语音的当前编译码器相关，而编译码器模式命令是网络确定的、将由MS使用的上行链路语音编译码器。用于确定UL模式请求的相同机制被用于确定DL中的编译码器模式变化。
在语音活动期间，编译码器模式指示以及编译码器模式请求/命令每隔一个语音帧以带内信令的形式发送。例如，编译码器指示模式在奇数无线电码组中发送(无线电信道上的一个无线电码组为20ms的时间周期，在某些频率中为一个时隙)，而请求或命令在偶数无线电码组中发送。
在非连续传输(DTX)期间，被识别为SID_UPDATE帧的寂静描述符(SID)更新帧携带着编译码器模式信息(即同一帧中的模式指示和模式请求或命令)以及舒适噪声参数。
SID_UPDATE仅仅为一帧(不是象语音中的那样为2帧)，因而仅20ms的无线电容量就足够发送它。因此编译码器模式指示和请求/命令都是在同一20ms无线电码组中发送。SID_UPDATE传输是利用窃用比特(另一个在用于GSM突发的频带信令中)来指示。
在GSM DTX中，对于全速率(FR)和半速率(HR)信道模式来说，SID_UPDATE每隔大约160ms发送。在非连续传输(DTX)期间，接收机处于语音暂停(不活动周期)，在此期间不产生语音。然而，在DTX期间，SID_UPDATE每隔480ms产生，并且链路自适应消息每隔160ms发送，以作为SID_UPDATE的一部分。
SID_UPDATE携带着更新接收机中的背景噪声所需要的舒适噪声参数。
尽管业已知道多种技术用于支持分组交换移动网中的链路自适应，并且已经开发出一些技术来支持数据通信，但这些技术却不适合于支持附加的实时业务。
本发明的目的在于提供一种用于链路自适应的技术，这种技术适合于在分组交换网络中支持实时业务(例如IP语音和视频)。
根据本发明，提供了一种控制通信链路中链路自适应的方法，至少该通信链路的一端具有一个发射编译码器，该编译码器具有多种工作模式，该方法包括：监视所接收信号的条件，响应于该接收信号条件中的变化，发送一个指令以改变发射编译码器的工作模式。
在发送连续的指令之间可以有最小的周期。该最小周期可以为160ms。
改变编译码器工作模式的指令可以是一个命令或者一个请求。
该通信链路的两端都可以有一个发射编译码器。通信链路的一端可以发送一个命令以改变编译码器的工作模式，通信链路的另一端可以发送一个请求以改变编译码器的工作模式。
该通信链路可以是移动通信系统中的一个链路。该移动通信系统可以是一个分组交换系统。
根据本发明的其他方面，提供了一种用于保持与另一个设备的通信链路的设备，包括：用于接收来自另一个设备的信号的装置；用于监视所接收信号的条件的装置；响应于该接收信号条件中的变化，用于确定发射编译码器的新工作模式的装置；以及响应于该接收信号条件中的变化，用于传送一个发射编译码器的新的工作模式到另一个设备的装置。
用于传送新的工作模式的装置可以被控制，以便在连续传输之间存在着最小周期。
现在借助于特定实例并参照附图来描述本发明。其中：
图1描述了适用于实现本发明的电路的方框图。
现在借助于特定优选实现方式的实例来描述本发明。应该理解的是，本发明并不限于这种实现方式，并且可以具有超出在此给定实例的适用性。其中在此讨论对本发明的适当修改或者备选应用。
在此专门参照实时增强型GPRS(RT-GPRS)系统来讨论本发明。然而，应该理解的是，本发明可以更一般地用于任何使用链路自适应的系统中。在无线系统中，链路自适应适合上行链路和下行链路中的通信链路。更一般地，链路自适应适合于发射机和链路相对端上的接收机之间的通信链路。
参照图1，图1示出了用于解释本发明实现方式的移动通信系统的收发信机部件的方框图，该收发信机一般是由标记100来表示。应该认识到的是，该收发信机还包括其他对系统工作必不可少的功能部件，并且这些功能部件对于本领域技术人员都是熟知的。
在传输一侧，收发信机包括一个编译码器2，一个发射编译码器模式方框12，信道编码器8以及输出或传输方框10，该编译码器包括一个语音编译码器4和一个信道编译码器6。
工作时，在传输语音活动期间，中性语音在线路42上提供给编译码器。根据线路52上提供给语音编译码4的编译码器模式，在语音编译码器4中语音编码该中性语音。语音编译码器4在线路44上产生合成语音，线路44形成一个输出到信道编译码器6。信道编译码器6在线路46上产生以需要比特率的合成语音。线路46上的合成语音出现在表示物理层的信道编码器中，语音在该信道编码器中被编码为无线电码组，用以经过空中接口传输。信道编码器8的输出在线路48上形成一个到输出方框10的输入。输出方框表示发射机的前端电路，并且在线路50上产生无线电信号输出。
在接收一侧，收发信机包括一个编译码器14，一个接收编译码器模式方框20，信道译码器22以及输入或接收方框24，该编译码器包括一个语音编译码器16和一个信道编译码器18。
工作时，在接收语音活动期间，在线路64中输出一个无线电信号，并且该信号经过输入方框24下转换以及前端处理。因而处理后的接收信号在线路40上提供给信道编译码器22，接收的信号在信道译码器22中被处理，例如通过去交织该无线电码组。信道译码器的工作是本领域技术人员所熟知的。信道译码器解码后的接收信号在线路62上输出到编译码器14。信道编译码器18解码线路62上的信号，并且在线路60上向语音编译码器16提供一个输出。语音编译码器16利用由接收编译码器模式方框20在线路66上提供的编译码器模式信息，来语音解码线路60上的信号。语音编译码器接着在线路58上提供接收到的语音。因而接收一侧起到发射一侧的镜子的作用。
一般由方框26所表示的控制电路控制着该收发信机的工作。收发信机100还包括一个监视器方框28，一个检测器方框30以及一个编译码器模式选择方框32。
工作时，控制电路26经过线路54向发射编译码器模式方框12加载一个适当的编译码器模式，以由编译码器2使用。编译码器模式实际上控制着语音编译码器4的模式。编译码器模式根据收发信机与另一个设备之间链路的质量来确定，其中该收发信机与另一个设备已经建立了一个通信链路。编译码器模式确定了经过该链路数据的传输速率。在良好的信道条件下，设置编译码器模式以便建立一个高的速率。在不良条件下，速率将被降低。本领域技术人员所熟知的常规启动进程将能够设置一个用于发射机的初始适当的编译码器模式。
发射编译码器模式方框12中的编译码器模式信息还在线路68上提供给信道编码器8。信道编码器8将编译码器模式信息编码成无线电码组，由无线电链路另一端上的接收机使用，以解码该无线电信号。将该信息编码成无线电码组对GSM链路自适应来说是已知的。
在接收一侧，通信链路另一侧上的发射机所使用的初始编译码器模式可以由该发射机发送。因而信道译码器22从接收信号的无线电码组中提取由发射机所使用的编译码器模式信息，并且将该信息提供给接收编译码器模式方框20。接收编译码器模式方框20存储该信息，以由语音编译码器16在接收一侧使用。
如果图1的收发信机为基站的收发信机，那么它可以在传输链路的另一端发送移动站在发射一侧应该使用的编译码器模式，并且随后直接设置接收编译码器模式方框。
根据本发明，由输入电路24所提供的接收信号在线路40上还形成一个输入到监视器方框28。监视器方框28监视接收信号的信号电平。由监视器方框28所检测到的信号电平在线路42上提供给检测器方框30。该检测器方框确定当前的信号电平是否不同于以前的信号电平，由此检测到信道条件中的变化。例如，诸如退化的变化可以以接收信号强度中的变量形式表现出来。
检测器方框确定信号强度中的变化是否足以证明通信链路另一端上发射机的编译码器模式中的变化。因此，例如，检测器方框30可以检测该信号强度的变化是否已经低于或高于某一门限。
如果检测器方框确定编译码器模式中的变化是合适的，那么它就在线路44上发送一个命令到编译码器模式选择器，以选择一个新的编译码器模式。根据由监视器方框28确定的、提供在线路34上的当前信号电平，编译码器模式选择器选择合适的模式，并且在线路36上将该模式提供给控制电路26。
根据本发明，响应于在线路36上接收到的新编译码器模式，控制电路26控制该传输电路，以向链路另一端的收发信机发送该新的编译码器模式。
如果图1的收发信机为基站的收发信机，编译码器模式将以编译码器模式命令的形式发送。如果图1的收发信机为移动站的收发信机，编译码器模式将以编译码器模式请求的形式发送。
编译码器模式请求或命令在线路70上由控制电路提供给信道编码器8，并且以适当的形式交织成无线电码组。编译码器模式请求/命令可以在一个突发中交织。编译码器模式请求/命令可以以专用(非争用)或者争用模式，经过PCCCH(多消息)或者甚至经过一个基于RT-PCCCH(单个消息)的突发传送。
在接收一侧，编译码器模式请求或命令由信道译码器22恢复，并且在线路72上提供给控制电路26。控制电路26接着采取适当的动作以改变接收编译码器模式方框20的内容。如果图1的收发信机是一个移动站，并且接收到一个编译码器模式命令，则接收编译码器模式方框20中的编译码器模式将被改变成命令的值。在这种情况下，线路72可以直接从信道译码器22连接到控制电路26。如果图1的收发信机是一个基站，那么控制电路26将根据已知的GSM AMR链路自适应常规技术，确定是否改变编译码器模式以响应编译码器模式。
在常规GSM技术中，控制电路26将每隔60ms暂停将由发射侧发送的编译码器模式请求/命令，而无论编译码器模式是否已经被改变。根据本发明，编译码器模式仅响应于所需要或者所希望的编译码器模式中的变化，一经要求就被动态地发送。
因此，本发明提供了一种用于通信编译码器模式请求或命令的动态技术。编译码器模式请求和命令只有在需要编译码器模式变化的地方才被发送。动态链路自适应可以在语音周期期间或者在没有语音的周期，即在非连续传输周期期间使用。
在非连续传输周期中，传输一侧没有由编译码器8编码的中性语音。因此只有控制信息被发送并且由信道编码器8编码。在常规的GSMAMR中，编译码器模式信息和编译码器模式请求/命令信息在非连续传输期间被发送。尤其是编译码器模式每隔160ms发送。
然而，根据本发明，即使在没有语音被发送，即在非连续传输期间，编译码器模式请求/命令一经要求就被动态地发送。
在语音活动期间，编译码器模式指示被强制性地发送，以便接收机知道发射机所使用的编译码器模式。然而，编译码器模式请求/命令需要只有在要求时才被动态地发送。
在语音活动期间，仍然可以使用如上所述的电路交换AMR GSM语音已知的标准AMR链路自适应进程。
或者，由信道编码器8产生的语音RLC/MAC码组首标可以包含一个编译码器模式指示(以解码当前的RLC/MAC码组)以及可选地(当需要编译码器模式变化时)编译码器模式请求/命令。对于不同的语音RLC/MAC码组格式，可以通过使用窃用比特的不同组合来实现。也就是说，窃用比特的两个特定组合识别出包含编译码器模式指示或者编译码器模式请求/命令的无线电码组。
在非连续传输期间，至少在一个方向上，即UL或者DL上都没有语音活动。用于标准电路交换的GSM非连续传输中的周期性链路自适应明显地减少了分组网络中的统计多路复用的好处，在该GSM非连续传输中，模式命令或者请求在寂静期间每隔160ms发送。因此，下文描述了在使用本发明时，对于非连续传输期间的链路自适应的多种改进。
在非连续传输期间没有语音活动，因而优选地没有编译码器模式指示被发送。由于没有语音被编码，不需要编译码器模式指示。
在由于无线电信道条件或者网络管理造成UL编译码器模式必须被改变时，网络仅在下行链路上向MS发送编译码器模式命令，以控制其UL传输(链路自适应是根据要求实现，而不是象在GSM AMR链路自适应中的那样周期性地实现)。
在DL编译码器模式必须改变时，MS仅在UL中向网络发送编译码器模式以控制DL传输。
优选地，编译码器模式请求/命令不比一个特定门限经常(例如每隔160ms发送一次)。这是为了减少由于链路自适应造成的无线电信令的额外开销。没有这个优选地限制，编译码器模式可能由于信道修改的连续波动而被频繁地改变。如在GSM中的常规固定时间间隔一样，在任何两个连续的变化之间设置一个160ms的限制是可以接受的。当然，任何两个更新之间的时间限制可以根据任何特定的实现方式而变化。
优选地，网络具有总体控制功能，并且可以越权来自MS的编译码器模式请求。因而网络可以命令该MS使用周期性的链路自适应更新(每隔160ms)。也就是说，网络可以告诉MS起到已知技术方案的作用，而不是利用根据本发明的即时要求技术来起作用。
在根据本发明来实现“要求式”动态链路自适应时，确认(ACK)用于确认UL编译码器模式请求。在标准GSM配置中，不需要确认，因为如果一个模式请求或命令失败了，那么另一个请求无论如何在160ms之后发送。然而，根据本发明，如果模式请求/命令改变了才被发送，因而引入一个确认是非常重要的，以便保证模式中的变化已经被发送出去。
因而本发明提供了一种适用于分组交换环境中实时业务的链路自适应的链路自适应方案。在一切可能的地方，本发明与常规电路交换GSM的自适应多速率(AMR)技术相一致。因此本发明的技术被称为被叫分组自适应多速率(P_AMR)链路自适应。
P_AMR的新链路自适应方案无论任何也不会限制与电路交换AMR的兼容性。因而，在分组和电路交换语音用户之间免除汇接操作是可行的。
简化的SID帧
在非连续传输期间，需要周期性地发送一个舒适噪声更新。在GSM中，舒适噪声更新在一个247比特的帧中发送，该帧被称为SID_UPDATE帧。对于舒适噪声更新来说，只有SID_UPDATE帧的前35个比特(舒适噪声参数)被要求并被用于寂静噪声更新。SID_UPDATE帧的剩余212个比特是标识比特。
因而根据本发明的优选实施例，这35个比特可以在简化的SID帧中与编译码器模式指示以及可选的编译码器模式请求/命令一起发送。
为了更加受益于语音用户的寂静周期，需要在非连续传输期间仅发送最小的需要信息。对于在此建议的简化SID_UPDATE帧来说，最大的极小化是可以实现的。
GSM电路交换的SID_UPDATE帧通过过编码(over coding)舒适噪声参数，以四个TDMA突发的方式发送，过编码舒适噪声参数仅是为了在语音和寂静期间保持同一20ms无线电码组的颗粒度。
在此建议的简化SID_UPDATE帧可以以少于2个突发的形式在无线电接口上发送，这取决于所使用的信道编码的水平。这将使用于传送SID_UPDATE帧的无线电信道的容量增加至少一半。
如果使用了PDTCH(分组数据业务信道)，SID_UPDATE帧可以通过使用窃用比特来识别，或者如果使用了PCCCH(分组通用控制信道)或RT-PCCCH(实时PCCCH)，SID_UPDATE帧可以通过使用有效负荷类型(PT)字段来识别，该有效负荷是RLC/MAC首标的一部分。
在无线电接口上，少于2个的突发可以用于发送所有舒适噪声以及链路自适应信息。正常的GSM突发具有114个数据比特，并且需要0.557ms来传送。在电路交换AMR GSM中，一个SID_UPDATE帧通常以4个突发来发送。因此在本优选实施例中，至少两倍的寂静用户可以被容纳在相同的控制信道上。
例如，在AMR GSM中，一个SID_UPDATE帧以4个连续TDMA帧中的4个突发发送。这就给出了一个20ms的无线电码组。于是一个SID_UPDATE帧以相当于无线电带宽的20ms发送。现在如果一个简化的SID_UPDATE帧仅占用2个突发(作为一个实例)，将仅需要10ms来发送这个SID_UPDATE帧。在剩余的10mS中，可以发送来自也处于寂静周期中的另一个用户的另一个SID_UPDATE帧。因而在20ms中发送了两个SID_UPDATE帧，而利用标准AMR GSM方案，通常只有一个SID_UPDATE帧经过空中接口以20ms发送。因此，用于传送SID_UPDATE帧的信道容量(在该实例中)被加倍。
或者，数据可以在同一无线电码组中与简化的SID_UPDATE帧复用。一个无线电码组是一个利用4个连续TDMA帧中4个突发经过空中接口的20ms连续传输周期。每个突发为0.577ms，并且每个TDMA帧为4.615ms，因而4*4.615＝18.46ms，其接近于20ms。
一般来说，一个无线电码组可以由任何TDMA帧中的任何数量的突发形成。因而数据和简化SID_UPDATE复用的概念更加通用。
在同一无线电码组中复用数据和简化SID_UPDATE是非常重要的，因为可以受益于在整个无线电码组上使用的更长的交织器，以增加复用在一起的数据和简化SID_UPDATE的保护。
一旦接收到简化的SID帧，SID_UPDATE标识比特可以附加在该SID帧的后面。
用于电路交换的AMR GSM的SID_UPDATE标识比特与SID_UPDATE帧的发射机的ID无关，但与SID_UPDATE帧自身的标识有关。为了鉴别这两种帧，一个212比特的序列(对于所有用户和所有SID帧是唯一的)增加到每个SID帧中。
在语音活动期间，无线电用户对于活动的语音用户是专用的(固定指配的)。用户的ID将从无线电信道号码中得到(即对于GSM系统来说，一对时隙和频率唯一地识别出一个无线电信道，因而用户专用于该信道)。因而只有AMR编译码器模式信息(即AMR编译码器模式指示以及可选的编译码器模式请求/命令)需要作为语音分组的首标。在非连续传输期间，SID_UPDATE帧的分组首标可以包含：AMR编译码器模式信息(即AMR编译码器模式指示以及可选的编译码器请求/命令)，以及可选的发射机ID(例如，如果动态信道分配用于DL方向)。窃用比特用于鉴别语音和SID_UPDATE。
链路自适应消息的首标可以包含发射机的ID，会话的ID，以及可选的用于编码该消息的信道编码方案。
因而语音译码器在接收到一个SID_UPDATE时将不会注意到任何区别。在SID_UPDATE标识比特用于电路交换的AMR GSM时，可以希望将它们放回原处，因为它们对于所有SID_UPDATE都是这样，以便具有与电路交换移动电话的兼容性。
这些用于链路自适应消息和SID_UPDATE帧的优化数据传输技术增加了频谱的利用。利用简化的SID_UPDATE将更多的用户预占在可利用的控制信道上，使得更多的业务信道将由活动语音用户所使用，因而增加了统计复用增益。
在标准GSM中，舒适噪声更新与模式请求或命令一起每隔160ms发送。在根据本发明的链路自适应中，编译码器模式请求/命令根据要求而发送。
此外，优选地仅传送不带有SID_UPDATE舒适噪声参数的编译码器模式请求/命令。然而，SID_UPDATE在需要的固定间隔上发送一次，例如大约每500ms一次。

Claims (10)

1.一种控制通信链路中链路自适应的方法，至少该通信链路的一端具有一个发射编译码器，该编译码器具有多种工作模式，该方法包括：监视所接收信号的条件，响应于该接收信号条件中的变化，发送一个指令以改变发射编译码器的工作模式。
2.根据权利要求1的方法，其中在连续指令的发送之间有一个最小的周期。
3.根据权利要求1的方法，其中该最小周期为160ms。
4.根据权利要求1到3中任何一个的方法，其中改变编译码器工作模式的指令是一个命令或者请求。
5.根据权利要求1到4中任何一个的方法，其中通信链路的两端都具有一个发射编译码器。
6.根据权利要求5的方法，其中该通信链路的一端发送一个改变编译码器工作模式的命令，并且该通信链路的另一端发送一个改变编译码器工作模式的请求。
7.根据前面任何一个权利要求的方法，其中该通信链路是移动通信系统中的链路。
8.根据权利要求7的方法，其中该移动通信系统是一个分组交换系统。
9一种用于保持与另一个设备的通信链路的设备，包括：用于接收来自另一个设备的信号的装置；用于监视所接收信号的条件的装置；响应于该接收信号条件中的变化，用于确定发射编译码器的新工作模式的装置；以及响应于该接收信号条件中的变化，用于发送一个发射编译码器的新的工作模式到另一个设备的装置。
10.根据权利要求9的设备，其中用于发送新工作模式的装置被这样控制，即使得在连续传输之间有一个最小的周期。
CN01104504A 2000-02-16 2001-02-14 用于实时增强型通用分组无线电业务的链路自适应 Pending CN1322092A (zh)

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