CN1342350A

CN1342350A - 实现蜂窝无线电网中快速控制信道的方法和系统

Info

Publication number: CN1342350A
Application number: CN00804550A
Authority: CN
Inventors: E·尼库拉; H·约基宁; H·维尔波宁
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj; Nokia Technologies Oy
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2002-03-27
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: CN1135747C; DE60044291D1; EP1157484A1; PT1157484E; FI990457A0; AU3168100A; US7031334B1; USRE40254E1; JP2002538716A; BR0008364B1; JP4574015B2; FI990457A; FI111598B; EP1157484B1; WO2000052852A1; ATE466418T1; BR0008364A

Abstract

将信令信息在蜂窝无线电网中从发送设备(101)传递到接收设备(102),其中用户数据发送以由相继的符号组成的离散发送脉冲串(111－120;211－220;310－313)的通信业务信道上进行。将一段信令信息格式化成符号,被作为通信业务信道的某个发送脉冲串中一块相继的符号(FACCH)发送。并指明在所述的某个发送脉冲串内包含携带信令信息的符号。

Description

实现蜂窝无线电网中快速控制信道的方法和系统

本发明涉及将这样一些逻辑信道映象到蜂窝无线电网的物理信道装置中，它们并不被连续地需要，而只是按需要用于传递某些紧急的控制信息。

在众所周知的GSM(全球移动通信系统)中，已经规定了所谓的FACCH或快速相联的控制信道，用于例如，指明呼叫建立进程，认证一个用户，或命令一次转移。通常对于这些“快速”信令需要所有的延时应该是最小和所传递的信息应该被尽可能无故障地在无线电接口上接收到。作为本发明的背景材料，我们将简短地描述FACCH的已知性能。详细的描述可在，例如，由欧洲远程通信标准研究所出版的技术说明书号GSM 05.01，GSM 05.02和GSM 05.03中找到。

FACCH实际上包含在一个常规的TCH或通信业务信道上使用脉冲串结构传递“快速的”信令信息而不是用户数据。该发送设备将所希望的快速信令信息组装到FACCH帧中，该帧在信道编码以后由456位组成。在插入阶段，将该FACCH帧分成8个57位的组。将第一组的位在某个第N发送脉冲串的偶数位位置中发送，将下一组的位到下一发送脉冲串的偶数位位置，直到将第四组的位在第(N+3)发送脉冲串的偶数位位置中发送为止。然后，将5到8组的位分别在发送脉冲串N+4到N+7的奇数位位置中发送。将某个窃取标志(也就是指示器位)用在每个发送脉冲串内，以指明特定的发送脉冲串的偶数(或奇数)位位置包含用户数据还是快速信令信息。换句话说，将FACCH帧通过使用某个通信业务信道的8个相继的发送脉冲串中每隔一个位位置传递到接收设备。如果只有一个FACCH帧被发送，则将所有其他的位位置用于传递用户数据。

作为对现有蜂窝无线电网的延伸和发展的一个例子，我们将描述所提议的增强型电路交换数据或ECSD方案，目前被规定为用于GSM改进或EDGE计划的增强型数据速率的一部分。ECSD是以通过采用8级相移键控(8-PSK)作为GSM中高斯最小相移键控或GMSK调制方法的一种替换方案增强在无线电接口上有效用户数据速率为基础的。一种在ECSD内实现快速信令信道的简单的解决方案是尽可能接近地模仿上述的方法。换句话说，FACCH帧的信息内容将被有选择地分配到8-PSK受调发送脉冲串中偶数和奇数符号位置，窃取标志符号并用于指明每个发送脉冲串的内容的性质。

然而，我们必须指出，为了在接收到的信息中达到某种所需的无故障的水平，8-PSK作为一种调制方法比GMSK需要较高的位能量对噪声密度之比(通常称为Eb/NO)。因此，预料在ECSD中简单采用GSMFACCH机制将对FACCH导致不合适的性能。

一种提议的解决方案不是采用GSM实践，而是对于用户数据和快速信令信息使用不同的检测规则，也就是对于FACCH符号采用二进制调制如GMSK或BPSK(二进制相移键控)，这种解决方案从接收机设计者的观点是不吸引人的，因为它将需要接收机能够利用不同的检测算法在符号序列中检测每隔一个符号。另一种解决方案是为了传递快速信令信息使用具有不同信道技术规格的完全不同的物理信道。但这种替代方案将引入复杂的硬件结构。

本发明的一个目的是提供一种用于在多级调制的环境中将快速信令信息的发送与用户数据的发送组合的方法和装置，没有牺牲逻辑信令信道的性能且没有对发射机和接收机装置引入高等级的复杂性。

通过在插入阶段将快速信令信息组装到发送脉冲串的连续块中并对于发送快速信令信息使用比对于发送用户数据使用的要低的灵敏度的调制方法，达到了本发明的目的。

依据本发明的方法的特征在于它包括以下步骤：

-将信令信息部分格式化为符号，

-作为一个通信业务信道的某个发送脉冲串中相继的符号的一个块发送携带该信令信息的这些符号，和

-在所述的某个发送脉冲串内指明，它包含携带信令信息的符号。

本发明也适用于一种发送设备，其特征在于它包括用于实施上述步骤的装置。

本发明是基于这样的见识，即没有必要将内插降低到在用户数据和信令信息之间逐位的改变。可将该内插算法设计成使信令信息从发送脉冲中保留连续块。一种非常简单的解决方案是根据需要将整个的发送脉冲串分配给快速信令用途。另一种可能性是利用这样的事实，即在许多系统中，将发送脉冲串通过在发送脉冲串中间的训练序列分成两个临时分离的半个，这样将两个半个之一可分配给快速信令信息，另一半分配给用户数据。本发明甚至允许使用在发送帧内较小的连续符号块，用于传送快速信令信息，但是该连续块的规模越小，越使该解决方案接近得到从GSM直接模仿现有FACCH的实践的缺点。

通过使用类似在现有技术解决方案中的窃取符号可以实现指明该发送脉冲串的内容是快速信令信息或者是用户数据。然而，我们也可以通过使用相空间中星座点的旋转作为发送脉冲串内容的指示，来利用与不同调制方法关联的相位旋转特性。每个发送脉冲串包含其符号内容已知的训练序列，所以接收机可以利用接收到的训练序列的形式找出正确的相位去旋转角。因此对于每种调制方法相关联的某种唯一的相位旋转角是一种传送一段简单的与调制有关信息的可行的方法。

较低等级的调制方法一般允许使用较高的发送功率，因为发射机功率放大器的非线性相位特性对信号具有比较小的畸变影响。因此，本发明也允许通过利用比相应的用户数据高的发送功率发送该信令信息来增强快速信令性能。

在所附的权利要求书中陈述了认为是本发明的一些新的特征。然而，本发明本身，无论关于其结构还是其操作方法，与其另外的目的和优点一起将通过以下结合附图的具体实施方案的描述得到最好的理解。

图1示出依据本发明的第一实施方案发送快速信令信息，

图2示出依据本发明的第二实施方案发送快速信令信息，

图3示出一种可被用在图1的实施方案中的可能的内插方案，

图4示出利用相位旋转识别发送脉冲串的某些特性，

图5是依据本发明的一种实施方案的方法的简要图解说明，和

图6是与本发明的一种实施方案有关的硬件的简要图解说明。

图1简要地示出一个发送设备101，一个接收设备102和从前者发送到后者的许多发送脉冲串111到120。我们假定，前面在用于发送某种用户数据的设备之间已经建立一个通信业务信道或TCH。我们也假定在用户数据传送之中，一段快速信令信息必须被发送。我们进一步假定，快速信令信息的总数是这样的，处于信道编码形式时，它将完全充满四个发送脉冲串。与已知的GSM的FACCH技术相比较，这意味着有一个单独的FACCH帧要发送。

依据图1的实施方案，四个完全的相继的发送脉冲串114，115，116和117被从通信业务信道“窃取”用以发送快速信令信息。然后，一种与用于用户数据不同的调制方法将被用于发送快速信令信息，分配完全的发送脉冲串的优点在于分配需要发送设备101重新配置它的调制器(未分开示出)仅两次-发送脉冲串113与114之间和发送脉冲串117和118之间。接收设备102也必须重新配置它的解调器(未分开示出)仅两次，有足够的时间这样做。这肯定要比在许多发送脉冲中对每隔一个符号采用不同的调制方法的现有技术替代方案有利。然而，必须指出，图1中所示的发送脉冲串仅涉及单一连接：如果我们假定发送设备101是一个基站，在任何给定的瞬间，它可能有好几打同时的连接是现用的。ECSD的技术说明叙述了一个发送帧由8个时隙组成，所以在一个给定的频率上一个基站可能需要在图1中每对相继的发送脉冲串之间发送最多7个其他的发送脉冲串。取决于在每个连接中所用的数据速率，基站可能需要甚至在一个发送帧中每个发送脉冲串以后将它的调制器重新配置到不同的调制方法。在某些特殊条件下，甚至可能有一个以上的发送脉冲串-带着关联的调制方法的改变-在单个时隙内。

必须从通信业务信道窃取去发送快速信令信息的发送脉冲串数目并不受本发明限制。它取决于要发送的快速信令信息的总数和取决于为了对快速信令信息编码所应用的信道编码的数量。本发明也不需要所窃取的发送脉冲串是顺序的：例如，可每隔一个或每隔两个发送脉冲串或从M中任何数目的N个发送脉冲串，其中N＜M，按任何顺序被窃取。然而，未窃取的相继的发送脉冲串将至少部分地消除必须改变调制/解调方法仅几次的优点。将所发送的快速信令信息扩展在大量的发送脉冲串上，在得到通过接收设备的整个组的快速信令信息中也产生延时。

图2示出一种替代的实施方案，其中发送设备101和接收设备102是基本上相同的，只是从发送脉冲串211至220，脉冲串212到219的物理上的一半被分配给快速信令信息。物理上的一半意思是，当每个发送脉冲串的中间有一个训练序列时，在训练序列前面的所有符号(如在发送脉冲串212到215中)或跟随训练序列后的所有符号(如在发送脉冲串216到219中)被分配。这种实施方案需要在调制/解调方法之间几次改变，但比起在每个符号后改变调制/解调方法还是比较有利。它也有这样的优点，如在图1的实施方案中那样，在几个帧的持续时间内没有完全切除对用户数据的发送。本发明也不限制发送脉冲串的数目，其一半被分配给快速信令信息，也不管第一和第二个一半被分配的顺序。在其中一半被分配给快速信令信息的发送脉冲串之间可以有完整的用户数据脉冲串。

基本上，本发明甚至允许较小块的发送脉冲串被分配给快速信令信息：例如，在P个发送脉冲串(其中P是一个正整数)的持续时间内每个发送脉冲串的K个最后的符号(其中K是比发送脉冲串的一半中符号数目小的一个整数)可被分配。然而，分配完整的发送脉冲串或物理脉冲串的一半被认为是比较有利的，因为在这些实施方案中被分配的符号块的限制是非常清楚地被规定的。

图3简要地示出一种用于将一个快速信令信息帧301的内容内插到许多发送脉冲串的有利的方法。我们假定图1的方法被采用，从而快速信令信息帧301的内容将完全地填满四个发送脉冲串310到313。在图3中，该帧首先被分成8组302到309，每组具有相等的符号数。在“被窃取的”发送脉冲串中的符号位置被按次序填满，首先取每组的第1符号，如图3中用线表示，然后取每组中第2符号，依此类推。换句话说，来自第几组(其中n从1至8)和符号取以下位置：n，n+8，n+16，依此类推。图3也作为在每个发送脉冲串310到313的中间的带阴影的方框示出训练序列，以及用粗黑线示出的一对窃取标志指示器符号，在每个训练序列的每一侧一个。图3的内插方法自然只是示范性的，可以采用许多其他的内插方法。

基本上有两种方法指明，哪个发送脉冲串和它们的哪部分包括快速信令信息，而不是用户数据。窃取标志指示器符号在上面已被提到，意思是第一窃取标志的值指明是否发送脉冲串的第一半包含快速信令信息，第二窃取标志的值同样地指明是否发送脉冲串的第二半包含快速信令信息。我们将参考图4描述一种实现指示的替代方法。

图4示出一种被组装的发送帧401，具有在载频上调制以前发送设备中具有的形式。在发送脉冲串中间有一个由已知的顺序的符号串组成的训练序列。简要的表示ABABAB…被用于训练序列的已知形式。调制步骤被相位旋转伴随，相位旋转可以是所应用的调制算法的一个固有的结果，或者可经仔细考虑后引入作为对实际调制的一种补充。以下是一种示范性的应用相位旋转的方法。按照8-PSK调制原理，对于受调信号有8个允许的相位角值，例如，0，±π/4，±π/2，±3π/4，π。它们中每一个对应于在要发送的数据流中三个相继位的一个特定的组：例如，位组合(0，1，0)对应于相位角值+π/2。可以规定X弧度的恒定相位旋转，使得按照基本调制原理产生的每个符号将被在相空间中附加地旋转X弧度。例如，规定X＝+3π/8，在被发送的信号中表示位组合(0，1，0)的最后的相位受调符号将具有相位角值+7π/8。

在图4中，受调的，相位旋转并被发送的发送帧402由相位旋转的符号组成。接收设备必须执行解调和去旋转操作以便恢复发送帧的原来的信息内容403。注意，接收设备事先知道训练序列，所以它可以推导出正确的相位去旋转角是使训练序列获得它正确的原来的形式的相位角值。

如果某种第一相位旋转方案被应用于发送完整的包含用户数据的脉冲串，和某种第二相位旋转方案被用于发送完整的包含快速信令信息的脉冲串，实际上并不需要其他的指示机制：接收设备通过找出哪种相位去旋转方案产生训练序列的正确形式辩认出所用的相位旋转方案，并由此推导出发送脉冲串内容的性质。否则，如果相位旋转方案独立于发送脉冲串的内容或者只是含有快速信号信息的发送脉冲串的一部分，则为了指示需要一种窃取标志的机制。

为了概括说明，我们可以申明，本发明允许以下的指示机制：

-使用不同的相位旋转方案和不分离出窃取标志指示器符号；

-使用相同的相位旋转方案和分离出窃取标志指示器符号；或

-使用不同的相位旋转方案和作为备份分离出窃取标志指示器符号。

如果使用窃取标志指示器符号，最为有利的是选择它们的两个所允许的值，使它们对应于星座图中相对的点。

在GMSK调制的快速信令信息脉冲串和可能的其他GMSK调制的脉冲串之间可能混淆的问题值得简要地提一下。已经提议慢速关联的控制信道或SACCH将使用ECSD中的GMSK调制。为了防止混淆，必须使这样一种SACCH只使用某种以前已知的发送脉冲串。如果遵循GSM模型，在每个单元中SACCH将有许多固定分配的时隙位置，所以只要遵守固定的时隙分配，并没有SACCH脉冲串与潜在的GMSK调制的快速信令信息脉冲串混合的危险。这同样适用于将采用相同调制方法的潜在的其他的脉冲串。

在蜂窝无线电网中的发送设备，典型情况下，对于每个发送脉冲串具有某个允许发送功率的上限。如果使用图1的实施方案(整个的脉冲串分配给快速信令信息)，使用比发送常规脉冲串高的发送功率来发送被窃取用于快速信令信息的脉冲串是可能的。这是由于这样的事实，如果多级相位调制方法被使用，发送功率放大器的非线性(尤其是在基站中)将比使用二进制调制方法更加明显，在最高的8-PSK发送功率水平上强加强制性的2-4dB的补偿。当发送快速信令信息时不需要强加补偿是一个显著的优点，因为最高功率水平与终端靠近一个小区的边界的情况有关，快速信令信息常常传送与转交有关的信息，应该尽可能无故障地被接收到。

应该指出，对于快速信令信息使用较高的下行发送功率水平将影响由移动站实行的接收功率测量和报告。网络必须对于相应的不合理的高测量结果进行补偿。实现这样的补偿的技术是在本领域的技术人员的正常能力范围内。

我们将通过简要地描述本发明对发送和接收设备，如蜂窝无线电网的基站和终端的功能和结构的影响结束本文。如在图6的上面部分中所示，发送设备包括用户数据信道编码器方框601，快速信令信道编码器方框602和脉冲串格式化方框603用以将信道编码的符号装填到脉冲串中。后者在脉冲串形成控制方框604的命令下操作，并可接收来自训练序列发生器603’的正确形式的训练序列。对信道编码器方框的输入以已知方式来自用户数据形成(例如在电话中的话筒和语音编码器)和快速信令数据形成(控制处理器)，典型情况下，脉冲串形成控制是较大的系统控制方框的一个子方框。格式化的脉冲串被发射机方框605发送，采用由脉冲串形成控制方框604控制的调制和相位旋转方法。

接收设备中，接收机方框606接收所发送的脉冲串并利用由控制方框608控制的解调方法将它们变换成基带符号序列。脉冲串分解方框607将接收到的脉冲串拆卸掉训练序列和其他的管理开销信息并将实际的用户数据符号提交用户数据信道解码方框609，将快速信令信息符号提交快速信令信道解码方框610。控制方框608的操作取决于以被检测到的相位旋转特性的形式从接收机方框接收到的和/或以窃取标志指示器符号值的形式从脉冲串分解方框607接收到的信息。解码方框609和610被以已知方式连接到接收设备的部分，其中解码的用户数据和信令信息是所需要的，控制方框608典型情况下也是较大的系统控制功能的一个部分。

依据本发明在发送设备中的方框604和603被安排成分配整个发送脉冲串或半个脉冲串供快速信令信息使用；另外，控制方框604被安排成命令发射机对于快速信令信息符号使用一种二进制相位调制方法。在接收机中，方框607和608被相应地安排成将整个快速信令脉冲串或半个脉冲串当它们出现时转移到方框610。如果基于相移旋转的指示机制被使用，接收机方框606也被安排成检测接收到的符号的相位旋转特性并将它们通报给控制方框608。

虽然ECSD已经作为本发明应用的主要方面提出，本发明同样适用于所有这样的蜂窝无线电网络和系统，其中两种不同深度的调制等级可用于发送用户数据和快速信令信息，另外，其中利用从用户数据“窃取”的能力进行快速信令信息的发送。

Claims

1.一种用于在蜂窝无线电网中将信令信息从发送设备(101)传递到接收设备(102)的方法，其中用户数据发送以由相继的符号组成的离散发送脉冲串(111-120；211-220；310-313)的通信业务信道上进行，其特征在于该方法包括以下步骤：

-将一段信令信息格式化成符号，

-作为在通信业务信道的某个发送脉冲串中一块相继的符号(FACCH)来发送携带信令信息的这些符号和

-指明在所述的某个发送脉冲串内包含携带信令信息的符号。

2.依据权利要求1的方法，其特征在于将整个发送脉冲串(114-117；310-313)填满携带该信令信息的这些符号。

3.依据权利要求2的方法，其特征在于将许多相继的完整的发送脉冲串(114-117；310-313)填满携带该信令信息的这些符号。

4.依据权利要求2的方法，其特征在于将许多非-相继的完整的发送脉冲串填满携带该信令信息的这些符号。

5.依据权利要求1的方法，其中一个发送脉冲串另外由第一半，训练序列和第二半组成，其特征在于将半个发送脉冲串(212-219)填满携带该信令信息的这些符号。

6.依据权利要求5的方法，其特征在于将许多相继的完整的发送脉冲串(212-219)的每一个中的一半填满携带该信令信息的这些符号。

7.依据权利要求5的方法，其特征在于将许多非-相继的完整的发送脉冲串中的每一个中的一半填满携带该信令信息的这些符号。

8.依据权利要求1的方法，其中将另外第一调制深度的第一相位调制方法用于产生在发送脉冲中携带用户数据的符号，其特征在于将比所述的第一调制深度低的第二调制深度的第二相位调制方法用于产生在发送脉冲串中携带该信令信息的这些符号。

9.依据权利要求8的方法，其特征在于所述的第一调制方法是8-PSK而第二调制方法是GMSK。

10.依据权利要求8的方法，其特征在于将第一相位旋转方案用于产生利用第一调制方法的符号，而将第二相位旋转方案用于产生利用第二调制方法的符号，其中所述的第二相位旋转方案本质上不可能与第一相位旋转方案区分开。

11.依据权利要求10的方法，其特征在于为了指明在某个发送脉冲串内包含携带信令信息的符号，将许多具有某个指示器值的标志符号放置在所述的发送脉冲串内。

12.依据权利要求11的方法，其中一个发送脉冲串另外由第一半，训练序列和第二半组成，并且只将发送脉冲串的一半填满携带该信令信息的这些符号，其特征在于将两个标志符号放置在所述发送脉冲串内，以指明哪半个发送脉冲串包含携带该信令信息的符号。

13.依据权利要求8的方法，其特征在于将第一相位旋转方案用于产生利用第一调制方法的符号，而将第二相位旋转方案用于产生利用第二调制方法的符号，其中所述的第二相位旋转方案本质上能够与第一相位旋转方案区分开；并利用第二相位旋转方案指明在某个发送脉冲串内包含携带该信令信息的符号。

14.一种用于以由相继的符号组成的离散发送脉冲串的通信业务信道上发送信令信息到蜂窝无线电网中接收设备的发送设备，其特征在于包括用于以下的装置：

-将一段信令信息格式化成符号(602)，

-作为通信业务信道的某个发送脉冲串中一块相继的符号发送携带该信令信息的这些符号(603，605)和

-指明在所述的某个发送脉冲串内包含携带该信令信息的符号(603)。

15.依据权利要求14的发送设备，其特征在于它包括双模式相位调制器(605)，供应用第一调制深度的第一相位调制方法产生在发送脉冲串中携带用户数据的符号和应用比所述的第一调制深度低的第二调制深度的第二相位调制方法产生在发送脉冲串中携带信令信息的这些符号。