CN1643817A - 减少通信系统中的内务操作 - Google Patents

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Abstract

平行的解调器是在现场单元(15－1...15－h)中提供的。正向(40)和反向(50)的信道分配信息可以在同一信号出现时间中作为业务数据在诸如寻呼信道和业务信道之类的第一和第二信道上对现场单元(15－1...15－h)广播。这保证所有的现场单元(15－1...15－h)每个信号出现时间都能够接收正向(40)和反向(50)的信道分配信息。通过在现场单元(15－1...15－h)中有平行的解调器，在第一和第二信道之间的切换得以避免，而且信道分配信息不会丢失。

Description

减少通信系统中的内务操作
本发明的现有技术
在无线的远程通信系统中，无线电信道提供在通信单元之间的物理链路。在这样的系统中设备通常包括在语音通信的情况下与诸如公共交换电话网(PSTN)之类的网络通信或在数据通信情况下与数据网络通信的基站处理器和一个或多个与诸如用户PC之类的众多末端用户计算装置通信的访问终端。访问终端和用户计算装置的组合可能被称为现场单元或远程单元。无线信道包括用于从基站处理器到现场单元的信息传输的正向信道和用于从现场单元到基站处理器的信息传输的反向信道。
在诸如可以用来提供无线的英特网访问的无线数据系统的情况下，每个基站处理器通常为许多现场单元服务。然而，无线信道是有限的资源，所以是通过调度程序在基站处理器提供服务的现场单元之中分配的。调度程序在业务需求的基础上在现场单元之中分配无线信道。
在多个用户之中支持按需访问的一种途径被称为时分多址(TDMA)，其中每个无线信道仅仅在一定数量的预定的时间间隔或时隙里被分配到特定的访问终端。在多个用户之中支持按需访问的第二种途径被称为码分多址(CDMA)，它允许多个用户分享同一无线电频谱。，CDMA将许多信道散布在宽广的频谱(在被称为IS-95的北美CDMA标准的情况下为1.25兆赫)上，而不是把射频(RF)频谱分成狭窄的信道(例如，在模拟的无线系统中每个信道30仟赫)。为了把特定的信道与同时使用同一频谱的另一个信道分开，一种叫做伪随机(即，伪噪声或PN)代码的独特的数字代码被赋予每个用户。许多用户(就IS-95而言多达64个)共享同一频谱，每个使用其独特的代码，而译码器在类似于在比较传统的系统中把不同频率分开的调谐器的程序中把在每个末端的代码分开。
用于通信信道定义的PN代码通常有定义明确的代码重复周期或代码信号出现时间。在每个这样的信号出现时间的持续时间(也叫做时隙)里，基站中心控制系统能进一步调度在每个信号出现时间里对活跃的现场单元的正向业务信道(正向时隙分配或“FSA”)和反向业务任务信道(反向时隙分配或“RSA”)的分配。这通常是以这样的方式完成的，以致全部信道被尽可能多地分配给那些活跃的用户。不幸，在大量的用户之中分配和重新分配PN代码信道的需要能引入延迟。具体地说，当PN代码被重新分配给不同的用户连接的时候，它通常为了锁住新的代码为接收器中的代码解调器花费确定的时间周期。这依次在接收必须在编码信道上传输的数据包之时引入等待时间。
为了协调业务信道，基站处理器以下述方式与给定的现场单元通信。第一，基站处理器通过检查证实存在可用的信道。其次，基站处理器把一个信息发送给给定的现场单元以便建立可用的信道。给定的现场单元处理该信息(2-3个时隙)以便安装该信道，并且发送确认安装完成的肯定应答(1-2个时隙)。为了拆除该信道，基站处理器把一个信息发送给给定的现场单元，后者处理该指令(1-2个时隙)，并且发回一个肯定应答(1-2个时隙)。
本发明的概述
建立业务信道花费内务操作的一些时分多路复用(TDM)时隙(“TDM时隙”)，和拆除业务信道花费内务操作附加的TDM时隙。为了减少这种昂贵的内务操作，本发明的原则是提高信道切换速度(即，把内务操作减少到如同没有内务操作一样低)，这依次改善通信系统(例如，按需访问包交换CDMA通信系统)中的信道利用。这是通过每个TDM时隙都在分开的寻呼信道上从基站广播正向和反向信道分配信息和让所有的现场单元能够与解调正向业务信道信息平行地解调寻呼信道分配信息实现的。
广播可以每个TDM时隙都发生，这保证所有的现场单元每个TDM时隙都能够接收正向和反向信道分配信息，这可以大大地提高利用率。换句话说，如果存在需求，所有的信道代码每个TDM时隙都能基于用户的储备被分配，借此限制对部份填充的TDM时隙的空闲时间损失。
通过在现场单元中具有用于寻呼信道和正向业务信道两者的平行的解调器，在寻呼信道和正向业务信道之间切换解调器得以避免。这防止控制信息在现场单元在信道之间切换时被误检测或甚至被丢失。它也意味着分辨现场单元何时切换回监听寻呼信道的不确定性被忽略。进而，接收寻呼信道上的控制信息在用较低的功率和编码的增益发送正向的业务信道的时候通常是更健壮的。
信道/时隙的分配可以是从基站到现场单元解调器的流水线操作，以致实际的业务信道传输能在接收分配之后开始固定数目的TDM时隙。这个平行程序保持信道全部被利用并且考虑到数据不中断地在寻呼信道上递送。
这些特征在有比当前存在的可用信道得多得现场单元请求信道的时候能大大提高信道利用率。使用这个特征能把总的信道利用率从20-30％推进到大约90％以上。在一个实施方案中，这项发明能被用在关于基站和现场单元的层软件链路中以改善切换和信道利用率。
附图简要说明
本发明的上述的和其它的目标、特征和利益从下面用相同的参考符号在不同的视图中处处表示相同的部份的附图举例说明的本发明的优选的实施方案的更具体的描述将变得显而易见。这些图画不必按比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的原则之上。
图1是在码分多路复用的基础上获准访问共享的通信媒体的通信系统的方框图；
图2是图1的基站和现场单元方框图，其中现场单元有平行的寻呼解调器和业务解调器；
图3是用于图2的正向链路TDM时隙分配的数据结构图；
图4是用于图2的反向链路TDM时隙分配的数据结构图；以及
图5是在图1的系统中的正向和反向链路中数据业务的时序图。
优选实施方案的详细描述
本发明的优选实施方案的描述如下。
图1是利用码分多址(CDMA)通过使用代码把发射器和接收器彼此区分开允许多个发射器和接收器共享公用的信道资源的通信系统10的方框图。在下面的描述中，通信系统10被这样描述，以致被共享的信道资源是无线的或无线电信道。然而，人们应该理解在此处描述的技术可以应用于允许共享接入至其它类型的媒体，诸如电话连接、计算机网络连接、电缆连接和在受需求驱动的基础上被中央控制器允许访问的其它物理媒体。
通信系统10包括诸如个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、能进行数据通信的移动电话之类与访问终端(AT)14-1、14-2、…14-h、…14-n相对应的大量的数据处理装置(统称PC)12-1、12-2、…12-11、…12-n和相关联的天线16-1、16-2、…16-h、…16-n。PC12可以通过适当的有线连接(例如，乙太网型的连接)接到各自AT14上，或AT14可以被包括在PC12之内。总起来说，PC12、AT14和相关的天线16被称为现场单元15-1、15-2、…15-h、…15-n。位于中心的设备包括基站天线18和基站处理器(BSP)20。
BSP20提供对英特网网关22、英特网24和网络文件服务器30的连接。通信系统10是按需访问的单点对多点的无线通信系统，以致现场单元15可以通过在正向链路40和反向链路50上实现的双向无线连接把数据传输到网络服务器30和接收来自网络服务器30的数据。人们应该理解在所展示的单点对多点的多重访问的无线通信系统10中，给定的基站处理器20通常以类似于蜂巢式电话通信网络的方式支持与大量不同的现场单元15的通信。
在现场单元15之内，AT14允许相关的PC12与网络文件服务器30相连接。在反向链路方向，也就是说，对于从PC12向网络文件服务器30传送的数据业务，PC12把网间协议(IP)水平包提供给AT14。然后，AT14用适当的无线连接成帧封装有线成帧。然后，经过适当地格式化的无线数据包通过天线16和18在组成反向链路50的无线电信道之一上传送。然后，在中心基站位置，BSP20提取无线链路成帧，以IP形式重新格式化该数据包，并且通过英特网网关22转发它。然后，该数据包穿越任何数量和/或任何类型的IP网络(例如英特网24)被发送它的终极目的地(例如，网络文件服务器30)。
数据也可以在正向的方向上从网络文件服务器30传输到PC12。在这个例证中，起源于文件服务器30的网间协议(IP)包经过英特网24、英特网网关22传送到BSP20。然后，适当的无线协议成帧被添加到IP包中。然后，该数据包通过天线18和16被传送到计划中的接收器AT14。接收器AT14将无线数据包格式解码并且把该数据包转发给计划中完成IP层处理的PC12。
所以，给定的PC12和文件服务器30能被看作是双工连接在IP水平的终点。一旦连接被建立起来，在PC12的用户就可以把数据传输到文件服务器30和接收来自文件服务器30的数据。
如同稍后将更详细地描述的那样，反向链路50实际上是由许多不同类型的逻辑的和/或物理的无线电信道组成的，包括访问信道51、多个业务信道51-1、…52-t和维护信道53。反向链路访问信道51被AT14用来把信息发送给BSP20，请求把业务信道批准给它们。然后，分配到的业务信道52把有效负荷数据从AT14运送到BSP20。人们应该理解给定的IP层连接实际上可以有一个以上分配给它的业务信道52。除此之外，维护信道53可以运送诸如同步信息和功率控制信息之类的信息，以便进一步支持信息在反向链路50上的传输。
同样，正向链路40通常包括寻呼信道41。寻呼信道41被BSP20不仅用来告知给定的现场单元15已将正向链路业务信道52分配给它而且告知给定的现场单元15在反向链路50方向也分配到业务信道52。然后，正向链路40上的业务信道42-1…42-t被用来把有效负荷信息从BSP20运送到现场单元15。此外，维护信道把关于正向链路40的同步和功率控制信息从基站处理器20运送到现场单元15。
正向链路40上的业务信道42以码分多路复用的方式被大量的现场单元15分享。明确地说，正向链路业务信道42通过允许多个编码信道使用同一频谱的独特的代码的运用支持预定数目的现场单元15。人们应该理解给定的现场单元15可能在任何瞬间及时具有分配给它的多个代码(即，信道)，也可能在其它的时间全然没有分配给它的代码。
代码的分配在系统10提供服务的实际区域中根据需求发生在各种不同的现场单元15之中。代码分配通常是由正在协调对计算机用户12和服务器30之间的特定连接的资源分配的基站处理器20决定的。这些分配是根据许多因素(例如，业务需求、请求的服务质量和其它的因素)进行的。
把特定的代码分配给特定的一个现场单元15的方式对于本发明不是重要的。然而，本发明关心的是接收器(例如，AT14)以提高本身将在通信系统10中提高信道利用率的信道切换速度的方式接收正向链路上的编码数据的方式。
图2是展示基站处理器20和包括天线16、AT14和PC12的组合的现场单元15-1、…、15-n之间的关系的方框图。基站处理器20可以包括多个解调器(未展示)。每个现场单元15包括寻呼解调器60、业务解调器70、逻辑单元65和反向链路发射器75。
在两个解调器同时操作的情况下，现场单元15能够平行地接收寻呼和业务数据。因此，基站处理器20能够每逢必要的时候，包括每个时分多路复用(TDM)时隙，就在它传输正向业务的同时在分开的寻呼信道上广播正向和反向信道分配信息。这保证所有的移动单元每个TDM时隙都能够接收正向和反向信道分配信息。
通过在现场单元15中有平行的解调器60和70，在寻呼信道和正向业务信道之间切换解调器得以避免。这防止在现有技术中发生的控制信息在AT14在业务信道和寻呼信道之间切换的时候丢失。它也意味着分辨AT14何时切换回监听寻呼信道的不确定性被忽略。差不多每个TDM时隙都解调业务信号和信道分配指令的能力意味着每个TDM时隙都能利用所有的正向和反向信道，这大大提高利用率。
现场单元15还可以包括逻辑单元65(例如通用或专用的处理器)，以便确定TDM时隙分配控制数据是否是为现场单元15规定的，如果是，就依照TDM时隙分配控制数据在至少一个业务信道中建立至少一个业务TDM时隙。业务信道允许在正向链路和/或反向链路中在基站处理器20和现场单元15之间交换业务数据。
图3展示正向时隙分配结构80和正向时隙分配要素90之间的关系。正向时隙分配结构80包括正向时隙分配方案80-1、80-2、…、80-8。每个正向时隙分配方案80-1、80-2、…、80-8都包括包含关于正在使用那个分配的现场单元15-1、…、15-n的信息(即，TDM时隙分配控制数据)的正向时隙分配要素90(即，记录)。每个正向时隙分配要素90包括现场单元ID、信道一览表(即，可能不止一个的信道编码，例如，两个、四个或六个信道编码)、正向纠错(FEC)代码率、分配时间(即，时隙的数目)和其它参数(例如，功率控制)。因此，信道一览表可以指定给定的现场单元15具有一个以上供基站处理器20和给定的现场单元15传达正向业务数据的编码信道。
图4展示反向时隙分配结构100和反向时隙分配要素110之间的关系。反向时隙分配结构100包括反向时隙分配方案100-1、100-2、…、100-8。每个反向时隙分配方案100-1、100-2、…、100-8包括包含关于哪个现场单元15-1、…、15-n被指派给那个分配方案的信息(即，时隙分配控制数据)的反向时隙分配要素110(即，记录)。每个反向时隙分配要素110包括现场单元ID、代码(例如，金代码(“G代码”))、编码率、分配时间和其它参数。反向时隙分配信息的用法与正向时隙分配信息相同，但用于反向链路方向。
在正向和反向分配两种情形中，基站处理器20每个TDM时隙都可以在寻呼信道上分别广播正向的和反向的时隙分配要素90和110。每个现场单元15分别在正向时隙和反向时隙分配结构80、100中的全部要素90、110的子集中寻找它的ID，如果找到了相匹配的，则配置它的正向/反向信道接收器/发射器，以便分别依照收到的信息接收/发送业务。因为现场单元15能如同图2的实施方案提供的那样平行地解调寻呼和正向业务，所以每个现场单元15都能看到在寻呼信道上每个TDM时隙广播的数据，无论它是否正在接收业务数据。
正向的或反向的TDM时隙分配控制数据也可以分别包括用来重新分配正向或反向信道的数据。重新分配正向或反向信道可以以信道性能参数为基础，举例来说，至少包括下列各项之一：衰落、包丢失率、载波/干扰(C/I)比、信号/噪音(S/N)比、或功率水平。
图5展示正向和反向的时隙分配方案80、100当它们被流水作业到现场单元15的时候的时序图。一系列的信号出现时间120提供作为正向时隙分配方案80和反向时序时隙分配方案100的流水线130、150的基础的基线。正向时隙分配流水线130是由基站处理器20在寻呼信道41上发送给现场单元15的。
同样，反向时隙分配流水线150是在寻呼信道41上从基站处理器20发送到现场单元15的。因为在FSA流水线130和RSA流水线150中提供的数据能在一个TDM时隙中被现场单元15解调和解码，所以与FSA和RSA流水线130、150中的数据相对应的正向业务140和反向业务160能出现在一个TDM时隙之后。人们应该注意在正向寻呼信道上发送分配信息之时到正向业务信道开始之时其间可能存在另一个流水线传送阶段(未展示)。
如同用图5中的时序指出的那样，FSA流水线130和RSA流水线150与正向业务140和反向业务160平行地延续。如同前面讨论的那样，这是可能的，因为在每个现场单元15中寻呼解调器60和业务解调器70是平行的(图2)。因此，在寻呼信道41上流水线操作数据没有中断地继续下去，以致所有的信道每个TDM时隙都可以是对每个现场单元15多路复用的。在信道利用方面重要的改进得到体验，尤其是在请求信道的现场单元15比可用的信道多很多的时候。使用这个特征能把总的信道利用率从20-30％提高到大约90％以上。
在一个实施方案中，前面的教导可以被用在关于基站处理器20和现场单元15的链路层软件中，以便改善切换和信道利用率。这可以被用在任何形式的CDMA分组交换通信系统中。
软件可以储存在用处理器加载和用处理器执行的RAM、ROM、磁盘或光盘中。软件可以是在物理媒体中配售的，或者是经由有线的或无线的网络转移到基站20和现场单元15的。软件不局限于特定的软件语言，而且可以在每次运行时加载或以固件形式永久地储存在基站处理器20或现场单元15中。
尽管这项发明已参照其优选实施方案被具体地展示和描述，但是熟悉这项技术的人将理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离权利要求书所囊括的本发明的范围的情况下得以完成。

Claims (35)

1.一种在有基站和现场单元在正向和反向链路上通信而且至少有在正向链路中的第一和第二信道和在反向链路中的信道的时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的方法，该方法包括：
接收在正向链路中的第一信道上的TDM时隙分配控制数据；
确定TDM时隙分配控制数据是否是为现场单元指定的；以及
如果TDM时隙分配控制数据是为现场单元指定的，则依照用来在正向链路中的第二信道或反向链路中的信道中与基站交换业务数据的TDM时隙分配控制数据在至少一个业务信道中建立至少一个业务TDM时隙。
2.据权利要求1的方法，其中第一信道运送非业务数据。
3.根据权利要求2的方法，其中第一信道是寻呼信道。
4.根据权利要求1的方法，进一步包括在现场单元与解调来自第二信道的业务数据平行地解调来自第一信道的TDM时隙分配控制数据。
5.根据权利要求1的方法，其中接收时隙分配控制数据每个TDM时隙都发生。
6.根据权利要求1的方法，其中TDM时隙分配控制数据定义至少包括下列各项之一的信道参数：
CDMA代码信道、TDM时隙起始位置、TDM时隙位置的数目、FEC编码率或功率控制。
7.根据权利要求1的方法，其中接收TDM时隙分配控制数据包括基于信道性能参数接收TDM时隙重新分配控制数据，其中信道性能参数至少包括下列各项之一：
衰落、包丢失率、载波/干扰(C/I)比、信号/噪声(S/N)比、或功率水平。
8.一种在有基站和现场单元的在正向和反向链路上通信而且至少有正向链路中的第一和第二信道和反向链路中的信道的时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的装置，该装置包括：
第一解调器，解调在正向链路中的第一信道上收到的第一调制信号，被解调的信号包括TDM时隙分配控制数据；以及
逻辑单元，与第一解调器耦合确定TDM时隙分配控制数据是否是为现场单元指定的，如果是，逻辑单元依照用来传达在正向链路的第二信道或反向链路中的信道中来自基站的业务数据的TDM时隙分配控制数据在至少一个业务信道中建立至少一个业务TDM时隙。
9.根据权利要求8的装置，其中第一信道是寻呼信道。
10.根据权利要求8的装置，进一步包括与第一解调器平行地解调在正向链路中的第二信道上收到的第二调制信号的第二解调器，第二解调器是为基于来自第一解调器的TDM时隙分配控制数据接收第二信道而配置的。
11.根据权利要求8的装置，其中第一解调器在每个信号出现时间都接收TDM时隙分配控制数据。
12.根据权利要求8的装置，其中TDM时隙分配控制数据定义至少包括下列各项之一的信道参数：
CDMA代码信道、TDM时隙起始位置、TDM时隙位置的数目、FEC编码率、或功率控制。
13.根据权利要求8的装置，其中被解调的信号包括基于信道性能参数的TDM时隙重新分配控制数据，其中信道性能参数至少包括下列各项之一：
衰落、包丢失率、C/I比、S/N比或功率水平。
14.一种在有基站和现场单元的在正向和反向链路上通信而且至少有正向链路中的第一和第二信道和反向链路中的信道的时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的装置，该装置包括：
用来接收在正向链路中的第一信道上的TDM时隙分配控制数据的装置；
用来确定TDM时隙分配控制数据是否是为现场单元指定的装置；以及
如果TDM时隙分配控制数据是为现场单元指定的，用来依照用来在正向链路中的第二信道或反向链路中的信道中与基站交换业务数据的TDM时隙分配控制数据建立在至少一个业务信道中至少一个TDM时隙的装置。
15.一种在时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的方法，其中包括：
解调在正向链路的第一信道上收到的第一调制信号，被解调的信号包括TDM时隙分配控制数据；以及
使用TDM时隙分配控制数据，解调在正向链路的第二信道上收到的第二调制信号。
16.根据权利要求15的方法，其中第一信道运送非业务数据。
17.根据权利要求16的方法，其中第一信道是寻呼信道。
18.根据权利要求15的方法，进一步包括在现场单元与解调业务数据平行地解调TDM时隙分配控制数据。
19.根据权利要求15的方法，其中接收时隙分配控制数据在每个TDM时隙都发生。
20.一种在时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的装置，其中包括：
第一解调器，解调在正向链路的第一的信道上收到的第一调制信号，被解调的信号包括TDM时隙分配控制数据；以及
第二解调器，解调在正向链路的第二信道上收到的第二调制信号，第二解调器是为基于来自第一解调器的TDM时隙分配控制数据接收第二调制信号而配置的。
21.根据权利要求20的装置，其中第一信道是寻呼信道。
22.根据权利要求20的装置，其中第二解调器与第一解调器解调第一调制信号平行地解调第二调制信号。
23.根据权利要求20的装置，其中第一解调器在每个TDM时隙都接收TDM时隙分配控制数据。
24.一种在时分多路复用(TDM)通信系统中用来减少内务操作的装置，其中包括：
用来解调在正向链路的第一信道上收到的第一调制信号的装置，被解调的信号包括TDM时隙分配控制数据；以及
用来解调依照TDM时隙分配控制数据在正向链路的第二信道上收到的第二调制信号的装置。
25.一种在有基站和多个现场单元的时分多路复用(TDM)通信系统中用来在正向或反向链路上通信的方法，该方法包括：
在第一个TDM时隙中把TDM时隙分配控制数据在正向链路中的第一信道上从基站传输到给定的现场单元；以及
如同TDM时隙分配控制数据指定的那样，在第二个TDM时隙中把业务数据在正向链路中的第二信道上传输到给定的现场单元。
26.根据权利要求25的方法，其中第一信道是寻呼信道。
27.根据权利要求25的方法，进一步包括在相应的业务传输之前在现场单元调制用于平行解调的分配控制数据和业务数据。
28.根据权利要求25的方法，其中传输TDM时隙分配控制数据在每个TDM时隙都发生。
29.根据权利要求25的方法，进一步包括以用TDM时隙分配控制数据指定的方式接收反向链路上的业务数据。
30.一种在有基站和多个现场单元的时分多路复用(TDM)通信系统中用来在正向的或反向的链路上通信的装置，该装置包括：
至少一个发射器，用来(i)在第一个TDM时隙中把TDM时隙分配控制数据在正向链路中的第一信道上从基站传输到给定的现场单元和(ii)如同TDM时隙分配控制数据指定的那样在第二个TDM时隙中把业务数据在正向链路中的第二信道上传输到给定的现场单元。
31.根据权利要求30的装置，其中第一信道是寻呼信道。
32.根据权利要求30的装置，进一步包括在发射器发射业务数据之前调制在给定的现场单元平行解调的TDM时隙分配控制数据和业务数据的至少一个调制器。
33.根据权利要求30的装置，其中发射器每个TDM时隙都发射分配控制数据。
34.根据权利要求30的装置，进一步包括以TDM时隙分配控制数据指定的方式接收反向链路上的业务数据的接收器。
35.一种在有基站和多个现场单元的时分多路复用(TDM)通信系统中用来在正向或反向的链路上通信的装置，该装置包括：
用来在第一个TDM时隙中把TDM时隙分配控制数据在正向链路中的第一的信道上从基站传输到给定的现场单元的装置；以及
如同TDM时隙分配控制数据指定的那样，用来在第二个TDM时隙中把业务数据在正向链路中的第二信道上传输到给定的现场单元的装置。
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