CN1643952A - 无线电通信系统中传输数据的方法 - Google Patents

Abstract

为了在一个基站与无线通信系统的一个代码转换单元之间传输数据，给一个用户分配一个传输容量，其大小由事先规定的至少有两个量的群量中选出。传输容量能以不同帧长的时帧形式提供。此时有可能使时帧作为有恒定长度的各个子帧的链实现，不同长的时帧有不同多的子帧。此外，到公用资源上的存取权，能够通过与负荷有关的和由无线电条件给出的优先权控制。

Description

无线电通信系统中传输数据的方法

无线电通信系统借助于电磁波，经过也称作为空气接口的无线电接口，在无线电发送和接收站之间传输信息、语音或数据。一个无线电通信系统的例子就是著名的GSM-移动无线电网络，其结构格式在B.Walke，<移动无线电网及其协议>(Mobilfunknetze und ihreProtokolle)，卷1，Teubner出版社斯图加特，1998版第139至151页和第295至311页有说明。对此，为了传输一个用户信号各设置一个通过一个窄带频段和一个时隙形成的信道。因为一个用户信号在一个信道中在频率和时间上有别于其它的用户信号，接收无线电站能对用户信号数据进行检测。在较新的无线电通信系统中，例如在UMTS-系统中，各个用户此外还通过不同的扩展码来区别。

一个无线电通信系统，例如一个GSM-移动无线电网络，包括大量的移动交换站(MSC)，它们互相网状连接并建立通向固定网络的通道。此外，这些移动交换站与至少一个基站控制器(BSC)连接。此时，在移动交换站与基站控制器之间总是设置一个代码转换单元(代码转换和速率适配单元，Transcoding and Rate Adaptation UnitTRAU)。基站控制使连接至少一个基站(基地收发站Base TransceiverStation，BTS)成为可能，并对所连接基站的无线电技术资源进行管理。这样一个基站是一个无线电站，它能经过一个无线电接口建立一个到移动站的消息连接。

在一个移动站与一个基站之间的消息连接时，移动站的数字的、源编码的语音信号被误差保护编码和加密，经过空气接口传输。此时，分配给消息连接一个时帧的时隙。不同的消息连接，以时分多路传输制传输，此时八个时隙构成一个时帧。

在从一个移动站向一个基站传输时，信号在基站中译码，并将误差保护去除。一个消息连接，即一个用户的数字信号传输，在基站与代码转换单元之间是在一个时帧中完成，该时帧称作为TRAU帧或TRAU-时帧。给每个用户固定地分配一个TRAU帧。一个TRAU帧是一个预先规定了长度的时帧，传输容量为16kbit/s或8kbit/s。一个TRAU-时帧的长为20ms。

在代码转换单元中，将语音信号从连接到固定网络转变到固定网络的格式上，例如标准ISDN-格式上。此时，将8kbit/s或16kbit/s TRAU-时帧转换到64kbit/s ISDN-时帧上。对于两个移动站之间的连接，不能发生这种总是与数据质量损失连在一起的转换。就说这是无汇接运行(Tandem free operation)。

对于基站与代码转换单元之间数据的传输，给每个连接分配一个固定大小的传输容量。传输容量的大小此时必须如下选择，使经过空气接口在一个时隙内传输的有效-数据速率，能传输包括要求的信令信息。分配给一个用户的传输容量大小的选择，因此是按照能为用户在一个时隙中在空气接口上传输的最大数据速率。通过在空气接口上向一个TRAU-时帧的传输容量固定分配传输速率，将可能的有效-数据速率在空气接口上限制在最大16kbit/s。最大要传输的数据速率的进一步降低，要通过附加的信令来进行。

因此，本发明的任务在于，在一个无线电通信系统中给出一种传输数据的方法，在该方法中基站与代码转换单元之间的传输容量能匹配且能经济地利用。

此任务按照本发明通过权利要求1的一种方法来解决。本发明的其它发展方案，由其余权利要求得知。

在一个无线电通信系统传输数据的方法中，为了在无线通信系统的一个基站与一个代码转换单元之间传输数据，给一个用户分配一个传输容量，其大小由事先规定的至少有两个量的群量中选出。通过提供不同大小的传输容量，分配给用户的传输容量能适配实际存在的数据速率。从而较好地利用基站与代码转换单元之间的传输路线。

在本发明的范围中，以不同帧长的时帧形式，给一个用户提供所分配的传输容量。

优选的是，时帧包括至少一个恒定长度的子帧(Teilrahmen)，不同长的时帧有不同多的、长度都相同的子帧。在一个GSM-类似的移动无线电网络中利用本方法时，使用这个办法有优点，即能将已知的TRAU-时帧作为子帧应用，并能以这种方式实现向ISDN-格式的完整转换。

按照本发明的一个实施形式，一个时帧的各第一个子帧包括对有效数据附加数据传输的信令信息。如果时帧还有其它的子帧，这些其它的子帧对有效数据附加包括子帧的一个特征标记和时帧的一个特征标记。这样，将第一个子帧和其它的子帧逻辑链接。这有优点，即共同构成一个时帧的子帧不必一个接一个地传输。例如，能在第一个时帧的第一个子帧之后，传输第二个时帧的第一个子帧，然后传输第一个时帧的其它子帧。这样，就能较好地照顾到不同用户的实时要求。同时避免了多余的管理费，即只在第一个子帧中包括信令信息，其它的子帧只包括子帧的一个特征标记和时帧的一个特征标记，它们是子帧组成时帧所要求的。

优选的是，子帧包括控制基站与代码转换单元之间一个接口上时间位置的信息，用这些信息控制在基站中子帧到达时间。为了传输语音数据，出自心理-听觉原因对延迟时间提出很高的要求。这些要求能按照本发明的这个实施形式，通过应用一个时帧的子帧时间上同步的一种机制来满足。在这种情况，在子帧之间建立时间上的关系并避免额外的延迟时间。

该方法也能在增强型电路交换的数据(ECSD)时，用于在一个GERAN-系统(GSM EDGE无线接入网络)中的数据传输。ECSD是一种连接交换的数据传输方法，其数据在空气接口上调制八个PSK传输。为了能将通过ECSD给出的每个时隙的高数据速率，在空气接口上也能有效地在地面的连接上传输，按照本发明动态地分配不同长度的时帧，其长度由优先权控制。

此外，该方法还适用于在基站与代码转换单元之间按照因特网协议(IP)-方法或ATM-方法传输数据。在这种情况，基站与代码转换单元之间的数据传输以数据包形式进行。此时，给各个用户分配不同大小的传输容量。

基站与代码转换单元之间的传输路线的利用，通过传输容量的分配动态地进行可以进一步得到改善。此时，用赋予有关用户的优先化和用为有关用户规定的无线电条件，在改变传输路线的负荷时，分配给有关用户一个较大或较小的传输容量。这样，就确保一方面给尽可能所有的用户服务，另一方面有尽可能多的用户得到最佳的质量。

在本发明的范围中，此外为一个分配有一个较大或较小传输容量的用户，要促成语音编码或调制方法或小区的切换。

在一个自适应多速率(AMR)-方法中，本发明方法的应用特别有利。在一个AMR-方法中，有不同的编码方法供使用，这些编码方法视传输条件不同分配给一个用户连接。因为在AMR-方法中应用的编码方法不同于GSM全速率，GSM半速率以及GSM增强的全速率方法，在这些方法时总-位速率的一个固定不变的划分是以一个固定的信道编码部分和一个固定的语音编码部分进行，在AMR-方法中应用的编码方法在具有不同信道编码部分或语音编码部分的编码方法之间有一个可变的切换，所以AMR-方法有能力使所应用的编码方法适应地与空气接口的传输条件相匹配。这样，就能选出为瞬时传输条件最好适应的编码方法，并在改变了的传输条件时继续适应，从而明显改进了移动无线电网络中的语音质量。

对于所谓的AMR宽带-方法，将编码方法用6.60kbit/s与23.85kbit/s之间的一个源位速率(Quellbitrate)标准化。这个有效-位速率为一个用户经过分配给他的时隙经过空气接口来传输。在基站与代码转换单元之间，这些位速率必须在一个时帧中传输。通过应用本发明的方法，所应用的时帧的大小按照存在的位速率测定。如果在基站与代码转换单元之间的传输路线上出现瓶颈，则给较低优先权的用户只用较低位速率的编码方法来安排，给用户分配一个较小的时帧。如果一个用户的无线电条件明显变坏，则要为他同样安排从可能的编码方法上的组到具有较小位速率编码方法的一组更换，从而在空气接口上安排较大牢固性，给他分配一个较小的时帧。如果相反，在网络中的负荷减弱，则为较高优先权的一个用户安排一个向具有较高位速率的编码方法的一组更换，给他分配一个较大的传输容量，即一个较大的时帧。如果一个用户的无线电条件改善了并允许系统的负荷，则为该用户安排一个向较高有效-位速率编码方法的组更换，给用户分配一个较大的时帧。

下面用在图中示出的实施例详细阐述本发明。

图1示出的是一个可使用本发明方法的无线电通信系统的片段。

图2示出的是一些时帧。

图3示出的是用于分配时帧的一个流程图。

图4示出的是确定无线电条件的流程图。

图5示出的是制定分配清单。

一个无线电通信系统包括多个基站BTS1，BTS2，BTS3，能经过它们建立一个到移动站MS的无线电连接(参见图1)。每个基站BTS分配有一个基站控制器BSC。基站BTS与基站控制器BSC之间的接口称作A_bis-接口。

基站控制器BSC经过代码转换单元TRAU与一个移动交换台MSC连接，该交换台表示到其它网络的接口。基站控制器BSC与代码转换单元TRAU之间的接口称为A_sub接口。代码转换单元TRAU与移动交换台MSC之间的接口称为A接口。

在一个无线电通信系统的一个基站与一个代码转换单元之间的传输路线上，给每个用户分配一个时帧ZR1，ZR2，ZR3(参见图2)。时帧ZR1，ZR2，ZR3有不同的长度。每个时帧ZR1，ZR2，ZR3包括至少一个第一个子帧TR11，TR21，TR31。此外，较长的时帧ZR1，ZR3有另一个子帧TR12，TR32。第一组子帧TR11，TR21，TR31和另外的子帧TR12，TR32有同样的恒定的长度。第一组子帧TR11，TR21，TR31和另外的子帧TR12，TR32有这样一个长度，即它们在给出的传输线路上有一个16kbit/s的传输容量。从而，它们有一个40八位字节＝320bit的长度。

除了有效数据外，第一组子帧TR11，TR21，TR31也包括用于数据传输的信令信息，例如用于功率控制的信息，关于基站上行链路测量的信息(例如RXLEV，RXQUAL)，有关从基站到移动站下行链路的信令信息，以及诸如CRC(循环冗余校验，Cyclic Redundancy Check)那样的冗余信息。

除了有效数据外，另外的子帧TR12，TR32包括附加信息，这些信息被用于与各第一个子帧TR11，TR31逻辑链接，例如说明要传输的时帧的第几个子帧是现有存在的和各子帧所属的时帧的特征标记。该特征标记能作为缩短了的时帧编号来实现。

鉴于一个向下兼容性，有利的是在第一个子帧TR11，TR21，TR31中附加为所应用时帧的类型设置一个标识符。

优选的是，所有子帧包括在A_bis-接口上控制时间位置的信息。因此，能将每个子帧独立于属于一个时帧的所有其它子帧在时间上推移。这样，在接通16kbit/s的信道时，子帧能选择不同的路径。通过时间上的推移能确保，使所有属于一个一定帧的子帧在同一时刻到达基站。这是重要的，因为子帧能在空气接口上发送之前，必须将它们在基站再组合起来。子帧的时间上的推移，通过在每个子帧的末端补充和去掉附加位来进行。去掉的或添加上的位的数量决定推移的时间(4bit＝250μs)。这样就能平衡在16kbit/s信道中A_bis传输时的影响。

在从移动站向基站的传输方向中，即上行链路方向，基站必须将经过空气接口接收的时帧分解成所需要的子帧。

在从基站向移动站的传输方向中，即下行链路方向，基站选取数据-和信令信息。在下行链路方向，BTS去除和检验用于每个子帧的冗余信息CRC。然后，由所有所属的子帧为总的时帧组合起有效数据。

为了使所有子帧在一个一定的时间到达，基站为每个子帧单独借助于代码转换单元计算和控制要求的到达时刻。为了计算，要利用一个单个子帧在下行链路方向到达的时刻和组合的帧必须在空气接口上发送的时刻。以在上行链路方向中所属子帧的信令信息，将可能出现的偏差通知代码转换单元。于是，代码转换单元在下行链路方向补充或去掉一定数量的位。作为结果，属于一个帧的所有子帧在同一时刻到达并能不用中间存储就发送。由于对语音通信连接的实时要求，这就特别重要。

接着经过空气接口进行数据传输。为此，将总的时帧按照选择的编码方法编码并用相应的调制方法传输。

在一个AMR宽带-方法中应用本发明的方法时，为了用适配的长度分配时帧，对一个用户能追溯到将在AMR-方法中可供使用的编码方法划分成具有最多四个编码方法的组。将可能的编码方法划分为例如四个称作有源编解码集(Active Codec Set，ACS)的组，各带有最多四个编码方法。给每个组ACS1，ACS2，ACS3，ACS4预先规定一个时帧长。

例如给AMR窄带的组ACS1分配一个只有一个子帧的时帧，该组ACS1包括传输速率为12.2kbit/s，7.95kbit/s，5.9kbit/s以及4.75kbit/s的编码方法。同样的情况适用于AMR宽带的组ACS2，该组例如有传输速率为6.60，8.85和12.65kbit/s的编码方法。给AMR宽带的组ACS3，该组ACS3包括传输速率为23.85，15.85，12.65和6.60kbit/s的编码方法；和AMR宽带的组ACS4，该组ACS4包括传输速率为15.85kbit/s，12.65kbit/s，8.85kbit/s和6.60kbit/s的编码方法，分配一个具有第一个子帧和其它子帧的时帧。将哪个时帧分配给一个连接，用选中的编码方法组ACSi，i＝1至4决定，然后选出相应的时帧长。一方面按照以通信负载为条件决定的规范，另一方面按照无线电条件，例如建立通话时通过SDCCH的RXLEV-值确定的电平高度，来评价分配给一个连接的组的选择。

所分配ACS-组的更换，能通过一个切换，例如小区内切换和分配一个新的ACS-组或在连接期间通过交换在一个ACS中包括的编码方法进行。

为了使基站与代码转换单元之间的传输路线达到最佳的负荷，分配给各连接的传输容量要动态匹配(参见图3)。在一个实施例中，为此规定三个极限值。如果瞬时负荷超过第一个极限制，则只会给新的连接分配一个只有一个子帧的时帧。如果瞬时负荷超过第二个极限值，则给选出的、迄今有一个具有多个子帧的时帧供使用的连接，分配一个只有一个子帧的时帧。对此，一般要求改变ACS-组。可能的编码方法的改变能经过分配一个新的ACS-组进行，该组只占用一个只有一个子帧的时帧。

如果瞬时负荷低于第三个极限值，该值是作为第二个极限值与一个滞后值之差计算的，则给选出的迄今能利用一个只有一个子帧的时帧的连接，分配具有多个子帧的时帧。

如果瞬时负荷降至第一个极限值以下，则也能给新的连接再分配一个与给出要求相应的时帧。

系统的瞬时负荷的确定例如通过考虑所有对此有关的影响量。属于此的有基站与基站控制器之间的接口A_bis，以及基站控制器与代码转换单元之间的接口A_sub以及基站控制器和代码转换单元。

在瞬时负荷的基础上将一个其它的时帧分配给那些连接的选择，一方面按照一个优先权清单，另一方面按照所给出的无线电条件进行。反映有效信号与干扰的关系的C/I-值，是为此评价无线电条件的一个适合的参数。例如规定两个阈值。如果C/I-值超过第一个阈值C/I-阈值1，则将一个具有良好无线电条件的高速率编码方法的ACS-组分配给该连接。如果C/I-值低于第二个阈值C/I-阈值2，它小于第一个阈值C/I-阈值1，则将一个具有不良无线电条件的较耐用的和有时较低速率的编码方法的ACS-组分配给该连接(参见图4)。不同ACS-组编码方法的组合，能选择的为地面上的数据传输要求不同大小的时帧。

对于为一个给出的连接分配一个较大的时帧或一个较小的时帧，由于系统的现实负荷(参见图3)，制定依次包括用户的清单Z₁或Z₂，在其中要给它们分配一个其它的时帧(参见图5)。为分配一个较小时帧的清单Z₁和为分配一个较大时帧的清单Z₂，在一个优先权清单P和一个无线电条件清单F的基础上产生。优先权清单P包含每个用户的一个优先权，在从在运营商那里的例如协议条件或类似信息的基础上，该优先权归该用户所有。无线电条件清单F包含每个用户的现实C/I-值到第一个阈值C/I-阈值1和到第二个阈值C/I-阈值2的距离。清单Z₁，Z₂在清单P和F的基础上产生。要给用户分配一个较小时帧的用户清单Z₁，只包含现实分配过一个较大时帧的用户。要给用户分配一个较大时帧的用户清单Z₂，只包含现实分配一个较小时帧的用户。在清单Z₁，Z₂最上面位置的用户，是那个其所分配的时帧在下一个超过或低于相应的阈值(参见图3)时被改变的用户。

在确定现实负荷时，必须观察所有占用相应资源的业务。基站与基站控制器之间的A_bis-接口，例如不只是被语音用户使用，而且也被包交换的数据业务使用。为了确定各个部件的负荷，例如能执行计数所有部件负荷的计数器。

在两个移动站之间的一个连接的情况，在两个移动站处代码转换单元中没有转换到ISDN-格式，即在无汇接运行时，有利的是，在评估系统负荷时要观察两个移动站和所分配给的基站、基站控制器和代码转换单元以及所属的A_bis-和A_sub-接口。只有当一个带有多个子帧的时帧为连接供两个基站系统使用时，为连接分配这类时帧才有意义。

为了给具有用户优先权1的用户1建立一个新的通话，首先测出SDCCH的RXLEV-电平。用该电平高度例如确定出无线电条件是足够的好，以便利用带有高速率的源位速率编码方法的ACS组。为此，要求一个带有多个子帧的时帧。

在下个步骤要检验，是否瞬时的通信负荷小于第一个极限值(参见图3)。这例如就是该情况。从而，给该连接分配一个带有一个第一个子帧和另一个子帧的时帧。该网络借此就给连接提供最佳的质量。现在，负荷在A_bis-接口上升并超过第一个极限值。在此时间得到另一个用户2的一个要求，该用户同样想建立一个通话。用户2有一个大于用户优先权1的用户优先权2。SDCCH的RXLEV-电平测量得出，无线电条件是适合分配一个带有高速率编码方法的ACS-组。但是因为瞬时负荷比第一个极限值高，所以给该连接分配一个组ACS，这只有低速率编码方法的内容，对于它来说一个只有一个第一个子帧的时帧是足够的。

瞬时负荷现在高于第三个极限值，使得没有更大的时帧能分配给已有的连接。

如果负荷降到第三个极限值之下，则分配较大的时帧是可能的。在良好的无线电条件的基础上，为了分配一个较大的时帧，将用户2填入清单Z₂(参见图5)。因为在瞬时负荷低于第三个极限值的基础上，附加的资源可供使用，并且在清单Z₂中没包括带有较高优先权的用户，则用更换ACS-组和从而更换为该连接提供使用的编码方法，将一个带有一个第一个子帧和另一个子帧的时帧分配给用户2。随着分配另一个ACS-组和利用较高速率编码方法的可能性，用户2连接的语音质量得到提高。

如果瞬时负荷又上升并超过第二个极限值，则将一个只有一个第一子帧的较小的时帧分配给在清单Z₁中第一个位置的用户1，该用户有与用户2相同的无线电条件，但是用户优先权较小。同时将用户1从清单Z₁删去，并由于良好的无线电条件将它接收到清单Z₂中。

Claims (10)

1.在无线电通信系统中传输数据的方法，

-在该方法中，为了在一个基站与一个代码转换单元之间传输数据，给一个用户分配一个传输容量，其大小由事先规定的至少有两个量的群量中选出。

2.如权利要求1的方法，

-在该方法中，传输容量以不同帧长的时帧形式提供。

3.如权利要求2的方法，

-在该方法中，时帧包括至少一个恒定长度的子帧，且不同长度的时帧有不同多的子帧。

4.如权利要求3的方法，

-在该方法中，一个时帧的第一个子帧包括用于数据传输的信令信息，

-在该方法中，如果时帧还有其它的子帧，这些其它的子帧包括有子帧的一个特征标记和时帧的一个特征标记，并将第一个子帧和其它的子帧逻辑链接。

5.如权利要求3或4的方法，

在该方法中，子帧包括控制基站与代码转换单元之间一个接口上时间位置的信息，用这些信息控制在基站中子帧按时到达。

6.如权利要求1的方法，

-在该方法中，基站与代码转换单元之间的数据传输是按照因特网协议(IP)-方法、ATM-方法或PCM-方法进行。

7.如权利要求1至6之一的方法，

-在该方法中，传输容量的分配是动态地进行，此时用赋予有关用户的优先化和用为有关用户规定的无线电条件，分配给有关用户一个较大或较小的传输容量。

8.如权利要求7的方法，

-在该方法中，为一个分配有一个较大或较小传输容量的用户，要促成语音编码或调制方法或小区的切换。

9.在一个GERAN-移动无线电传输系统中，按权利要求1至8之一的、以一个自适应多速率语音编译码器(为宽带或窄带应用的AMR-方法)的一种方法的应用。

10.在一个GERAN-系统中，按权利要求1至8之一的在一个增强型电路交换的方法(ECSD)时用于数据传输的一种方法的应用。

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