CN1960511A - 在个人便携电话系统中实现半速率业务的空中接口方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在个人便携电话PHS系统中实现半速率业务的空中接口方法。所述方法包括：对PHS基站与终端之间的时隙使用规则进行约定，使得在特定的时隙上间隔10ms工作，使原来32Kbps的业务信道分解成两个16Kbps的业务信道。其中，所述终端支持半速率业务，以及通过修改支持半速率业务的PHS系统广播消息来使终端能够识别所述PHS系统是否支持半速率业务的属性。通过扩展PHS系统中原有的系统信息广播消息中保留的字段“链路信道类型LCHtype”的定义来实现本发明。本发明实现了在现有的一个信道上同时支持两个用户，使基站容量成倍增加，同时减少运营商的投资和运营维护成本，也可以减少系统干扰，提升网络质量。

Description

在个人便携电话系统中实现 半速率业务的空中接口方法

技术领域

本发明涉及PHS的通信技术领域，尤其涉及PHS基站系统与终端之间实现半速率业务的空中接口方法。

背景技术

目前基于PHS(Personal Handy phone Systems，个人便携电话系统或称小灵通)空中接口的通信系统在中国已经接近1亿用户，而且数量还在持续增长。随着网络规模的不断扩大，对系统容量方面的要求也越来越高。为了满足更大范围和更大规模城市的应用需要，PHS基站的发射功率已经普遍由最初的10毫瓦提升到500毫瓦，同时一个基站提供的信道数目也从3信道增加到7信道甚至15信道。尽管如此，PHS系统特别是大型城市需要的基站数目仍是非常庞大的。另外在一些话务量非常大的城市繁华区域，由于受到可用频率资源的限制，一味增加基站数量并不能够显著增加信道数量，同时也会增加工程建设的难度。如果基站支持半速率业务，则可以实现在现有一个信道上同时支持两个用户，基站容量将成倍增加，对运营商这意味着更少的投资和运维成本，同时也可以减少系统干扰，提升网络质量。

目前在PHS系统中，还没有支持半速率业务的PHS基站，也就是说，在一个32kbps的信道上只能支持一个用户。而如果PHS基站能够支持半速率，则意味着在一个32kbps的信道上可以支持两个半速率的用户，由此可以使基站容量增加一倍。

发明内容

本发明的目的在于为PHS系统提供一种在PHS基站与用户终端之间的空中接口上实现半速率业务的方法，从而实现在现有的一个信道上同时支持两个用户，使基站容量成倍增加，同时减少运营商的投资和运营维护成本，也可以减少系统干扰，提升网络质量。

根据本发明，提供了一种在个人便携电话系统PHS中实现半速率业务的空中接口方法，所述PHS系统由5ms为间隔的时分双工TDD基本帧组成，每帧又分为4个工作时隙对，分别对应于发送时隙T与接收时隙R，每个工作时隙或通话信道传送的有效业务信息为160bits，由此提供32Kbps的业务速率的全速率业务信道，其中，所述方法包括：对PHS基站与终端之间的时隙使用规则进行约定，使得在特定的时隙上间隔10ms工作，使原来32Kbps的业务信道分解成两个16Kbps的业务信道。

优选地，所述终端支持半速率业务，以及，通过修改支持半速率业务的PHS系统广播消息来使终端能够识别所述PHS系统是否支持半速率业务的属性。

优选地，通过扩展PHS系统中原有的系统信息广播消息中保留的字段“链路信道类型LCH type”的定义，由此使终端通过检测系统信息广播消息中的LCH type字段来识别系统是否支持半速率业务。优选地，将“LCH type”设定为“011”，以表示系统既支持半速率也支持全速率。

优选地，所述方法还包括：终端在发起包括主叫、被叫、注册、切换等的任何业务时，建立业务信道TCH的过程，所述过程通过终端在控制信道上发起建链请求消息和基站响应的链路分配消息来完成，其中在所述建链请求消息和所述链路分配消息中将链路通道类型LCH type字段设定为16Kbps。其中，在所述建链请求消息中指明终端所申请的业务信道TCH的类型，和在所述链路分配消息中指定所述终端所分配的TCH的位置。

优选地，所述方法还包括：支持半速率业务的终端在实现被叫业务时由半速率切换到全速率的过程。其中，在基站根据业务类型判断需要建立全速率业务呼叫时，基站通过已经建立的半速率业务信道TCH上发起附加信道指示，让终端在新的全速率信道建立起来之后，再释放原有的半速率信道，并在新的信道上完成后续的呼叫建立过程。其中，在核心网下发的设置SETUP消息中增加个人站标识PS-ID信息，其中所述PS-ID信息包含在终端为了响应寻呼消息所发起的建链请求中，通过该信息，可以确定是应该分配半速率还是全速率的业务信道。

优选地，所述方法还包括：在链路通道建立阶段，就进行半速率物理链路通道的分配。

优选地，所述PHS系统符合STD-28规范标准。

优选地，所述PHS系统采用自适应多速率AMR编码方式。

附图说明

从下面对以非限制性例子的方式提供的本发明优选实施例的描述以及从附随附图中，会更加清楚本发明的这些和其他特点、优点和有益效果，其中：

图1是根据PHS系统空中接口STD-28规范定义的PHS时隙结构图；

图2是根据本发明方法设计的半速率业务时隙的结构示意图；

图3是根据PHS系统空中接口STD-28规范定义的系统信息广播消息(System information broadcasting message)的结构示意图；

图4是图3所示系统信息广播消息中的LCH type字段的定义的示意图；

图5是根据本发明的半速率链路信道建立的正常流程；

图6是根据本发明的建链请求(Link channel establishmentrequest)消息定义的示意图；

图7是根据本发明的链路分配(Link channel assignment)消息定义；

图8是根据本发明的相对时隙号(relative slot number)示例；

图9是根据本发明的半速率建链请求拒绝后的流程；以及

图10是根据本发明的支持半速率业务终端进行全速率被叫业务的呼叫流程。

具体实施方式

以下通过结合附图，对本发明的优选实施方式进行描述，应该理解，在这里描述的优选实施方式并不是限制性的说明，本领域技术人员可以根据本发明的原理，对本发明作出各种修改、改进而不会脱离随附权利要求所限定保护范围。

参见附图1，其中示出了根据PHS系统空中接口STD-28规范定义的PHS时隙结构图。按照PHS系统空中接口STD-28规范的定义，PHS系统由5ms为间隔的TDD(Time Division Duplex，时分双工)基本帧组成，每帧又分为4个工作时隙对(分别对应于发送时隙T与接收时隙R)，除去开销正常情况下每个工作时隙(或通话信道)传送的有效业务信息为160bits，因此可以提供32Kbps的业务速率。

而速率恰好为32Kbps的ADPCM(Adaptive Differential PulseCode Modulation，自适应差分脉冲编码调制)编码方式则成为PHS语音业务的一个主要选择。随着PHS系统的话务密度不断提高，以及新的低速率同时又充分保证话音质量的编码方式的出现，如GSM和3G系统中采用的AMR(Adaptive Multiple Rate，自适应多速率)编码方式，使得在PHS系统中采用半速率业务以提供更多的业务信道成为一个新的研究方向。

本发明的目的在于为PHS系统提供一种在PHS基站与用户终端之间的空中接口上实现半速率业务的方法，从而实现在现有的一个信道上同时支持两个用户，使基站容量成倍增加，同时减少运营商的投资和运营维护成本，也可以减少系统干扰，提升网络质量。

本发明所指的半速率业务，是指在PHS基站与终端之间通过事先约定的时隙使用规则，分别只在特定的时隙上间隔10ms工作，如图2所示，使原来32Kbps的业务信道分解成两个16Kbps的业务信道。

正常的PHS无线侧呼叫连接过程分为两个阶段，分别称为链路通道建立阶段(link channel establishment phase)和业务信道建立阶段(service channel establishment phase)，其中链路通道建立阶段用于选择一个质量足够好的物理链路通道，或者可以简单理解为选择一个合适的空闲时隙和载频；而业务信道建立阶段则在选定的物理链路通道上，进一步协商通信阶段所需的协议和业务类型。对于16Kbps半速率业务而言，首先是在物理链路通道上和传统的32Kbps业务存在区别，因此必须要在链路通道建立阶段就要能够进行16Kbps物理链路通道的分配，否则呼叫连接的过程将变得不合理(先建立并占用32Kpbs的物理链路，然后才协商16Kbps的物理链路)，多个用户同时接入时会由于物理链路不足造成链路建立请求被拒绝，使半速率业务带来的容量优势不能充分发挥，同时也会增加系统和终端实现的难度。

由于目前不是所有的系统和终端都可以支持半速率业务，因此必须充分考虑系统兼容性的问题。首先对于支持半速率业务的终端而言，它必须有渠道知道自己当前所处的系统是否支持半速率业务，以决定是否可以发起半速率业务的呼叫请求。这可以通过修改支持半速率业务的新系统的广播消息来实现，扩展原有广播消息中保留字段的定义，使手机识别系统的属性。

本发明主要针对如何通过引入新的呼叫控制协议以实现半速率业务信道(TCH)的建立，同时保持新旧(以是否支持半速率业务为区分)系统和手机终端之间的兼容性的实现方案。关于在半速率业务信道上编码方案(例如AMR)的选择则超出了本发明所涉及的范围。

●系统广播消息

在PHS系统标准STD-28中，已经考虑了对于建立16Kbps物理链路的支持，尽管这些内容被注明是保留的(reserved)，因此在现有的终端和系统中没有实现。但是为了支持半速率业务，完全可以利用该标准中已经定义的这些内容。

图3是根据PHS系统空中接口STD-28规范定义的系统信息广播消息(System information broadcasting message)的结构示意图。根据PHS系统空中接口STD-28规范所定义的系统信息广播消息由八个八位字节组成，分别对基站允许的LCH type(链路信道类型)，LCHprotocol type(链路信道协议类型)等内容进行了规定。在所显示的当前PHS的系统信息广播消息的结构中，其中的LCH type(链路信道类型)字段的定义参见附图4所示，该字段占用系统信息广播消息的第二个字节的6-8个比特，分别规定了8种情况(000；001；010；011；100；101；110和111)，其中，“000”表示PHS系统只支持标准的32Kbps的情况，而“001”是保留字段，表示PHS系统只支持16Kbps情况，“011”也是标准中的保留字段，表示PHS系统既支持32Kbps情况也支持16Kbps情况，“010”是保留字段，表示PHS系统支持8Kbps的情况，而“100”，“101”，“110”以及“111”都是系统为今后扩展需要而保留的。

在当前的PHS系统中只支持LCH type为000(32Kbps)的情况。为了支持半速率业务，对于系统来说，需要开放001(16Kbps)和011(32Kbps+16Kbps)这两个值。当系统可以支持半速率业务时，通过网管系统对基站进行参数配置，可以把广播消息中的LCH type设为011，即表明系统允许手机发起32kbps或16kbps两种类型的建链请求。这样手机终端可以通过检测系统信息广播消息中的LCH type字段了解系统是否支持半速率业务，从而决定是否可以发起16kbps的建链请求。当系统仅允许接受16kbps的建链请求时，则可以设置为001，但由于现网中不支持16kbps的手机会在很长一段时间内存在，所以通常不会选择这个设置。

●TCH信道建立流程

终端在发起任何业务时(包括主叫、被叫、注册、切换等)，都需要首先建立TCH信道，这个过程是通过终端在控制信道上发起建链请求消息(link channel establishment request message)和基站响应的链路分配消息(link channel assignment message)来完成的。对于支持半速率业务的终端，这个过程和普通终端会有所不同。

参见图5，其中示出了根据本发明的半速率链路信道建立的正常流程。在链路建立阶段，支持半数率业务的终端PS(personal station个人站)会首先向基站侧CS(cell station，小区站)发起建链请求消息，并在此消息中指明其申请的TCH类型为16kbps(也就是将“LCH类型字段”设定为“LCH type＝16Kbps”)。其中，建链请求消息的格式如附图6所示，其中包含终端请求建立链路的LCH type(LCH类型)，终端支持的LCH protocol type(LCH协议类型)等内容。并且其中LCH type字段的定义与图4描述的内容一致，通过这个域即可以指定所需要申请的TCH的类型。

当基站收到LCH type为16kbps的建链请求之后，在确定存在空闲信道的情况下，通过链路分配消息指定其所分配的TCH的位置。链路分配消息的格式如图7所示，其中包含基站支持的LCH type(LCH类型)，LCH protocol type(LCH协议类型)以及共同构成指示所分配TCH信道位置和载频信息的相对时隙号码(relative slotnumber)、绝对时隙号码(absolute slot number)和载频号码(carriernumber)等。其中LCH type字段的定义与图4描述的内容一致，通过这个域即可以表明其所分配的TCH的类型。而通过指定相对时隙号(relative slot number)和绝对时隙号(absolute slot number)，可以确定所需要工作的时隙位置。举例来说，当绝对时隙号为3时，即链路分配消息本身所处的绝对时隙位置为第3号时隙，则不同的相对时隙号所代表的时隙位置如图8所示：其中绝对时隙号码代表当前linkchannel assignment消息所处的绝对时隙位置，因为该消息是下行消息，其绝对时隙号码必然是1，2，3，4中的一个，本例绝对时隙号码为3。相对时隙号码代表基站分配给终端使用的TCH上行时隙相对于本绝对时隙的位置，其编号的起始位置为本绝对时隙所对应的那个上行时隙，并逐个时隙递增，如图所示。

对于速率为32kbps的TCH信道，相对时隙号的有效范围为1～8(在这个例子中，基站能分配的有效相对时隙号为1，2，7，8)。而对于16kbps的TCH信道，相对时隙号的有效范围为1～16(在这个例子中，基站能分配的有效相对时隙号为1，2，7，8，9，10，15，16)，手机根据收到的指示在相应的时隙点上间隔10ms进行接收或发送，建立16kbps的TCH信道。

而一旦不支持半速率业务的基站收到手机申请建立16kbps TCH通道的建链请求，则可以通过链路分配拒绝消息(link channelassignment reject)拒绝手机的这次请求，拒绝的原因则是LCH类型不匹配(LCH type disagreement)，这个原因值(cause value＝04)在现在的STD-28标准中也已经定义好了。手机在收到这个拒绝消息之后，如果仍需向该基站申请TCH，则需要将LCH type修改32kbps。流程如图9所示。首先，在步骤S901中，当PS向基站CS发送一个包含了“LCH类型字段被设定为16Kbps(LCH type＝16kbps)”的建链请求消息(Link channel establishment request)后，如果系统不支持半速率业务，则在步骤S903中，由CS向PS回送一个链路分配拒绝消息(Linkchannel assignment reject)，以拒绝终端的这次请求，其中在该链路拒绝消息中包含了拒绝原因是LCH类型不匹配(LCH typedisagreement)，然后，如果PS终端仍需向该基站CS申请TCH，则在步骤S905中，由PS重新向CS发起建链请求(Link channelestablishment request)，在该建链请求中，LCH类型字段被设定为32Kbps(LCH type＝32kbps)；然后，由CS对该终端发送链路分配消息(Link channel assignment)，其中将LCH类型设定为32Kbps(LCH type＝32kbps)。

●实现被叫业务信道接续的两种方案

由于支持半速率业务的终端可以同时支持全速率，因此在收到寻呼消息之后，终端面临以何种速率建立TCH信道的问题，因为在寻呼消息中并不指明呼叫的业务类型。针对这个问题，本发明中提供两种可行的接续方案：

方案一：重新建立全速率业务信道

支持半速率业务的终端在任何情况收到寻呼消息时，均发起半速率链路建立请求，在接受基站分配的半速率信道并与基站建立连接之后，和目前的被叫流程一样，终端通过已经建立的半速率信道返回寻呼响应消息给基站侧。之后由基站侧根据业务类型来做不同的选择，如果是需要建立半速率的呼叫，则流程和普通的呼叫没有区别；如果是需要建立全速率的呼叫，则基站通过已经建立的半速率TCH上发起附加信道指示，让终端在新的全速率信道建立起来之后，再释放原有的半速率信道，并在新的信道上完成后续的呼叫建立过程。详细的流程如图10所示：

在步骤S1001中，当PS收到基站CS发送的一个paging(寻呼)消息，它需要通过步骤S1003向CS发起一个建链请求消息(Linkchannel request)，由于它是支持半速率业务类型的PS，所以建链请求中的LCH类型为16kbps(LCH type＝16kbps)。由于基站收到该请求后还不能立即确认该请求为响应步骤S1001中的寻呼消息，所以只会按照PS的请求在步骤S1005中通过链路分配消息(Linkchannel assignment)指定一个16kbps的信道给PS，其中LCH类型为16kbps(LCH type＝16kbps)。再经过步骤S1007到S1013的同步和二层信令通道建立过程之后，这个16kbps的信道在CS和PS之间建立完成。PS会在步骤S1015中发送寻呼响应消息(Pagingresponse)给CS，通过这条消息，CS确定该PS正在响应步骤S1001中的寻呼。由于CS明确该寻呼呼叫请求需要建立一个32kbps的业务信道，因此它需要继续发起建立32kbps信道的流程。在步骤S1017中CS发起一个建立附加信道请求指示消息(Additional channelrequest)给PS，指示PS建立一个附加的32kbps信道。PS收到附加信道请求指示消息后，在步骤S1019中向CS发出附加信道请求(Additional channel request)消息要求建立附加的32kbps信道。然后CS在步骤S1021中把分配的32kbps信道信息发送给PS。再经过步骤S1023到S1029的同步和二层信令通道建立过程之后，这个附加的32kbps的信道在CS和PS之间建立完成，并且双方已经切换到这个32kbps的信道上进行通信。此时最初建立的16kbps信道已经不再需要，所以CS在步骤S1031中在原有16kbps信道上发起无线信道断开消息(radio channel disconnect)给PS通知拆除连接，PS则在步骤S1033中确认拆除该16kbps连接(radio channel disconnectcomplete)。至此原有16kbps信道被完全断开，所有的消息都在后来建立的32kbps信道上完成。在步骤S1035中CS把该呼叫的建立(SETUP)消息发送给PS，其中包括呼叫类型，编码类型等信息。此后的呼叫流程与正常的被叫流程完全相同，这里不再赘述。

方案二：基站根据终端发起的建链请求选择业务信道速率

支持半速率业务的终端在任何情况收到寻呼消息时，均发起类型为半速率或全速率(LCH type为011)的链路建立请求，在基站收到这样请求消息之后则可以确定为支持半速率业务的终端为了响应寻呼消息所发起的建链请求。理论上，基站根据该请求中所携带的PS-ID(personal station identity个人站标识)信息则可以确定是应该分配半速率还是全速率的业务信道。然而目前由于PS-ID信息并不会在发起被叫的SETUP消息中携带，因此基站是无法做这个判断的。在对与基站连接的核心网络进行修改之后，使其每次下发的设置SETUP中增加PS-ID的内容，则可以实现在链路信道建立阶段完成对被叫业务类型的选择，而所有后续的呼叫过程可以完全保持不变。

比较这两个方案，方案一对基站和终端的实现较高，流程比较复杂，优点是不需要网络侧进行支持；方案二业务流程比较简单，但需要对核心网进行修改。

●其他受影响的业务流程

除了链路建立流程之外，随着半速率业务的引入，对包括重呼类型的切换(re-calling type handover)、TCH切换(TCH switching)等业务流程也会产生影响，处理的原则与链路建立流程类似，也是通过扩充相应的LCH type或SCH type类型的定义，增加对16kbpsTCH的支持，这里就不再赘述。此外，由于PHS系统核心网资源的一些限制，可能出现在半速率TCH链路建立以后，网络侧无法处理该类型的业务而要求将业务类型改为传统的32kbps，为了避免出现需要用户重新发起呼叫，系统需要支持这种从16kbps到32kbpsTCH的转换，其实现原理与图10描述的过程类似，可以通过基站在已经建立的16kbpsTCH上发起附加信道指示(additional channel identification)，让手机在基站指定的32kbps TCH建立信道同步之后，再释放原有的16kbpsTCH，这里不再赘述。

以上通过结合附图对本发明的在个人便携电话系统中实现半速率业务的空中接口方法进行了阐述，但本发明并不限于此。本领域技术人员知道，依据本发明原理，可以对本发明作出各种修改、改进，而不脱离本发明随附权利要求的范围。

Claims (12)

1、一种在个人便携电话系统PHS中实现半速率业务的空中接口方法，所述PHS系统由5ms为间隔的时分双工TDD基本帧组成，每帧又分为4个工作时隙对，分别对应于发送时隙T与接收时隙R，每个工作时隙或通话信道传送的有效业务信息为160bits，由此提供32Kbps的业务速率的全速率业务信道，其特征在于，所述方法包括：对PHS基站与终端之间的时隙使用规则进行约定，使得在特定的时隙上间隔10ms工作，使原来32Kbps的业务信道分解成两个16Kbps的业务信道。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述终端支持半速率业务，以及，通过修改支持半速率业务的PHS系统广播消息来使终端能够识别所述PHS系统是否支持半速率业务的属性。

3、根据权利要求2的方法，其特征在于，通过扩展PHS系统中原有的系统信息广播消息中保留的字段“链路信道类型LCH type”的定义，由此使终端通过检测系统信息广播消息中的LCH type字段来识别系统是否支持半速率业务。

4、根据权利要求2或3的方法，其特征在于，将“LCH type”设定为“011”，以表示系统既支持半速率也支持全速率。

5、根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括：终端在发起包括主叫、被叫、注册、切换等的任何业务时，建立业务信道TCH的过程，所述过程通过终端在控制信道上发起建链请求消息和基站响应的链路分配消息来完成，其中在所述建链请求消息和所述链路分配消息中将链路通道类型LCH type字段设定为16Kbps。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于，在所述建链请求消息中指明终端所申请的业务信道TCH的类型，和在所述链路分配消息中指定所述终端所分配的TCH的位置。

7、根据权利要求1的方法，其特征在于，还包括支持半速率业务的终端在实现被叫业务时由半速率切换到全速率的过程。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，在基站根据业务类型判断需要建立全速率业务呼叫时，基站通过已经建立的半速率业务信道TCH上发起附加信道指示，让终端在新的全速率信道建立起来之后，再释放原有的半速率信道，并在新的信道上完成后续的呼叫建立过程。

9、根据权利要求7的方法，其特征在于，在核心网下发的设置SETUP消息中增加个人站标识PS-ID信息，其中所述PS-ID信息包含在终端为了响应寻呼消息所发起的建链请求中，通过该信息，可以确定是应该分配半速率还是全速率的业务信道。

10、根据权利要求1的方法，其特征在于，在链路通道建立阶段，就进行半速率物理链路通道的分配。

11、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述PHS系统符合STD-28规范标准。

12、根据权利要求1的方法，其特征在于，所述PHS系统采用自适应多速率AMR编码方式。

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