CN1162379A - 时分多址移动通信系统中的数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在时分多址(TDMA)移动通信系统中进行数据传输的方法。在采用所谓的多隙接入技术的移动通信系统中，根据移动台所要求的数据传输等级，向移动台(MS)分配一个或多个时隙。在本发明中，对数据呼叫要确定用户数据的数据传输速率的最低与最高要求。移动通信网(BBS，MSC)根据网络资源不断变化的分配等级，在最低与最高要求的限制范围内，动态地调整(CMD/附加分配)分配给数据呼叫的信道配置。

Description

时分多址移动通信系统中的数据传输方法
本发明涉及在时分多址(TDMA)移动通信系统中进行数据传输的一种方法，它包括根据使用移动通信的应用情况所要求的数据传输率，向移动台分配一到多个时隙以进行数据传输的步骤。
在时分多址(TDMA)型的移动通信系统中，时分通信采用连续的TDMA帧的形式在无线通路上进行，每个帧都由多个时隙构成。在每个时隙中，以具有有限周期的射频脉冲的形式发送短信息包，每个射频脉冲由一组调制比特构成。时隙主要用来传送控制信道和业务信道。业务信道上传输话音和数据，控制信道上传输一个基站与多个移动用户台之间的信令。泛欧移动通信系统GSM(移动通信全球系统)即是TDMA无线系统的一例。
对于传统TDMA系统中的通信，每个移动台被分配给一个信道时隙以进行数据和话音传输。举个例子，GSM系统在同一载频上与不同的移动台最高可以达到八路并行连接。根据可用的信道带宽和传输中所用的信道编码与纠错，业务信道上的最高传输速率被限制在一个较低的等级。举例而言，GSM系统中的用户速率为9.6kbit/s或12kbit/s。另外对于较低的话音编码速率，GSM系统可以采用一种所谓的半速率(最高为4.8kbit/s)传输信道。当一个移动台只在每两个时隙中的一个固定时隙上进行通信，即采用半速率进行通信，就建立起半速率信道。第二个移动台则在同一帧中每两个时隙中的另一个上面进行通信。从而根据用户数量而得到的系统容量可以加倍，换句话说，在同一载频上可以最多有16个移动台同时进行通信。
近几年来，移动通信网对高速数据服务的需求显著增加。例如，对于使用ISDN(综合业务数字网)电路交换的数字数据服务，数据传输速率最低要求为64kbit/s。共用网PSTN中象G3类别的调制解调器和用户传真终端这样的数据服务，要求14.4kbit/s这样的更高的传输速率。传输速率要求高干9.6kbit/s的移动数据传输的一个发展区域在于移动视频服务。该类服务包括用摄像机进行安全控制和视频数据库等。例如，视频传输的最低数据传输速率可能是16或32kbit/s。
然而，现有移动通信网的数据传输速率并不足以满足这些新的要求。
解决此问题的一种方法是与移动台进行通信时采用多个TDMA时隙。用此方法，移动台通过把数据复用到多个时隙(业务信道)中，便可用更高的数据传输速率来发送和接收数据。该方法叫做多隙接入技术。
当采用多个时隙与一个移动台进行通信时，如果没有足够数量的业务信道可用，就会在呼叫建立阶段或移交中出现问题。移交是指在通话进行中，把移动台从一个信道转移到同一小区或邻近小区的另一信道上的过程。如果移动台在高速数据传输速率上使用，并且移交后的新小区不能提高象原小区那么高的数据传输速率，就会出现问题。如果在呼叫建立、移交中或移交后的性能，即数据传输服务的数据传输速率不能满足要求，就会出现中断连接的结果。然而，此结果并不能被接受。
本发明的目的是在使用多隙接入技术进行数据传输的移动通信网中，缓解由于容量限制而造成的问题。
在时分多址(TDMA)移动通信系统中数据传输时，根据使用移动通信的应用情况所要求的数据传输速率，采用向移动台分配一个或多个时隙进行数据传输的方法来实现该目的。此方法的特征在于根据移动通信网的不断变化的资源分配等级，在所说的数据信道的最低与最高要求的限制范围内，为实现连接而确定出用户数据的数据传输速率的最低与最高要求，并动态地调整分配给移动台进行数据呼叫的信道配置，该配置由一个或多个时隙构成。
在本发明中，对于使用所谓的多隙接入技术的移动通信系统，除了确定用于建立一个数据呼叫的、目前已做规定的参数外，还需通过确定出用户数据传输速率的最低与最高要求，从而根据网络资源动态地调整数据呼叫的数据传输速率。这些要求包括下面的参数：必要业务等级(数据传输速率)和理想业务等级(数据传输速率)。理想业务等级确定出移动台希望能够使用的数据传输速率。同时，理想业务等级也是允许移动台使用的最高数据传输速率。必要业务等级确定出为保证数据传输的连续性，而必须提供的最低数据传输速率。如果不能提供必要的数据传输速率，就会中断呼叫建立或数据呼叫。如果小区不能提供与呼叫连接或移交有关的理想数据传输速率，这些参数允许移动通信网降低其数据传输速率。因此，由于缺少资源而造成呼叫中断或制止的数量将得到减少。
除了传输这些参数外，移动台也可以用很多其它的替代方法，例如通过指示业务等级，来向移动通信网指示出最低与最高要求。之后，移动通信网根据指出的业务等级，选择所用的最低与最高要求。
根据本发明，一旦需要的网络资源得到释放，移动通信网就能够修改数据呼叫的信道配置，从而把数据传输速率增加到理想等级。在本发明的优选实施方式中，为了释放移动通信网的网络资源以便为其它业务-如新的数据呼叫提供服务，移动通信网可以在呼叫过程中，呼叫建立后或移交后，修改分配给数据呼叫的信道配置，提供最少为最低的必要数据传输速率。
为实现该方法，本发明还涉及一种移动通信系统。
下面利用举例，借助于本发明的优选实施方式，并参考附图对发明作以更详细的说明。在附图中，
图1说明可以应用本发明方法的移动电信系统的一部分。
图2，3，4和5说明TDMA的帧结构。
图6，7和8是分别与呼叫建立、移交和根据本发明在呼叫过程中进行数据传输速率调整有关的信令图。
在多数基于移动通信系统的数字TDMA系统中，例如泛欧数字移动通信系统GSM、DCS1800(数字通信系统)、UTMS(通用移动电信系统)、FPLMTS(未来公用地面移动电信系统)等中，都可采用本发明进行高速的数据传输。
图1用举例法描述与GSM同类型的一个移动通信系统。GSM(全球移动通信系统)是指泛欧移动通信系统。图1简要绘出了GSM系统的基本结构，并未对系统的特性和其它状况给予太多注意。GSM建议和“用于移动通信的GSM系统”一书中均对GSM系统作有详细说明，“用于移动通信的GSM系统”一书由M.Mouly和M.Mputet所著，1992年法国Palaiseau出版，书号为ISBN：2-9507190-0-7，此处引入该书与GSM建议作为参考。
移动服务交换中心(MSC)负责交换入话呼叫和出话呼叫。它与公用交换电话网(PSTN)执行的交换操作类似。另外，它还可以执行移动通信所特有的操作，例如和网络的用户寄存器共同进行用户位置的管理。GSM系统至少包括下面两个用户寄存器，归属位置寄存器(HLR)和访问寄存器(VLR)，它们并未在图1中示出。有关用户位置的具体信息，如位置区域信息存储在访问寄存器VLR中，通常每个移动服务交换中心(MSC)中有一个VLR。而HLR中的位置数据则给出移动台MS所在区域的VLR。移动台MS利用基站系统交换到MSC。一个基站系统BSS包括一个基站控制器BSC和多个基站BTS。用一个BSC可以控制多个基站BTS。BSC的任务包括执行一个基站内的移交或是执行由同一BSC控制的两个基站间的移交等。为清晰起见，图1中只画出一个基站系统，其中的基站控制器BSC与九个基站BTS1-BTS9相连接，这些基站的覆盖区域分别对应于无线小区C1-C9。
GSM系统采用时分多址(TDMA)方法，时分业务以连续的TDMA帧形式在无线通路上进行，每个帧都由几个时隙构成。在每个时隙中，采用具有有限周期的射频脉冲的形式发送短信息包，每个射频脉冲由一组调制比特构成。时隙主要用来传送控制信道和业务信道。业务信道上传输话音和数据，控制信道上传输一个基站与多个移动用户台之间的信令。
ETSI/GSM建议05.02中对GSM系统无线接口所用的信道结构作有详细定义。图2-5中用举例法描述了GSM系统的TDMA帧结构。图5中示出的TDMA基本帧包括8个用作业务信道或控制信道的时隙0-7。只有短于时隙周期的RF脉冲才能在各个时隙中传输。一旦一个TDMA基本帧在时隙7结束，下一个基本帧的时隙0就会立刻开始。因此如图4所示，根据所考虑的是业务信道结构还是控制信道结构，分别由26个或51个连续的TDMA帧构成一个多帧。再如图3所示，根据多帧是包括26个帧还是包括51个帧，分别由51个或26个连续的多帧构成一个超帧。再如图2所示，由2048个超帧构成一个特超帧(hyperframe)。
一般使用中，在每个呼叫的开始从一个载频向移动台MS分配一个时隙作为业务信道(单隙接入)。为发射和接收RF脉冲，移动台应与所分配的时隙同步。
在根据本发明数据传输中，当移动台传输用户数据所需要的数据传输速率高于一个业务信道所能提供的范围时，利用所谓的多隙接入技术可向此MS分配一个信道配置或时隙配置，它们包括两个或更多的时隙，这些时隙来自于一个或几个帧中的一个或多个时隙。对本发明而言，多隙接入技术并不是必不可少的。PCT/FI95/00248和PCT/FI95/00249中揭示了与本发明相当适合的一例多隙接入技术。在这些应用中，一个高速信号被复用到几个低速信道(时隙)中，然后在无线通路上进行传输，并在接收机中解复用为一个信号。此处引入这些资料作为参考。
然而正如以上所述，如果没有足够的信道数可用，于关多隙接入技术就会产生问题。它可能在呼叫建立阶段和与移交有关时出现。
根据本发明，在呼叫建立之初由移动台向移动通信网给出用户数据的数据传输速率的最低与最高要求。这些要求是在目前已经规定的、用于建立数据呼叫的参数之外的两个新参数。这里所说的向移动通信网给出要求，是指移动台能够表示出最低与最高要求的所有方法，限制到，比如，所需要的直接传输。例如，移动台可以只给出理想服务等级，此时，对MS将提供至少是该服务等级的最低要求所确定的数据信道性能，至多是该服务等级的最高要求确定的数据信道性能。
下例中用参数“必要服务等级”和“理想服务等级”定义来最低与最高要求，不过，也可用其它方法定义这些要求。理想服务等级确定移动台希望能够使用的数据参数速率，即希望能够得到的由一个或多个业务信道或时隙提供的信道配置。同时，理想数据传输速率也是移动台所允许使用的最高数据传输速率。必要服务等级确定为能够保证数据传输的连续性，所必须提供的最低数据传输速率。借助于这些参数，移动通信网可以根据网络资源，在理想数据传输速率和必要数据传输速率的限制范围内，向数据呼叫分配一个数据传输速率。如果甚至连最低的数据传输速率也不能提供，就会中断数据呼叫或呼叫建立。在某些情况下，移动台对最低服务等级和最低数据传输速率所设置的具体参数也有可能是可以任选的，即MS并不给出任何具体速率，而是由移动通信网来自由选择最低性能。
按照本发明，在必要数据传输速率和理想数据传输速率的限制范围内，将根据移动通信网的资源动态地调整分配给移动台进行数据呼叫的数据传输速率。有关呼叫建立或移交的情况，如果该特定时刻网络资源不足以提供理想信道配置，即不能提供理想数据传输速率，移动通信网将向数据呼叫分配一个较小的时隙配置，即少于数据传输速率的最高要求的时隙。不过在此之后它们需要的网络资源可能会得到释放并可以利用，这时数据传输速率有可能移到一个较高值。
因此，当同一小区内需要的资源后来被释放并可利用时，本发明中的移动通信网可以对信道配置进行修改，从而把数据呼叫的数据传输速率提高到理想服务等级。在本发明的优选实施方式中，为实现释放移动通信网中的资源以服务其它业务的目的，移动通信网可以在呼叫过程中，甚至在呼叫建立后或移交后，减少分配给数据呼叫的信道配置，不过最低只能降到相应于用户数据传输速率的最低要求的信道配置。
下面采用举例法，在有关一个基站系统BBS内(图7)的移交和呼叫(图8)过程中进行数据传输速率的调整的方面，对本发明作以更详细的说明。至于其它常用的移交情况，即基站系统BSS间的移交和移动业务交换中心MSC之间的移交，则并未给予太多关注。
关于呼叫建立，图6绘出了公开本发明所必不可少的信令。必须注意到，除了上面描述的信令消息外，还要传输其它有关呼叫建立的消息，不过为清晰起见并未在这里示出。举例而言，对于GSM系统，在GSM有关呼叫建立的规定中对该信令作了精确定义。
图6中，当MS向MSC发送一个呼叫建立消息“建立”之后，首先产生常规的呼叫建立信令。按照本发明，“建立”消息中除了包括建立一个数据连接通常所需要的参数外，还包括最高理想数据传输速率DRMAX和最低必要数据传输速率DRMIN这两个新参数。在GSM系统的“建立”消息中，这些参数可以包含在承载能力信息单元BCIE中。GSM建议04.08，4.7.0版的435-443页对BCIE作了说明。MSC向提供服务的BSC发送一个分配请求消息(“分配请求”)，此消息被修改为其中包括参数DRMAX和DRMIN。BSC在检测到它具有足够的容量为数据呼叫提供服务，便根据当前容量，在参数DRMAX和DRMIN的限制范围内，向数据呼叫分配相应于数据传输速率的一些时隙。然后，BSC向为MS提供服务的BTS一个分配命令消息(“分配命令”)，它包括有关分配给数据呼叫的时隙和有关被分配的数据传输速率的信息。BTS再向MS发送分配命令消息(“分配命令”)，它也包括有关分配给数据呼叫的时隙和有关被分配的数据传输速率的信息。MS开始准备以被分配的数据传输速率、在被分配的时隙上进行数据传输，并向BTS发送一个分配确认消息(“分配结束”)。BTS再向BSC发送一个确认消息(“分配结束”)。而BSC又向MSC发送一个确认消息(“分配结束”)，它包括有关BSC分配给数据呼叫的数据传输速率的信息。之后，为开始进行传输将产生常规的呼叫建立信令。
如果由于缺少网络资源，基站控制器不能向数据呼叫提供相应于最低必要数据传输速率DRMIN的时隙配置，BSC将以分配失败消息的形式向MSC发一个通知。然后由MSC中断呼叫建立。确定出分配给数据呼叫的数据传输速率的网络资源，至少包括业务信道，即该特定时刻BTS能够用来为MS提供服务的时隙。
图7中仅绘出了公开本发明所必不可少的信令。然而必须注意到，除了上面描述的信令消息外，对于移交情况还要发送其它的消息，尽管为清晰起见并未在这里示出。举例而言，对于GSM系统，在GSM有关呼叫建立的规定中对该信令作了精确定义。
对于图7中所示的BSS间的移交，MS有规律地向正在服务的BSS的BSC通告邻近小区下行信号的测量结果(“测量报告”)。BSC利用这些参数在无线通路要求的基础上，作出进行移交的决定，或者实现分配容量这样的其它目的。作出移交决定后，BSC至少会根据移交目标小区的时隙资源，向数据呼叫分配一个信道配置，该配置提供的数据传输速率不小于最低必要数据传输速率DRMIN，并且不超过最高理想数据传输速率DRMAX。新小区提供的数据传输速率(时隙配置)不必与原小区提供的一致。换句话说，新小区可以根据可用资源在参数DRMAX和DRMIN的限制范围内，增加或减少数据传输速率。BSC或BTS将对每个位于其范围内且正在进行高速数据呼叫的MS，存储它们的DRMAX和DRMIN参数。如果连最低必要数据传输速率也不能提供，呼叫或移交的试图将被中断，按照其它要求为次佳的、并能提供足够的数据传输速率的邻近小区，将被选作移交的新目标小区。BSC向MS发送一个移交命令消息(“移交命令”)，它包括有关所分配的数据传输速率的消息和对所分配的时隙的说明。从而MS能够用新小区中分配的信道配置开始进行通信，并向BSS发送一个确认消息(“移交结束”)。而BBS又向MSC发送一个移交执行消息。
图8描述了根据本发明在呼叫过程中对数据传输速率的调整过程。对于一个MS的数据呼叫，其当前信道配置(时隙数目)和相应的数据传输速率低于理想信道配置和相应的最高理想数据传输速率DRMAX，BSS检测到在BSS中存在闲置的可用时隙资源时，利用BTS间的移交或一个新的信道配置，BSS将命令MS使用一个更高的数据传输速率和多个时隙。换句话说，BSS在同一小区中为数据呼叫分配一个新的信道配置，并向MS发送一个移交命令消息(“移交命令”)，或一个附加信道配置消息(“附加分配”)，它们包括有关所分配的数据传输速率的信息和对所分配时隙的说明。从而MS能够用同一小区中新分配的信道配置开始进行通信，并向BSS发送一个确认移交完成消息(或“分配结束”)。而BBS又向MSC发送一个移交执行消息。
相应地，当BSS检测到小区中的其它业务需要时隙时，有可能减少信道配置(时隙数目)，从而降低数据呼叫的数据传输速率，不过最低只能降到每个数据呼叫的用户数据传输速率的最低要求。BSS会向数据呼叫分配一个新的信道配置，并如上所述向MS通告该信道配置，关于该点可参见图8。移动通信网可能会调整分配给数据呼叫的信道配置，以便既能够为尽可能多的连接请求提供服务，同时又保持分配给每个数据呼叫的信道配置在所说的最低与最高要求的限制范围内尽可能的高。
本文涉及的图形与说明仅用于说明本发明的目的。本发明方法在所附权利要求书的范围内，可在细节上有所变动。

Claims (8)

1.一种在时分多址移动通信系统中的数据传输方法，包括根据使用移动台的应用过程所要求的数据传输速率，向移动台分配一个或多个时隙进行数据传输的步骤，其特征在于
确定用户数据传输速率所需的数据呼叫最低与最高要求，
根据移动通信网络的不断变化的网络资源的分配等级，在所说的数据信道的最低与最高要求限制范围内，动态地调整分配给移动台进行数据呼叫的信道配置，该配置由一个或多个时隙构成。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于通过调整分配给数据呼叫的信道配置，以便在保持分配给每个数据呼叫的信道配置在所说的最低与最高要求的限制范围内尽可能高的同时，移动通信网能够为尽可能多的要求连接请求进行服务。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在呼叫建立和移交之后，当提供服务的移动通信网中存在可用的网络资源时，将分配给数据呼叫的信道配置增加到等于或低于最高要求的等级。
4.根据权利要求1或2的方法，其特征在于在呼叫建立和移交之后，为了释放移动通信网中的资源以便为其它的业务提供服务，将分配给数据呼叫的信道配置降低到等于或高于所说的最低要求的等级。
5.根据权利要求1-4中的任一项的方法，其特征在于所说的移动通信网的资源包括提供服务小区的时隙资源、移交目标小区的时隙资源或其两者的时隙资源，根据这些资源调整分配给数据呼叫的信道配置。
6.根据权利要求1-5的任一项的方法，其特征在于在数据呼叫过程中，调整所分配的信道配置的步骤包括如下步骤：
检测到在小区中存在可用的时隙资源，
在所述小区内检测至少存在一个数据呼叫，分配给其的信道配置尚未符合其数据传输速率的最高要求，
向所说的至少一个数据呼叫分配一个更高的信道配置，
从基站系统向移动台发送一个移交命令消息或附加信道配置消息，该附加信道配置消息包括有关所说小区中的分配信道配置的信息。
7.根据权利要求1-5的任一项的方法，其特征在于在数据呼叫过程中调整所分配的信道配置的步骤包括如下步骤：
检测小区中缺少可用的时隙，
在所述小区中检测至少有一个数据呼叫，被分配给其的信道配置高于数据传输速率的最低要求，
向所说的至少一个数据呼叫分配一个更低的信道配置，
从基站系统向移动台发送一个移交命令消息或附加信道配置消息，该附加信道配置消息包括有关所说小区中的分配信道配置的信息。
8.一种移动通信系统，用来实现权利要求1-7中的任一项所要求的方法。
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