專利名稱：用于數(shù)據(jù)通信的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中心站和多個(gè)用戶臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信方法，更具體但不排它地說，涉及蜂窩無線通信系統(tǒng)以及用于控制這些用戶臺(tái)接入公用傳輸信道的裝置。
EP0903883 A2公開了一種用于移動(dòng)電信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通信方法，其中，為中心站和特定用戶臺(tái)之間的每條傳輸連接，從由中心站和特定用戶臺(tái)控制的多種方法中選擇一種方法對(duì)將要傳輸?shù)膬艉蛇M(jìn)行編碼和/或調(diào)制的方法。
這種已知方法允許動(dòng)態(tài)改變調(diào)制和編碼方法以適應(yīng)變化的信道條件，即，如果發(fā)現(xiàn)信道上的傳輸條件不可接受，就有可能分別切換到更加穩(wěn)健的調(diào)制或編碼方法，以便維持該傳輸連接。這樣，在一定程度上可以抑制因信道衰落而引起的干擾。這種方法因此要求，對(duì)給定傳輸連接，存在一組合適的調(diào)制和編碼組合，這些調(diào)制和編碼組合分別在穩(wěn)健性或帶寬需求方面有所不同，而且可以根據(jù)信道質(zhì)量在穩(wěn)健性和帶寬需求之間作出選擇。這種選擇實(shí)際上就是從該組中那些從信道質(zhì)量上考慮視為可用的組合中選出具有最小帶寬需求的一種組合。也就是說，從所有可用組合中，選擇最不穩(wěn)健的組合。此外，傳輸容量在系統(tǒng)未滿負(fù)載工作時(shí)保持不用。
本發(fā)明的目的是提供在傳輸信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法和控制不同傳輸連接接入所述傳輸信道的裝置，所述方法和裝置允許在優(yōu)化傳輸質(zhì)量的同時(shí)更充分地利用所述傳輸信道的傳輸容量。本發(fā)明的方法和裝置的附加優(yōu)點(diǎn)在于，它們適用于需要不同傳輸帶寬和/或服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的傳輸連接。
所述目的是這樣取得的根據(jù)傳輸信道負(fù)載，選擇中心站和特定用戶臺(tái)之間傳輸連接所用的編碼和/或調(diào)制方法。因此，當(dāng)信道上的負(fù)載輕時(shí)，有可能分別采用相當(dāng)穩(wěn)健的調(diào)制和編碼方法。這種措施導(dǎo)致誤碼率降低，或者允許減少發(fā)射功率，從而減少了對(duì)相鄰小區(qū)的干擾。當(dāng)信道負(fù)載增加時(shí)，所述方法在所需服務(wù)質(zhì)量范圍內(nèi)改為分別采用不太穩(wěn)健的編碼和調(diào)制方法，以便容納盡可能多的用戶臺(tái)。
在一種方法中，傳輸緩沖器的填充水平用于確定傳輸信道的負(fù)載。傳輸緩沖器的填充水平本質(zhì)上就像是對(duì)將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的產(chǎn)生率和傳輸信道速率之差的時(shí)間積分，因此是對(duì)最終信道過載非常敏感的指示器。具體地說，填充水平適用于控制上行或下行傳輸信道的負(fù)載。
或者和/或另外，與中心站同時(shí)進(jìn)行通信的用戶臺(tái)數(shù)量也可用于確定傳輸信道的負(fù)載。這種判據(jù)在如下情況中尤其適用當(dāng)用戶臺(tái)的傳輸容量需求相似時(shí)，或者如果中心站控制的用戶臺(tái)數(shù)量如此之大，以致各用戶臺(tái)之間的帶寬需求差異變得微不足道時(shí)。
下行傳輸信道(即用戶臺(tái)和中心站之間的傳輸信道)的負(fù)載可方便地根據(jù)中心站已接收到但尚未得到滿足的傳輸容量請(qǐng)求的計(jì)數(shù)水平來加以確定。
如果其中采用了本發(fā)明方法的無線通信系統(tǒng)支持具有不同帶寬和/或服務(wù)質(zhì)量的用戶臺(tái)傳輸連接，則在選擇編碼和/或調(diào)制方法時(shí)有利地將這些因素納入考慮。
在選擇編碼和/或調(diào)制方法時(shí)，將輸信道質(zhì)量納入考慮傳也是特別有利的。如果未考慮信道質(zhì)量，則必須選擇用于傳輸連接的調(diào)制和/或編碼方法，使得即使在很差的條件下(例如，當(dāng)用戶臺(tái)位于小區(qū)邊緣時(shí))，該方法也滿足傳輸條件。相反，如果已考慮了信道質(zhì)量，則可將不太穩(wěn)健而且需要較少帶寬的編碼和/或調(diào)制方法用于具有好的傳輸條件的用戶臺(tái)。這樣，可以節(jié)省傳輸容量并將其用于其它目的，例如用于為更多的用戶臺(tái)提供服務(wù)或者將更穩(wěn)健的傳輸連接用于具有很差接收條件的用戶臺(tái)。
因?yàn)橛脩襞_(tái)的傳輸條件是可變的，所以，在傳輸連接持續(xù)期間，為了使其適應(yīng)傳輸信道當(dāng)前的傳輸條件和負(fù)載，周期性地重新選擇供中心臺(tái)和用戶臺(tái)之間傳輸連接所用的編碼和/或調(diào)制方法，這是有利的。
對(duì)于在下行和上行方向上具有不對(duì)稱數(shù)據(jù)率的業(yè)務(wù)，尤其是對(duì)多媒體業(yè)務(wù)，有利的是為下行傳鏈路和上行鏈路分別選擇編碼和/或調(diào)制方法。
傳輸信道最好采用時(shí)分復(fù)用方案。
如果根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，以統(tǒng)一的方式為所有與基站通信的用戶臺(tái)選擇編碼和/或調(diào)制方法，則編碼和/或調(diào)制方法的管理以及可用傳輸時(shí)間內(nèi)待傳輸數(shù)據(jù)的分配就特別簡單。這樣，就有可能考慮同樣影響所有用戶臺(tái)的傳輸信道的傳輸質(zhì)量的變化。例如，如果基站所服務(wù)的小區(qū)或小區(qū)的扇區(qū)中的傳輸質(zhì)量因天氣條件變化(尤其是降雨)而變化，則每當(dāng)傳輸條件不利時(shí)通過選擇更加穩(wěn)健的編碼和/或調(diào)制方法，就可以解決這種問題。這種不利傳輸條件的檢測可以根據(jù)本發(fā)明，通過檢測在不利條件下增加的傳輸信道的負(fù)載來自動(dòng)執(zhí)行。對(duì)此的解釋可能是由于傳輸錯(cuò)誤更頻繁，則必須重傳數(shù)據(jù)以便維持恒定的凈荷數(shù)據(jù)率。當(dāng)然，不利傳輸條件也可以通過其它方法來檢測，例如，可通過監(jiān)測比特誤碼率或通過直接測量基站環(huán)境中的天氣狀況來檢測。
如果為每條傳輸連接單獨(dú)選擇編碼/或調(diào)制方法，則可以更靈活地將各個(gè)用戶臺(tái)或傳輸連接的、與服務(wù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)率等有關(guān)的要求納入考慮。
總之，將傳輸信道劃分成多個(gè)時(shí)隙是切實(shí)可行的，一個(gè)時(shí)隙所能容納的數(shù)據(jù)分組數(shù)量是可變的，要依所選的用于對(duì)這些數(shù)據(jù)分組進(jìn)行編碼和/或調(diào)制的方法而定。
在這樣一個(gè)時(shí)隙中，可以傳輸定址到各用戶臺(tái)的分組。這在為所有用戶臺(tái)選擇相同方法的條件下尤其有用，因?yàn)橛脩襞_(tái)僅需知道這樣一種方法，該方法能夠確定定址到該用戶臺(tái)的數(shù)據(jù)分組從時(shí)隙中何處開始。
如果為每條傳輸連接單獨(dú)選擇編碼和/或調(diào)制方法，則用戶臺(tái)必須知道在該時(shí)隙中接收數(shù)據(jù)的其它用戶臺(tái)所用的所有方法，以便能夠確定定址到該用戶臺(tái)的數(shù)據(jù)分組的開始。在這種情況下，最好在每個(gè)時(shí)隙中僅傳輸定址到相同用戶臺(tái)的數(shù)據(jù)分組。
有關(guān)各單獨(dú)選擇的方法的控制信息最好連同按照該方法進(jìn)行了編碼/調(diào)制的數(shù)據(jù)分組在一個(gè)時(shí)隙中傳輸給各用戶臺(tái)。
對(duì)控制消息的編碼和/或調(diào)制應(yīng)該獨(dú)立于對(duì)數(shù)據(jù)分組的編碼和/或調(diào)制，根據(jù)預(yù)定義的不變的方法來加以執(zhí)行。最終對(duì)使用相同時(shí)隙的傳輸連接數(shù)據(jù)的交織要分別針對(duì)每條傳輸連接來進(jìn)行。這樣，每個(gè)用戶臺(tái)只須對(duì)實(shí)際上要傳送給它的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，這就有可能立刻修改傳輸連接到時(shí)隙的分配，而無需考慮其它傳輸連接的交織情況。
在下行傳輸中，即從用戶臺(tái)到中心站的傳輸中，最好由中心站預(yù)先定義一個(gè)時(shí)隙中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組數(shù)。傳輸這種預(yù)定義數(shù)量的數(shù)據(jù)分組所需的時(shí)間以及相應(yīng)的時(shí)隙長度，隨所選的編碼和/或調(diào)制方法變化而變化。與具有預(yù)定長度的時(shí)隙的用法相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于如果用戶臺(tái)連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)分組，則保護(hù)間隔的數(shù)量可以減少，保護(hù)間隔通常插在兩個(gè)時(shí)隙邊界處，用于防止在中心站上重疊接收。這樣，就可以提高傳輸效率。
另一種積極效果是，對(duì)多個(gè)連續(xù)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組而言，前置碼只需發(fā)送一次(前置碼在常規(guī)情況下隨同數(shù)據(jù)分組一起發(fā)送，它包含接收端對(duì)數(shù)據(jù)分組進(jìn)行解調(diào)所用的同步信息)，同樣，結(jié)果導(dǎo)致下行傳輸容量的利用更有效率。
為了將傳輸時(shí)間分配給各用戶臺(tái)，最好將傳輸信道劃分成若干信號(hào)周期，并且中心站發(fā)送各信號(hào)周期的控制數(shù)據(jù)分組，用于指示各信號(hào)周期中每個(gè)時(shí)隙內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組數(shù)?？刂葡⑦€可進(jìn)一步標(biāo)識(shí)分配了時(shí)隙的用戶臺(tái)以及由該用戶臺(tái)使用的編碼和/或調(diào)制方法。
在包含前置碼以及前置碼之后的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)分組的時(shí)隙內(nèi)，最好對(duì)前置碼傳輸采用比對(duì)數(shù)據(jù)分組傳輸更加穩(wěn)健的編碼和/或調(diào)制方法。
為了對(duì)本發(fā)明有更好的理解，現(xiàn)以例示方式參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1是適用本發(fā)明的電信系統(tǒng)的示意圖；圖2是通過上行傳輸信道和下行傳輸信道進(jìn)行通信的中心站和用戶臺(tái)的框圖；圖3是圖2中中心站至用戶臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸所用的上行幀以及該上行幀單個(gè)時(shí)隙的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是圖2中用戶臺(tái)至中心站的數(shù)據(jù)傳輸所用的下行幀以及該下行幀單個(gè)時(shí)隙的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的中心站的框圖；以及圖6說明由如圖5所示中心站發(fā)送的上行信號(hào)時(shí)隙的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，它顯示了適用本發(fā)明的移動(dòng)無線通信系統(tǒng)的簡化示意圖。該系統(tǒng)包括多個(gè)作為中心站的基站BS1、BS2、BS3，其中每個(gè)基站適于與多個(gè)用戶臺(tái)M通信，這些用戶臺(tái)M存在于分別分配給BS1、BS2或BS3的地理小區(qū)Z1、Z2、Z3中，但圖中只顯示了一個(gè)那樣的M。用戶臺(tái)M和基站BS1、BS2、BS3各自都支持多種電信業(yè)務(wù)，如語音傳輸、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、視頻點(diǎn)播等。所有這些業(yè)務(wù)對(duì)該無線通信系統(tǒng)均有不同的服務(wù)質(zhì)量要求，例如允許的數(shù)據(jù)傳輸延遲和這些延遲的分散、傳輸差錯(cuò)容忍度、下行和上行數(shù)據(jù)率等。
為了能夠按照所要求的質(zhì)量傳輸盡可能多這樣的業(yè)務(wù)，基站和用戶臺(tái)各自均支持多種待傳輸數(shù)據(jù)所用的不同的編碼和/或調(diào)制方法，例如具有各種存儲(chǔ)深度和各種碼率的卷積碼編碼方法；具有可變塊尺寸的塊碼(具體說是里德-所羅門-編碼(Reed-Solomon-Coding))；以及多種調(diào)制方法，如n-PSK(相移鍵控)、n-ASK(幅移鍵控)或n-QAM(正交幅度調(diào)制)，其中n＝2，4、8、16等。
圖2顯示基站BS以及通過上行信道1和下行信道2與基站BS通信的用戶臺(tái)M的框圖。信道1、2以載波頻率為其特征，用于基站BS與多個(gè)用戶臺(tái)M的TDMA(時(shí)分多址)上行和下行通信。
基站BS連接到數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)(亦稱為核心網(wǎng)，圖2中未示出)，以便與無線通信系統(tǒng)的其它基站或其它通信網(wǎng)交換數(shù)據(jù)分組。
在如下示例中，假定數(shù)據(jù)分組是ATM(異步傳輸模式)信元；盡管本發(fā)明也適用于IP(因特網(wǎng)協(xié)議)分組或其它類型的數(shù)據(jù)分組。
基站BS通過輸入緩沖器3接收來自數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)(核心網(wǎng))的ATM信元。每個(gè)ATM信元包括一個(gè)指明由基站BS所保持的該信元所屬的至用戶臺(tái)M的連接的首部以及要傳送給所述用戶臺(tái)M的凈荷。輸入緩沖器3具有MAC(媒體接入控制)單元4和與之相連的編碼器5。MAC單元4的用途是根據(jù)接收到的ATM信元首部中所包含的信息將上行和下行傳輸容量分配給各個(gè)維持至基站BS的連接的用戶臺(tái)M，以及控制由編碼器5采用適合相關(guān)連接及其質(zhì)量要求的編碼方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的編碼。
編碼器5由多個(gè)串聯(lián)的級(jí)構(gòu)成，第一級(jí)是塊編碼器6(最好是里德-所羅門編碼器)，第二級(jí)是可選的交織單元7，最后一級(jí)是卷積編碼器8。
多路復(fù)用器9用于周期性地將導(dǎo)引序列插入由編碼器5提供的數(shù)據(jù)流，它連接到編碼器5的輸出端。調(diào)制器11連接到多路復(fù)用器9的輸出端，以便采用MAC單元4預(yù)定義的調(diào)制方法對(duì)編碼器5所提供的數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)制。這樣得到的符號(hào)序列經(jīng)過滾降因子為0.3的奈奎斯特濾波(Nyquist-filtered)處理，輸出到上行信道1中。
上行信道1上傳輸?shù)臒o線電信號(hào)由一系列幀組成，這種幀具有恒定的持續(xù)時(shí)間Tf，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。每個(gè)幀包括從導(dǎo)引序列10產(chǎn)生的同步符號(hào)序列“Sync”，其后是多個(gè)長度固定的時(shí)隙“時(shí)隙1”、“時(shí)隙2”、...、“時(shí)隙N”。時(shí)隙可包括用戶臺(tái)M的信令信息或凈荷。
以“時(shí)隙1”為例，在圖3中示出信令時(shí)隙的結(jié)構(gòu)。該信令時(shí)隙包括首部H和信令信息S。首部H包含特征符號(hào)序列以及關(guān)于將后續(xù)信令信息傳送給哪一個(gè)用戶臺(tái)，即將信令信息定址到特定用戶臺(tái)還是所有用戶臺(tái)的指示。
后續(xù)信令信息S的含義的指示可以包括在首部H中。每個(gè)上行幀包括這樣的信令時(shí)隙，即在其中向所有用戶臺(tái)傳送所謂“周期控制PDU(協(xié)議數(shù)據(jù)單元)”的信令時(shí)隙。周期控制PDU的信令信息將MAC單元4是否已準(zhǔn)許用戶臺(tái)發(fā)送以及如果準(zhǔn)許發(fā)送在哪一個(gè)時(shí)隙發(fā)送的信息通知給用戶臺(tái)。
諸如“時(shí)隙2”之類的數(shù)據(jù)時(shí)隙由p個(gè)子單元組成，每個(gè)子單元由調(diào)制解調(diào)信令部分MS1、...、MSp和信元部分C1至Cp組成。每個(gè)調(diào)制解調(diào)信令部分與信令時(shí)隙首部的差別在于不包括上述特征符號(hào)序列，從而用戶臺(tái)可以區(qū)分信令時(shí)隙和數(shù)據(jù)時(shí)隙。每個(gè)調(diào)制解調(diào)信令部分MS1、...、MSp包括后續(xù)信元部分C1、...、Cp所要傳送到的哪一個(gè)用戶臺(tái)M的標(biāo)識(shí)，以及最好還包括要傳送給該用戶臺(tái)M的其它控制信息，如用于下行鏈路的發(fā)射功率指示和/或頻率指示。信元部分C1、...、Cp包括由ATM信元在基站中通過編碼和調(diào)制得到的符號(hào)。
在圖3中，所示的信令部分MS1、...、MSp和信元部分C1、...、Cp在時(shí)間上交替。當(dāng)然，也可能將信令部分集中到時(shí)隙開始處的首部中，在首部之后只傳送信元部分。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，基站BS所用的編碼和/或調(diào)制方法對(duì)連接到上行信道1的所有用戶臺(tái)都是相同的。因此不必在調(diào)制解調(diào)信令部分MS1、...、MSp中傳送所用編碼和/或調(diào)制方法的指示；此信息可以在定址到所有用戶臺(tái)的信道信令時(shí)隙中傳輸。
為傳輸一個(gè)ATM信元而必須通過無線電發(fā)送給用戶臺(tái)的信道符號(hào)數(shù)取決于無線電傳輸所用的調(diào)制和/或編碼方法。如果假定在塊編碼器6中用16比特開銷來成對(duì)地對(duì)ATM信元編碼，則所要傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)從2×53＝106增加到122。后續(xù)由碼率為r＜1的卷積編碼器8所進(jìn)行的卷積編碼又使數(shù)據(jù)量增加到原來的1/r倍。最終在上行信道1上傳輸?shù)姆?hào)數(shù)量取決于所用星座的狀態(tài)數(shù)，換言之，即所用星座的編碼比特?cái)?shù)。如果假定對(duì)122個(gè)里德-所羅門編碼字節(jié)應(yīng)用碼率為r＝1/2的卷積編碼，則得到244個(gè)字節(jié)。如果采用具有四個(gè)狀態(tài)的星座如QPSK，則需要傳輸122個(gè)符號(hào)。如果代之以采用碼率為r＝2/3的卷積編碼并采用具有8個(gè)狀態(tài)的調(diào)制，則所需符號(hào)數(shù)減少到61。可以看出，根據(jù)所選的編碼和/或調(diào)制方法，有可能確定一個(gè)上行時(shí)隙中可以傳輸?shù)男旁獋€(gè)數(shù)p。
一個(gè)時(shí)隙中傳輸?shù)男旁梢詡魉徒o一個(gè)用戶臺(tái)或者多個(gè)不同的用戶臺(tái)。由于一個(gè)時(shí)隙中的信元是一起進(jìn)行編碼的，故必須對(duì)所有信元采用相同的調(diào)制，以確保可以在有效時(shí)間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的簡單實(shí)施例，對(duì)一幀的所有時(shí)隙采用相同的編碼和調(diào)制方法。
一幀中可以傳輸?shù)腁TM信元數(shù)與所選編碼和調(diào)制方法組合的頻譜效率成比例。換言之，它與所選編碼和調(diào)制方法組合的穩(wěn)健性成反比。在兩個(gè)時(shí)隙或兩個(gè)幀之間的邊界處，總是有可能從一種給定編碼和調(diào)制方法組合變?yōu)榱硪环N不太穩(wěn)健的編碼和調(diào)制方法組合。這增加了一個(gè)時(shí)隙可以容納的信元數(shù)，即獲得了可為更大數(shù)量的用戶臺(tái)服務(wù)的額外的傳輸容量。
如果未充分利用無線通信系統(tǒng)的傳輸容量，有可能切換到一種更加穩(wěn)健的通信方式，條件是因這種切換而減少的每時(shí)隙可傳輸信元數(shù)仍然足以滿足現(xiàn)有連接的傳輸需求。切換到更加穩(wěn)健的組合一般導(dǎo)致誤碼率降低，從而必然較少重傳次數(shù)。此外，這種切換使得能夠減少發(fā)射功率并因此減少了干擾相鄰小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。
如果傳輸條件變差，要求切換為更加穩(wěn)健的組合，那么如果現(xiàn)有連接數(shù)很大，以致采用這種更加穩(wěn)健的組合時(shí)傳輸信道容量不足以容納所有這些連接，則可能出現(xiàn)問題。在這種情況下，首先必須通過減少連接數(shù)來滿足切換條件。最壞情況下，可以讓無線通信系統(tǒng)破壞至用戶臺(tái)M的現(xiàn)有連接來達(dá)此目的。在這種情形下，與其讓所有連接遭受嚴(yán)重的質(zhì)量下降以致最終可能使連接中斷，不如中斷有限數(shù)量的連接。最好采用如下方法來減少連接數(shù)即不重新分配用戶臺(tái)結(jié)束至其它試圖建立連接的用戶臺(tái)的連接而得以釋放的傳輸容量，一直到已獲得允許進(jìn)行切換的足夠多的空閑容量為止。
切換到某種編碼和調(diào)制方法組合的需要可能出自幾種原因。切換到不太穩(wěn)健但頻譜效率較高的組合的一種原因可能是因?yàn)橐苿?dòng)無線通信系統(tǒng)即將過載。
存在幾種檢測這種過載的方法。第一種方法包括為MAC單元4配備計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器維持對(duì)同時(shí)保持的連接數(shù)量的進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)該計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值超過一個(gè)給定極限值時(shí)，MAC單元4可用于選擇更加穩(wěn)健的組合。這種簡單配置在如下情形中尤其適合當(dāng)移動(dòng)無線通信系統(tǒng)的用戶臺(tái)對(duì)傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量具有基本相似的要求時(shí)，或者如果一條傳輸信道可以同時(shí)服務(wù)的用戶臺(tái)的數(shù)量如此之大，以致這些用戶臺(tái)所維持的連接的質(zhì)量要求和數(shù)據(jù)率的隨機(jī)差異變得可以忽略時(shí)。
檢測過載的第二種方法是對(duì)輸入緩沖器3的填充水平進(jìn)行監(jiān)測。如果假定以從核心網(wǎng)接收信元的相同順序，從輸入緩沖器3讀取信元并將其輸出到編碼器5，則輸入緩沖器3的填充水平可以容易地從讀指針和寫指針之差獲得，其中，讀指針指向?qū)妮斎刖彌_器3中讀取的下一個(gè)信元的地址，而寫指針指向從交換網(wǎng)到達(dá)的下一個(gè)信元將要寫入的地址。如果此差超過一定極限，則表示來自交換網(wǎng)的信元到達(dá)率逼近信道1的傳輸容量或者甚至超過該容量。如果在這種情形下采用不太穩(wěn)健的編碼和調(diào)制方法組合，就有可能消除輸入緩沖器3中的數(shù)據(jù)擁塞。如果這使輸入緩沖器3的填充水平下降到第二個(gè)更低的極限，則MAC單元4回復(fù)原來的更加穩(wěn)健的組合。
檢測過載的第三種方法是由MAC單元4根據(jù)用戶臺(tái)M反饋的有關(guān)上行信道1的質(zhì)量的信息來選擇編碼和調(diào)制方法。這種信息可以由例如MAC單元4根據(jù)用戶臺(tái)請(qǐng)求重傳未正確接收的信元的請(qǐng)求頻度來導(dǎo)出。這里也提供如下處理如果這種重傳頻度超過第一極限，則MAC單元4就切換到更加穩(wěn)健的組合，而如果重傳頻度下降到第二較低門限，則有可能切換回到不太穩(wěn)健的組合。
第四種方法是根據(jù)外部提供給MAC單元4的信號(hào)來選擇組合(編碼/調(diào)制)。這種信號(hào)可以是例如由分布在基站BS所服務(wù)的小區(qū)范圍中的降雨傳感器(未在圖2中示出)來提供的信號(hào)。因?yàn)榻涤暌话銓?dǎo)致傳輸條件變差，故根據(jù)這種可供選擇的方法，如果降雨傳感器指示在小區(qū)范圍內(nèi)有降雨，則切換到更加穩(wěn)健的組合，而如果沒有降雨存在，則切換到不太穩(wěn)健的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，分別為圖3所示上行幀的每個(gè)時(shí)隙“時(shí)隙1”至“時(shí)隙N”確定編碼和調(diào)制方法組合。這一實(shí)施例尤其適合如下情形如果無線通信系統(tǒng)要能夠傳輸具有有關(guān)傳輸延遲、數(shù)據(jù)率、比特誤碼率等不同要求的各種類型的連接時(shí)。此實(shí)施例能夠?qū)π诺镭?fù)載或傳輸條件的變化作出更加靈活的反應(yīng)。此實(shí)施例的上行幀結(jié)構(gòu)基本上與參照?qǐng)D3所述的相同；本質(zhì)差別在于，調(diào)制解調(diào)部分MS1、...、MSp和信元部分C1、Cp的數(shù)量p可以隨時(shí)隙不同而不同，這是因?yàn)闀r(shí)隙所能容納的信元數(shù)隨該時(shí)隙所用的編碼和調(diào)制方法變化。
如果在此實(shí)施例中，負(fù)載超過臨界門限，則不必將所有現(xiàn)有傳輸連接切換到一種更加穩(wěn)健的組合；對(duì)其中有限數(shù)量的連接進(jìn)行切換就足夠了。如果發(fā)現(xiàn)某條連接需要更加穩(wěn)健的組合，則可以簡單地將該連接指配到另一個(gè)時(shí)隙，該時(shí)隙中有可用的空閑容量，并且該時(shí)隙采用這種更加穩(wěn)健的編碼方法。原來供該連接使用的時(shí)隙中的傳輸容量因此得到釋放。此傳輸容量可以指配給另一條連接。如果需要，此空閑容量還可用于使該原始時(shí)隙中剩下的所有連接切換到更加穩(wěn)健的組合。
再次參照?qǐng)D2，用戶臺(tái)M包括分別用于上行信道1接收和下行信道2發(fā)送的接收部分和發(fā)送部分。接收部分包括解調(diào)器31；控制部件32，它除有其它功能以外，用于確定解調(diào)器31所用的解調(diào)方法，解調(diào)方法與調(diào)制器11的調(diào)制方法正好互逆；用于從解調(diào)數(shù)據(jù)流中提取同步序列的去復(fù)用器33；解碼器35，它采用由控制單元32確定的解碼方法來對(duì)數(shù)據(jù)流的凈荷解碼，這種解碼方法是編碼器5的編碼方法的逆；根據(jù)接收自去復(fù)用器33的同步序列來對(duì)解調(diào)器31和解碼器35的操作進(jìn)行控制的同步單元34；以及輸出緩沖器39。解碼器35包括卷積解碼器36、可選的去交織單元37以及塊解碼器38?？刂茊卧?2連接到塊解碼器38以便從它接收有關(guān)數(shù)據(jù)塊內(nèi)不可糾正的錯(cuò)誤的消息。此外，控制單元32連接到輸出緩沖器39，以便從中接收包括源自基站BS的信令信息的信元，該信令信息包括如下指示接收部分所用解碼和/或解調(diào)方法的指示、MAC單元4在未來下行幀中為用戶臺(tái)M分配的發(fā)送時(shí)間間隔指示以及下行鏈路中所用的編碼和調(diào)制方法。
用戶臺(tái)M的發(fā)送部分包括輸入緩沖器51；由塊編碼器53、可選的交織單元54和卷積編碼器55構(gòu)成的編碼器52；多路復(fù)用器56；調(diào)制器57；以及導(dǎo)引序列發(fā)生器58。發(fā)送部分各單元之間的互連基本上與基站BS的發(fā)送部分的相同。而后者已作了詳細(xì)說明，故不再詳述用戶臺(tái)M的發(fā)送部分。
圖4顯示在從用戶臺(tái)至基站BS的下行信道2上傳輸?shù)南滦行盘?hào)的幀結(jié)構(gòu)。下行幀劃分成多個(gè)非周期性分布的時(shí)隙?；綛S利用每上行幀發(fā)送一次的周期控制PDU將下行信道的各時(shí)隙的開始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間以及分配情況傳送給用戶臺(tái)M。下行信號(hào)的每個(gè)時(shí)隙包括前置碼Pr、數(shù)據(jù)部分和安全時(shí)間間隔Tg，每個(gè)時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間要根據(jù)基站所服務(wù)的小區(qū)的大小來確定，使得從各用戶臺(tái)M發(fā)送的數(shù)據(jù)無論隨后的傳輸延遲如何，在基站上都不會(huì)重疊。
根據(jù)時(shí)隙中所傳輸?shù)男旁獢?shù)量，時(shí)隙的長度可隨時(shí)隙不同而不同。信元數(shù)n的取值范圍為0到5。n＝0的時(shí)隙稱為RQCH時(shí)隙或控制時(shí)隙，它在其數(shù)據(jù)區(qū)只有五個(gè)字節(jié)，其中包括一個(gè)MAC首部字節(jié)、發(fā)送用戶臺(tái)指示和發(fā)送用戶臺(tái)對(duì)由MAC單元4分配的下行傳輸容量的需求的指示、以及該臺(tái)所需上行發(fā)射功率的指示。MAC單元4定期將這種RQCH時(shí)隙分配給已向它注冊(cè)的用戶臺(tái)M，以便輪詢用戶臺(tái)以獲知它們是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送。
其它時(shí)隙除了包括RQCH時(shí)隙中所包含的各種指示以外，還包括一個(gè)或多個(gè)ATM信元，信元數(shù)是由MAC單元4分配的。
時(shí)隙長度可變?cè)试S非常有效地使用下行傳輸容量。因?yàn)镽QCH時(shí)隙很短，所以可以在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)就用戶臺(tái)的傳輸需求向已向MAC單元注冊(cè)的用戶臺(tái)輪詢；另一方面，將由一個(gè)用戶臺(tái)在一個(gè)下行幀中發(fā)送的若干ATM信元可以通過將其合并成單一時(shí)隙，從而無需插入保護(hù)時(shí)間間隔來發(fā)送，從而有效地利用了信道的傳輸容量。
由用戶臺(tái)M用于在下行信道中向基站BS傳輸?shù)木幋a和調(diào)制方法是由基站的MAC單元4來選擇的，此方法在周期控制PDU中傳送給用戶臺(tái)M。為此，基站和用戶臺(tái)不必都支持用于發(fā)送的相同的編碼和/或調(diào)制方法。為了使用戶臺(tái)保持低成本，合適的是，由這些用戶臺(tái)所支持的方法僅是基站所支持的方法的子集，或者，根據(jù)對(duì)用戶臺(tái)提供或優(yōu)化的服務(wù)類型，單個(gè)用戶臺(tái)所支持的方法可以隨用戶臺(tái)不同而不同。在后一種情況下，用戶臺(tái)所支持的編碼和調(diào)制方法的指示必須在建立連接時(shí)傳送給基站，以便基站的MAC單元4可以在選擇用戶臺(tái)所用方法時(shí)考慮這種信息。
MAC單元4根據(jù)連接的質(zhì)量要求、下行信道2的質(zhì)量及其負(fù)載，從它所支持的方法中選擇將由用戶臺(tái)使用的編碼和調(diào)制方法。
下行信道的質(zhì)量可以非常簡單地根據(jù)其比特誤碼率來估計(jì)。為此，與用戶臺(tái)M的接收部分非常相似的基站的接收部分包括解調(diào)器71；同步單元72；用于提供同步序列74的去復(fù)用器73；由卷積解碼器76、可選的去交織單元77和塊解碼器78所構(gòu)成的解碼器75；以及輸出緩沖器79。塊解碼器78對(duì)接收的數(shù)據(jù)流進(jìn)行里德-所羅門解碼，以便從中重建原來的ATM信元。塊解碼器78的輸出連接到MAC單元4，塊解碼器78通過MAC單元4輸出與在對(duì)ATM信元解碼時(shí)發(fā)現(xiàn)的傳輸錯(cuò)誤有關(guān)的信息。此信息有兩種用途。一方面，如果向MAC單元4發(fā)送信號(hào)，指示ATM信元中出現(xiàn)不可糾正的傳輸錯(cuò)誤，則MAC可以向用戶臺(tái)M發(fā)送信令信息，請(qǐng)求它重傳未被正確接收的信元。另一方面，MAC單元4根據(jù)此信息估計(jì)下行信道2的傳輸質(zhì)量(為此，可以使用基于由塊解碼器78不可糾正和可糾正的錯(cuò)誤的信息)，最終通過下一個(gè)周期控制PDU讓用戶臺(tái)M采用更加穩(wěn)健的編碼和調(diào)制方法，以便降低錯(cuò)誤數(shù)量，或者，如果傳輸誤碼率很低，以致看起來可以采用不太穩(wěn)健的組合，就決定采用不太穩(wěn)健的組合。
為了估計(jì)下行信道2的負(fù)載，MAC單元4包括一種計(jì)數(shù)器，每當(dāng)收到來自用戶臺(tái)的傳輸容量請(qǐng)求時(shí)，該計(jì)數(shù)器就增加，而每當(dāng)按所分配的傳輸時(shí)間對(duì)請(qǐng)求作處理之后，則該計(jì)數(shù)器就減少。增加步長或減少步長可以采用固定數(shù)；或者，它可分別與所請(qǐng)求或所分配的傳輸容量成比例。
如果下行信道的負(fù)載變得很大，即如果計(jì)數(shù)器水平超過預(yù)定門限值，則MAC單元4就從基站維持連接中選擇在下行傳輸中具有較低誤碼率的一條或多條連接，并為這些連接選擇頻譜效率增加的編碼和調(diào)制組合。這樣，就有可能對(duì)用戶臺(tái)的傳輸容量請(qǐng)求作出更迅速的處理，并且有可能降低計(jì)數(shù)器水平。如果該水平下降到低于比第一門限還低的第二門限，則MAC單元4可以將更穩(wěn)健的組合分配給具有較高誤碼率的連接。
圖5顯示基站BS的更為復(fù)雜的實(shí)施例。與圖2所示基站BS的那些單元對(duì)應(yīng)的各單元采用相同的標(biāo)號(hào)，故不再加以說明。接收部分的結(jié)構(gòu)在兩種基站中均相同。在發(fā)送部分中，存在多種輸入緩沖器3和編碼器5的組合，雖然圖5只顯示了一種這樣的組合。輸入緩沖器的上游是去復(fù)用器12，它接收來自ATM節(jié)點(diǎn)的信元并根據(jù)這些信元所屬的連接將這些信元傳送到分配給該連接的輸入緩沖器3中。MAC單元4控制從輸入緩沖器3中讀ATM信元。ATM信元是n個(gè)信元一組成組從輸入緩沖器中讀取的。為每條連接選擇用于上行鏈路和下行鏈路的編碼和調(diào)制方法組合。信元組與包括各種指示的調(diào)制解調(diào)信令信息相結(jié)合，所述各種指示與所選編碼和調(diào)制組合、下行發(fā)射功率和頻率等有關(guān)。ATM信元通過編碼器5到達(dá)調(diào)制器11；信令信息通過卷積編碼器13到達(dá)調(diào)制器14。卷積編碼器13的碼率小于卷積編碼器8的碼率，其值例如為r＝1/4。調(diào)制器14采用這樣一種星座，這種星座的符號(hào)僅是調(diào)制器11所用符號(hào)的子集。因此，調(diào)制器14可以采用BPSK調(diào)制，而調(diào)制器11采用QPSK、8-PSK等。
在此實(shí)施例中，多路復(fù)用器9位于調(diào)制器的下游，對(duì)調(diào)制器11、14產(chǎn)生的符號(hào)塊和導(dǎo)引序列10進(jìn)行組合，以便形成TDMA傳輸符號(hào)序列，該符號(hào)序列由周期性出現(xiàn)的導(dǎo)引序列劃分成幀，且其中單個(gè)單個(gè)的符號(hào)塊構(gòu)成了時(shí)隙。這種時(shí)隙的結(jié)構(gòu)如圖6所示；第一部分包括含編碼開銷的調(diào)制解調(diào)信令MS，第二部分包括與n個(gè)編碼ATM信元相對(duì)應(yīng)的符號(hào)塊C1、...、Cn。這種傳輸符號(hào)序列通過濾波器15輸出到上行信道1中。
在此實(shí)施例中，MAC單元4根據(jù)為相應(yīng)連接選擇的編碼和調(diào)制方法選擇n個(gè)ATM信元，以便所得的符號(hào)塊可填滿具有預(yù)先確定且恒定的長度的時(shí)隙。根據(jù)所選的編碼和/或調(diào)制方法，一個(gè)時(shí)隙中可以傳輸?shù)腁TM信元數(shù)可以取例如1和4之間的值n。
為了估計(jì)上行信號(hào)，接收用戶臺(tái)采用與調(diào)制器14所用調(diào)制方法互補(bǔ)的解調(diào)方法就足夠了。這樣，用戶臺(tái)M首先能夠在接收到的上行信號(hào)中檢測導(dǎo)引序列并找到承載上行信號(hào)的時(shí)序的邊界。這樣，就可能識(shí)別出上行信號(hào)各時(shí)隙的首部的位置，以便對(duì)這些首部作出評(píng)估并因此查明時(shí)隙是否包含相關(guān)用戶臺(tái)的凈荷，以及凈荷是如何進(jìn)行調(diào)制和編碼的。
權(quán)利要求
1.一種在中心站(BS)和多個(gè)用戶臺(tái)(M)之間通過傳輸信道(1，2)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方法，其中，為所述中心站(BS)和特定用戶臺(tái)(M)之間的每條傳輸連接從所述中心站(BS)和所述特定用戶臺(tái)(M)所支持的多種方法中選擇一種方法，用于對(duì)待傳輸?shù)膬艉蛇M(jìn)行編碼和/或調(diào)制，其特征在于為此，檢測所述傳輸信道(1，2)的負(fù)載，并根據(jù)所檢測到的負(fù)載來作出所述選擇。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于根據(jù)同時(shí)與所述中心站(BS)通信的用戶臺(tái)的數(shù)量、和/或發(fā)送緩沖器的填充水平、和/或所述中心站(BS)上待處理的所述移動(dòng)臺(tái)(M)的傳輸容量請(qǐng)求總數(shù)來檢測所述傳輸信道的負(fù)載。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在至少兩個(gè)具有不同的星座每符號(hào)比特?cái)?shù)的調(diào)制星座之間，和或在至少兩種具有不同碼率r的編碼之間，選擇所述編碼和/或調(diào)制方法，其中，所選擇的所述調(diào)制星座每符號(hào)比特?cái)?shù)越高，和/或所選擇的所述碼率越高，則所述傳輸信道的負(fù)載越高。
4.如前述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于選擇所述編碼和/或調(diào)制方法還考慮了所需帶寬、和/或相連的所述傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量和/或所述傳輸信道(1，2)的質(zhì)量。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于根據(jù)從所述傳輸信道(1，2)上獲得的比特誤碼率來判斷所述傳輸信道(1，2)的質(zhì)量。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于當(dāng)所述傳輸連接有效時(shí)，重新循環(huán)選擇用于所述中心站(BS)和用戶臺(tái)(M)之間通信的所述編碼和/或調(diào)制方法。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于為上行鏈路和下行鏈路分別選擇所述編碼和/或調(diào)制方法。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于根據(jù)時(shí)分多址方案接入所述傳輸信道(1，2)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于以同樣的方式為與所述中心站(BS)通信的所有用戶臺(tái)(M)選擇所述編碼和/或調(diào)制方法。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為每條傳輸連接單獨(dú)選擇所述編碼和/或調(diào)制方法。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于所述傳輸信道(1，2)被劃分成多個(gè)時(shí)隙，其中，在每個(gè)時(shí)隙中傳輸依賴于所述選定的編碼和/或調(diào)制方法的一定數(shù)量的的數(shù)據(jù)分組。
12.如權(quán)利要求9和11所述的方法，其特征在于在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸各用戶臺(tái)(M)的數(shù)據(jù)分組。
13.如權(quán)利要求10和11所述的方法，其特征在于在一個(gè)時(shí)隙中，一個(gè)用戶臺(tái)的數(shù)據(jù)分組僅與控制信息(MS)一起傳輸，所述控制信息(MS)定義對(duì)所述數(shù)據(jù)分組進(jìn)行解碼和/或解調(diào)的方法。
14.如權(quán)利要求8至13之一所述的方法，其特征在于所述時(shí)隙具有固定長度。
15.如權(quán)利要求11至13之一所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)分組是異步傳輸模式信元或因特網(wǎng)協(xié)議分組。
16.如權(quán)利要求8至15所述的方法，其特征在于為了從用戶臺(tái)(M)傳輸?shù)剿鲋行恼?BS)，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)傳輸由所述中心站(BS)預(yù)定義的一定數(shù)量(n)的數(shù)據(jù)分組。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述傳輸信道(2)劃分成若干信號(hào)周期，并且所述中心站發(fā)送每個(gè)信號(hào)周期的控制數(shù)據(jù)分組，所述控制數(shù)據(jù)分組指示所述信號(hào)周期中每個(gè)時(shí)隙中可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組數(shù)(n)。
18.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于選擇所述編碼和/或調(diào)制方法包括選擇一種對(duì)將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行交織處理的方法。
19.一種用于控制電信系統(tǒng)信道接入的裝置(4)，其中，所述電信系統(tǒng)具有一個(gè)中心站(BS)以及多個(gè)適于通過信道(1，2)與所述中心站(BS)通信的用戶臺(tái)(M)，所述裝置具體用于執(zhí)行如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于所述裝置適合根據(jù)所述信道的負(fù)載，從所述中心站和特定用戶臺(tái)支持的多種編碼和/或調(diào)制方法中選擇一種編碼和/或調(diào)制方法，并將其分配給所述中心臺(tái)(BS)與所述特定用戶臺(tái)(M)之間的傳輸連接。
20.如權(quán)利要求19所述的接入裝置，其特征在于用于監(jiān)測發(fā)送緩沖器(3)的填充水平的部件。
21.如權(quán)利要求19或20所述的接入裝置，其特征在于用于監(jiān)測同時(shí)與所述中心站(BS)進(jìn)行通信的用戶臺(tái)(M)數(shù)量的部件。
22.如權(quán)利要求19至21之一所述的接入裝置，其特征在于用于監(jiān)測所述中心站(BS)上待處理的所述用戶臺(tái)(M)的傳輸容量請(qǐng)求總數(shù)的部件。
23.如權(quán)利要求19或22之一所述的接入裝置，其特征在于用于監(jiān)測傳輸連接比特誤碼率的部件。
全文摘要
為了通過傳輸信道(1，2)在中心站(BS)和多個(gè)用戶臺(tái)(M)之間傳送數(shù)據(jù)，為中心站(BS)和特定用戶臺(tái)(M)之間的每條傳輸連接從中心站(BS)和特定用戶臺(tái)(M)所支持的多種方法中選降一種方法，用于對(duì)待傳輸?shù)膬艉蛇M(jìn)行編碼和/或調(diào)制。為此，檢測降輸信道(1，2)的負(fù)載，并根據(jù)所檢測到的負(fù)載來作出選擇。
文檔編號(hào)H04Q7/36GK1515094SQ02811561
公開日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月11日
發(fā)明者V·恩格爾斯, V 恩格爾斯, K·法策爾, 叨, D·佩特拉斯, 乩 申請(qǐng)人:馬科尼通訊股份有限公司