用于声音和数据业务的有效共存的兼容信道的制作方法
【专利摘要】在数据物理信道的准电路模式的时隙期间传送语音和数据分组。时隙可以包含多个呼叫，允许同时的呼叫监视。附加带宽可以提供端到端加密同步、信令或数据，并且可以或可以不意在到达呼叫中的任何一个所涉及的接收机。处于时隙开始的报头将时隙标识为属于信道、与数据信道上的时隙兼容，并且包含指示时隙中的信息意在到达不参与时隙中的任何呼叫的设备的指示符。每个呼叫还包含独特报头，该独特报头指示呼叫的呼叫信息，包括时隙中是否包含数据。单独分配上行链路信道和下行链路信道。当呼叫或语音项终止时，针对后续呼叫相关的信令来监视数据物理信道。
【专利说明】用于声音和数据业务的有效共存的兼容信道
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信方法，并且具体地，涉及在准电路模式信道中提供语音帧的方法。
【背景技术】
[0002]例如蜂窝电话或私人移动无线电通信系统的移动无线通信系统经由基础设施在移动站(被称为用户)之间提供无线电通信链路。该基础设施包括固定设施，诸如一个或多个基站(BS)、控制器等。移动通信系统通常根据一套工业标准或协议来进行操作。这种标准的示例是欧洲电信标准协会(ETSI)定义的陆地集群无线电(TETRA)标准。根据TETRA标准进行操作的系统被称为TETRA系统。TETRA系统主要针对诸如提供紧急服务的那些专业无线用户的使用而设计。
[0003]TETRA系统使用时分多址(TDMA)操作协议，其中，要在连续定时结构中对通信进行同步。该定时结构包括时隙、帧和多帧。4个时隙形成帧，并且18个帧构成多帧。根据要发送的信令的类型，通信可以位于不同类型的物理信道上。例如，在控制物理信道(以下简称为控制信道)上发送用于系统同步和控制的控制信号以及用户分组模式数据的传输，而在业务物理信道上发送语音和用户的电路模式数据，其中包含语音的信道被称为语音物理信道(以下简称为语音信道)。对于用户分组模式数据的传输所分配的控制信道以下被称为数据信道。这些信道占用不同的时隙。如在此使用的术语“数据”指包含图像、消息和其他数据的分组，而不是指包含音频(即，语音/声音)的分组。
[0004]根据现有标准操作的TETRA系统(TETRAl)用于声音通信，并且提供有限的缓慢数据通信。正在开发一种新的第二代TETRA标准(TETRA2)。当提供例如用于数据库接入或图像传输而不是声音通信的高速度通信时，使用这些标准。TETRA2标准的一种形式被称为TETRA增强数据服务(TEDS)标准。TETRAl在25kHz的RF信道之间提供均匀间隔。TEDS根据使用正交幅度调制(QAM)的期望数据速率来提供可在25KHz、50KHz、10KHz或150kHz中选择的多个不同的信道间隔。TETRAl系统和TETRA2系统可以共享公共频谱——例如，TETRAl信道具有25kHz信道的信道带宽并且信道中心频率处于380.100MHz，而TEDS信道具有10kHz的信道带宽并且信道中心频率处于380.1625MHz。由于支持较高的调制率，所以TEDS可以对于与TETRAl类似数目的用户提供增强的覆盖范围，并且可以提供增强的容量，因为能够容纳更大量的(语音)呼叫。
[0005]在TETRA系统中，特别期望能够在处于呼叫中时同时提供声音和分组数据。通常，TETRAl系统中的物理信道是包含逻辑信道的频率，在该逻辑信道中，分配常规时隙重复模式(即，其间具有均匀延迟的时隙)，以形成在物理信道上承载语音或数据呼叫的电路。这些逻辑信道被称为电路模式信道。一个语音呼叫占用每帧的I个时隙(1:4TDMA模式)。数据呼叫(包含数据但不包含声音信息)可以合并时隙，并且采用I个、2个、3个或4个时隙以用于较宽带宽。TETRAl单独支持数据信道和多时隙分组数据信道，这允许通过使用适当的协议来承载来自多个用户的数据分组。TEDS提供与分组数据信道相同的信道结构，但是如上所述，对于不同信道使用不同调制方案和带宽以提供用于支持数据的不同吞吐量能力。然而，当前没有系统能够同时提供声音和分组数据。
[0006]具体地，TETRAl系统中的语音和数据信道的物理分离在承载数据方面效率低。尽管为语音保留了电路模式信道，但是即使该信道空闲，也不能在该信道上承载用于所分配的呼叫之外的任何用户的数据。此外，分配用于数据传输的信道必须在可以被指配给语音呼叫之前被解除分配，这是耗时的并且导致了低效率。尽管特定TETRA2实施例可以允许在数据信道上的数据分组内承载语音(例如，IP语音)，但是由于每个高层分组协议需要具有其中包含有特定信息的其自己的报头，对于高层分组协议分配的多个比特导致该方法相对低效率。另外，在数据信道上承载语音分组的任何这种机制仍然需要将分组数据信道资源频繁地指配给呼叫的装置，由于一次仅能够将有限数目的接入机会分配给数据传输，因此也带来了低效率。
[0007]现有TETRA方案能够每时隙承载一个语音呼叫，其中，在每个时隙内传送音频的2个帧。特别是在信道使用较高调制率并且能够支持比一个语音呼叫使用的每时隙更多比特的情况下，期望承载增加的语音呼叫数目，以更有效地利用特定物理信道。还期望保留与数据信道的兼容性以及在信道中使语音和数据混合在一起的能力(提供声音和分组数据)，而不是对不同类型的信息分配单独的信道。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]在附图的各个独立的视图中，相同的附图标记表示相同或功能上相似的元素，附图与下面的详细描述一起被并入说明书并且形成说明书的一部分，并且用于进一步说明概念的实施例并且用于解释那些实施例的各种原理和优点。
[0009]图1图示了通信系统的实施例。
[0010]图2图示了通信设备的实施例的内部框图。
[0011]图3示出了准电路模式信道的定时图的一个实施例。
[0012]图4示出了 BTS的流程图的一个实施例。
[0013]图5示出了移动站的流程图的一个实施例。
[0014]在附图中已经通过常规的符号适当地表示了装置和方法组件，附图仅示出了与理解所示实施例有关的那些特定细节，以不使本公开与对于受益于在此描述的益处的本领域的那些普通技术人员将是明显的那些细节相混乱。因此可以存在诸如本领域的技术人员公知的其他元件。
【具体实施方式】
[0015]描述了通信方法以及通信设备和通信系统，其中，在准电路模式信道的时隙期间传送语音和/或数据。准电路模式信道被建立在承载数据传输的物理信道上，并且因此可以是逻辑控制信道(因为通常可以在控制信道类型上承载数据)。准电路模式信道使用常规时隙重复速率，但是下层报头(诸如MAC报头)作为每个时隙的前缀，该下层报头采用与对于数据信道上的数据使用的分组的等效报头相同的格式，并且可以仅是报头，并且因此可与数据信道上其他分组数据的传输兼容。时隙中的语音分组不被封装在数据分组内，从而消除了上述低效率。时隙可以包含多个语音帧，并且可以包含多个呼叫。诸如移动站的接收机能够同时监视这些呼叫。时隙中的数据可能或者可能不意在到达在该时隙的呼叫的任何一个中所涉及的通信设备。除了数据之外(或作为数据的替代)，附加带宽(超过在时隙中仅用于传送语音的带宽)可以用于提供端到端加密同步或信令。此外，信令可以与数据物理信道上的其他呼叫相关，并且被寻址到没有参与在该时隙中的任何呼叫的通信设备。
[0016]时隙开始处的下层报头包含各种指示符，以指示该时隙中包含意在到达没有参与时隙内的任何呼叫的通信设备的信息。该报头还可以包含关于与下行链路时隙相关联的上行链路时隙的状态的信息，该报头然后能够由接收机使用。每个呼叫还可以包含独特报头，该独特报头指示该呼叫的呼叫信息，诸如用于接收机的数据是否包含在时隙中。在发射机和接收机之间的上行链路信道和下行链路信道也能够被单独分配，使得对不同的呼叫分配对应的时隙。如果不能参与准电路模式呼叫的通信设备要参与正在进行的呼叫，则在电路模式信道上建立另一呼叫，并且适当地保持正在进行的呼叫，或者将正在进行的呼叫重新指配到电路模式信道。类似地，如果不能参与准电路模式呼叫的通信设备离开传统电路模式信道上的呼叫，并且呼叫上的所有其他通信设备能够参与准电路模式呼叫，则将呼叫重新指配到准电路模式信道。
[0017]图1图示了包括基础设施110的一般网络100。在基础设施110中存在许多分布的元件，一些部分彼此接近，其他被布置为在地理上彼此远离。这样的元件包括基站120，为了方便仅示出了其中的一个。由基站120服务的覆盖区域内的一个或多个订户130，每个基站120通过基础设施110提供到位于相同覆盖区域中或位于不同覆盖区域中的其他设备的连接。订户130可以例如是例如蜂窝电话、个人数字助理或由紧急救援人员使用的移动站。
[0018]在图2的框图中示出了通信设备中的一个(例如，基站120或订户140)实施例。除了其他组件，通信设备200可以包含处理器202、包括发射机电路206和接收机电路208的收发器204、天线222、I/O设备212、程序存储器214、缓冲器存储器216、一个或多个通信接口 218和可移动储存器220。发射机电路206和接收机电路208允许通信设备按照期望用作发射机(传送信息)或者接收机(接收信息)。通信设备200优选地是集成单元，并且至少可以包含图2所描绘的所有元件以及使通信设备200执行其电子功能所需要的任何其他元件。电子元件通过总线224来连接。
[0019]处理器202包括一个或多个微处理器、微控制器、DSP、状态机、逻辑电路或基于操作或编程指令来处理信息的任何其他设备或多个设备。这样的操作或编程指令被存储在程序存储器214中，并且可以包括指令(诸如对接收信号的估计和校正以及由处理器202执行的加密/解密)以及与传送信号相关的信息(诸如调制、发射频率或信号幅度)。程序存储器214可以是IC存储器芯片，包含任何形式的随机存取存储器(RAM)和/或只读存储器(ROM)、软盘、光盘(⑶)ROM、硬盘、数字视频盘(DVD)、闪速存储器卡或用于存储数字信息的任何其他介质。本领域的普通技术人员将认识到，当处理器202的一个或多个功能由状态机或逻辑电路执行时，包含相应操作指令的存储器214可以被嵌入到状态机或逻辑电路内。下面详细描述处理器202以及通信设备200的其余部分执行的操作。
[0020]发射机电路206和接收机电路208使得通信设备200能够分别传送和接收通信信号。对此,发射机电路206和接收机电路208包括能够进行无线传输的适当电路。发射机电路206和接收机电路208的实现取决于通信设备200以及与其进行通信的设备的实现。例如，根据已知技术，发射机电路206和接收机电路208可以被实现为通信设备硬件和软件架构的一部分。本领域的技术人员将认识到，发射机电路206或接收机电路208的大部分而不是全部功能可以在处理器(诸如处理器202)中实现。然而，处理器202、发射机电路206和接收机电路208在此被人为地分开，以促进更好地理解。缓冲器存储器206可以是任何形式的易失性存储器，诸如RAM，并且用于临时存储接收或传送的信息。
[0021]通信设备200还可以包含多种I/O设备，诸如具有字母数字键的键盘；显示器(例如，LED、0LED)，显示关于通信设备或者与通信设备相关的通信的信息；软键和/或硬键；触摸屏；操纵杆；麦克风和扬声器。
[0022]如上，期望提供更加有效的信道使用，实现对多个不同声音传输(独立的设备-设备传输或者多播设备到多个设备传输)的同时监视，并且实现在相同逻辑信道中传送语音和数据。逻辑准电路模式信道占用物理信道的多个或全部时隙，并且使用适合的并且提供高容量的调制方案，例如，TEDS信道。以传统方式在物理信道上承载分组数据和信令(即，其包含以与TETRA2分组数据信道类似的方式的格式化和纠错)，并且分组数据和信令使用传统协议，诸如媒体访问控制(MAC)、逻辑链路控制(LLC)、移动链路实体(MLE)和子网络相关会聚协议(SNDCP)(当需要时)。上述定义为常规时隙模式的逻辑信道可以被保留用于控制活动。基站可以固定在物理信道上承载的所有呼叫的调制或者数据速率，或者可以通过本领域已知的机制动态地或者自适应地改变它们。调制和数据速率调整可以在物理信道上所承载的呼叫开始或者呼叫期间发生。
[0023]图3描述了示例性时间段期间的传输的实施例。示出了多个下行链路帧(从基站到移动站(多个)的传输)以及上行链路帧(从一个移动站到基站的传输)。每个帧包括4个时隙。尽管在下行链路上的每个时隙可以包含各种语音呼叫和/或数据，但是为了方便仅示出了一个这样的时隙。相邻时隙可以使用不同的调制方案，并且因此具有不同容量。
[0024]当基站在时隙中分配用于一个或多个呼叫的带宽时，可能会分配比语音单独需要的带宽更大的带宽。附加带宽可以用于发送端对端加密同步，端对端加密同步通常作为代替语音的偷帧(stolen frame)被承载(B卩，语音数据被删除并且被加密同步代替)。如果替代地在额外带宽中发送端到端加密同步，那么可以在不偷取任何语音信息的情况下承载该端到端加密同步，因此提高了传输质量。呼叫内发送的数据量增加，这可以通过下层报头或独特呼叫报头来用信号传输。
[0025]由于基站可以在时隙内提供比语音呼叫(多个)所需的带宽更大的带宽，因此时隙的剩余部分中的至少一些可以用于发送数据。尽管主要使用时隙在呼叫中向移动站发送数据以允许移动站同时接收语音和数据，但是数据可以被发送到没有参与呼叫的其他移动站。在该情况下，在作为时隙前缀(即，在时隙的开始处)的下层(例如，MAC层)报头内设置比特或标记。该比特/标记向诸如扫描时隙的移动站之类的下行链路通信设备通知:该时隙中还包含用于已经被分配到作为准电路模式信道的一部分的该时隙的那些移动站之外的移动站的数据。术语下层是指OSI模型中的层I或层2。
[0026]类似地，基站还可以使用时隙的剩余部分中的至少一些来用于寻址到没有使用该时隙参与呼叫的移动站的信令。这样的信令可以与物理信道上的其他呼叫相关。在该情况下，可以在时隙开始的MAC报头中使用信令指示符，以指示时隙包含寻址到时隙中承载的正在进行呼叫的那些移动站之外的移动站的信令，并且正在进行呼叫的那些移动站因此知道它们已经被分配到作为准电路模式信道的一部分的时隙。
[0027]另外，当相同时隙中包含多个呼叫时，每个呼叫都可以是使用相同或不同密钥加密的空中接口。如果呼叫标识符用于识别每个呼叫，则可以被用作密钥修改符，使得对于每个呼叫来说加密密钥流是不同的。这进而可以有助于防止系统外部对下行链路信息的攻击。
[0028]如果移动站期望在准电路模式信道外发送数据，则基站可以允许移动站在分配给数据的物理信道的任何空闲时隙上进行此处理。与其中移动站仅接入该分配内的资源的传统的电路模式信道分配不同，这还允许在分配的信道外同时进行语音和数据操作。在移动站正在参与准电路模式信道上的呼叫的同时，基站例如根据存储在系统数据库中的配置数据，或者根据移动站登记时交换的一些能力信息，或者通过一些其他方式，可以向移动站分配用于数据传输的时隙。移动站在特定时隙中发送或接收数据的能力可以取决于移动站的物理参数，诸如在接收模式和发射模式之间切换所花费的时间、或者双工滤波器的存在或其他参数。
[0029]在图3中，准电路模式信道被示出为在否则承载数据的物理信道上建立的逻辑信道，并且由于可以在控制信道上承载数据，可以在逻辑控制信道内建立准电路模式逻辑信道。在准电路模式信道中，语音和/或数据按顺序的方式被传送，但是可以具有任何预定周期性，而不局限于使用每帧中的相同时隙。当分配了信道并且移动站被指配到该信道时，在对信道的分配内，周期性以及用于时隙的绝对基准被指示给移动站，其中基准指示该时隙的帧或时隙编号。基准可以用于要用于该信道的第一时隙，或者用于分配给该信道的随后的帧和时隙。分配给信道的每个时隙以来自标准TETRA协议栈中的至少一个报头(诸如MAC报头)为前序，这允许该时隙仍然能够被仅使用物理信道用于数据且当前没有分配到准电路模式信道的移动站识别。准电路模式信道与标准电路交换数据信道类似，但是不仅是覆盖数据帧中的语音。在示出的特定实施例中，每6个时隙包含声音和数据分组。可以看出，相邻帧中的不同时隙(如果存在)包含声音和数据分组。换句话说，与在电路模式呼叫中向相同声音或数据传输分配每个巾贞中的相同时隙的传统系统不同，在准电路模式呼叫的相邻帧中的分配给声音/数据分组的时隙可以不同，并且特定帧可以不将传输集包含在任何时隙中。例如，在图3中，由于每6个时隙包含声音/数据传输，每3个时隙出现重复的模式:第一、第四、第七等帧的第二时隙包含这些传输，第二、第五、第八等帧的第四时隙包含这些传输，而第三、第六、第九等帧不包含声音/数据传输。
[0030]孤立地看，只要初始帧、时隙和周期性都传递到移动站，准电路模式信道的周期性就不受限制。然而，如果要使用其他准电路模式信道或电路模式信道，则仅特定周期性是可用的。例如，如果第二准电路模式信道被添加到图3所示的准电路模式信道，则周期性可以与第一准电路模式信道使用的周期性相同(即，每6个时隙)或者是第一准电路模式信道使用的周期性的倍数(例如，每12个时隙)，但是以与第一准电路模式信道使用的时隙(S卩，第二时隙和第四时隙)不同的时隙开始。替代地，第二准电路模式信道可以具有仅使用第一准电路模式信道从未使用的时隙(即，第一时隙和第三时隙)的任何周期性。
[0031 ] 准电路模式信道的周期性可以包括或忽略包含在多帧内的特定信令帧中的时隙。例如，如果多帧的信令帧(帧18)被排除，则以多帧I的TDMA帧I的时隙I开始的6重复模式中的一个时隙将分配帧2中的时隙3、帧4中的时隙I等直到帧17中的时隙3。然而，作为分配多帧2的帧I中的时隙I的替代(如果帧18的4个时隙被计入，则比帧17中的时隙3晚6个时隙进行分配),分配的下一个时隙是多巾贞2的巾贞2中的时隙I。
[0032]作为呼叫建立指示的一部分,基站向参与该呼叫的移动站提供语音打包指示。语音打包模式指示打包到一个时隙中的语音帧的数目。该语音帧的数目可以是一个语音帧到任何预定数量的语音帧，例如2个、3个、4个或8个。可以在信道指配期间明确指定语音打包模式，并且可以在指定的时隙内的报头信息中重复该语音打包模式，或者可以通过参考时隙周期性通过信道指配来暗示地指定语音打包模式。例如，使用标准TETRA声码器(vocoder), MS每4个时隙传送2个语音帧(因此，平均速率是每2个时隙I个语音帧)，因此6中的I个时隙中的周期性的分配可以暗示MS在每个时隙中发送3个语音帧。其他声码器可以具有不同的传输率，但是根据声码器类型的标识和准电路模式信道的周期性这可以是暗示的。每个时隙中的大量语音帧允许较长的时隙重复模式，并且因此移动站不太使用物理信道，然而，这也可能由于对于在再现之前实时积累来自声码器的音频帧的数目的需要而增加呼叫的音频延迟。
[0033]除了准电路模式呼叫的每个下行链路时隙内的语音和/或数据之外，还存在不同类型的报头。时隙在该时隙开始处包含总体报头，例如，MAC报头。该报头使得移动站能够将该时隙识别为准电路模式信道的一部分，并且还确保与信道的其他分组数据用户的兼容，原因是，该报头允许仅需要分组数据服务或者没有被配备为在数据信道上支持语音信道分配的移动站识别时隙被分配给准电路模式信道而因此忽略该时隙的内容，或者允许该移动站将该时隙识别为包含没有对其寻址的一些形式的数据而因此基于这些理由忽略时隙的内容。在另一实施例中，MAC报头可以被指配给准电路模式信道内的每个单独的呼叫，以允许移动站搜索每个协议数据单元(PDU)以寻找其他类型的信息。来自移动站的上行链路传输可能不需要具有MAC报头，原因是，上行链路的使用是由基站指配的，并且因此基站知道进行传送的移动站以及其中移动站正在进行传送的呼叫。然而，当MAC报头辅助基站确认上行链路信息时可以应用MAC报头，或者MAC报头可以适用于检测另一用户偶然在相同信道上进行传送的冲突。
[0034]MAC报头(或下面与语音帧相关联的各个报头)可以包含状态指示符，该状态指示符在存在与下行链路时隙相关联的上行链路时隙时指示与下行链路时隙相关联的上行链路时隙的状态。这可以指示相关联的上行链路时隙是空闲还是忙碌。空闲指示将允许移动站在下行链路上接收呼叫的同时发送随机接入信息和/数据，这在移动站想要进行数据传输(例如发送AVL数据)时是有利的。与下行链路时隙相关联的上行链路时隙可以遵循固定规则，诸如在绝对时间上比下行链路时隙晚两个时隙，或者具有通过小区广播确定的其位置或在呼叫开始的位置。
[0035]在时隙内，MAC报头之后是语音帧。语音帧可以包括用于各个呼叫的各个报头以及呼叫的语音。基站可以将一个呼叫或一个以上呼叫指配到相同信道。如果时隙要使用高速率调制方案，例如16QAM或64QAM，则与支持单个呼叫所需要的容量相比，在准电路模式信道内可能存在更大的容量。如果在相同的时隙中存在多个呼叫，则每个呼叫包含独特报头，该独特报头指示用于该呼叫的呼叫信息，该呼叫信息可以包括下述信息:呼叫类型、时隙内承载的语音帧的数目、是否有代替语音帧的任何偷帧、当存在多个语音帧时的序列号信息、期望的接收方、呼叫是否被加密和对呼叫中的语音进行编码的编解码器的类型、以及用于指示是否存在数据的数据指示符。
[0036]呼叫报头中的一个或多个还可以识别被指定为“第一”和“第二”半时隙的内容的语音帧，允许以兼容方式从TETRAl基站传送相同语音帧，遵守用于传输偷帧的TETRAl规贝U。报头中的一个或多个可以包含长度指示符，该长度指示符在相同的时隙中承载多个呼叫时，允许移动站根据前一的语音帧计算后一语音帧的开始。为了释放呼叫报头内的容量，可以在移动站与基站之间的呼叫建立阶段协商编解码器的标识，而不将该信息置于呼叫报头中。因此，移动站可以对呼叫报头进行解码，并且通过查找相关标识符来搜索与自身呼叫相关的信息。如果期望，则移动站可以扫描该移动站是其成员的呼叫，或者忽略该移动站不是其成员的呼叫。
[0037]如示，在时隙中可以仅布置一个集合的数据分组(呼叫1)，这允许在呼叫中使用单个数据指示符来指示该仅有的包含数据的呼叫。除非移动站确定数据将针对其而存在，否则当移动站不期望搜索该数据时，数据指示符的使用保存了移动站的功率。对于整个时隙可以包括一个数据指示符，并且该数据指示符可以被包含在MAC报头中，或者数据指示符可以被包括在时隙内的每个呼叫的呼叫报头内。数据可以置于数据指示符之后的任何点。在另一实施例中，时隙的第一部分用于具有相关数据的呼叫(如果存在)。因此，在该实施例中，准电路模式信道中的声音传输可以根据帧来调整位置(并且当各个报头标识了时隙的第一部分中的声音传输时可以消除对数据指示符的使用)。在其他实施例中，可以传送多个数据集合，在该情况下，数据指示符可以包含多个比特，该多个比特例如指示数据字段中的用于每个呼叫的数据的位置。替代地，每个数据集合可以包含指示相关呼叫的报头。
[0038]另外，相应时隙(如示，其根据TETRA标准的版本3或者更早的版本被延迟了两个时隙(但是其他配置是可能的)以允许不具有双工发射机/接收机的MS进行双工呼叫)的上行链路可以被分配给不同的呼叫。该不同的呼叫可以使用或可以不使用准电路模式信道，并且如果不使用，则其可以是根据分组数据信道(或承载分组数据的控制信道)的一般机制指配的另一分组数据时隙。例如，移动站可以被分配第一半时隙或第二半时隙、或者整个物理信道内的子信道带宽:该后一分配的示例可以是整个物理信道占用50kHz，移动站可以仅被分配给该信道的上25kHz或下25kHz。基站可以在相应下行链路时隙中发送上行链路指示符，以确定上行链路时隙中是否存在数据。如果上行链路时隙空闲，则移动站可以传送数据，例如，以帮助呼叫中的移动站发送随机接入数据。因此，一旦基站建立了准电路模式信道的第一时隙和周期性(并且将此传送到移动站)，那么因为特定时隙已经存在，所以移动站就可以避免从基站请求用于发送数据的特定时隙。
[0039]如上，如果移动站期望在准电路模式信道外发送或接收数据，则基站可以向移动站指配其知道处于移动站的能力范围内的时隙。例如，如果在图3中所示，移动站参与在帧I时隙2和帧2时隙4中的呼叫，则移动站能够在不防止移动站在帧I时隙2和帧2时隙4在上行链路中进行传送的情况下接收数据帧2时隙2和3。类似地，移动站能够在不防止移动站在已经标识的帧I时隙2和帧2时隙4中接收呼叫的情况下在帧I时隙3和4在上行链路上传送数据。
[0040]图4描绘了基站的操作方法的框图的一个实施例。当移动站期望呼叫时，在步骤402处，基站从移动站接收关于该呼叫的请求。移动站可以包括信息，诸如要使用的信道类型，是否另外具有要传送的数据以及其能够维持的最大数据速率(例如，基于基站信号的强度)。每当移动站请求呼叫时可以重传该信息中的至少一些，或者该信息中的至少一些可以被存储在用于特定移动站的基站中，并且用于来自该移动站的对于每个新呼叫的呼叫或用于预定时间量内的新呼叫，使得基站确认最大数据速率/BS信号强度没有明显改变。
[0041]在步骤404处，基站确定是否存在正在使用的现有准电路模式信道，并且如果存在，则在步骤406处，确定移动站是否已经在一个或多个现有信道上被供应了声音通信。如果移动站正在接收一个或多个其他呼叫，则基站可以管理新的呼叫，使得新的呼叫与在相同信道中的其他呼叫一起被提供。即使用户正在监听另一呼叫，这也允许移动站同时扫描一个时隙中的所有呼叫。在步骤408处。基站确定信道是否能够支持移动站需求(例如，数据速率)，并且确定时隙中的剩余时隙是否可用。当信道能够支持移动站时，在步骤410处，基站确定时隙中的什么时隙是可用的。如果存在一个或多个信道，但是移动站当前没有在信道上从基站接收数据，或者信道不满足移动站的需求或没有用于移动站的空间，则在步骤412处，基站确定不与任何现有信道发生冲突的新准电路模式信道。不论是否存在正在使用的现有准电路模式或电路模式信道，并且不论在存在时移动站是否能够使用现有准电路模式信道中的一个，在步骤414，基站分配承载此语音的信道以及时隙中的时槽，并且然后，在步骤416处，向移动站传送呼叫建立信息。一旦基站分配了准电路模式信道，信道就保持准许直到呼叫完成。这消除了以常规间隔向参与呼叫的通信单元用信号传输的另外的信道分配，该另外的信号分配在纯分组模式呼叫中是需要的。
[0042]再次重申，准电路模式信道具有常规时隙模式，并且重叠在承载数据的物理信道上。时隙重复模式可以采用任何值，例如，每个时隙，两个中的一个时隙、三个中的一个时隙、四个中的一个时隙(如当前TETRA所使用)等。因此，当基站向移动站传送分配的准电路模式信道时，不仅指示用于传输的时隙，还指示准电路模式信道的周期性。基站向移动站中继时隙模式将是什么，何时进行以及如何对其呼叫进行传送。类似地，当呼叫将被移动站(例如，作为呼叫组的成员)在准电路模式信道上接收时，基站向移动站传送呼叫即将开始、何时将开始(帧和时隙)以及周期性。指配给呼叫的移动站被发送到物理和逻辑信道，以在适当时发送和接收语音。
[0043]在承载呼叫的准电路模式信道的初始分配之后，还可以发送附加信道分配，例如以允许其他移动站稍后进入呼叫。这些附加信道分配发送后一时隙作为使移动站加入信道的开始点，但是相同周期性。
[0044]与其中成对分配上行链路信道和下行链路信道的传统系统不同，可以在上行链路和下行链路上独立地指配时隙，使得当移动站在特定时隙向基站进行传送时，来自基站的相同的时隙用于例如向进行传送的移动站所属于的组的其他成员中继音频。然而，如果存在具有保留的信道但是正在进行接收而不是传送的多个移动站，则这浪费系统容量。这里，分别分配上行链路信道和下行链路信道，使得如果移动站在一个时隙中在上行链路上向基站进行传送，则相应时隙不会被指配用于在下行链路信道上向其他移动站进行传送。另外，不同时隙重复模式可以被指配给承载相同基站的相同呼叫的上行链路和下行链路。可以按照期望指配上行链路或下行链路中的仅一个或二者。
[0045]当在步骤418处基站从移动站接收到声音分组时，在步骤420处，基站创建或从储存器中检索用于该声音分组的独特报头。如果基站在步骤422处还确定了已经从移动站接收到数据并且时隙具有传送数据的空间，则在步骤424处，基站将数据包括在时隙中，并且在用于该呼叫的报头中提供指示存在用于其他移动站在时隙中接收呼叫的数据的指示符。然后，在步骤426处，基站向移动站传送时隙。在步骤428处，基站根据移动站传输确定呼叫是否已经结束，并且如果结束，则等待新的呼叫，按需要在准电路模式信道上传送时隙。如果呼叫没有结束，则在步骤430处，基站确定是否向移动站重传准电路模式信道信息，并且在步骤416处进行重传或者在步骤418处接收新的声音分组数据。可以时常重复关于信道分配的信息，以允许移动站在呼叫已经开始之后进入呼叫，即，晚进入的情形。
[0046]转到呼叫完成:如果在传统系统中分配了电路模式信道，则通常在移动站已经完成了传送声音分组之后的一些时段(通常为几秒的挂起时间)电路模式信道保持被分配。这样支持连续性，使得在立即切换时信道不会丢失，并且避免了另一移动站期望向该移动站进行答复时所产生的延迟，且因此必须等待下一控制信道到达以请求新的信道。使用该挂起时间的操作被称为消息集群，而在移动站重新接入控制信道以继续呼叫时的没有挂起时间的操作被称为传输集群。然而，因为在没有声音分组被传送或者对此发生没有任何保证的情况下信道仍然保持被分配，所以消息集群和挂起时间的使用也浪费系统容量。
[0047]在此描述的系统允许移动站在整个数据物理信道上的任何可用传输时机中传送开始其答复的请求。这些时机可以在数据物理信道的上行链路上存在的空闲时隙(包括该准电路模式信道或者其他准电路模式信道的空闲空隙)的任何位置。因为使其他移动站传送开始其答复的请求的时机的增加数目提高了快速系统重新接入以及对于新的呼叫的快速信道分配的概率，所以这允许信道被立即解除分配并且重新分配(作为准电路模式信道或者承载普通分组模式数据传输)。基站可以保留跨整个物理信道上的多个上行链路时隙，以辅助其他移动站请求继续呼叫；这在消息集群系统操作上可能损失一些上行链路效率，但是获得了下行链路效率。类似地，基站可以在整个物理信道上的任何下行链路传输时机上传送信道分配以继续或重新开始呼叫。这避免了对挂起时间的使用并且增加了系统容量。移动站和基站能够在先前传输或呼叫结束之后的一些预定时间中使用整个物理信道。该预定时间可以被编程到移动站或者可以由基站来传送。
[0048]图5描绘了移动站的操作方法的框图的一个实施例。在步骤502处，移动站接收准电路模式信道呼叫建立信息，包括开始帧和时隙以及准电路模式信道的周期性。在步骤504处，移动站等待所分配的时隙，移动站在步骤506处接收该时隙。在读取整个报头并且确定了时隙是数据信道(具有声音分组)之后，移动站在步骤508处读取第一独立呼叫报头。如果移动站在步骤510处确定了呼叫报头用于意在到达移动站的声音分组，则在步骤512处，检查以确定是否存在指示存在用于移动站的数据的指示符。如果存在指示符，则在步骤514处，移动站存储要从时隙的后续部分(以及如果存在的话，要从时隙内的位置)中检索的数据。如果第一呼叫并不意在到达移动站或者不存在指示符，则在步骤516处，移动站确定是否存在要扫描的任何呼叫。如果移动站决定存在更多呼叫，则在步骤518处，在返回到步骤508移动站读取下一呼叫报头的之前，移动站移动到下一呼叫报头。
[0049]一旦已经扫描了所有呼叫并且存储/再现了声音分组，在步骤520处，移动站确定该时隙是否包含意在到达该移动站的任何数据。如果不包含，则移动站返回到等待准电路模式信道的下一时隙(假设没有其他时隙具有意在到达移动站的分组)的步骤504。如果数据存在，则在步骤522处，移动站确定第一集合的数据分组是否意在到达该移动站(例如，通过查看数据报头或数据在时隙内的位置)，并且如果是，则在步骤524处存储或以其他方式使用该数据。如果第一集合的数据分组不意在到达移动站，或者在使用意在到达移动站的数据之后，在步骤526处，移动站确定时隙中是否存在任何更多集合的数据分组。如果存在更多集合，则在步骤528处，移动站继续下一集合的数据分组并且返回到确定下一集合的数据分组是否意在到达该移动站的步骤522。在已经扫描了所有数据分组之后，在步骤530处，移动站在返回等待准电路模式信道的下一时隙的步骤504之前，清除任何指示符。如果时隙中存在仅一个集合的数据分组，则可以省略步骤522、526和528形成的循环，使得移动站仅在确定时隙中的数据意在到达该移动站之后在步骤524处读取数据。
[0050]如上所述，尽管由于协议开销的低效率并不期望在基站与移动站之间的空中接口中使用IP语音(或其他类似协议)，但是有利的是，将在空中接口承载的语音帧封装在IP分组中，以用于由基站到固定网络或者由移动站到连接到其数据端口的设备的进一步传输，并且使移动站或基站接收封装在IP中的语音帧，并且使用准电路模式信道在空中接口中传送这些语音帧。换句话说，鉴于在空中接口处不使用IP，语音帧被封装在IP中以用于前向传输。呼叫建立信息可以承载空中接口外使用的IP的信息，并且将其与空中接口处使用的相关呼叫标识符相关，并且基站和移动站可以用此来重新创建IP或空中接口外的其他协议分组流。包含在空中接口帧内的序列号可以用于确保外部协议的连续性。另外，在一些实施例中，在准电路模式信道上一些语音帧可以被封装在数据分组内。
[0051]对于仅在准电路模式信道中涉及的移动站，当呼叫中的语音项结束时，在一个实施例中，可以允许移动站在准电路模式信道保持短的时段，以允许进一步交换信令或者继续与新会话方进行呼叫。然而，在不同的实施例中，移动站可以立即离开信道，并且如果呼叫继续，则被指配新的信道(即，使用消息集群)。为了允许快速接收信令和呼叫的快速恢复，移动站可以在呼叫或语音项结束之后的时段中针对附加信令来监视整个数据信道，即针对与呼叫的恢复相关的信令来监视物理信道的每个时隙。这包括监视分配给其他逻辑(准电路模式或电路模式)信道的其他时隙的内容。
[0052]如果使用物理信道上的准电路模式信道建立呼叫，则所有移动站都能够参与这样的呼叫。如果不能参与准电路模式呼叫的移动站加入小区，例如，如果移动站仅可以支持在TETRAl信道上的电路模式呼叫，则基站可以在保留准电路模式信道上的呼叫的同时，在传统电路模式信道建立用于该移动站的第二呼叫。替代地，基站可以将移动站从准电路模式信道重新指配到传统电路模式信道，因此释放数据信道上的资源。如果在传统电路模式信道上建立呼叫并且不能在数据信道的准电路模式信道上进行操作的移动站离开，则基站可以将呼叫重新指配到准电路模式信道，从而释放传统电路模式信道上的资源。
[0053]尽管已经具体讨论了使用1:4TDMA模式的TETRA系统，但是上述实施例可以适用于其他系统。这样的技术可以提供各种不同帧重复模式；例如，iDEN系统可以使用各种不同的帧速率并且向订户广播其当前模式，并且对于不同类型的呼叫当前使用3:1TDMA和6:1TDMA。
[0054]另外，虽然以上对准电路模式信道的使用描述已经描述了语音应用，但是清楚的是，可以在这样的信道上承载任何形式的电路模式数据，例如视频。
[0055]在各种实施例中，提供了在通信系统中的发射机和接收机之间的通信的方法以及发射机和接收机和通信系统。在这些实施例中，系统定时包括帧，每个帧包含时隙。在数据信道上的准电路模式信道的时隙期间从发射机向接收机传送语音和/或数据。通过下层协议报头对时隙加前缀，该下层协议报头允许时隙中语音和数据的分配，并且确保该时隙与数据信道上的其他时隙使用的兼容。该信息由接收机来接收，接收机使用报头来确定时隙中各种信息。注意，描述的每个方法具有使用相应方法来执行通信功能的发射机和接收机。
[0056]在各种实施例中，所公开的方法可以被实现为用于计算机系统使用的计算机程序产品。这样的实现可以包括在诸如计算机可读介质(例如，磁盘、⑶-ROM、ROM或固定盘)的有形介质上固定的一系列计算机指令，或者经由调制解调器或者诸如通过介质连接到网络的通信适配器的其他接口设备可传送到计算机系统的一系列计算机指令。该介质可以是有形介质(例如，光或模拟通信线)或者通过无线技术(例如，微波、红外线或其他传输技术)实现的介质。该系列计算机指令实现先前这里参考系统描述的全部或部分功能。本领域的技术人员将理解，可以以用于由许多计算机架构或操作系统使用的多种编程语言编写这样的计算机指令。此外，这样的指令可以被存储在任何存储器设备中，诸如半导体、磁、光或其他存储器设备中，并且可以使用诸如光、红外线、微波或其他传输技术的任何通信技术来传送这样的指令。期望这样的计算机程序产品可以分布为可移动介质，具有打印或电子文档(例如，压缩打包软件)，预加载有计算机系统(例如，在系统ROM或固定盘上)，或者通过网络(例如，互联网或万维网)从服务器或电子公告板分布。当然，本发明的一些实施例可以被实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件二者的组合。本发明的其他实施例可以完全由硬件或完全由软件(例如，计算机程序产品)实现。
[0057]应该理解，这里使用的术语和表达具有由本领域的技术人员相对于其相应的各个区域的调查和研究给予这样的术语和表达的典型的技术含义，除非在此另外阐述了不同的特定的含义。诸如第一和第二等关系术语仅用于将一个实体或者动作与另一实体或者动作进行区分，而不必然要求或暗示在这样的实体或行为之间的任何实际的这样的关系或者顺序。术语“包括”或其任何其它变形意在涵盖非排他性包括，使得包括一列元素的过程、方法、物件或装置不仅包括这些单元,还可以包括未明确列出的元素,或者这类过程、方法、物件、或装置所固有的元素。以“一”引导的单元在没有更多限制的情况下不排除在包括该元件的过程、方法、物件、或装置中存在其它相同的元件。
[0058]本领域的技术人员将认识到，在不脱离所附权利要求阐述的本发明的范围的情况下可以对上述实施例进行多种修改、改变和组合，并且这样的修改、改变和组合被视作落入本发明概念的范围内。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，所有这种修改被认为包括在本发明的范围内。益处、优点、对于问题的解决方案和可以使得任何益处、优点或者解决方案出现或者变得更加清楚的任何一个或多个元素不必被解释为任何或者全部权利要求的关键的、必需的或者必要的特征或者元素。由本申请和那些所发布权利要求的所有等同物获得的权利要求唯一地限定本发明。
[0059]提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的性质。提交摘要是为了便于理解，摘要将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在上述详细描述中，可以看出，为了精简公开的目的，在各个实施例中将各种特征组合在一起。
【权利要求】
1.一种在通信系统的发射机与接收机之间的通信的方法，其中，系统定时包括帧，每个帧包含时隙，所述方法包括:在数据信道上的准电路模式信道的时隙期间传送语音或数据中的至少一个，以下层协议报头对时隙加前缀，该下层协议报头允许所述时隙中语音和数据的分配，并且确保所述时隙与所述数据信道上的其他时隙使用的兼容。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含多个呼叫。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括: 空中接口使用相同密钥或不同密钥对每个呼叫进行加密；以及 如果存在，则使用标识每个呼叫的呼叫标识符作为密钥修改符，使得加密密钥流对于每个呼叫来说是不同的。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括:所述接收机同时监视所述呼叫。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含用于接收机的呼叫和数据，所述接收机在该呼叫中被涉及。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述准电路模式信道包含多个呼叫。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述呼叫没有被封装在数据分组中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含用于接收机的呼叫和数据，该接收机在所述时隙中的任何呼叫中都未被涉及。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述下层报头中的信令指示符指示所述时隙包含数据。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准电路模式信道具有周期性，其中，相邻帧中的相同时隙不被准电路模式信道占用。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准电路模式信道具有周期性，其中，帧中的多个非相邻时隙被所述准电路模式信道占用。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含超过在所述时隙中用于仅传送语音的带宽的附加带宽，并且在所述附加带宽中提供了端到端加密同步。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含超过在所述时隙中用于仅传送语音的带宽的附加带宽，并且在所述附加带宽中提供信令，所述信令与物理信道上的其他呼叫相关并且寻址到没有参与所述时隙中的任何呼叫的通信设备。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述下层报头中的信令指示符指示所述时隙包含所述信令。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准电路模式信道的周期性忽略包含在所述系统定时的多帧内的特定信令帧中的时隙。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括:当建立所述准电路模式信道时，向参与所述时隙中的呼叫的接收机提供语音打包指示，语音打包模式指示打包到时隙中的呼叫的语音帧的数目。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述下层报头包括MAC报头。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述下层报头处于下行链路时隙中，并且包含指示与所述下行链路时隙相关联的上行链路时隙的状态的状态指示符。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括:当所述状态指示符指示所述上行链路时隙空闲时，所述接收机在接收所述下行链路的时隙上的呼叫的同时，发送随机接入信息或数据中的至少一个。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙在所述时隙中的每个呼叫的开始处包含独特报头，并且所述独特报头指示用于所述呼叫的呼叫信息。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述独特报头包含数据指示符，所述数据指示符指示用于所述接收机的数据是否包含在所述时隙中。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括:所述接收机忽略所述时隙中的数据，除非所述数据指示符指示在所述时隙中存在用于所述接收机的数据。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，当在所述时隙中存在多个呼叫时，每个呼叫都能够具有用于所述接收机的独立数据。
24.根据权利要求1所述的方法，还包括:在所述发射机和所述接收机之间单独分配上行链路信道和下行链路信道，使得所述上行链路信道和所述下行链路信道的相应时隙能够被分配给不同呼叫。
25.根据权利要求1所述的方法，还包括:从所述发射机向所述接收机传送初始分配，所述初始分配包括当建立呼叫时用于所述呼叫的发起的帧、时隙和准电路模式信道的周期性。
26.根据权利要求25所述的方法，还包括:在已经建立呼叫之后，从所述发射机传送附加信道分配，所述附加信道分配标识所述准电路模式信道中的随后的时隙以及所述准电路模式信道的周期性，以允许其他接收机晚进入所述呼叫。
27.根据权利要求1所述的方法，还包括: 当通信设备由于所述准电路模式信道中的仅一个呼叫而与所述准电路模式信道相关联时，在所述呼叫结束之后，所述通信设备立即终止对所述准电路模式信道的使用；以及 所述通信设备在先前没有分配给所述准电路模式信道的所述物理信道的时隙的呼叫内容结束之后的预定时段中监视与先前分配给所述准电路模式信道的时隙的重新使用相关的信令，以将先前分配给所述准电路模式信道的时隙重新分配给: 所述准电路模式信道和所述准电路模式信道上的呼叫的恢复或不同呼叫的发起， 数据电路模式信道，或 不同的准电路模式信道。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括:所述发射机向所述通信设备传送所述预定时段。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，在所述呼叫结束之后立即解除分配所述准电路模式信道，从而允许已经指配给所述准电路模式信道的时隙被重新分配给数据传输或者一个或多个其他准电路模式信道。
30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时隙包含呼叫，所述方法还包括:所述发射机在预定时段中在所述物理信道的任何时隙中传送与所述呼叫相关联的信令。
31.根据权利要求1所述的方法，还包括:如果不能够参与准电路模式呼叫的通信设备要加入所述准电路模式信道的正在进行的呼叫，则在保留所述准电路模式信道上正在进行的呼叫的同时，为所述通信设备在电路模式信道上建立另一呼叫。
32.根据权利要求1所述的方法，还包括:如果不能够参与准电路模式呼叫的通信设备要加入所述准电路模式信道的正在进行的呼叫，则在所述通信设备加入所述呼叫之前，将所述准电路模式信道上的正在进行的呼叫从所述准电路模式信道重新指配到电路模式信道。
33.根据权利要求1所述的方法，还包括:如果不能够参与准电路模式呼叫的通信设备离开传统电路模式信道上的呼叫并且所述呼叫上的所有其他通信设备都能够参与准电路模式呼叫，则将所述呼叫重新指配到所述准电路模式信道。
34.根据权利要求1所述的方法，还包括:所述发射机将所述准电路模式信道外的一个或多个时隙分配给所述接收机，使所述接收机发送或接收数据。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，使用所述发射机中的所述接收机的能力的知识来分配一个或多个时隙以在所述一个或多个时隙内传送或接收数据。
36.一种通信系统中的接收机，其中，系统定时包括帧，每个帧包含时隙，所述接收机包括接收机电路，所述接收机电路在数据信道上的准电路模式信道的时隙期间接收语音或数据中的至少一个，经由所述接收机的处理器来以下层协议报头对所述时隙加前缀，该下层协议报头允许在所述时隙中的语音和数据的分配，并且确保所述时隙与所述数据信道上的其他时隙的使用的兼容。
【文档编号】H04W76/02GK104205987SQ201180054146
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2011年10月24日 优先权日:2010年11月9日
【发明者】戴维·J·蔡特-莱亚 申请人:摩托罗拉解决方案公司