专利名称：数据传输方法
技术领域：
本发明涉及数字蜂窝无线网络中的一种数据传输方法，该方法包括将需传送的信息进行信道编码以供发送的步骤。
数据传输方法的需求不断增长。这尤其涉及无线数据传输系统，例如蜂窝通信系统，该系统甚至需要更多种类的业务，例如不同类型的数据业务。
传统的无线数据传输系统仅用于语音传输。需要传送的不同类型业务数量的增多意味着(尤其对无线业务而言)，系统必须能够在无线路径上发送具有不同容量的信号。因此，在传送多种业务类型的环境中，需要数据传输系统的高效运作。
具有有限带宽的无线信道上的数据传输是误码率(指示传输质量)和网络用户数据吞吐量之间的一种折中。通过增加信道编码，在待传送信息中加入了冗余信息(即用户看来较不重要的信息)，从而可以降低误码率。如果限制了单位时间内传送的比特数量，则加入冗余信息后将减少网络用户数据吞吐量。
例如在GSM系统中，无线信道的全速率信道数据速率是22.8kbit/s。使用的编码方法将数据速率减少到12kbit/s和6kbit/s，分别对应9.6kbit/s和4.8kbit/s的用户数据速率，即业务TCH/F9.6和TCH/F4.8。需要在无线路径上传输的输出数据从基站向基站控制器和中心传送，而输入数据则从中心向基站控制器，并进一步向基站传输以通过无线路径发送。在这种固定传输链路上，可能的传输差错远小于无线路径，因此通常不需要在其上采用特定的纠错编码。为了使耗费最小，对系统所采用的最低数据速率(例如在TCH/9.6情况下是16kbit/s)进行速率适配是有益的。
图1说明了TRAU帧，从实现速率适配角度来看TRAU帧非常重要，即用户数据通过TRAU帧在基站和TRAU(变码器/速率适配单元)间的固定连接上传输。该帧包括40字节。同步比特标记成S，分配给用户数据的比特标记成D，而控制和空闲比特则保持空白。
除了上述有意的冗余之外，当前的GSM数据业务的用户信息中也有空闲数据。在透明业务中，冗余信息由通量控制信令组成，在非透明业务中，则由无线链路协议(RLP)帧消息头和L2R通量控制组成，根据所使用的是TCH/F9.6还是TCH/F4.8业务，用户可以使用小于9.6kbit/s或4.8kbit/s的数据速率。目前，尽管对数据业务存在着较高要求已变得更普遍，但用户在GSM类型网络中尚无法接入较高的数据速率。
因为固定数据网中的数据速率已经变得更高，所以已有若干装置需要较高的数据速率。固定电话网中采用的一般数据速率是14.4kbit/s，例如ITU V.32和V.34调制解调器和第3类电传终端可以使用这种速率。
在GSM类型网络中，目标是在不远的将来实现较高的数据速率，目前众所周知，为此采用了一种所谓的多时隙技术。这意味着可以为用户分配多于一个时隙，这自然导致用户数据速率增加。使用多个时隙在技术上实现复杂，尤其是在移动台一侧，特别是在时隙的数量超过2个时更是如此。
本发明的目的是在GSM类型的蜂窝无线系统中实现14.4kbit/s的数据速率，从而仅使用一个时隙发送用户数据。
该目的由前言中提出的方法实现，该方法的特征在于，信道编码包括将需要发送的比特分组成比特块，这些比特块最小为288比特，使用GSM卷积编码多项式对所述块进行1/2码元速率的卷积编码，通过从每一块中删除比特来压缩得到的比特，从而得到包含不多于456比特的块。
根据本发明的方法提供了多个优点。通过本发明的方法，可以得到所需的数据速率而不需要对已有网络进行大规模的改动。因为用户仅需要一个时隙，所以可以高效地使用网络的资源和容量。
在本发明的优选实施例中，通过下述方法可以将待发送信息进行码型变换(transcode)将两个后续码型变换帧合并成一个帧，并且在需要使用单个帧进行同步时，使用这些比特中的一部分以传送该情况下需要发送的信息。在本发明的第二优选实施例中，将待发送信息进行码型变换，从而在生成由一组数据字节组成的码型变换帧时，每一数据字节的第一比特用以传送需要发送的信息。
以下结合附图更详细地描述本发明，在附图中图1说明了上述传统的TRAU帧；
图2说明了可以应用根据本发明的方法的蜂窝无线系统；图3a-3c说明了变码单元的可选位置；图4a和4b说明了在不同Abis接口上数据速率的转换；图5说明了基于两个TRAU帧生成的一个新帧；图6说明了一种新的TRAU帧类型；图7说明了根据本发明的信道编码的实现；图8说明了编码比特的一种可能的压缩方式；图9a和9b说明了两种新类型的帧，以及图10说明了可以应用本发明的方法的蜂窝无线系统的第二个例子。
图2说明了GSM类型蜂窝无线系统的结构。本发明最好应用于其信道和帧结构类似于GSM系统的数字蜂窝无线系统。该系统包括一组终端设备202-206，它们具有到基站200的连接208-212。基站200通过数字传输链路218与基站控制器214通信，基站控制器214控制着一个或多个基站。基站控制器214则通过数字传输链路220与移动业务交换中心216通信，移动业务交换中心216具有到网络其它部分的进一步连接222。
基站200和基站控制器214之间的接口218被称为Abis接口。类似的，基站控制器214和移动业务交换中心之间的接口被称为A接口。有两种通用的方式实现这些接口。对这两种方式而言，Abis接口所使用的传送速率都非常重要，它是64kbit/s或16kbit/s。中心216采用64kbit/s传送速率，信号必须进行码型变换，因此变码单元TRAU在网络中的位置取决于Abis接口所采用的传送速率。图3a-3c说明了不同传送速率时网络结构的不同可选方案。
图3a说明了一种可选方案，其中基站200和基站控制器214之间Abis接口218通过64kbit/s的速率实现。在这种情况下，变码单元TRAU 300位于基站200。这意味着基站控制器214和移动业务交换中心216之间的连接220也是64kbit/s。
图3b说明了一种可选方案，其中基站200和基站控制器214之间Abis接口218通过16kbit/s的速率实现。在这种情况下，变码单元TRAU 300位于基站控制器214。这意味着基站控制器214和移动业务交换中心216之间的连接220是64kbit/s。
图3c说明了第二种可选方案，其中基站200和基站控制器214之间Abis接口218通过16kbit/s的速率实现。在这种情况下，变码单元TRAU300位于移动业务交换中心216。因此，基站控制器214和移动业务交换中心216之间的连接220是16kbit/s。
根据本发明的方法旨在蜂窝无线系统中用户数据能够使用较高的传送速率，为了在无线路径和上述变码单元中进行编码，引入了一种新方式。新编码方式对已有系统的改动较小，却使用户能够使用14.4kbit/s的传送速率。下面将首先针对码型变换来考察本发明的方法。
图4a和4b说明了不同Abis接口上传送速率的变换。图4a说明了64kbit/s Abis接口218情况下的网络实现。在这种情况下，码型变换由基站200实现，并且是一种采用ITU-T V.110速率转换规范的线性处理。从无线路径208接收的信号根据业务信道400规范以22.8kbit/s速率进行编码。因此，用户数据速率402是14.4kbit/s，它首先根据V.110建议变换成32kbit/s速率404，并进一步变换成64kbit/s速率406。因为在这种情况下，变码器位于基站200，所以不需要单独的TRAU帧。
图4b说明了16kbit/s Abis接口的网络实现。在这种情况下，变码器300位于基站200之外，因而Abis接口218上的流量由TRAU帧占用。因为在Abis接口上从14.4kbit/s到16kbit/s的用户速率没有速率转换方案，所以本发明的方法包括一种新的转换以及与其对应的TRAU帧。从无线路径208接收的信号根据业务信道400的规范以22.8kbit/s的速率进行编码。用户数据速率402因而是14.4kbit/s，它根据V.110规范转换到32kbit/s的中间速率404。为Abis接口生成一个新类型的16kbit/s的TRAU帧，本文献将其称为一个N-TRAU帧。在变码单元中，N-TRAU帧根据V.110建议通过32kbit/s的中间速率404分解成64kbit/s的速率406。在上面的描述中，基站200中并不一定要使用32kbit/s的中间速率。
TRAU帧通过Abis接口以20ms间隔发送，它总共包含320比特。如果所需的用户数据速率是14.4kbit/s，则在20ms中应传送288比特的数据比特。在GSM系统中使用4种不同的已知码型变换帧，一种已在图1中示出。这些帧都没有以可能的最佳方式使用16kbit/s的容量。如果在已知帧中使用所有除了空闲控制比特之外的可用数据比特，则将得到270比特。如果包括在数据帧控制域中的9个空闲比特，则将得到279比特，这还不够。
根据本发明的方法采用两种新类型的码型变换帧方案，其中在数据传输时使用用于同步的比特。在根据本发明的方法中，为了用较少数量的实际同步比特实现同步，还改变码型变换帧的同步。
图5说明了基于两个TRAU帧生成的一个新帧。为同步保留的比特标记成字母S，保留用于用户数据的比特标记成字母D，剩下的控制和空闲比特保持空白。每一个传统的TRAU帧在帧开始处具有4字节长的同步和控制部分。如果组合若干帧，可以相应地减少控制部分。如果两个帧组合并一起发送，则14.4kbit/s速率每40ms需要2×228(即576)比特。连续的两个传统帧提供2×270比特，即缺少36比特。在根据本发明的解决方案中，待合并的后一个帧的控制部分用于数据传输。并且，在第一帧未用的控制比特中，6比特可以用于数据传输。这样一共产生了576个比特，因而还有3个未用的控制比特。在根据本发明的解决方案中，如图5所示，一个倍长帧在开始时具有两个完整字节的同步比特，一个同步比特在第三字节开始处，此后紧随着8个控制比特。在这之后，除了每隔一个子节的第一比特(该比特用于同步)之外，所有的比特都是数据比特。
图6示出了一个新的20ms TRAU帧。保留用于同步的比特标记成字母S，该比特保留用于用户数据的比特标记成字母D，剩下的控制和空闲比特保持空白。在根据该实施例的方案中，控制部分之后所有比特用于数据传输，包括每个字节的第一比特。在通过这种方式，可以得到足够数量的比特用于数据传输。这种方案的一个缺陷是，实际的同步比特都位于帧的开端。在根据本发明的方案中，可以改进同步，通过使用帧中具有已知值的比特来使码型变换帧同步。这种比特由帧类型指示器比特(4比特)、信道类型指示器(1比特)和中间速率适配指示器(2比特)来表示。通过这些比特，可以保证同步功能的实现。根据本发明的第二方法涉及对用于传送需要发送的信息的某些数据字节计算短的校验和，使用空闲控制比特传送这样得到的CRC值，并在码型变换帧的同步过程中使用该CRC值。
根据本发明的方法的另一个实施例是使用填充比特以中断包含相同比特的比特序列否则这种序列可能会被解释成TRAU帧同步模式。一种方式是使用根据ITU建议V.42的帧或基于该建议修改的帧。因为V.42帧的构造使它们不包含长的1序列，在传输之前用户数据必须进行转换，并在传输之后逆向转换以使它们不包含长的0序列。
下面将针对信道编码考察本发明的方法。图7示出的框图说明了根据本发明的信道编码的实现。该图示出了两种新颖的码型变换帧，20ms帧700和倍长帧702。在20ms帧中，20ms内传送320比特，288净荷比特被速率适配到14.4kbit/s的速率408。类似地，倍长帧在40ms中包含640比特，576净荷比特被速率适配到14.4kbit/s的速率408。接着，在根据本发明的方案中，使用288比特作为块长进行块编码704。在块编码中，增加4个末端比特。卷积编码706以1/2编码速率进行，使用的GSM卷积编码多项式与9.6kbit/s的数据速率相同。
G0＝1+D3+D4G1＝1+D+D3+D4在编码之后，得到584比特，其中128比特随后被压缩708，其余456比特进一步传送，进行间插710，脉冲串格式化712，调制714，并进一步发送到无线路径716上。图8的例子说明了压缩过程，其中从卷积编码得到的584个比特中删除标记有字符P的比特，从而保留456比特。
接着考察根据本发明的第二优选实施例。在该实施例中，通过生成一个总长640比特的码型变换帧，在传送系统中传送待发送的信息，该帧所携带的信息作为长290比特的两个块应用于信道编码器。这在图9a中说明。为同步保留的比特标记成字母S，分配给用户数据的比特标记成字母D，控制和空闲比特保持空白。因此，该帧包括第一块900和第二块902。
可以向这两个块中插入一个标识符，该标识符指示正处理的是帧的第一块还是第二块。块标识符位于块中预定位置，第二块的标识符最后通过转换第一块的标识符来生成。图9b示出了这两个标识符。它们最好位于比特1和3。也可以仅由基站将标识符插入发送到空中接口的信号中。
帧中这些块的第一比特1、2、3和4最好用以通过空中接口传送附加信息。这种附加信息包括半帧的同步、子信道编号或通过空中接口传送网间同步信息。附加信息比特也可以用于信令不连续传输。
在基站中，指示不连续传输的帧中第一块的比特最好在信道编码之前替换成固定值比特，后一块中同一个位置传送的比特正好与其相反。
根据本发明的优选实施例，信道编码包括将需要发送的比特分组成大小为290比特的块，在块尾端增加4个比特，对所述块采用GSM卷积多项式以1/2码元速率进行卷积编码，从而在编码之后块长为588比特，通过从每一块中删除132比特压缩了得到的编码比特。
下面将考察图10，该图说明了GSM类型的蜂窝无线系统的结构。该图示出了与基站BTS通信的移动台MS。基站BTS通过数字传输链路与基站控制器BSC通信，基站控制器BSC控制一个或多个基站。基站控制器BSC则通过数字传输链路与移动业务交换中心MSC通信，移动业务交换中心MSC还通过222网络互连连接1000连接到网络的其它部分。
如前所述，基站BTS和基站控制器之间的接口被称为Abis接口。基站控制器BTS和移动业务交换中心MSC之间的接口被称为A接口。在根据本发明优选实施例的解决方案中，网络互连单元1000生成传送帧。该帧通过A接口传送，TRA收发该帧，该帧还通过Abis接口传送，基站接收该帧。在现有技术方案中，仅在基站控制器的TRAU中生成该帧。在根据本发明的方案中，该帧还可以包括一个无线链路协议帧(RLP帧)。这是一种有利的解决方案，因为开销量减少，如果TRAU帧大小相等，则不需要专用的帧分离器来分离RLP帧。
尽管以上结合附图的例子描述了本发明，但显然在后附权利要求书提出的创新思想范围内可以以许多方式改动。
权利要求
1.一种数字蜂窝无线网络中的数据传输方法，该方法包括对需要传送的信息进行信道编码以进行传输的步骤，其特征在于，信道编码包括将需要发送的比特分组成多个块，块的最小长度为288比特，对所述块采用GSM卷积编码多项式以1/2码元速率进行卷积编码，通过从每一块中删除比特来压缩得到的比特，从而得到包含不多于456比特的块。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，卷积编码后的块长为584比特，通过在每一块中删去128比特来压缩得到的编码比特。
3.一种数字蜂窝无线网络中的数据传输方法，该方法包括对需要传送的信息进行信道编码以进行传输的步骤，其特征在于，信道编码包括将需要发送的比特分组成多个块，块的长度为290比特，在块中插入4个末端比特，对所述块采用GSM卷积多项式以1/2码元速率进行卷积编码，从而编码后块长为588比特，通过从每一块中删除132比特来压缩得到的编码比特。
4.根据权利要求1或3的方法，其特征在于，在信息传送中通过使用后一帧中的一部分同步和控制比特位置，由两个码型变换帧生成一个帧，从而在传送系统中传送需要发送的信息。
5.根据权利要求1或3的方法，其特征在于，通过生成一个码型变换帧在传送系统中传送需要发送的信息，该帧的头两个字节形成了由0组成的同步模式，所述帧包含控制比特和至少288个待传送的信息比特。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，该帧中具有已知值的那些比特用于使码型变换帧同步。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于，对用于传送待发送信息的某些数据字节计算短的校验和，这样得到的CRC值通过使用空闲控制比特传送，该CRC值用于使码型变换帧同步。
8.根据权利要求5的方法，其特征在于，修改待传送的信息，使该信息所组成的比特序列不同于同步序列。
9.根据权利要求1或3的方法，其特征在于，每一信息比特在传送前进行转换，在传送后进行逆向转换。
10.根据权利要求1或3的方法，其特征在于，通过生成一个传送帧在传送系统中传送需要发送的信息，该帧总长640比特，它所传送的信息作为长为290比特的两个块输送到信道编码器。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，在这两个块中都插入一个标识符，该标识符指示所处理的是该帧的第一块还是第二块。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，块标识符位于块中的某个预定位置，通过对第一块的标识符取反形成第二块的标识符。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，这两个帧的第一比特(1、2、3、4)都用于通过空中接口传送附加信息。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，附加信息比特用于信令不连续传输。
15.根据权利要求13的方法，其特征在于，附加信息比特用于同步信息的传输。
16.根据权利要求14的方法，其特征在于，基站将帧的第一块中的指示不连续传输的比特在信道编码之前替换成一个固定值比特，后一帧中同一位置的待传送比特具有一个相反的值。
17.根据权利要求4的方法，其特征在于，传送帧在网络互连单元(1000)中生成。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，传送帧包括一个无线链路协议帧。
全文摘要
本发明涉及一种数字蜂窝无线网络中的数据传送方法,该方法包括对需要传送的信息进行信道编码以进行传输的步骤。为了在GSM类型的蜂窝无线系统中实现14.4kbit/s数据速率,而仅使用一个时隙进行数据传输,根据本发明方法的信道编码包括下述步骤:将需要发送的比特分组成多个块,块的最小长度为288比特,对所述块采用GSM卷积多项式以1/2码元速率进行卷积编码,并通过从每一块中删除比特来压缩得到的比特,从而得到包含不多于456比特的块。
文档编号H03M13/23GK1202286SQ96198322
公开日1998年12月16日 申请日期1996年10月31日 优先权日1995年10月31日
发明者里库·皮豪南, 皮卡·兰塔, 居里·苏瓦南 申请人:诺基亚电信公司