专利名称：用于数据通信信道的帧头的制作方法
技术领域：
一般而言，本发明涉及从基站传输数据到用户站的方法和系统。具体而言，本发明涉及从基站传输数据到用户站的方法和系统，而该用户站具有不同的接收所发送的信息的能力，而且该发送的信息被相应的打包。
比如，用于CDMA网络的IS-95标准根据所选择的服务的不同，能提供的9.6k波特或14.4k波特的最大数据速率。但是，对业界的已知技术而言，该速率通常太慢而不能有意义的适应现代数据应用，诸如WEB浏览和/或文件传输。曾在IS-95中试图增加最大数据速率。例如，授予Odenwalder的美国专利5,930,230讲述了高数据速率CDMA无线通信系统，它提供了对IS-95的某些改进。但是Odenwalder的目标是CDMA环境，他主要关注从用户站到基站的数据传输(通常称为“上行链路”或“反向”信道)而没有解决从基站到用户站增加传输量的需求(通常称为“下行链路”或“前向”信道)。
IS-95类型的网络存在的另一个困难在于它们指定基站和用户站之间的专用通信信道，因此该专用信道的带宽不能用于网络中的其它用户，即使当基站和用户单元之间没有数据被传输时。因此，对于无连接业务比如分组网络，通常这种系统没有提供对有限和/或带宽的有效使用，而这正是服务于大量用户时必需的。
同样授予Odenwalder的美国专利5,949,814(Odenwalder#2)讲述的系统的确为CDMA电信系统提供了高数据速率增补信道。在该方案中，传送系统包含同相信道组和正交相信道组。同相信道组提供一组正交中等速率的控制和业务信道，而正交相信道组提供高速率增补信道和彼此之间正交的中等速率信道的扩展组。
尽管Odenwalder#2能增加下行链路数据传输速率，但是它通常不适合于传输数据到多个具有不同的接收该传输能力的用户站。而且，Odenwalder#2需要在基站和移动用户之间进行某些开销控制通信以便开始其间的高数据速率通信。这种系统不适合于如分组通信系统那样可能需要传输小量的数据给用户的系统，因为必要的开销控制相对该数据传输量而言导致了系统较差的效率。类似的，这种系统不适合于多种用户需要进行数据传输的情况。
发明简述本发明的目的是提供新颖的方法、系统和设备，用于从基站发送数据给一个或多个用户站，该发明消除或减轻了至少一个上面提到的现有技术的缺点。
根据本发明的一个方面，它提供了传送数据的系统，该系统包括具有微处理器、调制解调器、无线电设备和天线的基站。该基站可操作来发送无线电信号；具有微处理器、调制解调器、无线电设备和天线的多个用户站，每个用户站都可以操作来接收信号，其接收质量至少与其它一个用户站不同；包含帧的信号，其中有能被所有用户站无论其接收质量如何都能恢复的标识符，和能够被至少一个用户站恢复的剩余部分，标识符指明用户站是否需要恢复剩余部分。
根据本发明的另一方面，它提供了用于发送到多个用户站的帧，每个用户站有对应恢复该传送的信号的能力的接收质量，帧包含标识符，该标识符被打包，无论接收质量如何都能恢复，并且帧还包括代表接收的用户站是否在某个接收质量范围内的信息；被打包用于由在范围内的用户站恢复的头，并且该头包括地址信息；以及至少一个有效负载包，被打包用于用户站根据地址信息对其加以恢复。
本发明提供了一个从基站发送数据到用户站的数据信道。每个用户站有不同的服务级别(service-class)，后者反映了从基站发送的数据的接收质量。数据信道被组织成多个帧。每个帧包含服务级别信息，后者在帧中被打包的形式是使所有用户站能够恢复服务级别信息。帧中还包括有效负载数据，该数据的目的地是至少一个用户站。有效负载数据在帧中被打包的形式是使其目的地用户站能够恢复该有效负载数据，无论其服务级别如何。有效负载数据目的地之外的用户站，和/或比目的地用户站的服务级别低的用户站，可以使用服务级别信息来确定可把帧的剩余部分忽略。本发明还提供了有关该数据信道的设备、系统和方法。
图2是在
图1中示出的基站的示意图；图3是在图1中示出的用户站之一的示意图；图4是在图1中示出的用于在网络上传输的帧的示意图；图5是根据本发明的另一个实施例的组装和发送图4的帧的方法的流程图；以及图6是根据本发明的另一个实施例的接收和恢复图4的传送帧的方法的流程图。
发明详述参见图1，结合了传送数据的系统的无线网络用20指示。网络20包括无线基站24和多个用户站28a，28b…28n。在一个目前优选的实例中，无线基站24连接到数据电信网络(未示出)，比如基于陆地线缆的交换数据网络，这种连接是通过合适的网关以及一个或多个回程线路(图1中未示出)，比如T1，T3，E1，E3，OC3或其它合适的陆地线缆链路，或是卫星或其它无线或微波信道链路，或者是其它本领域的技术人员会想到的任何适于作为回程线路的其他链路。
基站24与用户站28通信，在本实施例中，用户站28是固定的并安装在用户基地，如通常的无线本地环路(WLL)系统那样。用户站数量“n”可以根据可获得的无线带宽量和/或用户站28的配置和需求而变化。
数据信道32建立在基站24和每个用户站28之间。数据信道32承载要从基站24根据需要传输到各个用户站28a，28b，…28n的信息。实现数据信道32的网络可以采用各种多路访问技术，包括TDMA，FDMA，CDMA或诸如GSM的混合系统等。在本实施例中，在数据信道32上传送的数据以封装在帧中的数据包的形式传送，其细节在下面进行描述。
基站24正确接收发送给它的信号的能力，以下称为信号的“接收质量”，根据所采用的发送信号的多路访问技术而按照不同的方式被确定。例如，在TDMA或FDMA系统中，最常使用的确定值是所接收的信号的强度。在CDMA系统中，接收的比特功率和接收的干扰功率的比率(通常用ES/NO表达，其中ES是每个符号的能量，NO是接收的干扰能量)的比率是成比例的确定值。在任何情况下，信道32在每个用户站28的接收质量都可以根据各种因素而变化，包括多径干扰(来自附近建筑物的存在等)、无线噪声源(包括其它用户的发送信号以及无线噪声源)、地理特征、用户站28和基站24之间的距离、用户站28中的接收器的质量等，正如本领域的技术人员所理解的那样。根据距离不同，通常信号衰减表示成1/rN，其中r是用户站28和基站24之间的距离，且N＞1。在IS-95CDMA系统中，N的典型值是3＜N＜5。
在图1中，按照接收质量对用户站分组，并分别用环36表达，即环36a，36b…36n对应用户站28a，28b…28n的接收质量。在图中，环36a，36b…36n相对基站24以同心圆形式扩展来指明从基站所增加的距离，但是环36实际上是根据用户站28的接收质量而定义的，因此用户站28b可能在物理上比用户站28a更接近基站24，但它位于环36b(具有比环36a更低的接收质量)，原因在于上面提到的其它影响接收质量的因素，比如附近的噪声源等。因此，图1是接收质量环36的逻辑表达，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。
另外，图1说明在每个环36上有一个用户站28a，28b…28n，但是应该理解在本发明的大部分实际实施中，每个环36可能包括多个用户站28，每个都有为各个环36定义的一定范围内的接收质量。例如，环36a可以包括接收质量大于20db的用户站28，而环36b可以包括接收质量在20db和10db之间的用户站28，而环36n可以包括接收质量在-20db和0db之间的用户站28。这样，环36b和环36n之间的环36具有0db和10db之间的接收质量。在任何情况下，如图1所示，用户站28n以比用户站28b低的接收质量来接收信道32，而依次的，用户站28b以比用户站28a低的接收质量来接收信道32，但是比用户站28n有更好的接收质量。正如下面将更详细描述的那样，要被发送到基站28的数据根据该站目前所在的环36而被打包传送。
考虑到在大部分实际实施中，根据如天气和/或由临近用户站28的其它电子设备产生的本地噪声等因素，每个用户站28可能在不同时间在不同环36之间转换。因此，在适当的时间间隔内或以预先确定的事件的形式，每个用户站28将向基站24报告其目前的接收质量。基站24操作来维护最近报告的接收质量的数据库，并根据对每个环36所定义的接收质量范围将用户站28按环36分组。
此处使用的术语“包”“打包的”“打包”指发送打包的数据到其目的接收地的整个安排。对数据打包括但不限于应用不同级别的前向纠错(FEC)码(从没有编码到高层次编码和/或不同的编码方法)，采用不同的传送速率，采用不同的调制方式(QPSK，QAM4，QAM 16，QAM 64等)以及其它任何技术和方法来根据选择的所需无线(或其它物理层)资源的数量、数据速率和传输差错的概率等安排数据传送。例如，数据包可用1/4编码和QAM64调制来打包发送到第一个目的接收者，另一个数据包可用1/2编码和QAM256调制来打包发送到第二个接收质量更好的目的接收者。
图2更详细的示出了基站24。基站24包含天线40，或多个天线，用来在通信信道32上接收和发送无线通信信号。依次的，天线40被连接到无线电设备44和调制解调器48。调制解调器48被连接到微处理器-路由器组合52。一种合适的微处理器是SUNMicrosystems公司制造的SPARC处理器系统。应该理解组合52可以根据需要包括多个微处理器。在微处理器-路由器组合52中的路由器被用任何适当的方式连接到回程线路56，并进而把基站24连接到包交换数据网络(未示出)。
参见图3，用户站28被更详细的示出。用户站28包括天线60，或多个天线，用来在通信信道32上接收和发送无线通信信号。依次的，天线60被连接到无线电设备64和调制解调器68，调制解调器68被连接到微处理器组合72。
微处理器组合72可包括，例如，Intel制造的StrongARM处理器，它执行各种功能，包括执行A/D-D/A转换，滤波器，编码器，解码器，数据压缩器，数据解压缩器和/或包分解器。如图3所示，微处理器组合72连接调制解调器68和数据端口76，后者用于将用户站28连接到某个智能设备，诸如个人计算机、个人数字助理等，所述智能设备可以操作来处理从通信信道32接收的数据。因此，微处理器组合72可操作用来处理数据端口76和调制解调器68之间的数据。
参见图4，在信道32上发送的帧用100表示。在本优选实例中，帧100被选择来要求10毫秒的传送时间，尽管对帧100而言更长或更短的传送时间也可以选择，如果需要的话。如本领域技术人员理解的那样，帧100可以按持续时间来测量。而在该持续时间内能承载给定数量的符号供发送。而这些符号可代表数据，符号代表的实际数据量取决于数据被打包成符号的方式，通常用调制和编码的组合来打包。因此，最好是尽管帧的持续时间和帧的符号速率保持不变，但是在帧内发送的有效数据速率根据数据打包的不同而不同。这些概念在本发明的应用将在下面更详细的讨论。
帧100包括环(接收质量)包104，头包108和一组有效负载包1121，1122…112x。如上所提到的，根据有效负载包112的打包情况，帧100中的有效负载包112的数量‘x’可以改变，影响此改变的因素将在下面进一步讨论。
环包104由目标环标识符字段116和帧长度字段120组成。按照目前的优选实施例，目标环标识符字段116的长度是2个比特，而帧长度字段120的长度是10比特。目标环字段116标识出具有对基站24的最低接收质量的最外环36，为其帧100至少包含一个目标是到驻留在该最外环的用户站28的有效负载包112。例如，带有对应环36b的目标环标识符字段116的帧100可包括用于用户站28a，28b但不用于28n的有效负载包。帧长度字段120包含值‘x’，它指示帧100中的有效负载包1121，1122…112x的数量。
与有效负载包112不同，目标环字段116和帧长度字段120总是以稳健的方式被打包到环包104中，以确保当帧100被在信道32上发送时，能被所有用户站28a，28b…28n恢复。这种稳健的打包允许基站24所服务的每个用户站28都能恢复字段116和120。在本实例中，环包104的稳健性用下面的方式达到字段116和120经过前向纠错(FEC)操作124和调制操作128，然后再插入到环包104。前向纠错(FEC)操作124和调制操作128的类型根据位于环36n的用户站28n(即具有最差接收质量的用户站28)的需要而选择。
例如，如果信道32采用CDMA多路访问技术，在本优选实施例中，用户站28n有3db级的ES/IO，那么适当的前向纠错操作124是比率1/2编码，且调制操作128是4-QAM(QPSK)。适当的组合前向纠错操作124和调制操作128将不仅有助于和/或确保环包104被用户站28n恢复，而且其它的用户站也能恢复环包104。对给定的具有给定的接收质量的用户站28n的适当的前向纠错操作124和调制操作128会被本领域的技术人员所想到。
在附录I中的表I举例说明了在CDMA系统中根据变化的SNR对帧100打包的情况。栏1，标签是Ec/No，是SNR测量值，指示给定用户站28经历的每个给定噪声级别的每位(chip)的能量。栏2，标签是扩展因子，指示每个符号的位(chip)数量。栏3，标签是调制符号，指示用于打包数据的调制操作。栏4，标签是编码的比特/符号，指示在经过栏3的调制操作后每个符号的比特数量。栏5，标签是编码率，指示在打包数据中使用的编码操作。栏6，标签是符号重复因子，指示符号被重复的因子，用来进一步对数据打包来实现稳健的恢复。栏7，标签是比特/符号，指示每个符号的有效比特数。栏8，标签是比特/帧，指示每帧的有效比特数量，前提是帧中的所有比特都根据调制率、编码率打包并使用在同一行显示的符号重复因子。栏9，标签是Es/No，是SNR测量值，指示给定用户站28经历的每个给定噪声级别的每个符号的能量。栏10，标签是Eb/No，是SNR测量值，指示每个给定噪声级别的每个比特的能量。本领域的技术人员应该理解栏1、栏9和栏10相互之间有固定的关系。
因此，目前优选的编码操作124(参见栏5和栏6)和调制操作128(参见栏3)在表I中被示出。但是，用其它适当的稳健的方法来打包目标环字段116和帧长度字段120到环包104，和/或这些方法的组合，目前对业界技术人员而言将是显而易见的。
头包108包含多个标识符字段132，它包含关于每个有效负载包112的标识信息。在本实施例中，标识符字段132包括地址字段136，格式字段140，以及长度字段144。地址字段136指示哪个目的用户站28a，28b…28n来接收相应的有效负载包112。格式字段140指示用来准备相应的有效负载包112x的调制和编码，其细节在后面将详细描述。长度字段144指示相应有效负载包112的长度。头包108还包含CRC包148，它被每个用户站28a，28b…28n用来确定是否正确的接收到头包108。清空比特(flush-bits)152被添加来确保当头包108被解码时识别头包108的结束，如本领域技术人员所理解的那样。
在目前的优选实施例中每个地址数据字段136的长度是12比特，每个格式数据字段140的长度是4比特，每个长度数据字段144的长度是12比特，CRC字段148的长度是8比特，清空比特152的长度是8比特。但是，可以采用其它长度来适应特定的需求，这会被本领域的技术人员想到。
标识符包132，CRC包148和清空比特152都以适当的稳健的方法打包到头包108，以确保能够被位于基站24和在目标环字段116(包括的)指示的环之间的所有的用户站28恢复。换言之，如果目标环字段116指示环36b，那么头包108被打包的内容能被在环36a，36b的所有用户站28稳健的恢复，但是在环36n上的站28n不能接收头包108。
在本实施例中，对头包108的稳健打包用如下方式实现包132，CRC包148和清空比特152经历编码操作158和调制操作162之后形成头包108。前向编码操作158和调制操作162的选择是基于由位于目标环字段116标识的环上的用户站恢复头包108所需要的接收质量。目前优选的编码操作158是比率1/3卷积编码，而调制操作162是M级的QAM，其中M可以是4，16，64或256。
适当选择编码操作158和调制操作162的组合将不仅有助于和/或确保头包108被目标环字段116标识的环上的用户站28恢复，而且位于该环和基站24之间的用户站28也能恢复头包108。另外，目前的优选编码操作124(参见栏5和栏6)和调制操作128(参见栏3)在表I中被示出。但是，其它适当的编码操作158，调制操作162，和/或其它把包132、CRC包148和清空比特152打包到头包108的的稳健方式，和/或这些方式的组合，可被本领域的技术人员想到。
每个有效负载包112由一个或多个数据包166和清空比特170组成。每个有效负载包112的目的地是位于基站24和目标环包116所指定的环(包括的)之间的一个或多个用户站28。数据包166可以是基站24接收的任何类型的数据。例如，数据包166可以是TCP/IP包，它被要求发送IP包到用户站28。数据包166可以被具体指明发送到特定的用户站28a，28b…28n，每个用户站有自己的独立地址和/或一个或多个可被定义的广播地址。
数据包166可以是任何长度(由长度字段144指示)，要被放置到数据包166中的数据可以根据需要组合或分段，成适当的大小。通常，数据包166可包含部分、一个或多个目的是单一用户站28的包。清空比特170，在本实施例中长度是8比特，被添加到数据包160的后面，其原因同清空比特152。
每个数据包166及其对应组清空比特170，被打包到对应的有效负载包1121，1122…112x。打包根据在对应有效负载包112的格式字段140所指定的格式以稳健的方式执行。这种打包有助于和/或确保被目的用户站28恢复。(偶然的，位于基站24和目的用户站28所在环之间的其它用户站28也可以恢复有效负载包112，但是通常情况下，这些恢复不会被执行，还可以采用适当的安全措施来防止窃听)。例如，如果帧100包含定义为发送到环36n的目标环字段166，并包含目的地是用户站28b的有效负载包112，那么有效负载包112将打包成能被用户站28a和28b恢复。指定的前向编码操作174和调制操作178基于位于对应于该有效负载包112的地址数据字段136所指定的环36b上的用户站28b的接收质量被选择。目前优选的编码操作174是比率-N卷积编码(N是大于0的实数)，调制操作178是M级的QAM(其中M可以是4，16，64或256)，其中根据格式字段140所指示的环36上的接收质量来选择适当的N和M。
从总体而言，应该考虑到编码操作174和/或调制操作178和/或其它稳健打包方式可以为单一帧100中的每个有效负载包112一起或分别选择。例如，当在特定环36中的用户站28有宽范围的接收质量时，则可以对位于那个特定环36上的每个用户站28使用相同的调制操作178，但是使用不同的编码操作174来适应环36上接收质量的范围。
为帧100中的每个有效负载包112选择编码操作174和/或调制操作178和/或其它稳健打包方式可依赖于实际应用和/或在信道32上承载的数据的类型。(由于应用和/或数据类型为了达到所需的包差错概率有不同的需求。)例如，文件传输协议(ftp)相比在IP上的语音(VOIP)连接而言有较低的容错度。因此发送到环36b上的第一个用户站28的有效负载包112可按照1/4卷积编码，而发送到环36b上的另一个用户站28的有效负载包112，但用于VOIP连接，则可以按照1/2卷积编码。
当编码操作174和调制操作178对目标环116，例如环36b，是通用的时，目的地为更高层环(即环36a)中的用户站32的有效负载包112也可以被包括在帧100中(如果需要的话)，尽管这些目的地是更高层环36的有效负载包112按照相对其目的地而言将以多余的稳健级别的方式被打包，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。
目前优选的编码操作124(参见栏5和栏6)和调制操作128(参见栏3)在表I中被示出。但是，其它适当的编码操作174，调制操作178，和/或其它把数据包166和清空比特170打包到每个有效负载包112的稳健方式，和/或这些方式的组合，会被本领域的技术人员想到。
参考图5，它示出了根据本发明的一个实施例的一种发送数据的方法。为了有助于解释该方法，请参考网络20和帧100。在步骤200，数据包166被基站24接收，以便发送到一个或多个用户站28，并缓存直到有足够数量的数据被接收以便填满帧100。在该实例中，数据包166在基站24被接收，可以来自回程线路56或来自其它发送给基站24的数据包的用户站28，微处理器-路由器组合52缓冲数据包166以便随后组装到帧100中。足够填满帧100的数据量大小依赖于所选择的编码操作158和174以及所选择的调制操作162和178，这对本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，假设最好的(即最大有效数据比率)编码和调制操作或当从接收最早的数据包166开始，预先选择的时限到期的情况下，确定接收了足够数量的数据，采用后面的参数来确保帧100在所选择的最大延迟时段被超过之前被组装和发送。任何由于编码和/或调制操作较低的数据比率因子而不能被放置到组装好的帧100中的所接收的数据被缓冲并在预期的过程中被组装到下一个要组装的帧100。
当接收到足够数量的数据来填充帧100时，在步骤204确定包含用户站28的具有最低接收质量的环36，至少一个接收的数据包的被发送到该户站28。步骤204被微处理器-路由器组合52所执行，它检验每个接收的数据包166的目标地址来确定带有对基站24最低接收质量的环36，该环上的用户站28是至少一个数据包166的目的地。
在步骤208有效负载包112被组装并插入帧100。适当的编码操作174和调制操作178被应用于所接收的数据包166，适当的清空比特170被添加，其结果被插入一个或多个有效负载包112。打算供同一用户站28使用的数据包166可以被分组，用于插入一个或多个通用的有效负载112。
根据在步骤204确定的环36(即，如果环36a是所确定的环，256QAM就用于所有包，或者如果环36b是所确定的环，64QAM就用于所有包)，调制操作178可以被选择用于所有处理过的包166，或者，如前面讨论的，也可以考虑改变用来处理包所采用的调制操作，如果需要的话每个包都可以有不一样的调制操作。以类似的方式，根据在步骤204确定的环36(即，如果环36a是所确定的环，比率1/2编码就用于所有包，或者如果环36b是所确定的环，比率1/4编码就用于所有包)，可以为所有处理的包166选择编码操作174，或者，如前面讨论的，也可以考虑改变用来处理包所采用的编码操作，如果需要的话每个包都可以有不一样的编码操作。目前考虑的是为帧100中的所有包166选择单一的调制操作178，但是编码操作174将根据环36上的用户站28的不同的接收质量和/或根据要求的包差错概率比率而改变。
一旦有效负载112被组装，在步骤212，头包108就被组装到帧100。头包108以如前面讨论那样组装，由此每个有效负载包112的对应目标用户站28被插入到每个地址字段136；每个有效负载包112的对应格式(即调制和/或编码)被插入到格式字段140；每个有效负载包112的对应长度被插入到每个长度字段144。最后，根据标识符包132产生CRC编码，它被插入CRC字段148。然后添加清空比特152，此时，字段132和148以及清空比特152根据编码操作158被编码，根据调制操作162被调制。选择编码操作158和调制操作162，以保证头包108稳健的打包以满足在步骤204确定的环36上的所有用户站28的接收质量。
接着，在步骤216组装环包104。在步骤204确定的最外目标环36被插入目标环字段116，而帧长度，根据有效负载包‘x’的数量，被插入帧长度字段120。然后字段116和120被用操作124完成前向纠错，用调制操作128完成调制，然后被插入环包104。选择操作124和128，以保证环包104稳健的打包以满足基站24所服务的所有用户站28的高级别的接收概率。
接着，在步骤220，现在为止组装的帧100通过信道32被发送到用户站28a，28b…28n。该发送可以使用已知的技术以通常的方式存在。
对本领域技术人员而言，应该理解可以在不偏离本发明的情况下对上述方法加以修改。例如，如果为在步骤204中确定的给定目标环36预先选择调制操作178和编码操作174，那么确定填满帧100所需接收的数据量就是一个简单的问题，并可在接收每个数据包166时加以确定。在这种情况下，当每个包166被接收时执行步骤204，从而为到那时接收到的所有包确定最低接收质量环36。根据所定义的调制和编码操作定标所接收的数据包166，其作为结果的定标的数据大小与帧100的所选择的最大大小相比较。
如果所确定的最大帧的大小，或者如果所定义的最大等待时间期间，没有超过被检验的下一个所接收的包166，那么最低接收质量环36就被更新，如果必要的话，就需要再执行定标操作并再次检验其大小(和/或延迟时间)。
参照图6，示出了根据本发明的一个实施例的一种用于所发送的帧100被用户站28恢复的方法。在步骤300，帧100被用户站28接收。无线电设备64接收帧100，并传输到调制解调器68。
在步骤304，恢复目标环包104。在本实施例中，这由调制解调器68和微处理器组合72完成，调制解调器68使用与调制操作128相反的解调操作，微处理器组合72使用与前向纠错操作124相反的解码操作。在本实施例中，解调操作和解码操作都是预先为所有用户站28定义好的，而且确定为允许即使网络20中最低接收质量下也能恢复环包104。当环包104被恢复后，目标环字段116和帧长度字段120就可以被微处理器组合72所获得来帮助进一步的处理帧100，如下面描述的那样。
在步骤308，确定用户站28是否在由目标环字段116指示的目标环36之内或之上(即用户站28的接收质量至少等于目标环字段116指定的环的接收质量)。如果在步骤308确定正接收信息的用户站28的接收质量低于目标环字段116所指示的环，那么本方法将在步骤312抛弃该帧并返回步骤300来接收和处理下一个帧100。
但是，如果在步骤308确定正接收信息的用户站28的接收质量至少等于目标环字段116所指示的环36，那么在帧100中的一个或多个有效负载包112就被发送到该用户站28，本方法则前进到步骤316。
在步骤316，恢复目标头包108。在本实施例中，这由调制解调器68和微处理器组合72完成，调制解调器68使用与调制操作162相反的解调操作，微处理器组合72使用与编码操作158相反的解码操作。在本实施例中，适当的解调操作和/或解码操作可基于在步骤304中恢复的目标环116包含的信息被确定，或者是在网络20被预先选择和固定。这些操作规定为允许由目标环字段116指示的环36上，即使最低接收质量的用户站28也有很高的成功率来恢复头包108。
本方法前进到步骤320，在其中确定从头包108中恢复的CRC包148对所恢复的头包108是否有效。如果CRC包148所恢复的头包108无效(即发生了接收错误)，那么正在接收的用户站28就确定它没有正确的恢复头包108，本方法前进到步骤324进行异常处理。可以使用任何异常处理协议，这会被本领域的技术人员想到，包括发送NACK或是不采取明确的异常处理动作。
在步骤320如果所恢复的CRC是有效的，那么正在接收的用户站28就确定它正确的恢复了头包108，本方法前进到步骤328。在步骤328，发送到正在接收的用户站28的有效负载包112被恢复。微处理器组合72参照各个标识符包1321…132x以便确定哪个有效负载包1121，1122，…112x被发送到正在接收的用户站28。利用与调制操作178相反的解调操作，以及在包132的格式字段140被指示或是可在网络20中预先定义的与编码操作174相反的解码操作，这些被发送到正在接收的用户站28的有效负载包112被从帧100中恢复。
然后本方法返回步骤300处理下一个接收的帧100。
应该考虑到本发明特别适合于承载会议数据，无论是语音或视频，因为在帧100中的一个或多个有效负载包112能够被参与会议的一组用户站28寻址和恢复(利如，通过包含指明在呼叫中应恢复有效负载112的所有用户站28的地址信息)。该有效负载包112可以包含会议数据。现在很显然，数据可被稳健的打包，以保证被在某个中等接收质量层的用户站恢复，允许对具有较低层接收质量的用户站有某些可接受的有效负载112丢失，但是保证具有高层接收质量的用户站能恢复。另外，信道32可以只为参与会议呼叫的一组用户站28的一个会议而建立。
尽管此处讨论的实施例描述了本发明的实施的确定的实例，但是应该理解，该实例的组合、子集和变化都在本发明的范围之内。例如，通过回程线路56接收或通过其它用户站28接收的数据包166可以被缓存到基站24来以任何所需的形式组成帧，比如根据环36a，36b…36n分组。
在基站24缓存数据包166还可以允许选择帧的大小(即在给定的预先确定时间长度的帧中的符号数量)，因为实际需要来组装帧中的每个包的调制和/或编码和/或前向纠错的数量是可以根据需要选择的。
还应该注意到，在网络20中还可以提供附加的信道，如果需要的话。例如，一个信道可专用于一组环36a…36c，而第二个信道可专用于环36d…36n。另外，或可选择的，附加的信道还可以加密来改善在网络20上传输的安全性。
可以增加附加的信道来容纳在网络20中具有比其它用户站更新的和/或更快的无线电设备的用户站。在该实施例中，更新/更快的用户站28可以是后向兼容的，以包含接收较旧信道的能力和接收附加信道的能力。
还应该注意到，提供附加信道只是用来改善网络20的延迟，由此增加从基站到用户站的数据的总吞吐量。此外，可执行在基站24缓存以根据数据类型和其相关的服务质量(QoS)需求来管理延迟。例如，与网络浏览器活动相关的数据能用相对无限的延迟来在可能时缓存和发送，而与VOIP连接相关的数据则在优先权的基础上被发送，以将延迟减少到该连接需求的低水平。
附加的基站24也能被增加到网络20，这样已知的软切换或类似的技术就被合并到网络20，以便进一步改善吞吐量和网络20的总体容量。
应该理解到该网络可以分为许多服务级别(或环)以及在每个服务级别中的一个或多个子服务级别(或子环)。在该情形下，给定级的调制可以用于每个服务级别，给定级的纠错可以用于每个服务级别。
尽管此处讨论的实施例使用编码和调制的组合来根据不同用户站的不同需要的接收质量来实现对帧和/或帧的一部分进行稳健打包，但是预期可以根据需要采用任何稳健打包方法。
应该考虑到可以使用各种方法来确定用于对帧100中的包进行打包的稳健打包格式(即调制和/或编码)。例如，每个用户站28能报告其对基站24的接收质量(或者作为确切的测量值，或者通过指明用户站28目前驻留的环36)。依次的，有效负载包112可以根据预先确定的格式被打包(即编码和/或调制)，根据被报告的接收质量，该格式对基站24和用户站28都是已知的。以这种方式，基站28不需要为每个用户站28提供格式字段140，原因在于用户站28可以根据预先确定的格式只解码相关有效负载包112。在前面的情况中，因此显然可以消除格式字段140。
另外，格式字段140能包含在帧100中，后者还含有控制比特来指明被发送到给定的用户站28的有效负载112根据基于用户站28的接收质量的预先确定的格式被打包，或者该控制比特能指明有效负载112根据某些由在格式字段140中的后续比特指明的其它格式打包。
还应该注意到格式字段140可以被消除，原因在于稳健打包的格式能被正在接收的用户站28使用“盲目检测”来确定，即正在接收的用户站28可以只尝试用各种层次的解调和解码来对有效负载包112进行解码，直到数据包116被有意义的恢复。选择和检测稳健打包类型的其它组合和变化对本领域的技术人员而言是显而易见的。
尽管此处讨论的实施例关注于在无线网上实施的多路访问方案，但是应该理解本发明可以被应用到各种多路访问方案，比如在双绞线或同轴链路上，而且可以使用各种方法，比如TDMA、FDMA、或CDMA。
本发明提供了网络中新颖的数据信道，该网络至少有一个基站和多个用户站。该数据信道可由多个帧组成，所述帧有至少一个包能被所有用户站读取，该包指明正在接收的用户站是否是帧的全部或部分信息的目的地址。该帧和/或其部分以任何适当的方式稳健打包，来确保和/或有助于目的地址用户站能够恢复发送到该用户站的任何数据，而目的地址之外的用户站能够确定它们没有必要恢复包含在帧中的全部或部分数据。只是通过根据不同用户站的不同接收质量需求对帧或帧的一部分进行稳健打包，较低复杂度的稳健打包可以被用于具有较低接收质量需求的站，从而在每个帧中打包进更多的数据，通过更稳健的方式对帧打包来确保该网络能够达到具有更高接收质量需求的用户站的范围。
上述的本发明的实施例的目的在于作为本发明的实例，本领域的技术人员可以在不偏离所附权利要求中定义的发明范围对其做出变更和修改。
附录I表I
权利要求
1.用于传送数据的系统，包括基站，所述基站具有微处理器、调制解调器、以及用于输出信号的输出设备；多个用户站，所述用户站具有微处理器、调制解调器、以及输入设备，每个都可操作以不同于至少一个其它所述的用户站的接收质量接收所述的信号；所述信号，所述信号包括帧，所述帧具有可被所有无论其所述接收质量如何的所述用户站恢复的标识符，以及被至少一个所述用户站恢复的剩余部分，所述标识符指明所述用户站是否需要恢复所述的剩余部分。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述的输出设备是无线电设备，所述的输入设备是无线电设备，所述的信号是无线数据传输。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述的信号在CDMA信道上传送。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述的标识符指明接收质量的范围，所述剩余部分包括具有地址信息的头，所述头可被在所述范围内的所述用户站恢复，所述剩余部分进一步包括至少一个有效负载包，所述有效负载包被对应所述地址信息的用户站恢复。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述有效负载包是根据目的地址用户站的接收质量被打包。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述的接收质量是信噪比的测量。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述标识符使用调制操作被打包进入所述帧。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述标识符使用编码操作被打包进入所述的帧。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述剩余部分使用调制操作被打包进入所述的帧。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述的剩余部分使用编码操作和调制操作的组合被打包进入所述的帧。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述的编码操作是比率1/N卷积编码。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述的调制操作是M级QAM。
13.根据权利要求1的所述系统，其中所述的剩余部分使用编码操作被打包进入所述的帧。
14.用于发送数据的系统，包括基站，所述基站具有微处理器、调制解调器、无线电设备和天线；第一用户站，所述第一用户站具有微处理器、调制解调器、无线电设备和天线，所述第一用户站可操作以第一接收质量接收从所述基站发送的无线电信号；至少一个附加的用户站，所述附加的用户站具有微处理器、调制解调器、无线电设备和天线，所述至少一个附加的用户站可操作以不同于所述第一接收质量的第二接收质量接收所述发送的无线电信号；所述基站，可操作对信道上的一帧数据稳健打包，以便被所有所述用户站接收，其中所述帧的一部分可被所有所述用户站恢复，来指明正在接收的用户站是否试图恢复所述帧的剩余部分。
15.用户站，包括天线-无线电设备组合，所述天线-无线电设备组合用于以某个接收质量接收无线电信号，所述无线电信号携带从基站发送的帧；调制解调器-微处理器组合，所述调制解调器-微处理器组合连接到所述天线-无线收发设备组合，并可操作以无论怎样的所述接收质量从所述帧恢复标识符，所述标识符用于指明所述微处理器是否应该恢复根据所述接收质量打包的所述帧的剩余部分。
16.一种打包帧以便在多路访问链路上将数据传输给多个用户站中至少一个用户站的方法，每个所述用户站具有与在所述链路上接收数据传输的能力有关的接收质量，所述方法包括步骤接收和缓存足够量的数据来填满所述帧；将所述帧组装进入发送到所述至少一个用户站的至少一个有效负载包，所述至少一个有效负载包根据所述至少一个用户站的接收质量被稳健打包；将至少一个用户站的地址组装进入头包，后者至少根据所述至少一个用户站的接收质量被稳健打包；组装标识符，它指明具有所述至少一个有效负载包发送到的至少一个用户站的最差接收质量，所述标识符可被所有不论其所述接收质量如何的用户站恢复；将所述的有效负载包、所述头和所述级别标识符组装到帧中；以及，在所述的链路上传送所述的帧。
17.根据权利要求18所述的方法，进一步包括如下步骤，在所述传送步骤之前，将格式信息组装到所述的头，所述格式信息指明所述至少一个有效负载包是如何被稳健打包的。
18.一种在多路访问链路上从基站发送给多个用户站的帧的恢复方法，每个所述的用户站具有与所述多路访问链路有关的接收质量，所述方法包括步骤接收所述发送的帧；使用对应所述用户站的最低接收质量的恢复操作恢复标识符；当所述标识符指明所述正在接收的用户站在接收质量范围之内时恢复头，所述头包的恢复是使用对应由所述标识符包指明的最低接收质量的恢复操作；以及，当所述头包指明所述的有效负载包被发送到所述正在接收的用户站时恢复有效负载包，所述的有效负载包的恢复是使用对应所述正在接收的用户站的接收质量的恢复操作。
19.传输到多个用户站的帧，每个用户站具有对应恢复所述数据传输能力的接收质量，所述帧包括标识符，所述标识符被打包以便无论所述的接收质量如何都可以恢复，所述标识符包括代表正在接收的用户站是否在接收质量范围内的信息；头，所述头被打包以便在所述的范围内的用户站可以恢复，所述头包括地址信息；以及，至少一个有效负载包，所述至少一个有效负载包被打包以便被所述地址信息指明的至少一个所述用户站恢复。
20.根据权利要求19所述的帧，其中所述头进一步包括指明所述至少一个有效负载包打包格式的格式信息。
21.根据权利要求19所述的帧，其中所述头进一步包括格式信息，所述格式信息包含以下之一a)所述至少一个有效负载包的打包格式；以及b)所述至少一个有效负载包根据预先确定的对所述的用户站已知的打包格式进行格式化的标识符。
22.根据权利要求21所述的帧，其中所述的打包格式包含用来对所述的至少一个有效负载包打包的至少一个调制操作和解调操作。
23.根据权利要求19所述的帧，其中所述的标识符被打包，用于根据比所述帧的目标差错率低一个数量级的差错率恢复。
全文摘要
本发明提供从基站传输数据到用户站的数据信道。每个用户站有不同的服务级别，后者反映了对从基站发送的数据的接收质量。数据信道被组织成多个帧。每个帧包含服务级别信息，后者在帧中的打包形式是使所有用户站能够恢复服务级别信息。帧中还包括有效负载数据，该数据的目的地是多个用户站中至少一个用户站。有效负载数据在帧中被打包的形式是使其目的地用户站能够恢复有效负载数据，无论其服务级别如何。没有有效负载数据将其作为目的地的用户站，和/或比目的地用户站的服务级别低的用户站，可以使用服务级别信息来确定帧的剩余部分可以被忽略。本发明还提供了有关该数据信道的设备、系统和方法。
文档编号H04B1/707GK1430859SQ01810031
公开日2003年7月16日 申请日期2001年5月17日 优先权日2000年5月25日
发明者威廉·M·斯内尔格罗夫, 弗兰克·克希斯昌, 马克·詹姆士·弗雷泽, 拉梅什·曼特, 弗兰克·M·文黑斯瓦克 申请人:索马网络公司