专利名称：传输高速数据的可变速率无线信道的帧结构的制作方法
技术领域：
本发明一般地说涉及蜂窝无线通信网络，更具体地说，涉及在此蜂窝无线通信网络中话音通信和数据通信的传输。
背景技术：
无线网络已众所周知。在世界许多人口聚集的地区，蜂窝无线网络支持无线通信业务。已知卫星无线网络可在地球的大部分表面地区支持无线通信业务。虽然无线网络最初是为服务于话音通信而构建的，但现在也需要它们支持数据通信。
随着互联网的被接受和广泛使用，数据通信业务的需求急剧增加。数据通信过去一直是通过有线连接进行的，现在无线用户要求他们的无线装置也支持数据通信。现在许多无线用户期望能用他们的蜂窝电话，个人数据助理，无线链接的笔记本电脑，以及/或其他无线装置在互联网上“冲浪”，收发电子邮件，和进行其他的数据通信活动。这种对无线网络数据通信的需求还会与日俱增。因此，无线网络目前正在被创建或改进以服务于这些日益扩大的数据通信需求。
利用无线网络服务于数据通信存在一些重大的性能问题。无线网络最初用来服务于明确定义的话音通信的要求。一般来说，话音通信要求持续的带宽，但对信噪比(SNR)和连续性的要求非常低。而数据通信却有非常不同的性能要求。数据通信一般是突发的，非连续的，而且在其工作部分时间可能要求相对较高的带宽。为了理解在无线网络中进行数据通信业务的困难，请考虑蜂窝无线网络的结构和工作。
蜂窝无线网络包括“网络基础设施”，它在各自的业务覆盖区内与用户终端进行无线通信。该网络基础设施通常包括分散在整个业务覆盖区的多个基站，每个基站支持各自小区(或扇区集)内的无线通信。基站连接到基站控制器(BSC)，每个BSC服务多个基站。各BSC连接到移动交换中心(MSC)。每个BSC通常也直接或间接地连接互联网。
工作时，用户终端与一个(或多个)基站通信。连接到服务基站的BSC在MSC和服务基站之间传送话音通信。MSC将话音通信发送到另一MSC或公共电话交换网(PSTN)。BSC在服务基站和可能连接到互联网的分组数据网络之间发送数据通信。
基站和用户终端间的无线链路由多个操作标准之一定义，例如，AMPS，TDMA，CDMA。GSM，等。这些操作标准，以及新的3G和4G标准定义了无线链路的分配，建立，服务和拆除的方式。这些操作标准必须设定能同时服务于话音和数据通信的令人满意的操作。
无线网络基础设施必须支持低比特率的话音通信和变速率的数据通信。更具体的说，网络基础设施必须能传输低比特率的对延迟敏感的话音通信和高数据速率的有延迟容差速率的数据通信。话音通信通常具有较长的保持时间，例如，平均维持工作两分多钟，而高数据速率/有延迟容差数据通信是突发的，不规则地工作。与话音通信的信道分配要求不同，数据通信的信道必须频繁的分配和取消分配以免浪费频率资源。这种对数据通信信道的分配和取消分配要消耗大量效开销。
另外，由于话音通信必须具有高于数据通信的优先级，数据通信常常只能分配到很少的资源，或没有资源可分配给它。数据用户不仅必须和话音用户争抢信道，还要和其他数据用户争抢信道。在大多数工作场合中，很难获得一个信道并维持该信道以充分服务于数据通信。如果信道分配被网络基础设施过早取消，则数据通信就会被中断，导致无线链路的物理层上的协议层失效。
因此希望提供一种通信系统，它能承载对延迟敏感的低数据速率的话音通信和有延迟容差高数据速率的数据通信，且最少浪费频谱容量。而且，也希望提供一种通信系统，它能服务于多个数据用户的突发数据通信而不浪费分配的频谱。
发明内容
按本发明构建的通信系统采用时分复用(TDM)超帧/帧结构，该结构对服务于有延迟容差的，高数据速率的数据通信以及无延迟容差的低数据速率的话音通信进行了优化。本发明的TDM帧结构支持利用子帧操作使传输灵活成帧，该传输包括低数据速率的无延迟容差的话音通信和有延迟容差的高数据速率的数据通信。这样，本发明的系统和方法为仅有数据通信的无线业务以及具有话音通信和数据通信无线业务的组合提供了极大的优势。
本发明的TDM帧结构采用数据速率匹配以便对共享TDM帧结构的不同用户终端支持其不同的数据速率。当用于前向链路时，基站根据用户终端报告的信道质量为每个服务的用户终端选择数据速率。然后，基站/网络基础设施构建超帧，服务于所需的话音和数据通信以满足适当的服务等级。
根据本发明的一个方面，前向链路传输形成多个超帧，每个超帧包括预定的帧数。每个帧以一种或多种数据速率承载话音通信。超帧的大小受话音通信延迟容限的限制，通常为20ms。每个话音用户分配到发送低数据速率和低信号传播延迟的话音通信所需的超帧中的一帧或多帧或帧的一些部分(子帧)。超帧中不需承载话音通信的任何帧/子帧被指派用于承载具有兼容数据速率要求的高速数据。而且，每个帧都可承载话音和数据通信。
有利的是，本发明在同一前向链路既支持高数据速率用户、同时也支持话音用户。本发明还能有效地管理带宽，以便在同一高数据速率帧上容纳多个话音用户和其他数据用户。
而且，本发明在分时方面对为数据用户服务十分有利。靠在单一的时分复用前向链路上为多个数据用户服务，所有被分配的频谱都可被利用来服务数据用户，将通过量效果最大化。这样就不会浪费已分配的频谱。而且，超帧结构还能服务于支持不同数据速率的用户终端。此外，由于每个超帧都是单独构建的，每个超帧就可服务于不同数据速率和不同服务等级的不同用户终端。
本发明的超帧的帧结构包括显式数据速率指示符/用户指示符，显式地表明该帧的数据是为哪一个用户终端和以哪种数据速率存在的。这样，用户终端就可确定要发给它的那些帧以及发送这些帧的数据速率。显式数据速率指示符/用户指示符要求极少的编码，这样用户终端就可很容易地解释它们。帧中有了这些显式指示符，用户终端就可忽略应发给其他用户终端的数据，避免了解码这些数据所需的很高的处理要求。
在这种显式数据速率指示符/用户指示符的一个实施例中，超帧中每个帧头指明该帧的数据速率以及帧中的数据应发给的用户终端。该帧头还可包括一个导频信号，用户终端可用来确定前向链路的信道质量。而且，该帧头还可包括供相应基站所服务的多个用户终端使用的功率控制位。在另一实施例中，该帧包括一个主帧头，指明前半帧的用户终端和数据速率，和第二帧头，指明后半帧的用户终端和数据速率。
按照本发明，每个超帧/帧服务于多个用户终端。因此，按照本发明的操作确定每个超帧将如何构建和传输。一般来说，在各小区/扇区中被服务的每个用户终端向服务基站报告它监控的多个前向链路业务信道的质量和/或表明它在各监控的前向链路信道上支持的数据速率。基站，基站控制器，或其他网络基础设施部件，接收此信息，然后确定每个服务的用户终端的最大数据速率。
然后，基站确定哪些用户终端在下一个超帧需要话音通信服务。根据此信息以及需要话音通信服务的用户终端支持的最大数据速率，如果话音通信由超帧服务，基站就为话音通信分配至少一个帧/子帧，并为话音通信确定至少一种数据速率。按照一种操作，支持同一数据速率的用户终端可共享帧/子帧。
一旦基站分配了所有话音通信，它下一步就要确定在下一帧哪些用户终端将接收数据通信服务以及服务等级。根据此决定，以及每个用户终端所支持的最大数据速率，基站将帧/子帧分配给进行数据通信的用户终端。和话音通信的业务分配一样，分配有同一数据速率的数据通信的用户终端可共享帧/子帧。因此，仅数据分配的操作和话音/数据分配相同，只不过在进行话音/数据分配时，话音用户终端的优先极高于仅数据的用户终端。
本发明的其它特征和优点从以下结合附图的详细说明中就显而易见。
结合以下附图思考以下优选实施例的详细说明，就可更好地理解本发明。附图包括图1示出按本发明构建的蜂窝无线网络的一部分的系统图；图2示出按本发明的超帧和高速数据帧的结构方框图；图3示出按本发明仅承载数据的高速数据帧的结构方框图；图4A和4B示出按本发明形成的仅承载数据通信的超帧实例的方框图；图5示出按本发明的承载话音和数据通信的超帧结构方框图；图6A和6B示出按本发明形成的承载话音和数据通信的超帧实例的方框图；图7示出按本发明的承载话音和数据通信的高速数据帧的结构方框图；图8示出按本发明确定多个服务的用户终端的前向链路数据速率和编码速率的操作逻辑图；
图9示出按本发明构建的超帧逻辑图；图10示出产生和处理本发明的超帧结构的装置实例的方框图；图11示出产生和处理本发明的超帧结构的装置另一实例的方框图，在该装置中每个用户数据通路可部分分别处理；图12示出产生和处理本发明的超帧结构的装置另一实例的方框图，在该装置中话音和数据通信部分分别处理；图13示出按本发明构建的基站方框图；以及图14示出按本发明构建的用户终端方框图。
具体实施例方式
图1是按本发明的蜂窝系统100的一部分的系统图，其中多个用户终端106-122共享一个时分复用(TDM)前向链路。图示的蜂窝系统100基础设施包括基站102和网络基础设施104。这些成分众所周知，仅当它们涉及到本发明的内容时才加以说明。蜂窝系统100按根据本发明作了修改的CDMA标准工作，例如IS-95B，IS-2000，3GPP，W-CDMA，或其它已按上述操作修改了的CDMA标准。特别是，高速数据(HSD)1xEV仅数据(DO)标准、HSD 1xEV数据和话音(DV)标准、以及3GPP HSD标准都可按本发明的某些方面工作。
基站102在相应的地理区域(例如小区或扇区)中提供无线服务。基站与用户终端106-122建立一个前向链路和至少一个反向链路。一旦这些链路建立起来，基站102就将话音通信和数据通信传输给用户终端106-122。同理，用户终端106-122通过反向链路将话音通信和数据通信传输给基站102。
某些用户终端(例如话音终端118，120和122)只服务于话音通信。而其他用户终端(例如数据终端112，自动售货机114和信用卡终端116)只服务于数据通信。另外，至少还有一些用户终端(例如台式电脑106，便携式电脑108，可穿戴式电脑110)同时服务于话音通信和数据通信。
在服务于话音和数据通信时，基站102支持服务于所有用户终端106-122的单一前向链路信道(F-CH)。基站102和用户终端106-122交互作用，建立多个反向信道(R-CH)，各服务于用户终端106-122之一。
为了实现F-CH的共享，F-CH采用了TDM超帧结构，该超帧包括有多个帧，每个帧又包括多个子帧。这种超帧/帧结构灵活地适合话音通信和数据通信，对低比特率的话音通信没有负面影响。而且，这种超帧/帧结构靠在服务的用户终端之间公平地分配可用的已分配的带宽而有效地支持数据通信，不会浪费任何宝贵的已分配带宽。
在此超帧结构中，每个超帧包括整数个帧，每个帧又包括整数的子帧。每个帧/子帧可以承载话音通信，数据通信，或话音通信和数据通信之组合。数据速率随着在此帧/子帧中根据服务的用户终端所决定的帧/子帧的数据速率以及用户终端所报告的用户终端的各信道质量标记以帧为基础发生变化。这样，每个超帧通常服务于多种不同数据速率的多个用户终端。而且，每个超帧通常都填有话音和/或数据，以使用所有可用的频谱。
在本发明的一个所述实施例中，F-CH是一个扩频码分复用信道。F-CH在一既定时间只服务于一个用户终端。为了增加信道的通过量，在既定时间被服务的前向链路通信在其传输之前用一组16 Walsh编码进行调制。这样，F-CH不使用编码共享来区别用户终端。
但是，超帧的部分帧/子帧可能含有用不同的Walsh编码单独调制的数据，以使超帧/帧/子帧的某特定部分可单独由每个服务的用户终端接收。这种数据的一种实例就是功率控制数据，比如功率控制位，它们是在F-CH上传输，但却用来控制反向链路传输的传输功率。用于多个不同用户终端的多个功率控制位用多个相应的Walsh编码调制，并同时在超帧/帧/子帧内的F-CH上传输。用户终端将这一段超帧/帧/子帧解码以便接收它们各自的功率控制位。
由于对反向链路的数据通过量的要求比对前向链路的要求低得多，所以反向链路采用常规的反向链路CDMA技术。按照本发明，用户终端确定F-CH信道质量，例如导频信号强度/干扰比率，或最大可支持的数据速率，并通过反向链路向至少一个服务基站报告该信道质量。根据每个用户终端报告的F-CH信道质量以及附加的因素，基站向用户终端分配超帧的帧/子帧。
每个超帧的大小受低信号传播延迟业务(话音通信)的延迟容差限制。根据该延迟容差(例如，20ms)，将整数个帧组合，形成同等时长的超帧。在每个超帧中，每个话音用户只分配给发送话音通信所需的帧或帧的部分。数据通信则分配给没有用来承载话音通信的其余的帧和帧的部分。最好把话音呼叫群集在超帧的开始处。超帧的话音和数据通信的分配将在以下参考图6A和6B用实例加以说明。
图2是按本发明的超帧和高速数据(HSD)帧的结构方框图。超帧结构在F-CH上传输，并符合F-CH的其他要求。特别是，每400ms，基站102在F-CH内发送广播信道(BCCH)字段。这样，整数倍个超帧可适合BCCH的定时要求。如上所述，每个超帧有20ms长并包括16个HSD帧，每个帧的时长为1.25ms。用该结构时，每400ms用8个帧以76.8kbps的数据速率发送BCCH字段。而且，每第20个20ms超帧将包含此BCCH字段。
如图所示，每个20ms超帧可包括话音通信和/或数据通信。该超帧结构由基站102通过F-CH服务的多个用户共享。这样，20ms超帧服务传输基站102的所有F-CH要求，并支持基站102的全部前向链路的话音通信要求和数据通信要求。
图3是按本发明的承载数据的高速数据帧300的结构方框图。HSD帧300在F-CH上传输，时长为1.25ms。HSD帧300包括1536个码片，和8个子帧，每个子帧包括192个码片。但HSD帧300的大小、码片数、子帧数量和其他具体结构质量在此仅是示例，HSD帧300可以有其他的大小和结构，但仍属本发明的范围之内。
在此帧结构中，第一HSD子帧用作帧头，包括导频信号(32码片)、识别用户终端和指明HSD帧(128个码片)的至少一种数据速率的显式数据速率指示符(EDRI)字段、以及多个功率控制位(32码片)。HSD帧还可包括二次EDRI，它包括在HSD帧300的第五子帧中。
导频信号在所有基站间同步，用于定时目的和信道质量估计。用户终端接收该导频信号，根据收到的导频信号的强度以及相应的干扰电平，确定信道的质量指示。每个用户终端向服务于它的反向信道的基站报告它确定的至少一个信道的质量指示。该信道质量指示报告，例如，导频强度测量消息，通过R-CH信道或反向接入/控制信道报告给它的服务基站。
信道质量的一种指示是各导频信号/信道的载波-干扰(C/I)比。于是，在本发明的一项操作中，用户终端报告它所测量的每个导频信号的C/I比。这种报告可以根据用户终端所加的阈来限制。在另一操作中，用户终端不是报告有关每个收到的导频信号的信道质量，而是确定每个相应的信道的最大可支持的数据速率，并将此最大可支持的数据速率报告给服务于它的基站。基站/网络基础设施利用报告的信道质量来确定从哪个基站，以哪种最大数据速率，向用户终端发送前向链路话音通信和/或数据通信。
在所述实施例中，导频信号包括全部零位，并用32码片Walsh码编码。导频信号Walsh编码中共有32个Walsh码，各单独Walsh码用以使导频信号彼此区分。导频信号在传输之前还通过复合伪噪声扩展来覆盖。这种编码产生15dB的处理增益。
一次EDRI(和二次EDRI，如有的话)为包含在HSD帧300中的数据提供数据速率的显式指示、所述数据为其所用的用户终端的标识、以及数据在HSD帧300中的相对位置。当HSD帧包含话音和数据通信时，EDRI也可提供有关话音通信的附加信息，以下还要结合图7和图8作进一步说明。在图3的仅数据的实施例中，EDRI包括多个比特来表明HSD帧300的数据速率，一个比特指明HSD帧300承载有数据，多个比特来标识应向其发送HSD帧300中数据的一个或多个用户终端。
如果包括有第二EDRI，主EDRI表明HSD帧300中前三个数据承载子帧(2-4)的数据速率和用户终端。第二EDRI则表明HSD帧300中最后四个数据承载子帧(5-8)的用户终端。注意，当包括有第二EDRI时，它只占用第五子帧的一部分，第五子帧的其余部分填有数据。而且，在此实施例中，每个HSD帧300仅服务于两个用户终端。但在其他实施例中，每个HSD帧300可以服务多于两个用户终端。
帧头还包括功率控制位(PCB)，它指导F-CH当前服务的用户终端增加或减少反向链路的传输功率。在该实施例中，PCB分别插在F-CH的I和Q支路。对于每个用户，各控制位由16 Walsh编码之一来调制类型。这些Walsh编码的输出再由二次PN扩展码调制。这样，利用这种调制，在I支路上最大可服务16个用户，在Q支路上最大也可服务16个用户，故通过PCB位，可以控制总共每帧32用户的反向链路功率控制。
本发明也适用于利用TDM帧的异步模式传输(ATM)。在ATM通信中，信息以基本单位即信元传送。每个ATM信元由53个字节组成，其中5个字节为帧头字段，其余48个字节为用户信息字段。一个或多个ATM信元嵌入在TDM帧中。
根据本发明，一个或多个用户的ATM信元以类似于上述的方式嵌入在本发明的子帧结构中，于是帧或超帧在同一超帧中承载不同传输速率的数据，且数据传输速率可随时间而改变。5字节ATM信头的虚拟路径标识和虚拟电路标识字段可分别包含在数据字段或集成到帧头的EDRI字段中。为了表示ATM适配层5(AAL5)的消息结束，可在数据中插入另一位。其他ATM字段也可有选择地插入到数据帧中。图示，ATM信元消耗HSD帧的两个子帧，ATM信元所用的子帧或信元数取决于帧/子帧所服务的数据速率。
举例来说，当帧的时长为1.25ms，数据速率为153.6kbps时，超帧的每个帧分成8个子帧，每个子帧包含192码片。在此例中，一个含有48个字节的ATM信元信息分组分布在两帧上。有利的是，本发明向数据呼叫用户提供了同时进行话音呼叫的能力，而不用将话音呼叫导向一个补充或对等网络。另一优点是，该话音呼叫由与数据呼叫相同的高速接入网络承载，但不会对数据通信的效率和速度产生不利影响。
图4A和4B示出按本发明形成的仅承载数据的超帧实例方框图。现参阅图4A，首先在时间T1，有一个速率为153.6kbps的给用户1的持续数据传输，速率为307.2kbps的给用户2和3的两个数据传输，以及速率为1228.8kbps的给用户4和5的两个数据传输。由图可见，给用户1的数据传输占据了帧1和帧2，给用户2的数据传输占据了帧3的一半，给用户3的数据传输占据了帧3的一半和全部帧4和帧5。而且，图中部分示出，给用户4和5的数据传输占据了帧6到帧16的全部。
现参阅图4B，在随后的时间T2，信道和干涉条件(C/I)发生了改变，因此某些数据通信就要求有新的数据速率。而且，基于F-CH通过率的要求，对每个用户终端的分配也有改变。因此，给用户1和2的数据传输现在以307.2kbps传输，给用户3，4和5的数据传输现在以1228.8kbps传输。在这种新的分配和数据速率下，用户1的数据占据了帧1的全部和帧2的一半。用户2的数据占据了帧2的一半。而且，用户3分配到帧3和帧4的全部以及帧5的一半。而且，图中部分示出，用户4和5分配到帧5的一半以及帧6到帧16的全部。
图5示出按本发明的超帧500的结构方框图，其中话音通信和数据通信共享在F-CH上传输的超帧500。假定为20ms的超帧时长，有16个1.25ms帧组成该超帧，其中既支持话音呼叫也支持数据通信。承载一个速率为76.8kbps的话音呼叫需要两帧，帧1和2，因此超帧500的帧1和2就分配给该话音呼叫。其余的帧，帧3到帧16，承载数据。这样，超帧只承载了一个话音呼叫。
超帧500中支持话音呼叫所需的帧数决定于数据速率。在数据速率为76.8kbps时，每帧可支持半个话音呼叫。在153.6kbps时，每帧可支持一个话音呼叫；在307.2kbps时，每帧可支持最多2个话音呼叫；在614.4kbps时，每帧可支持最多4个话音呼叫；在921.6kbps时，每帧可支持许多6个话音呼叫；在1228.8kbps时，每帧可支持最多8个话音呼叫。但在一条F-CH上实际可支持的话音用户终端的数量受到话音的延迟容差和共用该F-CH的数据用户对频谱的需求的限制。例如，系统可能限于每超帧支持5个话音呼叫。
图6A和6B是按本发明形成的可承载话音和数据通信的超帧的实例方框图。现参阅图6A，在第一时间T1，该超帧服务于一个速率为153.6kbps的给用户1的话音呼叫，速率为307.2kbps的给用户2和3的两个话音呼叫，以及速率为1228.8kbps的给用户4和5的两个话音呼叫。用户1的话音呼叫需要帧1的全部来承载153.6kbps的话音呼叫，而用户2和3的话音呼叫各分配帧2的一半。用户4和5的话音呼叫各自分别只需要帧3的8分之一，该帧的其余部分可用来服务于同样的1228.8kbps数据速率的数据用户，例如，给用户4，5或6的数据。
其余的帧可用来承载任何允许数据速率的数据。在图6A的实例中，用户2和3接收数据速率为307.2kbps的数据传输，而用户4，5和6接收数据速率为1228.8kbps的数据传输。
现参阅图6B，在随后的时间T2，信道和干涉条件(C/I)发生了改变，因此某些用户终端以不同的数据速率被服务。因此，用户1和2的仍在继续的话音呼叫现在以307.2kbps传输并被包含在帧1中，用户3，4和5的话音呼叫现以1228.8kbps传输并占据帧2的子帧。子帧2的其余比特分配给一个或多个数据用户，例如工作在1228.8kbps的用户3，4和5中的任何一个。但如果信道条件允许，任何用户终端都可接收该速率的数据。
其余的帧可用来承载任何允许的数据速率的数据。在图6A的实例中，用户2接收数据速率为307.2kbps的数据传输，而用户3，4和5接收数据速率为1228.8kbps的数据传输。最后，用户6接收数据速率为2457.6kbps的数据传输。
图7是按本发明形成的可承载话音和数据通信的高速数据帧的结构方框图。最好，将话音子帧群集并位于数据子帧之前。如图7所示，该帧是一个HSD帧，时长为1.25ms，有1536码片和8个子帧。
前置位/帧头，如第一子帧，包括在每一帧中，用以标识每个话音呼叫的用户终端和相应的数据速率。举例来说，子帧1是帧头，它包括一个导频信号，一个标识该话音呼叫的用户终端，数据速率和帧位置的显式数据速率指示符(EDRI)，以及一个功率控制位字段(PCB)。第二EDRI字段也可包含在另一子帧例如子帧5中。如图所示，子帧2承载话音通信而其它子帧承载数据通信。但在某些HSD帧的构成中，所有子帧都可承载话音通信。
HSD帧的前置位/帧头的结构和内容已参阅图3作了详细的说明。在前述的结构和图7的结构间存在有基本的类似。特别是在所述的实施例中导频信号字段和PCB字段是相同的。EDRI字段不同之处在于它表明该帧的至少一个子帧承载话音通信。如果HSD帧也承载数据，EDRI则也表明如此。
图8是按本发明的对所服务的多个用户终端确定前向链路数据速率以及编码速率的操作逻辑图。所服务的用户终端可支持话音通信和/或数据通信。结合图8所说明的原理适用于这两种通信类型。结合图1所说明的用户终端和基站/基础设施共同工作来完成图8的操作。
基站/基础设施监听从多个所服务的用户终端发来的信道质量标记/数据速率标记(步骤802)。正如结合图1和图3所做的说明，按本发明的无线网络所服务的多个用户终端定期接收来自F-CH上的一个或多个基站的所述超帧/HSD帧中的导频信号。根据接收到的测得的导频信号的强度，测得的干扰，以及存储在用户终端内部的阈值，每个用户终端定期向服务于其反向链路的基站报告至少一个导频信号的C/I比。或者，根据此C/I比的确定，用户终端计算在相应F-CH上可支持的最大数据速率并将此最大数据速率报告给基站(步骤804)。基站接收来自其服务的大部分或全部用户终端的信道质量标记。在一种操作中，每1.25ms接收一次信道质量标记。
有了来自多个用户终端的信道质量标记，基站/网络基础设施确定每个报告的用户终端能支持的最大数据速率(步骤806)。然后，基站/基础设施确定将应用于前向链路传输的编码速率(步骤808)。按照本发明的所述实施例，加速(turbo)编码用来编码数据通信，而可选卷积编码用来编码话音通信。最后，构成下一超帧，它包括多个帧/子帧(步骤810，见图9的操作)。一旦超帧已构成并在F-CH上传输，操作回到步骤802。
图9是举例说明根据本发明构成超帧的操作的逻辑图。超帧的结构已知。如前所讨论的，超帧具有一最大时长来满足话音呼叫的需要。而且，超帧包括多个帧，每个帧包括多个子帧。帧和子帧具有适合于为系统的具体数据速率和数据通过率要求服务的时长和成帧结构。
然后，需由超帧服务的每个话音用户都被识别(步骤904)。如结合图1所作的说明，单一超帧服务于多个话音用户终端118，120和122。因此，话音通信信息包括在给这些用户终端中每个用户终端的超帧中。识别了每个话音用户后，就可确定每个话音用户所支持的数据速率(步骤906)。该可支持的数据速率也影响着在超帧中如何指配话音用户传输，例如，用户终端可共享帧。如果两个用户分享一帧，则选择该两个分享用户都支持的一种数据速率。然后对话音用户作帧/子帧指配(步骤908)。
把帧/子帧指配给话音用户后，就对可变速率的数据用户作分配。作为此种分配的第一步，要识别可变速率的数据用户(步骤910)。然后，基于每个可变速率的数据用户服务等级要求，例如，QOS，IPSQL等，确定对哪些可变速率的数据用户分配当前超帧中的帧/子帧。如结合图1所作的说明，F-CH由服务于数据通信的多个用户终端106-116共享。在这些用户终端106-116中，确定对哪些或全部用户终端106-116分配构成的超帧中的帧/子帧。
一旦可变速率的数据用户已被识别，且他们的服务要求已确定，没有用于话音通信的其余帧/子帧就分配给可变速率数据用户(步骤912)。然后，对于每个已分配的可变速率数据用户，确定一个相应的支持数据速率(步骤914)。然后根据他们各自的数据速率和各自的分配，将可用的帧/子帧指配给这些可变速率数据用户(步骤916)。如结合图6A和6B所作的说明，支持同样数据速率的话音用户和可变速率数据用户可共享帧。
在向话音用户和可变速率数据用户作了指配之后，超帧中充满了按照步骤908和916所指配的话音和可变速率数据(步骤918)。然后，超帧在F-CH上传输给用户(步骤920)。然后对每一个随后的超帧都重复图9的步骤。
图10是根据本发明产生和处理包括话音和数据通信的超帧的装置实例方框图。图10所示组成将包括在构建超帧的基站中。虽然图10(以及图11和12)的元件表示为常规的电路元件，这些元件的部分或全部功能均可利用一个或多个数字处理装置，例如数字信号处理器，微处理器等，通过软件指令来实现。
话音通信和数据通信均由复用器1002接收。复用器1002被控制成每次向编码器1004提供一个话音/数据通信。如同前述结合图2-7的说明，超帧包含着要发给F-CH所服务的多个用户终端的话音和/或数据通信。因此，全部这些话音和/或数据通信都通过复用器1002传送到编码器1004。但复用器1002把这些话音和/或数据通信发给编码器1004的顺序取决于在构建时话音和/或数据通信在超帧中所指配的位置。确定超帧结构所进行的操作已结合图8和9作了详细的说明。编码器1004对它收到的比特流编码。在一个实施例中，编码器1004对它收到的全部话音和数据通信利用特播编码操作进行编码。但在另外的实施例中，利用其它的编码技术，例如话音通信的卷积编码。速率匹配运算器1006接收来自编码器1004的已编码的比特流，并执行重复和/或插入操作使其输出速率得以匹配。
信道交织器1008接收速率匹配运算器1006的输出并交织所收到的输入。信道交织器1008产生其接收到的输入的交织输出并向可变调制器/映象器1010提供输出。根据产生的超帧的具体帧/子帧的数据速率，可变调制器/映象器1010按照特定的编码技术为比特流编码。
去复用器1012接收可变调制器/映象器1010的已编码的输出，对编码输出去复用，产生16个输出。这16个输出然后用Walsh编码器1014用16×16组Walsh码进行编码。由于承载超帧的F-CH是TDM，所以在任何时候，话音通信或F-CH承载的话音通信仅是针对一个用户终端的。该用户终端然后利用全部16个Walsh编码对一个或多个收到的通信解码。与利用单一Walsh编码或16个Walsh编码的子集进行的编码相比较，这种利用全部16个Walsh编码进行的解码产生显著改进的解码结果。
Walsh编码器1014的输出然后在求和节点1016求和，然后在复用器1018上与编码的导频信号，EDRI和PCB复用。导频信号，EDRI和PCB，如前所述，它们被分别构建和编码。在所述实施例中，导频信号EDRI和PCB经复用器1018插入求和节点1016产生的比特流中。这样，某些话音/数据比特被丢失。但由于编码器1004进行的编码具有健全的特性，这种插入很少或不会导致性能的下降。
复用器1018的输出在调制器1020处用复合PN扩展码进行调制，将通信能量扩展到所分配的频谱上。然后调制器1020的输出提供给RF单元并以指定的承载频率在F-CH上传输。
图11是产生和处理本发明超帧结构的装置的另一实例方框图，其中每一用户数据通路均可部分分别处理。图11的装置结构与结合图10所作的说明类似。但在图11的结构中，每个话音/数据比特流都提供给单独的编码，速率匹配，信道交织和调制功能。在图11的实例中，编码器1104A接收用户1的话音/数据并对该话音/数据编码。编码器1104A采用适合于从用户1收到的话音/数据的编码技术。例如，如果编码器1104A收到话音，它就用卷集编码给收到的比特编码。但如果编码器1104A收到数据，它就用特播编码给收到的比特编码。同理，其它编码器1104B(未示出)到1104N也采用适合于从用户B到用户N收到的话音/数据的编码技术。
然后编码器1104A到1104N的输出提供给速率匹配运算器1106A到1106N。这些元件进行重复和/或插入操作使其输出速率得以匹配。信道交织器1108A到1108N分别接收速率匹配运算器1106A到1106N的输出并交织所收到的输入。信道交织器1108A到1108N产生交织输出并分别向可变调制器/映象器1110A到1110N提供输出。根据产生的输出的各数据速率，可变调制器/映象器1110A到1110N按照特定的编码技术为比特流编码。
可变调制器/映象器1110A到1110N的输出然后由复用器1111复用产生复合符号。这些复合符号通过去复用器1112去复用，用16×16 Walsh编码器1114进行编码，在求和节点1116求和。求和节点1116的输出然后由复用器1118与编码的导频信号，EDRI和PCB等复用。复用器的输出在调制器1120用复合PN扩展码调制并发送到RF单元。
图12是产生和处理本发明超帧结构的装置的实例方框图，其中话音和数据通路可部分分别处理。图12的装置结构与结合图10和11所作的说明类似。但在图12的结构中，话音和数据通信在组合之前单独编码并作速率匹配。
在图12的实例中，复用器1202A接收并复用多个话音用户比特，而复用器1202B接收并复用多个数据用户比特。编码器1204A接收复用的话音通信，并用适当的编码技术，例如卷集编码，为话音通信编码。速率匹配运算器1206A接收编码器1204A的输出，并进行重复和/或插入操作，以产生速率匹配的输出。
同理，编码器1204B接收复用的话音通信，并用适当的编码技术，例如特播编码，为话音通信编码。速率匹配运算器1206B接收编码器1204B的输出，并进行重复和/或插入操作，以产生速率匹配的输出。复用器1207然后复用已编码的且速率匹配的话音和话音通信。
信道交织器1208接收复用器1207的输出并交织所收到的通信。信道交织器1208产生交织输出并将该交织输出提供给调制通信的可变调制器/映象器1210。根据要产生的数据速率，可变调制器/映象器1210按照特定的编码技术为比特流编码。
可变调制器/映象器1210的输出然后由去复用器1212去复用，用16×16 Walsh编码器1214进行编码，并在求和节点1216求和。求和节点1216的输出然后由复用器1218与编码的导频信号，EDRI和PCB等复用。然后，复用器的输出在调制器1220用复合PN扩展码调制并发送到RF单元。
图13是按本发明构建的进行上述操作的基站1302的方框图。基站1302支持已作更改以便与本发明内容相兼容的CDMA操作协议、如IS-95A、IS-95B、IS-2000和/或各种3G和4G标准。但在其它实施例中，基站1302支持其他操作标准。
基站1302包括处理器1304、动态RAM 1306、静态RAM 1308、快速存储器/EPROM 1310、以及至少一个数据存储装置1312，例如硬盘驱动器、光驱、磁带驱动器等。这些部件(它们可以被包含在外设处理卡或模块上)通过局部总线1317互连并通过接1318连接到外设总线1320(可以是一个背板)上。各种外设卡都连接到外设总线1320。这些外设卡包括网络基础设施接口卡1324，它将基站1302连接到无线网络基础设施1350上。数字处理卡1326、1328和1330分别连接到射频(RF)单元1332、1334和1336。射频(RF)单元1332、1334和1336分别连接天线1342、1344和1346并支持基站1302和用户终端间的无线通信(示于图14)。基站1302也可包括其他卡1340。
超帧产生和传输指令(SGTI)1316储存在存储器1312中。SGTI1316下载到处理器1304和/或DRAM 1306中，作为SGTI 1314由处理器1304执行。虽然图中示出SGTI 1316驻留在基站1302含有的存储器1312中，SGTI 1316也可加载到便携式介质上，例如磁介质，光介质，或电子介质。而且，SGTI 1316可以用电子装置通过数据传输通道由一台电脑发送到另一台电脑。SGTI的这些实施例都在本发明的精神和范围之内。执行SGTI 1314后，基站1302执行根据本发明的上述操作，即按图1-12的说明产生和传输超帧。
SGTI 1316也可以部分地由数字处理器1326、1328和1330和/或基站1302的其他部件执行。而且，图示的基站1302的结构只是可以按本发明的内容工作的许多不同基站结构之一。
图14是按本发明构建的进行上述操作的用户终端1402的方框图。用户终端1402支持已作更改以便与本发明内容相兼容的CDMA操作协议、如IS-95A、IS-95B、IS-2000和/或各种3G和4G标准。但在其它实施例中，用户终端1402支持其他操作标准。
用户终端1402包括RF单元1404，处理器1406，和存储器1408。RF单元1404连接到位于用户终端1402外壳内或外壳外的天线1405上。处理器1406可以是一个专用集成电路(ASIC)或能按本发明操作用户终端1402的其它类型的处理器。存储器1408包括静态和动态元件，例如DRAM、SRAM、ROM、EEPROM等等。在某些实施例中，存储器1408可以部分或全部地作在也含有处理器1406的ASIC中。用户接口1410包括显示器、键盘、扬声器、话筒、和数据接口，也可包括其他用户接口元件。RF单元1404、处理器1406、存储器1408以及用户接口1410通过一条或多条通信总线/链路相连。电池1412也连接到RF单元1404、处理器1406、存储器1408以及用户接口1410并向它们供电。
超帧接收和响应指令(SRRI)1416存储在存储器1408中。SRRI1416下载到处理器1406中，作为SRRI 1414由处理器1406执行。在某些实施例中，SRRI 1416也可以部分地由RF单元1404执行。SRRI1416可以在制造时、在业务提供操作中(例如通过空间的业务提供操作)、或在参数更新的操作中，编程到用户终端1402中。图示的用户接口1410的结构只是用户终端结构的一种实例。许多其它不同的用户终端结构都可按本发明的内容进行工作。
执行SRRI 1414时，用户终端1402在接收根据本发明的超帧结构时执行本发明的前述操作。这些操作包括对发给用户终端1402的超帧部分解码、对服务的基站例如基站1302作出响应、表明信道质量。用户终端1402在接收超帧和提取信息方面进行的操作通常都已知道。接收和解释一次EDRI和二次EDRI所需的附加操作根据此处提供的内容也很明显。而且，要执行其他一些操作来向服务于相应的反向链路的基站1302报告信道质量标记或最大可支持的数据速率标记。
此处公开的发明可以有各种修改和替代形式。在附图和详细说明中一些具体的实施例只是作为实例加以表述。但应理解，这些附图和详细说明决不是为了将本发明限制在所公开的具体形式上，相反，本发明应包括在权利要求书所定义的精神和范围内的全部修改，等效形式和替代形式。
权利要求
1.一种以时分复用扩频格式通过单一无线载波从基站(102)向多个用户终端(106-122)无线传输话音通信和数据通信的方法，其特征在于包括以下步骤识别要求话音通信服务的所述多个用户终端的第一组用户终端(904)；识别请求数据通信服务的所述多个用户终端的第二组用户终端(910)；为所述第一组用户终端的每一个分配一部分时分复用超帧(908)；考虑当前相应的信道条件为所述第一组用户终端的每一个确定各自支持的数据速率(906)；确定将被所述时分复用超帧服务的所述第二组用户终端的一个子组(912)；为所述第二组用户终端的所述子组的每一个分配一部分时分复用超帧(916)；考虑当前相应的信道条件为所述第二组用户终端的每一个子组确定各自支持的数据速率(914)；形成所述时分复用超帧(918)以便包括所述第一组用户终端的每一个的话音通信，其中每个话音通信占用的超帧的时间直接对应于各自支持的数据速率；和所述第二组用户终端的每一个子组的数据通信，其中每个数据通信占用的超帧的时间直接对应于各自支持的数据速率；以及以扩频格式从基站传输时分复用超帧(920)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于以周期的速率传输顺序超帧，所述周期的速率足以支持所述话音通信的等待要求。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于以20毫秒的间隔传输顺序超帧。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述超帧包括多个数据帧，至少一个数据帧为至少两个用户终端执行数据通信。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于在传输之前用多个正交码扩展所述超帧；以及多个正交码的一些正交码对应于每个指定的用户终端。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于用单一的多个正交码对所述超帧的所有部分扩展。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于以顺序的方式形成和传输多个超帧；和为第一组用户终端形成执行话音通信的多个超帧中的一个超帧；和对于没有被相应的话音通信充满的多个超帧中的一个特定的超帧，为至少一些第二组用户终端形成执行数据通信的特定超帧。
8.一种实现权利要求1的方法的基站。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于所述超帧包括内容，所述内容表示由所述超帧执行的话音通信和数据通信的用户终端的相应的标识；和由所述超帧执行的话音通信和数据通信的数据速率的相应的指示。
10.一种包括在承载有用于多个用户终端的话音通信和数据通信的载波中的时分复用扩频超帧，其特征在于要求话音通信服务的所述多个用户终端的第一组用户终端；请求数据通信服务的所述多个用户终端的第二组用户终端；为所述第一组用户终端和所述第二组用户终端的每一个各自支持的数据速率；所述超帧包括执行话音通信的多个帧，其中多个帧为所述第一组用户终端中的每一个执行话音通信，其中每个话音通信的超帧中的时间直接对应于各自支持的数据速率；和执行数据通信的多个帧，其中多个帧为所述第二组用户终端中的每一个子组执行数据通信，其中每个数据通信的超帧中的时间直接对应于各自支持的数据速率；以及所述超帧由一个基站以时分复用扩频格式传输。
11.一种用于操作基站以便通过单一无线载波向多个用户终端无线发送数据通信的的方法，所述方法包括向所述多个用户终端重复并顺序地无线发送时分复用超帧，其中每个时分复用超帧包括多个高速数据帧；其中每个所述高速数据帧承载至少一种数据通信，以及其中每个所述高速数据帧包括至少一种数据通信为其所用的至少一个用户终端的相应标记；所述高速数据帧的至少一种数据速率的相应标记。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括支持单一超帧的所述高速数据帧中的多种数据速率。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括支持单一超帧的所述高速数据帧中的多种编码率和调制方案。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括在传输前利用多个Walsh码对所述超帧进行编码。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于还包括利用第一编码类型对一个高速数据帧的数据通信编码；利用不同于所述第一编码类型的第二编码类型对所述高速数据帧的所述各相应的标记编码。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于高速数据帧包括一次显式数据速率标记和二次显式数据速率标记；其中所述一次显式数据速率标记表明所述高速数据帧的第一部分为其所用的所述多个用户终端中的一个用户终端；和所述高速数据帧的所述第一部分的数据速率；以及其中，所述二次显式数据速率标记表明所述高速数据帧的第二部分为其所用的所述多个用户终端中的一个用户终端。
17.一种用于操作用户终端以便通过无线载波无线接收数据通信的方法，所述方法包括从基站重复并顺序地无线接收时分复用超帧，其中每个时分复用超帧包括用于多个用户终端的多个高速数据帧；对于所述多个高速数据帧中的每一帧，接收其内容的相应的标记，所述内容包括所述高速数据帧所用的一个用户终端的相应的标记；和所述高速数据帧的数据速率的相应的标记；根据相应的标记确定用于所述用户终端的超帧的一个特定的高速数据帧；根据相应的标记确定所述特定的高速数据帧的数据速率；以及接收所述高速数据帧中包含的数据通信。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于还包括利用第一编码类型对高速数据帧中包含的所述相应的标记解码；解码之后确定所述超帧的所述高速数据帧用于所述用户终端；接收所述高速数据帧中包含的数据通信；以及利用不同于所述第一编码类型的第二编码类型对所述高速数据帧的所述数据通信解码。
全文摘要
一种优化的用于提供可变高数据速率的帧结构。每个超帧包含预定数目的帧，这些超帧以一种或多种可变数据速率承载数据通信。给每个数据用户分配发送数据通信所需要的超帧中一个或多个帧或帧的一部分，称为子帧。对数数据用户的分配不是固定的，而是随数据速率随时间的变化并且满足数据用户的需要而改变。每个高速数据帧包括该高速数据帧内容的自身标记。该自身标记标识该高速数据帧所服务的一个或多个用户以及在该高速数据帧中所含数据的数据速率。每个高速数据帧可服务于多个用户终端，即将高速数据帧划分为两个或多个子帧。在此情况下，可以提供附加自身标记来标识预期的用户终端和该第二用户终端的相应数据速率。所述帧结构可用来为ATM信元服务。
文档编号H04W24/00GK1968446SQ200610095639
公开日2007年5月23日 申请日期2001年1月19日 优先权日2000年1月20日
发明者W·童, S·S·佩里亚瓦, L·L·斯特劳茨恩斯基, C·罗耶尔 申请人:北方电讯网络有限公司