专利名称：移动通信网中的高速数据传输的制作方法
技术领域：
本发明涉及在数字移动通信网中的高速数据传输。
在时分多址(TDMA)型的电信系统中，无线通路上的通信实行时间分割，在连续的TDMA帧中进行，每个TDMA帧由多个时隙构成。在每个时隙中，以具有有限周期的射频脉冲串的形式发送短信息包，每个射频脉冲串由一组已调比特构成。时隙主要用来传送控制信道和业务信道。业务信道用来传输话音和数据，控制信道用来传输一个基站与多个移动用户台之间的信令。泛欧数字移动系统GSM(移动通信全球系统)即是TDMA无线系统的一例。
在传统TDMA系统中，为进行通信，向每个移动台分配一个业务信道时隙以进行数据或话音传输。举个例子，GSM系统在同一射频载波上可与不同的移动台建立高达八路并行连接。根据可用的带宽、传输中所用的信道编码及纠错方法，一个业务信道上的最高数据传输速率被限制在一个相当低的等级，例如在GSM系统中为9.6kbps或12kbps。在GSM系统中，对于较低的话音编码速率，也可以采用一种所谓的半速率(最高为4.8kbps)业务信道。当一个移动台只使用每隔一帧中的一个指定时隙，即以半速率进行通信，就建立起半速率业务信道。另一个移动台使用每隔一帧中的同一个指定时隙。从而根据移动用户数所测得的系统容量可以加倍，换句话说，在同一载频上可以最多有16个移动台同时使用。
近几年来，移动网对高速数据业务的需求显著增加。例如使用ISDN(综合业务数字网)电路交换的数字数据服务，要求传输速率最低为64kbps。公用交换电话网PSTN中，类似调制解调器和G3类别的用户传真终端这样的数据业务，要求14.4kbps这样更高的传输速率。移动数据传输中，传输速率要求高于9.6kbps的一个正在增长的领域在于移动视频业务。该类业务包括用摄像积进行安全监控和视频数据库等。例如，视频传输的最低数据传输速率可能是例如16或32kbps。
然而，现有移动网的数据传输速率并不足以满足这些新要求。
在本申请人共同未决的专利申请WO95/31878(在本申请的申请日期尚未公布)中，给出了一种装置，它涉及在无线通路上，为一个高速数据连接分配两个或多个并行业务信道(子信道)。对于无线通路上的传输，高速数据信号在发射机中分割到这些并行子信道，在接收机中将其恢复根据所分配的业务信道数，这种方法可以支持传输速率最高可达传统速率八倍的数据传输业务的供应。例如在GSM系统中，利用两个并行的9.6kbps的子信道得到19.2kbps的总用户数据速率，每个信道以和GSM系统中现有的透明9.6kbps承载业务同样的方式，进行速率适配。
涉及使用并行业务信道的一个问题在于其数据速率尽管可以在可用并行子信道之间均匀分布，仍不能使用GSM系统中的现有方法进行速率适配。
例如14.4kbps的用户数据速率(根据例如ITU-T建议V.32bis)，需要两个透明GSM业务信道，其中每个信道的数据速率应该为7.2kbps(2×7.2kbps＝14.4kbps)，但在GSM系统中并没有对7.2kbps子信道数据速率的速率适配。
相应地，例如40kbps的用户数据速率(ITU-T建议V.120)要求五个透明GSM业务信道，每个信道中的数据速率应为8kbps(40kbps∶5)，但在GSM系统中也没有对该子信道数据速率的速率适配。
另一个问题是那些不能均匀分配到所需数目的透明GSM业务信道中的数据速率。例如56kbps的用户数据速率(ITU-T建议V.110)，需要至少六个透明GSM业务信道，但它并不能以下面这种方式，即每个子信道中的(V.110)帧携带同样数目的数据比特(56kbps∶6＝9333.333bps)分到这六个并行子信道中。
而且，高速数据传输应该足够灵活，以使其它还能够支持尚未标准化的、可能的未来高数据速率。
本发明的目的在于提供一种方法与电信系统，它们利用并行业务信道，支持高速数据传输中标准传输速率和任意传输速率的速率适配。
本发明的第一方面是在数字移动系统中进行高速数据传输的一种方法，所述方法包括下面的步骤在移动台和固定移动网间的无线通路上，在分配给移动台的速率适配业务信道上传输数据。根据本发明，该方法的特征在于下列进一步步骤为高速数据信号分配至少两个并行速率适配的业务信道，该高速数据信号所要求的数据速率超过单个业务信道的最高传输速率，使用传输帧在并行业务信道上进行数据传输，传输帧中的信息比特总数与高速数据信号的数据速率无关，根据高速数据信号的所述数据速率，使用所述信息比特的所述总数中的一个变化的比特数目，把高速数据信号速率适配到分配的业务信道上，从而在每个传输帧中传输实际的用户数据。
本发明的第二方面是一种数字移动系统，其中的移动台和固定移动网包括一个数据发射机和一个数据接收机，它们能够通过无线通路，在分配给移动台的业务信道上进行数据传输。根据本发明，该系统的特征在于，固定移动网用来为高速数据信号分配两个或多个并行业务信道，该高速数据信号所要求的传输速率超过一个业务信道的最高传输速率，数据发射机用来把高速数据信号插入到传输帧中，根据高速信号的数据速率，通过使用每个传输帧中所述的信息比特总数内一个可以变化的比特数来传输实际的用户数据，从而使传输帧中信息比特的总数与待传输的高速数据信号数据速率无关。
本发明中，高速数据信号打包到传输帧中，这些帧中的信息比特数是固定的，与传输信号的数据速率无关。这样的固定的信息比特数导致帧的数据速率为常数，并等于各个电信系统中业务信道的标准速率适配，例如在GSM系统中为9.6kbps。根据原数据信号速率，利用传输帧中可变数目的信息比特来传输实际用户数据。剩余比特用来传输控制信息或填充比特。因此，任何并行业务信道上的任一传输帧中的用户数据比特数，可以在0和预定的最大数目间变动。换句话说，传输帧中的用户数据传输速率可以自由地在0和预定的最大值之间变动。
利用本发明，任意数据速率的信号利用传输帧中的进一步速率适配，能够通过那些已经以一种固定方式进行了速率适配的业务信道进行传输。例如在GSM系统中，根据CCITT建议V.110，可以使用标准9.6kbps的速率适配透明业务信道和48信息比特的传输帧。这时，通过把V.110帧中用于用户数据传输的信息比特数在0到48之间进行改变，便可以在9.6kbps的速率适配业务信道上传输0到9.6kbps间的不同用户数据速率。
传输帧中的一些“自由”信息比特可以用来检测帧信息比特中有多少比特携带了实际的用户数据。
下面，将利用优选实施方式并参考附图来描述本发明，附图中，
图1描述能够应用本发明的移动系统的一部分，图2描述在两个TDMA时隙中、通过无线通路进行的高速数据传输，图3描述根据本发明的网络结构，它支持GSM系统中的移动台MS与互连功能IWF间的几个业务信道的高速数据传输，图4示出V.110的帧结构，图5示出根据本发明的传输帧的主要结构，图6描述了根据本发明将23.5kbps的用户速率适配到三个GSM业务信道。
本发明可以应用于数字TDMA型移动通信系统中，例如泛欧数字移动通信的高速数据传输系统GSM，DCS1800(数字通信系统)，根据EIA/TIA的暂时标准IS/41.3的移动通信系统等的高速数据传输。下面以GSM型移动系统为例描述本发明，不过本发明并不仅仅局限于此。图1非常简要地介绍了GSM系统的基本结构组件，但并未描述它们的特性或系统的其他单元。如要获得更详细的GSM系统的描述，可以参考GSM建议和M.Mouly和M.Pautet所著的“移动通信GSM系统”(Palaiseau，France，1992，ISBN2-9507190-07-7)。
移动业务交换中心控制来话与去话呼叫的交换。它执行与PSTN交换机类似的功能。而且，它还与网络用户登记器共同执行例如位置管理这样的功能，这是移动电话业务的独有性能。移动台MS通过基站系统BSS接到MSC。基站系统BSS包括一个基站控制器BSC和多个基站BTS。为清晰起见，图1中仅示出一个基站系统，其中有两个基站连接到基站控制器BSC，并且有一个移动台MS位于这些基站的覆盖范围内。
GSM系统是一个时分多址(TDMA)型系统。ETSI/GSM建议05.02中更为详细地定义了无线接口中使用的信道结构。正常工作期间，在一个呼叫开始时，从载频中为移动台MS分配一个时隙作为业务信道(单隙接入)。为发送和接收射频脉冲串，移动台MS与所分配的时隙同步。在帧的剩余时间中，MS进行各种不同的检测。本申请人共同未决的专利申请WO95/31878和PCT/FI95/00673中给出了一种方法，即在同一个TDMA帧中给移动台MS分配两个或多个时隙，该移动台需要的数据传输速率高于一个业务信道能够提供的速率。有关该过程的细节，可以参考上述的专利申请。
下面，将参考图2描述该过程，它仅仅是作为在无线系统中基于几个并行业务信道，进行高速数据传输的一种方法。应该注意到，本发明唯一的必不可少的条件是建立起包括几个并行业务信道的连接，本发明本身涉及在这样一个连接上，进行数据传输和使其同步。
图2描述了在单个TDMA帧中为一个移动台MS分配两个连续时隙0和1的一个例子。将在无线通路上传输的高速数据信号“输入数据”，在分频器82中分为所需数目的低速数据信号，即DATA1和DATA2。每个低速数据信号DATA1和DATA2分别独立地进行信道编码、间插、脉冲串形成和调制80和81，之后每个低速数据信号作为一个射频脉冲串在专用时隙0和1中分别传输。当低速数据信号DATA1和DATA2已经通过不同业务信道在无线通路上传输完毕后，接收机将对它们分别独立地进行解调、去间插和信道解码83和84，之后信号DATA1和DATA2在接收机的合成器85中再次组合为原高速信号“输出数据”。图2还示出本发明的一种实施例中使用的传输缓冲器88，数据信号“输入数据”在提供给分频器82之前，缓存在缓冲器中。
图3是描述GSM网络结构的方框图，这种GSM网络结构能够用几个并行业务信道进行数据传输。图3中位于固定网络这边的方框80，81，83和84的功能分别是信道编码、间插、脉冲串形成和调制，以及相应的解调、去间插和信道解码，在优选情况下它们位于基站BTS。上述的TDMA帧在无线接口Radio I/F中，在基站BTS和移动台MS间进行传输。每个时隙在基站BTS进行单独的并行处理。图2中的分频器82和合成器85可以位于远离基站BTS的固定网络一端的另一个网络单元中，例如位于BSC，从而可以在该网络单元和基站间，以和正常业务信道信号同样的方式传输低速数据信号DATA1和DATA2。GSM系统中，基站BTS和一个特殊的码型转换器/速率适配器单元(TRCU)间的这种通信在根据ETSI/GSM建议08.60的TRAU帧中进行。TRAU帧和与此有关的传输对本发明并不重要，因为本发明涉及在整个数据连接上，即在分配器82和合成器85间，使用几个并行业务信道进行数据传输并使其同步。
GSM系统中，在移动台MS的终端适配器31和固定网的互连模块IWF 32间形成了一个数据链路。当在GSM网络中进行数据传输时，此连接是一个V.110速率适配的、UDI编码的数字9.6kbps全双工连接，它被适配到V.24接口。本处所述的V.110连接是一种最初为ISDN(综合业务数字网)技术而开发的数字传输信道，它适配到V.24接口，并且还可以传输V.24状态(控制信号)。CCITT蓝皮书V.110中给出了用于V.110速率适配连接的CCITT建议。CCITT蓝皮书V.24中给出了V.24接口的CCITT建议。终端适配器31将与移动台MS相连接的数据终端适配到V.110连接，该连接建立在使用ch0到chN的几个业务信道的物理连接上。IWF把V.110连接耦合到另一个V.110网络，例如一个ISDN或另一个GSM网络，或者耦合到某种其他的转发网，例如公用交换电话网PSTN。对于第一种情况，根据本发明IWF中仅包括分频器/合成器82/85。对于后一种情况，IWF还包括例如一个基带调制解调器，利用它经PSTN进行数据传输。
图4中示出用于在V.110连接(9.6kbps)上进行数据传输的帧结构。一帧中包括80比特。八位位组0中包含的都是二进制0，而八位位组5包含一个二进制1和它后面的七个E比特。八位位组1到4和6到9在比特位置1为一个二进制1，在比特位置8为一个状态比特(S或X比特)，而在比特位置2到7上为6个数据比特(D比特)。这些比特从左到右、从上到下传输。因此一个帧中包含48个信息比特D1到D48(用户数据)。在数据传输模式下，比特S和X用来传输与数据比特有关的信道控制信息。
如上所述，这种高速数据传输的问题在于那些不能用电信系统的现有方法进行速率适配的数据速率。例如在GSM系统中，这类速率包括所有不是9.6kbps的整数倍的数据速率。
在本发明中，通过在帧中、经业务信道传输用户数据比特的方法解决了这个问题，帧的主要结构在图5中示出。每个帧包括一个信头和多个信息比特。根据帧类型，信头包括不同种类的同步和控制信息，不过这与本发明无关。每个帧携带N个数据或信息比特。从这N个比特中，有n个比特(n＜N)构成一个指示字段，指示出在剩余的N-n个信息比特中有N1个比特用来携带实际的用户数据。帧中未被用作指示比特或用户数据比特的剩余的K个信息比特，由填充比特占用，例如填充比特的值可以设置为二进制1。采用这种方法，每个并行业务信道上的每个传输帧可以携带0到N-n之间任意数目的用户数据比特。业务信道上的连续传输帧可以携带不同数目的用户数据比特。基于此，总可以保持正确的平均用户数据速率。发射机对用户数据速率的控制举个例子可以用这种方式来实现，图2中的分频器82监控传输缓冲器88中的数据量，并据此确定下一个帧中的用户数据比特数。如果缓冲器88将要填满，这时就会到达一个预定的较高门限值，从而发射机会安排后面的一个或多个帧多包含一个或几个数据比特，直至缓冲值再次低于上述门限为止。如果缓冲器88将要变空，并且达到较低门限值，举个例子，分频器88就后面的一个或几个帧中少插入在一个或多个数据比特，直至达到正常的缓冲值为止，例如直至缓冲值超过较低门限值为止。分频器82既向帧中插入所需数目N1个用户数据比特，也用填充比特来填满多余的信息比特，并把指示比特的值设置为N1。下面将参考图6更详细地描述这一点。
下面将描述本发明对GSM系统的应用。假定使用速率适配的透明全速率9.6kbps业务信道作为并行业务信道，在这些信道上传输图4中的V.110帧。因此一个帧中包括48个信息比特D1到D48，即N＝48。需要六个信息比特来指示帧中剩余信息比特中的用户数据比特数N1，例如可用比特D1到D6作为指示比特。换句话说，n＝6。V.110帧为用户数据保留了42个比特(N-n＝42)。例如这些可用比特可以是比特D7到D48。
下面将研究有关高速数据速率适配到GSM业务信道的这种V.110帧的一些例子。
例1假定用户数据速率为64kbps，从而需要8个并行GSM业务信道。举个例子，根据本发明的速率适配可以用下面这种方式来进行每个业务信道上的每个V.110帧携带40个用户数据比特(D7到D46)和两个填充比特(比特D47和D48)。所以N1＝40，指示比特D1到D6的值设为二进制数1010000。
例2
假定用户数据速率为56kbps，从而需要7个GSM业务信道。举个例子，根据本发明的速率适配可以用下面这种方式来进行每个业务信道上的每个V.110帧携带40个用户数据比特(D7到D46)和两个填充比特(D47和D48)。所以N1＝40，比特D1到D6的值为101000。
例3假定用户数据速率为14.4kbps，从而需要两个GSM业务信道。举个例子，根据本发明的速率适配可以用下面这种方式来进行每个信道上的每个V.110帧携带36个用户数据比特(比特D7到D42)和六个填充比特(比特D43到D48)。所以N1＝36，指示比特(D1到D6)的值为100100。
例4假定用户数据速率为28.8kbps，从而需要4个GSM业务信道。举个例子，根据本发明的速率适配可以用下面这种方式来进行每个业务信道上的每个V.110帧携带36个用户数据比特(比特D7到D42)和六个填充比特(比特D43到D48)。所以N1＝36，指示比特(D1到D6)的值为100100。
例5说明了根据本发明把任意用户数据速率适配到透明并行业务信道的方法的灵活性。假定用户数据速率为23.5kbps，从而需要三个并行GSM业务信道。举个例子，根据本发明的速率适配可以用图6中所示的下面这种方式来进行业务信道ch1和ch2上的V.110帧始终携带42个用户数据比特(比特D7到D48)。因为N1＝N＝42，不需要填充比特，指示比特D1到D6的值为101010。第三并行业务信道ch3在每第二个V.110帧中，携带33个用户数据比特(比特D7到D39)和九个填充比特(比特D40到D48)。这些帧中N1＝33，因而指示比特(D1到D6)的值为100001。业务信道ch3中的所有其它V.110帧都携带34个用户数据比特(比特D7到D40)和8个填充比特(比特D41到D48)。这些帧中N1＝34，指示比特(D1到D6)的值是100010。由于这种安排，这三个信道的总平均用户速率恰好是23.5kbps。
根据本发明的指示比特占用帧中的n个数据比特的位置(例如n＝6)。如果要节省业务信道容量，那些能够被9.6kbps整除的用户数据速率，可以利用GSM数据业务现有的速率适配来传输，也即为使用标准的V.110帧，标准V.110帧中除了包含48个用户数据比特外，不包含任何指示比特或填充比特。在这两种备选方法中，根据本发明的速率适配仅应用于那些不能被9.6kbps整除的用户数据速率。举例而言，28.8kbps可以用正常的速率适配，在三个9.6kbps业务信道上传输，然而在例4中，当使用根据本发明的速率适配时则需要四个业务信道。
采用仅在一个或两个信道上应用本发明的方法，也可以节省业务信道容量。剩下的业务信道可以使用现有的9.6kbps速率适配。
尽管以上参考特定的实施例对本发明进行了描述，但应该认识到，这种描述仅仅是示范性的，它可以在不偏离所附的权利要求书中定义的本发明的精神和范围的前提下，进行变动和改进。
权利要求
1.在数字移动系统中进行高速数据传输的一种方法，所述方法包括下面的步骤在移动台和固定移动网间的无线通路上，在分配给移动台的速率适配的业务信道上传输数据，其特征在于下面的进一步步骤给一个高速数据信号分配至少两个并行速率适配的业务信道，该高速数据信号需要的数据速率高于单个业务信道所能提供的最高传输速率，利用传输帧，在并行业务信道上进行数据传输，传输帧中的信息比特总数与高速数据信号的数据速率无关，根据高速数据信号的所述数据速率，利用所述信息比特的所述总数内的一个可以变化的比特数，把高速数据信号速率适配到分配的业务信道上，在每个传输帧中传输实际的用户数据。
2.根据权利要求1的一种方法，其特征在于，速率适配阶段包括下列步骤把待传输的高速数据信号的数据插入到传输帧中，每个传输帧包括固定数量N个信息比特，利用所说的N个信息比特中的n个比特，来指示在剩余的N-n个信息比特中有多少比特携带用户数据，把填充比特插入到未使用的信息比特中。
3.根据权利要求1或2的一种方法，其特征在于下面的步骤，根据发射机中的缓冲数据量，改变不同的传输帧中用于传输用户数据的信息比特数。
4.根据权利要求1、2或3的一种方法，其特征在于，在并行业务信道上传输根据CCITT建议V.110的帧。
5.根据权利要求2的一种方法，其特征在于如果高速数据信号的用户数据速率和任何一个速率适配的业务信道的传输速率的比值为一个整数，则在传输帧的所有N个信息比特中传输用户数据。
6.一种数字移动系统，其中的移动台(MS)和固定移动网(BTS，BSC，MSC)中包括一个数据发射机(31，32，82)和一个数据接收机(31，32，81)，它们能够在分配给移动台的业务信道上通过无线通路进行数据传输，其特征在于固定移动网(MSC)用来为高速数据信号分配两个或多个并行业务信道，该高速数据信号需要的传输速率高于一个业务信道的最高传输速率，数据发射机(31，32，82)用来把高速数据信号(DATAIN)插入到传输帧中，传输帧中的信息比特总数与待传输的高速数据信号的数据速率无关，根据高速信号的数据速率，利用每个传输帧中的信息比特的所述总数内的一个可以变化的比特数，来传输实际的用户数据。
7.根据权利要求6的一种系统，其特征在于每个传输帧包括固定数目N个信息比特，所述N个信息比特中的n个比特提供一个控制字段，指示在剩余的N-n个信息比特中有多少比特携带用户数据，那些未被用于所述控制字段和用户数据传输的信息比特为填充比特。
8.根据权利要求6或7的一种系统，其特征在于，用于传输用户数据的信息比特数，根据高速数字信号的数据速率，可以在0到N-n个比特之间变化。
9.根据权利要求6的一种系统，其特征在于，数据发射机根据发射缓冲器中的数据量，调整不同传输帧中用于传输用户数据的信息比特数。
10.根据权利要求6的一种系统，其特征在于，当高速信号的用户数据速率与任何一个速率适配业务信道的传输速率的比值为一个整数时，传输帧中的所有N个信息比特全都包含用户数据。
全文摘要
本发明涉及一种数字移动通信系统,和在数字移动通信系统中实现高速数据传输的一种方法。移动网为高速数据信号分配两个或多个并行业务信道,该高速数据信号需要的传输速率高于一个业务信道的最高传输速率。高速数据信号被封装入包括固定数量N个信息比特的传输帧中。这样的固定的信息比特数使得帧的数据速率固定,并等于移动通信系统中业务信道的标准速率适配,例如9.6kbps。在这些传输帧的信息比特中,利用与高速数据信号数据速率有关的数量可以变化的N1个比特,来传输用户数据。在帧的剩余“自由”信息比特中,有n个比特是用来指示帧中用户数据比特数N1的控制比特。剩余的k个比特是填充比特。利用本发明,传输帧中的用户数据传输速率可以在0和一个预置的最大值之间变动。
文档编号H04J3/22GK1178048SQ96192380
公开日1998年4月1日 申请日期1996年3月6日 优先权日1995年3月6日
发明者朱哈·拉萨恩 申请人:诺基亚电信公司