专利名称：Tdm/tdma系统中离散可变的时隙宽度的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及到宽带RF通信协议，特别是这样的协议，它在TDM/TDMA系统中集中时隙的有效负载以允许多速率和/或者数字编码模拟信号的转换。
在TDM/TDMA(时分多路复用，时分多址)数字通信系统中，被组织为常速率帧结构的Nmax个时隙被多路复用到每一个FDD(频分多路复用)载波装置上。每个时隙代表着一个基本常速率双工信道的一个方向。一个双工信道(或载波)包括一个上行信道和一个下行信道，并且与适合于TDM/TDMA系统的一个协议相联系。
依照TDM/TDMA系统的协议，一组比特(称为一个数据串(burst))在给定的频率(或载波)内的一个时帧的各个时隙中发送。时帧以Tf的固定时长再现。在传统的TDM/TDMA协议中每个数据串被划分为两部分；一个附加部分和一个有效负载部分。在有效负载部分中的比特数除以帧速率Tf，得到每个全速率信道的比特率Bc。
通常传统的TDM/TDMA系统中的Nmax个全速率信道时分复用到每一对双工载波上。对于要求比特率高于Bc的应用，在每个时帧内将两个或更多的Nmax时隙分配给用一个用户。在这些情况之下，数据在多个有效负载处(在这里每个时隙都包括附加和有效负载部分)为传送进行分段，并在链路的接收端重编数据。这个过程称为反复用或多时隙方法。一个多时隙作业中的时隙在一个时帧内无需连续因为无论如何负载都要分段。
正如所提，在多时隙作业中或集中的时隙中，每个反复用时隙都包括一个附加部分和一个有效负载部分。然而，每个集中时隙所保留的附加比特是多余的，因为每个附加比特的功能性质在每个时隙中都被重复。对于每一个集中时隙，有一个相应的附加部分，其中，在每一个附加部分比特里的信息对于每一个集中时隙来说是相同的。因此，对于多时隙作业，整个的集中有效负载是P＝Nx((全部比特/数据串)-(附加比特/数据串))。正如所见，在多时隙方法中出现了比特的大量浪费。
图1是一个通信系统的框图，该系统中的系统协议依照本发明进行工作。
图2是下行信号流结构的图解。
图3是上行信号流结构的图解。
图4是依据本发明的优选实施方式的信号流结构的图解。
图5是依据本发明的第二实施例方式的信号流结构的图解。
图6是不同的集中的时隙组如何实现本发明的第二种实施方式的若干个例子的图解。
本发明所采用的集中TDM/TDMA时隙的方法是以一种避免在集中TDM/TDMA时隙的传统多时隙方法中所固有的冗余的方式。通过实施本发明，在集中的TDM/TDMA时隙中原来通过冗余所浪费的比特能够被用来增加有效负载中的比特，这样就使每个数据串能够有更多的信息传送，并且/或者允许在数据串中进行纠错，例如前向纠错。
图1中表示的通信系统110可以使用依据本发明的一种优选实施方式的TDM/TDMA系统协议。通信系统110的关键部分是中央控制部分120和用户接口装置150。用户接口装置150通常被连接到用户的房屋，如图1所示。用户接口装置150被连接到同轴电缆152，同轴电缆152被连接到光纤节点140，光纤节点140通过光纤电缆142耦合到中央控制部分120。
在本发明的优选实施方式中，许多用户接口装置150将被连接到同轴电缆152。每一个用户接口装置150中都包括一个电缆收发信机，它被设计成依据系统协议工作，在优选实施方式中该系统协议包括本发明提供的电缆存取控制系统(CACS)协议的修订版本。用户接口装置150中的任何一个都可被设计成或是对应于一个基本对称协议或者一个不对称协议的扩展。在任何一种情况下，用户接口装置150端接通信系统110的一个电缆用户引线(drop)并被封装起来以便永久地安装到用户的房屋上。用户接口装置150也配备了一种或多种接口以支持不同的用户房屋设备，例如标准的有线电话设备，有线电视(CATV)设备分线盒个人计算机等等。
将同轴电缆152耦合到中央控制部分120的光纤结点140双向地在光纤网的光域与同轴电缆的电域之间进行转换。
中央控制部分120是经常被称为控制中心的装置，它接收视频信号例如CATV，MPEG-1，MPEG-2，HDTV，卫生传输，停播(off-the-air)TV广播和其它电视节目和视频信息，图1中将它们标注为视频信号源160。中央控制部分120也和不同的数据源(170)和电话网(180)，例如ISDN和PSTN，进行通信。这就允许中央控制部分120向用户接口装置150提供下行有线电视信号，数据的上行下行转换，音频电话和视频电话。
通过中央控制部分120和用户接口装置150，在通信系统110中允许任何数目的连接到通信系统的用户之间进行通信，无论是通过同轴电缆152直接连接到通信系统110还是通过下面描述的EO 122交换机。
电话网180通过终端局设备(EO)122与中央控制部分进行通信。EO 122支持标准的数字用户环路载波系统例如Bellcore文件TR-NWT-000303(124)和TR-NWT-001203(126)中所描述的系统。EO 122代表一个连接到数字电话交换网(图中未示)的数字电话交换机。
数据源170通过数据交换机128与中央控制部分120进行通信。数据交换机128是一个分组交换处理机，它提供服务于用户接口装置150的信道和不同的公用或专用数据网和服务器之间的互连。数据交换机128通过执行适当的局域网(LAN)协议的数据链路来与CCU(电缆控制部分)130，不同的发送机/接收机(收发信机)138，136和134进行通信。
CCU 130提供所有必要的功能来支持系统协议(例如被本发明所修订的CACS)。CCU 130端接所有流向和来自用户接口装置150的信令和控制信息，并管理所有的RF(射频)信道作业，链路变换等。CCU 130也与来自EO 122的用户环路设备相接口，在这些设备上实现业务和信令信道的多路复用/多路分解，并且端接所有流向/来自EO 122的控制信息。CCU 130通过系统协议来执行控制系统信息的广播，警报，存取，确认和加密过程的逻辑功能，该系统协议将用户终端的身份与EO 122中一个适当的用户线路外观特性或数据交换机128中的一个数据网地址相关联起来。
RF组合器132组合来自多个发送机的下行信号并桥接上行信号至多个接收机。RF组合器132通过CPX(电缆端口收发信机)，耦合到CCU 130，其中每一个CPX 134都包括一个数字发送机/接收机，它向中央控制部分(控制中心)终端提供对称的TDM/TDMA/FDD(时分多路复用，时分多路存取，频分双工的)的载波对。RF组合器132还通过CPR(电缆端口接收机)136耦合到CCU 130，其中每个CPR 136包括一个数字接收机它将TDMA/FDD载波组上行载波中的一个提供给中央控制部分(控制中心)终端。BCT(宽频带电缆发送机)138被耦合在CCU 130和RF组合器132之间，并且每个BCT 138包括一个数字发送机，它向中央控制部分终端提供TDMA/FDD载波组的下行30Mb/s载波。
Conv/Comb(CATV交换机/组合器)139将来自视频信号源160和RF组合器132的信号转换到电缆频域内的指定频率并组合信号，使用它们为通过光纤电缆142的下行传输调制一个光纤载波至光纤结点140。来自光纤结点140的上行光纤载波被解调，转换到正确的RF频率并通过conv/comb 139传递到RF组合器132。
图2和图3分别是图1中的有线通信系统110所使用的系统协议所定义的信号流的两个下行时帧(201和202)和两个上行时帧(301和302)。系统下行协议包括大量的串行传送的连续时帧。这些结构也是今天在电缆电话通信系统中所使用的传统的TDM/TDMA协议结构。如图2所示，下行信号流通常在50～750Mhz的范围内发送，上行信号流通常是在5～30Mhz范围内发送。
图2的下行信号流被设计成传送系统控制信号，数字信号和数字格式的电话信号。图3中的上行信号流可传送可视电话信号，系统控制，可视信号，它们都是数字格式。依照传统的有线通信系统格式，例如CACS，对于上行和下行信号流的每一帧，时帧的时长预先设定为2.5毫秒(ms)。每一帧都被分成大量的离散的多个时隙，其中所有离散的多个时隙的总宽度(时间上)等于时帧的时长。在CACS中，每一帧有8个时隙，每秒有400帧。载频间隔信号流为600kHz，它使用2比特/码元的四相移键控(QPSK)调制，总的码元速率为384k-sym/sec。总的比特率为768kb/s，有效负载为Nx64kb/s，其中对于每载波最大512kb/s的情况，N小于或等于8。在每个数据串结构中每个下行时隙有240比特。存在一特定帧和时隙序列与特定的载波频率对相联系。在一个单一的有线通信系统中，对于所有的下行载波都要求帧和时隙同步，上行传输要求与下行传输同步，为了控制中心正确的接收要动态地进行定时调整。
一个传统的有线通信系统TDM/TDMA协议结构的下行信号流中的每个时隙都包括图2中下行数据串203组成，图2中它表示为时隙202的时隙“0”。同样，一个传统的有线通信系统TDM/TDMA协议包括图3中上行数据串303的组成，图3中它表示为时帧302的时隙“0”。参考下面的表I将更好地理解下行数据串203和上行数据串303的组成。
表一分区名 缩写宽度(比特)作用同步信道 SYC25 帧同步(25个下/14个上)控制信道 CC 9 链路控制(9个下/2个上)慢速信道 SC 26 链路控制用户信令快速信道 FC 160有效负载，用户数据/信令误差控制信道 ECC20 误差检测防护信道 GC 8 能量斜坡和数据串防护差分编码 DE 2 调制器相位基准现在特别参考图2，下行数据串203的SYC，CC和SC都包括一个下行数据串报头204，ECC包括一个下行数据串报尾205。下行数据串203的FC代表有效负载206。同样在图3中，位于上行数据串303开始的GC、DE、SYC、CC和SC组成了上行数据串的报头304，在上行数据串303的结尾处的ECC和GC组成了上行数据串的报尾305。上行数据串303的FC代表有效负载306。
现在参考图4，六个多时隙信道序列集中表示在402中。正如所指出的，集中的多时隙信道中的每一个都包括如上定义的一个报头，一个有效负载和一个报尾。在这个特定的例子中，当报头和报尾没有详细地定义时，多时隙信道是在上行数据流或是在下行数据流中并没有关系。图4中可以很容易看到，尽管就象前面讨论时隙的集合时所解释的那样，报头404，406，408，410，412，414包括有同样的信息，但它们都被重复，而且在时帧中占据着有价值的比特。同样，报尾416，418，420，422，424和426都包含有相同的信息并且是重复性的，因此在时隙内浪费了可用的比特。
因此，本发明的优选实施方式删除了报头和报尾中不必要的重复比特，因此就允许有效负载能够使用更多的比特，以增加一个数据串中的信息量。
本发明的一个优选实施方式中，在将被集中的一个给定数目的时隙的起始提供了一个报头，其中在下行数据串中报头包括同步信道、控制信道和慢速信道。在上行数据串中，报头包括了防护信道，差分编码，同步信道，控制信道和慢速信道。在第一个时隙的开始处提供报头。这个报头与其它所有集中的多时隙中的时隙中的报头相同，因此不必为任何后续集中的时隙重复报头。相类似。在集中的时隙的结尾处提供报尾。因为这个报尾与前面集中的时隙的报尾相同，所以在集中的时隙的其它任何位置无需重复报尾。因此，集中的时隙中的所有数据串在集中时隙起始处的报头与集中的时隙结尾处的报尾之间连续地耦合在一起，而在其间则无需重复报头和报尾的各比特。在优选的实施方式中，仅仅同步信道在各个有效负载处重复。
图4中串行时隙430到444是不同数量集中时隙的例子。例如，串行时隙430仅仅表示了一个时隙。在这种情况下，数据串的结构与多时隙结构中的一个时隙相同，它有一个报头，一个有效负载和一个报尾。然而，注意串行时隙440有6个时隙被集中在多时隙的时隙402，仅提供了一个报头450和一个报尾450和一个报尾452。对于所有集中的时隙，每一个集中时隙的有效负载和同步信道在报头450和报452之间以SYC和FC的重复顺序耦合。因此，在串行时隙440中顺序为报头450(在例子中它包括第一个集中时隙的SYC)，FC452，SYC 454，FC456，SYC458，FC460，SYC462，FC464，SYC466，FC468，SYC470，FC472和报尾452。
应该注意到，通过每一个有效负载(FC)中包括同步信道(SYC)，本发明可以实现目前的有线通信系统例如有线通信系统110而无需作硬件上的变动。仅仅需要作软件或固件的变动。
通过依据本发明的优选实施方式来集中时隙，释放了附加比特来传送信息。表2表示的是在传统的进行时隙集合的多时隙方法上使用本发明的优选实施方式所获得的带宽倍增。
表二下行 上行有效负载1比特率2有效负载1比特率2新/旧新/旧比率 时隙号 新/旧 新/旧比率160/160 64/641.0001160/160 64.0/64 1.000386/320 150/128 1.1722386/320 154.4/1281.206590/480 236/192 1.2293612/480 244.8/1921.275805/640 322/256 1.2584834/640 335.2/2561.3091020/800 408/320 1.27551064/800 425.6/3201.3301235/960 494/384 1.28661290/960 516.0/3841.3441450/1120580/448 1.29571516/1120606.4/4481.3541665/1280666/512 1.30181742/1280696.8/5121.3611比特 2Kb/s从表2能够看到，在集中了不止一个时隙的每种情况下，上行增益大于下行增益，这是因为上行信号流的SYC只有14比特，而下行信号流的SYC却包含了25比特。
图5表示的是本发明的第二种实施方法。如同在图4中，集中六个时隙的多时隙方法表示为502，其中每个集中的时隙包括一个报头，一个有效负载和一个报尾。在图5的本发明的第二种实施方式中，没有同步信道与每个要被集中的有效负载相关连，每个集中的时隙的有效负载在报头与报尾之间连续耦合，同步信道被包含在集中的时隙报头之中。可以依据图6中的本发明的第二种实施方式来举例如何进行集中的时隙的信道分配。
本发明的第二种实施方法要求在已有的有线通信系统例如有线通信系统110上作些硬件以及软件和固件的改动(不是在图1所示的基本结构之上，而是在一些组成部分的具体实现上)。因为第二种实施方式仅仅在报头中有SYC，所以可以在集中的时隙中传递更多的信息。此外，通过以前重复的SYC的比特的开放可以进行有意义的前后纠错来提高有线通信系统传输的性能。图3是第二种实施方法与多时隙方法之间的比较。
表三下 行上 行有效负载1比特率2有效负载1比特率2新/旧新/旧 比率 时隙号 新/旧 新/旧 比率160/160 64.0/641.0001160/1 6064/64 1.000400/320 160/1281.2502400/320 160/1281.250640/480 256/1921.3333640/480 256/1921.333880/640 352/2561.3754880/640 352/2561.3751120/800 448/3201.40051120/800448/3201.4001360/960 544/3841.41761360/960544/3841.4171600/1120640/4481.42971600/1120 640/4481.4291840/1280736/5121.43881840/1280 736/5121.4381比特 2Kb/s
除了以上所提到的第二种实施方式的优点外，通过使用第二种实施方式，一个2X集中的时隙能够以160kb/s的速率传送用户信息，它是1SDN线路基本速率的B信道和D信道，具有16kb/s的余量以用于其它用途，例如扩展的SC和ECC。此外，在CACS协议中，一个64kb/s的DS0通过每2.5ms 20比特来提供。因此-在一个2X集中的时隙内可以传送2.5DS0′s。
-在一个3X集中的时隙内可以传送4.0DS0′s。
-在一个4X集中的时隙内可以传送5.5DS0′s。
-在一个5X集中的时隙内可以传送7.0DS0′s。
-在一个6X集中的时隙内可以传送8.5DS0′s。
-在一个7X集中的时隙内可以传送10.0DS0′s。
-在一个8X集中的时隙内可以传送11.5DS0′s。此外，具有两个收发信机的用户接口装置150可以传递一个完全的T1线路的24个信道中的23个而多时隙方法需要3个收发信机。依据本发明的第二种实施方式在一个用户接口装置150中三个收发信机可以传递完全的E1线路而多时隙方法则要求4个收发信机。
本发明的第二种实施方式的另外一个优点就是可获得额外的带宽以允许实现集成分组信道协议，因此电路方式的业务和分组方式的业务可以在一个载波对的不同时隙作业中传送。因此，分组方式业务在集中的时隙中被发送而电路方式的业务在时帧的另外时隙中被发送。
权利要求
1.一种方法，包括将通信系统中在基于时间的协议中预先设置好时长的时帧划分成大量的离散的多个时隙，其中所有数量的多个离散时隙的总的宽度(在时间上)等于预先设定好的时长，并且集中了给定数量的离散的多个时隙(集中的时隙)；并且在集中的时隙的起始处提供一个报头，在这里对于所有的集中的时隙报头是相同的，在集中的时隙其它任何的地方都无需重复报头。
2.一种装置，包括一个收发信机允许在通信系统中通过该装置在任何数量的用户之间进行通信，其中收发信机使用一个系统协议；并且系统协议定义时帧，已预先设置好时长的每个时帧被划分成大量的离散的时隙，其中所有数量的多个时隙的总的宽度等于预先设置好的时长，给定数量的离散的多个时隙被集中(集中的时隙)，其中在集中的时隙的起始处提供报头，而在集中的时隙其它任何的地方都无需重复报头。
3.依据权利要求2的装置，其中在集中的时隙的结尾处提供报尾，而在集中的时隙其它任何地方都无需重复报尾。
4.依据权利要求3的装置，对于集中的时隙中的每一个时隙，同步信道和有效负载在报头与报尾之间以同步信道-有效负载的重复顺序耦合。
5.依据权利要求3的装置，其中对于集中的时隙的每一个时隙，有效负载耦合在报头和报尾之间，其中对于集中的时隙的每一个时隙，所有的有效负载连续地耦合在报头与报尾之间。
6.包含有大量时帧的通信系统的系统协议，已预先设置好时长的每个时帧被划为大量的离散的时隙，其中所有数量的多个时隙的总的宽度等于预先设置好的时长，给定数量的离散的多个时隙被集中(集中的时隙)，其中在集中的时隙的起始处提供报头，而在集中的时隙其它任何的地方都无需重复报头。
7.依照权利要求6的通信系统的系统协议，其中在集中的时隙的结尾处提供一个报尾，而在集中的时隙其它任何的地方都无需重复报尾。
8.依据权利要求7的通信系统的系统协议，对于集中的时隙中的每一个时隙，同步信道和有效负载在报头和报尾之间以同步信道-有效负载的重复顺序耦合。
9.依据权利要求7的通信系统的系统协议，对于集中的时隙中的每一个时隙，其有效负载耦合在报头和报尾之间，而集中的时隙中的每一个时隙的所有的有效负载在报头和报尾之间连续地耦合。
全文摘要
具有大量时帧(402)的通信系统的系统协议,已预先设置好时长的每个时帧被划分成大量的离散的时隙(452),其中所有数量的多个时隙的总的宽度等于预先设置好的时长,给定数量的离散的多个时隙被集中(集中的时隙)(440),在集中的时隙的起始处提供一个报头(450),而在集中的时隙其它任何的地方都无需重复报头。
文档编号H04J3/00GK1179043SQ9711965
公开日1998年4月15日 申请日期1997年9月19日 优先权日1997年9月19日
发明者詹姆斯·马森·威廉姆斯, 迪莫思·M·博克 申请人:摩托罗拉公司