专利名称：信令方法和电信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及基站和终端之间的无线数字电信系统中的信令方法，其中，基站和终端之间的信号是由包含有码元的脉冲串产生，每一个码元又是通过调制从几个比特产生的，码元中至少有一个占用码元表示，在必要的时候，指明信令的业务信道的使用。
更进一步讲，本发明是涉及一个用于基站和终端之间的信令的无线数字电信系统，在系统中，要通过在基站和终端之间的无线连接来传输的信号包括由码元产生的脉冲串，每一个码元通过调制从若干个比特生成，码元的组成中至少有一个占用码元，在必要的时候，用来指示信令的业务信道的使用，系统有至少一个发射机和至少一个接收机来组成，其中发射机包括有发射信令消息的装置，接收机则要包含识别这些信令消息的装置。
在数字无线系统中，基站与终端之间与呼叫有关的信令与要在业务信道中传输的呼叫同时发生。举例来讲，在GSM系统中，占用两个信令信道来传输与呼叫有关的信令，一个是SACCH(慢速随路控制信道)，一个是FACCH(快速随路控制信道)。SACCH是一个独立的与每一个业务信道相联系的低速率信令信道。因为它的低速，这个信道仅仅用来传送不紧急信令。而FACCH是业务信道里的快速信令，可以用于时间紧迫的信令。但是，这将损失一部分业务信道容量。
在如GSM的无线数字系统中，数据传输通过脉冲串来产生，一个特定的脉冲串结构将用于一个目的，例如数据和信令的传输，同步或均衡。用于数据和信令传输的脉冲串在中间包括一个由接收机识别的训练序列，其中含有一套预定的码元。当比较接收到的训练序列和已知的训练序列时，接收机可以产生由于无线信道不够理想而导致的接收信号的失真的信息。在这个信息的基础上，接收机可以更有效的解调接收到的信号。申请人以前的专利申请PCT/FI97/00465描述了一种信令方法，在其中，一个训练序列被用来做信令，这种信令方法加速了信令传输，并且使整个业务信道都被有效负荷所使用。
以上所描述的系统存在的问题是用来传输多种信号所需的不同训练序列的数量。一个训练序列仅可以描述一种信令消息，而且如果目标是否执行，举例来讲，包括8步的功率控制信令，则需要8个不同的训练序列。如果几个信令事件用上述方法来执行，训练序列的数目会增长得很快。这也增加了接收机的负荷，并使接收机的实施变得复杂，因为接收到的训练序列必须独立的和每一个已知的序列相对比。当接收条件恶劣时，特别是将训练序列彼此区分开来将变得更加困难，再进一步，当追求更高的数据传输速率时，因为前面所述的原因，利用训练序列将不再能保证足够快的信令，并且又因为一个训练序列仅能够传输一个消息，训练序列的持续时间相对较长。由于这些所说的缺点，所述方法还没有广泛应用，举例来讲，GSM系统仍然使用信令信道。
因而，本发明的目的就是来提供一种方法以及一个实施这种方法的设备，来解决以上的问题。本发明的目的通过这样一种方法得以实现，其特征在于用所述的占用码元来传输不同的信令消息。
本发明的无线数字电信系统的特征在于发射机包含了对不同信令消息编码的装置；将编码后的信令消息和将要传输的信号的占用码元连接起来的装置；调制该信号以使每个码元都由若干比特组成的装置，其特征还在于接收机中包含了解调包含码元的接收信号的装置；从接收信号中的占用码元里产生已编码的信令消息的装置；和对编码过的信令消息解码的装置。
按照本发明的优选实施例，通过运用占用码元形成对应于要传输的信令消息的码字。码字中放置在一个或多个占用码元中。按照本发明中另外一个优选实施例，所述码字被交织插入到几个脉冲串的占用码元中。按照本发明中更进一步的优选实施例，这种方法可以用来调节移动台和基站之间的发射功率。
本发明是基于这样的思想利用脉冲串结构中的占用码元来传输信令信息。占用码元已有的典型应用是在通常的脉冲串中来指明串中的数据比特是被分配用在业务信道上还是被占用而用在FACCH信道上。当设计使用更高的数据传送速率的系统时，提高数据传输速率的一种方法是使用这样的调制方法把若干比特调制为一个可传送的码元中。这样一个码元的数据传输容量增加了，而且可以用来传送更多的信息。
本发明中的方法和系统的优点是信令速率几乎比SACCH信令的速率快25倍。由于数据传输速率增加了，信令速率也必须增加。本发明的另一个优点是，按照本发明，业务信道的数据传输容量没有被信令所占用。发明中的方法利用信令容量，而在其它情况下信令容量是未被使用的。本发明针对不同的逻辑业务信道类型产生了一种从基站到移动台以及从移动台到基站的新的共同的信令过程，这种过程还不曾用于，比如，功率控制或链路适配中。本发明更进一步的特点是在利用本发明时，信令开销不会增加。
接下来，将结合优选实施例参考相应的附图来更详细的描述本发明，在这些图中
图1是依据GSM系统中的普通脉冲串的示意图。
图2是数字无线系统中功率控制信令的示意图。
图3a是一个表，给出了按照本发明的优选实施例的功率控制消息。
图3b是一个表，给出了依据本发明的另外一个优选实施例的替换功率控制消息。
图4是一个表，给出了按照本发明中优选实施例的信道质量参数。
图5是一个框图，给出了按照本发明中优选实施例的一个发射机。
图6是一个框图，给出了按照本发明中优选实施例的一个接收机。
接下来，将以基于TDMA(时分多址)的GSM系统及其进一步改进为例说明本说明。本领域中的技术人员显然可以看出，本发明可以在任何一个相应的电信系统中应用。
图1给出了GSM系统下的普通脉冲串的结构，脉冲串的长度是156，25，持续时间是0.577毫秒。普通的脉冲串含有由八个时隙构成的TDMA帧中的一个时隙。在普通脉冲串的中间含有训练序列(TS)，它包括26个码元，用来纠正上面所描述的接收信号。占用码元(S)是一个码元的长度，并位于训练序列(TS)的两端，被用来标识在FACCH信令中可能使用的偶数和/或奇数个码元。计划传送用户数据和信令数据的数据码元(DS)，被分为两个57码元的序列，位于第一个占用码元之前以及第二个占用码元之后。尾部的码元序列(T)，有三个码元长度，位于脉冲串的开头和结尾，并且在尾部码元的持续期内，发射机在脉冲串之间进行相应的开关切换。在脉冲串后，有一个隔离期G，占8，25个码元的长度，用来防止基站接收时在相邻的时隙间发生重叠。
在常规的GSM系统中，每一个码元由一个比特组成，而且一个码元可以描述两个不同的状态。可是，GSM系统的数据传输容量已经被证明是非常有限的，当使用数据业务时尤为如此，因此不同的GSM标准被实施，以提高数据传输容量。在这方面的改进工作中，一个例子就是EDGE(GSM演进的增强型数据速率)。EDGE的基本思想是利用已有的GSM帧和脉冲串结构以及通过调制手段来更有效的增加信道容量。举例来讲，如果一个8PSK调制(相移键控)被作为调制方法，表示一个码元用3个比特，这样一个码元就有8种不同的状态。因此，典型情况下，如果占用码元被使用来标识FACCH信道里的脉冲串中的数据码元的使用的话，相当大数目的未使用信令容量可以被流给占用码元，这样能更好的被利用，而不会同时从要传输的有效负荷中减少用户数据的份额。更进一步，这种过程在需要快速信令的情况(比如发射机功率控制或链路适配)下特别有用。在GSM系统中，这些措施被作为SACHH信令执行，但因为数据率的增加，SACHH信令不再有足够的容限来达到这个目的。
接下来将参考图2-4，通过与在电路交换EDGE系统中的快速功率控制有关例子来详细描述本发明。在EDGE系统中，每一个时隙将比在常规的GSM系统中传输更多的数据，因此将提供给用户更高的数据率，或者传输同样的数据将使用更少的时隙，也因此减少了功耗和干扰。但是，与现有的移动台和基站间的控制相比，更有效的调制和更高的数据率会需要更快速的功率控制，以保证连接质量和使数据传输容量最大。
图2的示意图给出了在功率控制信令中所需的移动台(MS)、基站收发信台(BTS)和基站控制器(BSC)的功能以及所述功能间的数据传输。从基站收发信台BTS到移动台MS(下行链路)的数据传输和相反方向(上行链路)的数据传输都通过无线接口Um来进行。在基站收发信台BTS到基站控制器BSC之间是Abis接口。对于下行功率控制来说，移动台MS以本身已知的方式对从基站收发信台接收到的信号作一次信道质量评估(图示框1)，并且因此获得了参数Qdl的值。参数Qdl被传输到基站收发信台BTS，BTS也从基站控制器BSC的功率控制和链路适配功能(图示框5)接收决定要调整的电平的正常下行链路功率控制参数。在接收到的参数的基础上，基站收发信台在框2中执行快速的下行链路功率控制调整，并同时将所使用的功率控制参数通知基站控制器BSC。
对于移动台MS上行链路功率控制，基站收发信台BTS在对来自移动台MS的接收脉冲串的基础上，评估信道质量，图示框3。评估的结果就是参数Qul的值。除从基站控制器BSC获得的上行链路功率控制参数外，参数Qul被用来决定功率控制参数PC的值。基站收发信台BTS将功率控制参数PC发送给移动台MS，以在此参数的基础上执行发射机的功率控制，如图框4。基站收发信台BTS也将所使用的功率控制参数通知基站控制器BSC。
典型情况下，在移动台MS和基站收发信台BTS之间的如上所述的信令作为SACCH信道信令发生。按照本发明中的优选实施例，一个普通脉冲串的占用码元被用作信令。然后，所需的信令消息将被编成特定长度的码字，并放到普通脉冲串的占用码元中。图3a、3b中的表格和图4显示了在上述功率控制信令中所需的信令消息的示例。图3a中的表格给出了一个分为5级的上行链路功率控制的装置，其中功率控制参数Pc的值在-4dB到+4dB间变化。两个码字也分派用来指示在FACCH信令中有奇或偶个数据码元被占用。图3b给出了另外一个上行链路功率控制装置，包括8级的控制信息。功率控制参数在+8dB到-4dB间变化，+8dB对应于一种指示增加4个功率电平的控制信息，-4dB对应于一种指示减少2个功率电平的控制信息。第8个控制信息被分配作为空闲码值。图4表格给出了一个8级尺度的，用于说明描述下行链路信道质量的参数Qdl。在这个例子中，参数Qdl从0-7的值是由信道的C/I(载波干扰)比来决定的。
按照本发明中的优选实施例，图3、4表中的信息，被编成24比特的码字，其决定方式为码字之间的汉明距离应足够大，以提供尽可能好的检测特性。优选情况下，检测可以基于搜索最小距离而进行，在这种情况下，检测器寻找最接近接收比特图的码字。举例来讲，如果系统用8PSK调制，普通脉冲串的两个占用码元每一个包含了3个比特，每个脉冲串一共是6比特。那么24比特的码字就可以插入到4个脉冲串中，这就减小了在传输路径中产生差错的可能性，同时也增加了数据传输的可靠性。典型情况下，用户从TDMA帧中分配到一个时隙，由此一个单程信令的持续时间将是4个TDMA帧，小于20毫秒。这几乎比现在应用的SACCH信令快了25倍。
接下来，结合图5中的框图，来描述本发明中电信系统的发射机的基本组成。发射机包括装置100，它含有要发送的信息，举例来讲，在表3或4中给出的参数值。这种信息按照本发明在装置101中被编码，然后，码字加在装置102上，以与待发射信号中的占用码元进行交织和连接。再往后，信号经过处理装置103被调制，并且加到转换装置104，在其中信号从数字态变为模拟态。模拟信号又被送到射频部分105，在那里，信号被变到发射频率。然后信号由天线106通过无线通道发送到接收机。
电信系统中接收机的基本部分在图6中的框图中描述。接收机包括天线200，用来接收通过无线通道发送过来的信号，从那往后，信号被加到射频部分201，信号从射频转换为中频。信号再接着被传输给转换装置202，在其中从模拟转换为数字态。数字信号接着被传送到处理装置203，在这里，信号可能被滤波或是解调，信道的冲击响应和能量可被评估，同时信号在信道中的失真也可以被恢复成起始时的样子。恢复后的信号被加在分离装置204中，在其中被交织到几个脉冲串的占用码元中的码字从信号中分离出来。解码装置205将接收到的码字解码，并使用装置206按照优选实施例开始与码字中的信息相对应的操作。
以上所述在发射机和接收机中进行的操作都能运用通用或信号处理器或分立逻辑来实施。实现单个操作对于本领域的技术人员来讲是共知的，所以在此上下文中没有必要描述。
本发明中的信令本身不会影响SACCH信令，SACCH信令可以与本发明的信令共同使用。这方面的一个例子就是在决定下行链路信道的质量评估Qdl时，除可使用信道的C/I比外，也可以利用信道C/I比变化情况。对时间要求不高的变化信息可以作为SACCH信令来传输，而参数Qdl则作为本发明的信令传输。实现这个功能的另一个选择是，在一个汇报序列期间，把每秒值作为参数Qdl的编码以及把每秒作为参数Qdl变化的值来多路传输到输出中。
在上面的例子中，上行链路评估功率控制被设计为差分的，即设计为与先前值有关的确定变化。但是，本发明也能够运用绝对功率控制值来执行。更进一步，参数Qdl的0-7的值通过示例基于C/I比来定义。显然，场强或任何相应的变量，都可以在这种情况下，用来判定信道质量。可以用不同的方式来划分尺度，而不像上面所说的8级尺度。
将SACCH信令和本发明一起运用的另外一个例子是，在EDGE系统普通与快速功率控制间的互连。在不需要快速功率控制的情况下，可以通过常规的SACCH信令来执行功率控制信令和无线链路质量的评估。当本发明中的快速功率控制被激活时，SACCH信令仍然能操作，但通过SACCH发送的功率电平命令将被移动台MS忽略。这样做的优点是使MS能轻松地切换回普通功率控制，因为MS总会知道在切换后使用的功率电平。在普通和快速功率控制之间的切换是在汇报周期的开始发生的。在EDGE系统中，其典型的长度为104 TDMA帧。基站控制器BSC控制使用哪种功率控制方法。举例来讲，这一点可以通过一个控制比特来指示，通过Abis接口送到基站收发信台BTS，BTS再接下来通知MS本发明中的哪一种功率快速控制方法将被使用。
本发明的一个优点是，不管空中接口信令有多大的增加，而实际中通过基站收发信台BTS和基站控制器BSC之间Abis接口产生的信令数量根本不会增加。基站收发信台BTS和基站控制器BSC在彼此之间传送，也与SACCH信令有关的普通的功率控制参数，除此之外，基站控制器BSC也可以决定在功率控制的情况下控制值的上下限。但是，在一个固定的网络中的信令负载实际上并不会因本发明中方法而增加，因为在应用高的数据速率而使其Abis接口的信令增加中，因此这非常有利。
上述的发明尽管是通过示例用功率控制信令来描述的，但本发明不仅限于此，本发明的信令也可在电路交换数据传输中应用，达到类似的目的。本发明可特别用在透明数据传输中，在此情况下，不可能进行重新传输，而且又要求信令有高的速率和可靠性。
再进一步，本发明不仅限于所说的8-PSK调制，任何调制方法均可用来实施本发明，在其中只要将若干个比特调制到一个要传送的码元中，以使码元中有未使用的信令容量。码字也不一定就是24比特，其长度可由要使用的信令消息的数量以及能够保证足够可靠性的替代比特图来决定。码字基本上可编为6比特长度，一个码字可以放在一个普通脉冲串的两个占用码元中传输。这样信令速率能增加到4倍，不过信令将没有把码字交织到几个脉冲串中那样可靠。
对于本领域的技术人员，很显然，随着技术发展有大量的方式来实现本发明中的基本思想。这里的发明和实施例也不是就限制在上面的例子里，而是可以在权利要求范围中有所不同。
权利要求
1.一个在基站和终端之间的无线数字电信系统中的信令方法，其中基站和终端之间的信号是由包含有码元的脉冲串生成，每一个码元又是由若干个比特经过调制产生的，码元中包含至少一个占用码元，如有必要，占用码元用来标识信令(FACCH)的业务信道的使用，其特征在于使用所述的占用码元来传输不同的信令消息。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于运用8-PSK调制来产生码元。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于相应于要传送的信令消息使用占用码元形成一个码字，以及把所述码字放到一个或多个占用码元中。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于将所述码字交织到若干个脉冲串的占用码元中。
5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于从信令消息形成24比特的码字，以及把每个所述码字交织到四个脉冲串的占用码元中去。
6.根据以上任何一个权利要求所述的方法，其特征在于该方法与独立信令信道(SACCH)一起使用。
7.根据以上任何一个权利要求所述的方法，其特征在于该方法用来调整移动台和基站的发射功率。
8.一个用于基站和终端之间的信令的无线数字电信系统，其中要通过基站和终端之间的无线连接来传输的信号包含从码元产生的脉冲串，每一个码元从几个比特通过调制生成，码元包含至少一个占用码元，如有必要，用来标示信令(FACCH)的业务信道的使用，系统包括至少一个发射机和至少一个接收机，发射机的组成包括一个发射信令消息的装置，接收机的组成包括用于识别信令消息的装置，其特征在于发射机包括对不同信令消息编码的装置，把编码后的信令消息与待发射信号中的占用码元相连接的装置和对信号进行调制以使每个码元包含若干个比特的装置，以及接收机包括对收到的包含码元的信号解调的装置，从接收到的信号中的占用码元生成已编码的信令消息的装置，以及将已编码的信令消息解码的装置。
9.根据权利要求8中所述的电信系统，其特征在于码元使用8-PSK调制来产生。
10.根据权利要求9中所述的电信系统，其特征在于所述的信令消息包含一个24比特的码字，以及所述码字被交织到4个脉冲串的占用码元中。
11.根据权利要求8-10任何一项中所述的电信系统，其特征在于所述信令消息包含控制移动台和基站的发射功率的消息。
全文摘要
在无线数字电信系统中的一种信令方法，其中，基站和终端之间的信号是由从码元生成的脉冲串构成的。码元包含至少一个占用码元，如有必要，用于标识信令的业务信道的使用。码元通过调制从若干比特生成，占用码元用来传送不同的信令消息。一个要传送的信令消息被编成一个码字，放进一个或多个占用码元中。码字可以交织在几个脉冲串的占用码元中。这种方法可以用来控制移动台和基站的发射功率。
文档编号H04W16/06GK1411673SQ99814960
公开日2003年4月16日 申请日期1999年12月21日 优先权日1998年12月22日
发明者卡利·尼梅拉 申请人:诺基亚网络有限公司