專利名稱：無線電信系統(tǒng)中格式化并傳送信息的一種方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時分多址(TDMA)電信系統(tǒng)，尤其涉及時分多址電信系統(tǒng)中傳輸新格式信息的一種方法。
無線電信系統(tǒng)通過多種方案允許多個用戶使用(同時共享)特定帶寬。該帶寬是分配給電信系統(tǒng)用于傳輸(即發(fā)送和接收)信息的頻帶的一部分或全部。該信息包括用戶信息(例如話音)和信令信息。信令信息是電信系統(tǒng)不同設(shè)備所生成的數(shù)據(jù)，電信系統(tǒng)通過這些數(shù)據(jù)來管理、處理和傳輸用戶信息。在許多無線電信系統(tǒng)中廣為采用的一種多址接入方案被稱為時分多址。
TDMA無線通信系統(tǒng)生成包含多個時隙的時間幀(此后稱為“幀”)，在這些時隙內(nèi)每個用戶可以傳輸其信息，從而使多個用戶能夠使用同一帶寬。信令信息也在各時隙內(nèi)傳輸。每個時隙或一組時隙被定義并分配給特定用戶。因此，每個用戶能夠發(fā)送和/或接收分配給該用戶的時隙中的信息。通過這種方式，許多用戶能夠使用同一帶寬，從而增加了用戶和/或系統(tǒng)的信息容量。


圖1描述了TDMA系統(tǒng)中的典型情況，其中用戶1正與用戶2通話。為簡明起見，僅示出了兩個用戶。在實(shí)際系統(tǒng)中，通常有多個基站和更多的用戶分布在系統(tǒng)各處，一些用戶通過有線電話網(wǎng)，例如公眾電話交換網(wǎng)(PSTN)，接入基站106。這兩個用戶通過移動設(shè)備100，112(即蜂房電話)互相通信?；?06代表了TDMA系統(tǒng)的設(shè)備部分，它按照系統(tǒng)所用信令信息和協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)用戶信息。協(xié)議是系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備啟動通信，傳輸信息和終止通信的特定規(guī)則集。協(xié)議一般是確定的通信標(biāo)準(zhǔn)，許多無線通信系統(tǒng)遵循這些定義良好的通信標(biāo)準(zhǔn)。無線通信信道102和110通常稱為上行鏈路，是用戶用以向基站106發(fā)送信息的信道。通信信道104和108通常稱為下行鏈路，是用戶用以從基站106接收信息的信道。信息(用戶信息和信令信息)以射頻(RF)信號的形式在上行鏈路和下行鏈路上傳輸。
圖2描述了稱為IS-136標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議所用的特定幀格式和時隙格式。IS-136是北美和南美的許多TDMA無線電信系統(tǒng)采用的協(xié)議。幀格式是幀200中特定的時隙編排方案，時隙格式是每個時隙中用戶信息和信令信息的編排方案。在該特定情況下，幀200的時長為40微秒，被均勻劃分成6個時隙。IS-136每個載波分配了30KHz帶寬。信息速率(即碼元速率)為24.3K碼元/秒。每個時隙的時長為6.67微秒，包括324比特。盡管上行鏈路和下行鏈路上的幀格式(即每幀6個時隙)相同，但時隙格式是不同的。時隙202描述了上行時隙格式，時隙204描述了下行時隙格式。時隙202和204都都被劃分成不同的域，這些域是為用戶信息或信令信息保留的部分時隙。例如，時隙204的域206和208標(biāo)記為DATA，每個域保留了130比特用于用戶信息。時隙204的域210為稱為SYNC的信令信息保留的28比特。時隙202和204信令信息的不同域的含義在IS-136標(biāo)準(zhǔn)，TIA/EIA IS-136.1，136.2中定義，此處將其列出以供參考。
仍參看圖2，對下行時隙204而言，發(fā)送和接收(即傳輸)的信息的頭28比特是SYNC比特。接著發(fā)送和接收的12比特是信令比特，稱為慢關(guān)聯(lián)控制信道(SACCH)比特，之后是130比特?cái)?shù)據(jù)。信息的其余部分以所示次序發(fā)送。上行鏈路信息的發(fā)送和接收次序如圖2時隙202所示。
在IS-136中，最多允許三(3)個用戶或六(6)個用戶在上述幀和時隙格式中傳輸信息。每個幀的用戶數(shù)量取決于TDMA系統(tǒng)的工作模式。在遵循IS-136的系統(tǒng)中，存在兩種工作模式。第一工作模式被稱為全速率模式，其中在每個幀中為每個用戶分配兩個時隙。第二工作模式被稱為半速率模式，其中在每個幀中為每個用戶分配一個時隙。因此，在半速率模式下每幀可以有多達(dá)6個用戶，而在全速率模式下每幀可以有多達(dá)3個用戶，在一個系統(tǒng)中也可以綜合使用這兩種模式。
圖3描述了上行鏈路和下行鏈路中IS-136全速率模式(幀300)和半速率模式(幀302)所用的用戶分配方案。在全速率模式中，用戶1分配有時隙1和4，用戶2分配有時隙2和5，用戶3分配有時隙3和6。在上行鏈路和下行鏈路時隙格式中，SYNC域用于調(diào)整用戶信息(即DATA)，并將用戶信息同步到正確時隙。這樣，SYNC域有助于系統(tǒng)描述時隙。每個SYNC域的位模式對它所在時隙而言是唯一的。
在通過無線通信信道發(fā)送之前，對用戶和信令信息進(jìn)行處理，以衰減信道噪聲和其它信道失真對信息引起的不利影響。特別是承載用戶和信令信息的RF信號承受了各種眾所周知的失真影響，例如相位抖動，頻率偏移，振幅和相位衰減和多徑失真。
TDMA信號，尤其是上行鏈路信號，本質(zhì)上是脈沖串信號；即以短的斷續(xù)脈沖串的形式收發(fā)任一特定用戶的信號，每個脈沖串承載了大量信息。如果發(fā)送或接收的脈沖串信息受信道失真的不利影響，那么會丟失大量信息。因此，為了減少丟失大量信息的概率，在傳輸之前對信息進(jìn)行特定量的處理。處理的目的是雙重的；首先，它是為了通過眾所周知的信道編碼技術(shù)引入信息的冗余。信道編碼通過在傳輸?shù)男畔⒅锌蛇x地引入冗余，使信息免于出錯。處理的第二目的是采用眾所周知的交織技術(shù)，在時間上擴(kuò)展信息脈沖串，從而在信息中增加時間分集。交織用于在通信系統(tǒng)中得到時間分集。因?yàn)樾诺谰幋a技術(shù)用以避免隨機(jī)或以脈沖串方式出現(xiàn)的信道差錯，所以交織攪亂了信息的時間次序，從而實(shí)現(xiàn)時間分集，并改進(jìn)了編碼方案的性能。
參看圖1A，示出了遵循IS-136標(biāo)準(zhǔn)的TDMA系統(tǒng)設(shè)備，例如基站106和移動設(shè)備100和112對話音信號所進(jìn)行的某些處理。語音信號被數(shù)字化(未示出)并饋送到聲碼器140。聲碼器140是代數(shù)碼激勵線性預(yù)測(ACELP)系統(tǒng)，它以包含不同參數(shù)的數(shù)學(xué)模型表示語音信號。語音實(shí)際上被轉(zhuǎn)換成一組參數(shù)。聲碼器140遵循ACELP聲碼器標(biāo)準(zhǔn)IS-641。聲碼器140的輸出被饋送到信道編碼器142。信道編碼器142使得系統(tǒng)能夠確定通過通信信道傳送的信息是否包含差錯；信道編碼器還通過引入聲碼器輸出信號的副本，提供了糾正檢測出的差錯的技術(shù)。因此，信道編碼器142在聲碼器140生成的話音參數(shù)中加入差錯檢測碼。信道編碼器142的輸出被饋送到數(shù)據(jù)加密設(shè)備144，后者加密編碼的數(shù)學(xué)參數(shù)，向用戶提供保密性。加密設(shè)備144的輸出被饋送到2時隙交織器146，后者在兩個非連續(xù)時隙上擴(kuò)展脈沖串信息。交織器146的輸出被饋送到調(diào)制器148。調(diào)制器148將交織編碼并加密的數(shù)學(xué)參數(shù)的每兩個比特轉(zhuǎn)換成一個碼元。這些碼元由無線設(shè)備(未示出)以RF信號的形式通過通信信道(上行鏈路102，110和下行鏈路104和108)傳送。
參看圖4，示出了遵循IS-136的TDMA系統(tǒng)在全速率模式下進(jìn)行的2時隙間交織處理。兩個存儲設(shè)備用于存儲需要傳輸?shù)男畔?。存儲設(shè)備402被劃分成兩個緩沖器(緩沖器402A和緩沖器402B)，每個緩沖器的容量為10微秒信息。在時隙1開始時(即在時刻t1)，緩沖器402A被填充了10微秒信息，緩沖器402B也被填充了10微秒信息。存儲設(shè)備404是空的。在時隙1期間，發(fā)送緩沖器402A中的10微秒信息。在時刻t1和t2之間，緩沖器404A被填充了10微秒信息，緩沖器404B也被填充了10微秒信息。在時刻t2發(fā)送緩沖器404A和402B的內(nèi)容。從下一幀時隙1(未示出)開始，處理重復(fù)，導(dǎo)致每隔20微秒發(fā)送20微秒信息。應(yīng)當(dāng)注意，在處理開始時，僅發(fā)送了10微秒信息。同時，應(yīng)當(dāng)注意到，在時刻t3，存儲設(shè)備402是空的，因而可以再次使用，如同它在所示幀的時隙1期間那樣。時隙1或時隙4的傳輸長度使6.67微秒。存在著與交織處理相關(guān)聯(lián)的固有時延。與存儲設(shè)備402的內(nèi)容傳輸相關(guān)聯(lián)的時延使46.67微秒(20微秒+20微秒+6.67微秒)。該時延被定義了從最初在存儲設(shè)備中存儲信息的時刻起到存儲設(shè)備變成空的時刻之間可以經(jīng)過的最大時間。用戶2在時隙2和5，用戶3在時隙3和6中也進(jìn)行相同處理。通過這種方式，每個用戶的信息擴(kuò)展到兩個時隙。對半速率模式而言，2時隙間交織無法在單個幀中完成，這是因?yàn)橐粠袨閮H每個用戶分配了一個時隙。應(yīng)當(dāng)注意，存儲設(shè)備402以及存儲設(shè)備404的每個緩沖器包含的信息表示了在6.67微秒時間段(時隙長度)中發(fā)送的20微秒語音，因?yàn)檎Z音可以有效地表示成聲碼器所生成的數(shù)學(xué)參數(shù)。
無線電信系統(tǒng)的使用者的不斷增多，要求這類系統(tǒng)增加其用戶容量。因?yàn)橥ㄐ偶夹g(shù)設(shè)備的改進(jìn)，開發(fā)的更有效的聲碼器，信道編碼器和調(diào)制器使得系統(tǒng)提供者可以在每個時隙中發(fā)送甚至更多的信息。例如，近期的調(diào)制器應(yīng)當(dāng)能夠?qū)?比特壓縮成1個碼元。但是，隨著容量的增加，較容易出現(xiàn)信道失真。不論使用何種信道編碼技術(shù)，用戶都可能會因?yàn)橛绊懻麄€時隙的信道失真而丟失大量信息。不同處理技術(shù)的綜合需要更有效地處理信道失真。綜合處理技術(shù)(例如信道編碼與交織綜合)的使用常常取決于系統(tǒng)所遵循的格式。例如，在工作于半速率模式的IS-136系統(tǒng)中，不可能進(jìn)行時隙間交織，因?yàn)槊繋瑑H為每個用戶分配了一個時隙。因此，需要設(shè)計(jì)一種信息格式，使得能夠使用有效衰減通信信道失真的不利影響的不同處理技術(shù)。
本發(fā)明提供了一種TDMA電信系統(tǒng)中的信息傳輸方法，其中每個用戶在按照系統(tǒng)格式的時間幀內(nèi)分配的系統(tǒng)時隙中發(fā)送和接收信息。本發(fā)明描述了傳輸用戶和信令信息的一種新格式，它改進(jìn)了無線通信系統(tǒng)的信息和用戶容量。新格式還能夠更有效的處理(例如時隙間交織)使用，使得傳輸?shù)男畔⒚馐苄诺朗д娴挠绊?。此外，新格式與能在目前系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的大多數(shù)屬性(例如遵循IS-136的系統(tǒng)中的所有屬性)兼容。
首先，每個時間幀中的每個時隙被劃分成多個子時隙，為每個子時隙生成一個描述域，其中多個子時隙是與系統(tǒng)時隙一致的時間。每個用戶為分配至少一個子時隙。因?yàn)檎加玫亩鄠€子時隙整體與系統(tǒng)時隙保持一致，所以系統(tǒng)具有按照新格式或當(dāng)前系統(tǒng)格式傳輸信息的靈活性。
圖1描述無線通信系統(tǒng)的一部分；圖1A描述了無線通信系統(tǒng)所用的信息處理設(shè)備；圖2描述了遵循IS-136標(biāo)準(zhǔn)的TDMA系統(tǒng)的幀格式和時隙格式；圖3描述了IS-136系統(tǒng)在全速率模式和半速率模式下的幀格式；圖4說明了工作在全速率模式下的幀的2時隙交織技術(shù)；圖5描述了將IS-136幀轉(zhuǎn)換成新格式幀的本發(fā)明的方法；圖6描述了按照本發(fā)明方法構(gòu)造的幀格式和時隙格式。
參看圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明方法的幀格式。為簡明起見，下面針對遵循IS-136的TDMA無線電信系統(tǒng)描述本發(fā)明的方法。本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于其它類型的TDMA系統(tǒng)，以及允許用戶基于時隙傳輸信息的其它通信系統(tǒng)(無線和有線系統(tǒng))。
為便于理解，針對遵循IS-136的TDMA無線電信系統(tǒng)的幀討論本發(fā)明的方法。按照IS-136標(biāo)準(zhǔn)，幀500最初有6個時隙，每個時隙分配有一個sync域(502)。為了更清楚地說明本發(fā)明方法的操作，擴(kuò)展了第三時隙(即時隙504)。時隙504被劃分成子時隙505和子時隙507。生成子時隙描述域506以輔助系統(tǒng)區(qū)分子時隙，其方式與SYNC域的使用方式相同。在IS-136系統(tǒng)子時隙中，描述域506的使用方式與SYNC域相同。因此，系統(tǒng)通過子時隙描述域標(biāo)記或指示原系統(tǒng)的劃分位置。每個子時隙的長度是3.62微秒。應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明的方法并不受限于將每個時隙劃分成兩個時隙。隨著通信技術(shù)的改進(jìn)，可以將每個時隙例如劃分成3，4或更多個子時隙。因?yàn)樽訒r隙是原時隙的劃分，所以總可以取消新格式，恢復(fù)成原格式。因此，不論每個時隙的劃分?jǐn)?shù)量是多少，最終的新格式仍與原格式保持兼容。SYNC域506被分配給子時隙507，SYNC域502被分配給子時隙505。
得到的新幀格式由幀501表示。幀501具有12個子時隙，被稱為TDMA12幀。可以通過多種方式分配這些子時隙。例如，系統(tǒng)可以為每個用戶分配一個子時隙，從而每個幀有12個用戶。系統(tǒng)也可以分配各每個用戶兩個時隙，從而得到的幀格式類似于遵循IS-136系統(tǒng)的半速率格式，也是每幀分配多達(dá)6個用戶。但是，每個用戶分配兩個時隙的TDMA12幀使得系統(tǒng)能夠在單個幀的時隙間進(jìn)行交織，不同域遵循IS-136半速率模式的幀。但是應(yīng)當(dāng)注意，時隙間交織可以在多于一個幀中實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可以為每個用戶分配4個時隙，從而得到類似于工作于全速率模式的遵循IS-136系統(tǒng)的用戶分配結(jié)構(gòu)，也是每幀分配多達(dá)3個用戶。本發(fā)明方法還包括這樣的時隙分配方案，其中為一些用戶分配了一個時隙，其它用戶(同一幀中)則分配了多于一個時隙。上述時隙分配方案和其它可能的TDMA12格式時隙分配方案應(yīng)用于上行和下行鏈路幀。
TDMA12格式結(jié)構(gòu)(下行和上行鏈路)使得與IS-136標(biāo)準(zhǔn)的幀格式相比，系統(tǒng)能夠承載更多的信息，擁有更多的用戶。通過減少SYNC域(506，502)的長度---例如，SYNC域少于14碼元(見圖2)，TDMA12格式(下行和上行鏈路)甚至可以更有效。在當(dāng)前IS-136系統(tǒng)中，每個碼元表示2比特信息。本發(fā)明的方法不排除SYNC域被加長，即SYNC域多于14碼元的情況。此外，通過取消一些SYNC域，使得更多的空間可用于用戶信息，TDMA下行鏈路格式可以更有效。一種可能的方案是取消新創(chuàng)建的SYNC域(506)，僅使用原SYNC域(502)。得到的TDMA12下行鏈路格式由圖5的幀503描述。
圖5的幀503描述了被稱為共享sync的TDMA12格式。參看子時隙1a和1b，子時隙1b和2a之間的子時隙描述域(502)(即SYNC域)由這兩個時隙共享，以確定劃分507和508。每個子時隙的長度以下述方式計(jì)算首先，將排除SYNC域的原幀長度(在IS-136系統(tǒng)中即40微秒)除以12；將SYNC域的長度與得到的每個子時隙長度相加。實(shí)現(xiàn)共享sync格式的一種可能方式是存儲子時隙中傳輸?shù)男畔?，檢測SYNC域的位置。如果檢測到SYNC域，則系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)碼元的數(shù)量(即信息單元)以確定劃分的位置(即507，508)。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)易于理解，本發(fā)明屬于這樣的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠從檢測到的sync域逆向統(tǒng)計(jì)或從檢測到的sync域前向統(tǒng)計(jì)以確定劃分。
不論從本發(fā)明方法得到的幀格式如何(TDMA12或TDMA12共享sync)，每個子時隙都包含一個用戶的用戶信息和信令信息。子時隙的處理和操作僅直接影響分配有該時隙的那個用戶；即一個時隙中傳輸?shù)娜啃畔⒍加糜谝粋€用戶。但是，TIDMA12和TDMA12共享sync下向鏈路格式還能夠在一個時隙或子時隙中混合用戶。信息的混合是指混合不同用戶的信息，將混合的信息安置在一個子時隙中。再次參看圖5，尤其是由劃分509所描述的子時隙4a和4b。不同用戶的信息可以在時隙4a和4b中共享。在這種情況下，系統(tǒng)使用原sync域來描述共享子時隙的邊界。系統(tǒng)可以混合，或者以任意方式分配存儲在共享時隙4a和4b中的信息。共享技術(shù)，以及信息安置在共享時隙中的方式是在幀中增加信息時間分集的另一種方式。
如果不使用混合，則系統(tǒng)處理信息的能力將得到若干優(yōu)點(diǎn)。首先，數(shù)據(jù)加密處理將更為有效，因?yàn)槊總€用戶能夠通過加密其信息來保證其隱秘性。如果在一個子時隙中混合不同用戶的信息，則那些用戶都使用相同的加密方案，因?yàn)楸舜酥g沒有保密性。其次，系統(tǒng)使用子時隙中的特定域來控制每個用戶信息的功率置。信息的混合將消除每個用戶信息功率值的單獨(dú)控制。例如，混合用戶之一可能要求其功率之增加，而另一混合用戶需要降低其功率值。在這種情況下將無法滿足不同混合用戶的相互沖突的要求。第三，稱為自適應(yīng)多速率(AMR)聲碼器的各聲碼器使得系統(tǒng)能夠基于系統(tǒng)的動態(tài)因素，例如信息差錯率，系統(tǒng)帶寬，幀格式(半速率或全速率)，以及系統(tǒng)的頻率操作，來改變聲碼器信息速率。因此，AMR聲碼器不需要以恒定速率輸出信息。在某些情況下，聲碼器可以以較高或較低的速率—即高于或低于該系統(tǒng)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)所定義的系統(tǒng)速率—輸出信息。系統(tǒng)可以利用這種可變的信息速率，調(diào)整它應(yīng)用于每個用戶的信道編碼量。例如，以較低比特速率(通過其AMR聲碼器)輸出信息的用戶能夠使用更密集的信道編碼方案，該方案使用更多的比特來填充信息，從而得到更為健壯(更能抵抗噪聲)的信息。
參看圖6，示出了工作在全速率模式(幀600)和半速率模式(幀601)的IS-136系統(tǒng)的TDMA12 sync共享下行幀格式。每個幀相應(yīng)有6個SYNC域(602)。在這兩種操作模式中，可以實(shí)現(xiàn)子時隙之間的信息交織以衰減信道失真的不利影響。例如，對幀600而言，每個用戶所傳輸?shù)男畔⒖梢栽?個子時隙上擴(kuò)展。對幀601而言，每個用戶的信息可以在2個子時隙上擴(kuò)展。子時隙603-608描述了不同下行鏈路TDMA12 sync共享子時隙配置。子時隙603-608表示了遵循和兼容IS-136所必需的所有域(信令信息域和用戶信息域)。SYNC域包含14碼元，每個碼元表示了多個比特(例如IS-136中2比特/碼元)。子時隙配置表示了每個子時隙中信息通過系統(tǒng)傳輸(發(fā)送和接收)的實(shí)際次序。例如，在子時隙603中，首先傳輸14個sync碼元，然后傳輸3個保留比特(用于功率控制)，接著是數(shù)據(jù)比特(用戶信息)，之后是3個引導(dǎo)碼元(PLT)信令信息，其后是另一數(shù)據(jù)比特塊，等等。R表示了用于允許功率值調(diào)整時間的信令信息。其它子時隙的信息傳輸?shù)奶囟ù涡蚩梢砸酝瑯臃绞降玫健?br> 每個子時隙中的一些信令信息(例如SYNC，PLT)用于估計(jì)因信道失真而產(chǎn)生的不利影響，并進(jìn)行處理以克服這些不利影響；這種技術(shù)一般稱為信道估計(jì)。最適當(dāng)?shù)奶幚戆ㄋ猩鲜鎏幚砑夹g(shù)，以及通信系統(tǒng)中用于消除信道失真所引起的不利影響的其它眾所周知的技術(shù)。前面提過，將原幀劃分成多個子時隙的處理導(dǎo)致子時隙的時長相對較短；這使得信道估計(jì)技術(shù)更為有效。因?yàn)樾诺狼闆r在較短的時間間隔上不會變化太大，所以信道情況易于估計(jì)，這樣，采用的特定信道估計(jì)技術(shù)將更為有效。
權(quán)利要求
1.一種TDMA無線電信系統(tǒng)中的信息傳輸方法，其中系統(tǒng)的每個用戶在按照系統(tǒng)格式的時間幀(例如500)內(nèi)分配的系統(tǒng)時隙(例如504)中發(fā)送和接收信息，該方法包括以下步驟將每個系統(tǒng)時隙劃分成多個子時隙(例如505，507)；生成指示劃分位置的子時隙描述域(例如506)；以及將子時隙分配給無線電信系統(tǒng)的用戶。
全文摘要
無線通信系統(tǒng)中以新格式結(jié)構(gòu)傳輸信息的一種方法,其中用戶基于時隙傳輸信息。新格式結(jié)構(gòu)通過將系統(tǒng)時隙劃分成子時隙(圖5),兼容系統(tǒng)已有的格式。
文檔編號H04Q7/38GK1250280SQ9911752
公開日2000年4月12日 申請日期1999年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月12日
發(fā)明者詹姆斯·P·塞莫爾, 安德烈·M·托恩羅 申請人:朗迅科技公司