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CN1151689C - 用于多重调制环境下的非对称数据传输 - Google Patents

用于多重调制环境下的非对称数据传输 Download PDF

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CN1151689C
CN1151689C CNB008071020A CN00807102A CN1151689C CN 1151689 C CN1151689 C CN 1151689C CN B008071020 A CNB008071020 A CN B008071020A CN 00807102 A CN00807102 A CN 00807102A CN 1151689 C CN1151689 C CN 1151689C
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cell
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CNB008071020A
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马库斯·哈卡斯特
西库姆宾·哈米迪
���ŷ�
哈里·欧金恩
艾乐·尼库拉
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Nokia Mobile Phones Ltd
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Abstract

一种用于电路交换和其他业务的数据传输方法和系统，可以应用于基于TDMA的系统，而且在无线电接口除了支持“常规”调制(例如，GMSK调制)外，还支持使用一种或多种调制类型(例如，8-PSK调制)。在各种不同条件下，附加的调制/信道编码(例如，基于8-PSK的编码)可用于下行链路传输，而常规调制/信道编码(例如，基于GMSK的编码)可用于上行链路传输。第一条件出现在无线电条件在两个方向上都允许使用附加调制，但移动台的发射机不支持该附加调制的情况下。第二条件出现在无线电条件在两个方向上都允许使用附加调制，移动台也支持该附加调制，但用户请求偏向下行链路或偏向上行链路的数据传输业务的情况下。第三条件出现在移动台在两个方向上都支持使用该附加调制，但上行链路(或下行链路)无线电条件不允许使用该附加调制(例如，由于链路预算限制的缘故)的情况下。而且，在上行链路可以预期较低的数据率以减小移动台的功耗，和/或在下行链路方向避免不必要的干扰。这在一个方向或另一方向的发送数据较少而且不要求高速数据传输模式(即使支持)的情况下尤为正确。

Description

用于多重调制环境下的非对称数据传输
技术领域
本发明一般涉及无线电话，尤其涉及能在数字无线通信网络中工作的无线电话或移动台。
背景技术
一种先进的移动通信系统称为改进的全球移动通信系统(GSM)(EDGE)，包括增强型电路交换数据(ECSD)和增强型全球分组无线电业务(EGPRS)。本发明尤其涉及具有电路交换业务的ECSD以及其他类型的TDMA系统，如美国的IS-136系统。
在EDGE标准化过程中，某些移动设备或移动台生产商担心在他们的发射机中不能立即支持8-PSK调制。除了已经使用的高斯最小频移键控(GMSK)调制类型外，8-PSK调制选择用于GSM。某些生产商还表示对提供不支持8-PSK传输的低成本移动设备有兴趣。
可以理解的是，如果不改变这些业务在GSM技术规范中定义的方式，这些限制将使得很难支持8-PSK调制的高比特率电路交换业务。
当前，GSM技术规范定义电路交换业务为“对称”业务，即，在上行链路方向(移动台(MS)到基站收发信台(BTS))和下行链路方向(BTS到MS)都采用相同的调制/信道编码。此外，对于在上行链路方向不能利用8-PSK调制发送的那些“简单”移动台如何支持ECSD业务还没有建议。
这种情形导致的一个问题，在电路交换GSM或某些其他“对称”系统的情况下，为能在相同无线接口使用不同类型的调制，其中“简单的”移动台由于没有能支持所有系统调制方案的复合发射机而无法充分利用系统能力。这大部分是由于无线电接口的当前对称特征导致的，在无线电接口中，MS接收(下行)和MS发送(上行)都采用相同的调制/信道编码。
在上面提到的系统中出现的另一问题是，如果MS请求偏向(biased)下行链路的数据传输，例如利用一个能支持几种系统调制方案的“更为复杂的”MS在下行链路发送一个大文件，那么根据当前GSM技术规范，MS必须对上行链路传输也使用下行链路调制/信道编码。然而，从MS功耗和/或上行链路健壮性的观点来看，这种传输不是最佳的。即，如果假设BTS发射机功率足够大，如果在上行链路使用对立于8-PSK调制的GMSK调制，那么ECSD链路可以保持一个较长的距离。这在MS的发射机功率级有限时尤为正确。在这方面应注意，即使MS对8-PSK和GMSK的输出功率都相同，但8-PSK调制情况下的链路预算低。
发明内容
本发明的第一个目的和优点是，在无线通信系统中提供一种技术为移动台提供可变调制能力。
本发明的第二个目的和优点是，提供无线通信系统在下行或上行链路选择性提供对称或非对称数据业务的能力，以及使得能在下行和上行链路使用不同类型的调制和比特率。
通过根据本发明实施例的方法和装置可以克服前述和其他问题以及实现本发明的目的。
本发明提供一种用于电路交换和其他业务的数据传输方法和系统(例如，GSM EDGE)，这种方法和系统最好应用于基于TDMA的系统，而且在无线电接口除了支持“常规”调制(例如，GMSK调制)外，还支持使用一种或多种调制类型(例如，8-PSK调制)。在各种不同条件下，附加的调制/信道编码(例如，基于8-PSK的编码)可用于下行链路传输，而常规调制/信道编码(例如，基于GMSK的编码)可用于上行链路传输。
第一条件出现在无线电条件在两个方向上都允许使用附加调制，但移动台的发射机不支持该附加调制的情况下。例如，移动台能接收8-PSK下行链路传输，但只能接收GMSK调制的上行链路传输。
第二条件出现在无线电条件在两个方向上都允许使用附加调制，移动台也支持该附加调制，但用户请求偏向下行链路(或偏向上行链路)的数据传输业务的情况下。
第三条件出现在移动台在两个方向上都支持使用附加调制，但上行链路(或下行链路)无线电条件不允许使用该附加调制(例如，由于链路预算限制的缘故)的情况下。
在所有前述条件下，在两个方向都使用相同的第三层(L3)协议格式用于传送数据帧(例如，14.5Kbps无线电链路协议(RLP))。
在第二条件下，移动台根据用户的请求在上行链路中自动使用常规调制，而基站利用上行链路突发的盲检测来识别用于上行链路传输的调制类型。
同样在第二条件下，移动台在呼叫建立信令期间指示用户请求了偏向下行链路的业务，网络由此建立连接。
在第三条件下，如果链路预算不足以用于8-PSK调制(或某些类型的附加调制)，那么网络可为该附加调制指定一个移动台不支持的功率控制级。在此情况下，移动台最好使用一个最近的支持输出功率控制级。
本发明能使上行链路和下行链路使用不同数据率，由此改进无线电资源的利用，提供更为简单的ECSD移动台装置，以及令ECSD移动台的功耗减小，ECSD业务的小区范围扩展。另外，关于这一点，以及如上所述，即使移动台对8-PSK和GMSK的输出功率都相同，但8-PSK的链路预算通常要低。
而且，在上行链路可以实现较低的数据率以减小移动台的功耗，和/或在下行链路方向避免不必要的干扰。这在一个方向或另一方向的发送数据较少而且不要求高速数据传输模式(即使支持)的情况下尤为正确。
附图说明
在联系附图阅读随后对本发明的详细描述中，可更清楚本发明的上述和其他特征，其中：
图1描绘了各种可能的上行链路(UL)和下行链路(DL)数据率组合(以每秒千比特(kbps)表示)；
图2为在(显式)非对称情况下，移动台(MS)、基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)以及移动交换中心(MSC)之间的信令例子；
图3为在(隐式)非对称情况下，MS、BTS、BSC和MSC之间的信令例子；
图4为适合于实现本发明的无线数字通信系统的简化方框图。
具体实现方式
首先应认识到，虽然下面将在TDMA型系统(例如，GSM或增强型GSM)的语境中描述本发明，但本发明的某些方面可以扩展到其他类型的系统，如CDMA系统。此外，本发明并不仅限制于电路交换的实施例，而是有更广泛的用途。例如，本发明也可扩展到分组无线电业务。一般来说，尽管在使用线性调制作为“基本”调制类型，即，使用能提供最佳距离特性的基本调制类型的系统中获益要小，但任何能使用不同调制类型的系统都能从在此的陈述中受益。
图4为根据本发明当前优选实施例的蜂窝通信系统10的简化方框图。系统10为此假设为GSM系统或GSM类型的系统。然而本发明并不仅限制为用于GSM或GSM类型的系统。
多个移动台(MS)12位于小区(Cell_1，...，Cell_n)内，每个小区与一个基站收发信台(BTS)14相关联。多个BTS 14连接一个基站控制器(BSC)16，BSC 16又连接一个移动交换中心(MSC)18.MSC 18通过“A”接口18A连接外部电话和数据网络，如公众交换电话网络(PSTN)20，以及连接分组数据网络等等。在其他实施例中，每个BTS 14可以拥有自己的BSC 16。BSC 16包括无线电资源管理软件模块或功能16A，或某些与此等效的模块或功能，用于管理各个小区中的无线链路。
虽然下面是在GSM EDGE的语境中描述本发明的，但这只是本发明的应用范围和方式的一个例子。
首先应注意，用于GSM和高速电路交换数据(HSCSD，在GSM03.34中定义)的当前信令机制对于上行和下行链路使用不同信道编码的情况不予支持。为提供一种低难度的技术解决方案，希望尽可能使用当前信令机制。在ECSD中用于支持非对称情形的信令可以各种方式实现。一般来说，当前有两种优选的技术解决方案(显式信令和隐式信令)，根据本发明可利用这两种技术解决方案。
显式信令
第一种方案称为显式信令，其中几个新参数加入到现有的信令信元中。下面是根据一个优选实施例对信令变化的一般描述。
级别：
在一个实施例中，移动台12在一个级别变化(Classmark_Change)消息中指示其完全或部分支持EDGE。准确地说，移动台12指示除正常调制(例如，GMSK)外，使用附加调制(例如，8-PSK)的两种可能性中的一种：
1.上行链路发送和下行链路接收都支持该附加调制；
2.仅有下行链路接收支持该附加调制。
呼叫控制
为指示移动台12优选非对称业务，在承载能力信元字段中提供至少两个比特。设置信息就是能携带这种信元的一种消息。在这个信元中，代码点(codepoint)的一个使用例子如下：
Bit   1   2
       1    0  优选偏向下行链路的非对称信道编码
       0    1  优选偏向上行链路的非对称信道编码
       0    0  优选对称信道编码
       1    1  如果接收的这个比特组合被解释为“优选对称
               信道编码”，则不使用
除了前面提到的代码点，在其他信令消息中还有其它代码点可用于此目的，如WAIUR(有用空中接口用户率)。
而且，移动台12或无线网络的用户在起初为对称呼叫的呼叫期间可选择切换到非对称业务，反之亦然。这可通过利用例如，如上修正的包含承载能力信元的修正过程实现。
无线电资源
在GSM中，BSC 16负责无线电资源管理(RR管理软件管理模块16A)，并利用不同信令消息处理无线电资源。图2描绘的例子示出了在移动台始呼(MO)的呼叫期间使用信道激活消息。为支持非对称业务，需要定义一种新的信道模式。
参考图1，一个实施例定义信道模式如下(UL+DL)：
对于偏向下行链路(DL)的工作模式：
Assym_mode 1：14.5+43.5
Assym_mode 2：14.5+28.8
Assym_mode 3：28.8+43.5
对于偏向上行链路(UL)的工作模式：
Assym_mode 4：43.5+14.5
Assym_mode 5：28.8+14.5
Assym mode 6：43.5+28.8
A接口
MSC从移动台12通过级别一变化消息得到的信息在分配过程期间使用，目的是支持非对称业务.这个实施例因此要求在A接口18A改变该消息中的信元。图2示出了一个分配请求消息的例子。
隐式信令
现在转到移动台12在上行链路支持8-PSK调制的情况，最好无线网络依赖于BTS 14的调制盲检测，如果必要的话，BTS 14接着通知BSC 16在空中接口使用的信道模式。这被认为是隐式信令，因为调制类型是从移动台发送中直接确定(检测)的，无需显式信令。
上行链路调制的盲检测或识别可以基于8-PSK调制和GMSK调制的不同相位旋转特性。准确地说，在GMSK定义连续π/2的旋转，而在8-PSK定义连续π3/8的旋转(例如参见GSM05.02和05.04)。基于这些差别，在BTS 14接收机可以可靠地识别上行链路调制，而不用预先知道(即不要求附加信令)在移动台12的发射机中采用的调制。
在图3的隐式信令情形中示出了移动台12在上行链路支持8-PSK的一个实施例例子。在这个例子中，移动台12使用级别变化信元通知网络其调制能力。网络随后了解到移动台12在上行和下行链路都能进行8-PSK调制。如果网络决定允许非对称，那么BSC 16利用信道激活和分配指令消息(在这个例子中)允许非对称。在此情况下，移动台12以任何许可速率在上行链路发送信息。例如，并参考图1，如果下行链路数据率为43.5kbps，那么MS在上行链路可以14.5kbps或43.5kbps的数据率发送。
改变信道上行链路模式的各种原因可以基于(a)移动台12的链路适配算法，(b)如果链路预算不足以用于在上行链路使用附加调制(例如8-PSK)，或(c)如果此应用不要求在上行链路具有高比特率的传输能力。
对于下行链路预算不支持第二调制的情况，改变信道下行链路模式的各种原因可以基于(a)链路适配算法，(b)如果链路预算不足以用于在下行链路使用附加调制(例如8-PSK)，或(c)如果此应用不要求在下行链路具有高比特率的传输能力。
除了级别3信元(IE)能用于推导出正确的非对称模式，非对称情况下的信令可以与对称情况下的信令相同。
移动台12最好使用在呼叫期间防止上行链路模式频繁改变的算法。每当上行链路模式改变，BTS 14可通知BSC 16出现这种变化。图3中描绘了一个这种例子，其中上行信道模式消息用于通知BSC 16在上行链路中信道模式的变化。或者，在从BTS 14到BSC 16的一个消息(如，测量结果消息)中的信元，可用于通知移动台12上行链路模式的变化。应注意，这就是BSC 16知道或应知道上行链路模式发生变化时的情形，如，功率控制用于扩展距离操作时的情形。
而且应理解，在上行链路可以实现较低数据率，以减少移动台12的功耗，和/或在下行链路方向避免不必要的干扰。这在一个方向或另一方向传输的数据较少，而且不要求高速数据传输模式(即使支持)的情况下尤为正确。
如上所述，虽然本发明是在TDMA型系统(例如，GSM)的语境中描述的，但应理解的是，本发明的各个方面可以扩展到其他类型的系统，例如但不限制为CDMA系统。此外，本发明并不仅限制为电路交换实施例，而是具有更广泛的用途。
而且，在前面讨论的第三条件下，在本发明的范围内，移动台12首先自动使用正常调制(例如GMSK)传输，而且BTS 14可以选择性地被BSC 16通知这种工作模式，这样BTS 14就不要求盲检测上行链路调制类型。即，虽然当前优选，如果没有通过显式信令给移动台12下达命令，移动台12就不改变其模式，由此不执行链路适配，但为移动台12提供这种工作模式的能力仍在本发明的范围之内。
因此，虽然是根据优选实施例来特别示意和描绘本发明的，但本领域的技术人员会理解，可改变本发明的形式和细节而不至于偏离本发明的范围和精神。

Claims (38)

1.一种用于在数字无线通信系统中支持数据传输业务的方法，其中该数字无线通信系统在移动台和无线网络之间工作于第一调制类型，该方法包括步骤：
通过一个无线电接口双向连接一个移动台和该网络；以及
在第一情况下，在从网络到移动台的下行链路方向应用第二种不同类型的调制，除非发现应用了至少一个条件，而
在第二情况下，在从移动台到网络的上行链路方向应用第二种不同类型的调制，除非发现应用了该至少一个条件，
其中所述至少一个条件为该网络中支持的、但移动台不在两个方向上都支持的第二种调制。
2.根据权利要求1的方法，其中另一个条件为用户特别请求偏向下行链路的数据链路业务，移动台在上行链路也使用这个业务，而且其中该网络从接收的上行链路移动台发送中隐含地检测用于所请求的偏向数据链路业务的调制类型。
3.根据权利要求1的方法，其中另一个条件为用户特别请求偏向上行链路的数据链路业务，移动台在下行链路也使用这个业务，而且其中该网络从接收的上行链路移动台发送中隐含地检测用于所请求的偏向数据链路业务的调制类型。
4.根据权利要求1的方法，其中另一个条件为移动台支持第二种调制，但上行链路条件限制了第二种调制的使用，而又一个条件为移动台支持第二种调制，但下行链路条件限制了第二种调制的使用。
5.根据权利要求1的方法，其中使上行链路数据率不同于下行链路数据率，以便至少减小移动台的功耗，或减小下行链路方向上的干扰量。
6.根据权利要求1的方法，其中对于任何一个条件，对下行和上行链路的数据传输应用相同的L3协议。
7.根据权利要求1的方法，其中一种调制类型为8-PSK调制，另一种调制类型为GMSK调制，而且其中上行和下行链路工作于相同或不同的数据率。
8.根据权利要求1的方法，其中移动台在一个消息中指示网络，对上行链路发送和下行链路接收都支持第二种调制，或只对下行链路接收支持第二种调制。
9.根据权利要求8的方法，其中所述消息为Classmark_Change消息。
10.根据权利要求1的方法，其中移动台指示网络下述的其中一个：优选偏向下行链路的非对称信道编码，优选偏向上行链路的非对称信道编码，或优选对称信道编码。
11.根据权利要求10的方法，其中移动台在具有承载能力信元的消息中指示网络。
12.根据权利要求1的方法，其中移动台指示网络，除了正常调制类型外使用附加调制类型的两个条件中的一个：(a)上行链路发送和下行链路接收都支持的该附加调制类型；或(b)只有下行链路接收支持的该附加调制类型。
13.根据权利要求12的方法，其中移动台在Classmark_Change消息中指示网络两个条件的其中一个条件。
14.根据权利要求1的方法，其中移动台利用一个信元中的第一比特和第二比特指示网络优选非对称业务。
15.根据权利要求14的方法，其中该信元为承载能力信元。
16.根据权利要求14的方法，其中该信元为设置消息中的承载能力信元。
17.根据权利要求1的方法，其中移动台利用一个信元中的第一比特和第二比特指示网络优选非对称业务或对称业务如下：
Bit      1       2
     1    0    优选偏向下行链路的非对称信道编码，
     0    1    优选偏向上行链路的非对称信道编码，以及
     0    0    优选对称信道编码。
18.根据权利要求17的方法，其中如果设置了第一和第二比特，网络解释该信元为指定优选对称信道编码。
19.根据权利要求14的方法，其中所述信元在有用空中接口用户速率WAIUR消息中发送。
20.根据权利要求1的方法，还包括在一个起初为对称呼叫的呼叫期间切换到非对称业务的步骤。
21.根据权利要求20的方法，其中移动台利用一个信元中的第一比特和第二比特指示网络优选切换到非对称业务如下：
Bit  1   2
      1    0    优选偏向下行链路的非对称信道编码，以及
      0    1    优选偏向上行链路的非对称信道编码。
22.根据权利要求21的方法，其中所述信元为承载能力信元。
23.根据权利要求1的方法，还包括在一个起初为非对称呼叫的呼叫期间切换到对称业务的步骤。
24.根据权利要求23的方法，其中移动台利用一个信元中的第一比特和第二比特指示网络优选切换到对称业务。
25.根据权利要求24的方法，其中所述信元为承载能力信元。
26.一种数字无线通信系统，该数字无线通信系统支持数字数据通信，且在移动台和无线网络之间工作于第一调制类型，该系统包括：
一个无线接口，用于双向连接移动台和该网络；
控制电路，
(a)在第一种情况下，用于在从网络到移动台的下行链路方向应用第二种不同类型的调制，除非发现应用了至少一个条件，而
(b)在第二种情况下，用于在从移动台到网络的上行链路方向应用第二种不同类型的调制，除非发现应用了该至少一个条件，
其中所述至少一个条件为该网络中支持的、但移动台不在两个方向上都支持的第二种调制。
27.根据权利要求26的系统，其中另一个条件为用户特别请求偏向下行链路的数据链路业务或偏向上行链路的数据链路业务，移动台分别在上行或下行链路使用这种业务，而且网络从接收的上行链路移动台发送中至少检测用于所请求的偏向数据链路业务的调制类型，而且其中又一个条件为移动台支持第二种调制，但上行或下行链路条件限制了第二种调制的使用。
28.根据权利要求26的系统，其中对于任何一个条件，对下行链路和上行链路的数据传输应用相同的L3协议。
29.根据权利要求26的系统，其中一种调制类型为8-PSK调制，另一种调制类型为GMSK调制。
30.根据权利要求26的系统，其中移动台在一个信元中指示网络，对上行链路发送和下行链路接收都支持第二种调制，或只对下行链路接收支持第二种调制，移动台还指示该网络，优选偏向下行链路的非对称信道编码，或优选偏向上行链路的非对称信道编码，或优选对称信道编码。
31.根据权利要求26的系统，其中所述控制电路在起初为对称呼叫的呼叫期间切换到非对称业务，或在起初为非对称呼叫的呼叫期间切换到对称业务。
32.一种用于在数字无线通信系统中支持数据传输业务的方法，包括步骤：
通过一个无线电接口双向链接移动台和网络；以及
利用一个信元中的预定比特由移动台向所述网络发送优选非对称业务或对称业务的信号，
其中移动台向所述网络发送信号，使用不同类型的调制而非正常调制类型的两个条件中的一个：(a)对上行链路发送和下行链路接收都支持附加调制类型；或(b)只对下行链路接收支持该附加调制类型。
33.根据权利要求32的方法，其中所述信元为承载能力信元。
34.根据权利要求32的方法，其中所述信元为设置消息中的承载能力信元。
35.根据权利要求32的方法，其中移动台利用一个信元中的第一比特和第二比特向所述网络发送优选非对称业务或对称业务信号如下：
Bit  1   2
      1    0    优选偏向下行链路的非对称信道编码，
      0    1    优选偏向上行链路的非对称信道编码，以及
      0    0    优选对称信道编码。
36.根据权利要求35的方法，其中如果设置了第一和第二比特，网络解释该信元为指定优选对称信道编码。
37.根据权利要求32的方法，其中使用隐式信令使上行链路数据率不同于下行链路数据率，以便至少减小移动台的功耗或减小下行链路方向的干扰量。
38.根据权利要求37的方法，其中隐式信令是基于距离考虑的。
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