專利名稱：衛(wèi)星通信的快速相關(guān)控制信道技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電信系統(tǒng)中控制信道信息的傳輸，特別涉及在快速相關(guān)的控制信道傳輸期間通過減少語音差錯保護傳送快速相關(guān)的控制信道(FACCH)信息的方法。
GSM標(biāo)準(zhǔn)(全球移動通信系統(tǒng))是使用數(shù)字語音傳輸?shù)膹V泛采用的無線蜂窩電話標(biāo)準(zhǔn)。它適合于提供用于靜地的環(huán)形軌道衛(wèi)星系統(tǒng)以及用于陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無線通信。在該系統(tǒng)內(nèi)的信號使用時分多址(TDMA)幀和超幀傳送。陸地的系統(tǒng)中GSM″全速率″格式的超幀結(jié)構(gòu)包括

圖1所示的4×26TDMA幀。在每行中，幀1-12和14-25各個幀包含八個業(yè)務(wù)時隙。由于在GSM系統(tǒng)中附近的基站不需要同步，保留一個完整幀(在圖1中的幀13)空閑以保證該移動站能捕獲和解碼來自附近的基站的廣播控制信道(BCCH)信號突發(fā)，而不管基站之間的幀時間偏移。
語音和信息數(shù)據(jù)(比如傳真或者計算機數(shù)據(jù))不是電話呼叫期間傳遞的唯一的信息。在人造衛(wèi)星和終端系統(tǒng)中，在電話會話期間控制信號典型地在控制站(基站或者人造衛(wèi)星)和移動的電話機之間交換。該控制信號允許移動的電話機和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和控制該通信鏈路。當(dāng)呼叫在進行中時，GSM提供控制信道在移動單元和它的相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)之間傳遞控制信息。各個通信信道是與慢相關(guān)的控制信道(SACCH)相關(guān)的，它典型地在各個方向以大約0.5秒加上傳播延時的傳輸延遲傳送大約每秒兩個信息。SACCH信道典型地傳遞非急件信息，比如用于過區(qū)切換決定的測量數(shù)據(jù)。在圖1中，超幀結(jié)構(gòu)中的每第26幀包含SACCH信息。各個SACCH信息在各個超幀的4SACCH突發(fā)上交錯。各個SACCH幀包括8時隙，允許一個唯一SACCH信道用于各個移動的鏈路。
在電話會話期間用于傳遞控制信息給移動的電話機和從該移動的電話機傳遞控制信息的第二控制信道使用該通信信道。這個控制信道稱為快速相關(guān)的控制信道(FACCH)和傳送急件信息比如過區(qū)切換命令，在此該基站指示移動的電話機轉(zhuǎn)換到另一頻率或者時隙。快速相關(guān)的控制信道還可以用于驗證用戶。
每個移動單元被分配一個邏輯信道，包括在用于業(yè)務(wù)信息的各個TDMA幀中8時隙當(dāng)中的一個特別的時隙。根據(jù)GSM標(biāo)準(zhǔn)，語音幀是通過語音編碼器每20毫秒產(chǎn)生。對于13Kbps的語音編碼速率，對應(yīng)于每20毫秒語音幀260比特。該語音比特被編碼高達(dá)456比特。這些456比特被分成每個57比特的8組。然后，一個語音幀的57比特與另一語音幀的57比特交錯。這114比特，26比特同步字，兩個1比特FACCH(快速相關(guān)的控制信道)標(biāo)志，兩組的3個尾部比特和8.25比特容納上/下斜坡并加上保護時間以形成包括156.25比特的一個TDMA時隙。代表該語音波形的一個段的每個20mS編碼數(shù)據(jù)塊遍布在通稱塊對角交錯的處理中的八個連續(xù)的TDMA幀中。每八個幀交錯塊是半重疊并且與每一相鄰的語音塊的4幀合并，以便以一半來自一個語音幀和一半來自另一語音幀的比特填充每個時隙。每八幀交錯塊半重疊并且與每一相鄰的語音塊的4幀合并，以便以一半來自一個語音幀和一半來自另一語音幀的比特填充每個時隙。然后每個TDMA幀使用跳頻在不同的頻率上傳送以獲得通稱干擾平均或者干擾差異的利益。
每個GSM突發(fā)的格式示于圖2中。在每個突發(fā)之間保留8.25比特保護和上/下斜坡時間。一個突發(fā)的上/下斜坡可以與相鄰的突發(fā)重疊，但是也可以不與它的其它比特重疊。在上行鏈路(移動的)傳輸?shù)纳?下斜坡通常是4.25比特的時段，留下4比特期間余量用于在該基站接收的不同的移動的突發(fā)之間的時間對齊差錯?；景l(fā)送SACCH命令以便提前或者延遲移動單元傳輸定時來實現(xiàn)這個功能。GSM基站有一個固定傳輸定時，因此能使用用于上/下斜坡的整個8.25比特期間。
3個尾部比特允許對該信道和調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)終止在該突發(fā)內(nèi)，和保證末尾比特以在該突發(fā)中間的比特相同的差錯概率解調(diào)。
同步字的任一側(cè)的標(biāo)記比特指示以前的或者當(dāng)前20毫秒語音幀是否包含語音或者FACCH信息。一個完整的20毫秒語音幀全部有8個相關(guān)的標(biāo)記比特，允許接收機可靠地決定該幀是否包含語音或者FACCH信息。
同步字是用于確定傳輸信道特性和增強解調(diào)的一個已知的比特碼型。26比特的同步字允許確定一個符號間隔的五個系數(shù)，包括發(fā)送與接收濾波和物理信道的復(fù)合信道脈沖響應(yīng)的5抽頭模型。這允許每個突發(fā)以沒有來自以前的突發(fā)的附加信息解調(diào)。因為物理信道的特性是動態(tài)的，同步字理想地位于突發(fā)的中間，以致信道變化與該信息比特比較可能較少影響該同步字。
在常規(guī)系統(tǒng)的FACCH傳輸期間，語音或者信息數(shù)據(jù)幀不是通過該基站傳送。即，語音幀被″偷竊″并且由FACCH信息替換。如果語音中斷是40毫秒(即相對地短的FACCH信息)的數(shù)量級，用戶不可能注意丟失的語音幀。然而，對于較長的延遲(即相對地長的FACCH信息)，由于語音替換引起的降低變得引人注目。所希望的是傳送FACCH信息，包括相對地長的FACCH信息，而不引人注目的降低。
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種方法，其中在控制(例如FACCH)信息傳輸期間減少語音差錯保護。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)需要FACCH信息時，使用TDMA幀的一些部分(例如每隔一個幀)發(fā)送語音信息，同時使用剩余幀發(fā)送FACCH信息。更可取地在FACCH數(shù)據(jù)的傳輸期間減少編碼保護。來自語音幀的信息可被組合以便重建傳送的語音信息。類似地，F(xiàn)ACCH控制信息可以通過組合剩余幀重建。本發(fā)明的方法允許傳送控制信息，包括相對地長的FACCH信息而不引起引人注目的語音降低，在具有以兩個可能的操作方式的空中接口的系統(tǒng)中是特別地有效的。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在結(jié)合附圖閱讀下列書面描述后，本發(fā)明的這些和其它特性是容易明白的，其中圖1說明在常規(guī)的GSM通信系統(tǒng)中一個標(biāo)準(zhǔn)超幀結(jié)構(gòu)；圖2說明一個常規(guī)的GSM系統(tǒng)中突發(fā)的格式；圖3說明適合于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)；圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例全速率人造衛(wèi)星模式的一個超幀結(jié)構(gòu)；和圖5是描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在通信系統(tǒng)內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)和FACCH消息的方法流程圖。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，本發(fā)明可被用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及基于地面的無線電通信系統(tǒng)或者在支持基于地面的和人造衛(wèi)星操作方式的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在每個傳輸突發(fā)內(nèi)的不同的幀可用于語音和FACCH消息的傳輸。例如，語音信息可以使用奇數(shù)編號的幀，而FACCH消息可以使用偶數(shù)編號幀，反之亦然。這可能是因為組合來自奇數(shù)編號幀的信息在大多數(shù)情況下足夠重建該語音幀。類似地，F(xiàn)ACCH控制信息可以使用偶數(shù)編號幀重建。這種方法在空中接口中特別有效，在此兩個操作方式比如人造衛(wèi)星和陸地的通信方式是可能的。
人造衛(wèi)星或者陸地的TDMA通信系統(tǒng)的示例的健全的操作方式例如使用具有1/3編碼速率的16時隙TDMA幀。必須理解，1/3編碼速率可以分成兩個2/3編碼速率，每個在一個分開的突發(fā)中。因此當(dāng)需要控制信息，比如FACCH消息時，通信數(shù)據(jù)(例如語音)可以使用2/3編碼速率之一代替1/3編碼速率，和FACCH消息可以使用另外一個2/3編碼速率。當(dāng)傳送FACCH消息時，可能希望增加不利用戶的傳輸功率。因為在相對地短的時間期間即使出現(xiàn)相對長的FACCH消息的傳輸，在相對地短的持續(xù)時間提供這樣的功率增加，沒有較大地影響系統(tǒng)性能或者電源要求。
正如美國專利申請No.08/501,573，名稱″雙重方式衛(wèi)星/蜂窩終端中所述的，1/3編碼速率可以劃分為兩個2/3編碼速率。美國專利申請No.08/501,573引用在這里供參考。
以上所述操作方式可被用于具有衛(wèi)星分集的基于衛(wèi)星的系統(tǒng)，當(dāng)來自每個衛(wèi)星的信號獨立地衰落時，提供改進的性能，比如當(dāng)用戶轉(zhuǎn)頭和遮蓋來自一個衛(wèi)星但不是來自另一個衛(wèi)星的信號時。而且，由于在信號質(zhì)量允許時，該系統(tǒng)使用每第32個時隙發(fā)送與接收具有2/3編碼速率的控制信息，當(dāng)附近的服務(wù)區(qū)低于能力操作時，這個模式在給定服務(wù)區(qū)中增加容量在某些非均勻業(yè)務(wù)量分布中是有用的。當(dāng)由于在那些服務(wù)區(qū)中低業(yè)務(wù)量要求，鄰近的的服務(wù)區(qū)不需要相同的頻道時，載波對接口比值C/I改進了，允許2/3編碼速率和第32時隙格式有效地加倍具有大業(yè)務(wù)量要求的服務(wù)區(qū)中的容量。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，以第一模式(例如每第32時隙使用2/3編碼速率)傳輸控制信息(例如FACCH)或者第二模式(例如或者每第16時隙使用1/3編碼速率)可在任何時候通過衛(wèi)星系統(tǒng)選擇，甚至動態(tài)地選擇，(即，不預(yù)先警告該移動的電話機的模式變化)。根據(jù)本發(fā)明，移動單元總是每第16時隙接收，和基于包含在TDMA突發(fā)中的唯一同步工作模式，確定每第16時隙是否包含預(yù)定給該移動單元的控制信息。如果第16時隙不包含預(yù)定給特別的移動單元的控制信息，則該移動單元標(biāo)記該遺漏比特為擦除或者在校錯解碼器輸入的零質(zhì)量值。該唯一同步字最好是正交的模式以便于由該移動單元辨別。當(dāng)分別地使用16時隙幀的奇和偶時隙進行與兩個移動站會話時，即，每個移動站具有另外一個移動站第32時隙交錯，每個用戶大約一半時間是無聲的在無聲期間，F(xiàn)ACCH消息每第16時隙可以發(fā)給一個移動單元，因此給兩個移動單元提供至少一半時間加倍編碼保護。
圖3說明通過衛(wèi)星110與一個中樞站100通信的多個移動無線電話機120。該中樞站例如經(jīng)過市內(nèi)交換機連接到公共交換電話網(wǎng)絡(luò)PSTN，以允許在移動電話機和全世界的任何電話用戶之間以及在衛(wèi)星電話機之間進行呼叫。
圖4示出″全速率″衛(wèi)星格式的超幀結(jié)構(gòu)。在圖4中，前12幀F(xiàn)1至F12每幀包含16個話務(wù)時隙，而第十三幀包含16個SACCH時隙。每個SACCH時隙與對應(yīng)的話務(wù)時隙相關(guān)。為了提供每個話務(wù)時隙一個SACCH,SACCH幀與空閑幀組合構(gòu)成16時隙SACCH幀。正如在GSM中那樣，SACCH消息在四個連續(xù)的SACCH幀中交錯。如同以前所述，20毫秒的語音數(shù)據(jù)可能使用對角的交錯但是僅僅在四幀內(nèi)進行交錯。做為選擇，40毫秒語音幀可能在8個話務(wù)幀內(nèi)對角交錯。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，語音編碼速率，差錯改正編碼和時隙以及超幀結(jié)構(gòu)與在圖4中定義的16時隙結(jié)構(gòu)一樣，除了在傳送FACCH消息時連續(xù)的幀包含不同的信息(例如偶數(shù)幀包含通信數(shù)據(jù)而奇數(shù)幀包含控制數(shù)據(jù))之外。
GSM標(biāo)準(zhǔn)公開了使用在8幀，64時隙間隔的每第8時隙在八個全速率幀內(nèi)的語音數(shù)據(jù)的交錯″塊″(每塊代表20m語音段)。在這個間隔內(nèi)語音塊是與第一四幀中的以前的塊和第二四幀中的后來的塊對角地交錯。
在圖4的16時隙幀格式中，相同的交錯期間僅僅包括四個較長的幀，兩個偶數(shù)幀和兩個奇數(shù)幀。每幀可以包含或者不包含相同移動單元的數(shù)據(jù)。因此，每個移動單元接收奇數(shù)和偶數(shù)幀時隙和該移動單元確定該接收時隙是否包含預(yù)定給那個移動單元的數(shù)據(jù)。認(rèn)為包含預(yù)定數(shù)據(jù)的時隙被解調(diào)以便獲得編碼的比特。該編碼的比特是以″軟判定″的形式，包括涉及該比特的信號噪聲比的質(zhì)量信息。對應(yīng)于被認(rèn)為不包含預(yù)定給該移動單元的信息的時隙接收的比特給予對應(yīng)于符號擦除的一個質(zhì)量或者零的軟值。具有擦除指示的比特被認(rèn)為有″刺痕″，和后來的差錯改正解碼可以在它的譯碼過程中通過忽略″刺痕″或者刪除碼比特保存資源。在交錯之后，″刺痕″比特在非零質(zhì)量比特之間散布。因此，差錯改正解碼器接收在編碼數(shù)據(jù)的任何部分中足夠數(shù)量的好的比特。
在任何語音塊中，兩個時隙將包含有效的數(shù)據(jù)，每兩個信息比特給予三個編碼的比特(每四個信息比特給予六個編碼比特)，而另外的兩個時隙的一半又包含預(yù)定的數(shù)據(jù)，平均給予另外的三個比特，代表相同的四個數(shù)據(jù)比特。因此，獲得的平均編碼速率是每四個數(shù)據(jù)比特九個編碼比特，或者好于1/2編碼速率。當(dāng)所有的四個連續(xù)的時隙是給相同的移動站時，獲得的最低的等級的編碼是2/3速率，而獲得的最高的等級的編碼是1/3速率。從一個語音幀到另外一個語音幀在2/3速率，1/2速率和1/3速率之間隨機變化的編碼速率不是特別的重要，正如因為察覺的語音質(zhì)量涉及平均的語音塊差錯率，通常稱為幀擦除率(FER)。語音塊的正確解碼可以通過在該塊中包括一個循環(huán)冗余碼校驗(CRC)代碼校驗。清除借助于已經(jīng)錯誤地解碼的CRC碼確定的塊。通過以先前接收的正確的段替代它，防止代表語音波形的20ms段的清除塊在耳機中引起討厭的卡搭聲或者噪聲。這個″壞幀替換″技術(shù)在美國專利No.4,532,636中公開了，在這里收作參考。
圖5是說明本發(fā)明的一個實施例的操作的流程圖。在步驟S100通信系統(tǒng)(基站，移動交換中心，衛(wèi)星，等等)首先按照常規(guī)的方式傳送給特別的移動單元。系統(tǒng)操作不受本發(fā)明的方法的影響，直到控制數(shù)據(jù)需要傳送給該移動單元為止。因此，在步驟S102該系統(tǒng)確定控制數(shù)據(jù)是否需要發(fā)送給移動單元。如果沒有控制數(shù)據(jù)需要發(fā)送，處理返回到步驟S100。如果控制數(shù)據(jù)需要傳送到該移動單元，在步驟S104該系統(tǒng)進入控制數(shù)據(jù)模式。在步驟S106，系統(tǒng)使用在傳輸突發(fā)內(nèi)的第一組(例如奇數(shù)編號的組)的TDMA幀傳送控制數(shù)據(jù)給該移動站，和在第二組(例如偶數(shù)編號的組)的TDMA幀傳送通信數(shù)據(jù)。正如上面討論的，在步驟S100按照控制數(shù)據(jù)模式的編碼保護等級最好小于編碼保護的等級。在步驟S108完成控制數(shù)據(jù)傳輸之后，處理返回到步驟S100，和該系統(tǒng)以常規(guī)的方式傳送通信數(shù)據(jù)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員懂得，本發(fā)明可以以其它具體的形式實現(xiàn)而不偏離其精神或者重要的特征。因此目前公開的實施例在各方面被認(rèn)為是說明性的和不是限制性的。本發(fā)明的范圍是由所附的權(quán)利要求書而不是上面的描述指示，來自其等效的含意和范圍內(nèi)的所有變化都包含在其中。
權(quán)利要求
1．一種在通信系統(tǒng)中一個控制站和一個發(fā)送機/接收機之間傳送控制數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的方法，包括步驟使用第一等級編碼保護以第一模式在多個幀上傳送通信數(shù)據(jù)；和在第二模式，劃分多個幀為第一和第二幀組，使用第二等級的編碼保護傳送通信數(shù)據(jù)，和在第二幀組傳送該控制信息。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一幀組包含多個幀的偶數(shù)號幀，和第二幀組包含多個幀的奇數(shù)號幀。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一幀組包含多個幀的奇數(shù)號幀，和第二幀組包含多個幀的偶數(shù)號幀。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第二等級的編碼保護低于第一等級的編碼保護。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該控制數(shù)據(jù)使用第二等級的編碼保護傳送。
6．在通信系統(tǒng)中一個控制站和一個發(fā)送機/接收機之間傳送控制數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的方法，包括步驟在第一模式以第一傳輸功率電平在多個幀中傳送通信數(shù)據(jù)；和在第二模式，劃分多個幀為第一和第二幀組，在第一幀組以第二傳輸功率電平傳送通信數(shù)據(jù)，和在第二幀組傳送該控制信息。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中第二傳輸功率電平比第一傳輸功率電平高。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中第一等級的編碼保護是1/3速率編碼和第二等級的編碼保護是2/3速率編碼。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該控制站是一個衛(wèi)星，和該發(fā)送機/接收機是一個移動的電話單元。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該控制數(shù)據(jù)是FACCH信息。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該通信系統(tǒng)是一個GSM系統(tǒng)。
12．一種用于在一個控制站和第一發(fā)送機/接收機之間傳送控制數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，包括第一模式裝置，在第一模式使用第一等級的編碼保護在多個幀上傳送通信數(shù)據(jù)；和第二模式裝置，在第二模式用于劃分多個幀為第一和第二幀組，使用第二等級的編碼保護在第一幀組上傳送通信數(shù)據(jù)，和在第二幀組上傳送該控制信息。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中第一幀組包含多個幀的偶數(shù)號幀和第二幀組包含多個幀的奇數(shù)號幀。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中第一幀組包含多個幀的奇數(shù)號幀和第二幀組包含多個幀的偶數(shù)號幀。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中第二等級的編碼保護低于第一等級的編碼保護。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中該控制數(shù)據(jù)使用第二等級的編碼保護傳送。
17．一種用于在一個控制站和第一發(fā)送機/接收機之間傳送控制數(shù)據(jù)和通信數(shù)據(jù)的通信系統(tǒng)，包括第一模式裝置，以第一傳輸功率電平在多個幀中傳送第一模式的通信數(shù)據(jù)；和第二模式裝置，在第二模式用于劃分多個幀為第一和第二幀組，在第二傳輸功率電平在第一幀組中傳送通信數(shù)據(jù)，和在第二幀組中傳送該控制信息。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中第二傳輸功率電平高于第一傳輸功率電平。
19．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中第一等級的編碼保護是1/3速率編碼和第二等級的編碼保護是2/3速率編碼。
20．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中該控制站是一個衛(wèi)星，和第一發(fā)送機/接收機是一個移動電話單元。
21．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中該控制數(shù)據(jù)是FAGCH信息。
22．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中該TDMA通信系統(tǒng)是一個GSM系統(tǒng)。
23．根據(jù)權(quán)利要求12的系統(tǒng)，還包括透明選擇裝置，用于在第一模式裝置和第二模式裝置之間對該發(fā)送機/接收機透明地選擇。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中該透明選擇裝置將唯一同步字嵌入TDMA信號，以便指示該TDMA信號是預(yù)定給第一發(fā)送機/接收機或是預(yù)定給第二發(fā)送機/接收機。
全文摘要
在數(shù)字TDMA通信系統(tǒng)中用于傳送控制信息比如快速相關(guān)的控制信道(FACCH)信息的一種方法和系統(tǒng)。當(dāng)需要時,控制信息每隔TDMA幀傳送,而語音和數(shù)據(jù)是在其余TDMA幀中傳送。在該控制信息的傳輸期間減少編碼保護。
文檔編號H04B7/15GK1234155SQ97198956
公開日1999年11月3日 申請日期1997年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月27日
發(fā)明者A·A·哈桑 申請人:艾利森公司