CN1069467C - 在移动站和用多个层二帧的蜂窝系统间传送消息的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用以在多个移动站和一个蜂窝式转换系统之间传输消息的方法，通过使两个不同的层3信息(32，34)的信息在由一信道脉冲串载送的特有层2帧(50)中传输，改善了信道脉冲串容量。第一个层3消息(32)的结束和第二个层3消息(34)的开始被标记于信息组(28)的结束，该信息组用来限定包含于数据信息组序列中的层3消息的信息。

Description

在移动站和用多个层二帧的蜂窝系统间传送消息的方法
发明领域
本发明涉及一种用以在多个移动站与一中央转换系统之间传送消息的方法，更详细地说是涉及一种利用更有效率的通信联络规程通过蜂窝式电话系统的空中接口(air interface)传送这些消息的方法。
发明背景
在典型的陆上线路系统中，远程站与控制中心之间用铜或光纤线路相连接，一般来说，这些线路在数据通过能力和性能完善性方面要优于蜂窝式电话系统的空中接口。其结果，对管理陆上线路系统的任何选择的通信链路规程所需的经常管理的节省成为次要的问题。
在蜂窝式电话系统中，为了使移动站与蜂窝式转换系统(CSS)进行通信，需要一空中接口通信链路规程。这些通信链路规程用来发出和接收蜂窝式电话呼叫。可供蜂窝式电话使用的电磁波频谱是有限的，且被划分成称为信道的频段。各信道在共用或专用的基础上用作通信链路。当各信道在共用的基础上用作通信链路时，各个移动站可听取或争用同一信道。在争用信道的情况下，每一共用信道可被多个争取在限定的时间内专用该信道的移动站使用。另一方面，当各个信道在专用的基础上用作通信链路时，单一的移动站(只要其需要)被安排为专用该信道。
由于在蜂窝式电话环境中一个信道处于共用状态下，一单个信息所负担的数据流通能力和性能完善性一般会减少，选择一个有效率的空中接口规程作为通信链路的基础就变得头等重要了。
在通信产业中，通信链路规程通常称为层2规程，而它的功能包括界定或制定更高层次的信息。传统的比特填充和标记字符的层2规程制定机构现在被公用于陆上线路网络以制定更高层次的消息，这些消息被称为层3消息。这些层3消息可在移动站中的各同等实体与蜂窝式转换系统之间发送。空中接口规程作为通信链路的基础变变得头等重要了。
在通信产业中，通信链路规程通常称为层2规程，而它的功能包括界定或制定更高层次的信息。传统的比特填充和标记字符的层2规程制定机构现在被公用于陆上线路网络以制定更高层次的消息，这些消息被称为层3消息。这些层3消息可在移动站中的各同等实体与蜂窝式转换系统之间发送。
移动站与蜂窝式转换系统之间的通信将参照图1和2而予以描叙。图1表示多个层3消息11、层2帧13和信道脉冲串15。信道脉冲串15是发生在移动站与CSS之间的最短或最小的发送事件。在图1中，虽然信道脉冲串按时间分开，但它们是无必要分开的。也就是说，当一个信道脉冲串刚结束，下一个信道脉冲串就可开始。一个信道脉冲15包括一个完整的层2帧以及其他校正信息，例如误差。每个层2帧分成多个不同的信息组。其中一个信息组是数据信息组，具有有限长度，至少包含一部分层3消息11。由于层3信息的长度按包含在该层3信息的信息量变化，而以传送单一个层3消息时可能需要多个层2帧。结果，因为信道脉冲串与层2帧之间存在一一相应关系时，所以可能需要多个信道脉冲串来传送一个完整的层3消息。当需要多个信道脉冲串来传送一个层3消息时，这多个脉冲串通常不是连续的脉冲串。由于脉冲的接收、处理和对所接收脉冲的应答都需要时间，所以用以传送层3消息的脉冲以图2所示的交错排列的形式被发送。图2中，路径A表示一移动站A与CSS之间的通信。在该实例中，移动站A使用每第六个上行链路(移动站至CSS的方向)信道脉冲串以传送一个层3消息至CSS。其结果，在移动站A使用不同的相关上行链路脉冲串以传送层3消息的过程中，其他移动站，例如移动站B，也能将层3消息送到CSS。
在以蜂窝式电话系统为基础的时分多址联接(TDMA)中，固有的信道编码格式已被提出来作为达成基础的层2帧限定功能的手段，而且是消除上述比特填充和标记字符的传统层2成帧机构的有效方法。这些TDMA信道可用于专用或共用的基出上。这些TDMA信道基本上是一传输单元即脉冲串序列，其中每一脉冲串具一固定的信息载送能力。结果，每一脉冲串通常只载送层3消息的一部分。当TDMA信道以共用基础使用时，它可被认为是数字控制信道，其中，当发送层3信息至蜂窝式转换系统(在上行链路)时多个移动站或者争取它们自己的使用，或者共同地听取CSS以试图接收它们所要的可能的层3消息(在下行链路)。在上行链路方向，多个移动站在竞争的基出上试图与蜂窝式转换系统通信，同时多个移动站听取蜂窝式转换系统于下行链路方向发出的层3消息。然而，附加的层2流通特性的提高仍然是希望有的，因为不论上行链路即随机联接信道(RACH)和下行链路即联接应答信道(ARCH)在任何给定时刻都可能有多个不同的层3消息等待处理。
在已知的系统中，任何给定的层3消息必须使用发送该整个层3消息所需的那么多TDMA信道脉冲串来载送。用以发送不同层3消息的最后一个TDMA信道脉冲串可能没有充分利用其容量，因为层3消息的最后部分可能没有占据全部的数据段。在这些系统中，没有采取任何措施使任何待处理的层3消息在数据段的剩余容量中发送。其结果，每当有另外一个独立的不同的层3消息已处于可传送的状态，同时，上一个发送的层3消息能够在任何一个给定的TDMA信道脉冲串内完成的时候，现有的系统便浪费了许多可供使用的TDMA信道脉冲串容量。
发明综述
为此，需要一种传送方法，以改善了信息脉冲串容量的方式将消息在移动站与蜂窝式转换系统之间传送，因此，本发明的目的在于，提供一种在移动站与蜂窝式转换系统之间传送消息的方法，在该系统中，一个给出的信道脉冲串包含的信息属于分立的不同的层3消息。
因此，本发明的一个方面是提供一种在移动站与蜂窝式转换系统之间传送消息的方法，该方法使用了在一信道脉串中所载送的层2规程帧的概念，其中，该帧首先被区分为多个信息组。然后在一帧型式信息组标识帧的型式。第一个层3消息的结尾和第二个层3消息的开始被标识于一信息组的结尾，该信息组用以界定包含于一连续的数据信息组中的层3消息的各个部分。最后，该层2帧通过上行键路或下行链路的信道脉冲串予以传送。
下面将参照本发明的较佳实施例对本发明进行较详细的说明，这些实施例只作为例子并显示于附图中。
图1显示了在一通信系统中的多个层3消息、层2帧和信道脉冲串；
图2以信道脉冲串的形式显示了移动站与蜂窝转换系统之间的通信路径；
图3显示了本发明的一实施例中的开始帧；
图4显示了本发明的一实施例中的中间帧；
图5显示了本发明的一实施例中的结束帧；
图6显示了本发明的一实施例中的专用层2帧；
图7显示了本发明的一实施例中的共用层2帧。
本发明的详细描述
虽然以下的描述是在时分多址联结蜂窝式转换系统的范围内，但本领域的技术人员将会明白，本发明可适用于其他数字通信应用场合，例如码分多址联接(CDMA)。
在本实施例中，本发明的层2协议由四个不同型式的层2帧组成，即开始帧、中间帧、结束帧和延长帧。这些不同型式的层2帧适宜于在蜂窝式电话系统中传送层3信息。为了便于说明，以下的描述假设了一个如EIA/TIA IS-54B中所述的快速关联控制信道(FACCH)的TDMA信道脉冲串结构，但本发明并不限于此。所述的快速关联控制信道是一发信号信道，用以在蜂窝式转换系统与移动站之间传送控制和管理信息。在本实施例中，快速关联控制信道的结构使得在每个TDMA信道脉冲串中有65信息载送或负载比特可供使用。
在一个蜂窝式系统中，可以同时有多个移动站准备好与蜂窝式转换系统通信。但是，每一上行链路只有一个移动站能与CSS进行通信。其结果，那些已准备好传送的移动站竞争获取可用的上行链路信道脉冲串(争用过程)，其中只有一个移动站会获准联接到(赢取一竞争过程)可用的上行链路信道脉冲串序列。如果一个移动站被强制地在竞争的基础上传送，每个层3消息在试图联接CSS时都有等待处理的时间，导致增大的通过量延迟，系统通过量性能将会劣化。然而，本发明提供了一种手段，通过指示来自一个移动站的分立的且是不同的层3信息的逻辑上的关联或连接来避免多重竞争。在本发明中，一旦某一移动站赢取了一个竞争过程，即准许与CSS联接，它就可利用这一联接机构将全部准备好传送的分立且不同的层3消息发送。这使系统具有较好的通过量性能，即，减少了在竞争基础上的与CSS的联接量。本发明还通过以较少的信道脉冲串载送多个层3消息，即任何给定信道脉冲串可包含来自两个不同层3消息的信息。
每个层2帧分成多个信息组，这些信息组是，一个附加脉冲串指示信息组，一个数据信息组，一个消息结束信息组，一个帧型信息组，一个帧型变更信息组，一个初始/重复信息组，和一个反转信息组。下面将参照附图对各个信息组予以说明。
图3显示了本发明的一个实施例中的开始帧。帧10被分成四个信息组：帧型信息组12；初始/重复信息组14；数据信息组16；和CRC(循环冗余码校验)信息组18。由于层3消息可能长于单个的层2帧，可能需要多个层2帧来传送一个层3消息。其结果，帧型信息组12把帧型标识为开始帧、中间帧和结束帧，或延长帧。在该实施例中，帧型信息组12占据了信道脉冲串有效负载的2毕特。帧型信息组12是开始帧10的第一个信息组，这样，每个信道脉冲串的首2毕特标识了帧型，其中00表示开始帧，01表示中间帧，10表示结束帧，而11表示延长帧。开始帧型用于多脉冲串层3消息传送的初始脉冲。
开始帧10的下一个是1毕特的初始/重复信息组14。传送脉冲串有时会被错误地接收。结果，一个传送脉冲串可能须要再发送。为了使CSS正常地操作，必须识别所接收到的脉冲串是一个初始传送脉冲串还是一个重复传送脉冲串。而该初始/重复信息组14即指出一个信道脉冲串是第一次传送或是重复传送。例如在初始/重复信息组14中的“0”表示信道脉冲串第一次被发送，而初始/重复信息组14中的“1”则表示信道脉冲串被再次发送。
数据信息组16构成了开始帧10的主要部分。数据信息组16包含了待传送的层3信息的一部分。最后，开始帧包括一个用来检测误差的循环冗余码校验(CRC)信息组18。蜂窝式转换系统用这个循环冗余码校验信息组18来决定是否有任何上行链路信道脉冲串被错误地接收。采用CRC信息组以判定错误检测的方法是本领域众所周知的，故不再说明。
图4表示本发明的一实施例中的一个中间帧20，该中间帧用于多脉冲串层3消息传送的中间信道脉冲串。中间帧20包括帧型信息组12，初始/重复信息组14，数据信息组16和一个CRC信息组18，这些信息组已配合图3在上面作了说明。该中间帧附加有一个反转信息组22以提供所需的报文头对准，以便每当余下的层3消息中的信息长于45比特时保持一个清楚而一致的从中间帧至结束帧的过渡点。反转信息组之被加到中间帧，是为了避免当余下46比特的层3消息待传送时将发生的不希望有的传送状况。如果没有这个反转信息组，所有余下的46比特的数据将会于一个中间帧中发送，而其后的结束帧将包含一个空数据信息组。这一难于处理状况通过在中间帧附加一个反转信息组而得以避免，这样，余下46比特中的45比特在一个中间帧被传送，而最后的1比特则于结束帧被传送。
图5显示了本发明的一实施例的结束帧30。该结束帧30用来传送多脉冲串层3消息的最后一脉冲串。结束帧30包括帧型信息组12，初始/重复组信息组14，数据信息组16和CRC信息组18，这些信息组已结合图3说明过。然而，该结束帧也包括一个附加脉冲串指示器信息组24，以提供消息连接的明白指示，因为附加脉冲指示器指出共用同一上行链路过程的属于一分立且不同的层3信息的一个附加脉冲是否在等待处理。当用于下行链路信道时，该附加脉冲串指示器信息组24也提供消息连接的明白指示。如果附加脉冲串指示器信息组24指示有一个附加上行链路信道脉冲串正待处理，蜂窝式转换系统将继续工作，就象初始的层3消息仍在传送一样。这保证了余下的连接层3消息共用了初始的上行链路联结过程，从而不须经受另外的竞争。
第四个帧型，即延长帧，显示于图6和7中。在图6中，显示了本发明一实施例的专用层2帧40。该专用层2帧是当层3消息可以在单一个的信道脉冲串中全体被传送时使用的。也就是说，在本实施例中，整个层3消息可载送于对数据信息组提供的46比特内。专用层2帧包括帧型信息组12，数据信息组16和CRC信息组18，这些信息组已于上结合图3说明过。然而，层2帧也包括帧型变更信息组26，其中“0”表示专用层2帧，而“1”表示共用的层2帧。
图7显示了一个共用的2帧，每当第一个层3消息结束而在数据信息组有可供使用的附加空间，且另外的一个分立及不同的层3消息已准备传送时，便使用该共同层2帧50。当共用层2帧用于上行链路方向时，信道脉冲串的共用基本上提供了层3消息连接的隐含指示。可是，当共用层2帧用于下行链路方向时，信道脉冲串的共用并不提供层3信息连接的隐含指示。也就是说，在上行链路方向，图7所示的两个消息32和34必须来自同一移动站；而在下行方向，发自蜂窝式转换系统的两个消息可供给两个不同的移动站。其结果，当一个层3消息在数据信息组之中途部分结束时，可应用的信道脉冲串容量就不会浪费。共用层2帧50含有一帧型信息组16、初始/重复信息组14、数据信息组16和CRC信息组18，这些信息组已于上面结合图3说明过，另外还有一个在上面结合图6说明过的帧型变更信息组26。如图7所示，为了提供层3消息的限定的信息，在共用层2帧中附加了一个消息结束信息组28。也就是说，消息结束信息组28指示，在数据信息组中第一个层3消息32在什么地方结束和第二个层3消息34在什么地方开始。其结果，接收端(CSS或一个或多个移动站)可辨别这两个层3信息。
由于在一个信道上可有多个移动站争取的相同联接机会，必须有一个方法以辨别各个移动站。在本发明的一个实施例中，由于部分或全部地载送层3消息的第一TDMA信道脉冲串在竞争基础上由一移动站发送至蜂窝式转换系统时，都含有发信移动站的特有信息。含有这种称为部分回声的特有信息使蜂窝式转换系统在正确地收到第一信道脉冲串后，对竞争移动站提供部分回声反馈，以清楚显示哪一个移动站的第一信道脉冲串已被正确接收。
虽然描述并图示了本发明的一个特别的实施例，应该明白，本发明并不限于此，因为本领域的技术人员可作各种修改。本申请主张任何修改都包括在所公开和要求的本发明的精神和范围内。

Claims (21)

1.一种用以在多个移动站和一蜂窝式转换系统之间传输消息的方法，该方法使用了多个层2帧，每个层2帧由一信道脉冲串载送，并在任何特定层2帧中提供一消息界定容量，该方法的特征在于，包括下列步骤：
将所述特定帧分割成多个信息组；
以帧型信息组标明一帧型；
将两个不同消息的信息置于至少一个数据信息组；
当所述两个消息中的第一个消息没有占据整个数据信息组时，标明所述第一消息的结束和所述两个消息中的第二消息的开始；并传输该帧。
2.如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，当所述帧由一个移动站传输到蜂窝式转换系统时，所述第一和第二个消息是不同的且是相关联的。
3.如权利要求2所述的传输方法，其特征在于，所述第一个和第二个消息发自单独的一个移动站。
4.如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，当所说帧是由所述蜂窝式转换系统传输到多个移动站时，所述第一个和第二个消息可供给不同的移动站。
5.如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，伴随着所述第一个信息发送的第一个层2帧包含移动站的特有信息。
6.如权利要求1所述的传输方法，其特征在于，所说帧包括一个初始/重复信息组，用以显示帧的传送是否被重复。
7.一种用以在多个移动站与一个蜂窝式转换系统之间传输信息的方法，该方法使用多个层2帧，各层2帧由一信道脉冲串载送，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将一个层3消息分成多个层2帧，每一层2帧在不同的信道脉冲串内传输；
将每一层2帧分成多个信息组；
在一帧型信息组中标明每个层2帧，其中，使用了显式方式以支持层3信息的连接；和
在争用基础上传输所述多个层2帧的第一个。
8.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，所述帧具有下列帧型的其中之一：开始帧，中间帧，结束帧或专用帧。
9.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，当所述帧只包括所述消息的第一部分时，所说帧为一开始帧。
10.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，当所述帧包括所说消息的一中间部分时，所说帧为一中间帧。
11.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，当所述帧包括所说消息的最后部分时，所述帧为一结束帧。
12.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，一专用帧包括所述整个消息。
13.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，消息连接被包括在多个层2帧的第一个中的消息计数组所显式指明。
14.如权利要求8所述的传输方法，其特征在于，包含于开始帧中的层3消息部分包括在争用基础上与所发送的所述消息有关的远距离站的特有的信息。
15.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，还包括下列步骤：
当所述第一消息没占据帧中的整个数据信息组时，用一个消息结束段标明第一个消息的结束和第二个消息的开始。
16.如权利要求15所述的传输方法，其特征在于，所述帧为一开始帧。
17.如权利要求15所述的传输方法，其特征在于，所述第一个和第二个消息发自单个移动站。
18.如权利要求15所述的传输方法，其特征在于，在上行链路方向上，连接对于所述帧是隐式的。
19.如权利要求15所述的传输方法，其特征在于，当所述帧是从所说蜂窝式转换系统传输到多个移动站时，所述第一个和第二个消息可供给不同的移动站。
20.如权利要求7所述的传输方法，其特征在于，所述帧包括一初始/重复信息组，用以指示帧的传输是否是重复的。
21.一种用以在多个移动站与一个蜂窝式转换系统之间传输消息的方法，该方法使用多个层2帧，各层2帧被载送于一信道脉冲串内，其特征在于，该方法包括下列步骤：
将一移动站所作的基于单一争用的接入，作为在所述系统的监视下使用消息联接而允许所有另外不同的层3消息传输的基础，从而避免附加的接入争用。
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