專利名稱：用于確定多用戶通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)率的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
I、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)。尤其，本發(fā)明涉及一種新的、改進(jìn)的方法和設(shè)備，它通過控制與多用戶通信系統(tǒng)用戶往來的數(shù)據(jù)傳輸率，使該多用戶通信系統(tǒng)中用戶的總平均業(yè)務(wù)質(zhì)量最高。II、背景技術(shù)“多址聯(lián)接”(multiple access)一詞是指由多個用戶共享某一固定的通信資源。這種固定通信資源的典型例子是帶寬。有三種基本方式來提高單個用戶訪問通信資源的通過率或數(shù)據(jù)率。第一種方法是增大發(fā)射器的發(fā)射功率或者減少系統(tǒng)損耗，從而提高所接收的信噪比(SNR)。第二種方法是增大分配給用戶的帶寬。第三種方法是更有效地分配通信資源。
一些為通信資源提供多址聯(lián)接的更為通用的方法包含模擬和數(shù)字通信調(diào)制兩種方案。這類方案包括頻分、時分和擴(kuò)展頻譜技術(shù)。在頻分多址(FPMA)技術(shù)中，分給每個用戶一個或更多個特定的分頻帶。在時分多址(TDMA)技術(shù)中，要識別周期性重復(fù)的時隙，并且對每段時間，分配給每個用戶一個或更多個時隙。在一些TDMA系統(tǒng)中，為用戶固定分配了時間，而在另一些系統(tǒng)中，用戶可以隨時訪問資源。在擴(kuò)展頻譜通信中，用戶共享一個公共的頻帶。用跳頻(FH)調(diào)制對載波作信號調(diào)制，使載波頻率依預(yù)定方案改變。在直接序(directsequence)(DS)調(diào)制中，用偽隨機(jī)碼調(diào)制用戶信號。在使用直接序擴(kuò)展頻譜調(diào)制的一種碼分多址(CDMA)技術(shù)中，需識別一組正交的或近似正交的擴(kuò)展頻譜代碼(每個代碼使用全信道帶寬)，并分配給每個用戶一個或多個特定的代碼。
在所有的多址聯(lián)接方案中，多個用戶共享一個通信資源，在檢測過程中不會產(chǎn)生難以處理的相互干擾。這種干擾的允許極限被定義為使所得傳輸質(zhì)量仍位于預(yù)定的允許水平之上的干擾最大值。在數(shù)字傳輸方案中，通常由比特差錯率(BER)或幀差錯率(FER)來衡量質(zhì)量。在數(shù)字電話通信系統(tǒng)中，總通話質(zhì)量受到每個用戶允許的數(shù)據(jù)率和BER或FER的限制。
已經(jīng)開發(fā)了一些系統(tǒng)，它們能使話音信號所需的數(shù)據(jù)率減至最小，同時仍然提供容許的通信質(zhì)量水平。如果話音是通過對模擬話音信號簡單的抽樣和數(shù)字化來傳輸，那么需要每秒64千比特(Kbps)數(shù)量級的數(shù)據(jù)率來獲得與通常的模擬電話等價的話音質(zhì)量。但，通過使用語言分析，然后進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a、傳輸，并在接收機(jī)處再合成，便可顯著地減小數(shù)據(jù)率，并且質(zhì)量下降最少。
用諸技術(shù)通過抽取與人類話音生成模型有關(guān)的參數(shù)來壓縮話音的裝置一般稱為聲碼器(vocoder)。這種裝置由一編碼器和一譯碼器組成，其中編碼器分析輸入的話音以抽取相關(guān)的參數(shù)，而譯碼器用通過傳輸信道從編碼器接收到的參數(shù)再合成話音。當(dāng)話音變化時，確定新的模型參數(shù)并通過通信信道傳輸。通常把話音分成時間塊或分析幀，在該期間計(jì)算參數(shù)。于是對每個新的幀都要更新參數(shù)。
一種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮以減少所需發(fā)送信息的更好的技術(shù)是進(jìn)行可變速率的話音信號編碼處理。題為“可變速率聲碼器”的美國專利申請第08/004,484號詳細(xì)描述了一例可變速率話音信號編碼處理技術(shù)，該專利申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并通過引用包括在此。由于話音本來含有無聲期，即停頓，所以可以減少表示這些時段所需的數(shù)據(jù)量。通過減小這些無聲期的數(shù)據(jù)率可變速率話音信號編碼處理最有效地利用這一事實(shí)。減小無聲期的數(shù)據(jù)率而不是完全停止數(shù)據(jù)傳輸，這在減少被傳輸信息的同時克服了與話音激活選通(voice activ-ity gating)有關(guān)的問題，從而減少了多址通信系統(tǒng)中的總干擾。
本發(fā)明的目的在于，為了最大限度地利用通信資源，改進(jìn)可變速率聲碼器傳輸率的可變能力和任何其他可變速率數(shù)據(jù)源。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種新的、改進(jìn)的方法和設(shè)備，它通過控制與多用戶通信系統(tǒng)往來的數(shù)據(jù)傳輸率使該多用戶通信系統(tǒng)中用戶的總的平均業(yè)務(wù)質(zhì)量最高。
在本發(fā)明中，監(jiān)測可用通信資源的利用率。當(dāng)可用通信資源的使用率對于所給的通信鏈路太大，并且由此質(zhì)量下降至一預(yù)定極限以下時，那么就限制與用戶往來的數(shù)據(jù)率，以釋放一部分可用通信資源。當(dāng)通信資源的利用率變小時，允許與用戶往來的數(shù)據(jù)率升高到上述極限之上。
例如，如果從遠(yuǎn)地用戶到主通信中心的通信鏈路(以下稱為反向鏈路)過載，那么主通信中心發(fā)出一信令消息，請求用戶(或被選出的用戶)降低其平均數(shù)據(jù)傳輸率。在遠(yuǎn)地用戶端，接收該信令消息，并根據(jù)該信令消息降低遠(yuǎn)地用戶的傳輸率。
在該例中，遠(yuǎn)地用戶可以正在傳輸話音數(shù)據(jù)或其他數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。如果用戶正在傳輸話音數(shù)據(jù)，那么他的數(shù)據(jù)傳輸率可以如上述申請?zhí)?8/004,484所述那樣用可變速率聲碼器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)遠(yuǎn)地用戶正在傳輸話音數(shù)據(jù)時，本發(fā)明同等地適用于任何可變速率話音信號編碼策略。如果用戶正在傳輸非話音數(shù)據(jù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，那么系統(tǒng)可以有選擇地命令用戶為該特別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源修改傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率。
在主通信中心和遠(yuǎn)地用戶之間的通信鏈路(以下稱為前向鏈路)上，主通信中心檢測正用來與遠(yuǎn)地用戶通信的資源占總資源容量的百分率。如果正在使用的通信資源百分率太大，那么主通信中心將降低每個用戶或一個用戶子集的被允許的平均數(shù)據(jù)傳輸率。如果正在使用的通信資源的百分率太小，主通信中心將允許每個用戶增加平均數(shù)據(jù)率。當(dāng)在反向鏈路中時，實(shí)質(zhì)上可根據(jù)正被傳送給遠(yuǎn)地用戶的數(shù)據(jù)性質(zhì)(話音的或非話音的)有選擇地控制數(shù)據(jù)率。附圖概述結(jié)合附圖閱讀以下敘述的詳細(xì)描述，將更加清楚本發(fā)明的特點(diǎn)、目的和好處，其中相同的參考符號自始至終相對應(yīng)地視為等同，附圖有

圖1是一方框圖，示出了多個遠(yuǎn)地(移動)用戶訪問一個主通信中心(蜂窩區(qū)基臺)的情況；圖2是一方框圖，示出了多蜂窩區(qū)(多個主通信中心)環(huán)境對遠(yuǎn)地(移動)用戶的數(shù)據(jù)接收的影響；圖3是在特定的平均數(shù)據(jù)傳輸率下平均業(yè)務(wù)質(zhì)量與用戶數(shù)的關(guān)系曲線圖；圖4是在三個不同的平均數(shù)據(jù)傳輸率下平均業(yè)務(wù)質(zhì)量與用戶數(shù)的關(guān)系曲線圖；圖5是系統(tǒng)監(jiān)視和控制操作的流程圖；圖6是關(guān)于前向鏈路通信的通信資源餅式圖(pie chart)；圖7是關(guān)于反向鏈路通信的通信資源餅式圖；圖8是一通信資源餅式圖，示出了對于不同的資源使用率所要采取的措施；圖9是一通信資源餅式圖，示出了用本發(fā)明的控制機(jī)理使數(shù)據(jù)率下降所依賴的條件；圖10是一通信資源餅式圖，示出了降低上述通信資源數(shù)據(jù)率的效果；圖11是監(jiān)視和控制系統(tǒng)的方框圖，用于控制位于主通信中心處的反向鏈路通信；
圖12是監(jiān)視和控制系統(tǒng)的方框圖，用于控制位于遠(yuǎn)地用戶處的反向鏈路通信；和圖13是前向鏈路監(jiān)視和控制設(shè)備的方框圖。本發(fā)明的最佳實(shí)施方式圖1示出了多用戶通信系統(tǒng)在遠(yuǎn)地用戶4和主通信中心2之間的通信。在該示例的實(shí)施例中，用碼分多址(CDMA)多用戶方案來進(jìn)行通信，其中碼分多址多用戶方案在題為“使用地面中繼器的衛(wèi)星的擴(kuò)展頻譜多址聯(lián)接通信系統(tǒng)(CDMA)”的第4,901,307號美國專利和題為“在CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)中產(chǎn)生信號波形的系統(tǒng)和方法(CDMA)”的第5,103,459號美國專利中都有詳細(xì)描述，這兩個專利都已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。從遠(yuǎn)地用戶至主傳輸中心發(fā)生的通信被稱為反向鏈路通信。能從遠(yuǎn)地用戶4至蜂窩區(qū)基臺2進(jìn)行通信的通信鏈路稱為反向鏈路。在CDMA系統(tǒng)中，系統(tǒng)用戶容量是系統(tǒng)中干擾大小的函數(shù)。
圖2說明了兩個主要的源頭，它們導(dǎo)致了對數(shù)據(jù)率進(jìn)行控制以減少干擾并增大容量的需求。在例舉的CDMA多蜂窩區(qū)的蜂窩式通信網(wǎng)的實(shí)施例中，對前向鏈路通信的主容量限制來自相鄰蜂窩區(qū)的干擾，如從蜂窩區(qū)基臺12畫至單個遠(yuǎn)地用戶的傳播線所示。從單個蜂窩區(qū)基臺至移動臺10的第二條傳播路徑18表示本發(fā)明中對前向鏈路容量的第二種影響。這種稱為多路徑的影響的原因是由于障礙物16的反射，障礙物可以是建筑物、山或任何其他能夠反射電磁波的物體。
在例示的實(shí)施例中，遠(yuǎn)地用戶從并不與該遠(yuǎn)地用戶通信的一些蜂窩區(qū)基臺12接收到干擾，并且由來自障礙物16的多路徑信號收到干擾。在該例中，一組蜂窩區(qū)的運(yùn)行由系統(tǒng)控制器14監(jiān)視，該控制器14向公用電話交換網(wǎng)(未示出)提供數(shù)據(jù)和由該網(wǎng)獲得數(shù)據(jù)。這些通信被稱為前向鏈路通信。
在如時分多址(TDMA)和頻分多址(FDMA)系統(tǒng)中，分別由于有限個數(shù)的時隙或分頻帶的劃分而存在著“硬”容量極限。當(dāng)把所有的時隙或分頻帶都分配給用戶時，達(dá)到“硬”容量極限，并且不可能再為任何附加的用戶提供服務(wù)。盡管在達(dá)到容量極限前已經(jīng)訪問系統(tǒng)的用戶不受任何被排除在外的用戶的影響，但由于對每個被拒絕服務(wù)的附加用戶的服務(wù)質(zhì)量為零，所以對所有用戶的平均業(yè)務(wù)質(zhì)量下降得超出該容限。
在諸如CDMA(碼分多址)和象ALOHA(一級隨機(jī)存取協(xié)議)和有隙(slotted)ALOHA系統(tǒng)等隨機(jī)存取系統(tǒng)的多址方案中，存在著“軟”容限。對于這些類型的多址聯(lián)接系統(tǒng)，系統(tǒng)用戶數(shù)增長超出容限會使系統(tǒng)所有用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量下降。在CDMA系統(tǒng)中，每個用戶的傳輸都被視為對每個其他用戶的干擾或噪聲。超過CDMA系統(tǒng)的軟容限后，噪聲本底(noise floor)變得足夠大，從而使BER或FER超過預(yù)定的允許值。在隨機(jī)存取方案中，每個附加的用戶增加了消息沖突的可能性。超過容限后，消息沖突增加得如此頻繁，以致對重新傳輸?shù)男枨蠡蛩聛G失的數(shù)據(jù)使所有用戶的通信質(zhì)量受損。
圖3是這種多址聯(lián)接通信系統(tǒng)中用戶平均業(yè)務(wù)質(zhì)量與占用該系統(tǒng)用戶數(shù)的關(guān)系曲線圖，所有用戶都被賦予一規(guī)定的平均數(shù)據(jù)率。平均業(yè)務(wù)質(zhì)量Qave定義為Qave=1NΣi=1NQi---(1)]]>其中Qi是對于用戶i的業(yè)務(wù)質(zhì)量，而N是系統(tǒng)上的用戶數(shù)。
圖3還示出了一條質(zhì)量線，在該線以上平均業(yè)務(wù)質(zhì)量合格，而該線以下業(yè)務(wù)質(zhì)量不合格。質(zhì)量線與質(zhì)量對用戶數(shù)關(guān)系曲線的交點(diǎn)確定了在該系統(tǒng)數(shù)據(jù)率下系統(tǒng)的容限。在例舉的CDMA系統(tǒng)實(shí)施例中，以20ms幀傳輸消息，而1％的容許幀差錯率提出了本實(shí)施例中質(zhì)量線的位置。可以理解，不同的幀長度和幀差錯率都同樣適用于本發(fā)明。
圖4示出了三條平均業(yè)務(wù)質(zhì)量與用戶數(shù)的關(guān)系曲線20、22和24，它們分別對應(yīng)三個逐漸下降的平均數(shù)據(jù)率。曲線20對應(yīng)于平均數(shù)據(jù)率較高的質(zhì)量曲線，曲線22對應(yīng)于平均數(shù)據(jù)率適中的質(zhì)量曲線，而曲線24對應(yīng)于平均數(shù)據(jù)率較低的質(zhì)量曲線。
曲線中第一個重要特征是，對于較低的鏈路數(shù)據(jù)率，曲線與垂直軸的交點(diǎn)逐漸降低。在容限以下，較高的許可數(shù)據(jù)率對應(yīng)于較高的質(zhì)量，因?yàn)檩^高的數(shù)據(jù)率可在可變速率話音編碼器中使參數(shù)更精細(xì)地量化，從而獲得更清晰的聲音。
曲線中的第二個重要特征是質(zhì)量線與三條曲線的交點(diǎn)。質(zhì)量線與每條曲線20、22和24的交點(diǎn)提供了曲線20、22和24在各自數(shù)據(jù)率下的系統(tǒng)容限。用容量A、容量B和容量C標(biāo)出的系統(tǒng)容量是在每條曲線20、22和24的數(shù)據(jù)率下可以訪問系統(tǒng)的用戶數(shù)。如圖中所示，從曲線與質(zhì)量線的交點(diǎn)向表示用戶數(shù)的水平軸向下作一條垂線，便可獲得所給數(shù)據(jù)率下的容限。對于一固定的質(zhì)量水平，當(dāng)數(shù)據(jù)率下降時，系統(tǒng)容量增加。
圖5是一流程圖，示出了通過控制系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)傳輸率使平均質(zhì)量最高的方法。在方框30，根據(jù)所給鏈路上訪問系統(tǒng)的用戶數(shù)和每個用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率確定正在使用的通信資源量。把方框30中計(jì)算得的使用率值傳至方框32。在方框32中，將使用率值與下限閾值作比較。若使用率值低于下限閾值，則操作行至方框34，確定鏈路是否在預(yù)定的最大數(shù)據(jù)率下工作。如果系統(tǒng)在預(yù)定的最大數(shù)據(jù)率下工作，則操作移至方框38，并且不進(jìn)行任何動作。如果系統(tǒng)在低于預(yù)定最大數(shù)據(jù)率下工作，則操作行至方框36，并且增大鏈路數(shù)據(jù)率。
回到方框32，如果判斷出鏈路使用率不太低，則操作行至方框40，將該使用率與上限閾值比較。如果在方框40中判斷出鏈路使用率低于上限閾值，則操作行至方框41，并且不進(jìn)行任何動作。另一方面，如果在方框40中鏈路使用率超過上限閾值，那么操作行至方框42。在方框42中，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)率與預(yù)定的最小值比較。如果系統(tǒng)數(shù)據(jù)率大于該預(yù)定最小值，那么操作行至方框44，降低鏈路數(shù)據(jù)率。
如果在方框42判斷出鏈路數(shù)據(jù)率等于最小鏈路數(shù)據(jù)率，則操作行至方框46。在方框46，系統(tǒng)將使用率與預(yù)定的使用率最大值比較。如果通信資源用盡，即，使用率等于預(yù)定的最大值，則操作行至方框48，并阻塞任何附加用戶的訪問。如果使用率低于預(yù)定使用率最大值，那么操作行至方框50，并且不進(jìn)行任何動作。
在TDMA系統(tǒng)中，可以通過在多個分配的時隙間擴(kuò)展某給定用戶的數(shù)據(jù)或?qū)⒍鄠€用戶的數(shù)據(jù)與選出的分配時隙組合來改變數(shù)據(jù)率。在另一種實(shí)踐中，可通過把長度變化的時隙分配給不同的用戶而在TDMA系統(tǒng)中獲得可變的數(shù)據(jù)率。類似地，在FDMA系統(tǒng)中，可通過在多個分配的分頻帶間擴(kuò)展某給定用戶的數(shù)據(jù)或?qū)⒍鄠€用戶的數(shù)據(jù)與選出的分配分頻帶組合來改變數(shù)據(jù)率。在另一種實(shí)踐中，可通過把大小變化的分頻帶分配給不同的用戶而在FDMA中獲得可變的數(shù)據(jù)率。
在隨機(jī)存取系統(tǒng)中，消息沖突的概率正比于每個用戶需要發(fā)送的信息量。因此，可以通過發(fā)送大小變化的數(shù)據(jù)分組或在傳輸之間變化的時間間隔內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)分組來直接調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)率。
在使用CDMA系統(tǒng)的實(shí)施例中，如上述第08/004,484號申請所描述的，用可變速率聲碼器調(diào)節(jié)傳輸話音所必需的數(shù)據(jù)量。實(shí)施例的可變速率聲碼器以相應(yīng)于8Kbps、4Kbps、2Kbps和1Kbps的全速率、半速率、四分之一速率和八分之一速率提供數(shù)據(jù)，但基本上能夠通過組合各數(shù)據(jù)率達(dá)到任何最大的平均數(shù)據(jù)率。例如，通過迫使聲碼器在每第四個連續(xù)的全速率幀時使用半速率而達(dá)到7Kbps的平均最大速率。在該例舉的實(shí)施例中，如題為“數(shù)據(jù)子幀隨機(jī)數(shù)發(fā)生器”的第07/846,312號美國專利申請所述，將大小變化的話音數(shù)據(jù)分組加以分段并在隨機(jī)時刻提供這些分段，該專利申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。
一種有用的察看通信資源容量結(jié)果的方法是把可用通信源視作一個餅式圖，其中整個圓餅表示通信資源全部用盡。在這種表示中，餅式圖的扇形表示分配給用戶的資源百分率、系統(tǒng)開銷和未用資源。
在TDMA或FDMA系統(tǒng)中，整個餅式圖可以表示某一給定分配策略中可用時隙或分頻帶的數(shù)目。在隨機(jī)存取系統(tǒng)中，整個餅圖可以表示在消息沖突增長很大以致使傳輸鏈路不合格之前所允許的消息速率。在CDMA系統(tǒng)的實(shí)施例中，整個餅圖表示可容許的最大噪聲本底，其中在接收與遠(yuǎn)地用戶往來的消息數(shù)據(jù)時，開銷和來自所有其他用戶的信號都作為噪聲出現(xiàn)。參見圖3，在任何系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中整個資源圓餅表示質(zhì)量線與平均質(zhì)量對用戶數(shù)的關(guān)系曲線的相交。
圖6例示了一普通前向鏈路容量的餅式圖。資源圓餅的第一個扇形標(biāo)有“開銷”(overhead)，表示不攜有消息信息的傳輸信號部分。餅中“開銷”的百分率表示傳輸非消息非用戶特定數(shù)據(jù)，并且盡管在其他系統(tǒng)中該開銷可以隨用戶數(shù)或其他因素而變化，但在本實(shí)施例中它是通信資源的一個固定百分率。“開銷”可以包括基臺識別信息、定時信息和基臺建立信息及其他?！伴_銷”可以包括通信資源的導(dǎo)頻信道應(yīng)用。在題為“在CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)中產(chǎn)生信號波形的系統(tǒng)和方法(CDMA)”的第5,103,459號美國專利中詳細(xì)描述了一例導(dǎo)頻信道，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此。接下來標(biāo)有數(shù)字1-20的每個扇形表示發(fā)向某特殊用戶的消息信息，其中用戶用1-20編號。沿順時鐘方向移動，餅的最后一個扇形標(biāo)著“B”。標(biāo)有“B”的扇形表示在發(fā)生不合格鏈路性能降低之前的剩余可用通信資源的百分率。
圖7是反向鏈路通信的資源餅式圖。該餅式圖表示在主發(fā)射中心或基臺接收到的來自遠(yuǎn)地用戶的信息。該餅式圖和上一餅式圖之間的唯一明顯的區(qū)別是，在反向鏈路中沒有固定的“開銷”資源。還應(yīng)注意，在較佳實(shí)施例中，為了使對于所有用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量都最高，每個用戶使用相同百分率的通信資源。在題為“用于在CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)中控制傳輸功率的方法和設(shè)備”的第5,056,109號美國專利中詳細(xì)描述了用于保持所有用戶使用相同百分率的被接收通信資源狀態(tài)的方法和設(shè)備，該專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，將它通過引用包括在此。在這種方法中，每個遠(yuǎn)地用戶以某一功率電平發(fā)射，從而使基臺接收到的情況與所有其他遠(yuǎn)地用戶的一樣。最好是，每個遠(yuǎn)地用戶以能夠確保與基臺建立合格通信鏈路所必需的最小功率電平發(fā)射。
圖8是一動作為餅式圖，表示相對于資源餅式圖而采取的動作。在圖8餅式圖上作了三點(diǎn)標(biāo)記，一點(diǎn)表示“增高速率”，一點(diǎn)表示“降低速率”，再一點(diǎn)表示“阻塞額外用戶”。如果對于某一給定的鏈路，資源圓餅的百分率超過標(biāo)有“降低速率”的點(diǎn)，則應(yīng)該降低該鏈路上的傳輸速率，以提高對于用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量。例如，如果所有的用戶都以圖4中與曲線20相應(yīng)的數(shù)據(jù)率傳輸，并且用戶數(shù)大于容量A，那么將降低數(shù)據(jù)率，然后系統(tǒng)依照圖4中曲線22工作。如果對于某個給定的鏈路，資源圓餅百分率下降至標(biāo)有“增高速率”的點(diǎn)以下，則應(yīng)該增高該鏈路上的傳輸速率，以提高對于用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量。例如，如果所有用戶都在以圖4中與曲線22相應(yīng)的數(shù)據(jù)率傳輸，并且用戶數(shù)降至容量A以下，那么將增大數(shù)據(jù)率并且系統(tǒng)依照圖4中的曲線20工作。如果圓餅達(dá)到標(biāo)有“阻塞額外用戶”的點(diǎn)，那么應(yīng)該阻塞任何額外用戶訪問該系統(tǒng)。注意，系統(tǒng)達(dá)到“阻塞額外用戶”點(diǎn)的唯一途徑是通過“降低速率”點(diǎn)，這意味著速率不能再降低了。
圖9和10示出了降低傳輸速率對資源分配的影響。在圖8中，添加用戶20已使資源分配超過了應(yīng)使傳輸速率降低的點(diǎn)。在該點(diǎn)，降低傳輸速率，并且對于相同的用戶資源餅看上去如圖9。注意，標(biāo)有B的資源餅未用部分足夠大，可使額外的用戶訪問通信資源。因此，額外用戶可以訪問通信系統(tǒng)，直至系統(tǒng)再次要求降低傳輸速率。繼續(xù)該過程直至速率為最小值。如果發(fā)生這種情況，系統(tǒng)允許圓餅完全充滿，并且不許任何新用戶訪問系統(tǒng)。
相反，當(dāng)用戶離開通信資源時，所用的通信資源百分率會降至“增高速率”點(diǎn)以下，并且系統(tǒng)將增高傳輸速率。這個過程可延續(xù)至傳輸速率被增高到最大值或直到?jīng)]有用戶正在訪問通信資源。
圖11示出了一方框圖，用以在主通信中心對反向鏈路通信資源的使用進(jìn)行監(jiān)視和控制，它可以包括蜂窩區(qū)基臺和系統(tǒng)控制器。來自遠(yuǎn)地用戶的信號在接收天線60處被接收。接收到的信號被提供給接收機(jī)62，接收機(jī)把數(shù)據(jù)以模擬或數(shù)字的形式提供給能量計(jì)算部件66和解調(diào)器64。將能量計(jì)算部件66計(jì)算得到的能量值提供給速率控制邏輯器68，邏輯器把接收到的信號能量與一系列閾值比較。根據(jù)比較結(jié)果，當(dāng)信號能量高于上限閾值或低于下限閾值時，速率控制邏輯器68把速率控制信號提供給微處理器70。在另一些實(shí)施例中，速率控制邏輯器68還能受影響通信信道性能的外部因素(比如天氣條件等)的影響。
把從接收機(jī)62接收到的信號提供給解調(diào)器64，在解調(diào)器中解調(diào)該信號，并且抽取特定用戶的數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)提供給相應(yīng)的微處理器70。在本實(shí)施例中，如在題為“用于在CDMA蜂窩式電話系統(tǒng)的通信中提供軟切換的方法和系統(tǒng)”的第07/433,031號美國專利申請(已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并通過引用包括在此)中所描述的那樣，微處理器70將接收到的數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)控制器14中的選擇器卡(未示出)，該系統(tǒng)控制器從來自多個主通信中心(蜂窩區(qū))的接收到的數(shù)據(jù)中選擇一最佳的接收到的數(shù)據(jù)，每個主通信中心(蜂窩區(qū))包含接收機(jī)62和解調(diào)器64，并且用聲碼器(未示出)對該最佳接收到的數(shù)據(jù)譯碼。
另外，微處理器70通過數(shù)據(jù)接口從諸聲碼器(未示出)接收前向鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。當(dāng)存在反向鏈路速率控制信號時，微處理器70將它與輸出的前向鏈路數(shù)據(jù)合并，以把混合數(shù)據(jù)分組提供給調(diào)制器72。在一較佳實(shí)施例中，當(dāng)出現(xiàn)反向鏈路速率控制信號時，某些微處理器70將有選擇地把該信號與輸出的前向鏈路數(shù)據(jù)合并。在該較佳實(shí)施例中，這些微處理器70對指出過負(fù)荷狀態(tài)的信號有反應(yīng)，在過負(fù)荷狀態(tài)下，反向鏈路速率控制信號不與輸出的前向數(shù)據(jù)合并。在另一個實(shí)施例中，某些所述的微處理器70將不對反向鏈路速率控制信號作出反應(yīng)。調(diào)制器72調(diào)制數(shù)據(jù)分組并把已調(diào)制的信號提供給累加器74。累加器74對已調(diào)制的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，并把累加結(jié)果提供給發(fā)射機(jī)76，在發(fā)射機(jī)76中放大并把它提供給發(fā)射天線78。
圖12是一方框圖，示出了本發(fā)明用于響應(yīng)圖1中主發(fā)射中心2的實(shí)施例所提供的速率控制信號的遠(yuǎn)地用戶設(shè)備。在接收路徑上，由天線90接收包含有編碼話音數(shù)據(jù)和/或信令數(shù)據(jù)的信號，天線90還通過天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)92用作發(fā)射天線。接收到的信號通過天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)92傳給解調(diào)器96。然后解調(diào)該信號，并將它提供給微處理器98。接下來，微處理器98對信號譯碼并把話音數(shù)據(jù)和基臺發(fā)送的任何速率控制數(shù)據(jù)傳給可變速率聲碼器100。然后，可變速率聲碼器100對微處理器98提供的話音數(shù)據(jù)已編碼的分組進(jìn)行譯碼，并將譯碼后的話音數(shù)據(jù)提供給編碼譯碼器102。編碼譯碼器102將數(shù)字話音信號轉(zhuǎn)換成模擬形式，并把模擬信號提供給揚(yáng)聲器106放音。
在遠(yuǎn)地用戶的發(fā)射路徑上，話音信號是通過送話器106提供給編碼譯碼器102的。編碼譯碼器102將話音信號的數(shù)字表示提供給可變速率聲碼器100，在實(shí)施例中可變速率聲碼器100根據(jù)話音活動(speech activity)和接收到的速率信號所確定的速率對話音信號編碼。然后將這個已編碼的話音數(shù)據(jù)提供給微處理器98。
在本實(shí)施例中，速率控制信號是一個指示遠(yuǎn)地用戶增高或降低最大數(shù)據(jù)率的二進(jìn)制信號。這種對數(shù)據(jù)率的調(diào)節(jié)是按分立的等級進(jìn)行的。在本實(shí)施例中，當(dāng)接收到蜂窩區(qū)基臺的速率控制信號時，遠(yuǎn)地用戶將增高或降低其最大發(fā)射速率1000bps。實(shí)踐中，因?yàn)樵谡５碾p向?qū)υ捴新暣a器最多只是用40—50％的時間對話音編碼，所以這使總的平均數(shù)據(jù)率降低了400至500bps。在本實(shí)施例中，總是以較低的數(shù)據(jù)率對字間的無聲編碼。
例如，如果遠(yuǎn)地用戶目前正在以全速率或速率1(8Kbps)的最大數(shù)據(jù)傳輸率工作，并且接收到一個要求降低其最大數(shù)據(jù)率的信號，則最大數(shù)據(jù)傳輸率將通過對數(shù)據(jù)的每第四個連續(xù)的全速率數(shù)據(jù)幀進(jìn)行強(qiáng)制用半速率(4Kbps)編碼而被降低至7/8(7Kbps)。另一方面，如果遠(yuǎn)地用戶正在蜂窩區(qū)基臺的控制下以最大傳輸率的3/4(6Kbps)工作，并且蜂窩區(qū)基臺給遠(yuǎn)地用戶發(fā)信號，要求增高其最大數(shù)據(jù)率，那么遠(yuǎn)地用戶將把7/8速率(7Kbps)用作最大數(shù)據(jù)傳輸率。在一簡化的實(shí)施例中，可簡單將各速率限制為可變速率聲碼器100所提供的分立速率中的一個(即1、1/2、1/4和1/8速率)。
微處理器98還接收非話音數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括信令數(shù)據(jù)或諸如傳真、調(diào)制解調(diào)器或其他需要與蜂窩區(qū)基臺通信的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的次級數(shù)據(jù)。如果遠(yuǎn)地用戶發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式不與可變速率傳輸?shù)囊恢?即一些傳真或調(diào)制解調(diào)器數(shù)據(jù))，那么微處理器可以根據(jù)遠(yuǎn)地用戶的業(yè)務(wù)選項(xiàng)決定是否依照速率控制信號改變傳輸速率。
調(diào)制器108調(diào)制該數(shù)據(jù)信號并把調(diào)制后的信號提供給發(fā)射機(jī)11O，在發(fā)射機(jī)110，調(diào)制后信號被放大并通過天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)92提供給天線90，通過大氣發(fā)向基臺。還可在本發(fā)明中預(yù)見到，遠(yuǎn)地用戶可以監(jiān)視反向鏈路通信資源，并以開環(huán)方式響應(yīng)，從而調(diào)節(jié)其傳輸速率。
圖13示出了一例前向鏈路速率控制設(shè)備的方框圖。話音數(shù)據(jù)被提供給聲碼器120，聲碼器120以可變速率對該話音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。在本發(fā)明中，當(dāng)話音出現(xiàn)時，根據(jù)話音活動和速率控制信號確定對話音數(shù)據(jù)的編碼速率。然后將已編碼的話音提供給微處理器122，其中微處理器122還可從外源(未示出)接收非話音數(shù)據(jù)。這種非話音數(shù)據(jù)可以包括信令數(shù)據(jù)或次級數(shù)據(jù)(諸如傳真、調(diào)制解調(diào)器或其他用于傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù))。然后，微處理器122把數(shù)據(jù)分組提供給調(diào)制器124，調(diào)制器124對數(shù)據(jù)分組進(jìn)行調(diào)制并將它們提供給累加器126。累加器126累加來自調(diào)制器124的已調(diào)制信號，并將和信號提供給發(fā)射機(jī)128，在發(fā)射機(jī)128中，將該信號與一載波信號混合，放大并提供給天線130，以供傳輸。
經(jīng)累加器126累加的已調(diào)制信號還被提供給能量計(jì)算器132。能量計(jì)算器132在一固定的時間間隔中計(jì)算來自累加器126的信號的能量，并把該能量估算值提供給速率控制邏輯器134。速率控制邏輯器134把能量的估算值與一系列的閾值作比較，并根據(jù)這些比較提供一速率控制信號。把速率控制信號提供給微處理器122。微處理器122將速率控制信號提供給聲碼器120，以控制話音數(shù)據(jù)的最大數(shù)據(jù)率。可選擇地，微處理器122還能用速率控制信號控制非話音數(shù)據(jù)源(未示出)的數(shù)據(jù)率?？蓪⑺俾士刂菩盘栍羞x擇地提供給一些微處理器122，也可以選擇一些微處理器122對一整體提供的速率控制信號作出響應(yīng)。
上述在前向鏈路上的開環(huán)形式的控制還可在閉環(huán)中進(jìn)行，它可以對來自遠(yuǎn)地臺的表示達(dá)到容限的信號(諸如幀差錯率太高或其他可測量量)作出響應(yīng)。速率控制邏輯器134可以對同樣影響通信信道性能的各種外部干擾作出反應(yīng)。
上述對較佳實(shí)施例的描述可使本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)或應(yīng)用本發(fā)明。對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，對這些較佳實(shí)施例的各種改變將是顯而易見的，而且不需要使用創(chuàng)造技能就能將這里確定的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中。因此，不打算將本發(fā)明限制于文中所示的實(shí)施例，而應(yīng)給予與此處所揭示的原理和新特征相一致的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種在多個遠(yuǎn)地用戶與一個通信中心交流消息信號的通信網(wǎng)中，根據(jù)系統(tǒng)使用率和容量來優(yōu)化通信質(zhì)量的子系統(tǒng)，其中每個遠(yuǎn)地用戶擁有一個發(fā)射機(jī)，通信中心具有一個接收機(jī)，所述子系統(tǒng)的特征在于包括監(jiān)測裝置，用于確定所述系統(tǒng)的使用率，并且根據(jù)所述使用率的高低有條件地提供一個速率控制信號；和多個響應(yīng)裝置，每個響應(yīng)裝置與所述遠(yuǎn)地用戶中對應(yīng)的一個用戶配置，用于接收所述速率控制信號并相應(yīng)地調(diào)節(jié)所述遠(yuǎn)地用戶中所述對應(yīng)用戶的所述數(shù)據(jù)率。
2.如權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測裝置被配置給所述傳輸中心，所述子系統(tǒng)還包括通信中心發(fā)射裝置，它將消息發(fā)送給所述遠(yuǎn)地用戶并將所述速率控制信號發(fā)送給所述遠(yuǎn)地用戶；和多個遠(yuǎn)地接收裝置，所述多個遠(yuǎn)地接收機(jī)的每一個都被配置給所述遠(yuǎn)地用戶中的一個對應(yīng)用戶，用于接收所述速率控制信號并將所述速率控制信號提供給所述響應(yīng)裝置中的一個對應(yīng)裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測裝置通過在一段預(yù)定的時間間隔內(nèi)對所述消息信號的能量測量來確定所述系統(tǒng)的使用率。
4.如權(quán)利要求1所述的子系統(tǒng)，其特征在于，所述響應(yīng)裝置包括處理器裝置，用于接收所述速率控制信號并根據(jù)所述速率控制信號提供速率指令信號；和可變速率聲碼器裝置，用于接收話音數(shù)據(jù)和所述速率指令信號，并根據(jù)所述指令信號以某一速率對所述話音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
5.如權(quán)利要求4所述的子系統(tǒng)，其特征在于，所述可變速率聲碼器裝置還根據(jù)所述話音數(shù)據(jù)的能量對所述語音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
6.如權(quán)利要求4所述的子系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器裝置還用于接收傳輸用的非話音數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述速率控制信號以某一速率提供所述非話音數(shù)據(jù)。
7.一種可變速率收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，包括接收機(jī)，用于接收包含消息數(shù)據(jù)和速率控制指令的信號；可變速率聲碼器，用于接收話音數(shù)據(jù)并根據(jù)所述速率控制指令對所述話音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；和發(fā)射機(jī)，用于發(fā)送所述已編碼的話音數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的可變速率收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，還包括解調(diào)器，位于所述接收機(jī)和所述可變速率聲碼器之間，用于解調(diào)所述接收到的信號；和處理器，位于所述解調(diào)器和所述可變速率聲碼器之間，用于接收所述已解調(diào)的信號并分開提供所述消息數(shù)據(jù)和所述速率控制指令。
9.如權(quán)利要求8所述的可變速率收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，所述處理器還用于接收傳輸用的非話音數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求7所述的可變速率收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括調(diào)制器，它位于所述可變速率聲碼器和所述發(fā)射機(jī)之間，用于調(diào)制所述已編碼的話音數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求7所述的可變速率收發(fā)兩用機(jī)，其特征在于，還包括調(diào)制器，它位于所述可變速率聲碼器和所述發(fā)射器之間，用于調(diào)制所述已編碼的話音數(shù)據(jù)。
12.一種在基臺中用于控制所述基臺用戶容量的設(shè)備，其特征在于，包括使用率確定裝置，用于測量所述基臺的使用率；速率控制裝置，將所述測得的使用率與至少一個預(yù)定值比較，并根據(jù)所述比較結(jié)果有選擇地提供一速率控制信號；和發(fā)射裝置，用于發(fā)射所述速率控制信號。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，還包括處理器裝置，用于接收傳輸給所述遠(yuǎn)地用戶的消息數(shù)據(jù)和所述速率控制信號，并將所述消息數(shù)據(jù)與所述速率控制信息合并以提供一個混合數(shù)據(jù)分組。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，還包括一調(diào)制器裝置，它位于所述處理器裝置和發(fā)射機(jī)之間用于調(diào)制所述混合數(shù)據(jù)分組。
15.一種基臺在前向鏈路上與多個遠(yuǎn)地用戶交流消息的通信系統(tǒng)中，用于控制所述消息通信數(shù)據(jù)率的設(shè)備，其特征在于，包括使用率確定裝置，用于確定所述前向鏈路的使用率值；速率控制邏輯裝置，用于接收所述使用率值，將所述使用率值與至少一個預(yù)定閾值比較并根據(jù)所述比較結(jié)果有條件地提供一速率控制信號；和至少一個可變速率數(shù)據(jù)源，它根據(jù)所述速率控制信號以某一速率提供數(shù)據(jù)。
16.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，至少一個可變速率數(shù)據(jù)源包含至少一個以可變速率對話音數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的可變速率聲碼器裝置。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其特征在于，所述使用率確定裝置測量傳輸給所述遠(yuǎn)地用戶的信號能量。
18.一種用于優(yōu)化通信資源使用率的方法，其特征在于，包括下列步驟測量所述通信資源的所述使用率；將所述測得的使用率與至少一個預(yù)定閾值比較；并且根據(jù)所述比較結(jié)果對所述通信資源的通信數(shù)據(jù)率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，將所述測得的使用率與至少一個預(yù)定閥值比較的所述步驟包括將所述使用率與一預(yù)定的較高使用率閾值比較，并且對所述通信資源的通信數(shù)據(jù)率進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述步驟包括當(dāng)所述使用率超過所述較高使用率閾值時降低通信數(shù)據(jù)率。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，將所述測得的使用率與至少一個預(yù)定閾值比較的所述步驟包括將所述使用率與一預(yù)定的較低使用率閾值比較，并且對所述通信資源的通信數(shù)據(jù)率進(jìn)行調(diào)節(jié)的所述步驟包括當(dāng)使用率下降至所述較低使用率閾值以下時增大通信數(shù)據(jù)率。
全文摘要
一種用于控制一基臺和多個遠(yuǎn)地用戶之間通信數(shù)據(jù)率的方法和設(shè)備。對于無論是從基臺至遠(yuǎn)地用戶的前向鏈路資源還是從遠(yuǎn)地用戶至基臺的反向鏈路資源的通信資源使用率進(jìn)行測量。將測得的使用率數(shù)值與至少一個預(yù)定閾值比較，并且根據(jù)所述比較結(jié)果改變所述通信資源的通信數(shù)據(jù)率或通信的用戶數(shù)。
文檔編號H04L12/56GK1130964SQ9419334
公開日1996年9月11日 申請日期1994年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月8日
發(fā)明者威廉·R·加德納, 保羅·E·牙各布斯, 羅伯托·帕多瓦尼, 諾姆·A·齊夫, 凱瑟琳·S·拉姆, 安德魯·P·德雅克 申請人:夸爾柯姆股份有限公司