專利名稱：數據傳輸方法，數據傳輸系統以及蜂窩無線系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個使用具有至少兩個不同容量信息信道的系統中的一個數據傳輸方法，在這些信道上語音通過至少兩種不同的編碼技術來發(fā)射的，使得在具有高容量的信道上比起在具有低容量的信道上，對相同的語音信號塊實質上更少的要發(fā)射的符號進行編碼。
在設計數據傳輸系統特別是蜂窩無線系統時，必須特另考慮到兩個主要方面。第一，是要求以低成本覆蓋的地理范圍。第二，信息要以最小可能的傳輸差錯進行發(fā)射。
應用語音編碼來發(fā)射語音信息的系統是典型的數字數據傳輸系統，它的目的是將模擬語音變換為數字形式。例如在一個固定的電話網中，模擬語音被變換為一個比特率為64千比特/秒的數字信號。在許多數據傳輸系統中，例如在蜂窩無線系統中，這個傳輸率是不實際的，因為它要求太大的傳輸容量。用于這些系統中的語音編碼是這樣完成的，假如可能，利用一個傳輸信道和一個盡可能小的比特率。
不斷地研究語音編碼技術，例如在設計蜂窩無線系統時，考慮到技術的發(fā)展在系統中進行配置以便使用更好的語音編碼算法。例如在GSM系統中的情況，這里規(guī)定了一個半率編解碼器half-rate codec，它的比特率是全率編解碼器的比特率的一半。使用半率編解碼器，系統的容量就能增加，因為要發(fā)射的比特的量是所使用的比特量的一半。例如在TDMA系統中，因而有可能在同樣的時間發(fā)射雙倍量的編碼語音。
在建造一個無線電話系統時，人們試圖以可能最低的成本來產生所希望的覆蓋范圍，在考慮該系統基地臺的位置時，所要求的業(yè)務量和所產生的網孔大小都要加以考慮。在所期望的業(yè)務量很大的區(qū)域內，網孔尺寸很小，而在所要求的業(yè)務量很小的稀疏人口的區(qū)域內，則試圖產生盡可能大的網孔。因此在基地臺和終端設備上所使用的傳輸容量也就增加了。在某些建造專用基地臺不經濟的情況下，有可能使用獨立的轉發(fā)器，它接收從基地臺到來的信號并將它們在本區(qū)域內轉發(fā)。這樣可在某種程度上降低成本，但不太顯著。
因此，本發(fā)明的目的就是擴展無線電話系統的網孔尺寸和系統的覆蓋范圍，而在設備方面不用很大地改變，特別是不用增加發(fā)射功率。本發(fā)明的進一步的目的是有利地實現一個蜂窩系統網孔，它具有實質上比以前更大的覆蓋范圍，但基本上不用增加所使用的傳輸容量。
這些是用引言中所描述的方法實現的。其特點在于在至少一個具有較低容量的信道上發(fā)射的信號是按照較高容量的信道進行語音編碼的，并且信道編碼是根據語音編碼的數據以這樣的方式完成的，即得到的符號數對應于較低容量的信道。
本發(fā)明還涉及一個使用具有至少兩個不同容量的信息信道的數據傳輸系統，至少使用兩種不同的編碼方法以這樣的方式對在上述信道上發(fā)射的語音編碼，即在具有較高容量的信道上比在具有較低容量的信道上，對相同的語音信號塊來說實質上更少的要發(fā)射的符號被編碼。本發(fā)明的數據傳輸系統的特點在于在至少一個具有較低容量的系統的信息信道上發(fā)射的信號是按照較高容量的信道進行語音編碼的，并且信道編碼是根據以這種方式編碼的語音數據以這樣的方式進行的，即所得到的符號數對應于較低容量的信道。
本發(fā)明還涉及一個使用具有至少兩個不同容量的信息信道的蜂窩無線系統，上述信道上發(fā)射的語音用至少兩種不同的編碼方法編碼，使得對相同的語音信號塊，在具有較高容量的信道上比具有較低容量的信道上，實質上有更少的要發(fā)射的符號要進行編碼，上述系統具有至少一個載波頻率，并使用跳頻技術。本發(fā)明的蜂窩無線系統的特點在于在該系統的至少某些網孔內，基地臺的覆蓋范圍包含一個內部覆蓋區(qū)，它使用一個不使用跳頻技術的較低容量或是較高容量的信息信道，和一個外部覆蓋區(qū)，它使用具有較低容量的信息信道，在上述信道上發(fā)射的信號按照較高容量的信道進行語音編碼，并且信道編碼是以下列方式對根據這樣編碼的語音數據進行的，即所得到的符號數對應于較低容量的信道，并在上述信道上使用跳頻技術。
本發(fā)明的方法采用為不同系統開發(fā)的半率語音編碼器，這些語音編碼器使用全編碼信道的一半資源。在本發(fā)明的方法中，語音是用半率編碼算法編碼的，但被編碼成要在全編碼率信道上發(fā)射。這樣可以很好地完成信道編碼，使得系統工作在比在半碼率信道上發(fā)射語音的情況要低約6dB的信號電平。這使得網孔覆蓋范圍的半徑大約會增加50％。本發(fā)明的這個解決方法能使人口稀少區(qū)可用比以前更少的基地臺來覆蓋。
本發(fā)明的方法當然也可應用于工作在低率而不是半率編碼器的語音編碼器方面。下面將說明本發(fā)明，通過使用半率編碼作為一個例子，不過，本發(fā)明并不受此限制。
本發(fā)明的方法可特別有利地與跳頻技術一起應用，本發(fā)明的方法可應用于一個蜂窩無線系統通過在一個網孔中建立兩個覆蓋區(qū)來增加覆蓋范圍，其內部覆蓋區(qū)對應于用常規(guī)方法實現的覆蓋范圍，而外部覆蓋區(qū)對應于用本發(fā)明的方法實現的覆蓋范圍，在此區(qū)內使用跳頻技術，并在全率信道上使用半率編碼。
下面，將參考與附圖相應的實例更詳細地描述本發(fā)明，其中

圖1圖解說明了應用本發(fā)明的方法的蜂窩無線系統的一部分，圖2說明在全率編解碼器的情況下完成信道編碼的已知方法，圖3a-3e表示本發(fā)明的方法用于在半率編解碼器情況下完成信道編碼和交錯，圖4說明在不同編碼方案中的信噪比，圖5a圖解說明蜂窩無線系統的一個網孔的覆蓋范圍，圖5b圖解說明按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例蜂窩無線系統的一個網孔的覆蓋范圍。
本發(fā)明的方法可應用于任何數字數據傳輸系統，其中可應用幾種不用的語音編碼率，并且為這些編碼率提供不同的傳輸信道。一個這樣的數據傳輸系統是GSM蜂窩無線系統，下面在描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例時將用它作為一個例子，然而，本發(fā)明并不受此限制。
圖1圖解說明GSM蜂窩無線系統的一部分，在該蜂窩無線系統中，系統覆蓋范圍被分為無線網孔。兩個基地臺控制器BSC1和BSC2通過數字傳輸鏈路12連接到一個移動交換臺MSC。此外，基地臺BTS1，BTS2和BTS3，BTS4，通過數字傳輸鏈路11分別連接到基地臺控制器BSC1和BSC2。每個BSC和連接到那里的基地臺組成一個基地臺系統BSS。通常，一個基地臺BTS的無線覆蓋范圍組成一個無線網孔。每個基地臺BTS1-BTS4有一個預定的固定的物理無線信道的號碼。GSM系統例如在以下論文中有詳細的描述M.Mouly，M-P.pautet用于移動通信的GSM系統，1992，ISBN 2-9507190-0-7，編入這里作為參考。
GSM系統的物理信道包含TDMA幀，每幀包含一定數目的時隙，通過它可以傳送邏輯信道。在使用常規(guī)的全率編解碼器時，每個物理信道最好具有8個時隙。邏輯信道包含用來與位于網孔內與用戶終端設備MS建立呼叫的業(yè)務信道。
下面，首先說明在全率編解碼器的情況下在目前的GSM系統中怎樣實現信道編碼。在GSM系統中，一個全率編解碼器產生長度為260比特的數據塊，每隔20ms產生。對這樣一個數據塊進行信道編碼，產生一個包含456比特的編碼數據塊，并被交錯在8個時隙內。通過傳輸鏈路發(fā)生的差錯，根據故障比特在數據塊內的位置，以不同的方式呈現在所接收的語音信號中。數據塊的所有比特是不等的，而且由于編碼技術，某些比特比其它比特更為重要。因此，常規(guī)的信道編碼是通過將數據塊劃分為三部分來進行的，這是根據這些部分含有比特的信息內容的重要性來劃分的。每一部分以不同的方式得到處理。
圖2說明由全率編解碼器產生的數據塊的組成和由此劃分的不同部分。數據塊包含三部分，Ia，Ib，和II，分別地包含50，132和78比特。Ia部分的比特是通過將三個檢錯比特加到所述比特中來進行編碼。此后，該部分用效率比(efficiency ratio)1/2進行卷積編碼。卷積編碼的效率比指的是實際數據比特與要發(fā)射的全部比特之比。卷積編碼由于編碼時產生冗余比特而增加了要發(fā)射的比特數。Ib部分的比特直接用效率比1/2進行卷積編碼。II部分不以任何方式編碼。于是，照這樣得到的編碼的數據塊的長度是456比特，為了使通過傳輸鏈路發(fā)生的差錯的作用最小，通過將要發(fā)射的數據塊分到8個時隙中，使它們在不同的時隙內被交錯。
下面說明在半率編解碼器的情況下，在當前GSM系統中完成信道編碼的已知方法。在GSM系統中，一個半率編解碼器產生了長度為112比特的數據塊。一個數據塊分為兩部分，第一部分用效率比1/2進行卷積編碼，而第二部分不進行編碼。這就產生了228比特的數據塊，它們被交錯在四個半率時隙內。
以下說明當使用半率編解碼器時用本發(fā)明的方法怎樣完成信道編碼。圖3a說明由半率編解碼器產生的數據塊的組成和由此劃分成的不同的部分。如在全率編解碼器的情況一樣，一個數據塊包含三部分，Ia，Ib和II，在本發(fā)明的方法中，分別包含73，22和17比特。Ib部分的22比特通過在其中增加三個糾錯比特來進行編碼。所使用的糾錯多項式的形式是GCRC(D)＝D3+D2+1。得到的數據塊此時與圖3b相一致。
為了卷積編碼，將兩個5比特組按照圖3C加在數據塊部分Ib和II的末端。這樣，Ia和Ib部分，經們現在包含73+25+5＝103比特，用效率比1/4一起進行CC(4，1，5)卷積編碼，II部分現在包含17+5＝22比特，用效率比1/2進行CC(2，1，5)卷積編碼。這樣產生的數據塊與圖3d相一致。因此，I部分的比特數是412而II部分的比特數是44。數據塊的總比特數是456。它對應于在全率信道上使用的數據塊的長度。
在本發(fā)明的方法中，當信號被交錯在8個時隙內時，用半率編解碼器編碼的信號在全率信道上發(fā)射。該交錯在圖3e中給以說明。該圖示出兩個連續(xù)的數據塊D和E。每個456比特的數據塊分別地被分為8個部分D0-D7和E0-E7，每個部分包含57比特。在交錯中，來自兩個不同數據塊的比特按照圖3e被放置在每個時隙內。這樣在每個時隙內就要發(fā)射114數據比特。例如參考上述的Mouly，Pautet的論文，對交錯問題有更詳細地描述。
由于原始數據的比特數是112，有456比特要發(fā)射而不是象已知方法那樣是228比特，所以可比以前更為有效地實現信道編碼。作為本方法的結果，可以一個較低的信噪比來接收信號而不會犧牲信號的質量。這是因為更有效的信道編碼，使通過傳輸鏈路的差錯可比以前更好的檢測出來并能防止。
圖4說明在不同的編碼和信道解決方案中所實現的信噪比情況。水平軸表示一個接收信號的信噪比，以分貝為單位。該圖表示在不同的編碼和信道選擇中四種不同的信噪比值，有關的信噪比值是指在相應的選擇中所需的滿足接收信號質量的信噪比。已接收的信號質量例如可用FER標準來評價，該系統實現足夠的信號質量所用的信噪比越低，則所實現的覆蓋范圍將會越大。
點A1對應于信噪比12.0dB，是使用現有的技術方案通過在半率信道上發(fā)射一個用半率編解碼器編碼的信號而不用跳頻技術來得到的。用本發(fā)明的方法實現的相應方案是在全率信道上發(fā)射一個用半率編解碼器編碼的信號而不用跳頻技術，這樣產生了一個信噪比，它對應于點A2，也就是9.4dB。因此用本發(fā)明的解決方案實現的增益是2.6dB。
對應于信噪比6.5dB的點A3是使用現有的技術方案，通過在半率信道上發(fā)射一個用半率編解碼器編碼的信號同時采用跳頻技術來得到的。用本發(fā)明的方法實現的相應方案，它在全率信道上發(fā)射一個用半率編解碼器編碼的信號同時采用跳頻技術，這樣產生了一個信噪比，對應于點A4，也就是1.6dB。因而用本發(fā)明的解決方案來實現的增益是4.9dB。
在以上給出的兩個例子里，一個使用跳頻而另一個不使用跳頻，用本發(fā)明的方法實現了所要求的信噪比的顯著改進。因此，在一個蜂窩無線系統中應用本發(fā)明的方法，當使用同樣的傳輸功率時，實現了非常大的覆蓋范圍。
圖5a圖解說明蜂窩無線系統的一個網孔的傳統的覆蓋范圍50。該網孔通常包含一個基地臺BTS，它和位于其區(qū)域內的用戶終端設備MS1-MS2通信。圖5b圖解說明按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的蜂窩無線系統的一個網孔的覆蓋范圍。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，一個網孔的覆蓋范圍包括兩個覆蓋區(qū)，內部區(qū)50相應于傳統的網孔覆蓋范圍，而外部區(qū)51相應于使用本發(fā)明的方法實現的擴展的覆蓋范圍。
如前所述，當系統中利用跳頻技術時，本發(fā)明的解決方案是特另有用的。在GSM系統中，實行跳頻實際上意味著基地臺要具備兩臺或多臺收發(fā)信機裝置，其中一個不使用跳頻技術，而另外的裝置可能應用跳頻技術。這是由于在GSM系統中，每個基地臺必須在一個固定頻率發(fā)射一個廣播控制信道BCCH。下面是本發(fā)明方法的優(yōu)選應用于一個蜂窩無線系統網孔方面的示范說明，它使用兩個收發(fā)信機裝置，一個用固定頻率發(fā)射，而另一個利用跳頻技術。
該網孔的覆蓋范圍按照圖5b分為兩個區(qū)域。位于靠近基地臺的終端設備MS1和MS2使用一個固定頻率與基地臺通信。半率信道上的一個傳統的全率編解碼器或是一個半率編解碼器可在該頻率上被使用。位于傳統的覆蓋范圍50外面的終端設備MS3-MS4利用本發(fā)明的解決方法和基地臺通信，它在一個全率信道上發(fā)射一個用半率語音編解碼器編碼的信號同時利用跳頻技術。與傳統的安排比較，在網孔內覆蓋范圍因而可增加約50％。當一個終端設備從一個覆蓋區(qū)移入另一覆蓋區(qū)時，它必須完成一個網孔內移交。
雖然以上參考相應附圖的實例已經說明了本發(fā)明，顯然本發(fā)明并不受此限制，在附屬權利要求書所宣布的本發(fā)明概念的范圍內，可以各種方式進行修改。
權利要求
1.在利用至少有兩種不同容量的信息信道的系統中的一個數據傳輸方法，在這些信道上至少用兩種不同的編碼方法以這樣的方式來發(fā)射語音，即在具有較高容量的信道上比起在具有較低容量的信道上，在相同的語音信號塊對實質上更少的要發(fā)射的符號進行編碼，其特征在于在至少一個具有較低容量的信道上發(fā)射的信號是按照較高容量的信道進行語音編碼的，并且信道編碼是根據上述語音編碼的數據以這種方式完成的，即所得到的符號數對應于較低容量的信道。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于語音編碼的數據塊包含112個符號，并且語音信號塊可分為三部分(Ia，Ib，II)，分別包含73，22和17個符號，3個糾錯符號被加在中間的22個符號的部分(Ib)中，頭兩部分(Ia和Ib)結合起來，加上5個已知的尾部符號，以這種方式得到的103個符號是用效率比1/4進行卷積編碼的，在后面的17個符號部分(II)中加上5個已知的尾部符號，以這種方式得到的22個符號是以效率比1/2進行卷積編碼。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于卷積編碼的符號是以在8個時隙期間交錯的形式被發(fā)射的。
4.使用至少具有兩個不同容量的信息信道的一個數據傳輸系統，用至少兩種不同的編碼方法對在上述信道上發(fā)射的語音以這樣方式進行編碼即在具有較高容量的信道上比起在具有較低容量的信道上，在相同的語音信號塊對實質上更少的要發(fā)射的符號進行編碼，其特征在于在至少一個具有較低容量的該系統的信息信道上發(fā)射的信號按照較高容量的信道進行語音編碼，而信道編碼是根據這樣語音編碼的數據以這種方式來完成的，即所得到的符號數對應于較低容量的信道。
5.使用至少具有兩個不同容量的信息信道的一個蜂窩無線系統，用至少兩種不同的編碼方法對在上述信道上發(fā)射的語音以這樣的方式進行編碼即在具有較高容量的信道上比起在具有較低容量的信道上，在相同的語音信號塊對實質上至少的要發(fā)射的符號進行編碼，上述系統至少有一個使用跳頻的載波頻率，其特征在于在系統的至少某些網孔中，基地臺(BTS)的覆蓋范圍包含一個內部覆蓋區(qū)(50)，使用一個具有較低容量或是較高容量的不使用跳頻的信息信道；和一個外部覆蓋區(qū)(51)，使用一個具有較低容量的信息信道，在上述信道上發(fā)射的信號按照較高容量的信道進行語音編碼，而信道編碼是根據這樣語音編碼的數據以這種方式來完成的，即所得到的符號數對應于較低容量的信道，在上述信道上應用跳頻技術。
6.按照權利要求5的一個蜂窩無線系統，其特征在于位置靠近基地臺(BTS)的用戶終端設備(MS1，MS2)在無跳頻的信息信道上與基地臺通信，而位置距基地臺(BTS)較遠的終端設備(MS3，MS4)在跳頻的信息信道上與基地臺通信。
7.按照權利要求5的一個蜂窩無線系統，其特征在于從一個覆蓋區(qū)移入另一覆蓋區(qū)的用戶終端設備完成基地臺(BTS)內部移交。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個數據傳輸方法，數據傳輸系統以及一個使用具有至少兩個不同容量的信息信道的蜂窩無線系統，它以這樣的方式對在上述信道上發(fā)射的語音進行編碼，即在具有高容量的信道上比起在具有低容量的信道上，從相同的語音信號塊對實質上更少的要發(fā)射的符號進行編碼。為了擴展本發(fā)明的蜂窩無線系統的覆蓋范圍，基地臺(BTS)的覆蓋范圍包含一個內部覆蓋區(qū)(50)，它不使用跳頻技術；和一個外部覆蓋區(qū)(51)，它使用具有更低容量的信息信道，按照高容量的信道對在該信道上發(fā)射的信號進行語音編碼，而信道編碼是根據這樣的語音編碼的數據以這種方式完成的，即符號數對應于較低容量的信道，并且在該信道上使用跳頻技術。
文檔編號H04B7/26GK1143434SQ95191960
公開日1997年2月19日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權日1994年12月19日
發(fā)明者皮特里·喬瑪, 王林 申請人:諾基亞電信公司