專利名稱：智能分組重發(fā)方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能分組重發(fā)方案，更具體地涉及意在改進(jìn)所謂衰落現(xiàn)象占優(yōu)勢的環(huán)境中利用無線鏈路的智能分組重發(fā)方案。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，無線電波作為電磁EM行波通過空間傳播。信號能量以電場E和磁場H的形式存在。電磁場隨時間正弦變化。兩個場總是同時存在，因為電場的改變產(chǎn)生磁場而且磁場的改變產(chǎn)生電場。因此，存在從一個場到另一個的連續(xù)能量流。
無線電波從不同方向帶有不同時延地到達(dá)無線通信系統(tǒng)中的移動站。在接收機天線中通過矢量相加合并，所得的信號具有或大或小的幅度，根據(jù)合并的輸入電波彼此加強還是彼此抵消而定。因此，一個位置上的接收機所得到的信號強度比僅在很短距離以外的一個類似接收機相差幾十dB。當(dāng)移動站從一個位置移動到另一個時，各個輸入電波之間的相位關(guān)系也可能改變。因此，基本上存在幅度和相位波動，即信號受到衰落的影響。也應(yīng)該注意的是每當(dāng)存在移動站的相對移動，接收信號中也就有多普勒頻移。
在移動無線電話情況下，衰落和多普勒頻移由于接收機通過空間變化的場而出現(xiàn)。此外，也由于無線電波散射物體的運動，例如轎車、卡車、植被等。因此，多徑傳播的影響是產(chǎn)生幅度隨著位置快速變化的接收信號。此外，在UHF以及更高的頻率，即使移動裝置或手機沒有運動，散射物體的運動也會引起衰落的出現(xiàn)。


圖19說明了移動無線信號整個的衰落特性。這里，本地多徑引起的快速波動稱為快衰落或瑞利衰落。
圖20表示這種衰落現(xiàn)象的基本機制。隨著移動電話越來越普及，特別是城市中的用戶密度持續(xù)增加。因此，在這種環(huán)境中使用移動站，產(chǎn)生了上述幅度和相位波動。如圖20所示，無線電波從不同方向到達(dá)，使信號從發(fā)射天線T到接收天線R走了一條以上的路徑。信號不是從發(fā)射天線直接接收的，而是從例如建筑物B1到B6反射的其它方向上來的?？偟膩碚f，信號通過這些建筑物B1到B6的幾個反射到達(dá)移動站MS。
這意味著接收信號是很多相同的但是(例如)只有相位不同、或在某種程度上幅度也不同的信號的和。這最終意味著相同信號的和趨于非常接近0，而且信號強度也非常接近0，最差情況的衰落波谷。
如圖21所示，另一類衰落源于陰影效應(yīng)，即移動站在有障礙的環(huán)境中使用。根據(jù)圖21，在移動站的發(fā)射天線T和接收天線R之間存在山H和建筑物B，因此接收信號在強度上減弱了。
陰影效應(yīng)引起的衰落稱為對數(shù)正態(tài)衰落，因為信號強度的對數(shù)在某個均值附近取正態(tài)分布的形式。通常，兩個最小值或衰落波谷之間的距離大概是10到20米。與對數(shù)正態(tài)衰落非常相關(guān)的衰落效應(yīng)是所謂萊斯衰落。具體而言，在發(fā)射天線T和接收天線R之間依賴自由視線傳播的系統(tǒng)中視線被阻礙時會出現(xiàn)這種效應(yīng)。在這種情況下，當(dāng)視線被阻擋時信號強度會大大降低而且接收天線只收到反射信號。
此外，根據(jù)圖19，隨著距離信號強度降低的第三種現(xiàn)象是路徑損耗，當(dāng)接收信號由于發(fā)射天線T和接收天線R之間的距離增加而越來越弱時出現(xiàn)。頻率越高，衰減越大。
最后，如圖22所示，數(shù)據(jù)分組的傳輸導(dǎo)致了時間色散現(xiàn)象。時間色散也起源于反射，但是與多徑衰落的反射信號相反，來自與接收天線R相距很遠(yuǎn)的物體，即公里量級。時間色散導(dǎo)致符號間干擾，即連續(xù)的符號彼此干擾，在接收機側(cè)很難判斷檢測出的是哪個實際符號。
由于反射信號來自很遠(yuǎn)的物體，而不是單個脈沖，因此可能收到多個與長距離以及有關(guān)延遲時間關(guān)聯(lián)的獨立脈沖。因此假如從發(fā)射天線發(fā)送序列1、0，如圖22所示，在反射信號比直接信號的到達(dá)恰好晚1比特時間情況下，接收天線在從直射波檢測到0值的同時會檢測到反射信號的1值，這樣兩個符號就會干擾。
正如上面所概述的，所有無線系統(tǒng)必須對付無線鏈路不可靠的特性。單個比特或一串比特的損耗屬于無線鏈路的正常特點。而且，信息丟失是由于信號強度變化引起的，即當(dāng)信號強度降到某個門限以下時使通信變得不可能。
為了克服信號強度變化的問題，在不同協(xié)議層使用了很多機制。這些機制有，例如，前向糾錯、功率控制、跳頻以及重發(fā)。
根據(jù)本發(fā)明，特別考慮了數(shù)據(jù)丟失情況下的重發(fā)問題及其機制的改善。這里對發(fā)射數(shù)據(jù)添加冗余，以使接收一側(cè)能夠檢測傳輸錯誤。所確定的冗余量使比特錯誤的檢測能夠進(jìn)行，但是不能糾正。在接收機檢測到這種比特錯誤時，它請求相應(yīng)數(shù)據(jù)的發(fā)送再來一次。這通常是通過發(fā)送到發(fā)送者的否定應(yīng)答來實現(xiàn)的。此外，應(yīng)答必須在不可靠的無線鏈路上為每個發(fā)送數(shù)據(jù)項發(fā)送。這些應(yīng)答可以放在一起確認(rèn)多個數(shù)據(jù)項，或每個數(shù)據(jù)項單獨確認(rèn)。
發(fā)送應(yīng)答的恰當(dāng)方式根據(jù)附加的信令信息量以及必須考慮的端用戶經(jīng)歷的延遲來決定。一旦規(guī)定了重發(fā)方案中的應(yīng)答，每個數(shù)據(jù)丟失就用同一方式處理，不管干擾的類型是什么。甚至更差的是，沒有超過某個門限的數(shù)據(jù)根本不被處理，因為干擾持續(xù)時間太長時完整的連接已經(jīng)丟失了。
發(fā)明的概述考慮到上述情況，發(fā)明的目的是為改進(jìn)面向無線分組的傳輸系統(tǒng)中多用戶接入的無線鏈路信道的利用。
根據(jù)發(fā)明的一個方面，這個目的分別通過具有權(quán)利要求1、7和18特征的無線通信系統(tǒng)的傳輸裝置來實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個重要優(yōu)點是通過區(qū)分無線鏈路的不同干擾，提供了在必須對付衰落現(xiàn)象的環(huán)境中改進(jìn)無線數(shù)據(jù)鏈路利用的機制。因此，可以實現(xiàn)不同衰落效應(yīng)影響重發(fā)方案，因為重發(fā)方案依賴于干擾類型及其原因。
本發(fā)明的另一個好處是不限制特定的無線通信系統(tǒng)，可以用于任何以數(shù)據(jù)包形式發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，給出的例子是GPRS General PacketRadio Service System(通用分組無線業(yè)務(wù)系統(tǒng))或ATM無線通信系統(tǒng)。
此外，本發(fā)明的好處隨著傳輸速率的增加而增長，因為檢測到長時間干擾的情況下讓其它用戶使用無線鏈路資源能夠增加傳遞的數(shù)據(jù)量。
總的來說，根據(jù)本發(fā)明，重發(fā)嘗試只是在存在成功機會的情況下進(jìn)行。
而且，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，這個目標(biāo)是通過根據(jù)權(quán)利要求31的無線通信系統(tǒng)的移動單元來實現(xiàn)的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的移動單元適配于考慮干擾可能出現(xiàn)在移動單元到各個傳輸裝置的無線信道鏈路上，而且有關(guān)干擾類型的信息可以很容易地從移動單元接收的信號得到。
因此，不同的干擾，即瑞利衰落、對數(shù)正態(tài)衰落、路徑損耗衰落等可以在移動單元中歸類。根據(jù)本發(fā)明，建議向有關(guān)的傳輸裝置重發(fā)有關(guān)干擾類型的信息，因此可以避免任何不成功的數(shù)據(jù)分組傳輸嘗試。
由于移動單元發(fā)送的應(yīng)答消息已經(jīng)包含將干擾類型歸類的信息，因此可以立即重新指定傳輸裝置內(nèi)的傳輸信道，不進(jìn)行更多的傳輸嘗試。而且，使用根據(jù)本發(fā)明的移動單元可以用對這些干擾現(xiàn)象的改進(jìn)監(jiān)視預(yù)防各種干擾現(xiàn)象。而且，使用有關(guān)干擾的與位置有關(guān)信息，可以改善使用匱乏的無線資源。
附圖的簡要描述針對附圖描述發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明的傳輸裝置的示意圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的無線通信系統(tǒng)內(nèi)所用的移動單元的示意圖；圖3表示與無線通信系統(tǒng)中的無線信道有關(guān)的角度幾何形狀以及衰落現(xiàn)象的分析；圖4表示短時衰落的瑞利分布；圖5分別表示100MHz和300MHz頻率處一個組成區(qū)域中接收場的模型；圖6表示根據(jù)瑞利衰落，在時間上幅度變化的例子；圖7表示根據(jù)長時衰落現(xiàn)象的對數(shù)正態(tài)分布；圖8表示按照Okumura的城市區(qū)域中相對自由空間的基本路徑損耗；圖9表示作為范圍函數(shù)的城市區(qū)域中基站高度／增益因子；圖10表示作為頻率和城市化函數(shù)的城市區(qū)域中的移動站天線高度／增益因子；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的重發(fā)方案的基本流圖；圖12表示GSM通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS參考模型；圖13表示圖12中說明的GSM通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS內(nèi)的一般路由選擇情況；圖14表示注冊過程，作為根據(jù)發(fā)明的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)腉PRS移動管理的一個例子；圖15表示GPRS路由選擇更新過程，作為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)腉PRS移動管理的另一個例子；圖16表示本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)它移動站得到與位置有關(guān)數(shù)據(jù)，計算成功傳輸?shù)臋C會，而不進(jìn)行重復(fù)的重傳嘗試；圖17表示有線ATM網(wǎng)絡(luò)的高層框圖；圖18表示根據(jù)本發(fā)明使用重發(fā)機制的ATM無線通信系統(tǒng)；圖19表示信號電平與發(fā)射天線距離的圖；圖20表示出現(xiàn)瑞利衰落的典型環(huán)境；圖21表示出現(xiàn)對數(shù)正態(tài)衰落的典型環(huán)境；圖22表示單個脈沖最初發(fā)射時的時間色散現(xiàn)象；以及時間色散出現(xiàn)的典型環(huán)境。
優(yōu)選實施例的描述下面將描述發(fā)明的重發(fā)方案的不同方面及其應(yīng)用首先，將描述適于所發(fā)明的重發(fā)方案使用的最通用形式的傳輸裝置。其次，本發(fā)明的另一個方面涉及在無線通信網(wǎng)中漫游的移動單元并適配于建立應(yīng)答消息，向有關(guān)傳輸裝置表明干擾類型。因此當(dāng)移動已經(jīng)包含了有關(guān)可能干擾的信息時可以避免傳輸裝置中的任何重發(fā)。第三，所發(fā)明的重發(fā)機制在GSM通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS無線通信網(wǎng)中的不同應(yīng)用情況將考慮不同的通信情況(即分別為數(shù)據(jù)傳遞和移動管理)來討論。第四，將針對特定的例子描述發(fā)明的重發(fā)機制以及根據(jù)發(fā)明的第一及第二方面的傳輸裝置和移動單元在ATM無線通信網(wǎng)中的應(yīng)用。
圖1表示根據(jù)有關(guān)發(fā)明第一方面的傳輸裝置10的示意圖。這里傳輸裝置10包括發(fā)送及接收單元12，向通過無線鏈路16連接到傳輸裝置10的至少一個漫游移動單元發(fā)送并接收數(shù)據(jù)分組。此外，傳輸裝置10包括連接到發(fā)送及接收單元12輸出的傳輸監(jiān)視單元18，確定發(fā)送及接收單元12和移動單元14之間的傳輸是否成功實現(xiàn)。傳輸信道分配單元20連接到傳輸監(jiān)視裝置18并用于改變傳輸裝置10和移動單元14之間的無線信道分配。此外，傳輸信道分配單元20分別連接到信道狀態(tài)單元22和表，以及請求表單元24。信道狀態(tài)表單元22的功能是存儲傳輸裝置10所支持的無線鏈路的狀態(tài)，例如可用或阻塞。而且請求表單元24用于分別管理移動單元14對上行鏈路和下行鏈路無線信道的請求。
下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的傳輸裝置10的功能。為此，可以假設(shè)數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臒o線鏈路信道在(例如)移動單元14-1和發(fā)送及接收單元12之間建立。在正常操作過程中，數(shù)據(jù)分組連續(xù)地在移動單元14-1和發(fā)送及接收單元12之間發(fā)送，而傳輸監(jiān)視單元18等待應(yīng)答，如圖11所示。具體來說，傳輸監(jiān)視單元18連續(xù)地確定數(shù)據(jù)分組傳輸是否成功。如果不成功，傳輸監(jiān)視單元18進(jìn)一步確定同一數(shù)據(jù)分組成功重發(fā)的機會。這種評估的例子是在幾次重發(fā)之后，假設(shè)任何進(jìn)一步的嘗試不會成功，因此任何附加的傳輸嘗試將導(dǎo)致更多的無線資源浪費。在這種情況下，傳輸監(jiān)視單元18將激活傳輸信道分配單元20，將通信路徑分別切換到另一個移動單元14-2，…，14-n以及無線信道。
如圖1所示，實現(xiàn)這種重分配的幾種方式都是可能的。直接的方法是順序掃描無線鏈路信道16-1、16-2、…、16-N。另一種選擇是將傳輸信道分配單元20另外連接到通用狀態(tài)表單元22，以避免重新分配到目前被阻塞的無線信道。該原因可能是移動單元14(例如)目前處于待機方式，因此不能使用或?qū)Ｓ脽o線信道預(yù)留給其它應(yīng)用。
如圖1所示，給每個移動單元14分配了隊列λ1、λ2、…、λN，在移動單元一側(cè)分別存儲上行鏈路和下行鏈路信道請求。此外，當(dāng)移動單元14沒有與發(fā)送及接收單元12通信時，它可以將不同隊列中的通信請求饋入傳輸裝置10的請求表單元24中。這樣可以在移動單元14和傳輸裝置10之間實現(xiàn)進(jìn)一步的通信加速，因為傳輸信道分配單元20可以選擇下一次將要連接的移動單元14，方法是或者直接跳過沒有請求的移動單元、或者使用指定給不同請求的優(yōu)先權(quán)以避免高優(yōu)先權(quán)通信請求的任何延遲。
因為上面已經(jīng)概述了根據(jù)本發(fā)明的第一方面基于重復(fù)數(shù)據(jù)分組傳輸，直到確定在上一次傳輸嘗試過去以后的一個預(yù)定時間內(nèi)沒有更多的重發(fā)會成功。在典型的例子中，干擾不是由短時瑞利衰落效應(yīng)引起的，而是由持續(xù)較長的對數(shù)正態(tài)衰落效應(yīng)引起的。當(dāng)數(shù)據(jù)分組在比預(yù)定時間段(例如20毫秒)長的時間內(nèi)不能發(fā)送時，傳輸監(jiān)視單元18就假設(shè)該效應(yīng)會持續(xù)得更長，例如100毫秒，因此將干擾歸類為對數(shù)正態(tài)衰落。當(dāng)傳輸監(jiān)視單元18在20毫秒過后啟動傳輸信道分配單元20時，其余的80毫秒可用于其它的重發(fā)嘗試，因此相當(dāng)大地改進(jìn)了傳輸裝置10的傳輸性能。為了實現(xiàn)根據(jù)發(fā)明的這個第一方面，需要移動單元14接收的應(yīng)答在較短時間間隔內(nèi)發(fā)送，因為干擾持續(xù)(例如)每10毫秒。這種情況下的另一個先決條件是數(shù)據(jù)分組比較小，例如ATM無線通信系統(tǒng)中53字節(jié)的ATM信元。
從上面可以看出，本發(fā)明的第一方面涉及傳輸裝置10只從移動單元14接收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答消息而不是有關(guān)傳輸裝置10和移動單元14之間無線鏈路質(zhì)量的任何特定信息的情況。因此，必須將發(fā)送至少重復(fù)幾次以便確定重發(fā)嘗試的成功性。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，建議通過給移動單元提供包含有關(guān)無線鏈路質(zhì)量信息的輸出應(yīng)答消息避免這種嘗試。這里當(dāng)然應(yīng)該注意這種信息通常只能在移動單元14一側(cè)得到，因為只有在這里無線傳輸?shù)膶嶋H接收條件才能被檢查。
圖2表示根據(jù)發(fā)明第二方面的移動單元14的實施例，可以用重發(fā)到傳輸裝置10(如圖1所示)的應(yīng)答消息提供有關(guān)接收信號強度和特征的信息。
如圖2中所示，移動單元14包括發(fā)送及接收單元26，向傳輸裝置10發(fā)送數(shù)據(jù)分組并從中接收。此外，移動單元14包括信號跟蹤單元28，跟蹤發(fā)送及接收單元26接收信號的過程。此外，移動單元14包括傳輸分析單元30，接收跟蹤信號作為輸入并用于確定在信號傳輸過程中是否出現(xiàn)了干擾。而且，傳輸分析單元30適于確定干擾類型的數(shù)量。此外，應(yīng)答建立單元32接收傳輸分析單元30的輸出信號，并適于提供包括信號傳輸過程中出現(xiàn)的干擾類型及大小的應(yīng)答消息。如圖2所示，應(yīng)答建立單元32可以通過接收及發(fā)送單元26向發(fā)送裝置10發(fā)回應(yīng)答。
本發(fā)明第二方面與針對圖1所描述的第一方面的主要區(qū)別是由于在移動單元14重發(fā)的應(yīng)答消息中插入有關(guān)干擾類型的信息，傳輸裝置10檢測到無線信道的干擾而進(jìn)行的數(shù)據(jù)分組的重發(fā)不再必要。相反，當(dāng)表示干擾的應(yīng)答消息由圖2所示的移動單元14發(fā)送到圖1所示的傳輸裝置10時，傳輸監(jiān)視單元18可以立即激活發(fā)送信道的重分配，因此節(jié)省了不必要的重發(fā)嘗試，并進(jìn)一步改進(jìn)了無線通信系統(tǒng)內(nèi)的傳輸效率。
下面將討論根據(jù)發(fā)明的傳輸分析單元20的細(xì)節(jié)及原則。為此，也就本發(fā)明所涉及的部分簡單總結(jié)本發(fā)明方法的背景理論。
將解釋傳輸分析單元30和移動單元14如何可以檢測瑞利衰落。根據(jù)本發(fā)明，提供了兩種估計確定這種瑞利衰落，即兩個衰落最小值之間的距離估計以及接收信號在規(guī)定電平的過電平率估計。
通常根據(jù)發(fā)明的第二方面，兩個衰落最小值之間距離的一階估計是d=λ／2(1)這里λ是RF信號的波長。也可以從表示由于瑞利衰落造成的典型幅度變化的圖3中得到，其中時間單位是通過一個波長的時間。
這里，對于(例如)GSM通信系統(tǒng)，在f=900MHz，兩個最小值之間的距離大約是d=16．7cm。900MHz的GSM系統(tǒng)的合適最小值大小可以估計為s=1．67cm。盡管這里根據(jù)s=d／10規(guī)定了一個值，但是根據(jù)本發(fā)明能夠清楚區(qū)分的任何值都是適合的。假設(shè)移動站以速度v移動，而且無線信號的波長是λ，兩個衰落最小值之間的時間被確定為τ=λ/(2v)=dv------(2)]]>因此，假設(shè)900MHz的GSM系統(tǒng)的距離是16．7cm并假設(shè)移動接收機以50公里／小時行駛，兩個衰落波谷之間的時間大約是10．7ms。假設(shè)速度是5公里／小時，移動站在這種衰落最小值中的持續(xù)時間可以估計為16．2ms。對于操作在5GHz的無線通信系統(tǒng)，持續(xù)時間將是2．16ms。這些數(shù)字給出了瑞利衰落效應(yīng)的概念，因此可以認(rèn)為瑞利衰落效應(yīng)是最多達(dá)20ms持續(xù)時間的短時干擾，如上所述。
因此，根據(jù)瑞利衰落現(xiàn)象的這個第一階估計，傳輸分析單元30將確定兩個衰落最小值之間的估計持續(xù)時間低于預(yù)定門限值(例如上述的20毫秒)時的瑞利衰落。在這種情況下，應(yīng)答建立單元32將包括表示瑞利衰落現(xiàn)象距離以及兩個瑞利衰落最小值之間持續(xù)時間的信息。在這種情況下，圖1所示的傳輸裝置可以立即實現(xiàn)無線信道的重分配，而不重復(fù)重發(fā)嘗試。
但是，正如下面所表示的，本發(fā)明的第二方面也可以用根據(jù)具有改進(jìn)精度的瑞利衰落特性的改進(jìn)估計方法來實現(xiàn)。具體來說，這個改進(jìn)的估計技術(shù)依賴于如下的接收信號分析。
通常，接收信號s(t)表示為兩部分的乘積，受長時衰落m(t)影響的信號以及受短時衰落影響的信號r(t)s(t)=m(t)·r(t)(3)為了分析不同的衰落效應(yīng)，假設(shè)在每個接收點存在N個等幅度的平面波，其Z軸垂直于X-Y平面，如圖5所示。這個圖5也表示了第ⅰ個散射平面波的路徑角幾何形狀。當(dāng)發(fā)送信號垂直極化時，即電場矢量沿著Z軸，接收移動站的場分量是電場Ez、磁場Hx以及磁場Hy。接收點處的這些分量用復(fù)等效基帶形式表示，使用Clarke模型 這里αi=相對載波平面的相角Eo=N平面波的幅度，以及η=本征波阻抗，如下給出 其中μo=自由空間磁導(dǎo)率(4πx10-7)H／m，εo=自由空間電導(dǎo)率(8．854×10-12)F／m。
使用這個模型，短時和長時衰落效應(yīng)的分析分別可以通過使用中心極限定理觀察αi和φi獨立無關(guān)，從而Ez、Hx和Hy是復(fù)高斯變量?？紤]式(4)中場密度Ez的RF版本E1=E0Σi=1Nej(ω)c(+φi)------(5)]]>Ez的實部如下Re[Ez]=EoΣi=1Ncosωctcosφi-EoΣi=1Nsinωctsinφi------(6)]]>令A(yù)c=EoΣi=1Nφcosφi]]>而且As=EoΣi=1Nφsinφi]]>那么式(6)可以寫做Re[Ez]=Accosωct- Assinωct (7)這里φi是0到2π之間的一致分布，Ac和As的均值為0，Ac和As的均方值為E(Ac2)=E(As2)=Eo22=Po]]>即移動單元的平均接收功率。由于Ac和As是不相關(guān)的，E[AcAs]=0。
因此，Ac和As的密度服從正態(tài)分布，而且Ac和As的包絡(luò)如下r=(Ac2+As2)1/2(8)兩個高斯函數(shù)的平方和開方是圖5所示的瑞利分布。p(r)=rPoe(-r2)/2(Po)-----(9)]]>其中2Po=2σ2，是受到短時衰落影響成分的均方功率，r2是瞬時功率。
這個瑞利衰落概率密度函數(shù)描述了圖3所示信號的信號包絡(luò)的一階統(tǒng)計，具體來說，是在平均電平可以認(rèn)為是常數(shù)的足夠短距離上。一階統(tǒng)計是距離不是因子的統(tǒng)計，瑞利分布給出包絡(luò)處于規(guī)定值之下的位置或時間的整個百分比這樣的信息。
此外，瑞利分布允許定量描述出現(xiàn)任何深度衰落的比率以及任何給定深度下衰落的平均持續(xù)時間。這個信息不只是對選擇無線通信系統(tǒng)中的傳輸比特率、字長以及編碼方案有用，而且允許提供規(guī)定信號電平下平均衰落持續(xù)時間的信息，因此提供根據(jù)發(fā)明的接收信號分析。
具體來說，根據(jù)發(fā)明估計干擾的改進(jìn)方法以規(guī)定信號電平R下接收信號的過電平率N(R)作為瑞利現(xiàn)象的特征。這個信號交叉率定義為接收信號正向跨越電平的每秒平均次數(shù)，即r＞0。 這里P(R，r)是R和r的聯(lián)合概率密度函數(shù)。
使用式(10)，圖7所示的電平R處的平均過電平率為N(R)=πσ2Rfme(-R2)2σ2------(11)]]>這里2σ2=均方值，因此，rms=2σ]]>是均方根值。(例如)垂直單極子天線過電平率可以表示為N(R)=2πfmρe-p2=nonR------(12)]]>這里ρ=R2σ=RRRMS]]>因此，ρ是規(guī)定電平與衰落包絡(luò)的rms幅度之比，而且 nR是歸一化過電平，與波長和車輛速度無關(guān)，v=車輛速度，而且λ=載波波長優(yōu)選地，發(fā)明的傳輸分析單元30使用N(R)的近似表達(dá)式為N(R)≡2πvλ-ρ-----(13)]]>使用上述結(jié)果，規(guī)定電平R以下的平均衰落持續(xù)時間可以從下式找到 傳輸分析單元30將使用的τ(R)近似表達(dá)式如下τ(R)=λvρ2π-----(16)]]>使用上述公式和近似，900MHz數(shù)字通信系統(tǒng)、車速24公里／小時，在-10dB電平處過電平率的計算以及衰落平均持續(xù)時間的計算如下實現(xiàn)在900MHz， 從圖7可見，在-10dB處ng=O．32。N(R)=0．32×50=16．0衰落／秒ρep2=nR=0.32]]>ρ=0．294 使用近似表達(dá)式，得到衰落電平=p=-10dB20logρ=-10ρ=10-10/20=0.3162]]> 使用上述技術(shù)和公式，根據(jù)本發(fā)明第二方面的移動單元14的傳輸分析單元30可以用改善的精度估計瑞利現(xiàn)象。因此，本發(fā)明第二方面的實現(xiàn)能夠避免由于無線信道條件的曲解而造成的無線信道的錯誤重分配。
如圖9所示，圖2所示的傳輸分析單元30所識別的第二類衰落是陰影效應(yīng)產(chǎn)生的對數(shù)正態(tài)衰落，即移動單元在有障礙物的環(huán)境(例如，圖21所示的環(huán)境)中使用。這里，當(dāng)(例如)考慮辦公環(huán)境中干擾通信鏈路的個人，持續(xù)時間可以從式(2)近似得到144毫秒，其中d=0．2米，v=5公里／小時。此外，隨著通過隧道的火車漫游的移動單元14會受到持續(xù)幾秒的干擾?？傊?，對數(shù)正態(tài)衰落產(chǎn)生的情況比瑞利衰落引起更長的通信干擾。
因此，根據(jù)發(fā)明的第二方面，建議將對數(shù)正態(tài)干擾標(biāo)志為長持續(xù)干擾，這樣可以將無線資源用于其它沒有干擾的傳榆中。因此，無線鏈路在必須對付衰落效應(yīng)的環(huán)境中的使用就大大改善了。
為了認(rèn)識到在等于上述對數(shù)正態(tài)干擾持續(xù)時間的時間間隔內(nèi)可以在無線鏈路上另外傳輸多少數(shù)據(jù)，下面進(jìn)行了一些計算。
以每秒9．6千比特發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)在100毫秒內(nèi)會發(fā)送120字節(jié)；因此以每秒2兆比特發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)在100毫秒內(nèi)會發(fā)送25千字節(jié)；最后，以每秒155兆比特發(fā)送數(shù)據(jù)的系統(tǒng)在100毫秒內(nèi)會發(fā)送1．9兆字節(jié)。因此，當(dāng)增加工作頻率以便在無線通信系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)更高比特率時，考慮根據(jù)本發(fā)明的對數(shù)正態(tài)干擾就變得越來越重要。
根據(jù)發(fā)明要考慮的下一種情況是路徑損耗現(xiàn)象。當(dāng)接收信號由于移動通信系統(tǒng)中的發(fā)射天線10與漫游移動單元14之間的距離增加從而變得越來越弱時，就會出現(xiàn)這個現(xiàn)象。換一句話說，在發(fā)射側(cè)和接收側(cè)沒有障礙存在，只有路徑損耗現(xiàn)象。對于這種自由空間情況，假設(shè)對于給定的發(fā)射天線，移動單元14接收的功率密度與發(fā)射天線10和接收移動單元14之間的距離d的平方成反比，并與發(fā)射頻率f的平方成反比。這樣得到空間衰減功率損耗為Ls～d-2·f-2(17a)或者用[dB]Ls(dB)=33．4(dB)-20 log(fMHz)-20 log(dkm)，(17b)這里，33．4(dB)是比例常數(shù)。
應(yīng)該注意到這個簡單公式只對發(fā)射站附近的陸地移動無線通信系統(tǒng)有效。由于非理想地平面帶來的更好近似是平均信號強度以10-4遞減。
但是，由于在現(xiàn)實環(huán)境中無線電波傳播的數(shù)學(xué)模型很復(fù)雜，已經(jīng)開發(fā)了預(yù)測傳播損耗的經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀＝?jīng)驗和半經(jīng)驗?zāi)Ｐ涂梢杂糜谟嬎愠鞘?、郊區(qū)以及農(nóng)村環(huán)境中的傳播路徑損耗，以便改善根據(jù)發(fā)明的干擾檢測精度。
根據(jù)發(fā)明，當(dāng)實際的均值和實際的信號強度與預(yù)測均值和信號強度非常不同時，這就表示有干擾，因此要將無線資源重分配給無線通信系統(tǒng)的其它用戶。
對自然地面形成的物體影響無線傳播已經(jīng)積累了各種經(jīng)驗，使用如下特征對地面物體類型歸類建筑物特征，例如密度、高度、位置和大小。應(yīng)該注意到?jīng)]有單一模型統(tǒng)一地用于所有環(huán)境，而且給定環(huán)境中特定模型的精度依賴于模型所需參數(shù)與所關(guān)心區(qū)域提供的參數(shù)之間的配合。通常目標(biāo)是預(yù)測小區(qū)域內(nèi)的平均信號強度以及隨著移動單元移動信號強度的變化。
可以用于本發(fā)明框架的一個這樣的預(yù)測模型是Okumuara模型，基于感興趣的點之間的預(yù)測空間路徑損耗。
具體來說，在傳輸分析單元30中，從圖8得到的表示預(yù)存圖的Amu(f，d)的值加入自由空間損耗。Amu是下述情況下相對自由空間的中等衰減在準(zhǔn)平滑陸地上的城市區(qū)域中，(例如)基站的有效天線高度hTe=200m，移動天線高度hR=2m。Amu是頻率(范圍在100-3000MHz內(nèi))和相距基站距離(1-100公里)的函數(shù)。圖9和10所示的校正因子用于考慮沒有處于參考高度的天線。用于傳輸分析單元30中模型的基本公式是L50=Lf+Amu+GTu+GRudB (18)這里，L50是中等路徑損耗，Amu(f，d)=相對自由空間的城市區(qū)域中等衰減(參考圖4，8)，Lf=自由空間損耗，GTu=基站天線高度增益因子，cmp圖8，以及GRu=移動天線高度增益因子，cmp圖9。
圖形形式的另外的校正因子用于考慮街道走向以及郊區(qū)和農(nóng)村區(qū)域和不規(guī)則地面上的傳輸。這些校正按需要增減。不規(guī)則地面還歸類為起伏不平的山地、孤山、普通滑坡地面以及混合的陸地-海洋路徑。
可以與Okumuara的模型比較的其它模型建議有Sakagmi和Kuboi、Hata、M．F．Ibrahem和J．D．Parsons、以及W．C．Y．Lee，這些模型的描述見(例如)Prentice Hall出版的Wireless andPersonal Communication System(無線及個人通信系統(tǒng))，K．Garg和E．Willikes著。要注意的是這些模型可以因此用于發(fā)明的框架，并在此結(jié)合參照。
最后，根據(jù)發(fā)明的無線通信系統(tǒng)的傳輸裝置10處理的另一個問題是估計圖22所示的時間色散現(xiàn)象。如上述，由于多徑反射無線信號經(jīng)過多條無線路徑。由于每條路徑有不同的路徑長度，每條路徑的到達(dá)時間不同，這樣產(chǎn)生信號的模糊和擴散，稱為時延擴散或時間色散，如圖22所示。在無線數(shù)字通信系統(tǒng)中，這個時延擴散引起符號間干擾，因此限制了數(shù)字多徑信道的最大符號率。具體來說，主要的時延擴散定義為 其中D(t)是時延概率密度函數(shù)而且 D(t)dt=1。典型的例子是指數(shù)D(t)=letτdτd]]>歸一化D(t)=τd2,0≤t≤2τd]]>D(t)=0，其它當(dāng)移動單元不能對付色散現(xiàn)象時，例如通過接收機側(cè)的分集接收，這個事實會通過應(yīng)答消息再次重發(fā)到發(fā)送裝置10，以便實現(xiàn)發(fā)送一側(cè)的重分配，更好地使用無線資源。
這種情況的典型例子是GSM系統(tǒng)，其中空中接口的凈比特率是每秒270千比特，使一比特的時間為3．7微秒。因此，一比特對應(yīng)于1．1公里，因此當(dāng)移動單元后一公里存在反射時，反射信號比直接信號路徑長2公里。這意味著反射信號將包含比所需信號晚兩比特時間的信號與所需信號混合。
上面描述了用于估計移動單元中不同衰落現(xiàn)象的一階和二階模型。這樣能夠得到移動單元中已有無線信道的質(zhì)量信息，使從移動單元14重發(fā)到傳輸裝置10的應(yīng)答可以提供有關(guān)無線信道干擾類型的信息(如果這樣的信息存在的話)。因此在干擾情況下，傳輸裝置10可以立即對現(xiàn)有傳輸條件做出反映，以避免不必要的重傳嘗試。
此外，盡管上面已經(jīng)一般性地針對無線通信系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種衰落現(xiàn)象對本發(fā)明做出了描述，但是下面將描述這種無線通信系統(tǒng)的特定例子以及發(fā)明在其中的應(yīng)用。
第一個例子有關(guān)根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI的GSM通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS標(biāo)準(zhǔn)。GPRS是一種新的GSM業(yè)務(wù)，為移動GSM用戶提供實際的分組無線接入。根據(jù)GPRS，系統(tǒng)無線資源僅當(dāng)有東西要發(fā)送時才保留，而且同一無線資源被服務(wù)小區(qū)中的所有移動單元共享，能夠有效地利用匱乏的資源。GPRS促進(jìn)各種應(yīng)用，例如遙感、火車控制系統(tǒng)、交互式數(shù)據(jù)接入、計費系統(tǒng)以及使用環(huán)球網(wǎng)的互連網(wǎng)瀏覽。
與線路交換的GSM網(wǎng)絡(luò)相反，GPRS操作適于使用TCP／IP和X．25這樣的協(xié)議提供對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)網(wǎng)的連接。特別是，面向分組數(shù)據(jù)的GPRS網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施引入了新的功能單元而且移動管理的概念必須做修改。
如圖12所示，根據(jù)本發(fā)明實施的面向GPRS分組業(yè)務(wù)提供了從數(shù)據(jù)網(wǎng)邊緣向GPRS移動單元14的承載業(yè)務(wù)。因此，承載業(yè)務(wù)的用戶是(例如)公用網(wǎng)絡(luò)層軟件包IP和X．25。而且GPRS特定的應(yīng)用將使用GPRS業(yè)務(wù)。
在GPRS協(xié)議分層中，物理無線電接口由數(shù)目可變的TDMA時隙組成，即從1到8，因此提供了幾乎200 kbit／s的原始數(shù)據(jù)率。介質(zhì)訪問控制MAC利用物理無線接口資源，在移動單元14MS和服務(wù)GPRS支持節(jié)點之間對GPRS邏輯鏈路控制協(xié)議LLC提供服務(wù)。
邏輯鏈路控制協(xié)議LLC提供的最重要特性是點對多點尋址的支持以及作為本發(fā)明先決條件的數(shù)據(jù)幀重發(fā)的控制，正如上面的概述。
具體來說，LLC數(shù)據(jù)幀各包含控制和尋址域。通常，只有協(xié)議標(biāo)識符域和數(shù)據(jù)域包括在單個LLC幀中。這個數(shù)據(jù)域可以由點對點協(xié)議PPP數(shù)據(jù)幀組成，提供與介質(zhì)無關(guān)的機制，在點對點鏈路連接上交換不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元并由互連網(wǎng)工程任務(wù)組織IETF公布。
使用上述數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，GPRS移動通信系統(tǒng)中的一個主要問題是去／自移動單元14的數(shù)據(jù)分組路由選擇。這個問題可以分成兩個問題，數(shù)據(jù)分組路由選擇以及移動管理。因此，上述發(fā)明的重發(fā)方案如下應(yīng)用于這些路由選擇任務(wù)具體來說，如圖12所示，對于GPRS無線通信系統(tǒng)，內(nèi)部操作結(jié)構(gòu)由支持節(jié)點組成，即GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN和GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN。GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN的主要功能包括與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的交互。上面已經(jīng)提到的GGSN使用GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN提供的有關(guān)移動站路徑的路由選擇信息更新位置目錄并進(jìn)一步將根據(jù)GPRS標(biāo)準(zhǔn)封裝的外部數(shù)據(jù)網(wǎng)協(xié)議分組路由選擇到目前服務(wù)于MS的GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN。
如圖13所示，GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN的主要功能是在它的服務(wù)區(qū)中檢測新的GPRS移動單元14，以便處理這個GPRS移動單元14MS在GPRS登記表中的注冊過程，以及向GPRS單元14發(fā)送數(shù)據(jù)分組并從中接收。而且，GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN保持GPRS移動單元14MS在它的服務(wù)區(qū)內(nèi)部的位置記錄。GPRS登記表作為一個數(shù)據(jù)庫，SGSNGPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN可以從中得到新的GPRS移動單元14是否可以加入GPRS網(wǎng)絡(luò)。
如圖13所示，在GPRS移動通信系統(tǒng)內(nèi)，存在三種不同的路由選擇機制以及本發(fā)明的三種可能應(yīng)用移動站始呼的(路徑1)、當(dāng)GPRS移動單元14處于原籍網(wǎng)絡(luò)中時移動站端接的(路徑2)、以及當(dāng)GPRS移動單元14漫游到另一個GPRS網(wǎng)絡(luò)時移動站端接的(路徑3)。
根據(jù)圖13所示的例子，GPRS網(wǎng)絡(luò)由多個GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GSN和經(jīng)營者間的骨干網(wǎng)組成。這個經(jīng)營者間的骨干網(wǎng)使用可能每個經(jīng)營者不同的經(jīng)營者特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接一個經(jīng)營者的支持節(jié)點。使用這些網(wǎng)間互聯(lián)功能，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN可以連接到數(shù)據(jù)網(wǎng)，并連接到使用一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連接不同經(jīng)營者GPRS網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)營者間骨干網(wǎng)。
這種結(jié)構(gòu)的主要好處是靈活性、可縮放性(scaleability)以及互操作性，即每個經(jīng)營者可以使用任何協(xié)議實現(xiàn)獨立的骨干網(wǎng)，而與其它GPRS經(jīng)營者的通信只使用一個共同協(xié)議實現(xiàn)。這個經(jīng)營者間協(xié)議由于業(yè)務(wù)特性的原因是無連接的，例如，ETSI建議用Ipv6作為主骨干協(xié)議。此外，當(dāng)另外使用了本重發(fā)方案時，資源的可靠性以及有效利用可以得到更大的改善。
如圖13所示，從數(shù)據(jù)網(wǎng)的觀點來看，GPRS網(wǎng)類似數(shù)據(jù)網(wǎng)的子網(wǎng)。例如，在互連網(wǎng)中，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN看起來象IP路由器，其后隱藏著整個GPRS網(wǎng)絡(luò)。因此，數(shù)據(jù)網(wǎng)中的路由選擇機制完全與正常的互連網(wǎng)接收機情況相同。
根據(jù)圖13所示的與路徑1有關(guān)的數(shù)據(jù)路由選擇的第一個例子，GPRS移動單元14向數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)分組，即公用交換公共數(shù)據(jù)網(wǎng)PSPDN分組數(shù)據(jù)單元PDU。PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組使用LLC協(xié)議在空中接口上向目前服務(wù)于GPRS移動單元15的GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN發(fā)送。當(dāng)GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN已經(jīng)收到無錯的數(shù)據(jù)分組時，它將PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組封裝到GPRS骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)分組中，發(fā)送到處理從GPRS移動單元14到數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)的GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN。GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN去掉PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組的封裝并將其轉(zhuǎn)發(fā)到恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)網(wǎng)。因此，發(fā)明的重發(fā)方案可以等效地分別應(yīng)用于GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN以及GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN。
從這個例子可以看出，發(fā)明可以應(yīng)用于PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組在GPRS移動單元14以及數(shù)據(jù)網(wǎng)(即GPRS服務(wù)支持節(jié)點、GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點以及數(shù)據(jù)網(wǎng)的接收單元)之間的傳遞過程中連續(xù)傳輸?shù)膯卧８鶕?jù)發(fā)明，這些單元中的每一個可以實現(xiàn)上述步驟，以便檢測無錯的數(shù)據(jù)傳輸并在檢測到傳輸錯誤時切換到另一條傳輸路徑上。
如圖13所示，本發(fā)明的第二個應(yīng)用例子有關(guān)路徑2，其中數(shù)據(jù)網(wǎng)的主機向處于原籍GPRS網(wǎng)絡(luò)的GPRS移動單元14發(fā)送PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組。這里，與上述的第一個例子相比，PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組使用數(shù)據(jù)網(wǎng)中的路由選擇機制按相反方向選擇路由，直到PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組到達(dá)GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN。在GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點中，提取GPRS移動單元14的PSPDN地址并映射GPRS移動單元14的當(dāng)前位置。然后實現(xiàn)PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組在原籍GPRS網(wǎng)絡(luò)中的路由選擇。
具體來說，PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組首先封裝到骨干網(wǎng)中，然后發(fā)送到目前服務(wù)于GPRS移動單元14的GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN。當(dāng)然，發(fā)明的傳輸機制等效地應(yīng)用于這種情況。這里，GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN最終去掉與骨干網(wǎng)有關(guān)的數(shù)據(jù)，使用上述的MAC／RLC或LLC協(xié)議將原始的PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組發(fā)送到GPRS移動單元14。
圖13所示的最后一個例子有關(guān)路徑3而且?guī)缀躅愃朴诶?。但是，這里GPRS移動單元14漫游到另一個GPRS網(wǎng)而且原籍GPRS網(wǎng)必須將PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組通過經(jīng)營者間骨干網(wǎng)發(fā)送到被訪問的GPRS網(wǎng)。因此，根據(jù)本例，另一個GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點參與提供數(shù)據(jù)分組到漫游GPRS移動單元14。然后，被訪問的GPRS網(wǎng)將PSPDN PDU數(shù)據(jù)分組進(jìn)一步路由選擇到恰當(dāng)?shù)腉PRS服務(wù)支持節(jié)點，正如上面針對第二個例子所概述的。
此外，根據(jù)發(fā)明重發(fā)的分組傳輸不僅針對根據(jù)圖13所示的例1到3的數(shù)據(jù)傳遞而進(jìn)行，而且涉及了GPRS移動管理。
這里應(yīng)該注意到數(shù)據(jù)分組是僅當(dāng)GPRS移動站MS處于激活態(tài)時在GPRS移動站MS和GPRS網(wǎng)絡(luò)之間發(fā)送的。在這種激活態(tài)中，GPRS服務(wù)網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點SGSN知道GPRS移動站MS的服務(wù)小區(qū)位置。
因此，當(dāng)GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN需要向處于待機態(tài)的GPRS移動站MS發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，這個GPRS移動站MS必須被尋呼。由于GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN知道GPRS移動單元14所處的路由選擇區(qū)域，分組尋呼數(shù)據(jù)分組被發(fā)送到這個路由選擇區(qū)域。在收到分組尋呼數(shù)據(jù)包之后，GPRS移動站MS向GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN給出它的服務(wù)小區(qū)位置，以便建立激活狀態(tài)。
根據(jù)發(fā)明，當(dāng)分組尋呼數(shù)據(jù)分組的傳輸不成功時，上述的重發(fā)機制可以用于重發(fā)分組尋呼數(shù)據(jù)分組或重新指定傳輸信道到另一個GPRS移動站MS。
而且到激活GPRS移動單元14的數(shù)據(jù)分組傳輸由分組尋呼數(shù)據(jù)分組啟動。這里根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)分組傳輸在分組尋呼通過分組尋呼消息所指示的信道后立即進(jìn)行。分組尋呼消息的目的是簡化接收數(shù)據(jù)分組的過程，因為GPRS移動站MS只必須偵聽分組尋呼消息，而不是所有信道上的所有數(shù)據(jù)分組。
相反，當(dāng)GPRS移動單元14有要發(fā)的數(shù)據(jù)分組時，需要接入到上行鏈路信道，以便GPRS傳輸裝置的發(fā)送機／接收機接收該數(shù)據(jù)分組。這條上行鏈路信道由多個GPRS移動站MS共享，而且它的使用由有關(guān)GSM移動通信系統(tǒng)中的基站子系統(tǒng)BSS分配。GPRS移動站MS通過分組隨機接入消息請求使用該上行鏈路信道?；咀酉到y(tǒng)BSS將未用的信道分配給GPRS移動站MS并發(fā)送分組接入授權(quán)消息應(yīng)答分組隨機接入消息。
因此，根據(jù)本發(fā)明，為改善無線資源而提供的重發(fā)機制也可以用于GSM通信系統(tǒng)，例如其中提供的任何基站子系統(tǒng)BSS，增強其依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的GPRS網(wǎng)絡(luò)的資源利用。
根據(jù)本發(fā)明而且涉及GPRS移動管理的GPRS移動單元14與不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳遞的另一種情況是當(dāng)GPRS移動站MS開機時執(zhí)行GPRS注冊過程，如圖14所示。這個注冊過程的主要目的分別是將GPRS移動站MS的PSPDN地址發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，報告GPRS移動站MS當(dāng)前處于何處，在GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN的路由選擇表中為指定的PSPDN地址產(chǎn)生條目，并啟動計費和統(tǒng)計過程。
具體來說，在使用發(fā)明的重發(fā)方案的GPRS注冊過程中，使用GSM獨立專用控制信道SDCCH作為載體，建立GPRS移動站MS和GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN之間的邏輯鏈路上下文。在上下文建立過程中，對GPRS移動站MS鑒權(quán)并在GPRS移動站14和GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN之間交換加密參數(shù)。這個登記被轉(zhuǎn)發(fā)到更新GPRS移動站MS位置的GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點。GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN可以通知以前的GPRS服務(wù)支持節(jié)點，將GPRS移動站MS從以前的登記表中去掉。當(dāng)GPRS注冊過程成功時，GPRS移動站進(jìn)入待機狀態(tài)。最后，GPRS移動站MS可以通過啟動GPRS注銷過程退出GPRS業(yè)務(wù)。
另一個具有根據(jù)發(fā)明的分組重發(fā)的數(shù)據(jù)分組信令過程在圖15中表示，并涉及GPRS路由選擇更新過程，具體而言是針對SGSN間的路由選擇區(qū)域。如圖15所示，當(dāng)激活GPRS移動單元14進(jìn)入新的服務(wù)小區(qū)時，調(diào)用基于服務(wù)小區(qū)的路由選擇更新過程。在這種情況下，GPRS移動單元14發(fā)送短消息數(shù)據(jù)分組，包含有關(guān)它移動的信息，即GPRS移動單元14的標(biāo)識以及它的新位置。短消息數(shù)據(jù)分組通過GPRS傳輸信道傳遞到它的當(dāng)前GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN。
因此，可以很容易地看出在特定傳輸錯誤情況下重新分配傳輸信道的本發(fā)明，也可以很容易地適應(yīng)于這種面向分組的數(shù)據(jù)傳遞情況，而且當(dāng)傳輸沒有成功進(jìn)行時，GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN可以改變?yōu)榻o它的服務(wù)區(qū)內(nèi)漫游的另一個GPRS移動站MS提供業(yè)務(wù)。
如圖15所示，當(dāng)GPRS移動單元14從一個GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN的服務(wù)區(qū)內(nèi)的一個路由選擇區(qū)域移動到另一個時，它必須進(jìn)行圖15a所示的路由選擇更新。當(dāng)信息成功發(fā)送而且更新過程完成時，啟動相應(yīng)響應(yīng)消息的另一次數(shù)據(jù)分組傳輸。
最后，圖15b所示的SGSN之間路由選擇更新是三種不同的路由選擇更新中最復(fù)雜的。這里，GPRS移動站MS從一個SGSN區(qū)改變到另一個，而且它必須建立到新GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN的新連接。如圖15b所示，這意味著在GPRS移動站MS和新GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN之間產(chǎn)生新的邏輯鏈路上下文，并將GPRS移動站MS的新位置通知GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSN。而且可以使用所發(fā)明的重發(fā)機制發(fā)送短消息數(shù)據(jù)分組。
正如上面所看到的，根據(jù)發(fā)明，很多種分組傳輸處理在GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)實現(xiàn)。當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)分組丟失時，通過數(shù)據(jù)分組的重復(fù)發(fā)送來處理。而且，當(dāng)這些重發(fā)在較長時間內(nèi)不成功時，所發(fā)明的GPRS通信系統(tǒng)假設(shè)干擾是由(例如)持續(xù)時間較長的傳輸錯誤或持續(xù)時間較長的衰落效應(yīng)所引起的。
作為例子，如果在所發(fā)明的GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)分組發(fā)送的持續(xù)時間不能超過20ms，那么GPRS網(wǎng)絡(luò)假設(shè)傳輸錯誤的持續(xù)時間會持續(xù)100毫秒或更長，原因是干擾是(例如)對數(shù)正態(tài)衰落。在所發(fā)明的GPRS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，80ms的剩余時間不用于附加的重發(fā)嘗試，而是用于發(fā)送任何類型的數(shù)據(jù)分組到其它可到達(dá)的GPRS移動單元。這里，可發(fā)送的數(shù)據(jù)分組量當(dāng)然根據(jù)傳輸速率的使用而定。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，與位置有關(guān)的數(shù)據(jù)可以通過移動站14發(fā)送到圖1所示的傳輸裝置10。當(dāng)移動站MS在根本不能期望傳輸成功的區(qū)域中漫游時，可能只根據(jù)與位置有關(guān)的信息就中斷該傳輸而不進(jìn)行重復(fù)的嘗試。
一個這種例子在圖16中表示。
如圖16所示，在GSM網(wǎng)的無線傳輸區(qū)域中，移動站14通過服務(wù)小區(qū)廣播信道CBCH、廣播控制信道BCCH從至少一個基站子系統(tǒng)BSS接收與位置有關(guān)的信息或附加的基站標(biāo)識碼BSIC。因此，在移動站14中總是可以提供移動站在GSM網(wǎng)中精確的當(dāng)前位置信息。
此外，移動站MS通常從覆蓋它所漫游區(qū)域的基站子系統(tǒng)BBS1以及從相鄰基站子系統(tǒng)BSS2到BSS5接收與位置有關(guān)的信息。
與位置有關(guān)的信息可以用于估計移動系統(tǒng)MS的地理位置，并將與位置有關(guān)信息發(fā)送到圖1所示的傳輸裝置10。根據(jù)圖16所示的例子，移動站MS在服務(wù)小區(qū)1中漫游，它從基站子系統(tǒng)BSS1接收直接的傳輸信息。此外，移動站MS也通過有關(guān)的基站子系統(tǒng)BSS2到BSS5從相鄰服務(wù)小區(qū)2到5接收傳輸信息。
計算與位置有關(guān)信息的一個例子在圖16中表示。假設(shè)服務(wù)小區(qū)1到5的緯度分別是1．5、2．5、1、2、3，而且相應(yīng)的精度分別是2、2、1、1，移動站MS估計的精度和緯度分別是2和1．4。
根據(jù)這個優(yōu)選實施例，位置信息被發(fā)送到傳輸裝置10，可以根據(jù)位置信息提前進(jìn)一步確定傳輸質(zhì)量。一個例子是移動站MS向著隧道漫游，此時傳輸嘗試根本不會成功，因此通常應(yīng)該是要避免的，以防傳輸容量和時間上的浪費。
此外，如上所述，本發(fā)明不限于GPRS網(wǎng)，而是可以等效地應(yīng)用于ATM無線通信系統(tǒng)。因此，本發(fā)明支持正在進(jìn)行的世界范圍面向越來越多的寬帶多媒體業(yè)務(wù)支持的無線結(jié)構(gòu)的發(fā)展以及基于蜂窩的無線接入的發(fā)展。而且，根據(jù)發(fā)明考慮到了由于在線業(yè)務(wù)、互連網(wǎng)接入、環(huán)球網(wǎng)址、視頻點播以及多媒體檔案的使用所驅(qū)動的寬帶業(yè)務(wù)的需求增長對無線資源的有效利用，其中ATM虛連接是目前這些發(fā)展的基礎(chǔ)。
圖17表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成ATM無線通信系統(tǒng)基礎(chǔ)的有線ATM網(wǎng)的高級框圖。這里主要組成部分是ATM適配層AAL、統(tǒng)計集線器、ATM交換機、傳輸鏈路以及控制計算機。統(tǒng)計集線器和ATM交換機包括平滑緩存器，臨時存儲不能立即傳遞的到達(dá)數(shù)據(jù)分組，因為在集線器情況下激活用戶所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)分組是并行達(dá)到的，但是要順序傳遞到輸出端；或者在交換機情況下幾個數(shù)據(jù)分組可能并行到達(dá)，向相同輸出端輸出，但是必須順序傳遞到那個輸出端。因此，作為時間的函數(shù)，任一平滑緩存器存入并發(fā)送的數(shù)據(jù)分組數(shù)會根據(jù)終端用戶數(shù)據(jù)分組產(chǎn)生模式或升或降。這樣發(fā)送的數(shù)據(jù)分組的典型例子是53字節(jié)的ATM數(shù)據(jù)分組。
此外，控制計算機限制了各個鏈路上的業(yè)務(wù)流密度，使業(yè)務(wù)質(zhì)量QoS保證得以維持。因此在接收業(yè)務(wù)之前，給定用戶必須請求到目標(biāo)接收機的連接，然后許可控制器將嘗試找到通過網(wǎng)絡(luò)的一條路由。如果可以找到這樣的一條路由，就對那條路由指定一個虛連接號，對介入交換機中的路由表提供指令，以便對信元字頭中帶那個虛連接號的每個ATM數(shù)據(jù)分組進(jìn)行路由選擇。該用戶則能夠隨意在這條新建的虛連接上通信。
此外，如圖17所示，AAL負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)分組消息轉(zhuǎn)換成ATM數(shù)據(jù)分組序列以及將ATM數(shù)據(jù)分組組裝成完整消息。這里的消息可以是單個數(shù)據(jù)分組(cmp．?dāng)?shù)據(jù)或圖象)或者連續(xù)比特流(例如話音或視頻)。
與分組交換GPRS無線通信系統(tǒng)不同，在那里每條連接享受為該連接預(yù)留資源的按需接入，但是ATM無線通信系統(tǒng)是面向虛連接的網(wǎng)絡(luò)，這里資源不是獨占地指定，而是在多條連接之間統(tǒng)計共享。
總之，ATM依賴虛路徑VP將所有虛連接分成獨立可管理的組。共享公共或虛路徑VP的虛連接稱為虛信道。VP概念對于可行的許可政策產(chǎn)生是至關(guān)重要的，因為它將大任務(wù)分解成更小任務(wù)的獨立組。
如圖18所示，ATM無線通信系統(tǒng)非常依賴于圖17所示的ATM網(wǎng)的組成部分。具體而言，為使ATM無線通信網(wǎng)能夠工作必須強調(diào)三個問題。
第一是減少或消除移動單元和基站之間無線鏈路的損傷，正如上面針對圖2到9單獨討論的那樣。第二是在每個服務(wù)小區(qū)內(nèi)可以由基站和這個服務(wù)小區(qū)內(nèi)的每個移動單元按需接入的高速無線信道的產(chǎn)生。最后，有效的無線服務(wù)小區(qū)處理過程實現(xiàn)了大量的較小服務(wù)小區(qū)的使用，因此得到每用戶較高的容量。
如上所述，本發(fā)明的主要焦點在處理移動單元和基站之間無線鏈路的損害上。慢變的陰影衰落可以通過將移動連接切換到受遮蔽較少的服務(wù)小區(qū)站址來避免，瑞利衰落和同頻干擾代表了不能通過服務(wù)小區(qū)切換來處理的變化太快的損害。
盡管本發(fā)明已經(jīng)使用ATM無線通信系統(tǒng)的一般描述來描述，但是它很容易適配于目前建立的不同ATM無線通信系統(tǒng)。例子是5．2GHz帶寬的所謂SUPERNET、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會ETSI為歐洲制定的10GHz以上的ATM無線LAN通信系統(tǒng)、以及美國聯(lián)邦通信委員會FCC公開的分別根據(jù)950MHz帶寬、2．4GHz帶寬和5．8GHz帶寬的3ISM頻帶。此外，另一個例子是FCC為PCS操作公開的1．9GHz帶寬。
權(quán)利要求
1．無線通信系統(tǒng)的傳輸裝置，包括a)發(fā)送及接收裝置(12)，向(并從)通過至少一條無線信道連接到傳輸裝置的至少一個漫游移動單元(14)發(fā)送數(shù)據(jù)分組，b)傳輸監(jiān)視裝置(18)，確定發(fā)送及接收裝置(12)和移動單元(14)之間是否已經(jīng)成功實現(xiàn)了傳輸，c)傳輸信道分配裝置(20)，當(dāng)傳輸監(jiān)視裝置(18)確定了差錯傳輸而且數(shù)據(jù)分組的重傳被傳輸監(jiān)視裝置(18)評價為不成功時，適配于將傳輸信道重分配給另一個移動單元(14)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的傳輸裝置，其特征在于，傳輸信道分配裝置(20)適配于根據(jù)從移動單元(14)接收的應(yīng)答而重新分配傳輸信道。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的傳輸裝置，其特征在于，它還包括信道狀態(tài)評估裝置(22)，避免重新分配到目前已經(jīng)阻塞的傳輸信道。
4．根據(jù)權(quán)利要求1到3中一個的傳輸裝置，其特征在于，它還包括傳輸請求裝置(24)，在其操作過程中識別將用于傳輸?shù)南乱粭l信道。
5．根據(jù)權(quán)利要求1到4中一個的傳輸裝置，其特征在于，傳輸監(jiān)視裝置(18)適配于通過傳輸信道分配裝置(20)連續(xù)啟動重傳，直到經(jīng)過了預(yù)定的持續(xù)時間為止。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的傳輸裝置，其特征在于，預(yù)定持續(xù)時間由瑞利衰落持續(xù)時間而定。
7．根據(jù)權(quán)利要求1到4中一個的傳輸裝置，其特征在于，傳輸監(jiān)視裝置(18)適配于從移動單元(14)接收應(yīng)答消息并根據(jù)應(yīng)答消息的內(nèi)容啟動傳輸信道分配裝置(20)的重分配。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的傳輸裝置，其特征在于，傳輸信道分配裝置(20)選擇性地分別根據(jù)干擾類型瑞利衰落、對數(shù)正態(tài)衰落、路徑損耗衰落，重新分配傳輸信道。
9．根據(jù)權(quán)利要求1到8中一個的傳輸裝置，其特征在于，它是基站(BSC、BTS)或通用分組業(yè)務(wù)系統(tǒng)(GPRS)的支持節(jié)點。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的傳輸裝置，其特征在于，它被集成到無線通信系統(tǒng)(GSM)的移動交換中心(MSC)中。
11．根據(jù)權(quán)利要求8或9的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)傳遞邏輯鏈路控制數(shù)據(jù)幀，分別包括控制及尋址信息。
12．根據(jù)權(quán)利要求8或9的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)發(fā)送點到點協(xié)議(PPP)數(shù)據(jù)幀。
13．根據(jù)權(quán)利要求8或9的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)發(fā)送分組交換公用數(shù)據(jù)單元(PSPDN PDU)。
14．根據(jù)權(quán)利要求1到7中一個的傳輸裝置，其特征在于，它是通用分組無線業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)(GPRS)的網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(GGSN)。
15．根據(jù)權(quán)利要求1到7中一個的傳輸裝置，其特征在于，它是數(shù)據(jù)網(wǎng)(LAN)的主機。
16．根據(jù)權(quán)利要求8或9的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)發(fā)送分組尋呼數(shù)據(jù)分組。
17．根據(jù)權(quán)利要求1到7中一個的傳輸裝置，其特征在于，它是支持面向分組的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(GPRS)的GSM數(shù)字通信網(wǎng)(GSM)中的基站子系統(tǒng)(BSS)，而且數(shù)據(jù)分組分別對應(yīng)于分組隨機接入消息以及分組接入授權(quán)消息。
18．根據(jù)權(quán)利要求14的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)分別在注冊時發(fā)送與GPRS移動管理有關(guān)的數(shù)據(jù)分組，以及與路由選擇更新過程有關(guān)的數(shù)據(jù)分組。
19．根據(jù)權(quán)利要求1到7中一個的傳輸裝置，其特征在于，它分別是統(tǒng)計集線器中的緩存器、ATM交換機中的緩存器、控制計算機、及／或ATM無線通信網(wǎng)中的適配層裝置。
20．根據(jù)權(quán)利要求19的傳輸裝置，其特征在于，發(fā)送及接收裝置(18)按照53字節(jié)的ATM數(shù)據(jù)分組發(fā)送數(shù)據(jù)分組。
21．無線通信系統(tǒng)的移動單元，包括a)第二發(fā)送及接收裝置(26)，分別向／自傳輸裝置(10)發(fā)送數(shù)據(jù)分組，b)信號跟蹤裝置(28)，跟蹤第二發(fā)送及接收裝置(26)接收的信號電平，c)傳輸分析裝置(30)，適配于識別第二接收及發(fā)送裝置(26)接收信號的干擾，并確定干擾的量。d)應(yīng)答建立裝置(32)，適配與針對傳輸分析裝置輸出的干擾類別以及量建立應(yīng)答，并通過第二接收及發(fā)送裝置(26)發(fā)送出現(xiàn)干擾的應(yīng)答。
22．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析裝置(30)適配于通過接收信號的兩個局部最小值之間的時間估計并將這個時間與預(yù)定值比較，識別瑞利衰落。
23．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析單元(30)適配于根據(jù)接收信號過電平率的近似表達(dá)式，針對預(yù)定分析電平估計瑞利衰落現(xiàn)象。
24．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析單元(30)適配于通過跟蹤移動單元(14)的第二接收及發(fā)送單元(26)接收信號的局部均值來估計對數(shù)正態(tài)衰落現(xiàn)象。
25．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析單元(30)適配于根據(jù)移動單元(14)的第二接收及發(fā)送單元(26)接收信號的全局均值來識別路徑損耗現(xiàn)象。
26．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析單元(30)適配于根據(jù)移動單元和各個傳輸裝置之間的距離來估計路徑損耗現(xiàn)象，按照Ls(dB)=33．4(dB)-20 log(fMHz)-20 log(dkm)。
27．根據(jù)權(quán)利要求21的移動單元，其特征在于，傳輸分析單元(30)適配于根據(jù)Okumuara模型來估計路徑損耗現(xiàn)象。
28．在無線通信系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)分組的方法，包括如下步驟a)分別在傳輸裝置(10)和移動單元(14)之間發(fā)送數(shù)據(jù)分組，b)確定傳輸裝置和移動單元之間的數(shù)據(jù)分組傳輸是否成功實現(xiàn)，并且c)當(dāng)確定數(shù)據(jù)分組的傳輸沒有成功而且數(shù)據(jù)分組的進(jìn)一步重傳估計也不會成功時，將傳輸信道重新指定給另一個移動單元(14)。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的移動單元，其特征在于，在傳輸裝置(10)和移動單元(14)之間連續(xù)傳輸同一數(shù)據(jù)分組，直到經(jīng)過預(yù)定時間為止，表明其間的無線信道上存在長時干擾。
30．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其特征在于，僅當(dāng)移動單元(14)通過應(yīng)答消息表示傳輸信道上的干擾時，才重傳數(shù)據(jù)分組。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其特征在于，無線信道上的干擾類型在移動單元中根據(jù)本地接收條件確定。
全文摘要
為了在面向無線分組的傳輸系統(tǒng)中實現(xiàn)無線鏈路信道利用的改善,數(shù)據(jù)分組分別在傳輸裝置(10)和移動單元(14)之間發(fā)送。然后確定傳輸裝置(10)和移動單元(14)之間的數(shù)據(jù)分組傳輸是否已經(jīng)成功實現(xiàn)。此時,一旦確定數(shù)據(jù)分組的傳輸沒有成功而且數(shù)據(jù)分組的進(jìn)一步重發(fā)估計也不成功,就將傳輸信道(16)重新指定給另一個移動單元(14)。
文檔編號H04B1/74GK1283344SQ98812548
公開日2001年2月7日 申請日期1998年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月22日
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