CN100539517C - 带容量测量的无线网络及无线网络控制器、终端和数据交换方法 - Google Patents

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Abstract

无线网络包括无线电网络控制器(1)和交换有用数据和控制数据的多个分配终端(2至9)，终端分别具有缓冲器，缓冲通过争用信道发送给无线电网络控制器的数据包，和测量设备，测量至少一个缓冲器的占用程度。提供终端，当一个缓冲器或者不同的缓冲的占用阈值超过时，在由无线电网络控制器分别预定的开始时间发送信令序列。无线电网络控制器包括相关由终端发送的信令序列和检测从接收的相关信令序列中得出的脉冲的设备。在检测到分配给终端的信令序列后，无线电网络控制器发送指示给终端，数据包经过仅分配给终端的信道进一步发送。

Description

带容量测量的无线网络及无线网络控制器、终端和数据交换方法
技术领域
本发明涉及一个无线网络，包括一个无线电网络控制器和用于交换有用的数据和控制数据的多个分配终端，这些终端分别具有一个缓冲器，用于缓冲通过争用信道发送给无线电网络控制器的数据包，和一个测量设备，用于测量至少一个缓冲器的占用程度。本发明还涉及无线电网络控制器、终端和在无线网络中交换有用数据和控制数据的方法。
背景技术
在文件“第三代合作项目；3G TS25.301版本3.4.0，无线电接口协议结构”中已知一个无线网络，包括一个无线电网络控制器和多个终端。在测量终端在RLC层(RLC＝无线电链路控制)的缓冲器中占用程度(根据30 TS25.331，版本3.2.0，RRC协议技术规范，14.4节)和当超过门限值时，通过争用信道(RACH)发送消息给该无线电网络控制器。然后无线电网络控制器通知各自的终端它决不能经过争用信道而要经过一个专用信道(用户信道)发送未来的数据包。有关占用程度达到的消息包括不同的字节和意味着争用信道的附加业务量负荷。
发明内容
本发明的一个目的是提供一个无线网络，其中话务负荷更平衡地扩展。
该目的通过在开始段落中所定义类型的无线网络实现，其中当一个缓冲器或者不同的缓冲器的占用程度超过时，提供一个终端用于在由该无线电网络控制器预定的起始时间发送信令序列，其中该无线电网络控制器包括用于相关由一个终端发送的信令序列和用于检测从接收的和相关的信令序列中得出的脉冲的设备，和其中在检测分配给终端的信令序列之后，安排该无线电网络控制器用于发送指示给该终端，以便经过仅仅分配给该终端的信道进一步发送该数据包。
根据本发明的无线网络被理解为指具有至少一个无线电网孔的网络，其中无线电网络控制器和多个终端分别发送控制数据和有用的数据。无线的传输被用于例如通过无线电、超壳(ultrashell)或者红外线链路发送数据。
由信令序列明确地确定的信令信道和发送时间可以分配给终端中的缓冲器，以便准确地指示在这个缓冲器中超过预定的占用程度。一种较简单的方式是使得该无线电网络控制器分配单个信令信道给一个终端，以使该终端指示至少一个缓冲器超过占用程度阈值或者经过这个信令信道所有的缓冲器的占用程度的总数。信令序列的传输可以被看作一个话务负荷消息。由于该无线电网络控制器的指示，终端在可能负荷较小的另一个信道(特别地专用信道)上进行进一步数据传输。
使用由信令序列确定的唯一的信令信道和用于通知超过阈值的发送时间的优点在于明显地较少的数据被发给无线电网络控制器。因为信令信道唯一地分配给一个终端，不需要在业务负荷消息(例如用于发送终端的识别)中共同发送一定的数据，它不同于使用争用信道。决定于由可以在争用信道上发送的固定的比特数，当使用可能的扩展系数时，并且它通常不准确地对应于实际上发送的比特数，通常需要共同发送无用的填充比特与该消息的测量值，填充比特补足实际上发送的比特的数量到争用信道能够以给定的扩展系数发送的比特的数量。要发送的数据的减少降低了在网孔中出现的干扰。此外，使用排外地分配的信令信道意味着减少干扰，因为没有数据可能由于冲突而丢失，但是在争用信道中可能丢失。这特别地加到超过阈值的一个更快信令，这又具有对可得到的无线电资源的有效使用的有利的影响。特别地利用具有数据速率强烈变化的业务分布，但是可以基本上仍然经过争用信道发送的平均的数据速率，存在着频繁地出现话务负荷消息，然后也导致频繁的接入该争用信道，因此由于冲突导致数据丢失。
在专利的权利要求4中进一步指示接收的信令序列的相关和检测，该序列例如可能是Gold、Sasami或者戈莱序列(权利要求5)。
当所有缓冲器的占用程度的确定和超过阈值(权利要求6)时，终端还可以发送信令序列。在已经从争用信道转换到仅仅分配给该终端的信道之后，可以经过这个用户信道发送有关该终端的话务负荷的进一步信息(权利要求7)。
本发明还涉及无线电网络控制器、终端和在无线网络中交换有用数据和控制数据的方法。
本发明的这些和其它方面从参照以下描述的实施例说明中更明显了。
附图说明
在附图中：
图1表示包括一个无线电网络控制器和多个终端的无线网络，
图2表示说明终端或者无线电网络控制器的不同功能的层模型，
图3和4表示在无线电网络控制器中使用的匹配滤波器的检测窗口的序列，表示与基准帧关系的匹配滤波器，和
图5表示例如由两个终端和各自的检测窗口发送的两个示例的信令序列。
具体实施方式
图1表示一个无线网络，例如无线电网络，包括一个无线电网络控制器(RNC)1和多个终端2至9。无线电网络控制器1负责控制参与无线电通信业务的所有部件，例如终端2至9。控制和有用的数据的交换至少在无线电网络控制器1和终端2至9之间进行。无线电网络控制器1建立传输有用的数据的相应链路。
通常，终端2至9是移动站而无线电网络控制器1是固定安装的。但是，如合适的话，无线电网络控制器1也可以是活动的或者移动的。
在例如无线网络发送根据FDMA，TDMA或者CDMA方法(FDMA＝频分多址，TDMA＝时分多址，CDMA＝码分多址)或者根据这些方法的组合发送无线电信号。
在作为一种特殊的编码扩频方法的CDMA方法中，来自用户的二进制信息(数据信号)与相应的代码序列调制。这种代码序列包括伪随机的矩形电波信号(伪噪声码)，它的速率也称为码片速率，该速率通常比二进制数据的速率高很多。伪随机的矩形电波信号的矩形电波脉冲的持续时间称为码片间隔Tc。1/Tc是码片速率。由伪随机的矩形电波信号的数据信号的分别相乘或者调制具有由扩展系数Nc＝T/Tc扩展该的频谱作为结果，在此T是数据信号的矩形电波脉冲的持续时间。
有用数据和控制数据在至少一个终端(2至9)和无线电网络控制器1之间经过由无线电网络控制器1预定的信道发送。信道是由频率范围、时间范围和例如在CDMA方法中由扩展码决定的。从无线电网络控制器1到终端2至9的无线电链路称为下行链路而从终端到无线电网络控制器1的无线电链路称为上行链路。因此数据通过下行链路信道从无线电网络控制器1发送到终端和经过上行链路信道从该终端发送到无线电网络控制器1。
例如，可以提供下行链路控制信道，在连接建立之前，它被用于广播来自无线电网络控制器1的控制数据到所有的终端2至9。这种信道称为下行链路广播控制信道。为了在连接建立之前从终端2至9发送控制数据给无线电网络控制器1，可使用由无线电网络控制器1分配的上行链路控制信道，但是它也可以由其它终端2至9接入。可由不同的终端或者所有的终端2至9使用的上行链路信道称为公共的上行链路信道。例如在终端2至9和无线电网络控制器1之间的连接建立之后，由下行链路和上行链路用户信道发送有用的数据。仅仅在一个发射机和一个接收机之间建立的信道称为专用信道。通常，用户信道是专用信道，它可能带有用于发送特定链路控制数据的专用控制信道。为了登记终端(2至9)与无线电网络控制器1，争用信道是可靠的，在下面将称为RACH信道(RACH＝随机接入信道)。还可能经过这样的RACH信道传送数据包，例如用于有关该终端内不同状态的消息(测量结果)。
为了在无线电网络控制器1和一个终端之间交换有用数据，终端2至9必需与无线电网络控制器1同步。例如，从GSM系统(GSM＝全球移动通信系统)知道，其中使用一个组合的FDMA和TDMA方法，它是在适当的频率范围之后基于预定的参数决定的，确定在一个帧的时间中的位置(帧同步)，借助于该帧，决定发送数据时间中的帧顺序。为了在TDMA、FDMA和CDMA方法中终端和无线电网络控制器1的数据同步，这样的帧总是需要的。这样的帧可以包含几个子帧，或者与各种其它连续的帧一起形成一个复帧。为了简单，在下面从表示为基准帧的一个帧开始。
控制数据和有用数据通过无线电网络控制器1和终端2至9之间的无线电接口交换控制和有用数据的交换可以利用层模型或者在图2中以实例的方式表示的协议结构说明(例如第三代合作项目(3GPP)；技术规范组(TSG)RAN；工作组2(WG2)；无线电接口协议结构；TS25.301V3.2.0(1999-10))。该层模型包括三个协议层：物理层PHY，具有子层MAC和RLC的数据链路层(在图2中表示子层RLC的不同目标)和RRC层。装备子层MAC用于媒体接入控制，子层RLC用于无线电链路控制而RRC层用于无线电资源控制。RRC层负责终端2至9和无线电网络控制器1之间的信令。子层RLC被用于控制2至9和无线电网络控制器1之间的无线电链路。RRC层通过控制链路10和11控制层MAC和PHY。通过这么做，RRC层可以控制层MAC和PHY的配置。物理层PHY提供至MAC层的传送链路12。MAC层提供对RLC层可得到的逻辑电路13。RLC层通过接入点4由应用达到。
正如前面提到的，终端2至9经过一定应用(例如因特网接入)的RACH信道发送数据包，只要RACH信道的容量是足够的。如果超过或者可能期望超过容量，无线电网络控制器1使得终端2至9经过专用信道并且不再使用RACH信道进一步发送这些数据包。
为了测量该容量，进行不同层(例如RLC层)中缓冲器占用程度的话务负荷测量。在图2中没有进一步地表示的这些缓冲器被用于缓冲数据包，例如允许传输的重复。如果一个或者各个缓冲器的占用程度超过预定阈值，通知控制器无线电网络控制器1。由用于容量测量的测量设备(未进一步示出)执行占用程度的测量。一个或者多个缓冲器的占用程度超过预定的阈值的消息根据本发明通过以下描述的信令序列发送。由无线电网络控制器1检测的信令序列只指示一个或者多个缓冲器的占用程度或者终端2至9中所有缓冲器的占用程度总数是否超过预定的阈值。
从EP 0967 742 A2中知道，信令序列可用于发送信息。这样的信令序列是一个伪随机的矩形波信号，它从终端2至9发送。在该网络中的终端2至9的登记期间无线电网络控制器1例如可能通过下行链路广播控制信道传送所使用的信令序列和与基准帧有关的信令序列的传输时间(序列起始时间)。这意味着因此每个终端2至9由该基站分配一个上行线路信令信道，用于发送信令序列，经过该上行线路信令信道发送该信令序列。因此通过确定的信令序列和它的起始时间实现信令信道并且排外地分配给终端2至9。
终端2至9可以使用相同的信令序列或者终端2至9的组可以是不同的信令序列。具有相同的信令序列的终端由无线电网络控制器1通过不同的时间(序列开始时间)区别的。
无线电网络控制器1包括单个匹配滤波器和用于检测由终端发送的信令序列的一个峰值检测器。匹配滤波器以时钟速率定时，当使用码扩展时，它至少等于最大的片速率，或者当不使用码扩展时等于最大的比特率。终端发送具有好的自相关性质的信令序列。这意味着在匹配滤波器输出不同终端的连续信令序列产生的脉冲可以由峰值检测器在检测窗口中明确地检测。分别依赖最大码片速率或者比特率的时钟速率的选择和具有好的自相关属性的信令序列允许接连的信令序列具有它们的开始时间之间最小间距。此外，该信令序列应该有好的相关性质，即与在该网络中发送的其它信号相关的是小的。因此，在一方面，在该网络中发送的和从匹配滤波器接收的其它信号由峰值检测器翻译为可忽略的噪声信号，另一方面，来自无线电网络控制器1中的其它电路单元的信令序列翻译为可忽略的噪声或者干扰信令，这些单元处理在该网络中发送的其它信号。具有好的自和互相关属性的这样的信令序列例如是Gold和Kasami序列，它是从题目“1995年McGraw-Hill国际版本第三版本第724至729页J.G.Proakis：数字通信”中得知的。
在匹配滤波器输出表示的脉冲是该信令序列能量的度量。信令序列的长度和低幅度确定在匹配滤波器的输出的脉冲高度，低幅度是与发送的其它信令相对照的。
信令序列的序列开始时间应该由该基站确定，以使在预定的检测窗口中它的分配的终端之一的信令序列的检测之后该基站中的匹配滤波器产生脉冲。检测窗口具有持续时间或者长度δ。
原则上，该信令序列可以在任意序列开始时间发送。序列开始时间与在匹配滤波器输出的脉冲的出现链接。在信令序列传输之后和由至少一个终端和基站之间链路的信道性质引起的延迟之后检测开始。信道性质理解为该信道的物理参数。信道性质例如是终端和基站之间的距离参数。因此，峰值检测器可能使用不同的终端的不同宽度的检测窗口。在这里为了简单选择均匀宽度的检测窗口。图3中表示持续时间δ的随机的出现的检测窗口的序列与具有长度FR的基准窗口相关。匹配滤波器通常从接收的信令序列中产生具有主脉冲和各种子脉冲的脉冲序列，常常对称地围绕该主脉冲扩展。子脉冲的幅度常常小于主脉冲的幅度。
由匹配滤波器产生的各种主脉冲具有足够的距离(保护时间)，以使在匹配滤波器的输出出现的和由信道失真的不同的终端的脉冲序列不重叠，以使不明确的检测变得可能。利用一定的重叠，该基站不能明白地分配该脉冲给一个终端。因此检测窗口的宽度或者持续时间δ至少等于主脉冲的宽度并且等于附加信道相关的保护时间，该主脉冲出现没有信道影响。这也产生接连的、相等的信令序列的距离。但是，不需要考虑来自不同的基站的两个不同信令序列的保护时间，因为由于小的相关，在匹配滤波器之后连接的峰值检测器分别检测另一个基站或者无线电区域的信令序列为非干扰噪声。
为了在预定的时间间隔中尽可能多的发送信令序列，根据本发明在序列开始时间之间可以有一个优化的距离。这意味着检测窗口的宽度分别依赖终端和该基站之间的信道属性分别地确定。根据本发明简单的实现的另一个可能性是该信令序列接连着分开的发送恒定的时间。为了确定这个恒定的时间，考虑最恶劣的信道属性。图4表示相对于长度FR的基准帧不断地接连的检测窗口，基准帧正如分开发送的预定的恒定的时间的一系列信令序列。
图5表示两个示例的信令序列S1和S2，它们具有该序列持续时间或者序列长度L1和L2。在由信道属性产生的延迟p1和p2之后，分别开始长度δ的检测操作或者检测窗口。在这样的检测窗口中出现分配给信令序列的主脉冲和子脉冲。
由信令序列明白地确定的信令信道和发送时间可以在一个终端中分配一个相应的缓冲器，以便准确地表示在这个缓冲器中超过占用程度。这意味着最多n个信令序列可以分配给包含n个缓冲器的一个终端。但是，通常对于无线电网络控制器1分配单个信令信道给终端2至9是足够的，因此终端2至9表示至少一个缓冲器(负荷最大的缓冲器)的占用程度的阈值超过或者经过这个信令信道的所有的缓冲器该占用程度的总数超过。
从终端2至9给无线电网络控制器1传输的信令序列可以认为是话务负荷消息。在由无线电网络控制器1命令终端2至9继续在专用信道上数据传输和使用这个通道之后，终端2至9可以经过专用信道发送进一步的话务负荷消息。通过专用信道发送的这样的话务负荷消息可能不仅仅包含占用程度已经超过的信息，而且可以包含另外的信息(例如涉及什么RLC目标和已经使得该话务负荷消息被发送)。
使用由信令序列和超过该阈值的该消息的发送时间排外地确定的信令信道的优点在于明显地较少的数据被发给无线电网络控制器1。因为该信令信道排外地分配给一个终端，不同于使用RACH信道，不需要共同发送终端ID和表示话务负荷消息中测量的值报告类型的数字。决定于经过RACH信道发送的固定的比特数，当使用可能的扩展系数时和它们通常不准确地对应于真正地发送的比特数，填充比特通常共同发送给测量值消息，填充比特补足真正地发送的比特的数量到RACH信道能够以定义的扩展系数发送的比特的数量。要发送的数据的减少降低了在网孔中出现的干扰。此外，使用排外地分配的信令信道意味着减少干扰，因为作为碰撞结果没有数据可能丢失，但是在RACH信道上的确可能出现。这特别地加到超过阈值的更快的信令，它又具有对可得到的无线电资源的有效的使用的有利的影响。特别地利用具有数据速率相当的变化的业务分布，但是可以仍然经过RACH信道发送的平均的数据速率的值，存在着频繁的话务负荷消息，然后常常接着到RACH信道的接入，因此由于碰撞导致数据丢失。

Claims (7)

1.在无线网络中交换有用数据和控制数据的方法，该无线网络具有无线电网络控制器(1)和多个分配的终端，这些终端分别具有：至少一个缓冲器，用于缓冲将经过争用信道发送给无线电网络控制器(1)的数据包；和测量设备，用于测量至少一个缓冲器的占用程度，
其特征在于：
在一个或者多个缓冲器的占用程度被超过之后，在由无线电网络控制器(1)分别预定的开始时间，由终端发送信令序列，
所述信令序列和起始时间被排他地分配给一个终端，并且所述信令序列仅指示所述缓冲器或者各个缓冲器的占用程度的超过；
由终端发送和接收的信令序列在无线电网络控制器(1)中被相关，并且检测随后的峰值；和
在检测分配给终端的信令序列之后，由该无线电网络控制器(1)发送：用于该终端使用被排他地分配给该终端的信道来进一步传输数据包的指示。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：
分配给终端的信道是专用信道。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：
提供终端，用于测量在无线电链路控制层中所述缓冲器或者各个缓冲器的占用程度。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：
该无线电网络控制器(1)包括在信令序列已被接收之后产生至少一个脉冲的匹配滤波器，并且包括峰值检测器，和
提供该峰值检测器，在一定的检测窗口中，用于检测该匹配滤波器的输出上的峰值，其中利用信道属性和将被检测的信令序列的开始时间来确定该检测窗口的开始时间和持续时间。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：
提供终端，用于在一定的开始时间发送Gold、Kamasi或者Golay序列作为信令序列。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于：
提供终端，在所有缓冲器的占用程度之和超过预定的阈值时，用于在由无线电网络控制器(1)预定的开始时间发送信令序列。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：
提供终端，在接收到指示和转换到分配的信道之后，用于经过这个用户信道发送有关该终端的话务负荷的另外信息。
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