CN1158888C

CN1158888C - 宽带无线多媒体通信系统的数据通信信道分配法

Info

Publication number: CN1158888C
Application number: CNB991002881A
Authority: CN
Inventors: 金东t; 金东玹
Original assignee: LG Information and Communications Ltd
Current assignee: Novera Optics Korea Co Ltd
Priority date: 1998-11-17
Filing date: 1999-01-28
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: KR20000032728A; CN1254245A; US6795449B1

Abstract

本发明公开了一种在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，其根据要被发送数据的数量选择地分配保留时隙或争用时隙。在该方法中，如果要被发送数据的数量小于一临界值则使用争用时隙发送数据，如果该数据数量大于该临界值则使用保留时隙。

Description

宽带无线多媒体通信系统的数据通信信道分配法

技术领域

本发明涉及一种宽带无线通信系统。具体地说，本发明涉及一种信道分配方法，当从用户住宅设备单元向前端单元发送数据时用于根据数据的数量有效地分配信道。

背景技术

普通的宽带无线多媒体通信系统一般包括一中心局单元，一个前端单元，一个中枢室外单元和一个用户住宅设备单元。

中心局单元在交换数据、管理用户、监视网络、链接网络、与因特网连接等操作中起着作用。前端单元与中心局单元通信和向用户住宅设备单元发送数据。此外，前端单元控制自用户住宅设备单元发送的数据，和把该数据提供给中心局单元中的装置。中枢室外单元把从前端单元接收的数据调制成一无线信号，和从用户住宅设备单元接收一无线信号并把该无线信号中继到前端单元。用户住宅设备单元被设置在用户的房间内，以便该用户能够使用电话、因特网、电视等。

在如上构造的普通的宽带无线多媒体通信系统中，当发送因特网数据时，用户住宅设备单元一直仅使用保留的信道。发送基于保留信道数据的方法有着用户能被稳定提供数据而无延迟的优点。然而，鉴于因特网通信的特征，用户向前端单元发送的数据的数量与接收的数据相比相对较小。于是，该系统连续地占用无线信道，即使是当用户不发送数据时。这种信道分配使得系统有限的资源得不到有效地利用。

为了使这种问题得到补偿，人们曾提议，仅当存在要发送的数据时信道才被占用，在发送数据后，信道被释放以供其他用户使用。在仅利用一争用时隙而不是一保留时隙发送数据的情况中，当话务量不重时不存在问题。然而，当用户的数量增加时，由于争用时隙和在要被连续发送的数据信元之间的延迟，存在着数据碰撞，由此数据连续性被中断。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，其根据要被发送数据的数量有选择地分配保留时隙或争用时隙。

为了实现上述目的，如果数据的数量小于一临界值，本发明使用争用时隙发送数据，如果该数据的数量大于该临界值，本发明使用保留时隙。

下面，帧是数据的基本单位，它能够被一次发送。

根据本发明的一个方面，提供了一种在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，该方法包括：

对要被发送的数据的数量进行测量；

如果所测量的数据量小于一临界值，则利用争用时隙执行一数据通信；和

如果所测量的数据量大于该临界值，则利用保留时隙执行一数据通信；

其中，以从用户住宅设备单元向一前端单元的方向执行信道分配。

根据本发明的另一个方面，提供了一种在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，该方法包括：

A)利用一发送标识对将由一用户住宅设备单元发送的数据的数量进行测量；

B)把被测量的数据量与一临界值比较；和

C)如果要被发送的数据的数量大于该临界值，则利用保留时隙发送要被发送的数据。

根据下面的详细描述，对于本领域的技术人员来说，本发明的目的，特征和优点将会更变得更清楚。

附图说明

图1是表示根据本发明的一种宽带无线多媒体通信系统的一部分的框图；

图2是图1所示中心局单元的框图；

图3是图1所示前端单元的框图；

图4是图1所示中枢室外单元的框图；

图5是图1所示用户住宅设备单元的框图；

图6示出了本发明的一个实施例的一个下行帧；

图7示出了本发明的一个实施例的一个上行帧；

图8是表示根据本发明当使用因特网时一数据发送过程的流程图；

图9是表示图8中两个或多个帧要被发送的情况下一信道分配过程的流程图；和

图10是表示图8中一个帧要被发送的情况下一信道分配过程的流程图。

具体实施方式

下面，将参考附图对根据本发明的一个宽带无线多媒体通信系统的优选实施例进行描述。

图1示出根据本发明的一个宽带无线多媒体通信系统的一部分。参考图1，一个宽带无线多媒体通信系统通常由中心局单元100，前端单元200，中枢室外单元300，和用户住宅设备单元400组成。

如图2所示，中心局单元100由异步传输方式(ATM)交换机110，用户管理系统(SMS)120，网络管理系统(NMS)130，交互工作功能系统(IWF)140，专用小交换机(PBX)150，和因特网网间连接器160组成。PBX150与一公共电话交换网(PSTN)连接，因特网网间连接器160与一因特网业务提供器(ISP)连接。

ATM交换机110在对在一本地多点分布业务(LMDS)中使用的ATM信元数据进行分析和交换中起着作用。所述LMDS能够以各自的ATM信元发送TV广播数据，和执行数字数据和声频数据的双向通信。因而，根据本发明在一宽带无线多媒体通信系统中使用的数据可以由TV广播数据、数字数据，声频数据等表示。

SMS120通过与ATM交换机110交换信息负责管理用户住宅设备单元400的操作、状态或信息。

NMS130通过一个光载波器3(OC-3)管理ATM交换机110和中枢室外单元300之间的连接和它的状态。它还管理其与用户住宅设备单元400之间媒体的状态。

当数据在ATM交换机110和PBX150之间被交换时，IWF140起着使ATM交换机110与PBX150匹配的作用，以便它们能够按联动操作。为了执行这一作用，IWF140以硬件和软件构成。这里，在ATM交换机110和PBX150之间交换的数据通常是文字，图象和分组数据。

当利用WLL(无线本地环路)作为专用网络业务时，PBS150起着为用户住宅设备单元400管理计费信息的作用。此外，它以与PSTN联动方式操作，以便执行根据本发明的数据通信。

因特网网间连接器160起着网关的作用，用于向用户住宅设备单元400提供异步传输方式(ATM)业务和局域网(LAN)业务。为此目的，因特网网间连接器160被连接到ISP(因特网业务提供器)。这里，见图5，用户住宅设备单元400由用户住宅设备室外单元(CPE ODU)410，网络接口单元(NIU)420和诸如电话430，个人计算机440，桌面设备(STB)450，电视接收机460等的外设装置所组成。在用户住宅设备单元400中，网络接口单元420和外设装置的组织随着本发明的宽带无线多媒体通信系统是在家中还是在办公室中使用而改变。

下面将参考图3和4对图1中所示的前端单元200和中枢室外单元300进行详细描述。

图3是图1中所示的前端单元的框图。参考图3，前端单元200由如下装置构成：一个ATM多路复用器单元210，一个媒体接入控制(MAC)处理器单元220，多个正交相移键控(QPSK)调制器230，多个下行信道单元(DCU)240，一个室内合并器单元(ICU)250，一个室内分离器单元(IDU)260，多个上行信道单元(UCU)270，一个网络管理系统(NMS)代理主单元280，和一个电源单元290。

ATM多路复用器单元210对由ATM交换机110分析的ATM信元结构数据再次进行分析，对再次分析的数据执行多路复用，和把该数据提供到MAC处理器单元220，以便把该数据送到DCU240。同时，ATM多路复用器单元210对经UCU270和MAC处理器单元220从CPE ODU410接收的数据执行去复用，和把去复用数据提供到中心局单元100的ATM交换机110。

MAC处理器单元220接收在ATM多路复用器单元210中被多路复用的多个下行信道数据，使各个帧格式化适合于一多媒体通信，和把各个帧提供到QPSK调制器230。同时，根据规定的协议，MAC处理器单元220对从UCU270接收的数据进行分析，和把经分析的ATM信元数据提供到ATM多路复用器单元210。

QPSK调制器230把从MAC处理器单元220接收的下行信道数据调制成188字节的分组数据，执行信道编码，和把被编码数据提供到DCU240。信道编码既可通过卷积编码也可通过卷积交错或通过里德-索洛蒙编码执行。

DCU240把从QPSK调制器230接收的载波数据频率变换为在950至2050MHz范围内的射频(RF)信道，放大各个信道，和把它们提供到ICU250。

ICU250把从DCU240接收的下行信道RF数据合并，和通过一同轴电缆把合并的数据提供到中枢室外单元300。

IDU260把从中枢室外单元300接收的上行信道RF数据分布成多个信道，和把该分布的信道提供到UCU270。

UCU270把从IDU260接收的上行信道RF数据的载波频率变换成一70MHz的信道，对该信道执行去调制，和把该信道提供到MAC处理器单元220。

NMS代理主单元280包括一个中央处理单元(CPU，未示出)，用于收集前端单元200中各装置诸如QPSK调制器230、DCU240，UCU270和电源单元290的操作状态信息，和用于把该信息提供给MAC处理器单元220；和一个解调器(未示出)，用于对由中枢室外单元300的NMS代理从属单元340调制的信号执行去复用和从中提取数据，以及用于把提取的数据提供到MAC处理器单元220。

电源单元290向前端单元200的所有装置提供稳定的电源，和向NMS代理主单元280报告其自己的工作状态。

图4是图1所示的中枢室外单元300框图。参考图4，该中枢室外单元300由下列装置组成：室外分离单元(ODU)310，多个微波变换器单元(MWC)320，一个室外合并单元(OCU)330，一个网络管理系统(NMS)代理从属单元340，一个电源单元350，和多个高方向性天线360。

ODU310把由前端单元200调制的RF数据分布到MWC320。

MWC320把从ODU310接收的RF数据频率变换成微波信号，放大该微波信号，和通过高方向性天线300把放大的微波信号发射到空中。同时，MWC320从CPE ODU410接收经空间传播的微波信号，把该微波信号频率变换成中频(400-700MHz)，和把它们提供到OCU330。

OCU330把从MWC320提供的多个中频数据合并，并通过一同轴电缆把该合并的数据提供到前端单元200的IDU260。

NMS代理从属单元340收集有关MWC320和电源350的工作状态的信息，将该信息数字化，和提供到OCU330，最后，将数字化的信号提供给前端单元200的NMS代理主单元280。

电源单元350向中枢室外单元300的所有装置提供稳定的电源，和向NMS代理从属单元340报告其自己的工作状态。

高方向性天线360把来自MWC320的信号辐射到空间。同时，天线360的波束角度必须被调整到根据本发明的宽带无线多媒体通信系统所建立的规定角度。

图5是图1所示的用户住宅设备单元400的框图。参考图5，用户住宅设备单元400由以下装置组成：用户住宅设备室外单元(CPEODU)410，网络接口单元(NIU)420，外设装置430，440，450和460。CPE ODU410包括一个高方向性天线411和一个微波转换器412。NIU420由下列装置组成：一个控制单元(CPU)421，一个射频(RF)调谐器422，一个差分正交相移键控(DQPSK)调制器423，一个QPSK解调器424，一个ATM接口425，一个公共交换电话网(PSTN)接口426，和一个异步传输方式/局域网(ATM-LAN)接口427。

CPE ODU410的微波转换器412把在中枢室外单元300的MWC320处转换并由天线411接收的中频数据频率转换为950-2050MHz的RF数据，和把该RF数据提供到RF调谐器422。同时，微波转换器412把由RF调谐器422提供的中频上行信道数据频率转换为上行微波波段数据，放大该被频率转换的数据到100-500mV，和通过高方向性天线411把该微波信号发射到空间。这里，必须使天线建立能够与中枢室外单元300的天线360以可视距离通信。这样，必须将用户住宅设备单元400的天线411设置得与中枢室外单元300的天线360在一条视线上。

NIU420的CPU421控制上行/下行信道数据通过RE调谐器422，和对来自ATM接口425的数据格式化，以便能够提供到DQPSK调制器423。此外，CPU421处理由QPSK解调器424解调的数据，和控制ATM接口425和NIU420中的所有设备。

NIU420的RE调谐器422既可以从中枢室外单元300发送的下行信道的范围之外选择一特定信道和把选择的信道提供给QPSK解调器424，也可以接收来自DQPSK调制器423的调制数据以将其发送到中枢室外单元300。

NIU420的DQPSK调制器423对信道编码数据执行差分正交相移调制。QPSK解调器424对从中枢室外单元300发送的数据执行正交相移解调，执行信道编码，和把该信道编码数据提供到ATM接口425。

NIU420的ATM接口425执行信元分段和重组，和根据数据类型把从中枢室外单元300发送的ATM信元结构数据提供到PSTN接口426或ATM-LAN接口427。此外，ATM接口425把从CPE ODU400向中枢室外单元300发送的数据格式化成上行信道帧，和把该格式化的帧提供到DQPSK调制器423。

PSTN接口426处理一ATM应用层类型1(AAL-1)的恒定比特率(CBR)业务，以便可以打电话。

ATM-LAN接口427处理一ATM应用层类型5(AAL-5)的可变比特速率业务，以便以分组数据形式与个人计算机440通信。

用户住宅设备单元400中的外设之一的电话430用于WLL，个人计算机440用于无线LAN。(STB)450用于接收单向的无线CATV，STB450被连接到一个TV460以显示TV图象。

下面，参考图6-10对根据本发明的实施例执行数据通信的无线信道分配方法进行描述。

根据本发明的宽带无线多媒体通信系统向用户提供双向业务。图6是根据本发明一实施例的一个下行帧格式。一个下行帧具有728个时隙。第一时隙被称作″帧开始″。MAC处理器单元220把帧开始时隙的ATM信元的VPI/VCI值发送到0xFF/0xFFFF，其中该值为全部″1″，以便NIU420的所有装置能够互相同步。

在NIU420能够上发送的时隙中，有三种类型：查询响应时隙，争用时隙，和保留时隙。对于查询响应时隙，前端单元200只要以规定时间间隔查询所有的用户，用户住宅设备单元400都会响应该查询。通常，该类型的时隙是上行信道的第一时隙。对于查询的响应可能不是精确地与该时隙同步。因为这类信号可能影响其他时隙信号，所以提供有两个保护时隙。前端单元200对从用户住宅设备单元400接收的信号的频率、密度或同步进行分析，和与标准信号比较测量是否存在差错。如果没有测量到差错，其查询另一个用户住宅设备单元。如果发现差错，其把差错值发送到用户住宅设备单元以对该差错进行校正，并给出校正的信号。前端单元200重复上述动作直到差错不存在。

当用户住宅设备单元400向NIU420发送MAC消息(诸如保留信道请求，信道释放，等等，或信令消息)时使用争用时隙。MAC消息和信令消息并不用于一般用户。在根据数字声频/图象委员会(DAVIC)的争用时隙中，因为多个NIU(而不是一特定NIU420)能被同时使用，所以可能发生数据碰撞。NIU420能够通过检测在由MAC处理器单元220发送的下行消息中的争用时隙的状态发现碰撞是否发生。发现碰撞的MAC处理器单元220根据随机重发延迟方法等待一确定的延迟，并重发该数据。

保留时隙由向将要争用的信道发送保留信道请求消息和从MAC处理器单元220接收确认消息的用户住宅设备单元建立。

图7是根据本发明的一实施例的上行帧格式。参考图7，在一帧中具有1个查询响应时隙，2个保护时隙，6个争用时隙，和141个保留时隙。

下面对本发明实施例中用户住宅设备单元400的NIU420和个人计算机440与前端单元200的MAC处理器单元220之间的操作进行描述。

在本发明中，如果由用户住宅设备单元发送的数据数量小于一临界值(系统参数)，则NIU420利用争用时隙发送数据。如果要被发送的数据数量大于该临界值则NIU420向MAC处理器单元220请求保留时隙，和从MAC处理器单元220向其分配保留时隙，利用该保留时隙发送数据。这里，临界值即系统参数在每个用户住宅设备单元中是一样的。该临界值具有多个DAVIC推荐的1个上行帧(53字节)。

下面，对用户在根据本发明的宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的过程进行描述。

当用户在一个人计算机(PC)440上操作一网址浏览器开始数据通信时，PC440将一因特网起始消息提供到NIU420。因为接收到该因特网起始消息，NIU420首先向MAC处理器单元220发布建立信令消息以执行ATM连接。除了信令消息外的一般数据可以由ATM信元的VPI和VCI识别。NIU420向MAC处理器单元220发布一个保留信道请求消息。当NIU420向前端单元200上发送一个ATM建立信令消息时，根据ATM论坛的ITU-T或UNI4.0的Q.2931，该消息大于100字节。它长于DAVIC规定的帧(见图7)，于是二或多个帧是必要的。该建立消息是个重要的消息在于NIU420首先建立连接。因为该消息对时延敏感，为了发送该信道请求消息，必须从NIU420分配保留时隙，而后利用该保留时隙发送建立信令消息。从那以后，利用争用时隙发送各种信令消息。当从MAC处理器单元220接收到对建立消息的响应时，常规的数据通信被执行。

此时，用户通过操纵鼠标或键盘发送消息同时享受因特网通信的情形可能发生。图8中所示的流程图解释了这种情况。图8至10是临界值为″1″的情况。如果临界值为″1″，其对着ATM信元1。

参考图8-10，NIU420连续测试由一用户发送的帧的发送标识，以便检查是否存在数据(S101)。当一用户发送数据时(S201a，S201b)，NIU420设置发送标识。如果该发送标识被设置，对存储在一发送缓冲器中的数据的数量进行测量(S102)。随后，判断要被发送的数据的数量是否大于临界值，即1帧(S103，S202a，S202b)。在该判断步骤中，如果要被发送的数据大于临界值，搜寻可用于从MAC处理器单元220下发送之消息的争用时隙(S104，S203)。之后，利用争用时隙发送用于保留时隙的保留消息(S105，S204)。接着，从MAC处理器单元220下发送之消息中搜寻数据碰撞(S106，S205)。在该判断步骤(S106)中，如果发现数据碰撞，步骤S104被再次重复，如果没有发现数据碰撞，则分配的保留时隙被接收(S107，S205)。随后，通过使用分配的保留时隙发送存储在发送缓冲器中的数据(S108，S206)。接着，检查是否所有的数据和帧都被完全发送(S109)，如果仍剩有要被发送的数据，数据发送步骤S108被再次重复。如果数据发送完成，则当前的保留时隙被释放(S110，S207)，并所有步骤结束。

另一方面，在步骤S103中，如果要被发送的数据的数量小于该临界值，从由MAC处理器单元220下发送的下行消息中搜寻争用时隙，如图10中所示(S111，S209)。随后，利用一争用时隙发送数据(S112，S210)。此后，判断对从MAC处理器单元220下发送的数据的数据碰撞(S113，S211)。如果一数据碰撞被发现，寻找争用时隙的步骤(S111)被重复，而如果没有找到数据碰撞且数据发送被连续执行，则整个过程结束。

综上所述，当利用根据本发明的宽带无线多媒体通信系统执行因特网通信时，因为能根据要被发送数据的数量选择保留信道或争用信道，所以所给信道能够被有效地利用。此外，由于小于临界值的数据被利用争用时隙直接发送，无需向MAC处理器单元提供任何请求消息，所以MAC处理器单元的负荷可以被减轻。因而，无需向通信系统添加额外的设备，系统能够容纳更多的用户。

Claims

1.在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，该方法包括：

对要被发送的数据的数量进行测量；

2.根据权利要求1的信道分配方法，其中用户住宅设备单元测量数据的数量。

3.根据权利要求1的信道分配方法，其中临界值是一个可变的系统参数。

4.根据权利要求3的信道分配方法，其中临界值为“1”。

5.在宽带无线多媒体通信系统中执行数据通信的信道分配方法，该方法包括：

B)把被测量的数据量与一临界值比较；和

6.根据权利要求5的信道分配方法，其中步骤A)包括：

检测由一用户发送的帧的发送标识，以便检查要被发送的数据是否处在一发送缓冲器中；

如果要被发送的数据是处在该发送缓冲器中，则设置该发送标识；和

当发送标识被设置时，测量存储在发送缓冲器中的数据的数量。

7.根据权利要求5的信道分配方法，其中步骤C)包括：

利用争用时隙向一前端单元请求保留时隙；

作为对保留时隙请求的响应分配保留时隙；和

利用分配的保留时隙发送要被发送的数据。

8.根据权利要求7的信道分配方法，其中通过利用争用时隙发送用于一保留时隙的保留消息执行对保留时隙的请求。

9.根据权利要求5的信道分配方法，其中步骤B)包括：

如果要被发送的数据的数量小于该临界值，则搜寻争用时隙；和

利用搜寻到的争用时隙发送要被发送的数据。

10.根据权利要求5的信道分配方法，其中步骤A)不测量建立信令消息的数量。

11.根据权利要求10的信道分配方法，其中建立信令消息由一ATM信元的VPI或VCI识别。

12.根据权利要求10的信道分配方法，其中利用保留时隙发送建立信令消息，和利用争用时隙发送其他信令消息。