CN1998254B - 用于回传无线语音和数据传输的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了用于降低蜂窝回传的成本的方法和系统。该方法和系统包括使用公共因特网(138)来回传蜂窝业务，其与专用T1线路相比提供非常广的可用性和相对低的因特网连接成本。通过将基站控制器的一些交换功能提供到基站来实现基站(136)和基站控制器(140)之间交换功能的重新分布。

Description

用于回传无线语音和数据传输的方法和系统
本申请要求于2004年6月9日提交的、名称为“降低蜂窝回传的成本”的美国临时申请No.60/578266的优先权，其内容合并在此以供参考。
技术领域
下面的描述涉及无线电系统
背景技术
在现今的蜂窝系统中，必须将语音、数据和信令业务从小区塔台(celltower site)回传到移动交换中心所在的中央局。通常，回传指的是将数据传到(例如)基站和基站控制器之间的核心网络。在某些情况下，回传可以包括在“偏僻”的路径上(包括将其传送到比其目的地更远的地方)发送网络数据，以便更快地或以更低的成本将数据传送到其目的地。在当前，在专用T1线路上发生大部分该回传。还有主要用于利用许可或未许可的频带的小范围利基应用(niche application)的一些无线回传模式。
蜂窝回传主要利用专用T1线路。所保证的带宽和延迟对于支持实时语音呼叫是非常重要的。典型地，T1时隙专用于特定语音电路或数据信道。可获得在回传上使用IP来集合业务并动态地适应数据和语音的变化需要的容量的频带效率，但是不用于现今的大部分配置中。
虽然存在几种无线回传技术，但是通常将到这些系统的接口制作成看起来像T1线路。这允许使用相同的接口和时隙分配。无线路回传与租赁T1线路相比其优点在于较低的成本，但是无线路系统经常受范围和地形的限制。
已经对使用公共因特网来回传蜂窝业务产生了兴趣，与专用T1线路相比其提供范围广的可用性和相对低的因特网连接成本。
发明内容
在某些方面中，本发明包括用于回传无线语音和数据传输的方法。该方法包括在基站接收无线传输。该方法还包括将来自基站的传输通过共享网络转发到基站控制器。该方法还包括在基站或基站控制器上提供抖动缓冲器；并使用抖动缓冲器来补偿由共享网络引起的抖动。
实施例可以包括下列中的一项或多项。
该方法可以包括在基站上控制器接收第二传输，并且将第二传输通过共享网络转发到基站。共享网络可以是非专用网络。共享网络可以是因特网。
转发传输可以包括使用安全协议来转发该传输。安全协议可以是SSL。
该方法还可以包括确定所接收到的传输的优先级，并且基于所确定的优先级来转发该传输。确定优先级可以包括将第一优先级分配给语音传输并将第二优先级分配给数据传输。第一优先级可以大于第二优先级。
转发传输可以包括使用IP语音技术来转发该传输。该方法还可以包括在基站控制器上执行传输的解密。该方法还可以包括在基站控制器上执行第二传输的加密。该方法还可以包括在基站执行功率控制。该传输可以是来自蜂窝电话的传输。
在额外的方面中，本发明包括一种方法，该方法包括在基站上接收来自第一移动单元的、要被路由到第二移动单元的无线传输。该方法还包括确定第二移动单元是否在基站的通讯范围内，并且如果第二移动单元在该范围内，则在基站上将来自第一移动单元的传输本地路由到第二移动单元。
实施例可以包括下面中的一项或多项。
该方法可以包括如果移动单元不在该范围内，则将该输转从基站传发到基站控制器。将该输转从基站传发到基站控制器可以包括通过共享网络将该输转从基站传发到基站控制器。共享网络可以是因特网。
在额外的方面中，本发明包括用于回传语音和数据传输的系统。该系统包括基站，配置来接收无线传输，并且将该传输通过共享网络转发到基站控制器。该系统还包括抖动缓冲器，该抖动缓冲器包括在基站或基站控制器中，并且被配置来补偿由共享网络引起的抖动。
该系统还可以包括基站控制器，配置来接收第二传输，并且通过共享网络将第二传输转发到基站。共享网络可以是因特网。还可以将基站进一步配置来确定所接收的传输的优先级，并且基于所确定的优先级转发该传输。
在额外的方面中，本发明包括一种系统，该系统包括基站。基站配置来接收来自第一移动单元、要被路由到第二移动单元无线传输，并且确定第二移动单元是否在基站的通讯范围内。如果第二移动单元在该范围内，则基站配置来在基站上将来自第一移动单元的传输本地路由到第二移动单元。
实施例可以包括下面中的一项或多项。
该系统还可以包括基站控制器。如果第二移动单元不在该范围内，则该基站可以配置来将该传输转发到基站控制器。
在特定实现中可以见到的优点包括下面各项中的一项或多项。
在某些实施例中，使用软件无线电系统可以降低蜂窝回传的成本。
在某些实施例中，软件无线电系统允许设备执行快速实现，并且对系统的任何改变或协议可以是对基础架构的软件下载。
在某些实施例中，软件无线电系统采用QoS测量和机制来确保足够的带宽和延迟来支持语音和数据用户需求。
附图说明
图1A是网络的方框图。
图1B是网络的方框图。
图2是网络的方框图。
图3是网络的方框图。
图4是流程图
图5是网络的方框图。
图6是网络的方框图。
具体实施方式
参照图1A，系统10包括移动单元12、基站14。将基站连接到接近主干的因特网14，并且借助于现场的轻型(lightweight)QoS机制将蜂窝业务路由到蜂窝服务提供商的核心网络。QoS机制为系统10提供所需要的服务等级，使得系统不依赖于过度的带宽的存在来提供所需要的服务等级。
更特别地，系统10包括移动单元12，该单元将无线信号传输发送到基站14。基站14通过网络16(如，公共网)将该传输路由到基站控制器18。基站控制器18随后将呼叫路由到移动交换单元20，并且移动交换单元20将呼叫路由到公共交换电话网络22。在某些实施例中，信号遍历部署在基站控制器18和移动交换单元20之间的第二网络(如，因特网24)(图1B)。
还可以经由移动交换单元20、基站控制器10、因特网16和基站15将信号从公共交换电话网络22发送到移动单元12。
软件无线电可以有助于用于回传实时蜂窝语音和数据业务的公共因特网16的性能特性。可以使用各种类型的QoS测量和机制来提供这样的实时蜂窝语音和数据业务。
为了降低蜂窝回传的成本，使用因特网是有效的。因此，确保高等级因特网服务的最容易的方式就是连接接近主干的装置。装置相对于主干的位置避免了额外的中继部分以及在网络边缘的受限带宽。在当今网络16的主干中的大量带宽(在芯线中装有大量的光纤的结果)通常可以支持蜂窝业务的QoS需求。然而，如果用户需要远端位置的服务，则通常需要多次中继来提供在那些位置中的服务，并且QoS降低。类似地，当在核心网络中经历过量业务时，即使当前的大量带宽也可能不能提供足够的资源来有效地满足需求。
可以使用各种协议来提供效率以及带宽优化。示例性协议包括TCP、UDP和RTP以及在这些协议顶端实现的端到端应用级QoS协议。
在某些实施例中，可以使用在公共因特网16上的现有装置来将呼叫从移动单元12路由到使用公共因特网来进行回传的公共交换电话网络，而不需要在网络中配置新路由器或其它硬件。这使得以快得多的时标使用因特网进行回传。相信这样的实现将会节约用于现今无线载波的大量成本。
参照图2，显示了呼叫通过因特网36的示例性路由。在该实例中，基站位于Texas 32和Cambridge 34，经由公共因特网36连接到Vancouver的移动交换中心38。表1显示位于Cambridge的基站34和Vancouver的交换中心38之间的中继数，而表2显示位于Texas的基站32和Vancouver的交换中心38之间的中继数。
表1：从Cambridge到207.23.93.38的跟踪路径，最大30个中继，38字节分组
  1   pos   (192.168.0.1)   0.436ms   0.291ms   0.211ms
  2   w225.z064221090.bos-ma.dsl.cnc.net   (64.221.90.225)   1.062ms   0.872ms   0.877ms
  1   pos   (192.168.0.1)   0.436ms   0.291ms   0.211ms
  3   208.177.193.1.ptr.us.xo.net   (208.177.193.1)   146.914ms   200.582ms   168.402ms
  4   ge5-00.MAR2.Cambridge-MA.us.xo.net   (207.88.86.53)   170.937ms   204.480ms   187.509ms
  5   p5-1-0-2.RAR2.NYC-NY.us.xo.net   (65.106.3.33)   204.374ms   87.548ms   95.330ms
  6   p1-0.1R1.NYC-NY.us.xo.net   (65.106.3.42)   111.932ms   113.313ms   181.227ms
  7   206.111.13.18.ptr.us.xo.net   (206.111.13.18)   132.570ms   148.973ms   98.475ms
  8   core1-newyork83-pos0-3.in.bellnexxia.net   (206.108.103.177)   20.721ms   127.483ms   148.096ms
  9   core4-montreal02-pos6-3.in.bellnexxia.net   (206.108.99.189)   133.495ms   314.225ms   248.051ms
  10   64.230.243.238   (64.230.243.238)   269.619ms   93.072ms   94.338ms
  11   core1-vancouver-pos10-2.in.bellnexxia.net   (64.230.229.38)   93.456ms   106.692ms   93.993ms
  12   dis4-vancouver-pos6-0.in.bellnexxia.net   (206.108.101.66)   92.230ms   91.601ms   91.677ms
  13   69.156.254.254   (69.156.254.254)   104.744ms   104.470ms   103.289ms
  14   blnt1-vlan2.hc.BC.net   (207.23.240.232)   102.966ms   104.999ms   103.303ms
  15   telostech2.BC.net   (134.87.24.62)   170.350ms   128.600ms   120.643ms
  16   134.87.54.6   (134.87.54.6)   115.420ms   132.120ms   111.732ms
  17   207.23.93.38   (207.23.93.38)   111.607ms   127.547ms   125.545ms
表2：从MidTex到207.23.93.38的跟踪路径，最大30个中继，38字节分组
1 com-sa-1.cctc.net (208.6.233.1) 0.276ms 7.027ms 0.262ms
2 sl-gw30-fw-1-1-0-TS24.sprintlink.net (144.228.139.237) 235.334ms 17.840ms 10.711ms
  3   sl-bb23-fw-2-0.sprintlink.net   (144.232.12.174)   8.653ms   46.239ms   19.150ms
  4   sl-bb25-chi-6-0.sprintlink.net   (144.232.9.25)   37.363ms   37.972ms   37.075ms
  5   sl-bb21-sea-1-0.sprintlink.net   (144.232.20.156)   77.978ms   73.554ms   73.691ms
  6   sl-gw11-sea-8-0.sprintlink.net   (144.232.6.118)   119.849ms   73.350ms   73.333ms
  7   sl-teleg-4-0.sprintlink.net   (160.81.36.14)   82.840ms   74.541ms   74.457ms
  8   core2-seaffle-pos0-1.in.bellnexxia.net   (206.108.102.197)   74.743ms   87.826ms   74.935ms
1 com-sa-1.cctc.net (208.6.233.1) 0.276ms 7.027ms 0.262ms
  9   core2-vancouver-pos10-1.in.bellnexxia.net   (206.108.102.210)   83.550ms   91.493ms   78.653ms
10 dis4-vancouver-pos9-0.in.bellnexxia.net (206.108.101.70) 99.620ms 78.485ms 159.792ms
  11   69.156.254.254   (69.156.254.254)   78.796ms   78.648ms   78.711ms
  12   blnt1-vlan2.hc.BC.net   (207.23.240.232)   82.164ms   81.627ms   78.636ms
  13   Telostech2.BC.net   (134.87.24.62)   87.021ms   100.408ms   84.433ms
  14   134.87.54.6   (134.87.54.6)   97.545ms   88.719ms   101.795ms
  15   207.23.93.38   (207.23.93.38)   136.840ms   110.697ms   98.773ms
如上面的表1和2所示，使用可用的因特网连接路由呼叫可以提供足够的服务质量。应当注意的是朝向网络边缘的中继的数量和行为(contribution)包括显著的延迟部分。因此，相信由于连接离因特网主干或数据网络服务提供商的其它公共网络较近，所以在没有QoS协议或轻型的QoS协议的情况下，也可以有足够多的带宽来始终满足蜂窝回传QoS需求。
表3：到vanu-bsc.dyn.nimlabs.org(24.239.114.151)，最多30个中继，38字节分组
  1   ***(内部网络节点)
  2   ***(内部网络节点)
  3   acs-24-239-114-151.zoominternet.net   (24.39.14.51)   25.417ms   26.531ms   34.788ms
  4   acs-24-239-114-151.zoominternet.net   (24.39.14.51)   25.561ms   20.253ms   52.069ms
如上面的表3所示，利用可用因特网连接路由呼叫可以提供足够的服务质量。使用RTP协议来发送语音，并且通过使用RTP报头压缩有可能节省回传带宽。使用IP或其它标准因特网协议提供过渡到基于因特网的回传的平滑路径。应该注意的是，在将基站放置在因特网附近降低了中继数。中继数和传输的全部延时的影响是显著的。将基站放置在因特网主干附近(由此降低中继数)可以降低延时并确保语音传输的较高QoS等级。
虽然因特网36通常提供大量带宽以能提供足够的QoS，但是在加载和紧急情况期间可以使用额外的路由过程和特征来提供足够的QoS。
如上所述，使用在基站和基站控制器之间的多次中继会增加信号延时。例如，典型的因特网连接通过多个中继和网络边缘的带宽受限的链路。这些边缘路由器和链路是该连接的整体带宽和延时的主要影响者。ISP可以选择付较多的费用来与主干连接得更近，但是该费用很可能仍然远远低于T1成本，该成本根据位置和距离在每月$400到$2000的范围内。
为了测试用利用因特网的通信路径代替T1线路的操作性，已经完成了各种测试。为了比较的目的，可以使用基站和基站控制器之间的、利用现有T1线路的典型连接来测量基线带宽、延时以及抖动。由无线连接到软件无线电基站的标准GSM手机产生业务负载。用公共因特网连接(如图1A所示)来代替T1连接。使用与基线实验类似的负载条件来测量有效带宽、延时和抖动。
虽然没有QoS机制的服务也是可行的，但是由于在使用公共因特网中产生的不可预测的变化，因此各种类型的应用级QoS和故障恢复都是需要的。在许多实时系统中，由于在重发数据时该数据将会过于陈旧，因此TCP类型的重发是不合适的。其它途径包括将纠错嵌入数据流以便可以重构丢失的分组，或者用于在丢失事件中丢弃或重复分组。最重要的参数是保持呼叫存活。在蜂窝系统中，用户习惯于偶尔的丢失话音或语音质量降低，但是呼叫中断是明显的问题。恢复机制必须确保移动单元不会确定该呼叫被中断并终止连接。
如上所述，可以使用各种QoS机制来确保从移动单元12通过因特网16发送到公共交换电话网络22的信号的延时和质量。由于因特网16是共享网络，因此其可以有利地使用各种技术来确保保持QoS，使得在用户的语音服务中没有中断。
在一些实施例中，可以在数据网络中使用进入(admission)控制来确保在网络中负载过多期间平滑呼叫数据流。在这种情况下，系统将进行质量/容量折衷，支持较少的语音呼叫但是保持最小质量标准。
参照图3，系统70包括多个移动单元72、74和76以及基站78。在操作中，移动单元72、74和76产生信号并通过基站78将呼叫路由到基站控制器和通过因特网路由到电话网络。由于在共享网络上可用的带宽的可变性，基站78可以限制基站同时处理并路由语音呼叫的移动单元和附加用户的数量。如果因特网正忙或不具有可用的带宽来确保预期的QoS，则基站78将拒绝来自一个或多个移动单元的传输。
参照图4，显示了用于确保在网络超负载期间呼叫的QoS的处理。基站监视和确定共享网络的可用带宽(82)。例如，基站可以试通(ping)网络上的另一装置，并且监视试通分组的响应时间。虽然使用试通分组不提供准确的带宽度量，但是可以将其用作确定是否存在足够的可用带宽的度量，以确保在网络上路由具有特定等级质量的语音呼叫。基于所测量的带宽，基站确定是否存在足够的带宽来支持语音呼叫(88)。如果有足够的带宽，则基站将呼叫通过基站在网络路由到基站控制器(90)。如果没有足够的带宽，则基站屏蔽呼叫，使得不能在网络上将呼叫路由到基站控制器。
参照图5，显示了包括移动单元102、104、106和108以及基站118的系统100。在操作中，移动单元102、104、106和108通过基站118将信号路由到基站控制器。移动单元102、104、106和108可以在网络上路由语音和数据。例如，移动单元102、106和108被显示为发送语音数据110、114和116，而移动单元104被显示为发送数据112。通常，确保期望的质量等级的语音传输所要求的延时小于数据传输所要求的延时。由于共享网络上的可用带宽的可变性，基站118可以为某些传输改变传输时间，以便考虑网络的带宽。例如，如果网络处于或接近其容量时，基站118可以将数据传输的传输延迟预定时间，如大约1到3秒。基于可用带宽改变数据传输的传输时间允许用户更加有效地使用共享网络上可用的带宽。
在某些实施例中，共享网络可以包括特定用户的保证带宽。例如，如果网络支持专用带宽，则可以向基站分配足够的带宽来确保呼叫传输的特定质量等级。
在某些实施例中，系统可以在回传链路的一端或两端包括抖动缓冲器来补偿共享网络中的抖动。通常，信号处理系统包括一些抖动，其为完成任何特定任务所需的时间的随机变化。在系统最低级上，抖动是由于硬件效果，诸如两个芯片请求访问共享总线的相对时间。在更高级，抖动来源于可变的和不可预测的网络性能。抖动缓冲器可以确保即使当网络中存在明显抖动时，系统也将根据相关通信协议来处理系统并将其呈现给系统用户。
在某些实施例中，使用基于软件的无线电可以允许按需分配基站和基站控制器的功能。例如，在蜂窝链路中，可以将数据的加密/解密移至链路的后台(如，基站控制器)侧。此外，可以将由基站控制器典型执行的其它功能(如，功率控制)移至前台(如，基站)侧。
在图6中显示了基站和基站控制器之间的示例性重新分布功能。系统130包括多个移动单元132和134、基站136和基站控制器140。在典型的操作期间，可以在基站控制器上发生特定切换操作。因此，如果移动单元132希望呼叫移动单元134，则该传输将会从移动单元132行进到基站136，并且跨过网络138而到达基站控制器140。该传输会在传输中引入延时。此外，该传输将需要网络138的一部分带宽。在基于软件的系统中，可以将某些交换功能从基站控制器140移至基站136。例如，基站136可以确定是否将呼叫路由到同一基站上的被呼叫者，并且如果是这样，则在基站上路由呼叫。由于呼叫从来不遍历网络138，因此在基站本地路由这样的呼叫会降低回传带宽。
虽然在上面描述了一些实施例，使用了QoS机制，但是存在其中没有实现QoS的其它实施例。
已经描述了用于降低蜂窝回传的新颖设备和技术。很明显的是，本领域技术人员可以对这里公开的具体设备和技术做出大量不同的修改和使用，但是没有背离本发明构思。因此，应该将本发明理解为包含这里公开的设备和技术中呈现和拥有的每个新颖特征和特征的新颖组合，并且仅由所附权利要求的宗旨和范围限定本发明。其它实现在所附权利要求的范围中。

Claims (17)

1.一种用于回传无线语音和数据传输的方法，该方法包括：
在基站接收无线传输；
将来自基站的该传输通过共享网络转发到基站控制器，
在基站或基站控制器上提供抖动缓冲器；和
使用抖动缓冲器来补偿由共享网络引起的抖动。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在该基站控制器上接收第二传输；和
将该第二传输通过共享网络转发到基站。
3.如权利要求1所述的方法，其中共享网络包括非专用网络。
4.如权利要求1所述的方法，其中共享网络包括因特网。
5.如权利要求1所述的方法，其中转发传输包括使用安全协议来转发该传输。
6.如权利要求5所述的方法，其中安全协议包括SSL。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定所接收到的传输的优先级；和
基于所确定的优先级来转发该传输。
8.如权利要求7所述的方法，其中确定优先级包括：
将第一优先级分配给语音传输；和
将第二优先级分配给数据传输，其中第一优先级大于第二优先级。
9.如权利要求1所述的方法，其中转发传输包括使用IP语音技术来转发该传输。
10.如权利要求1所述的方法，还包括在基站控制器上执行传输的解密。
11.如权利要求2所述的方法，还包括在基站控制器上执行第二传输的加密。
12.如权利要求1所述的方法，还包括在基站执行功率控制。
13.如权利要求1所述的方法，其中该传输包括来自蜂窝电话的传输。
14.一种用于回传语音和数据传输的系统，该系统包括：
基站，配置来：
接收无线传输；和
将该传输通过共享网络转发到基站控制器，
抖动缓冲器，该抖动缓冲器包括在基站或基站控制器中，并且被配置来补偿由共享网络引起的抖动。
15.如权利要求14所述的系统，还包括：
基站控制器，配置来：
接收第二传输；和
通过共享网络将第二传输转发到基站。
16.如权利要求14所述的系统，其中共享网络包括因特网。
17.如权利要求14所述的系统，其中还将基站配置来：
确定所接收到的传输的优先级；和
基于所确定的优先级转发该传输。
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