СПОСОБ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ В СИСТЕМЕ МДКР Российский патент 2002 года по МПК H04L12/00 

Изобретение относится к системам множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) и, более конкретно, к способу мультиплексирования множества параллельных информационных потоков с переменной скоростью в системе МДКР.

По мере развития систем мобильной связи возрастают требования к услугам высокоскоростной передачи данных в системах мобильной связи. Мультимедийные услуги, такие как речь и видео, а также коммуникации интернета, требуют переноса нескольких параллельных и независимых информационных потоков между мобильной станцией и сетью по одному коммуникационному соединению. Информационные потоки могут иметь различные скорости передачи битов, различные интенсивности битовой ошибки, различные задержки и т.д. Кроме того, параллельные информационные потоки могут иметь переменные скорости передачи битов для таких приложений, как речевые кодеры/декодеры переменной скорости и коммуникации данных с коммутацией пакетов. При этом требуется, чтобы информационные потоки имели возможность независимо варьировать свою полосу частот.

Множественный доступ с кодовым разделением каналов прямой последовательности (ПП-МДКР) является одним из видов множественного доступа, пригодных для работы с информационными потоками с переменной скоростью. Однако существующие в настоящее время конфигурации ПП-МДКР имеют значительные ограничения, которые нужно преодолеть. Системы ПП-МДКР, работающие под протоколом МС-95 [IS-95] (международная система-95) задействуют однокодовую передачу при фиксированном коэффициенте расширения. Таким образом, каждому коммуникационному соединению выделяется один код при фиксированной номинальной скорости. Используя протокол МС-95, можно совместно мультиплексировать до трех информационных потоков (сигнальный, первичный и вторичный график). Однако скорость передачи битов каждого потока данных нельзя выбирать независимо, поскольку сумма скоростей передачи битов не может превышать номинальной скорости для кодового канала. Если сумма скоростей передачи битов меньше номинальной скорости, применяется прерывистая передача (ПрП).

Протокол МС-95 имеет некоторые недостатки в отношении информационных потоков с переменной скоростью передачи битов. Скорость передачи битов для протокола МС-95 относительно низка. Кроме того, протокол задает лишь ограниченное число комбинаций различных потоков данных. Более того, подробная информация, касающаяся комбинации информационных потоков, передаваемая мобильной станцией, лишь частично передается в сеть. Одно из решений проблемы низкой скорости передачи битов состоит в расширении протокола МС-95 с целью включения в него многокодовой передачи. Однако это было бы ненужной тратой кодов, ибо, в среднем, каждый поток лишь частично использует выделенные ему коды. Увеличить число возможных скоростей передачи битов трудно, поскольку никакой подробной информации о скорости битов в сеть не поступает.

Решение, связанное с испытательной моделью кодового разделения (ИМКР), использует однокодовую передачу при переменном расширении. При таком решении параллельные информационные потоки с переменной скоростью кодируют по отдельности и мультиплексируют в физический канал данных (ФКД). Информация о текущих характеристиках различных информационных потоков соединения передают по параллельному физическому каналу управления (ФКУ) с постоянной скоростью передачи битов. Информация по скорости передачи битов, передаваемая на ФКУ в течение 10-миллисекундного кадрового периода, относится к информационным потокам, переносимым по ФКД в течение того же 10-миллисекундного кадрового периода. ФКУ и ФКД передают по двум раздельным кодовым каналам. Для управления мощностью по замкнутой петле приемник измеряет мощность на ФКУ, что позволяет приемнику избегать выяснения текущей скорости передачи битов по ФКД с целью принятия решений по управлению мощностью.

Решение ИМКР не является полностью удовлетворительным, поскольку протокол задает лишь ограниченное число комбинаций информационных потоков. Если требуется новая комбинация или тип информации, например иной набор скоростей для потоков с переменной скоростью, спецификация должна быть изменена.

Другой недостаток применения решения ИМКР к системам с ортогональным кодом заключается в том, как информация по скорости передачи битов передается на приемник. Во-первых, должна иметься возможность декодировать информацию по скорости, даже если предыдущий кадр был ошибочным. Решение ИМКР при параллельном кодовом канале с постоянной скоростью не является желательным для системы с ограниченным числом ортогональных кодов, поскольку число используемых кодов должно сводиться к минимуму. Далее для исключительно речевого терминала использование более одного кода увеличивает сложность.

Окончательное решение использует МДКР с когерентной полосой частот (КП-МДКР). МДКР с когерентной полосой частот - это поток многокодовой передачи, в котором каждое соединение выделяет потоку данных один из нескольких кодов с фиксированной номинальной скоростью. Концепция не является полностью разработанной в том смысле, что до сих пор не представлен способ осуществления многокодовой передачи с переменной скоростью. Информация по скорости для приемопередатчика мультиплексируется по времени совместно с информационными потоками и передается по одному и тому же набору кодов. Хотя в связи с концепцией КП-МДКР не было описано никакой реализации многокодовой передачи параллельных информационных потоков с переменной скоростью, существует одно решение, согласно которому различные информационные потоки передаются с применением различных наборов кодов.

Однако это было бы ненужной тратой кодов, поскольку каждый поток лишь частично использовал бы выделенные ему коды. Это является серьезной проблемой на нисходящей линии связи, где доступно лишь ограниченное число ортогональных кодов. Другая проблема, связанная с этой концепцией, заключается в том, что при приеме кадра, для которого информация по скорости передачи битов неизвестна, управление мощностью по замкнутой петле для прерывистой передачи переменной скорости может опираться только на служебные части фиксированной скорости в каждом сегменте, например пилотные символы. Это обеспечивает худшую производительность, чем, когда все передаваемые биты используются для измерения принимаемой энергии. Наконец, в случае многокодовой передачи, если скорость передачи битов неизвестна, то неизвестно, какие коды используются. Прерывистая передача (ПрП) предполагает передачу данных при меньшей, чем номинальная, скорости передачи информационных битов системы. В прерывистых передачах данные не передаются по каналу пользователя в течение 100% времени.

Настоящее изобретение преодолевает вышеозначенные и другие недостатки посредством обеспечения способа передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных. Потоки данных множества совместно мультиплексируют, чтобы формировать общий информационный кадр. Общий информационный кадр содержит по одному кадру из каждого информационного потока множества. Число битов в каждом из кадров, включенных в общий информационный кадр, преобразуют в двоичное представление и мультиплексируют в кадр информации по скорости передачи битов.

Кадр информации по скорости передачи битов и общий информационный кадр канально кодируют и мультиплексируют в один мультиплексированный кадр. Затем мультиплексированный кадр демультиплексируют в по меньшей мере один канальный кадр. Каждый канальный кадр передают по кодовому каналу. Мультиплексированный кадр демультиплексируют таким образом, что первый кодовый канал всегда включает в себя информацию по скорости передачи битов для мультиплексированного кадра. Общие информационные данные мультиплексированного кадра могут быть задержаны на один кадр, так что информация по скорости передачи битов, передаваемая с конкретной группой данных, предназначается для последующего кадра данных.

Настоящее изобретение очевидно из нижеследующего подробного его описания, приводимого со ссылками на соответствующие чертежи, на которых:
фиг.1 - блок-схема, иллюстрирующая коммуникации между мобильной станцией и наземной сетью мобильной связи;
фиг.2 - информационный поток;
фиг. 3 - блок-схема, иллюстрирующая предпочтительный вариант осуществления способа мультиплексирования информационных потоков с переменной скоростью передачи битов для передачи с мобильной станции на наземную сеть мобильной связи;
фиг. 4 - блок-схема, иллюстрирующая способ обеспечения дополнительной защиты информационных потоков путем кодирования для прямого исправления ошибок и перемежения до мультиплексирования в общий информационный кадр; и
фиг. 5 - альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором два общих информационных потока имеют различные внутреннюю кодировку и чередование.

На чертежах и, более конкретно, на фиг.1 показана блок-схема мобильной станции 5 и наземной сети 6 мобильной связи, включающей в себя центр 7 коммутации мобильных станций (ЦКМС). При первоначальном установлении соединения между мобильной станцией 5 и наземной сетью 6 мобильной связи прежде всего устанавливается соединение, включающее в себя только один заранее заданный информационный поток 8. Этот информационный поток 8 является специальным каналом управления (СКУ), по которому осуществляется дополнительная сигнализация для установки других потоков данных. Через СКУ 8 первоначально определяется число информационных потоков и размер кадров информации по скорости передачи битов. Также в течение установления вызова определяется способ кодирования и перемежения каждого информационного потока.

Число битов в кадре информации по скорости передачи битов косвенно определяется размером наборов скоростей. Размер наборов скоростей может устанавливаться путем отбора заранее заданной комбинации информационных потоков, каждый из которых имеет заранее заданный набор скоростей. Альтернативно наборы скоростей можно отбирать путем выбора любой комбинации информационных потоков, в котором набор скоростей задается в виде числа уровней скорости передачи битов и числа битов на кадр для каждого уровня скорости передачи битов.

На фиг.2 представлен информационный поток 10. Каждый информационный поток 10 синхронизирован таким образом, что каждый кадр 15 имеет длину кадрового интервала Т_к секунд. Т_к является системной постоянной, обычно находящейся в диапазоне от 1 до 20 мс. N_i (где i обозначает i-ый информационный поток) битов информации содержатся в каждом кадровом интервале информационного потока 10. Мгновенная скорость передачи битов для каждого информационного потока задана равенством R_i=N_i/Т_к. Для потоков данных с переменной скоростью Ni варьируется от кадра к кадру.

На фиг. 3 представлен предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Биты каждого информационного потока 10, подлежащие передаче, поступают в течение данного кадрового интервала Тк и мультиплексируются мультиплексором 20 в поток общих информационных кадров 25. Каждый общий информационный кадр 25 содержит по одному кадровому интервалу Т_к из каждого потока битов 10 в течение конкретного кадрового интервала. Одновременно число битов (N_i) 30 для каждого информационного потока 10 в общем информационном кадре 25 преобразуют на блоке 35 в двоичные представления и совместно мультиплексируют в кадр 40 информации по скорости передачи битов (ИСПБ). Таким образом, кадр 40 ИСПБ состоит из преобразованного и мультиплексированного числа битов для каждого кадра информационного потока 10 в общем информационном кадре 25.

И общий информационный кадр 25 и кадр 40 ИСПБ независимо друг от друга канально кодируют соответственно на блоках 50 и 45. Процесс канального кодирования может включать в себя этапы добавления хвостовых битов в конец мультиплексированных по времени информационных потоков и/или кодирование при помощи сверточного кодера на заранее заданной скорости. Однако очевидным является, что и другие типы процессов канального кодирования в равной степени применимы к настоящему изобретению.

Кодированный информационный кадр 25, при желании, задерживают на один кадр на блоке 55, после чего мультиплексируют совместно с кодированным кадром 40 ИСПБ мультиплексором 60. При этом создается мультиплексированный кадр 65, состоящий из кодированных данных 66 информационного потока и кодированных данных 67 ИСПБ для кодирования данных информационного потока следующего мультиплексированного кадра. Посредством кадра, задерживающего кодированный информационный кадр, кодированная часть 67 ИСПБ мультиплексированного кадра будет указывать число битов информации в следующем мультиплексированном кадре. Это позволяет приемнику знать полное число битов, подлежащих приему в следующем кадре. Приемник может использовать эту информацию для оценки принимаемой мощности сигнала и управления выходом мощности мобильной станции с целью принимать желаемый уровень мощности на базовой станции посредством управления мощностью по замкнутой петле путем измерения принимаемой мощности и/или ОСП (отношение сигнал/помеха) для порта каждого сегмента, используемого передатчиком. Альтернативно кодированный информационный кадр может мультиплексироваться совместно со своей собственной частью 67 ИСПБ.

Мультиплексированный кадр 65 демультиплексируют на блоке 70 в кадры 75 кодового канала, имеющие фиксированную длину N_к бит. Однако могут быть различные типы кодовых каналов с различными коэффициентами расширения. Таким образом, канальные кадры кодового канала одного типа могут иметь фиксированную длину N_к1, тогда как канальные кадры кодового канала другого типа имеют длину N_к2. Биты заполнения нулями могут прилагаться к последнему канальному кадру 75, если длина канального кадра не является точно кратной N_к. Каждый кодированный канальный кадр 75 по отдельности блочно перемежают в течение 10-миллисекундного кадрового периода для передачи по присвоенному кодовому каналу. Дополнительная и служебная информация, например пилотные символы и команды управления мощностью, могут мультиплексироваться в канальные кадры либо до, либо после перемежения на блоке 80.

Каждый перемеженный канальный кадр имеет уникальный код расширения, прилагаемый к нему на блоке 81, и модулируется на блоке 82 на несущую для передачи с базовой станции. Если заполнение нулями приложено к окончательному канальному кадру, соответствующая доля кодового канала 75, содержащая заполнение нулями, не передается. Каждый канальный кадр является передатчиком на отдельном кодовом канале.

Если для передачи множества канальных кадров 75 применяется более одного кодового канала, демультиплексирование на блоке 70 мультиплексированного кадра 65 в канальные кадры всегда выделяет поле 67 ИСПБ первому кодовому каналу. Этот кодовый канал обозначается как первичный кодовый канал, поскольку поле 67 ИСПБ содержит информацию, сообщающую приемнику на базовой станции, сколько и, возможно, какие кодовые каналы используют, и число битов, включенных в последующий кадр. Для лучшего использования имеющихся вторичных кодовых каналов поле 67 ИСПБ можно расширить, чтобы включить в него идентичность первого вторичного кодового канала, который используется, и число вторичных код-каналов, подлежащих использованию. Это задействует динамическое выделение кодовых каналов в последовательных блоках. Это гарантирует, что число кодовых каналов, занятых на любой конкретный момент времени, будет равно числу используемых код-каналов. Таким образом, использование ненужного код-канала существенно снижается как на прямой, так и на обратной линиях связи.

Вариант осуществления, представленный на фиг.3, иллюстрирует канальное кодирование каждого информационного потока 10 с помощью одной и той же схемы канального кодирования. Если требуется большая защита для конкретного информационного потока 10, то дополнительное кодирование в виде кодирования 85 для прямого исправления ошибок и дополнительного перемежения 90 может быть включена до мультиплексирования информационных потоков на мультиплексоре 20, как показано на фиг.4. Конкретные потоки могут по отдельности подвергаться любому дополнительному кодированию и перемежению и затем мультиплексироваться совместно с некодированными информационными потоками в общий информационный кадр 25.

На фиг.5 представлен альтернативный вариант осуществления изобретения, в котором М общих информационных потоков 10а и 10б, требующие различных внутренних кодирования и перемежения, комбинируют на мультиплексоре 60. Гибкость варианта осуществления, представленного на фиг.3, достигается за счет того недостатка, что все информационные потоки 10 должны проходить через одну и ту же схему перемежения и кодирования. Это может ограничивать информационные потоки 10, в результате чего, увеличение производительности достигается путем более долгого внутреннего перемежения. Эту проблему можно решить за счет малого числа параллельных потоков, комбинируемых в поток общей информации после раздельного кодирования и, возможно, многокадрового перемежения. Один набор информационных потоков 10а мультиплексируется на 20а и подвергается первому внутреннему канальному кодированию 50 с последующим однокадровым перемежением на 80. Другой набор информационных потоков 10б мультиплексируется на 20б и подвергается второй скорости 105 канального кодирования и многокадровому перемежению 110. Два общих информационных кадра, кодированных по отдельности, затем мультиплексируют совместно на блоке 60, как описано ранее.

Хотя в прилагаемых чертежах и в вышеприведенном подробном описании были проиллюстрированы и описаны предпочтительные варианты осуществления способа и устройства, заявленных в соответствии с настоящим изобретением, очевидным является, что настоящее изобретение не ограничено изложенными вариантами осуществления, а предусматривает возможность многочисленных перекомпоновок, модификаций и подстановок без изменения сущности изобретения, которая изложена в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к технике связи. Технический результат состоит в обеспечении передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости. Настоящее изобретение раскрывает способ передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных. Множество информационных потоков мультиплексируют совместно в общий информационный кадр. Информацию канально кодируют и мультиплексируют совместно с некоторым числом служебных битов, содержащих кодированную информацию, в мультиплексированный кадр. Мультиплексированный кадр затем демультиплексируют в по меньшей мере один канальный кадр, каждый из которых передают по отдельному каналу, такому, что первый кодовый канал всегда включает в себя данные служебных битов. 4 с. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи потока информационных кадров, имеющих переменное число битов, но фиксированный кадровый интервал, содержащий этапы демультиплексирования информационного кадра из потока информационных кадров в по меньшей мере одни канальные кадры, причем все канальные кадры, кроме одного, включают в себя одно и то же число битов, а один канальный кадр включает в себя любые оставшиеся биты из информационного кадра, не включенные в по меньшей мере одни канальные кадры, блочного перемежения внутри каждого из по меньшей мере одних канальных кадров и одного канального кадра и передачи каждого из по меньшей мере одних канальных кадров и одного канального кадра по отдельному кодовому каналу. 2. Способ передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных, содержащий этапы совместного мультиплексирования множества информационных потоков для формирования общего информационного кадра, причем общий информационный кадр включает в себя кадр из каждого информационного потока множества, канального кодирования общего информационного кадра, мультиплексирования фиксированного числа служебных битов в канально-кодированный общий информационный кадр для формирования мультиплексированного кадра, демультиплексирования мультиплексированного кадра в по меньшей мере один канальный кадр, содержащий фиксированное число битов, и канальный кадр, содержащий любые оставшиеся биты мультиплексированного кадра, не включенные в по меньшей мере один канальный кадр, и передачи каждого из по меньшей мере одного канального кадра и канального кадра по отдельному кодовому каналу. 3. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя этап обработки по меньшей мере одного из информационных потоков до мультиплексирования. 4. Способ по п.3, по которому этап обработки содержит кодирование для прямого исправления ошибок. 5. Способ по п.3, по которому этап обработки содержит перемежение. 6. Способ по п.2, по которому этап канального кодирования дополнительно содержит этап сверточного кодирования общего информационного кадра при заранее определенной скорости. 7. Способ по п.2, по которому этап канального кодирования дополнительно содержит этап добавления битов к концу мультиплексированных кадров внутри общего информационного кадра. 8. Способ по п.2, по которому служебные биты содержат информацию по скорости передачи битов для демультиплексирования мультиплексированного кадра в множество информационных потоков. 9. Способ по п.8, по которому информация по скорости передачи битов содержит число битов для каждого информационного потока в последующем мультиплексированном кадре. 10. Способ по п.9, по которому информацию по скорости передачи битов для последующего информационного кадра используют для управления мощностью по замкнутой петле в следующем кадре. 11. Способ по п. 8, дополнительно включающий в себя этап кодирования информации по скорости передачи битов отдельно от общего информационного кадра. 12. Способ по п.11, по которому этап кодирования содержит этап сверточного кодирования. 13. Способ по п.10, по которому этап канального кодирования дополнительно содержит этап добавления битов к концу мультиплексированных кадров внутри общего информационного кадра. 14. Способ по п.2, по которому служебные биты мультиплексируют в канально кодированные биты таким образом, что служебные биты содержат первый канальный кадр из по меньшей мере одного канального кадра. 15. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя этап перемежения по меньшей мере одного канального кадра и канального кадра до передачи по кодовым каналам. 16. Способ по п.2, дополнительно включающий в себя этап предварительного определения числа множества информационных потоков для установления сотового вызова. 17. Способ передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных, содержащий этапы совместного мультиплексирования множества информационных потоков для формирования общего информационного кадра, причем общий информационный кадр включает в себя кадр из каждого информационного потока множества, мультиплексирования значения, представляющего число битов в каждом из кадров, включенных в общий информационный кадр, в кадр информации по скорости передачи битов, канального кодирования общего информационного кадра и кадра информации по скорости передачи битов, мультиплексирования общего информационного кадра совместно с кадром информации по скорости передачи битов, для формирования мультиплексированного кадра, демультиплексирования мультиплексированного кадра в по меньшей мере один канальный кадр, и передачи каждого из по меньшей мере одного канального кадра по отдельному кодовому каналу, причем кодовые каналы включают в себя первичный кодовый канал, содержащий информацию по скорости передачи битов. 18. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя этап преобразования значения, представляющего число битов для кадров, включенных в общий информационный кадр, в двоичное представление до мультиплексирования. 19. Способ по п.17, дополнительно включающий в себя этап обработки по меньшей мере одного из информационных потоков до мультиплексирования. 20. Способ по п.17, по которому информация по скорости передачи битов содержит число битов для каждого информационного потока в последующем мультиплексированном кадре. 21. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя этап кодирования информации по скорости передачи битов отдельно от общего информационного кадра. 22. Способ по п.17, по которому этап мультиплексирования дополнительно содержит этапы мультиплексирования первой части множества информационных потоков в первый общий информационный кадр и мультиплексирования второй части множества информационных потоков во второй общий информационный кадр. 23. Способ по п. 22, по которому этап канального кодирования содержит этапы канального кодирования первого общего информационного кадра согласно первой скорости канального кодирования и канального кодирования второго общего информационного кадра согласно второй скорости канального кодирования. 24. Способ по п.23, дополнительно включающий в себя этап многокадрового перемежения второго общего информационного кадра. 25. Способ передачи множества информационных потоков, имеющих переменные скорости передачи данных, содержащий этапы мультиплексирования первой части множества информационных потоков в первый общий информационный кадр, мультиплексирования второй части множества информационных потоков во второй общий информационный кадр, канального кодирования первого общего информационного кадра согласно первой скорости канального кодирования и канального кодирования второго общего информационного кадра согласно второй скорости канального кодирования, многокадрового перемежения второго общего информационного кадра, мультиплексирования первого общего информационного кадра совместно со вторым общим информационным кадром и фиксированным числом служебных битов для формирования мультиплексированного кадра, демультиплексирования мультиплексированного кадра в по меньшей мере один канальный кадр и передачи каждого из по меньшей мере одного канального кадра по отдельному кодовому каналу, причем первичный кодовый канал всегда содержит кадр информации по скорости передачи битов. 26. Способ по п.25, по которому служебные биты включают в себя информацию по скорости передачи битов для демультиплексирования мультиплексированного кадра в множество информационных потоков. 27. Способ по п.26, по которому информация по скорости передачи битов содержит число битов для каждого информационного потока в последующем мультиплексированном кадре.