增加移动无线电系统中的数据传输速率的方法

本发明涉及增加在移动无线电系统中的移动站点和基站之间的数 据传输速率的方法。此外，本发明涉及执行根据发明方法的移动无线 电系统。另外，本发明包括基站和移动站点，在它们的那一面它们在 实施本发明方法时有可能增加移动无线电系统中数据传输速率。此外， 本发明涉及在移动无线电系统中执行根据发明的方法的计算机程序。

在移动无线电领域，GSM系统当时事实上是作为世界范围内用于数 字蜂窝移动无线电系统的标准。这个标准除了适用于语音和数据通信， 还适用于其他大量可能的业务特征，例如短消息(SMS)，CLID，转发 等等，以致移动无线电网络的性能容量达到固定网路的ISDN性能。此 外，国内和国际漫游在这样的系统中也是可能的。

GSM网络在不同的频道工作。最广泛使用的是实质上由D1 and D2 Vodafon在德国所用的900兆赫频带。在1800兆赫范围内，在德国被E- Plus同时也被Viag-Intercom radio使用。因为900兆赫频带当时达 到它的极限容量以及几乎所有的当前在德国的移动电话都是双频带移 动电话，因此可以在900兆赫频带或者1800兆赫频带发送和接收，同时 D1 and D2-Vodafon也具有在1800兆赫频带上用无线电发送的可能。 全世界使用的GSM移动电话与在北美洲运行在1900兆赫频带的无线电有 冲突。然而，当时，所谓的三波段移动电话上市了，它可以选择在三 个频道中的一个上发送无线电。然而，原则上，它总是在相应的频道 之一上发送或接收。甚至有可能由于国内或国际漫游来改变网络用户 以及发送和接收频率，然而，一个用户总是限于一个频道。

根据GSM标准，各个频道具有124信道，信道又子划分成每个具有 577μs的八个时隙，其中每个156.25数据比特可以被传送。八个这样的 时隙共同形成了所谓的TDMA帧。一个TDMA帧因此具有各有156.25比特 的八个时隙，同时577μs对于156.25比特的传输有效。在各个时隙中， 在一方面，以两个数据块传送用于用户数据信号的114数据比特在另一 方面传送用于保护区域的44.25比特。由频率决定的物理的124信道因 此由TDMA方法被分成八个更进一步的时间交织信道。这些信道中一些 被用作业务信道(TCH)，用于实现实际用户数据传送，其他的被用作 控制信道(DCCH，CCCH，DCCH)，用于控制系统内部，例如连接建立或 断开，切换等等。

然而，这个帧结构形成数据传输速率的上限。数据传输速率允许 通过信道编码，卷积编码，或交错来增加，虽然以上是事实，但是对 于可由这种方式获得数据速率的增加是有限制的。但是由于更进一步 地增加数据量，这个可以被认为是很大的问题。

因此本发明至少面对提供一个在例如GSM系统的移动无线电系统中 的基站和移动站点之间允许增加数据传输速率的可能性的问题。

这个技术问题由一个崭新的方法来解决，该方法是在包括至少一 个基站和一移动站点的移动无线电系统中增加数据传输速率，其中在 至少一个基站和移动站点之间被传输的数据是以在第一频道和至少第 二频道上以结合的方式传输的。

如果被传送的数据不仅可以按现有技术在单个频道上传送，也可 以在至少两个频道上以结合的方式传送，那么数据传输速率可以显著 地增加。如果在这个方法中，系统固有的多路径和交错问题以及信道 有效性和其他问题应该被考虑，采用提出的方法有可能得到与当前的 类12或14装置阶段相比数据传输速率有大约60到80％的增加。因此通过 这样方法可以获得的数据传输速率甚至比类似的UTRA-FDD系统(UMTS 陆地无线电接入FFD系统)更高。

因此根据本发明，采用这样方法被传送的数据至少在两个频道上 被传送，对于所有方法这变得必须，就是在一个频道上数据传输所必 须的方法现在被用于至少在两个频道来传输数据。例如，信道编码或 交错应该被应用到在两个频道传送的数据。

如同上面定义的，与1.6到1.8因素的已知方法相比这个方法有可 能增加数据传输速率。本方法最大的优点包括使用本方法可以最小化 对于某一数据量的传输时间。因此，传输时间的缩小减少了为了这个 数据量的传输而支付给移动电话供应商的花费。本发明更进一步的优 点是由于根据本发明的方法缩短了数据传输时间，而改善了在相应的 系统中的信道有效性。

在权利要求1中请求的本方法更进一步的最优方案中具有权利要求 2的特征。根据该最优方案，将被传送的数据量被结合成数据分组，例 如所谓的脉冲串，并且至少在两个频道上传送。当因为在至少两个频 道上结合的数据传输所以这些数据包是由接收器未时钟同步接收的 时，在数据分组被传送之前其每一个接收一个地址编码值。如此，数 据分组又可以由接收器以相对简易的方法变换回它们的初始的格式， 也就是，再建数据结构到数据传输之前的格式因此变得可能。

如同在权利要求1中请求的方法由根据如同在权利要求3中的发明 的实施例证明是特别有益的。然后，最大的优点是根据如同在权利要 求1中请求的发明的方法尤其可以用于大多数通常使用的移动电话系 统。

如权利要求1所请求的方法的更进一步的有益实施例在权利要求4 和5中被描述，根据该有益实施例，被用来传输数据的两个频道是900 兆赫和1800兆赫频带，或450兆赫和1900兆赫频带，以及传输在两个频 道上同时发生。这个经证明是特别有益的，因为它们是在德国经常被 例如D1，D2-Vodafone，E-Plus和Viag Intercom所使用的频率。 作为供应商各自的共同协定的结果，从另一个网络供应商共同地使用 一频道或者指示供应商传送相应的数据因此成为可能。

本发明更进一步涉及具有如权利要求6所述的特征要素的移动无线 电系统。该移动无线电系统适合于在基站和移动站点之间的数据传输 不仅仅发生在一个频道上，而是在依靠多个频道来传输数据。

这样的移动无线电系统相对传统系统很大的优点是这样的事实， 在至少两个频道上传输数据的结果是单位时间的数据传输速率可以显 著地增加，使得对于一定的数据量只需更短的数据传输时间。更进一 步的优点是当部分数据在另一个网络供应商的陌生频道上传输时，用 户自己网络的信道有效性被改善。

此外，根据本发明的移动无线电系统的优点在于数据传输更加安 全。当在两个频道传送数据时，希望监听这个数据传输的第三方将提 供对两个信道的接入，那个是一个附加的障碍。

此外，本发明涉及如权利要求7所请求的移动站点，它被安排来实 现如权利要求1所请求的方法，或者被归入如权利要求6所请求的移动 无线电系统。本发明也涉及如权利要求8所请求的基站，用来实现如权 利要求1所请求的方法。为了这个目的基站能够同时地在多个频道发送 和接收。移动站点同时地被安排从不同的频道接收数据或在不同的频 道上发送数据。在本发明的基础结构中实质上注意考虑在两个频道的 接收操作，但是也可以实现在两个或更多频带上的发送操作。

本发明更进一步涉及如权利要求9所请求的具有[sic]的计算机程 序，用于控制移动无线电系统来增加移动无线电系统中的数据传输速 率。

因此本发明结合在900兆赫和同时在1800兆赫或1900兆赫上的不同 接收路径来增加例如GSM系统的移动无线电系统中的数据速率。

为了更好地理解和解释本发明的这些特点和其他特点，下面参照 附图详细地描述本发明，其中：

图1描述了GSM网络基础结构；

图2示意性地显示了用来接收根据本发明的方法的装置来发送的 数据的移动站点；

图3描述了根据本发明的方法的流程图；

图4示意性地显示了在使用地址编码值时交错语音数据的原理；

图5显示了分层结构和由多个TDMA帧构成的超帧的组合；

图6举例显示了一个相应的全速下行链路信道配置；

图7显示了与图6对应的上行链路配置；和

图8显示了在两个移动无线电系统上数据传输的例子。

在所有的附图中相同的部件由相同的参考数字来表示。

图1显示了在当今的移动无线电系统中可以被找到的GSM网络基础 结构。这儿的低网络层包括形成相应蜂窝的基站10(BS)，多个这样 的基站被连接到基站控制器30(BSC)。两个一起形成相应的基站子系 统(BSS)。这样的系统提供一个或多个蜂窝40，50，60，其中移动站 点20(MS)无须在必须的HLR(归属位置寄存器)中更新位置而在这些 蜂窝中移动。这样的区域(BSS)也被称为位置区域(LA)。各个基站 (BS)10由网络或移动站点(BS)20的标识代码来标识。多个基站(BS) 10通常结合成一个具有GSM系统中的7到9个蜂窝大小的集群。多个基站 控制器(BSC)30被一起连接到移动交换中心(MSC)70。它们经由SS#_7 网络80相互连接。为了可能与固定局域网100进行通信，移动交换中心 (MSC)70经由网关被耦合到固定局域网100。

为了用例如位于蜂窝50的移动站点(MS)20从固定本地网络100 接收数据，这些数据从固定局域网100经由移动交换中心(MSC)70和 基站控制器(BSC)30通过基站(BS)10经由发送给移动站点(MS)20 的无线电信号的方式被发送。根据它是什么移动无线电系统，这些无 线电信号具有某一频率或位于某一带宽范围。例如，移动无线电供应 商D1和D2-Vodafon在频带900兆赫周围传输，而E-plus和VIAG- intercom在带宽范围1800兆赫内发送与接收。

与仅仅在一个频道上数据传输相反，现在本发明通过使得在基站 (BS)10和移动站点(MS)20之间的数据传输不是仅发生在一个频道 而是发生在至少两个不同频道的信道上的方法来提供对数据传输的加 速。特别提供将数据传输分到900兆赫频带和1800兆赫频带来将在这两 个频带上的结合的数据从基站(BS)10传送到移动站点(MS)20。也 可以使得部分数据在900兆赫频带上经由一个基站被发送到移动站点， 以及数据的其他部分例如在1800兆赫频带上经由另一个基站来被发 送。可替换地，有可能在一无线电蜂窝内是在900兆赫频带上传输数据 而在另一个无线电蜂窝内是在1800兆赫频带上传输数据。这意味着对 于一定数据量的数据传输，例如其他的网络供应商的服务要被考虑， 因为部分的数据传输经由另一个网络供应商被实现。因此作为一个系 统前提，显然在独立网络供应商之间，国内和国际的漫游是可能的。

为了在至少两个频道的数据传输速率成为可能，移动站点(MS)20 被安排来例如当作软件和硬件，使得数据可以同时地在两个不同的频 带上被接收。并且，处于接收模式的系统的射频(RF)，软件(SF)和 固件(FW)具有足够快速的存取和转换速度，以在接收数据分组时使可 靠的实时结合成为可能。此外，移动站点(MS)20的IMSI(国际 移动用户识别)和TMSI(临时移动用户标志)应该与相应的在其 上发生根据本发明的结合的数据传输速率的网络供应商的HLR(归属位 置寄存器)和VLR(访问位置寄存器)中的输入相匹配，以便让移动站 点(MS)20可以不用考虑所在何处而被定位和被分配给某一移动无线 电用户。

另外，移动站点(MS)20的认证必须借助于具有相同的Ki值的两 个系统中的认证算法A3来实现，正如两个系统中用密钥生成算法A8计 算的Kc值应该对于语音编码是相同的。因为各个移动站点(MS)20存 在一个全球唯一的Ki值，以及可以从Ki值获得的全球唯一的Kc值，众 所周知，然而，这个系统要求总是被满足。

图2显示了这样一个移动站点(MS)20，它通常是从现有技术周 知的双频带或三频带的移动电话。为了无论如何能够接收在两个频道 上发送的数据，移动站点(MS)20包括特殊的接收单元21，它被安排 来使得能够同时从两个频道接收数据。然而，该移动站点20，也可以 是具有接收单元的便携式膝上型计算机或具有这样的接收单元的手持 计算机。

图3显示了根据本发明的方法的流程图，该方法用于增加在移动 无线电系统中的移动站点(MS)20和基站(BS)10之间的数据传输速 率。本方法描述了各个步骤，在各步骤中执行计算机程序以使得在基 站(BS)10和移动站点(MS)20之间至少在两个频道上传输数据成为 可能。例如这计算机程序被保存在GSM网络基础结构的BS，BSC或MSC单 元中的一个上，并且从那儿被执行。然而，具有独立相应方法步骤的 计算机程序也可以保存在移动站点的存储单元中。

根据本发明的方法对于接收模式包括下列步骤：

a)向MS询问MS是否适合于在至少两个信道上传输数据；

b)如果适合，每次标识在900兆赫和在1800兆赫频带中的一个空 闲信道；

c)初始化这两个被标识的信道；

d)向MS通告数据传输将发生在哪个信道上；

e)打开信道；

f)将数据一个分组一个分组地分配给两个信道以及给数据分组一 个相应的地址编码值；

g)传送该数据分组；

h)终止该信道。

明显地，也可以以类似的或稍作修改的方式实现传输模式本方法。

如果在方法步骤a)中发现移动站点(MS)不适合在两个信道上传 输数据，本方法在该点终止，并且数据传输以公知的方式仅分别在一 个信道或一个频道上发生。

各个方法步骤在下面将被更加详细地描述。在第一方法步骤101 中，保存在基站控制器30中的计算机系统确定将发生数据传输的移动 站点(MS)20是否适合在两个频道上接收数据，因此具有一如图2所示 的接收单元21。如果在步骤101中程序确定移动站点(MS)20不具有这 个适合性，本方法在步骤102结束并且数据传输以传统形式在一个频道 上发生。

然而，如果在步骤101中计算机程序确定移动站点(MS)20能够接 收在两个频道上结合的数据，那么在下一个方法步骤103中计算机程序 指示基站控制器130中的标识单元来标识在第一和第二频道中相应的空 闲信道。第一个频道优选地位于900兆赫附近而第二频道位于800兆赫 附近。另一方面，第二频道在北美洲优选地处于1900兆赫附近。

在两个空闲信道明已经被基站控制器30标识以后，在下一方法步 骤104中计算机程序指示基站控制器30初始化这两个信道以及在下一个 方法步骤105中通知移动站点20数据传输将在刚被标识和初始化的信道 上实现。在进一步的步骤106中，为了要被传送的数据量的传输而打开 刚被识别和初始化的信道。

在步骤107中，信道一被打开就可以开始将被传输的数据分配到两 个信道。根据某一分配指令或根据某一个数据标准来实现这些分配。 另一种分配包括进行一个串行数据传输，其中各个数据块在那时不被 占用的信道上传送。

然而，原则上，被传送的数据以分组形式被分配给至少两个已经 同时被打开的信道。由于数据分组在两个信道上被传送，在传输之前 数据分组有必要具备地址编码值，在后一阶段，例如接收时，这个值 能够将数据分组变换回它们初始的格式。

在步骤108中，一旦数据量按这种方式被分成数据分组、被提供了 地址编码值和被发送，最终在步骤109中，两个信道又被关闭以及传输 终止。

图4显示了被发送的数据在例如交错操作期间是如何具有一个地 址编码值的。在图4的上层，表示了三个数据块150，160和170，它们 也许已经以一个上述的实施已知的信道编码方法的方法步骤被编码 了。通过这种方式被编码的数据块在下一个方法步骤中被变换成在第 二层表示的脉冲180到187，其每一个都具有一个地址编码值。每个脉 冲数据分组由两个数据序列形成，然而它们源自通过交错而被编码的 不同的数据块150，160和170。然后各个脉冲具有114比特的可用数据 量，其又是一个时隙的精确地可用的数据长度，使得一个传输时隙可 以分配给各个脉冲。然后，具有分配的地址编码值的在图4中表示的脉 冲格式化基本上是在将数据分配到相应的在其上传输数据的信道之前 进行的。

图5显示从图4的脉冲184开始的帧结构，该结构用于在两个频道 上的结合数据传输。如同参考图4已经讨论的那样，在这最小的单元是 分别具有114比特的数据长度的时隙或脉冲184，用于577μs有效传输。 这里脉冲184表示根据时间和强度被以扩大的形式的TDMA帧200的第四 时隙。在这儿呈现的分层的帧结构中，这些时隙184中的八个(因此是 图4中的脉冲180到187)被组合成一个TDMA帧200，同时各个TDMA帧200 具有4.615ms的周期期间。TDMA帧200的八个时隙不是都被用来传输用 户数据，而是只有时隙2到7被用作业务信道(TCH)以用于实际数据 传输。另一方面，时隙0和1被用作用于内部系统控制的控制信道 (CCH)，例如连接建立和断开，切换等。说明性的下行链路或上行链 路信道配置可用通过图6和7获知。

如果在图5中，分层的帧结构在图5中向上而行，以及26个TDMA 帧再次被组合成为称作26-复帧210或51个TDMA帧被组合成为称作51- 复帧215。在帧结构210和复帧结构215之间的区别这样被认识，复帧210 优选地被用于用户数据的传输，然而复帧结构215优选地被用于信号数 据的传输。

如果分层结构再朝上行进一层，51个26-复帧210和26个51-复帧 215可以被组合成一个相应的6.12秒长度的超帧。这个分层帧结构的上 一层形成所谓的超帧250，其中2048(211)个超帧被合成一个单元。

图5中描述的分层帧结构根据本发明的方法被用于分别在两个频 道或在两个信道中传输数据。自然地，它也可能用另一个结构化的方 法来安排数据。

如上所述，图6和7显示了一个说明性的用于下行链路或上行线 路传输操作的信道配置。在图6和在图7中可以检测仅仅时隙2到7 被用作业务信道(TCH)。另一方面，时隙0和1仅仅被用作控制信道 (CCH)。也能检测到控制信道(TS0和TS1)的每个由51-TDMA帧来形 成，然而业务信道由2×26个TDMA帧形成。

图8显示了本发明应用的例子，其中实现了在第一移动无线电系统 的第一频道和第二移动无线电系统的第二频道上结合的数据传输。在 步骤200中的初始化之后，在步骤201中决定是否需要在两个频道上传 输。被发送的数据量为了这个目的被调查，以及如果被发送的数据量 超过一个可调门限值，那么必须在两个不同频率信道上传输数据。然 后处理过程进行到步骤202，其中查询数据被传送到的移动站点是否适 合于在两个频道上结合的接收数据。如果移动站点适合于在两个不同 频率信道上接收数据，处理过程进行到步骤203，其中每次一个空闲信 道在两个频道上被标识，例如，在900兆赫和1800兆赫频带上。

在下面的步骤204中，查询在两个不同的频道上的两个被发现的空 闲信道是否属于移动无线电系统。如果可能在移动无线电系统的两个 不同的频道中标识相应的空闲信道，那么处理过程在步骤205继续，从 这儿处理过程根据图3中的步骤106和步骤109被继续。

如果在步骤204的查询是否定的，也就是，在分配移动站点的移动 无线电系统中的两个不同频率信道中没有两个空闲信道，处理过程在 步骤206继续。

在步骤206，第一空闲信道在分配有移动站点的移动无线电系统中 的第一频道中被标识。这个移动无线电系统此后被称为是第一个移动 无线电系统。然后，在步骤207处理过程继续，其中第二移动无线电系 统被联系以及第二空闲信道在第二移动无线电系统的第二频道中被标 识。然后处理过程在步骤208继续，其中在第二移动无线电系统中的临 时的归属位置寄存器(HLR)被分配给移动站点，使得在第二移动无线 电系统中数据传输能够在第二频道的第二空闲信道上以已知的方式进 行。然后处理过程进行到步骤209，其中被传输到移动站点的数据流量 被子划分成在第一移动无线电系统的第一频道中的第一信道上传输的 第一数据流和在第二移动无线电系统的第二频道中的第二信道上传输 的第二数据流。这些子划分似于图3中的步骤107中表述的再分。换句 话说，可再次划分数据分组以及将地址编码值添加到数据分组。例如， 这可在第一移动无线电系统中实现。为了这个目的，数据分裂装置可 以在第一个移动无线电系统的适当的位置被提供。然后处理过程进行 到步骤210，其中第一数据流在第一移动无线电系统中的第一频道中的 第一空闲信道上被发送到移动站点。并且在步骤210中，第二数据流在 第二移动无线电系统中的第二频道中的第二空闲信道上被发送。第一 移动无线电系统中的到移动站点的第一数据流的传输以已知的方式发 生。类似地，第二移动无线电系统中的到移动站点的第二数据流的传 输以已知的方式发生。然后处理过程继续至步骤211，其中在移动站点 中接收的第一和第二数据流以适合的方法通过地址编码值被组合。然 后处理过程进行到步骤212，在那儿处理过程结束。

由于对于第二移动无线电系统中的移动站点，第二数据流的传输 或多或少的作为第二移动无线电系统的正常用户被实施，在第二移动 无线电系统中的信道编码和交错以及数据的整体传输可以以已知的方 式进行。切换也可以以已知的方式进行。这还被应用到第一移动无线 电系统。

总之，本发明通过在至少两个频道的组合传输将移动无线电系统 中的到移动站点的数据传输速率相当多的增加了。由于数据传输是以 已知的方式进行的，本质上是在两个不同的移动无线电系统上将数据 传输到在各个移动无线电系统中的移动站点，整个数据传输和信令， 这对于现今像GSM系统是普通的，可以在这些系统中维护，使得在基 础结构的信令协议中必须没有实质变化。