寬帶無線多媒體通信系統的數據通信信道分配法的製作方法
2023-09-18 11:07:30
專利名稱：寬帶無線多媒體通信系統的數據通信信道分配法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種寬帶無線通信系統。具體地說，本發明涉及一種信道分配方法，當從用戶住宅設備單元向前端單元發送數據時用於根據數據的數量有效地分配信道。
普通的寬帶無線多媒體通信系統一般包括一中心局單元，一個前端單元，一個中樞室外單元和一個用戶住宅設備單元。
中心局單元在交換數據、管理用戶、監視網絡、連結網絡、與網際網路連接等操作中起著作用。前端單元與中心局單元通信和向用戶住宅設備單元發送數據。此外，前端單元控制自用戶住宅設備單元發送的數據，和把該數據提供給中心局單元中的裝置。中樞室外單元把從前端單元接收的數據調製成一無線信號，和從用戶住宅設備單元接收一無線信號並把該無線信號中繼到前端單元。用戶住宅設備單元被設置在用戶的房間內，以便該用戶能夠使用電話、網際網路、電視等。
在如上構造的普通的寬帶無線多媒體通信系統中，當發送網際網路數據時，用戶住宅設備單元一直僅使用保留的信道。發送基於保留信道數據的方法有著用戶能被穩定提供數據而無延遲的優點。然而，鑑於網際網路通信的特徵，用戶向前端單元發送的數據的數量與接收的數據相比相對較小。於是，該系統連續地佔用無線信道，即使是當用戶不發送數據時。這種信道分配使得系統有限的資源得不到有效地利用。
為了使這種問題得到補償，人們曾提議，僅當存在要發送的數據時信道才被佔用，在發送數據後，信道被釋放以供其他用戶使用。在僅利用一爭用時隙而不是一保留時隙發送數據的情況中，當話務量不重時不存在問題。然而，當用戶的數量增加時，由於爭用時隙和在要被連續發送的數據信元之間的延遲，存在著數據碰撞，由此數據連續性被中斷。
本發明的一個目的是提供一種在寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的信道分配方法，其根據要被發送數據的數量有選擇地分配保留時隙或爭用時隙。
為了實現上述目的，如果數據的數量小於一臨界值，本發明使用爭用時隙發送數據，如果該數據的數量大於該臨界值，本發明使用保留時隙。
下面，幀是數據的基本單位，它能夠被一次發送。
根據下面的詳細描述，對於本領域的技術人員來說，本發明的目的，特徵和優點將會更變得更清楚。
圖1是表示根據本發明的一種寬帶無線多媒體通信系統的一部分的框圖；圖2是圖1所示中心局單元的框圖；圖3是圖1所示前端單元的框圖；圖4是圖1所示中樞室外單元的框圖；圖5是圖1所示用戶住宅設備單元的框圖；圖6示出了本發明的一個實施例的一個下行幀；圖7示出了本發明的一個實施例的一個上行幀；圖8是表示根據本發明當使用網際網路時一數據發送過程的流程圖；圖9是表示圖8中兩個或多個幀要被發送的情況下一信道分配過程的流程圖；和圖10是表示圖8中一個幀要被發送的情況下一信道分配過程的流程圖。
下面，將參考附圖對根據本發明的一個寬帶無線多媒體通信系統的優選實施例進行描述。
圖1示出根據本發明的一個寬帶無線多媒體通信系統的一部分。參考圖1，一個寬帶無線多媒體通信系統通常由中心局單元100，前端單元200，中樞室外單元300，和用戶住宅設備單元400組成。
如圖2所示，中心局單元100由異步傳輸方式(ATM)交換機110，用戶管理系統(SMS)120，網絡管理系統(NMS)130，交互工作功能系統(IWF)140，專用小交換機(PBX)150，和網際網路網間連接器160組成。PBX150與一公共電話交換網(PSTN)連接，網際網路網間連接器160與一網際網路業務提供器(ISP)連接。
ATM交換機110在對在一本地多點分布業務(LMDS)中使用的ATM信元數據進行分析和交換中起著作用。所述LMDS能夠以各自的ATM信元發送TV廣播數據，和執行數字數據和聲頻數據的雙向通信。因而，根據本發明在一寬帶無線多媒體通信系統中使用的數據可以由TV廣播數據、數字數據，聲頻數據等表示。
SMS120通過與ATM交換機110交換信息負責管理用戶住宅設備單元400的操作、狀態或信息。
NMS130通過一個光載波器3(OC-3)管理ATM交換機110和中樞室外單元300之間的連接和它的狀態。它還管理其與用戶住宅設備單元400之間媒體的狀態。
當數據在ATM交換機110和PBX150之間被交換時，IWF140起著使ATM交換機110與PBX150匹配的作用，以便它們能夠按聯動操作。為了執行這一作用，IWF140以硬體和軟體構成。這裡，在ATM交換機110和PBX150之間交換的數據通常是文字，圖象和分組數據。
當利用WLL(無線本地環路)作為專用網絡業務時，PBS150起著為用戶住宅設備單元400管理計費信息的作用。此外，它以與PSTN聯動方式操作，以便執行根據本發明的數據通信。
網際網路網間連接器160起著網關的作用，用於向用戶住宅設備單元400提供異步傳輸方式(ATM)業務和區域網(LAN)業務。為此目的，網際網路網間連接器160被連接到ISP(網際網路業務提供器)。這裡，見圖5，用戶住宅設備單元400由用戶住宅設備室外單元(CPE ODU)410，網絡接口單元(NIU)420和諸如電話430，個人計算機440，桌面設備(STB)450，電視接收機460等的外設裝置所組成。在用戶住宅設備單元400中，網絡接口單元420和外設裝置的組織隨著本發明的寬帶無線多媒體通信系統是在家中還是在辦公室中使用而改變。
下面將參考圖3和4對圖1中所示的前端單元200和中樞室外單元300進行詳細描述。
圖3是圖1中所示的前端單元的框圖。參考圖3，前端單元200由如下裝置構成一個ATM多路復用器單元210，一個媒體接入控制(MAC)處理器單元220，多個正交相移鍵控(QPSK)調製器230，多個下行信道單元(DCU)240，一個室內合併器單元(ICU)250，一個室內分離器單元(IDU)260，多個上行信道單元(UCU)270，一個網絡管理系統(NMS)代理主單元280，和一個電源單元290。
ATM多路復用器單元210對由ATM交換機110分析的ATM信元結構數據再次進行分析，對再次分析的數據執行多路復用，和把該數據提供到MAC處理器單元220，以便把該數據送到DCU240。同時，ATM多路復用器單元210對經UCU270和MAC處理器單元220從CPE ODU410接收的數據執行去復用，和把去復用數據提供到中心局單元100的ATM交換機110。
MAC處理器單元220接收在ATM多路復用器單元210中被多路復用的多個下行信道數據，使各個幀格式化適合於一多媒體通信，和把各個幀提供到QPSK調製器230。同時，根據規定的協議，MAC處理器單元220對從UCU270接收的數據進行分析，和把經分析的ATM信元數據提供到ATM多路復用器單元210。
QPSK調製器230把從MAC處理器單元220接收的下行信道數據調製成188位元組的分組數據，執行信道編碼，和把被編碼數據提供到DCU240。信道編碼既可通過卷積編碼也可通過卷積交錯或通過裡德-索洛蒙編碼執行。
DCU240把從QPSK調製器230接收的載波數據頻率變換為在950至2050MHz範圍內的射頻(RF)信道，放大各個信道，和把它們提供到ICU250。
ICU250把從DCU240接收的下行信道RF數據合併，和通過一同軸電纜把合併的數據提供到中樞室外單元300。
IDU260把從中樞室外單元300接收的上行信道RF數據分布成多個信道，和把該分布的信道提供到UCU270。
UCU270把從IDU260接收的上行信道RF數據的載波頻率變換成一70MHz的信道，對該信道執行去調製，和把該信道提供到MAC處理器單元220。
NMS代理主單元280包括一個中央處理單元(CPU，未示出)，用於收集前端單元200中各裝置諸如QPSK調製器230、DCU240，UCU270和電源單元290的操作狀態信息，和用於把該信息提供給MAC處理器單元220；和一個解調器(未示出)，用於對由中樞室外單元300的NMS代理從屬單元340調製的信號執行去復用和從中提取數據，以及用於把提取的數據提供到MAC處理器單元220。
電源單元290向前端單元200的所有裝置提供穩定的電源，和向NMS代理主單元280報告其自己的工作狀態。
圖4是圖1所示的中樞室外單元300框圖。參考圖4，該中樞室外單元300由下列裝置組成室外分離單元(ODU)310，多個微波變換器單元(MWC)320，一個室外合併單元(OCU)330，一個網絡管理系統(NMS)代理從屬單元340，一個電源單元350，和多個高方向性天線360。
ODU310把由前端單元200調製的RF數據分布到MWC320。
MWC320把從ODU310接收的RF數據頻率變換成微波信號，放大該微波信號，和通過高方向性天線300把放大的微波信號發射到空中。同時，MWC320從CPE ODU410接收經空間傳播的微波信號，把該微波信號頻率變換成中頻(400-700MHz)，和把它們提供到OCU 330。
OCU330把從MWC320提供的多個中頻數據合併，並通過一同軸電纜把該合併的數據提供到前端單元200的IDU260。
NMS代理從屬單元340收集有關MWC320和電源350的工作狀態的信息，將該信息數位化，和提供到OCU330，最後，將數位化的信號提供給前端單元200的NMS代理主單元280。
電源單元350向中樞室外單元300的所有裝置提供穩定的電源，和向NMS代理從屬單元340報告其自己的工作狀態。
高方向性天線360把來自MWC320的信號輻射到空間。同時，天線360的波束角度必須被調整到根據本發明的寬帶無線多媒體通信系統所建立的規定角度。
圖5是圖1所示的用戶住宅設備單元400的框圖。參考圖5，用戶住宅設備單元400由以下裝置組成用戶住宅設備室外單元(CPEODU)410，網絡接口單元(NIU)420，外設裝置430，440，450和460。CPE ODU410包括一個高方向性天線411和一個微波轉換器412。NIU420由下列裝置組成一個控制單元(CPU)421，一個射頻(RF)調諧器422，一個差分正交相移鍵控(DQPSK)調製器423，一個QPSK解調器424，一個ATM接口425，一個公共交換電話網(PSTN)接口426，和一個異步傳輸方式/區域網(ATM-LAN)接口427。
CPE ODU410的微波轉換器412把在中樞室外單元300的MWC320處轉換並由天線411接收的中頻數據頻率轉換為950-2050MHz的RF數據，和把該RF數據提供到RF調諧器422。同時，微波轉換器412把由RF調諧器422提供的中頻上行信道數據頻率轉換為上行微波波段數據，放大該被頻率轉換的數據到100-500mV，和通過高方向性天線411把該微波信號發射到空間。這裡，必須使天線建立能夠與中樞室外單元300的天線360以可視距離通信。這樣，必須將用戶住宅設備單元400的天線411設置得與中樞室外單元300的天線360在一條視線上。
NIU420的CPU421控制上行/下行信道數據通過RF調諧器422，和對來自ATM接口425的數據格式化，以便能夠提供到DQPSK調製器423。此外，CPU421處理由QPSK解調器424解調的數據，和控制ATM接口425和NIU420中的所有設備。
NIU420的RF調諧器422既可以從中樞室外單元300發送的下行信道的範圍之外選擇一特定信道和把選擇的信道提供給QPSK解調器424，也可以接收來自DQPSK調製器423的調製數據以將其發送到中樞室外單元300。
NIU420的DQPSK調製器423對信道編碼數據執行差分正交相移調製。QPSK解調器424對從中樞室外單元300發送的數據執行正交相移解調，執行信道編碼，和把該信道編碼數據提供到ATM接口425。
NIU420的ATM接口425執行信元分段和重組，和根據數據類型把從中樞室外單元300發送的ATM信元結構數據提供到PSTN接口426或ATM-LAN接口427。此外，ATM接口425把從CPE ODU 400向中樞室外單元300發送的數據格式化成上行信道幀，和把該格式化的幀提供到DQPSK調製器423。
PSTN接口426處理一ATM應用層類型1(AAL-1)的恆定比特率(CBR)業務，以便可以打電話。
ATM-LAN接口427處理一ATM應用層類型5(AAL-5)的可變比特速率業務，以便以分組數據形式與個人計算機440通信。
用戶住宅設備單元400中的外設之一的電話430用於WLL，個人計算機440用於無線LAN。(STB)450用於接收單向的無線CATV，STB450被連接到一個TV460以顯示TV圖象。
下面，參考圖6-10對根據本發明的實施例執行數據通信的無線信道分配方法進行描述。
根據本發明的寬帶無線多媒體通信系統向用戶提供雙向業務。圖6是根據本發明一實施例的一個下行幀格式。一個下行幀具有728個時隙。第一時隙被稱作″幀開始″。MAC處理器單元220把幀開始時隙的ATM信元的VPI/VCI值發送到0xFF/0xFFFF，其中該值為全部″1″，以便NIU420的所有裝置能夠互相同步。
在NIU420能夠上發送的時隙中，有三種類型查詢響應時隙，爭用時隙，和保留時隙。對於查詢響應時隙，前端單元200隻要以規定時間間隔查詢所有的用戶，用戶住宅設備單元400都會響應該查詢。通常，該類型的時隙是上行信道的第一時隙。對於查詢的響應可能不是精確地與該時隙同步。因為這類信號可能影響其他時隙信號，所以提供有兩個保護時隙。前端單元200對從用戶住宅設備單元400接收的信號的頻率、密度或同步進行分析，和與標準信號比較測量是否存在差錯。如果沒有測量到差錯，其查詢另一個用戶住宅設備單元。如果發現差錯，其把差錯值發送到用戶住宅設備單元以對該差錯進行校正，並給出校正的信號。前端單元200重複上述動作直到差錯不存在。
當用戶住宅設備單元400向NIU420發送MAC消息(諸如保留信道請求，信道釋放，等等，或信令消息)時使用爭用時隙。MAC消息和信令消息並不用於一般用戶。在根據數字聲頻/圖象委員會(DAVIC)的爭用時隙中，因為多個NIU(而不是一特定NIU420)能被同時使用，所以可能發生數據碰撞。NIU420能夠通過檢測在由MAC處理器單元220發送的下行消息中的爭用時隙的狀態發現碰撞是否發生。發現碰撞的MAC處理器單元220根據隨機重發延遲方法等待一確定的延遲，並重發該數據。
保留時隙由向將要爭用的信道發送保留信道請求消息和從MAC處理器單元220接收確認消息的用戶住宅設備單元建立。
圖7是根據本發明的一實施例的上行幀格式。參考圖7，在一幀中具有1個查詢響應時隙，2個保護時隙，6個爭用時隙，和141個保留時隙。
下面對本發明實施例中用戶住宅設備單元400的NIU420和個人計算機440與前端單元200的MAC處理器單元220之間的操作進行描述。
在本發明中，如果由用戶住宅設備單元發送的數據數量小於一臨界值(系統參數)，則NIU420利用爭用時隙發送數據。如果要被發送的數據數量大於該臨界值則NIU420向MAC處理器單元220請求保留時隙，和從MAC處理器單元220向其分配保留時隙，利用該保留時隙發送數據。這裡，臨界值即系統參數在每個用戶住宅設備單元中是一樣的。該臨界值具有多個DAVIC推薦的1個上行幀(53位元組)。
下面，對用戶在根據本發明的寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的過程進行描述。
當用戶在一個人計算機(PC)440上操作一網址瀏覽器開始數據通信時，PC440將一網際網路起始消息提供到NIU420。因為接收到該網際網路起始消息，NIU420首先向MAC處理器單元220發布建立信令消息以執行ATM連接。除了信令消息外的一般數據可以由ATM信元的VPI和VCI識別。NIU420向MAC處理器單元220發布一個保留信道請求消息。當NIU420向前端單元200上發送一個ATM建立信令消息時，根據ATM論壇的ITU-T或UNI4.0的Q.2931，該消息大於100位元組。它長於DAVIC規定的幀(見圖7)，於是二或多個幀是必要的。該建立消息是個重要的消息在於NIU420首先建立連接。因為該消息對時延敏感，為了發送該信道請求消息，必須從NIU420分配保留時隙，而後利用該保留時隙發送建立信令消息。從那以後，利用爭用時隙發送各種信令消息。當從MAC處理器單元220接收到對建立消息的響應時，常規的數據通信被執行。
此時，用戶通過操縱滑鼠或鍵盤發送消息同時享受網際網路通信的情形可能發生。圖8中所示的流程圖解釋了這種情況。圖8至10是臨界值為″1″的情況。如果臨界值為″1″，其對著ATM信元1。
參考圖8-10，NIU420連續測試由一用戶發送的幀的發送標識，以便檢查是否存在數據(S101)。當一用戶發送數據時(S201a，S201b)，NIU420設置發送標識。如果該發送標識被設置，對存儲在一發送緩衝器中的數據的數量進行測量(S102)。隨後，判斷要被發送的數據的數量是否大於臨界值，即1幀(S103，S202a，S202b)。在該判斷步驟中，如果要被發送的數據大於臨界值，搜尋可用於從MAC處理器單元220下發送之消息的爭用時隙(S104，S203)。之後，利用爭用時隙發送用於保留時隙的保留消息(S105，S204)。接著，從MAC處理器單元220下發送之消息中搜尋數據碰撞(S106，S205)。在該判斷步驟(S106)中，如果發現數據碰撞，步驟S104被再次重複，如果沒有發現數據碰撞，則分配的保留時隙被接收(S107，S205)。隨後，通過使用分配的保留時隙發送存儲在發送緩衝器中的數據(S108，S206)。接著，檢查是否所有的數據和幀都被完全發送(S109)，如果仍剩有要被發送的數據，數據發送步驟S108被再次重複。如果數據發送完成，則當前的保留時隙被釋放(S110，S207)，並所有步驟結束。
另一方面，在步驟S103中，如果要被發送的數據的數量小於該臨界值，從由MAC處理器單元220下發送的下行消息中搜尋爭用時隙，如圖10中所示(S111，S209)。隨後，利用一爭用時隙發送數據(S112，S210)。此後，判斷對從MAC處理器單元220下發送的數據的數據碰撞(S113，S211)。如果一數據碰撞被發現，尋找爭用時隙的步驟(S111)被重複，而如果沒有找到數據碰撞且數據發送被連續執行，則整個過程結束。
綜上所述，當利用根據本發明的寬帶無線多媒體通信系統執行網際網路通信時，因為能根據要被發送數據的數量選擇保留信道或爭用信道，所以所給信道能夠被有效地利用。此外，由於小於臨界值的數據被利用爭用時隙直接發送，無需向MAC處理器單元提供任何請求消息，所以MAC處理器單元的負荷可以被減輕。因而，無需向通信系統添加額外的設備，系統能夠容納更多的用戶。
權利要求
1.在寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的信道分配方法，該方法包括對要被發送的數據的數量進行測量；如果所測量的數據量小於一臨界值，則利用爭用時隙執行一數據通信；和如果所測量的數據量大於該臨界值，則利用保留時隙執行一數據通信。
2.根據權利要求1的信道分配方法，其中用戶住宅設備單元測量數據的數量。
3.根據權利要求1的信道分配方法，其中以從用戶住宅設備單元向一前端單元的方向執行信道分配。
4.根據權利要求1的信道分配方法，其中臨界值是一個可變的系統參數。
5.根據權利要求4的信道分配方法，其中該臨界值被設置給多個異步傳輸方式(ATM)信元。
6.在寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的信道分配方法，該方法包括A)對將由一用戶住宅設備單元發送的數據的數量進行測量；B)把被測量的數據量與一臨界值比較；和C)如果要被發送的數據的數量大於該臨界值，則利用保留時隙發送要被發送的數據。
7.根據權利要求6的信道分配方法，其中測量數據的數量的步驟A)通過利用一發送標識執行。
8.根據權利要求6的信道分配方法，其中步驟A)包括檢測由一用戶發送的幀的發送標識，以便檢查要被發送的數據是否處在一發送緩衝器中；如果要被發送的數據是處在該發送緩衝器中，則設置該發送標識；和當發送標識被設置時，測量存儲在發送緩衝器中的數據的數量。
9.根據權利要求6的信道分配方法，其中步驟C)包括利用爭用時隙向一前端單元請求保留時隙；作為對保留時隙請求的響應分配保留時隙；和利用分配的保留時隙發送要被發送的數據。
10.根據權利要求9的信道分配方法，其中通過利用爭用時隙發送用於一保留時隙的保留消息執行對保留時隙的請求。
11.根據權利要求6的信道分配方法，其中步驟B)包括如果要被發送的數據的數量小於該臨界值，則搜尋爭用時隙；和利用搜尋到的爭用時隙發送要被發送的數據。
12.根據權利要求6的信道分配方法，其中步驟A)不測量建立信令消息的數量。
13.根據權利要求12的信道分配方法，其中建立信令消息由一ATM信元的VPI或VCI識別。
14.根據權利要求12的信道分配方法，其中利用保留時隙發送建立信令消息，和利用爭用時隙發送其他信令消息。
15.在寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的信道分配方法，一上行幀包括至少一個查詢-響應時隙，保護時隙，爭用時隙，和保留時隙。
16.根據權利要求15的信道分配方法，其中上行幀的保護時隙保護爭用時隙和保留時隙。
全文摘要
本發明公開了一種在寬帶無線多媒體通信系統中執行數據通信的信道分配方法,其根據要被發送數據的數量選擇地分配保留時隙或爭用時隙。在該方法中,如果要被發送數據的數量小於一臨界值則使用爭用時隙發送數據,如果該數據數量大於該臨界值則使用保留時隙。
文檔編號H04L12/28GK1254245SQ99100288
公開日2000年5月24日 申請日期1999年1月28日 優先權日1998年11月17日
發明者金東玹 申請人:Lg情報通信株式會社