移动通信基站子系统及其传输数据的方法

摘要

本发明涉及移动通信基站子系统，公开了一种移动通信基站子系统及其传输数据的方法，使得移动通信小区基站系统的架设不受物理链路铺设困难的阻碍，实现快速组网和灵活组网。本发明中，在基站系统各个功能实体之间的通信链路用传输载频之间的无线链路实现，该传输载频之间的无线链路是在基站原有的业务载频通信链路的基础上通过简单改进而实现的。

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信基站子系统，特别涉及基于无线传输实现的移动通信基站子系统。

背景技术

全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，简称“GSM”)是第二代蜂窝移动通信系统，也是全球第一个对数字调制方式、网络结构和业务种类进行标准化的数字蜂窝移动通信系统。GSM提供的业务分为话音业务、承载业务、补充业务和短消息业务。GSM系统采用用户识别卡(Subscriber Identify Module，简称“SIM”)。SIM卡是一个存储器，其中存储了诸如用户识别码、鉴权及加密信息和一个4位数的个人身份识别码等与用户相关的信息。用户通过SIM卡可在任一个GSM终端上得到系统的服务。

GSM系统的标准是由欧洲电信标准学会(Europe TelecommunicationStandard Institute，简称“ETSI”)制定的，任何一家厂商生产的GSM数字移动通信系统都必须符合GSM技术规范。GSM系统作为一种开放式结构和面向未来设计的系统，具有下列主要特点：

GSM系统由几个分系统组成，并且可与各种公用通信网，如公共业务电信网(Public Service Telecommunication Network，简称“PSTN”)、综合业务数据网(Integrated Service Data Network，简称“ISDN”)、公共数据网(Public Data Network，简称“PDN”)等互通、互连。GSM系统能够提供跨国自动漫游。GSM系统除提供用户终端业务外，如话音业务和紧急呼叫等，还可提供各种承载业务、补充业务和与ISDN相关的业务。GSM系统具有加密和鉴权功能，能确保用户的通信保密和网络安全。GSM系统具有灵活方便的网络结构，能满足用户对大容量、高密度业务的要求。GSM系统抗干扰能力较强，在覆盖区域内通信质量好。GSM用户终端设备采用超大规模集成电路和数字信号处理器，体积更小、重量更轻、功能更强。

GSM系统由三个相互联接的主要子系统构成，并通过一定的网络接口和用户联接。三个子系统是基站子系统(Base Station Subsystem，简称“BSS”)，网络和交换子系统(Network and Switching Subsystem，简称“NSS”)及操作支持子系统(Operation Supporting Subsystem，简称“OSS”)。移动台(MobileStation，简称“MS”)也是一个子系统，但通常视作BSS的一部分。

GSM系统中BSS负责在NSS和MS之间提供和管理传输通路，特别是包括MS与GSM系统的功能实体之间的无线接口管理。NSS负责通信业务的管理，保证MS与相关的公用通信网或与其它MS之间建立通信。也就是说NSS不直接与MS互通，BSS也不直接与公用通信网互通。MS、BSS和NSS组成GSM系统的实体部分。OSS则为运营商提供对这些实际运行部分的控制、维护和管理。

移动台是GSM移动通信网中用户实用的设备，移动台的类型主要有车载台和手持台(手机)。随着GSM标准的数字式手机进一步向小型、轻巧和多功能方向发展。MS除提供通过无线接口进入GSM系统的常规无线通信功能和相关处理功能外，还必须提供与使用者之间的接口。比如提供通话呼叫所需要的话筒、扬声器、显示屏和键盘；进行数据通信时还需要提供与其它一些终端设备之间的接口，如与个人计算机和传真机之间的接口。MS的另外一个重要部分是SIM卡，GSM系统通过SIM卡来识别用户，SIM卡的应用使移动台不是固定地束缚于一个用户，为个人通信业务(PersonalCommunication Service，简称“PCS”)奠定了良好的基础。

BSS是GSM系统中与无线方面关系最密切且最直接的基本组成部分。它通过无线方式发送和接收信息，并进行无线资源的管理。另一方面，BSS与NSS中的移动交换中心(Mobile Switching Center，简称“MSC”)相连，实现移动用户之间或移动用户和市话用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。为了对BSS部分进行操作、维护和管理，还要建立BSS和OSS之间的通信连接。

BSS由基站收发信台(Base Transceiver Station，简称“BTS”)和基站控制器(Base Station Controller，简称“BSC”)两部分功能实体组成。通过无线接口与移动台相连的BTS和另一侧与交换机相连的BSC，BTS负责无线传输、BSC负责控制与管理。BSS是由一个BSC与一个或多个BTS组成的，一个BSC根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接和BSC相连，也可以通过基站接口设备(Base Interface Equipment，简称“BIE”)采用远端控制的连接方式与BSC相连，其连接链路一般是有线的。BSS还应包括码变换器(Transcoder，简称“TC”)和相应的子复用设备(Sub-Multiplexer，简称“SM”)。码变换器一般置于BSC和MSC之间，这样组网的灵活性较高且可以减少传输设备的数量。一种具有本地和远端配置BTS的典型BSS组成方式如图1所示。

BTS是基站收发信台，也是BSS的重要组成部分。其由BSC控制，完成BSC与无线信道之间的转换，实现BTS与MS之间空中接口的无线传输及相关的控制功能。BTS主要由基带单元、载频单元、控制单元和天馈单元等部分组成。基带单元主要用于必要的话音和数据速率适配以及信道编码等；载频单元主要用于调制/解调以及射频信号的发送和接收等；控制单元则用于BTS的操作与维护。天馈单元主要用于射频信号的分路/合路以及将射频信号变成电磁波或者将电磁波转换为射频信号。当BSC与BTS不设在同一处时，传输单元是必须的，以实现BSC与BTS之间的远端连接；若BSC与BTS置于同一处，传输单元可以省去。

BSC是BSS的控制部分，完成对各种接口的管理，承担无线资源和无线传输参数的管理。另外，当MS在同一BSC控制下的两个BTS间进行越区切换(handoff，又称handover)时，切换过程由BSC而不是MSC处理，这就大大地降低了MSC的处理负担。BSC主要由以下几部分组成：相关接口的管理、控制和处理部分；公共处理部分；交换部分。

NSS处理外部网络和移动用户呼叫的交换，并对一些相关的用户数据库进行管理和操作。NSS的功能主要包括GSM系统的交换功能和用于用户数据与移动性管理、安全性管理所需的数据库功能，它对GSM系统移动用户之间及移动用户和其它通信网用户之间的通信起着管理作用。

MSC是整个GSM网络的核心，它控制所有BSC的业务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接，并提供和PSTN、ISDN、PDN等固定网的接口功能，其把移动用户与移动用户、移动用户和固定网用户互相连接起来。MSC从系统内的三个数据库，即归属位置寄存器(Home Location Register，简称“HLR”)、拜访位置寄存器(Visit Location Register，简称“VLR”)和鉴权中心(Authentication Center，简称“AUC”)中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。另外，MSC也根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。作为网络的核心，MSC还支持位置登记、越区切换、自动漫游等具有移动特征的功能及其它网络功能。

VLR服务于其控制区域内的移动用户，其中存储着进入其控制区域内已登记的漫游移动用户的相关信息，为已登记的漫游移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR从该移动用户的HLR中获取并存储必要的数据。一旦该移动用户离开其控制区，则重新在另一个VLR登记，原VLR删除临时记录的该移动用户的数据。所以，VLR可看作一个动态用户的数据库。

HLR是GSM系统的中央数据库，存储着该HLR控制的所有注册登记的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区以至整个移动网，所有移动用户的重要静态数据均存储在HLR中，其中包括移动用户识别号码、访问功能、用户类别和补充业务功能等数据。HLR中还存储且为MSC提供关于移动用户实际漫游所在MSC的有关动态数据。这样，任何入局呼叫均可按相应的路由送到被叫用户。

GSM系统采取了特别的安全措施，如用户鉴权、无线接口上的信息加密等。AUC存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统并保证通过无线接口进行通信的移动用户的通信安全。

可以看出现有的GSM系统中，BSS的各个组成功能实体BSC或BTS之间的连接均采用有线链路实现。实际上一个BSC控制多个BTS时，可能是BSC直接与多个BTS通过星形的链路网连接，也可能是BTS之间采用某种级连方式连接，然后再和BSC连接。无论采用哪种连接方式，BSC与BTS、BTS与BTS之间的连接都是通过有线通信链路铺设实现的，比如E1线等能够传输大量数据的有线链路。

另一方面BTS与多个MS之间的无线通信则是采用无线链路实现的，这是无线通信的基本特点。在每个小区内，多个MS通过时分复用(Time DivisionMultiplexing，简称“TDM”)或者频分复用(Frequency Division Multiplexing，简称“FDM”)等数字技术接入到BTS上。BTS使用一个业务载频完成与多个MS之间的无线通信。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：在某些应用环境中，比如地势险峻的偏远山区、四周封闭的建筑空间等，由于铺设线路的困难，使得整个基站系统的分布架构铺设难以实现，或者需要耗费大量人力物力资源才能架设，这样对于移动通信网络的覆盖率提升有严重阻碍。

造成这种情况的主要原因在于，基站子系统各个功能实体部分之间的连接链路都是有线链路，需要物理铺设才能实现，而为了对整个小区范围进行覆盖，必须使得基站子系统的各个功能实体部分相互分离架设，于是导致有线链路铺设和基站子系统实现的困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动通信基站子系统及其传输数据的方法，使得移动通信小区基站系统的架设不受物理链路铺设困难的阻碍，实现快速组网和灵活组网。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动通信基站子系统，包含至少一个基站控制器和至少一个基站收发信台，

其中，所述基站收发信台接收所述基站控制器的控制，并通过业务载频向移动台提供空中接口，实现与其无线通信；所述基站控制器控制所述基站收发信台，完成网络侧接口通信管理，并管理无线资源和无线传输参数，还包含至少一条无线传输链路，用于连接基站子系统的两个功能实体，该无线传输链路的两端为传输载频。

其中，所述无线传输链路用于连接所述基站控制器和所述基站收发信台。

此外在所述系统中，所述无线传输链路用于连接不同的基站收发信台。

此外在所述系统中，所述传输载频将所有复用通道合并为一个高速通道；

所述传输载频采用固定无线通信的控制技术；

所述传输载频采用与所述移动通信基站子系统中其它有线链路兼容的帧结构设置。

此外在所述系统中，所述移动通信基站子系统应用与全球移动通信系统。

此外在所述系统中，所述传输载频与所述业务载频均采用高斯最小频移键控调制方式。

此外在所述系统中，所述业务载频中采用功率爬坡控制，而所述传输载频中去除所述功率爬坡控制。

本发明还提供了一种通过传输载频传输数据的方法，应用于上文所述的系统中无线传输链路两端的传输载频之间的通信，包含以下步骤：

在发送端，所述传输载频将待传输数据进行卷积；然后添加训练序列、保护比特、比特数标识；最后将其编码后在所述无线传输链路上传输；

在接收端，所述传输载频根据所述训练序列进行调整同步；然后进行去卷积解码，提取数据。

其中，在接收端所述传输载频的调整同步进一步包含以下子步骤：

周期性调整接收窗口的时间偏差；

通过接收所述训练序列或所述待传输数据计算其与发送端之间的频差，并由此对其本地频率进行调整。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，在基站系统各个功能实体之间(BSC与BTS间或BTS与BTS间)的通信链路用传输载频之间的无线链路实现，该传输载频之间的无线链路是在基站原有的业务载频通信链路的基础上通过简单改进而实现的。

这种技术方案上的区别，带来了较为明显的有益效果，即用传输载频无线链路实现基站系统各个功能实体间通信的方式解决了无法铺设传输设备或铺设传输设备成本高的地区的无线通信问题，相比之下具有成本低、建网速度快等优点，有利于提高覆盖率和业务量；

基于现有业务载频无线链路改进实现的传输载频采用的GSM频段进行无线传输，可以节约频率资源和技术开发成本。

附图说明

图1是GSM系统基站子系统的组成框图；

图2是根据本发明的实施例的基于无线传输的基站子系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的基本思路是用基于现有的业务载频无线通信改进为传输载频，建立无线链路代替目前的有线链路，避免线路的铺设等问题，而方便的实现GSM基站系统组建及组网。该基站子系统包含两个传输载频及其相关设备，传输载频作为无线链路的两端，分别属于BSS的两个组成功能实体，该链路实现两个功能实体之间的无线通信。本文中的“载频”是指在某个频率上实现数据传输所相关的功能模块或设备，如果专用于传输业务数据则称为“业务载频”，如果用于在两个功能实体间传输一般数据则称为“传输载频”。本文中的功能实体是指用于实现特定功能且物理上独立的设备，如基站、基站控制器等。

可见该系统的关键点在于用至少一条无线链路连接不同功能实体而架构整个基站子系统。该无线链路可以由现有的GSM业务载频无线通信的基础上改进开发。如前所述BSS由BSC和多个BTS构成，而且它们之间的连接关系可以是级连，因此本发明提出的无线链路可以根据具体需要，比如组建基站时哪些链路具有物理铺设困难，而决定是否采用无线链路代替。因此该无线链路可以是BSC与BTS之间或者BTS与BTS之间的连接。这样该BSS系统就具有两类载频，一类就是原有的业务载频用于实现MS无线通信，另一类就是传输载频。

从上面的陈述中已经能够归纳出本发明的一个基本要点：就是用无线传输链路代替铺设困难的有线链路来实现基站子系统不同功能实体间的通信。图2示出了根据本发明的实施例的基于无线传输的基站子系统框图。

图中的BSS系统包含至少一个BSC和至少一个BTS。如前所述多个BTS可以按星型网络结构连接到一个BSC上，如图中左侧所示；也可以是按级连的方式连接，如图中右侧所示。在用户侧，每个小区内由BTS负责向MS提供空中接口实现与其无线通信，这是BTS所具备的业务载频实现的，同时BTS在另一侧接收BSC控制。在网络侧，BSC负责控制多个BTS，完成多个接口的通信管理，并管理无线资源和无线传输参数配置，同时BSC继续向上与整个移动网络的交换中心MSC通信。

在本发明的第一实施例中，基于无线传输的BSS还包含至少一条无线传输链路，用于连接两个物理分布相距或相隔较严重的功能实体，以实现由物理线路很难完成的BSS系统内部通信。该无线传输链路的两端为传输载频，如图2中所示。无线传输链路的实现可以参考现有系统中MS与BTS之间的业务载频空口链路的实现，熟悉本领域的技术人员不难从现有基于业务载频的MS到BTS的无线链路来实现基于类似的传输载频的无线传输链路。

当然，由于具体应用情况有各种可能，比如有可能是BSC与BTS之间的链路很难铺设、也可能是级连方式下的BTS与BTS之间，因此在本发明的第二实施例中，基于无线传输的BSS中无线传输链路用于连接BSC和BTS，如图2中左侧所示，该应用情况也可能出现在BTS级连的情况，因此此时至少有一个BTS与BSC直接相连。而在本发明的第三实施例中，基于无线传输BSS中无线传输链路用于连接不同的BTS，如图3所示，该情况只出现在BTS级连的情况。

可见，本发明由无线传输链路实现了原本很难实现的BSS系统的架设，在很多方面都带来有益效果。比如对于现有的直方站技术具有类似的应用价值，相对于直方站而有更多优点：通信质量好、网络整体性强。另外，实现无线传输还具有以下优势：不需其他的传输设备，具有建网快的优点；特别是对于无法架设传输设备的地方具有很高价值；对于海外运营商来说，可以省去微波传输时的频率占有费；提高了覆盖率，实现了快速组网和灵活组网。应用本发明可以解决在无法铺设传输设备或铺设传输设备成本高的地区的无线通信问题，并且成本低，建网速度快。

考虑现有网络设备升级方便等问题，需要对新增加的无线传输链路的升级给出方便可行且成本低廉的技术方案，这样才能保证无线传输方案能够继续拥有上述优点。据此，在本发明的第四实施例在第二、三实施例的基础上，给出了建立无线传输链路的升级方案，基于现有的业务载频，进行适当改进得到传输载频，比如对业务载频的多址复用的功能可以改进为更加适用于单一大容量数据通道传输、而对于移动接入等功率控制可以简化为固定对端的无线通信所需要的功率控制等(具体可见下文中本实施例的传输载频的实现技术细节)，从而建立无线传输链路，即传输载频的实现原理与业务载频相同。

改进后的传输载频相对于原有的业务载频具有以下不同点：

首先，数据量传输通道更集中容量更大，这是因为传输通道主要应用于直接数据的大量传输，因此不需要进行类似与业务载频对于多个MS的复用机制，直接将多个通道合并为一个高速通道；

其次，对于移动通信相关的功率控制等技术进行了简化，这是由于传输载频所对应的无线传输链路已经不再是业务载频对应的移动终端，而是两个固定的对端，因此无线采用移动通信相关的功率控制技术，而只需固定无线通信相关的控制技术；

另外，由于传输载频要与现有的其它有线链路如E1线兼容，因此需要采用类似于E1线的帧长和帧结构的设置，这一点也是与现有业务载频不同的。

下面以GSM系统为例详细说明传输载频的实现技术细节。

首先与业务载频相同，传输载频仍然使用高斯最小频移键控(GaussianMean Shift Keying，简称“GMSK”)调制方式。GMSK调制方式.有较好的功率频谱特性，较忧的误码性能，特别是带外辐射小，很适用于工作在很高频段(Very High Frequency，简称“VHF”)和甚高频段(Ultra High Frequency，简称“UHF”)的移动通信系统。调制前高斯滤波的GMSK，其基本的工作原理是将基带信号先经过高斯滤波器成形，再进行最小频移键控(MSK)调制。由于成形后的高斯脉冲包络无陡峭边沿，亦无拐点，因此频谱特性优于MSK信号的频谱特性。

其次业务载频中采用功率爬坡控制，而传输载频中去除所述功率爬坡控制，这是因为传输载频两端的功能实体是固定的，不需要移动通信方面的一些复杂的控制技术。这样可以降低系统复杂度，减少系统升级成本。

上述方案的前提是BSC和BTS支持16K传输，RSL和OML各占1个16Kbps的带宽，6个TCH占用6×16Kbps，载频的BCCH和SDCCH不占有额外的Abis传输资源；不支持业务载频的GPRS CS3/CS4业务。

在具体的应用中，比如由于GMSK调制速率为270.833Kbps，在满足上述前提条件下BSS内部要求传送的有效数据速率为128Kbps，因此可以继续使用2倍卷积方式。另外，将采用更长时间包含一个训练序列，比如数据的定位和同步措施与训练序列共同占用270.833-128*2＝14.833Kbps的无线传输资源。而对于收发端同步问题，则以6ms时间段进行收发，相当于48个E1帧，每个E1帧125us，可以包含卷积前的数据为768个。

本发明的第五实施例在第四实施例的基础上，无线传输链路两端的所述传输载频之间的通信流程包含以下步骤：在发送端，传输载频将待传输数据进行卷积；然后添加训练序列、保护比特、比特数标识；最后将其编码后在无线传输链路上传输。在接收端，传输载频根据训练序列进行调整同步；然后进行去卷积解码，提取数据。

其中，在接收端所述传输载频通过周期性调整接收窗口的时间偏差来实现调整同步。另外，在接收端所述传输载频通过接收所述训练序列计算其与发送端之间的频差，并由此对其本地频率进行调整，实现调整同步。

以上述应用情况为例，进一步说明传输载频在通信流程中的具体动作。在现有的载频基站基础上，对两个传输载频和业务载频的稍加改进就可以完成以上功能。

发送端传输载频处理下行发送数据时，将47.5～48.5个E1帧的760、768或776个待传输数据进行卷积等处理后的1520、1536或1552比特加上2个训练序列(52比特)和15个保护比特以及6个标识发送数据有效比特数的编码一起发送出去。相对应的，接收端传输载频则需要进行调整同步，去卷积和解码，最终提取数据。

这里关键的问题在于调整同步。由于收发传输载频之间距离的不确定性，6ms定时边界在开始的时候是需要调整的，调整可以通过根据训练序列位置算得的偏差进行调整。同时由于载频之间无线口频率的不一致性会导致接收端载频的接收6ms窗口数据发生偏移。因此在本发明的第六实施例中接收端载频进行周期性的接收窗口调整以应付这种情况。

另外，接收端载频将发送端载频下发的数据通过解调等处理后得到卷积前的数据，转换后的数据流速率是精确的E1速率，而接收端载频接收过程中需要重点考虑是频率适配问题：接收端载频要调整接收解调时钟，如果收发时钟速率有偏差的话，将造成训练序列在初始化阶段同步后的逐渐错位；还有就是如果收发载频的数据率或E1数据率不一致的话，将导致滑码的发生。对于这两种情况，本发明第八实施例通过频差调整实现频率同步，即由接收端载频通过单位时间内接收数据中训练序列在接收窗口偏差的位数，技术收发时钟的偏差，或者由单位时间内接收到的数据在接收窗口中的比特数是否符合，来计算收发之间的时钟频率偏差，从而对时钟进行调整。

熟悉本领域的技术人员可以理解，上述关于本发明的实施例的描述中均以GSM系统为例进行说明，对于其它移动通信系统，若同样需要组建由BSC和BTS或与其类似的多个功能实体组成的基站子系统，则通过本发明的方式亦能实现可行快速灵活组网的发明目的，而不影响本发明的实质和范围。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。