Способ и устройство задания скорости передачи данных в многопользовательской системе связи

 

Изобретение относится к системе связи и обеспечивает достижение наивысшего качества обслуживания пользователей в среднем во всей многопользовательской системе связи за счет управления скоростью передачи данных использователем многопользовательской системы связи. Технический результат - достижение максимального использования ресурсов системы связи. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляется измерение степени использования ресурсов связи как для прямой линии связи от базовой станции к удаленным пользователям, так и для обратной линии связи от удаленных пользователей к базовой станции. Измеренное значение степени использования сравнивается по меньшей мере с одним заранее определенным значением порога, и скорость передачи данных или состав передаваемых данных с использованием ресурсов системы связи изменяется в соответствии с результатом указанного сравнения. 5 с. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

I. Область применения изобретения.

Настоящее изобретение относится к системам связи. В частности, настоящее изобретение относится к новому и усовершенствованному способу и устройству, обеспечивающим достижение наивысшего качества обслуживания пользователей в среднем во всей многопользовательской системе связи за счет управления скоростью передачи данных пользователям многопользовательской системы связи и обратно.

II. Описание известного уровня техники.

Термин "коллективный доступ" относится к совместному использованию фиксированных ресурсов системы связи множеством пользователей. Типичным примером подобного фиксированного ресурса системы связи является диапазон используемых частот. Существует три основных способа повышения пропускной способности или скорости передачи данных индивидуального пользователя, получившего доступ к ресурсам системы связи. Первым способом является повышение излучаемой мощности передатчика либо, в качестве альтернативы, снижение потерь в системе, что приводит к повышению отношения сигнал/шум принимаемого сигнала. Вторым способом является расширение выделенной для пользователя полосы частот. Третий способ связан с повышением эффективности распределения ресурсов системы связи.

Некоторые из наиболее общих способов предоставления коллективного доступа к ресурсам системы связи включают использование как аналоговых, так и цифровых схем модуляции. Такие схемы могут быть построены на принципах частотного разделения, временного разделения и расширения спектра. При коллективном доступе с частотным разделением (FDMA-системы) каждому пользователю предоставляются один или несколько определенных частотных поддиапазонов. При коллективном доступе с временным разделением (TDMA-системы) идентифицируются периодически повторяющиеся интервалы времени, и для каждого сегмента времени каждому пользователю назначается один или несколько интервалов времени. В некоторых системах TDMA пользователям предоставляется фиксированное распределение во времени, а в других системах доступ пользователям к ресурсам системы может предоставляться в отрезки времени, выбранные случайным образом. В системах связи с расширенным спектром пользователи совместно используют общий частотный диапазон. При использовании модуляции со скачкообразным изменением частоты сигнал модулирует несущую частоту, которая изменяется по определенному закону. В схемах с непосредственной модуляцией кодовой последовательностью сигнал пользователя модулируется с помощью псевдослучайного кода. В системах коллективного доступа с кодовым разделением (CDMA-системы), использующих непосредственную модуляцию кодовой последовательностью для расширения спектра, определяется набор ортогональных или близких к ортогональным кодов расширения спектра (каждый из них использует всю ширину полосы канала) и каждому пользователю предоставляется один или больше определенных кодов.

При всех схемах коллективного доступа множество пользователей совместно используют ресурсы системы связи, не создавая непреодолимых помех друг другу в процессе детектирования. Допустимый предел подобных помех определяется максимальным уровнем взаимных помех, при котором результирующее качество передачи данных все еще остается выше заранее допустимого уровня. В цифровых системах передачи данных качество часто измеряется битовым коэффициентом ошибки (BER) или пакетным коэффициентом ошибки (FER). В цифровых речевых системах связи итоговое качество речевого сигнала ограничено скоростью передачи данных, доступной каждому пользователю, а также величиной BER или FER.

Разработаны системы, в которых минимизирована скорость передачи данных, требуемая для речевого сигнала при все еще допустимом уровне качества речевого сигнала. Если речевой сигнал передается простой дискретизацией и преобразованием аналогового сигнала в цифровую форму, требуется скорость передачи данных порядка 64 килобит в секунду (кбит/с) для получения качества речевого сигнала, эквивалентного качеству для обычного аналогового телефона. Однако путем анализа речевого сигнала с последующим адекватным кодированием, передачей и восстановлением в приемнике можно достичь существенного снижения скорости передачи данных с минимальными потерями качества.

Устройства, которые используют методы сжатия речевого сигнала с помощью выделения параметров, соответствующих модели генерации человеческой речи, обычно называют вокодерами. Подобные устройства содержат блок кодирования, который анализирует поступающий речевой сигнал и выделяет соответствующие его параметры, и блок декодирования, который восстанавливает речевой сигнал, используя параметры, полученные от блока кодирования по каналу связи. С изменением речи определяются новые параметры модели и передаются через канал связи. Обычно речь сегментируется на временные блоки или блоки анализа, в течение которых вычисляются эти параметры. Эти параметры затем обновляются для каждого нового блока.

Более предпочтительным способом сжатия данных, при котором уменьшается количество передаваемой информации, является применение вокодирования с переменной скоростью. Пример вокодирования с переменной скоростью описан в заявке на патент США N 08/004484 на "Вокодер с переменной скоростью", переуступленной правопреемнику настоящего изобретения. Поскольку речь обязательно содержит периоды молчания, т. е. паузы, то количество данных для представления таких периодов может быть уменьшено. Вокодирование с изменяемой скоростью наиболее эффективно использует этот факт, уменьшая скорость передачи данных в эти периоды молчания. Уменьшение скорости передачи данных в отличие от полной остановки передачи данных в периоды молчания позволяет преодолеть проблемы, связанные с переключениями, управляемыми речевой активностью, обеспечивая в то же время уменьшение количества передаваемой информации и снижая, кроме того, взаимные помехи в системах связи с коллективным доступом.

Целью настоящего изобретения является модификация изменения скорости передачи данных вокодеров с изменяемой скоростью, а также любых других источников данных с изменяемой скоростью с целью достижения максимальной степени использования ресурсов системы связи.

Сущность изобретения Настоящее изобретение представляет собой новый и усовершенствованный способ и устройство, позволяющие обеспечить максимальное общее среднее качество обслуживания пользователей в многопользовательской системе связи путем управления скоростью передачи данных по направлению к пользователям многопользовательской системы связи и обратно.

В настоящем изобретении контролируется использование доступных ресурсов системы связи. Когда использование доступных ресурсов системы связи становится слишком интенсивным для данной линии связи, что приводит к снижению уровня качества ниже заранее определенного предела, скорость передачи данных пользователям и обратно ограничивается для высвобождения части доступных ресурсов связи. Когда использование ресурсов системы связи мало, разрешается повысить скорость передачи данных пользователям и обратно выше ранее установленного предела.

Например, если линия связи от удаленных пользователей на главный центр связи, далее называемая обратной линией связи, становится перегруженной, то главный центр связи передает сообщение сигнализации, требующее, чтобы пользователи или некоторые из пользователей снизили среднюю скорость передачи своих данных. Это сообщение принимается на удаленном конце линии связи с пользователем, скорость передачи данных удаленного пользователя уменьшается в соответствии с принятым сообщением сигнализации.

Удаленный пользователь, например, может передавать речевые данные или другие цифровые данные. Если пользователь передает речевые данные, скорость передачи его данных может регулироваться с помощью вокодера с изменяемой скоростью, как описано в упомянутой выше заявке N 08/004484. Настоящее изобретение в равной степени применимо для любой системы вокодирования с изменяемой скоростью, когда удаленный пользователь передает речевые данные. Когда пользователь передает цифровые данные, которые не являются речевыми данными, система может дополнительно выработать команду удаленному пользователю изменить скорость передаваемых данных для конкретного источника цифровых данных.

В случае линии связи от главного центра связи к удаленным пользователям, называемой далее прямой линией связи, главный центр связи контролирует часть своих суммарных ресурсов, выделенных для связи с удаленными пользователями. Если используется слишком большая часть ресурсов, главный центр связи уменьшает разрешенную среднюю скорость передачи данных для каждого пользователя или для подмножества пользователей. Если используется слишком малая часть ресурсов, главный центр связи разрешает каждому пользователю увеличить среднюю скорость передачи данных. Как и в случае обратной линии связи, управление скоростью передачи данных может быть избирательным по своей природе, в зависимости от вида данных, передаваемых удаленным пользователям (речевые или неречевые).

Краткое описание чертежей Признаки, цели и преимущества настоящего изобретения более детально будут описаны ниже со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее: фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая передачу данных удаленных (мобильных) пользователей на главный центр связи (сотовая базовая станция); фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая влияние внешних условий (наличие нескольких главных центров связи) на прием данных удаленным (мобильным) пользователем; фиг. 3 - график среднего качества обслуживания в зависимости от количества пользователей при фиксированной средней скорости передачи данных; фиг. 4 - график среднего качества обслуживания в зависимости от количества пользователей для трех различных значений средней скорости передачи данных; фиг. 5 - блок-схема алгоритма контроля и управления системы; фиг. 6 - круговая диаграмма ресурсов системы связи для прямой линии связи; фиг. 7 - круговая диаграмма ресурсов системы связи для обратной линии связи;
фиг. 8 - круговая диаграмма ресурсов системы связи, иллюстрирующая действия, которые необходимо предпринять в соответствии с различными вариантами степени использования ресурсов;
фиг. 9 - круговая диаграмма ресурсов связи, иллюстрирующая условия, при которых скорость передачи данных должна быть уменьшена с помощью механизма управления, соответствующего настоящему изобретению;
фиг. 10 - круговая диаграмма ресурсов связи, иллюстрирующая эффект уменьшения скорости передачи данных для предыдущего варианта использования ресурсов системы связи;
фиг. 11 - блок-схема системы контроля и управления, размещенной на главном центре связи, для управления обратной линией связи;
фиг. 12 - блок-схема системы контроля и управления, размещенной в аппаратуре удаленного пользователя, для управления обратной линией связи;
фиг. 13 - блок-схема устройства контроля и управления прямой линии связи.

Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
На фиг. 1 представлена схема многопользовательской системы связи между удаленными пользователями 4 и главным передающим центром 2. В данном примере воплощения система связи реализована по принципу системы коллективного доступа с кодовым разделением (CDMA), которая описана в патенте США N 4901307 на "Систему связи коллективного доступа с расширенным спектром, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы (CDMA)" и в патенте США N 5103459 на "Систему и способ формирования сигнала в CDMA системе сотовой телефонной связи". Линия связи от удаленных пользователей к главному передающему центру определена как обратная линия связи. Линия связи от удаленных пользователей 4 к базовой станции сотовой связи 2 определена как обратная линия связи. В системе CDMA максимальное количество пользователей является функцией уровня взаимных помех.

Фиг. 2 иллюстрирует две основные причины, которые приводят к необходимости управления скоростью передачи данных для уменьшения взаимных помех и увеличения максимального количества пользователей. В данном примере осуществления многосотовой CDMA сети связи основным препятствием для увеличения максимального количества пользователей в случае прямой линии связи являются взаимные помехи от соседних ячеек, как показано линиями распространения радиоволн от сотовой базовой станции 12 к одиночному удаленному пользователю или мобильной станции 10. Второй эффект, влияющий на максимальное количество пользователей в случае прямой линии связи при осуществлении изобретения, проиллюстрирован вторым путем распространения радиоволн 18 от одиночной сотовой базовой станции на мобильную станцию 10. Причиной этого эффекта, известного как многолучевое распространение радиоволн, является отражение от препятствия 16, которым может быть здание, гора или другой объект, отражающий электромагнитные волны.

В данном примере осуществления интерференция принимаемого удаленным пользователем 10 сигнала происходит из-за приема сигнала с сотовых базовых станций 12, с которыми в данный момент он не связан, а также из-за многолучевого характера распространения радиоволн, отражающихся от препятствия 16. В данном примере осуществления работой группы ячеек управляет системный контролер 14, который обеспечивает передачу данных на телефонную станцию (не показана) и от нее. Такого рода связь определена как прямая линия связи. В системах коллективного доступа с временным разделением (TDMA) и системах коллективного доступа с частотным разделением частот (FDMA) существует "жесткий" предел количества пользователей из-за конечного числа временных интервалов или частотных поддиапазонов соответственно. Когда все временные интервалы или частотные поддиапазоны выделены пользователям, достигается "жесткий" предел количества пользователей и обслуживание дополнительных пользователей становится невозможным. Хотя исключение некоторого количества пользователей останется незамеченным для тех пользователей, которые были включены в систему до того, как был достигнут предел их количества, среднее качество обслуживания всех пользователей падает, так как качество обслуживания каждого неподключенного дополнительного пользователя, которому отказано в обслуживании, равно нулю.

При использовании схем коллективного доступа, таких как системы коллективного доступа с кодовым разделением (CDMA) и системы доступа по случайному закону, таких как ALOHA и ALOHA на интервалах времени, существует "мягкий" предел количества пользователей. Для этого типа многопользовательских систем увеличение количества пользователей системы выше этого предела вызывает снижение качества обслуживания для всех пользователей системы. В системе типа CDMA сигнал, передаваемый каждым из пользователей, выглядит как интерференционная помеха или шум для других пользователей. При превышении предела количества пользователей в системе CDMA уровень шума становится достаточно высоким и превышает заданный уровень BER или FER. В схемах с распределением доступа по случайному закону каждый дополнительный пользователь увеличивает вероятность столкновения сообщений. При превышении предела количества пользователей столкновения сообщений происходят настолько часто, что необходимость повторной передачи потерянных данных снижает качество связи всех пользователей.

На фиг. 3 представлен график среднего качества обслуживания пользователей подобной системы связи коллективного доступа в зависимости от количества пользователей в системе при условии одинаковой средней скорости передачи данных для всех пользователей. Среднее качество обслуживания (Q_ave) определяется следующим образом:

где Q_i - качество обслуживания i-го пользователя, a N - количество пользователей в системе.

На фиг. 3 представлена также линия предельного уровня качества, выше которого среднее значение качества считается приемлемым, а ниже - неприемлемым. Пересечение этой линии уровня качества с графиком значения качества в функции от количества пользователей определяет предельное количество пользователей системы при фиксированной скорости передачи данных системы. В данном примере осуществления системы CDMA данные передаются пакетами по 20 мс, а допустимый уровень ошибки в пакете 1% определяет положение линии качества в данном примере осуществления. Понятно, что в данном изобретении могут быть применены различные длительности пакета данных и значения уровня ошибки.

На фиг. 4 представлены три графика 20, 22 и 24 среднего качества обслуживания в зависимости от количества пользователей для трех последовательно уменьшающихся значений скорости передачи данных. График 20 соответствует кривой качества при высокой скорости передачи данных, график 22 соответствует кривой качества при умеренной скорости передачи данных и график 24 соответствует кривой качества при низкой скорости передачи данных.

Первым важным свойством этих графиков является то, что значение качества в точках пересечения кривых с вертикальной осью последовательно меньше для меньших значений скорости передачи данных. Пока не превышен предел максимального количества пользователей, более высокое значение скорости передачи данных соответствует более высокому качеству, поскольку высокая скорость передачи данных позволяет достичь большей точности при квантовании параметров в устройстве кодирования речи с изменяемой скоростью, в результате чего достигается более чистое звучание речи.

Вторым важным свойством этих графиков является пересечение линии предельного уровня качества с этими тремя кривыми. Пересечение линии предельного уровня качества с каждой из кривых 20, 22 и 24 определяет максимальное количество пользователей (пропускную способность) системы в соответствии со скоростью передачи данных для кривых 20, 22 и 24. Эти значения максимального количества пользователей системы, обозначенные как CAP A, CAP B и CAP C, представляют собой количество пользователей, которые могут подключаться к системе при скоростях передачи, соответствующих каждой из кривых 20, 22 и 24. Максимальное количество пользователей при данной скорости передачи данных получается с помощью вертикальной линии, опускаемой из точки пересечения кривой и линии предельного уровня качества на горизонтальную ось, представляющую количество пользователей. Максимальное количество пользователей системы увеличивается с уменьшением скорости передачи данных при фиксированном уровне качества.

На фиг. 5 представлена блок-схема алгоритма максимизации среднего качества путем управления скоростью передачи данных системы. В блоке 30 определяется степень используемых ресурсов системы связи, основываясь на количестве пользователей, получивших доступ к системе в данной линии связи, и скорости передачи данных для каждого пользователя. Степень использования, вычисляемая в блоке 30, передается в блок 32. В блоке 32 значение степени использования сравнивается с нижним пороговым значением. Если степень использования окажется ниже нижнего порогового значения, то обработка переходит в блок 34, в котором определяется, работает ли линия связи с заданным заранее значением максимальной скорости передачи. Если система работает на заранее заданном максимальном уровне скорости передачи, то осуществляется переход к блоку 38 и никакого управляющего воздействия не вырабатывается. Если система работает с меньшим значением, чем заранее заданное значение скорости передачи, то осуществляется переход к блоку 36 и скорость передачи данных увеличивается.

Если в блоке 32 определяется, что использование линии связи не слишком низкое, то обработка переходит в блок 40, где величина использования сравнивается с верхним порогом. Если в блоке 40 будет определено, что использование линии связи меньше верхнего порогового значения, то осуществляется переход к блоку 41 и никакое управляющее воздействие не вырабатывается. С другой стороны, если использование линии связи превышает верхнее пороговое значение, установленное в блоке 40, то осуществляется переход к блоку 42. В блоке 42 скорость передачи данных системы сравнивается с заранее заданным минимумом. Если скорость передачи данных выше этого минимума, то обработка переходит к блоку 44, который уменьшает скорость передачи данных в линии связи.

Если в блоке 42 было определено, что скорость передачи данных в линии связи равна минимальной скорости передачи, то осуществляется переход в блок 46. В блоке 46 система сравнивает степень использования с заранее заданным значением максимального использования. Если ресурсы системы связи используются полностью, т. е. степень использования равна заранее заданному максимальному значению, то обработка переходит в блок 48 и доступ в систему дополнительных пользователей блокируется. Если степень использования ниже заранее заданного максимального значения, то осуществляется переход в блок 50 и никакого управляющего воздействия не вырабатывается.

В системах TDMA скорость передачи данных может быть изменена с помощью распределения данных конкретного пользователя среди множества интервалов времени либо комбинированием данных ряда пользователей с данными других пользователей выделенных периодов времени. В качестве альтернативы изменение скорости передачи данных в системе TDMA может быть достигнуто с помощью выделения различным пользователям периодов времени разной длительности. Аналогично в системе FDMA скорость передачи данных может быть изменена распределением данных конкретного пользователя по множеству выделенных частотных поддиапазонов либо комбинируя данные ряда пользователей с данными других пользователей выделенных частотных поддиапазонов. В другом варианте системы FDMA изменение скорости передачи данных может быть достигнуто с помощью выделения различным пользователям частотных поддиапазонов различной ширины.

В системах с распределением доступа по случайному закону вероятность столкновения сообщений пропорциональна количеству информации, которую необходимо передать каждому пользователю. Поэтому скорость передачи данных может регулироваться непосредственно путем посылки пакетов данных различной длины или посылки пакетов через различные интервалы времени.

В примере осуществления с использованием системы CDMA количество данных, необходимых для передачи речи, регулируется с помощью вокодера с переменной скоростью, как описано в упомянутой заявке N 08/004484. Вокодер с переменной скоростью в рассматриваемом примере осуществления может передавать данные с полной скоростью, половиной, четвертью и одной восьмой величины полной скорости, что соответствует 8, 4, 2 и 1 кбит/с, однако практически любое значение средней скорости передачи данных можно получить, комбинируя эти величины скорости. Например, максимальная средняя скорость 7 кбит/с может быть получена включением вокодера на половинную скорость для каждого четвертого последовательного кадра для полной скорости передачи. В данном примере осуществления пакет речевых данных с изменяемым размером сегментируется, и сегменты передаются в случайные моменты времени, как описано в заявке на патент США N 07/846312 на "Разделитель пакета данных по случайному закону", переуступленной правопреемнику настоящего изобретения.

Удобно анализировать проблему максимального количества пользователей системы связи с помощью круговой диаграммы, где весь круг представляет полное использование ресурсов. В этом представлении сектора круговой диаграммы представляют части ресурсов, выделенных каждому из пользователей, непроизводительные расходы ресурса системы и неиспользованные ресурсы.

В системах TDMA или FDMA вся круговая диаграмма может представлять количество выделенных отрезков времени или частотных поддиапазонов при конкретной организации системы связи. В системе со случайным доступом вся круговая диаграмма может представлять скорость передачи сообщений, при которой столкновение сообщений еще не настолько велико, чтобы сделать канал передачи неприемлемым. В примере осуществления системы CDMA вся круговая диаграмма представляет максимально допустимый уровень шума, в котором непроизводительные расходы ресурсов системы и сигналы остальных пользователей представляются как шум при приеме сообщений от удаленного пользователя и передаче ему информации. При любой конфигурации системы, см. фиг. 3, вся круговая диаграмма ресурсов представляет собой пересечение линии предельного уровня качества с кривой среднего качества обслуживания в функции от количества пользователей.

На фиг. 6 представлен пример общего вида круговой диаграммы максимального количества пользователей для прямой линии связи. Первый сектор диаграммы, обозначенный как непроизводительные расходы ресурсов, представляет часть передаваемого сигнала, не несущего информационной нагрузки. Эта часть диаграммы непроизводительных расходов ресурсов представляет передачу неинформационных сигналов, не являющихся специфическими для пользователя данными, и в настоящем примере воплощения представляет собой фиксированную часть ресурса средства связи, хотя в других системах эта неинформационная часть может изменяться в зависимости от количества пользователей и других факторов. Эта неинформационная часть может включать идентификационную информацию базовой станции, установочную информацию и другие. Эта неинформационная часть может включать использование пилот-канала ресурса связи. Пример подобного пилот-канала описан в патенте США N 5103459 на "Систему и способ формирования сигнала в сотовой телефонной системе CDMA". Каждый из следующих секторов, пронумерованных 1-20, представляет информацию сообщения, направляемую каждому из пользователей, причем пользователи пронумерованы 1-20. Последний сектор диаграммы в направлении по часовой стрелке обозначен буквой B. Сектор, обозначенный буквой B, представляет собой остающуюся часть доступных ресурсов системы связи до наступления предела допустимого качества связи.

На фиг. 7 представлена круговая диаграмма ресурсов для обратной линии связи. Эта диаграмма представляет информацию, принимаемую на главном передающем центре или на базовой станции, поступающую от удаленных пользователей. Единственной существенной разницей между этой и предыдущей диаграммами является то, что для обратной линии связи нет фиксированных непроизводительных расходов ресурсов. Следует также отметить, что в предпочтительном воплощении каждый пользователь использует одну и ту же часть ресурсов системы связи для того, чтобы максимизировать качество обслуживания для всех пользователей. Способ и устройство поддержания условий, при которых все пользователи используют ту же самую часть предоставленных ресурсов системы связи, детально описаны в патенте США N 5056109 на "Способ и устройство управления мощностью передачи в сотовой телефонной системе CDMA". С этой точки зрения каждый удаленный пользователь передает данные с таким уровнем мощности, чтобы его сигнал принимался на базовой станции с таким же уровнем, как и от всех остальных удаленных пользователей. Предпочтительно, чтобы каждый удаленный пользователь передавал информацию с необходимым минимальным уровнем мощности, обеспечивающим достаточный уровень качества связи с базовой станцией.

На фиг. 8 представлена круговая диаграмма управляющих воздействий, которые должны быть выработаны в соответствии с круговой диаграммой распределения ресурсов. На фиг. 8 обозначены три точки: точка, обозначенная УВЕЛИЧИТЬ СКОРОСТЬ, точка, обозначенная УМЕНЬШИТЬ СКОРОСТЬ, и точка, обозначенная БЛОКИРОВАТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ. Если часть диаграммы ресурсов для данной линии связи превышает точку, обозначенную УМЕНЬШИТЬ СКОРОСТЬ, скорость передачи этой линии связи должна быть уменьшена для того, чтобы улучшить качество обслуживания пользователей. Например, если скорость, соответствующая кривой 20 на фиг. 4, использовалась для передачи всеми пользователями, а количество пользователей стало больше, чем CAP A, скорость передачи данных должна быть уменьшена и система должна работать в режиме, соответствующем кривой 22 на фиг. 4. Если часть диаграммы ресурсов для данной линии связи опускается ниже точки, обозначенной УВЕЛИЧИТЬ СКОРОСТЬ, скорость передачи данных этой связи должна быть увеличена для того, чтобы повысить качество обслуживания пользователей. Например, если скорость передачи данных, соответствующая кривой 22 на фиг. 4, использовалась всеми пользователями и количество пользователей уменьшилось ниже точки CAP A, скорость передачи должна быть увеличена и система должна работать в соответствии с кривой 20 на фиг. 4. Если диаграмма достигает точки, обозначенной БЛОКИРОВАТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ, подключение к системе всех дополнительных пользователей должно быть блокировано. Заметим, что единственным способом достижения системой точки БЛОКИРОВАТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ является прохождение через точку УМЕНЬШИТЬ СКОРОСТЬ, что означает, что скорость передачи данных не может быть еще более снижена.

Фиг. 9 и 10 иллюстрируют влияние уменьшения скорости передачи на распределение ресурсов. На фиг. 8 добавление пользователя 20 привело к тому, что распределение ресурсов прошло точку, при которой скорость передачи данных должна быть снижена. В этой точке скорость передачи данных уменьшается, и диаграмма распределения ресурсов для этих же пользователей выглядит, как представлено на фиг. 9. Заметим, что неиспользованная часть ресурсов, обозначенная на диаграмме буквой B, достаточно велика для обеспечения выделения ресурсов связи дополнительным пользователям. Однако дополнительные пользователи могут использовать систему связи до тех пор, пока не потребуется дальнейшее уменьшение скорости передачи данных. Этот процесс будет продолжаться, пока скорость не достигнет минимума. Если это произойдет, система полностью заполняет диаграмму и доступ к системе для новых пользователей будет запрещен.

С другой стороны, с уменьшением количества пользователей системными ресурсами часть используемых ресурсов связи уменьшается ниже точки УВЕЛИЧИТЬ СКОРОСТЬ, и система увеличивает скорость передачи данных. Это может продолжаться до тех пор, пока скорость передачи данных не достигает максимального значения или если не останется ни одного пользователя ресурсами системы связи.

На фиг. 11 представлена блок-схема системы контроля и управления использованием ресурсов обратной линии связи в главном центре связи, которая может включать базовую сотовую станцию и системный контролер. Сигналы от удаленных пользователей принимаются приемной антенной 60. Принятые сигналы передаются на приемник 62, который передает сигналы в аналоговой или цифровой форме на блок вычисления энергии 66 и демодуляторы 64. Вычисленное значение энергии от блока вычисления энергии 66 передается на логическую схему управления скоростью 68, которая сравнивает энергию принимаемого сигнала с набором порогов. В соответствии с результатом сравнения логическая схема управления 68 передает сигнал управления скоростью на микропроцессоры 70, если энергия сигнала превышает значение верхнего порога или ниже нижнего порога. В других вариантах осуществления логическая схема управления скоростью 68 может также отслеживать внешние факторы, которые могут влиять на характеристики канала связи, например погодные условия и т.д.

Сигнал, получаемый от приемника 62, поступает на демодуляторы 64, где происходит его демодуляция, выделенные данные для каждого конкретного пользователя передаются на соответствующий микропроцессор 70. В примере осуществления, описанном в заявке на патент США N 07/433031 на "Способ и систему обеспечения программируемой передачи связи в сотовой телефонной системе CDMA", принимаемые данные передаются микропроцессорами 70 на селекторные карточки (не показаны) в системном контроллере 14, который выбирает данные с наилучшим качеством, принятые от множества основных центров связи (ячеек), каждый из которых содержит приемник 62 и демодулятор 64, и декодирует данные, принятые с наилучшим качеством, используя вокодер (не показан). Восстановленная речь передается затем на телефонную станцию (не показана).

К тому же, микропроцессоры 70 получают данные через интерфейс данных от вокодеров (не показаны) для передачи по прямой линии связи. Микропроцессоры объединяют сигнал управления скоростью передачи данных по обратной линии связи, если такой присутствует, с исходящей информацией прямой линии связи, обеспечивая формирование объединенных пакетов данных, передаваемых на модуляторы 72. В одном из предпочтительных вариантов осуществления некоторые из микропроцессоров 70 производят выборочное объединение управляющего сигнала обратной линии связи, если он присутствует, с выходными данными прямой линии связи. В этом предпочтительном варианте осуществления некоторые из микропроцессоров 70 реагируют на сигнал, индицирующий состояние превышения использования, при этом сигнал управления скоростью обратной линии связи не будет объединяться с выходными данными прямой линии связи. В альтернативном варианте осуществления определенный ряд указанных микропроцессоров 70 не будут реагировать на сигнал управления скоростью в обратной линии связи. Модуляторы 72 моделируют пакеты данных и передают промодулированные сигналы на сумматор 74. Сумматор 74 суммирует промодулированные данные и передает их на передатчик 76, где они усиливаются и поступают на передающую антенну 78.

На фиг. 12 представлена блок-схема устройства удаленного пользователя, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, управляемого сигналом управления скоростью, передаваемым в данном примере осуществления главным передающим центром 2 по фиг. 1. В приемной части устройства сигнал, который содержит закодированные речевые данные и/или управляющую информацию, принимается приемной антенной 90, которая с помощью дуплексора одновременно может использоваться в качестве передающей антенны 92. Принятый сигнал проходит через дуплексор 92 на демодулятор 96. Затем сигнал демодулируется и поступает на микропроцессор 98. Микропроцессор 98 декодирует сигнал и посылает речевые данные и присутствующие данные управления скоростью, которые посылаются базовой станцией на вокодер с изменяемой скоростью 100. Вокодер с изменяемой скоростью 100 декодирует закодированный пакет речевых данных, приходящий с микропроцессора 98, и передает декодированные речевые данные на кодек 102. Кодек 102 преобразует цифровые речевые сигналы в аналоговую форму и передает аналоговый сигнал на громкоговоритель для воспроизведения.

В передающей части устройства удаленного пользователя речевые сигналы, получаемые с микрофона 106, поступают на кодек 102, который преобразует речевые сигналы в цифровую форму и передает их на вокодер с изменяемой скоростью 100, который кодирует речевые сигналы со скоростью, определяемой в этом примере осуществления в соответствии с речевой активностью и принятым сигналом управления скоростью. Закодированные речевые данные передаются затем на микропроцессор 98.

В данном примере осуществления сигнал управления скоростью представляет собой двоичный сигнал, индицирующий для удаленного пользователя необходимость увеличить или уменьшить максимальную скорость передачи данных. Регулирование скорости передачи данных производится дискретно. В данном примере осуществления удаленный пользователь увеличивает или уменьшает максимальную скорость передачи данных на 1000 бит/с после приема каждого сигнала управления скоростью от сотовой базовой станции. На практике это уменьшает общую среднюю скорость передачи данных на величину от 400 до 500 бит/с, поскольку вокодер кодирует речь с максимальной скоростью всего лишь в течение 40-50% времени нормального двустороннего разговора. В данном примере осуществления паузы между словами всегда кодируются при низкой скорости передачи данных.

Например, если удаленный пользователь работает в настоящий момент с максимальной скоростью передачи данных, что соответствует полной скорости или скорости 1 (8 кбит/с), и принимается сигнал, требующий уменьшить максимальную скорость передачи данных, максимальная скорость передачи данных будет уменьшена до 7/8 (7 кбит/с) тем, что каждый четвертый последовательный полный период данных будет кодироваться с половинной скоростью (4 кбит/с). Если, с другой стороны, удаленный пользователь работает при управлении от базовой сотовой станции на максимальной скорости передачи 3/4 (6 кбит/с) и с базовой сотовой станции для удаленного пользователя поступают сигналы увеличить максимальную скорость передачи, то удаленный пользователь будет использовать значение 7/8 (7 кбит/с) как максимальную скорость передачи данных. В упрощенном варианте осуществления значения скоростей могут быть попросту ограничены до одной из дискретных величин, получаемых от вокодера с изменяемой скоростью 100 (т.е. значения 1, 1/2, 1/4 и 1/8).

На микропроцессор 98 поступают также неречевые данные, которые могут содержать управляющую информацию или вторичные данные, такие как сигналы факсов, модемов или другие цифровые данные, которые необходимо передавать на центральную сотовую станцию. Если цифровые данные, передаваемые удаленным пользователем, имеют форму, не подходящую для передачи с переменной скоростью (т. е. некоторые данные факсов или модемов), то микропроцессор 98 может определить на основании сервисной опции удаленного пользователя, следует ли изменять скорость передачи в соответствии со значением сигнала управления скоростью.

Модулятор 108 модулирует сигнал данных и передает этот промодулированный сигнал на передатчик 110, где он усиливается и поступает через дуплексор 92 на антенну 90 и передается через эфир на базовую станцию. В настоящем изобретении также показано, что удаленный пользователь может контролировать использование ресурсов в обратной линии связи и регулировать скорость передачи данных в режиме разомкнутого контура.

На фиг. 13 представлена блок-схема примера выполнения устройства управления скоростью передачи данных в прямой линии связи. Речевые данные поступают на вокодеры 120, где речевые данные кодируются с переменной скоростью. В настоящем изобретении скорость кодирования речевых данных определяется в соответствии с активностью речевых сигналов и сигналом управления скоростью, если такой присутствует. Кодированные речевые данные затем передаются на микропроцессоры 122, которые также могут получать неречевые данные от внешнего источника (не показан). Эти неречевые данные могут включать управляющую информацию или вторичные данные (данные факса, модема или другие цифровые данные для передачи). Микропроцессоры 122 затем передают пакеты данных на модуляторы 124, где пакеты данных модулируются и передаются на сумматор 126. Сумматор 126 суммирует промодулированные сигналы от модуляторов 124 и передает суммарный сигнал на передатчик 128, где этот сигнал смешивается с сигналом несущей, усиливается и поступает на антенну 130 для передачи.

Суммарный модулированный сигнал от сумматора 126 передается также на блок вычисления энергии 132. Блок вычисления энергии 132 вычисляет энергию сигнала, поступающего от сумматора 126, за фиксированный период времени и передает величину оценки энергии на логическую схему управления скоростью 134. Логическая схема управления скоростью 134 сравнивает оценку энергии с набором пороговых значений и вырабатывает сигнал управления скоростью в соответствии с результатом сравнения. Сигнал управления скоростью поступает на микропроцессоры 122. Микропроцессоры 122 передают сигнал управления скоростью на вокодеры 120 для управления максимальной скоростью передачи речевых данных. В случае необходимости микропроцессоры 122 могут также использовать сигнал управления скоростью для управления скоростью передачи источников неречевых данных (не показаны). Сигнал управления скоростью может поступать выборочно на некоторые микропроцессоры 122 или же выбрать один из микропроцессоров 122 для обработки глобально передаваемого сигнала управления скоростью.

Схема управления в форме разомкнутого контура для прямой линии связи, описанная выше, может также работать в режиме замкнутого контура, при этом управляющие воздействия будут вырабатываться в ответ на сигналы удаленных станций о достижении предельных значений для числа пользователей, например высокое значение ошибки передачи данных или других измеряемых величин. Логическая схема управления скоростью 134 может вырабатывать управляющий сигнал в соответствии с внешними воздействиями различного рода, которые могут повлиять на пропускную способность канала связи.

Вышеприведенное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения будет понятно специалистам, знакомым с предшествующим уровнем техники. Специалистам также должны быть очевидны различные модификации таких осуществлений, а общие, определенные здесь принципы могут применяться в других примерах осуществления, не требуя дополнительной изобретательской деятельности. Таким образом, настоящее изобретение не ограничено приведенными вариантами осуществления, а должно рассматриваться в соответствии с раскрытыми в описании основными принципами и новыми признаками.

Формула изобретения

1. Подсистема для оптимизации качества связи в соответствии со степенью использования системы и пропускной способностью для системы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов, в которой множество удаленных пользователей, каждый из которых имеет передатчик, передают сигналы сообщений в соответствии со скоростью передачи данных обратной линии связи в центр связи, имеющий приемник, отличающаяся тем, что содержит средство контроля для определения степени использования упомянутой системы связи и, в случае необходимости, выработки сигнала управления скоростью передачи данных обратной линии связи в соответствии с указанной степенью использования системы, и множество средств, каждое из которых размещено на соответствующем устройстве одного из удаленных пользователей и предназначено для приема сигнала управления скоростью передачи данных обратной линии связи и регулирования скорости передачи данных обратной линии связи для передачи кадров информации действующего сообщения соответствующего одного из удаленных пользователей в соответствии с упомянутым сигналом управления скоростью передачи обратной линии связи.

2. Подсистема по п.1, отличающаяся тем, что средство контроля размещено в центре связи, причем указанная подсистема дополнительно содержит средство передачи центра связи для передачи сообщений удаленным пользователем и для передачи сигнала управления скоростью удаленным пользователям и множество удаленных средств приема, каждое из которых размещено на соответствующем одном из устройств удаленных пользователей, для приема сигнала управления скоростью и для подачи этого сигнала управления скоростью на соответствующее одно из упомянутых средств, реагирующих на сигналы управления скоростью.

3. Подсистема по п.1, отличающаяся тем, что средство контроля предназначено для определения степени использования системы путем измерения энергии упомянутых сигналов сообщений в течение предварительно определенного интервала времени.

4. Подсистема по п.1, отличающаяся тем, что средство, реагирующее на сигналы управления скоростью, содержит процессорное средство для приема сигнала управления скоростью и выработки сигналов команд управления скоростью в ответ на сигнал управления скоростью и вокодерное средство с изменяемой скоростью для приема речевых данных и сигналов команд управления скоростью и кодирования речевых данных со скоростью, соответствующей указанным сигналам команд.

5. Подсистема по п.4, отличающаяся тем, что вокодерное средство с изменяемой скоростью выполнено с возможностью кодирования речевых данных в соответствии с энергией речевых данных.

6. Подсистема по п. 4, отличающаяся тем, что процессорное средство предназначено также для приема неречевых данных для их последующей передачи и для выдачи неречевых данных со скоростью, соответствующей сигналу управления скоростью.

7. Приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных для системы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов, в которой базовая станция передает команду управления скоростью передачи данных обратной линии связи в соответствии со степенью использования системы и пропускной способностью, причем приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных удалено от базовой станции, отличающееся тем, что содержит приемник для приема сигнала, содержащего данные сообщения и команду управления скоростью передачи обратной линии связи, вокодер с изменяемой скоростью для приема кадров действующих речевых данных и кодирования этих кадров действующих речевых данных в соответствии с командой управления скоростью передачи обратной линии связи и передатчик для передачи кодированных кадров действующих речевых данных.

8. Приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных по п.7, отличающееся тем, что содержит демодулятор, включенный между приемником и вокодером с изменяемой скоростью, предназначенный для демодуляции принимаемого сигнала, и процессор, включенный между демодулятором и вокодером с изменяемой скоростью, предназначенный для приема демодулированного сигнала и раздельной выдачи данных сообщения и команды управления скоростью.

9. Приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных по п. 8, отличающееся тем, что упомянутый процессор предназначен также для приема неречевых данных для последующей их передачи.

10. Приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных по п. 7, отличающееся тем, что дополнительно содержит модулятор, включенный между вокодером с изменяемой скоростью и передатчиком, предназначенный для модулирования кодированных речевых данных.

11. Приемопередающее устройство с переменной скоростью передачи данных по п. 8, отличающееся тем, что дополнительно содержит модулятор, включенный между вокодером с изменяемой скоростью и передатчиком, предназначенный для модулирования кодированных речевых данных.

12. Устройство для управления значением максимального количества пользователей базовой станции для базовой станции системы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов, отличающееся тем, что содержит средство определения степени использования, предназначенное для измерения степени использования базовой станции, логическое средство управления скоростью, предназначенное для сравнения измеренной степени использования, по меньшей мере, с одной предварительно определенной величиной и селективной выработки сигнала управления скоростью обратной линии связи для передачи действующего сообщения в соответствии с результатом сравнения, и передающее устройство, предназначенное для передачи сигнала управления скоростью обратной линии связи для передачи действующего сообщения.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что дополнительно содержит процессорное средство, предназначенное для приема данных сообщения для передачи удаленным пользователям и сигнала управления скоростью обратной линии связи для передачи активного сообщения и объединения данных сообщения и сигнала управления скоростью обратной линии связи для передачи действующего сообщения для получения составного пакета данных.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит модулятор, включенный между процессорным средством и передатчиком, предназначенный для модулирования указанного составного пакета данных.

15. Устройство управления скоростью передачи данных в системе связи множественного доступа с кодовым разделением каналов, в которой базовая станция передает по прямой линии связи сообщения множеству удаленных пользователей, отличающееся тем, что содержит средство определения степени использования, предназначенное для определения значения степени использования прямой линии связи, логическое средство управления скоростью для приема значения степени использования, сравнения этого значения степени использования, по меньшей мере, с одним предварительно определенным пороговым значением и выработки сигнала управления скоростью в соответствии с результатом сравнения и средство источника данных с переменной скоростью передачи данных, предназначенное для приема действующего сообщения, кодирования этого действующего сообщения в виде множества передаваемых кадров, причем средство источника данных с переменной скоростью передачи данных реагирует на сигнал управления скоростью передачи для кодирования подмножества из упомянутого множества из упомянутого множества передаваемых кадров с пониженной скоростью кодирования и обеспечения других кадров из упомянутого множества передаваемых кадров с более высокой скоростью кодирования.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один источник данных с переменной скоростью передачи данных содержит, по меньшей мере, одно вокодерное средство с переменной скоростью, предназначенное для кодирования речевых данных с переменной скоростью.

17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что средство определения степени использования предназначено для измерения энергии сигнала для передачи удаленным пользователям.

18. Способ оптимизации использования ресурсов связи в системе связи множественного доступа с кодовым разделением каналов, отличающийся тем, что измеряют степень использования ресурсов связи, сравнивают измеренную степень использования, по меньшей мере, с одним предварительно определенным порогом, генерируют сигнал управления скоростью передачи в соответствии с результатом сравнения и кодируют действующее сообщение в виде множества передаваемых кадров, при этом осуществляют кодирование подмножества из множества передаваемых кадров при пониженной скорости кодирования и кодирование других кадров из множества передаваемых кадров с более высокой скоростью кодирования в соответствии с упомянутым сигналом управления скоростью передачи.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что при сравнении измеренной степени использования, по меньшей мере, с одним предварительно определенным порогом осуществляют сравнение указанной степени использования с предварительно определенным порогом высокой степени использования, при этом скорость передачи данных при осуществлении связи с использованием указанных ресурсов системы связи регулируют путем снижения скорости передачи данных, когда степень использования превышает указанный порог высокой степени использования.

20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что при сравнении измеренной степени использования, по меньшей мере, с одним предварительно определенным порогом осуществляют сравнение указанной степени использования с предварительно определенным порогом низкой степени использования, при этом скорость передачи данных при осуществлении связи с использованием указанных ресурсов системы связи регулируют путем повышения скорости передачи данных, когда степень использования становится ниже указанного порога низкой степени использования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13