Динамическое выделение полосы частот для передачи с помощью протокола беспроводной связи при радиосвязи с множественным доступом с разделением кодов

 

Изобретение относится к способам передачи сигналов в системе CDMA. Технический результат заключается в повышении эффективности управления созданием и ликвидацией канала. Алгоритм динамического выделения полосы частот работает от пределов, вычисленных на основе имеющихся портов, приходящихся на каждого абонента, ожидаемой полосы частот пользователя и параллельной полосы частот пользователя по сравнению с пропускной способностью. Предусмотрено также предоставление приоритетного обслуживания, несбалансированное использование прямого и обратного спектров, приоритет в передаче голосовых сообщений и коммутация полос частот. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Все возрастающее использование беспроводной телефонии и персональных компьютеров основной массой населения приводит к соответствующему спросу на дополнительные телекоммуникационные услуги, которые первоначально предназначались для использования только в специализированных областях применения.

Так, в конце 80-х годов беспроводной голосовой связью, например существующей сотовой связью, в связи с ожидаемой высокой абонентской платой пользовались исключительно бизнесмены. То же самое относилось к доступу к удаленным компьютерным сетям, в результате чего, до самого недавнего времени, лишь бизнесмены и большие учреждения могли себе позволить иметь необходимое компьютерное оборудование и оборудование для доступа к проводным линиям связи.

Однако основная масса населения во все возрастающей степени хочет не только иметь доступ к сетям, например, к Интернету и частным сетям, но и иметь доступ к этим сетям также посредством беспроводного соединения. Это особенно относится к пользователям портативных компьютеров, ноутбуков, карманных цифровых ассистентов и т.п. Все эти пользователи предпочли бы иметь доступ к таким сетям без необходимости быть привязанными к телефонной линии.

До сих пор нет широко распространенного удовлетворительного решения, предлагающего недорогой высокоскоростной доступ в Интернет и другие сети с использованием существующих беспроводных сетей. Эта ситуация, скорее всего, является следствием нескольких неблагоприятных обстоятельств. Например, обычный способ предоставления высокоскоростной передачи данных в бизнесе по проводным линиям связи с трудом может быть приспособлен для голосовой связи в большинстве домов или офисов. В дополнение, такие стандартные службы высокоскоростной передачи данных не очень хорошо пригодны для эффективной передачи с помощью стандартных беспроводных сотовых аппаратов.

Более того, существующая сотовая сеть была изначально разработана только для передачи голосовых сообщений. В настоящее время используемые схемы беспроводной модуляции продолжают уделять главное внимание передаче голосовой информации, при этом везде доступная максимальная скорость передачи данных составляет порядка 9,6 кбайт/с. Это связано с тем, что сотовая телефонная сеть в большинстве стран, включая Соединенные Штаты, использует аналоговые голосовые каналы, имеющие полосу частот от 300 до 3600 Гц. Такой низкочастотный канал не может обеспечить прямую передачу данных со скоростями 28,8 кбайт/с или даже 56,6 кбайт/с, которые в настоящее время доступны везде, с использованием недорогих модемов для проводных линий связи, скорости передачи данных которых считаются в настоящее время минимально допустимыми скоростями при доступе в Интернет.

Коммутационные сети с более высокоскоростными блоками в настоящее время только начинают использоваться в Соединенных Штатах. Хотя определенные проводные линии связи, называемые Цифровые Сети с Предоставлением Комплексных Услуг (сети ISDN), способные передавать данные с более высокими скоростями, известны в течение ряда лет, их стоимость лишь недавно была снижена до уровня, который может быть привлекательным для домашнего потребителя, даже для проводных линий связи. Хотя такие сети были известны в то время, когда создавались сотовые системы, для большей части структур сотовых сетей не предусматривается предоставление услуг уровня сетей ISDN для передачи данных.

В заявке на европейский патент ЕР 0719062 А2 описывается система и архитектура сети для обеспечения динамического выделения полосы частот или канала. В этой системе выделение полосы частот динамически регулируется в соответствии с выбранными уровнями сервиса. Например, базовый телефонный сервис, беспроводной ISDN-сервис, беспроводной сервис по передаче данных, беспроводной сервис по передаче мультимедийных данных и другие виды сервиса, например, беспроводная передача видеоизображения, поддерживаются в системе путем выделения соответствующего количества каналов для поддержки каждого такого сервиса по требованию.

Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении высокоскоростной передачи данных и голосовых сообщений через стандартные беспроводные каналы связи. Согласно изобретению данная задача решается благодаря эффективному использованию возможностей уникального объединения протоколов и существующей сотовой сигнализации, какое доступно с использованием модулированных систем типа систем множественного доступа с кодовым разделением (систем CDMA). Более конкретно, предлагается способ предоставления беспроводной передачи цифровых сигналов при осуществлении беспроводной связи между множеством абонентских модулей и базовой станцией, причем цифровые сигналы передаются с использованием по меньшей мере одного радиочастотного канала через радиосигналы, модулированные по стандарту множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) и имеющие номинальную скорость передачи данных. Способ по изобретению характеризуется тем, что дополнительно включает следующие операции: а) образование доступного множества субканалов в пределах каждого CDMA радиоканала, причем скорость передачи данных каждого субканала значительно меньше, чем упомянутая номинальная скорость передачи данных модулированных радиосигналов; b) установление сеанса связи сетевого уровня через базовую станцию между оконечным оборудованием, соединенным с абонентским модулем, и другим оконечным оборудованием, соединенным с базовой станцией; и c) выделение во время сеанса сетевого уровня имеющихся в наличии субканалов только на основе реальной потребности, с изменением количества выделенных субканалов в процессе осуществления данного сеанса.

Предпочтительно операция b) включает первоначальное выделение одного субканала при установлении сеанса сетевого уровня и выделение дополнительных субканалов, как только во время сеанса потребуется дополнительная полоса частот для поддержки передачи цифровых сигналов.

Множество субканалов предпочтительно выделяют на одной радиочастотной несущей. При этом операция (а) образования доступного множества субканалов в пределах каждого CDMA радиоканала дополнительно включает назначение множества ортогональных кодов каждому CDMA каналу для предоставления таким образом множества субканалов, причем каждый субканал поддерживает скорость передачи данных значительно меньшую, чем скорость передачи данных, поддерживаемая самим CDMA каналом.

Цифровые сигналы, используемые при осуществлении способа по изобретению, имеют различные номинальные полосы частот. Эти сигналы могут содержать оцифрованное представление голосового сигнала, и в одном из своих вариантов способ дополнительно включает операцию сохранения выделения субканалов, достаточных для обслуживания полосы частот, требуемой для голосового сигнала на протяжении сеанса связи. Альтернативно способ дополнительно включает операцию выбора полосы частот субканала, достаточной для непрерывной передачи голосового сигнала.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения операция с) дополнительно включает освобождение субканалов, когда во время сеанса связи отсутствуют цифровые сигналы, при сохранении сеанса связи на сетевом уровне и при одновременном спуфинге более низкого физического уровня на абонентском модуле для обеспечения функционирования аналогично тому, как если бы имелась в наличии достаточная полоса частот для непрерывной передачи цифровых сигналов. При этом предлагается выделять субканалы на основе обслуживания ряда абонентских модулей в соответствии с классами их приоритета. Могут использоваться соответствующие алгоритмы выделения субканалов для предложения различных уровней приоритетного обслуживания для определенных абонентов. Они могут выделяться на основе имеющихся портов для каждого абонента, ожидаемой полосы частот, занимаемой абонентом, уровня повышенной оплаты за сервис и т. п. Желательно также, чтобы способ по настоящему изобретению дополнительно включал операции: d) буферизации данных, полученных от сеанса связи с оконечным оборудованием до достижения минимального количества элементов данных, требующих передачи; e) запроса выделения по меньшей мере одного субканала для сеанса связи с оконечным оборудованием, f) передачи данных с использованием выделенных субканалов; g) запроса на выделение дополнительных субканалов для связи от сеанса оконечного оборудования в случае, если количество элементов буферизованных данных превысит заданную максимальную пороговую величину; и h) освобождения субканалов от выделения для сеанса связи с оконечным оборудованием в случае, если количество элементов буферизованных данных становится ниже заданной минимальной пороговой величины.

Таким образом, в соответствии с одним аспектом изобретения некоторые части имеющейся полосы частот изначально выделяют для установления сеанса связи. Как только связь установлена, если абонентский модуль не содержит никаких данных для передачи, а именно, если каналы передачи данных остаются в состоянии бездействия в течение какого-то периода времени, то ранее выделенная полоса частот освобождается. Кроме того, желательно, чтобы не вся ранее выделенная полоса частот освобождалась, но предпочтительнее, чтобы по меньшей мере некоторая ее часть оставалась в наличии для использования находящимся на связи абонентом. Если состояние бездействия продолжится больший период времени, то даже оставшаяся часть полосы частот может быть освобождена из сеанса связи. Логическое соединение сеанса на уровне сетевого протокола по-прежнему сохраняется, даже если не выделяется никаких субканалов.

В способе, предложенном согласно настоящему изобретению, обеспечивается достижение высоких скоростей передачи данных благодаря более эффективному выделению доступа к беспроводным CDMA каналам. В частности, определено количество субканалов в пределах стандартной полосы частот канала CDMA, например, путем присвоения различных кодов каждому субканалу. Мгновенная ширина полосы частот требует, чтобы каждый подключенный абонентский модуль обслуживался динамически выделяемым множеством субканалов несущей радиочастоты как необходимой базой для каждого сеанса связи. Например, множество субканалов выделяется в те периоды времени, когда требования к полосе частот со стороны абонента относительно высоки, например, при загрузке Web-страниц, и освобождаются, когда загрузка линии относительно невысока, например, когда абонент читает Web-страницу, загруженную ранее, или выполняет другие задачи.

В предпочтительном варианте выполнения одинарный субканал сохраняется для заданного минимального времени бездействия для каждого соединения сетевого уровня. Это способствует более эффективному управлению созданием и ликвидацией канала.

Перечень чертежей
Вышеописанные и другие задачи, отличительные особенности и преимущества изобретения будут более понятны из нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения, представленных на чертежах, причем одинаковые номера позиций на разных чертежах относятся к одним и тем же элементам. На прилагаемых чертежах:
фиг. 1 изображает блок-схему системы беспроводной связи, использующей схему управления выделением полосы частот согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 изображает схему многоуровневого протокола типа Взаимодействия Открытых Систем (OSI), где используется схема управления выделением полосы частот в рамках протоколов передачи данных;
фиг. 3 изображает схему, показывающую, как выделяются субканалы в пределах заданного канала радиочастоты;
фиг.4 изображает более подробную блок-схему элементов абонентского модуля;
фиг. 5 изображает диаграмму состояний операций, выполняемых абонентским модулем для динамического запроса освобождения субканалов;
фиг. 6 изображает блок-схему части базовой станции, необходимой для обслуживания каждого абонентского модуля;
фиг. 7 изображает высокоуровневое структурированное описание процесса, выполняемого базовой станцией для динамического управления полосой частот в соответствии с изобретением.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 показана блок-схема системы 100 для обеспечения работы службы высокоскоростной передачи данных и голосовых сообщений по беспроводной сети с помощью бесшовной интеграции протоколов обработки цифровых данных, например, сети ISDN с цифровыми модулированными службами, в частности, с системой множественного доступа с кодовым разделением (CDMA системой).

Система 100 содержит компоненты двух различных типов, абонентские модули 101, 102 и базовую станцию 170. Эти компоненты обоих типов, 101 и 170, взаимодействуют для обеспечения функций, необходимых для того, чтобы достичь желаемого эффекта в соответствии со способом, предложенным в изобретении. Абонентский модуль 101 обеспечивает беспроводную передачу данных к портативному вычислительному устройству 110, например к компьютеру-ноутбуку, портативному компьютеру, персональному цифровому ассистенту и т.п. Базовая станция 170 взаимодействует с абонентским модулем 101 для обеспечения передачи данных между портативным вычислительным устройством 110 и другими устройствами, например, такими как подключенные к Коммутируемой Телефонной Сети 180 Общего Пользования.

Более конкретно, работа служб передачи данных и/или голосовых сообщений также обеспечивается абонентским модулем 101 к портативному компьютеру 110, а также к одному или большему количеству устройств, например к телефонам 112-1, 112-2 (обозначенным вместе как телефоны 112) (телефоны 112 сами могут быть в свою очередь соединены с другими модемами и компьютерами, которые не показаны на фиг.1). В обычной терминологии ISDN портативный компьютер 110 и телефоны 112 обозначаются, как оконечное оборудование (ТЕ). Абонентский модуль 101 обеспечивает выполнение функций, обозначенных как сетевое завершение первого типа (NT-1) Изображенный абонентский модуль 101, в первую очередь, предназначен для работы с так называемым интерфейсом передачи данных с номинальной скоростью (BRI) типа соединения ISDN, который предоставляет два однонаправленных канала или "B"-канала и одинарный канал передачи данных или "D"-канал, что обычно обозначается, как 2B+D.

Сам абонентский модуль 101 содержит ISDN-модем 120, устройство, называемое в настоящем описании протокол-конвертором 130 и выполняющее различные функции, предусмотренные в соответствии с изобретением, включая спуфинг 132 (имитацию соединений) и управление 134 полосой частот, CDMA-приемопередатчик 140 и антенну 150 абонентского модуля. Различные компоненты абонентского модуля 101 могут быть выполнены в виде отдельных устройств или в виде общего модуля. Например, существующий обычный ISDN-модем 120, имеющийся в наличии у многих производителей, может быть использован вместе с существующими CDMA-приемопередатчиками 140. В этом случае уникальные функции предоставляются всецело протокол-конвертором 130, который может продаваться как отдельное устройство. В альтернативном варианте ISDN-модем 120, протокол-конвертор 130 и CDMA-приемопередатчик 140 могут быть объединены в качестве законченного модуля и продаваться в качестве отдельного устройства 101 абонентского модуля.

ISDN-модем 120 преобразовывает сигналы данных и голосовых сообщений между оконечным оборудованием 110 и 112 в формат, требуемый стандартным "U"-интерфейсом сетей ISDN U-интерфейс является опорной точкой в системах ISDN, определяющей точку соединения между оконечной станцией сети (NT) и телефонной компанией.

Протокол-конвертор 130 осуществляет спуфинг 132 и базовые функции управления 134 полосой частот, которые более подробно описаны ниже. В общем случае, спуфинг 132 обеспечивает гарантию того, что абонентский модуль 101 имитирует соединение оконечного оборудования 110, 112 с коммутируемой телефонной сетью 180 общего пользования на другой стороне базовой станции 170 в течение всего времени.

Функция 134 управления полосой частот реагирует на выделение и освобождение по требованию CDMA-радиоканалов 160. Управление полосой частот также содержит динамическое управление полосой частот, выделенной на данный сеанс, с помощью динамического назначения частей CDMA-каналов 160 способом, более подробно описанным ниже.

CDMA-приемопередатчик 140 принимает данные от протокол-конвертора 130 и переформатирует эти данные в соответствующую форму для передачи через антенну 150 абонентского модуля через CDMA-радиоканал 160-1. CDMA-приемопередатчик 140 может работать только на одной частоте 1,25 МГц радиочастотного канала, или, альтернативно, в предпочтительном варианте, может настраиваться по множеству выделяемых радиоканалов.

CDMA-сигналы затем принимаются на базовой станции и обрабатываются посредством оборудования 170 базовой станции. Оборудование 170 базовой станции обычно содержит мультиканальную антенну 171, множество CDMA-приемопередатчиков 172 и функциональные средства 174 управления полосой частот. Средства управления полосой частот управляют выделением CDMA-радиоканалов 160 и субканалов. Базовая станция 170 затем подает демодулированные радиосигналы в коммутируемую телефонную сеть 180 общего пользования способом, известным специалистам в данной области. Например, базовая станция 170 может соединяться с коммутируемой телефонной сетью 180 общего пользования через ряд различных эффективных коммуникационных протоколов, например, протокол передачи с базовой скоростью ISDN или другие протоколы доступа к D-каналу, например, IS-634 или V5.2.

Следует также учесть, что сигналы, соответствующие передаче данных, передаются в обоих направлениях по CDMA-радиоканалам 160, т.е., сигналы данных, отправляемые с портативного компьютера 110, передаются к коммутируемой телефонной сети 180 общего пользования, а сигналы данных, получаемые от коммутируемой телефонной сети 180 общего пользования, передаются к портативному компьютеру 110.

Другие типы абонентских модулей, например, модуль 102, могут быть использованы для работы служб передачи данных с более высокой скоростью. Такие абонентские модули 102 обычно предоставляют сервис, обозначаемый как сервис типа nB+D, которые могут использовать так называемый протокол типа интерфейса передачи с базовой скоростью для связи с оконечным оборудованием 110, 112. Эти модули обеспечивают передачу данных с более высокой скоростью, например, 512 кбайт/с через U-интерфейс. Работа протокол-конвертора 130 и CDMA-приемопередатчика 140 для абонентского модуля 102 типа nB+D аналогична работе абонентского модуля 101, описанной выше, с учетом того, что количество радиоканалов 160 для поддержки абонентского модуля 102 здесь больше или каждый радиоканал имеет более широкую полосу частот.

Как показано на фиг.2, настоящее изобретение может быть описано в контексте схемы многоуровневого протокола Взаимодействия Открытых Систем. Три стека 220, 230 и 240 протокола предназначены для ISDN-модема 120, протокол-конвертора 130 и базовой станции 170 соответственно.

Стек 220 протокола, используемый ISDN-модемом 120, является обычным для ISDN-связи и содержит, на стороне оконечного оборудования, аналого-цифровое преобразование (и цифроаналоговое преобразование) 221 и форматирование 222 цифровых данных на уровне один, а также уровень 223 приложений на уровне два. На стороне U-интерфейса функции протокола содержат Интерфейс Передачи Данных с Номинальной Скоростью, например, в соответствии со стандартом 1430 на уровне один, стек протокола доступа к D-каналу на уровне два, например, определенный стандартом Q. 921, и более высокоуровневые протоколы сетевого уровня, например, Q.931 или Х.227 и высокоуровневая сквозная сигнализация 228, требуемая для установления сеансов сетевого уровня между режимами.

Более низкие уровни стека 220 протокола объединяют два однонаправленных (В) канала для достижения скорости передачи данных в одном направлении 128 кбайт/с способом, хорошо известным специалистам в этой области техники. Аналогичные функциональные средства могут быть предоставлены в интерфейсе передачи с базовой скоростью, например такой, как используемый абонентским модулем 102, для соединения множества В-каналов для достижения скорости передачи данных до 512 кбайт/с через U-интерфейс.

Стек 230 протокола, связанный с протокол-конвертором 130, содержит интерфейс 231 передачи данных с номинальной скоростью на уровне один, и интерфейс 232 протокола доступа к D-каналу уровня два на стороне U-интерфейса, для приведения в соответствие с соответствующими уровнями стека 220 ISDN-модема.

На следующем, более высоком уровне, обычно обозначаемом как сетевой уровень, функциональные средства 235 управления полосой частот охватывают как сторону U-интерфейса, так и сторону CDMA-радиоканала стека 230 протокол-конвертора. На стороне 160 CDMA-радиоканала протокол зависит от типа используемой CDMA-радиосвязи. Эффективный протокол беспроводной передачи, обозначаемый здесь как EW[x] 234, включает в себя уровень один 231 и уровень два 232 стеков ISDN-протокола таким образом, что терминальное оборудование 110 может быть отсоединено от одного или большего количества CDMA-радиоканалов без прерывания сеанса сетевого протокола более высокого уровня.

Базовая станция 170 содержит подходящие протоколы CDMA 241 и EW[x] 242, а также средства 243 управления полосой частот. На стороне коммутируемой телефонной сети 180 общего пользования протоколы могут конвертировать обратно в интерфейс 244 передачи с номинальной скоростью и интерфейс 245 протокола доступа к D-каналу или могут содержать также сетевые протоколы более высокого уровня, например Q.931 или V5.2 246.

Функциональные средства 247 обработки вызовов позволяют сетевому уровню образовывать и удалять каналы и предоставлять другую обработку, требуемую для поддержки сеанса сквозных соединений между узлами, как это известно специалистам в данной области техники.

Функция 132 спуфинга, осуществляемая протоколом 234 EW[x], включает необходимые функции для должного сохранения U-интерфейса для ISDN-соединения, даже при отсутствии наличия CDMA-радиоканала 160. Это необходимо, потому что ISDN, будучи протоколом, изначально разработанным для проводных соединений, ожидает посылки непрерывного потока синхронных битов данных, независимо от того, имеются ли фактически данные для передачи на каждом конце оконечного оборудования. Без функции 132 спуфинга на протяжении всего сквозного сеанса сетевого уровня потребовались бы радиоканалы 160 достаточной полосы частот для поддержки скорости передачи данных по меньшей мере 192 кбайт/с, независимо от фактического наличия данных.

Протокол 234 EW[x], таким образом, предполагает наличие петлевой проверки CDMA-приемопередатчиком 140 этих синхронных битов данных по ISDN-каналу связи для имитации соединений оконечного оборудования 110, 112, основываясь на допущении о том, что непрерывно имеется в наличии беспроводный канал связи 160 достаточной ширины полосы. Однако полоса частот выделяется только тогда, когда имеются фактические данные для передачи от оконечного оборудования к беспроводному приемопередатчику 140. Таким образом, в отличие от известных решений, сетевому уровню не нужно выделять назначенную полосу частот для целого сеанса связи. То есть, когда на оконечном оборудовании нет данных для передачи к сетевому оборудованию, функция 235 управления полосой частот освобождает первоначально назначенную полосу частот 160 радиоканала и делает ее доступной для другого приемопередатчика и другого абонентского модуля 101.

Для того чтобы лучше понять, как системы 235 и 243 управления полосой частот осуществляют динамическое выделение полосы частот радиоканала, обратимся к фиг. 3. На фиг.3 показан один возможный частотный план для беспроводных каналов 160 в соответствии со способом, предложенным в настоящем изобретении. Более конкретно, типичный приемопередатчик 170 может быть настроен по команде на любой канал 1,25 МГц в пределах гораздо более широкой полосы частот, например, до 30 МГц. В случае нахождения в существующих полосах частот сотовых радиоканалов, эти полосы обычно существуют в диапазоне от 800 до 900 МГц. Для систем персональной связи типа беспроводных систем полоса частот обычно выделяется в диапазоне от 1,8 до 2,0 ГГц. В дополнение, обычно одновременно являются активными две согласованные полосы частот, разделенные защитной полосой, например, 80 МГц, две согласованные полосы образуют полный дуплексный канал передачи в прямом и обратном направлениях.

Каждый из CDMA-приемопередатчиков, например, приемопередатчик 140 в абонентском модуле 101 и приемопередатчик 172 в базовой станции 170, могут настраиваться в любой заданный момент времени на заданный радиоканал 1,25 МГц. В общем смысле, очевидно, что такая радиочастотная несущая 1,25 МГц обеспечивает, в лучшем случае, полный эквивалент максимальной скорости передачи примерно в 500-600 кбайт/с в пределах приемлемых ограничений по вероятности ошибок.

При использовании известных решений обычно принималось, что для того чтобы поддерживать связь типа ISDN, которая может содержать информацию, со скоростью 128 кбайт/с, в лучшем случае, могут поддерживаться только примерно 3 модуля абонентов ISDN (500/128 кбайт/с).

В отличие от известных решений, в настоящем изобретении имеющаяся полоса частот примерно 500-600 кбайт/с подразделяется на относительно большое количество субканалов. В описываемом примере полоса разделяется на 64 субканала 300, каждый из которых обеспечивает скорость передачи данных в 8 кбайт/с. Данный субканал 300 физически реализован посредством кодирования передачи одним из ряда различных назначаемых псевдослучайных кодов. Например, 64 субканала 300 могут быть определены в рамках одной CDMA радиочастотной несущей с использованием различных ортогональных кодов Уолша для каждого определенного субканала 300.

Главная идея, положенная в основу изобретения, - это выделение субканалов 300 только при необходимости. Например, множество субканалов 300 выделяются в течение какого-то времени, когда конкретный абонентский модуль 101 ISDN запрашивает передачу большого объема данных. Эти субканалы 300 освобождаются в момент времени, когда абонентский модуль 101 относительно мало загружен.

Перед тем, как описать предпочтительный порядок выделения и освобождения субканалов, в целях лучшего понимания будет более подробно описан абонентский модуль 101. Как показано на фиг.4, протокол-конвертор 130 содержит контроллер 410 процессора, блок 420 обработки обратного канала и блок 430 обработки прямого канала. Блок 420 обработки обратного канала содержит, в свою очередь, обратный ISDN-спуфер 422, детектор 423 голосовых сообщений и данных, декодер 424 голосовых сообщений, блок 426 обработки данных, и мультиплексор 428 канала. Блок 430 обработки прямого канала содержит аналоговые функции, работающие в обратном направлении, включая мультиплексор 438 канала, детектор 433 голосовых сообщений и данных, декодер 434 голосовых сообщений, блок 436 обработки данных, и прямой ISDN-спуфер 432.

При работе блок 420 обработки обратного канала вначале получает данные канала от ISDN-модема 120 через U-интерфейс и направляет их к обратному ISDN-спуферу 432. Любые повторяющиеся, дублирующие "эхо"-биты удаляются из полученных данных и, после извлечения данных, они направляются к прямому ISDN-спуферу 432. Оставшиеся биты уровней три и выше являются, таким образом, информацией, которая нужна для передачи по беспроводному каналу.

Эти извлеченные данные посылаются к декодеру 424 голосовых сообщений или к блоку 426 обработки данных, в зависимости от типа обрабатываемых данных.

Любые данные D-канала от ISDN-модема посылаются прямо к детектору 423 голосовых сообщений и данных для вставки на входах D-канала к мультиплексору 428 канала. Детектор 423 голосовых сообщений и данных определяет содержание D-каналов путем анализа команд, полученных в D-канале.

Команды D-канала могут быть также интерпретированы для управления классом предоставляемых услуг беспроводной связи. Например, контроллер 410 может хранить таблицу параметров клиентов, содержащую информацию о клиентах желаемого класса услуги, которая может содержать параметры, например, максимальную скорость передачи данных и т.п. Соответствующие команды, таким образом, посылаются к мультиплексору 428 канала для запроса одного или большего количества требуемых субканалов 300 через радиоканалы 160 для связи. Затем, в зависимости от того, является информация голосовыми сообщениями или данными, декодер 424 голосовых сообщений, или блок 426 обработки данных начинают поставлять информацию к мультиплексору 428 канала.

Мультиплексор 428 канала может дополнительно использовать сигналы управления, подаваемые детектором 423 голосовых сообщений и данных, в зависимости от того, является ли информация голосовыми сообщениями или данными.

В дополнение, контроллер 410 процессора, работающий во взаимодействии с мультиплексором 428 канала, способствует в необходимой реализации протокола 234 EW[x] между абонентским модулем 101 и базовой станцией 170. Например, команды запросов субканала, установки начальных параметров канала, и удаления канала посылаются через команды, размещенные на беспроводном канале 440 управления. Эти команды перехватываются эквивалентными функциональными средствами на базовой станции 170 для обеспечения должного выделения субканалов 300 для конкретного сеанса сетевого уровня.

Блок 426 обработки данных обеспечивает оценку скорости передачи данных, требуемых контроллером 410 процессора, так что соответствующие команды могут быть посланы по каналу 440 управления для выделения соответствующего количества субканалов. Блок 426 обработки данных может также выполнять сборку пакета и буферизацию данных уровня три в соответствующий формат для передачи.

Блок 430 обработки прямого канала работает аналогичным образом. Более конкретно, сигналы вначале получаются от каналов 160 посредством мультиплексора 438 канала. В ответ на прием информации в каналах управления 440 управляющая информация направляется к детектору 433 обнаружения голосовых сообщений и данных. Если обнаружено, что полученная информация содержит данные, полученные биты направляются к блоку 436 обработки данных. В альтернативном варианте информация является речью и направляется к декодеру 434 голосовых сообщений.

Голосовые сообщения и данные затем посылаются к прямому ISDN-спуферу 432 для преобразования в должный формат ISDN-протокола. Этот пакет информации координируется с получением эхо-битов от обратного ISDN-спуфера 422 для поддержки должной ожидаемой синхронизации на U-интерфейсе с ISDN-модемом 120.

Теперь может быть понятно, как сеанс связи сетевого уровня может быть сохранен, даже несмотря на то, что полоса частот беспроводной связи, изначально выделенная для передачи, при отсутствии информации для передачи, повторно выделена для другого использования. Более конкретно, обратный 422 и прямой 432 спуферы взаимодействуют для закольцовывания с выхода на вход неинформационных несущих сигналов, например, флажковых конфигураций, битов синхронизации, и другой необходимой информации, так чтобы имитировать соединение оконечного оборудования для передачи данных, соединенного с ISDN-модемом 120 для продолжения работы, как если бы выделенный канал беспроводной связи через CDMA-приемопередатчик 150 имелся в наличии постоянно.

Таким образом, если нет фактической необходимости для передачи информации от оконечного оборудования, представленного мультиплексорами 428 канала, или фактическая информация получается от мультиплексоров 438 канала, система связи, выполненная согласно изобретению, может освободить первоначально назначенный субканал 300, делая его, таким образом, доступным для другого абонентского модуля 101 системы 100 беспроводной связи.

Контроллер 410 процессора может также выполнять дополнительные функции для выполнения протокола 234 EW[x], включая коррекцию ошибок, пакетную буферизацию и измерение вероятности ошибок.

Функции, необходимые для осуществления управления 235 полосой частот в абонентском модуле 101, выполняются в связи с протоколом EW[x] обычно посредством контроллера 410 процессора, работающего совместно с мультиплексорами 428, 438 каналов, и блоками 420, 436 обработки данных. В общем случае, назначения полосы частот выполняются для каждого сеанса сетевого уровня на основе измеренной кратковременной необходимой скорости передачи данных. Один или большее количество субканалов затем назначаются на основе этих измерений и других параметров, например, количества данных в очереди, или приоритета обслуживания, как установлено провайдером этого сервиса. В дополнение, когда заданный сеанс находится в состоянии бездействия, сквозное соединение предпочтительно сохраняется, хотя бы с минимальным количеством субканалов, например, с одним назначенным субканалом. Причем этот одинарный субканал может в конечном итоге быть освобожден после установленного минимума времени простоя.

На фиг. 5 подробно показан процесс, предложенный в соответствии с изобретением, посредством которого абонентский модуль 101 может запрашивать выделение субканалов 300 от базовой станции 170. В первом состоянии 502 процесс находится в состоянии простоя (бездействия). В определенной точке достигается готовность данных для передачи и наступает состояние 504, где тот факт, что данные готовы к передаче, может быть обнаружен с помощью любого буфера входных данных в блоке 426 обработки данных, с индикацией того, что имеются готовые данные.

В состоянии 504 делается запрос, например, через канал 440 управления для выделения субканала абонентскому модулю 101. Если субканал не может быть предоставлен немедленно, то может наступить состояние 506 ожидания, в котором абонентский модуль просто ожидает и ставит в очередь свой запрос на выделение субканала.

В конечном итоге, субканал 300 выделяется базовой станцией, и процесс переходит в состояние 508. В этом состоянии может начаться передача данных с использованием одинарного назначенного субканала. Процесс будет продолжаться в этом состоянии, пока субканал 300 является достаточным для поддержки требуемой скорости передачи данных и/или пока он используется. Однако если входной буфер станет пустым, например, если получена соответствующая команда от блока 426 обработки данных, то процесс будет продолжаться в состоянии 510. В этом состоянии 510 субканал будет оставаться назначенным в случае, если передача данных будет возобновлена. В этом случае, например, когда входной буфер снова становится полным и данные снова становятся готовыми к передаче, то процесс вновь возвращается в состояние 508. Если же срок действия таймера низкого трафика истек, то процесс из состояния 510 переходит в состояние 512, в котором одинарный субканал 300 освобождается. Процесс затем возвращается в состояние 502 бездействия. В состоянии 512, если запрос очереди находится в состояния ожидания от состояний 506 или 516, вместо того, чтобы освободить субканал, он используется для удовлетворения такого запроса.

Возвращаясь к состоянию 508, если в описанной ситуации содержимое входного буфера начинает заполняться до величины, превышающей заданный порог, указывающий, что одинарного субканала 300 будет недостаточно для поддержки необходимого потока данных, процесс переходит в состояние 514, в котором требуется большее количество субканалов 300. Сообщение о запросе субканалов вновь посылается через канал 440 управления или через уже выделенный субканал 300. Если дополнительных каналов нет в наличии немедленно, то наступает состояние 516 ожидания и запрос может быть повторен путем возврата к состоянию 514 и 516 по требованию. В конечном итоге, дополнительные субканалы будут выделены, и процесс может вернуться в состояние 508.

При наличии дополнительных субканалов обработка продолжается в состоянии 518, где передача данных может проводиться на множестве N субканалов. Это может быть сделано в то же время через функцию соединения каналов или другой механизм для выделения входящих данных между N субканалами. Как только содержимое входного буфера уменьшится ниже порога пустоты, наступит состояние 520 ожидания.

Если, однако, скорость заполнения буфера превышена, может наступить состояние 514, в котором вновь требуется большее количество субканалов.

В состоянии 520, если время на таймере высокого трафика истекло, то один или большее количество дополнительных каналов освобождаются в состоянии 522 и процесс возвращается в состояние 508.

На фиг.6 показана блок-схема компонентов оборудования 170 базовой станции системы 100. Эти компоненты выполняют функции, аналогичные тем, что уже были подробно описаны применительно к фиг. 4 для абонентского модуля 101. Следует понимать, что для каждого абонентского модуля 101 или 102 требуются канал 620 передачи в прямом направлении и канал 630 передачи в обратном направлении, которые должны поддерживаться базовой станцией 170.

Канал 620 передачи в прямом направлении базовой станции функционирует аналогично каналу 420 передачи в обратном направлении абонентского модуля 100, включая инверсный мультиплексор 622 субканала, блок 623 обнаружения голосовых сообщений или данных, декодер 624 голосовых сообщений, блок 626 обработки данных, и ISDN-спуфер 622, имея в виду, что данные поступают в противоположном направлении на базовой станции 170. Аналогично, канал 630 передачи в обратном направлении базовой станции содержит компоненты, аналогичные содержащимся в канале 430 передачи в прямом направлении абонентского модуля, включая ISDN-спуфер 632, блок 633 обнаружения голосовых сообщений или данных, декодер 634 голосовых сообщений, блок 636 обработки данных и мультиплексор 638 субканала. Базовой станции 170 также требуется контроллер 610 процессора.

Одно различие между работой базовой станции 170 и абонентским модулем 101 состоит в осуществлении функций 243 управления полосой частот. Это может быть выполнено в контроллере 610 процессора или в другом процессе в базовой станции 170.

Описание процесса функционирования программного обеспечения высокого уровня, выполненного с помощью блока 650 динамического выделения канала управления 243 полосой частот, содержится на фиг.7. Этот процесс включает непрерывно выполняющуюся головную программу (головной программный модуль) 710, обработку запроса порта, обработку освобождения полосы частот и обработку запроса полосы частот, а затем обнаружение и удаление неиспользуемых каналов.

Обработка запроса порта более подробно описана в кодовом модуле 720. Он включает получение запроса порта и резервирование субканала для нового соединения, предпочтительно выбранного из наименее используемой части полосы радиочастот. Как только резервирование произведено, радиочастота канала и назначение кода возвращаются к абонентскому модулю 101 и происходит обновление таблицы выделения субканалов. В противном случае, если субканалы отсутствуют, то запрос порта добавляется к очереди запросов на предоставление порта. Расчетное время ожидания может быть оценено по количеству ожидающих запросов портов и приоритетов, и соответствующее сообщение об ожидании может быть послано к запрашивающему абонентскому модулю 101.

В модуле 730 освобождения полосы частот функция связывания каналов, выполняемая в мультиплексоре 622 в канале прямой передачи, указывает на необходимость освобождения субканала. Частота и код затем возвращаются в пул имеющихся в наличии субканалов, и таблица каналов обновляется.

Следующий модуль 740 запроса полосы частот может включать выбор запроса, имеющего самый высокий приоритет при самом низком использовании полосы частот. Затем список имеющихся в наличии субканалов анализируется для определения субполосы с самым большим числом доступных каналов. Наконец, производится назначение субканалов, исходя из потребности, приоритета и наличия. Функция связывания полос частот канала получает уведомление от мультиплексора 622 канала и таблица каналов, хранящая данные о том, какие субканалы назначены каким соединениям, обновляется.

В алгоритме выделения полосы частот по требованию в типичных ситуациях может быть использована теория вероятности для управления количеством соединений или имеющихся в наличии портов и спектром, необходимым для сохранения ожидаемой пропускной способности и частоты назначенных субканалов. Может быть также предоставлено приоритетное обслуживание абонентов, дополнительно оплативших такое обслуживание.

Следует учитывать, что, например, в случае поддержки ISDN-абонентского модуля 101 со скоростью 128 кбайт/с, в заданное время могут быть выделены более чем 16•8 кбайт/с субканалов. В частности, может быть разрешено выделение и большего количества, например, 20 субканалов, для компенсации ожидания и реакции при назначении субканалов. Это также позволяет обрабатывать пиковые потоки данных более эффективным образом, например, как это обычно делается при загрузке Web-страниц.

В дополнение, трафик голосовых сообщений может иметь приоритет над трафиком передачи данных. Например, если обнаружен голосовой вызов, по меньшей мере один субканал 300 может быть активным в течение всего времени и выделенным исключительно для передачи голосовых сообщений. Таким образом, вероятность блокировки голосовых вызовов будет сведена к минимуму.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты выполнения, для специалистов в данной области техники очевидно, что в форму и детали могут быть внесены различные изменения без отступления от идеи и рамок изобретения, как они определены в прилагаемой формуле изобретения.

Например, вместо ISDN, в протокол ЕW[х] может быть включен другой протокол цифровой проводной связи, например, xDSL, Ethernet и Х.25, который благодаря этому может использовать описанную схему динамического назначения субканалов.

Для специалистов в этой области техники очевидно, что могут существовать множество эквивалентов представленных конкретных вариантов выполнения изобретения. Такие эквиваленты должны быть также включены в рамки, определенные формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Способ предоставления беспроводной передачи цифровых сигналов при осуществлении беспроводной связи между множеством абонентских модулей и базовой станцией, причем цифровые сигналы передают с использованием по меньшей мере одного радиочастотного канала через радиосигналы, модулированные по стандарту множественного доступа с кодовым разделением (CDMA) и имеющие номинальную скорость передачи данных, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие операции: а) образование доступного множества субканалов в пределах каждого CDMA радиоканала, причем скорость передачи данных каждого субканала значительно меньше, чем упомянутая номинальная скорость передачи данных модулированных радиосигналов; b) установление сеанса связи сетевого уровня через базовую станцию между оконечным оборудованием, соединенным с абонентским модулем, и другим оконечным оборудованием, соединенным с базовой станцией; и с) выделение во время сеанса сетевого уровня имеющихся, в наличии субканалов только на основе реальной потребности, с изменением количества выделенных субканалов в процессе осуществления данного сеанса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что доступное множество субканалов образуют на одной радиочастотной несущей посредством назначения ортогональных кодов для каждого субканала.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция b) включает: i) первоначальное выделение одного субканала при установлении сеанса сетевого уровня; и ii) выделение дополнительных субканалов, как только во время сеанса потребуется дополнительная полоса частот для поддержки передачи цифровых сигналов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что цифровые сигналы содержат оцифрованное представление голосового сигнала, и способ дополнительно включает операцию сохранения выделения субканалов, достаточных для обслуживания полосы частот, требуемой для голосового сигнала на протяжении сеанса связи.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровые сигналы содержат оцифрованное представление голосового сигнала, и способ дополнительно включает операцию выбора полосы частот субканала, достаточной для непрерывной передачи голосового сигнала.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что операция с) дополнительно включает освобождение субканалов, когда во время сеанса связи отсутствуют цифровые сигналы, при сохранении сеанса связи на сетевом уровне и при одновременном спуфинге более низкого физического уровня на абонентском уровне для обеспечения функционирования аналогично тому, как если бы имелась в наличии достаточная полоса частот для непрерывной передачи цифровых сигналов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что субканалы выделяют на основе обслуживания ряда абонентских модулей в соответствии с классами их приоритета.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что цифровые сигналы имеют различные номинальные полосы частот.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что операция а) образования доступного множества субканалов в пределах каждого CDMA радиоканала дополнительно включает назначение множества ортогональных кодов каждому CDMA радиоканалу для предоставления таким образом множества субканалов, причем каждый субканал поддерживает скорость передачи данных значительно меньшую, чем скорость передачи данных, поддерживаемая самим CDMA каналом.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает операции: d) буферизации данных, полученных от сеанса связи с оконечным оборудованием до достижения минимального количества элементов данных, требующих передачи; е) запроса выделения по меньшей мере одного субканала для сеанса связи с оконечным оборудованием; f) передачи данных с использованием выделенных субканалов; g) запроса на выделение дополнительных субканалов для связи от сеанса оконечного оборудования в случае, если количество элементов буферизованных данных превысит заданную максимальную пороговую величину; и h) освобождения субканалов от выделения для сеанса связи с оконечным оборудованием в случае, если количество элементов буферизованных данных становится ниже заданной минимальной пороговой величины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:
УИНДШИФТ ХОЛДИНГС, ИНК. (US)

Извещение опубликовано: 20.08.2006        БИ: 23/2006

PC4A Государственная регистрация перехода исключительного права без заключения договора

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 26.07.2011 № РП0001616

Лицо(а), исключительное право от которого(ых) переходит без заключения договора:
ТАНТИВИ КОММЬЮНИКЕЙШЕНС, ИНК. (US)

Правопреемник: АйПиЭр Лайсенсинг Инк. (US)

(73) Патентообладатель(и):
АйПиЭр Лайсенсинг Инк. (US)

Адрес для переписки:
ООО «Юридическая фирма Городисский и Партнеры», патентному поверенному С.Р. Абубакирову, ул. Б. Спасская, д. 25, стр. 3, Москва, 129090

Дата публикации: 10.09.2011

---