CN101909328B

CN101909328B - Dmr数字集群分组数据无线接入实现方法

Info

Publication number: CN101909328B
Application number: CN2010102573989A
Authority: CN
Inventors: 徐子平; 姜河; 郑伟超; 戎骏
Original assignee: Neolink Comm Technology Hangzhou Co ltd; PLA University of Science and Technology
Current assignee: Neolink Comm Technology Hangzhou Co ltd; PLA University of Science and Technology
Priority date: 2010-08-19
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: CN101909328A

Abstract

一种DMR数字集群分组数据无线接入实现方法，其特征是它包括以下步骤：首先，在移动台分组数据的上行接入过程中，新增一个数据接入申请信令，其次，在基站的下行信道控制上，通过在响应数据的数据头中添加相应字段实现接入控制；第三，在基站下行发送数据过程中，对需确认数据的尾块增加预留接入控制参数字段，使基站在下行数据发送完成的同时进行信道接入控制，为移动台发送响应数据预留所需的时隙，并在公共通告信道中设置信道占用标识，从而保证移动台能及时占用信道回送响应数据信息。本发明提高了移动台在进行分组数据传输过程中的信道接入成功率，降低了分组数据在随机接入信道时由于碰撞带来的时隙浪费，提高了信道的利用率。

Description

DMR数字集群分组数据无线接入实现方法

技术领域

本发明涉及一种集群无线通信技术，尤其是一种数字移动无线电（DMR）数字集群技术，具体工作地说是一种DMR数字集群分组数据无线接入实现方法。

背景技术

众所周知，随着专业无线电通信的发展，传统的模拟无线业务越来越不能满足用户的需求，模拟操作模式在很多情况下已不再适用。这就促使采用新技术以支持专业无线电所必须的各种基本的和增强的业务功能，数字集群通信系统的出现很好的解决这一问题。

数字集群通信系统利用了当今先进的数字技术，在指挥调度方面发挥着十分重要的作用。它采用了数字信令方式、话音数字编码技术，使得网络高度数字化，从而具有接续速度快、编码容量大、可靠性高等优点。数字移动无线电（DMR）是一种基于TDMA技术的数字集群通信技术标准，它是欧洲通信标准协会（ETSI）于2004年开始制订的，现正处于不断完善的阶段。DMR协议简单灵活，功能全面且可实现性好，适用于各领域的集群调度指挥系统。

DMR整套设计规范可提供集群、非集群以及具有话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的通信。它的主要优点是兼容性好、开放性好、频谱利用率高、系统容量大，相比其他数字专业无线电协议也有独特的优势。

DMR作为数字集群的一种空中接口规范，其主要技术特点有：采用基于两时隙的TDMA技术，每一个无线载波，无论是上行还是下行连路在时域上都分为2个时隙，每时隙30ms，可以实现两路通信，彼此间相互独立。基站下行方向连续发射，没有业务时，上行方向空闲。其信令特征和时序关系如图1所示，一个时隙内脉冲结构包含左右两个108bit的净荷域，中间48bit的信令域用于同步和嵌入信令传输，移动台根据不同的同步信息区分话音或数据业务。公共通告信道（CACH）由下行方向连续4个时隙中的部分数据（每时隙前24比特）合并组成，用于广播信道管理和低速信令信息。上行方向两时隙突发之间有2.5毫秒保护间隔，上下行信道相互偏移以利于双工通信。

DMR主要承载话音业务和分组业务。话音业务包括单呼、组呼、全呼、广播呼叫等，由电路方式承载，分组业务包括IP分组数据业务和短数据业务，由分组方式承载。DMR中的分组数据传输主要采用分组数据协议（Packet Data Protocol），可以传输任意长度的IP数据报，如果数据信息长度超过了分组数据协议限定的长度，则先将原始信息分割成数据片再进行传输。这些数据片又可进一步拆分为数据块，但是所分的数据块数最多不超过127个，每个数据块有1个或2个数据头，并在块内设置前向纠错码（FEC）进行校验，分块后的数据将占用一到两个时隙进行传输。DMR分组数据格式如图2所示。

DMR分组数据在种类上分为无确认数据和需确认数据。每种数据都由数据头和数据体组成，其中数据体的最后一块称为数据尾块，包含对整段信息的CRC校验。DMR分组数据包可以承载TCP和UDP两种协议格式的数据，数据传输速率可在1/2速率、3/4速率和全速率中选择，移动台根据不同的业务种类和服务质量要求提供不同的数据传输方式。

无确认数据业务提供的是一种尽力而为的数据服务，缺乏可靠性保障，而需确认数据的传输则采用自动选择重传请求（SARQ）差错控制协议、停止等待协议和滑动窗口协议保障数据的可靠传输。需确认数据在信息类型上分为前向的需确认数据和反向的响应数据。需确认数据由多个数据块组成，每一块都包含7比特的序列号和9比特的CRC校验码，在最后一个数据块中设置CRC码对整个数据单元进行校验。采用停止等待协议时，发端移动台通过将需确认数据的数据头中确认信息单元置为1表示需要收端移动台回送响应数据。

收端移动台接收完数据后，应根据接收情况发送响应信息，通过将响应数据的数据头中的信息全标识置为1指示数据传输完成。收端移动台对接收到的信息进行CRC校验，在响应信息中返回校验结果，如果有未通过校验的数据块，则给出这些数据块的列表，通知发端移动台重传。在发端移动台重传出错数据块期间，需确认分组数据的数据头中的信息全标识将重置为0，以指示当前有出错信息正在重传，重传过程将在所有数据正确接收或是重传计时器超时后终止。

帧同步。如果成功同步到信道，那么移动台就认为信道上是DMR的业务。如果同步用时超过了门限值而还没能同步上的话，移动台就认为信道上的不是DMR业务。

对单频信道来说，信道上没有任何业务就是空闲状态；如果有业务（不管是DMR或者其他业务），信道都被认为是忙碌的状态；对双频信道来说，当下行信道上没有业务时，移动台就认为入站信道是空闲状态，当下行信道上有非DMR的业务，移动台就认为入站信道是忙碌状态。

当基站要求移动台进行响应时，该移动台不管信道是空闲状态还是繁忙状态，只要在分配的时隙上进行响应就可以了。另外，当移动台开始音频呼叫时，它不管信道对于音频呼叫的业务来讲是空闲的状态或者是繁忙的状态，发射信号就可以了。对于其他的情况，需配置移动台用户级别，使得他们采用不同级别的接入策略。

1、空闲接入策略。在该策略下，如信道上有其他的业务（既可以是DMR业务也可以是其他业务），就停止传输，只有在信道处于空闲状态时才接入信道。

2、匹配色码接入策略。当移动台发现信道上的业务色码与自身匹配时，就不抢占信道；对于其他类型的业务（包括不是自己色码的DMR业务），移动台直接发射信号。

3、强行接入策略。移动台不管信道上是否有其他的业务（不管是DMR的还是其他的业务），直接发射信号。

移动台接入信道时，要根据公共通告信道获取所要占用信道的状态，除了执行强行接入策略时可以直接发射信号外，移动台要采用随机接入方式发送数据。在信道状态指示为占用或是信道指示可以随机接入但是检测出信道已存在其他业务时都要暂停发送，并随机等待一段时间并尝试重新发送数据。

DMR在无线链路优化上采用时隙ALOHA访问方式。在无线网络中，多个移动台共用一个信道，因此采用竞争方式，各自随机地访问基站，发送的数据包可能产生碰撞而不能被正确接收。移动台上行的数据包中包含目的地址和源地址，并在发送时起动计时器，根据在一定预定时间内有没有得到应答信号来判断这个数据包是否安全到达基站。时隙ALOHA访问方式较之纯ALOHA访问方式采用时钟来统一用户的数据发送，将信道时间分为离散的时间片，时间片长为一个帧所需的发送时间，用户每次必须在一个时间片的开始位置发送数据，这样一定程度上避免了用户发送数据的随意性，减少了时间片间隔内数据产生冲突的可能。

但是时隙ALOHA这种单纯的随机接入和碰撞后等待重发方式在频繁发生碰撞时对信道资源的利用率较低。因为一个需响应的数据包被分成若干数据块传送，当移动台的数据采用上行接入时，可能会与其他移动台的数据发生碰撞，但是由于移动台在发送数据时无法同时接收基站的下行响应数据，所以移动台在数据发送期间是无法检测出碰撞的，这样该数据包传输时间内的时隙都被“浪费”掉了，而且数据包越长，碰撞后浪费的时隙也越多，当多个移动台同时争用信道时，信道利用率会严重降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有的数据接入方式存在的信道资源利用率低的问题，发明一种能提高信道利用率的DMR数字集群分组数据无线接入实现方法。

本发明的技术方案是：

一种DMR数字集群分组数据无线接入实现方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在移动台分组数据的上行接入过程中，新增一个数据接入申请信令，用于传输分组数据的信道占用申请；该申请采用随机接入方式，由于申请信令只占用一个帧的时隙时间进行传输，即使发生碰撞也只是发生在一帧时间内，同移动台直接发送的数据相比，避免了与其他移动台的上行数据碰撞后“浪费”多帧的情况；在申请成功后, 基站将通过在公共通告信道中设置信道占用标识并发送接入控制信令，根据移动台在信令中申请预留的时隙数，进行时隙的预留控制，将信道的相应时隙分配给申请成功的移动台专用；

其次，在基站的下行信道控制上，通过在响应数据的数据头中添加和修改相应字段实现接入控制，当基站收全移动台发送的一个完整数据包后，根据数据包中的数据段对收到的信息进行校验，如果信息全部校验通过，则给发端移动台回送信息全的正确响应；如果收到的数据包中有未通过校验的数据块，则在响应数据中给出这些数据块的列表，通知发端移动台重传，同时进行接入控制，为移动台重传出错数据块预留响应的时隙，并在公共通告信道中设置的信道占用标识，通知其他移动台在数据重传过程中禁止接入信道；

第三，在基站下行发送数据过程中，对需确认数据的尾块增加预留接入控制参数字段，使基站在下行数据发送完成的同时进行信道接入控制，为移动台发送响应数据预留所需的时隙，并在公共通告信道中设置信道占用标识，从而保证移动台能及时占用信道回送响应数据信息。

新增的数据接入申请信令为：LB、PF、CSBKO 、FID、RSVD、BLCK、DSK、TEL和SEL。

在响应数据的数据头中添加的字段有DSF、RTS、WT、Backoff、RBLCK和UP，修改的字段有AEL和TEL。

本发明的有益效果：

本发明以较小的帧花费代价通过时隙申请机制有效提高了移动台在进行分组数据传输过程中的信道接入成功率，降低了分组数据在随机接入信道时由于碰撞带来的时隙浪费，提高了信道的利用率，这种方法在多移动台同时进行分组通信且发送较长数据包时，性能改进尤为明显。同时本发明还通过适当压缩空中接口报文长度，节省了空中接口资源，并对原有通信流程和数据格式进行改进，缩短了交互时间，保证了多包传输的连续性。

附图说明

图1是现有的DMR信令特征和时序关系图。

图2是现有的DMR分组数据格式图。

图3是本发明的分组数据信道分配示意图。

图4是本发明的分组数据传输过程示意图。

图5是本发明的移动台上行预留接入发送分组数据的时隙图。

图6是本发明的移动台接收下行分组数据并给出响应的时隙图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图3-6所示。

一种DMR数字集群分组数据无线接入实现方法，它包括以下步骤：

其次，在基站的下行信道控制上，通过在响应数据的数据头中添加相应字段实现接入控制，当基站收全移动台发送的一个完整数据包后，根据数据包中的数据段对收到的信息进行校验，如果信息全部校验通过，则给发端移动台回送信息全的正确响应；如果收到的数据包中有未通过校验的数据块，则在响应数据中给出这些数据块的列表，通知发端移动台重传，同时进行接入控制，为移动台重传出错数据块预留响应的时隙，并在公共通告信道中设置的信道占用标识，通知其他移动台在数据重传过程中禁止接入信道；

详述如下：

（1）新增数据接入申请信令，用于上行传输分组数据的信道占用申请。该申请采用随机接入方式,用以向基站预留接入时隙，以避免多个移动台同时上行发射的碰撞。在申请成功之后,基站将设置信道占用标识，将此信道供申请成功的移动台专用。数据接入申请信令结构如表1所示：

（2）对DMR协议中下行的“响应数据的数据头”进行了修改，在保留原有的全部功能的基础上增加了接入控制信息，通过修改使该数据头可以同时完成对上行数据的应答和接入控制信息的发送。该信令的使用场合有：1.空闲时,发送随机接入邀请；2.响应移动台随机接入申请，发送预留接入邀请；3.对上行数据的重传应答及重传的预留接入邀请；4.对上行数据的正确应答同时发送随机接入邀请。这样设计既能在数据传输出错的情况下安排预留接入时隙保障移动台及时重发出错数据，也能在数据传输正确的情况下及时将之后时隙安排为随机接入时隙，这样就不会像原有DMR机制下分开发送应答和邀请信息，从而节省了一帧的时间。修改后的响应数据的数据头的数据结构如表2所示：

其中DSF、RTS、WT、Backoff、RBLCK、UP为新增字段，AEL、TEL是对原字段的修改。

（3）在上行的“需确认的分组数据的数据头”中增加了申请下一个数据片占用的时隙数的字段，保证多包传输的连续性。其数据结构如表3所示：

其中NBF为新增字段，AEL、TEL是对原字段的修改。

（4）对基站下行的需确认数据的尾块做了修改，增加了预留接入控制参数字段，为移动台发送响应数据预留时隙，

以全速率无确认分组数据的尾块为例，其数据结构如表4所示：

其中LPARA字段各子字段定义如表5所示：

（5）为节省空中接口资源，本发明对地址编码做了改进，没有直接使用移动台的24位地址作为寻址地址，而是使用12比特的事件标签作为寻址地址。在分组数据通信开始前，基站为移动台分配事件标签，以实现信道分配，在通信过程中，事件标签担当了数据通信地址的功能，并在数据通信完成后由基站删除。

改进后分组数据信道接入的实现方式是：系统空闲时在分组数据信道发送接入控制信令，邀请所有或特定移动台发送分组业务申请，信令中相应字段分别指示信道的随机接入条件，接入重发的限时和邀请接入的移动台。移动台通过发送申请信令为分组业务申请的所需的上行接入时隙数。基站通过应答和接入控制信令响应申请，为申请成功的移动台分配的上行预留接入的时隙数，同时禁止其他移动台随机接入。移动台收到基站的响应后开始在预约的时隙中发送分组数据，并在分组数据头中指示后续数据块的数目。

基站在移动台发送上行分组数据片的过程中，允许其他移动台进行预留接入，比如对下行分组数据的响应接入或基站预留给更高级的移动台进行上行接入。基站通过分组信道的下行反向信道信令通知正在发送数据块的移动台暂停发送，并预留相应时隙让指定移动台执行接入，完成后原移动台继续发送剩余的数据块。

当基站接收完上行的数据片后，将发送应答和接入控制信令来确认该数据片，同时指示其他移动台继续进行随机接入申请。

以下结合分组数据传输过程对本发明实现方法进行详细说明：

如图3所示，以移动台1通过基站与移动台2建立数据通信为例，其通信过程描述如下：

（1）移动台1向基站申请随机接入的申请信令要求与移动台2建立分组通信，基站收到申请后寻呼移动台2，移动台2向基站回送确认响应，基站收到该响应后则分别为移动台1和移动台2分配信道，同时为通信双方指派事件标签，以作为相互间的通信地址。

（2）信道建立后，基站在下行信道上发出随机接入邀请，并通过设置公共通告信道的相应字段将信道标示为随机接入状态。此时移动台1和移动台2开始进行分组通信。

（3）具体分组数据传输过程参见图4，移动台1在发送分组数据前先向基站发送数据接入申请，指明本包数据所要占用的时隙数，基站收到申请后，下发接入控制信令，并通过设置公共通告信道的相应字段将信道标示为预留接入状态从而为移动台1预留其所申请的时隙数。移动台收到公共通告后，开始发送分组数据，这时信道为移动台1“独享”，数据传输过程中不会发生碰撞。

（4）如果基站收到移动台1的数据后校验出错，则向移动台1回送响应，并根据出错情况为其预留响应时隙，移动台1收到响应后根据响应中标出的出错数据块在预留时隙内重发出错信息；如果移动台传输的数据全部通过校验，基站则向移动台1回送数据接收正确的响应，并设置公共通告信道的相应字段将信道标示为随机接入状态，邀请所有移动台进行随机接入。

（5）基站将移动台1的分组数据向移动台2转发，发送完成后，基站会发送接入控制信令，预留时隙以便移动台2发送响应信息，在收到移动台2的响应信息后，将其转发给移动台1，同时设置公共通告信道的相应字段将信道标示为随机接入状态，邀请所有移动台再次进行随机接入。

（6）通信结束后，信道连接的释放可以由移动台发起也可以由系统主动释放信道实现。

下面结合分组业务的信道接入时隙图进行进一步说明，如图5所示，在移动台上行接入实例中，分配的分组信道为每帧的1时隙，信道空闲状态下，基站向所有移动台发送随机接入邀请，这时某个移动台要传送需确认的分组数据，该数据要占用3个时隙进行传输，首先，移动台先发送数据接入申请信令，该信令采用随机接入方式，基站收到申请后发送应答和接入控制，将随后的3个时隙预留给该移动台，移动台收到该接入控制信令后，从下一帧开始进行预留上行接入，这时其他移动台禁止接入信道，整个信道为该移动台“独享”。3个时隙后，移动台分组数据发送完毕，基站又恢复发送随机接入邀请。

当移动台传输下行分组数据时，信道由其统一分配，如图6所示，移动台所传输的需确认的分组数据占3个时隙，前两个时隙分别传输分组数据头和全速率分组数据的数据体，这时信道被标示为随机接入状态，移动台仍然可以随机接入，前两块数据发送完后，基站通过设置需确认的分组数的尾块中的预留接入控制参数字段，为正在与其通信的移动台预留1个时隙的时间，移动台收到数据尾块后会在基站预留的时隙内发送响应数据的数据头，随后的时隙，基站又恢复发送随机接入邀请。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种DMR数字集群分组数据无线接入实现方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，在移动台分组数据的上行接入过程中，新增一个数据接入申请信令，用于传输分组数据的信道占用申请；该申请采用随机接入方式，由于申请信令只占用一个帧的时间进行传输，即使发生碰撞也只是发生在一帧时间内，同移动台直接发送的数据相比，避免了与其他移动台的上行数据碰撞后“浪费”多帧的情况；在申请成功后, 基站将通过在公共通告信道中设置信道占用标识并发送接入控制信令，根据移动台在信令中申请预留的时隙数，进行时隙的预留控制，将信道的相应时隙分配给申请成功的移动台专用；

其次，在基站的下行信道控制上，通过在响应数据的数据头中添加和修改字段实现接入控制，当基站收全移动台发送的一个完整数据包后，根据数据包中的数据段对收到的信息进行校验，如果信息全部校验通过，则给发端移动台回送信息全的正确响应；如果收到的数据包中有未通过校验的数据块，则在响应数据中给出这些数据块的列表，通知发端移动台重传，同时进行接入控制，为移动台重传出错数据块预留相应的时隙，并在公共通告信道中设置的信道占用标识，通知其他移动台在数据重传过程中禁止接入信道；所述的添加的字段包括DSF、RTS、WT、Backoff、RBLCK和UP，修改的字段包括AEL和TEL；所述的字段DSF表示邀请所有业务随机接入、邀请组呼业务的随机接入、邀请非组呼业务的随机接入或允许上行分组数据预留接入；所述的字段RTS表示前向速率由发送方决定、前向速率最大能支持全速度、前向速率最大能支持1/2速率或前向速度最大能支持3/4速率；所述的字段WT表示随机接入的重发时限，即移动台收到响应所等待的TDMA帧的数量，超时未收到响应则重发；所述的字段Backoff表示ALOHA基本帧长定义；所述的字段RBLCK表示分配的上行接入时隙数，仅当DSF=11时有效；所述的字段UP表示允许随机接入移动台的等级；所述的字段AEL表示禁止所有用户随机接入、允许所有用户随机接入或接入用户的事件标签；所述的字段TEL表示响应无效、无意义或目的用户的事件标签；

2.根据权利要求1所述的DMR数字集群分组数据无线接入实现方法，其特征是新增的数据接入申请信令包括：LB、PF、CSBKO 、FID、RSVD、BLCK、DSK、TEL和SEL字段；所述的字段LB表示单段控制信令块信令帧；所述的字段PF表示保留为将来使用；所述的字段CSBKO表示控制信令块功能码；所述的字段FID表示系统特征识别码；所述的字段RSVD表示保留为将来使用；所述的字段BLCK表示申请的数据块数或能接收的数据块数；所述的字段DSK表示申请发送数据块、申请接收数据块、申请接收方移动台重复发送确认、检查目的移动台是否在位、组业务时申请重复发送、申请复位连接或申请释放连接；所述的字段TEL表示目的移动台的事件标签；所述的字段SEL表示源移动台的事件标签。