CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法 【技术领域】
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及支持集群业务的所有码分多址移动通信系统。
背景技术
集群通信系统是指多用户共享一组无线信道，并动态使用这些信道的专用移动通信系统，它是一种指挥、调度系统，在一些社会经济、工农业比较发达的国家里，该系统在对指挥、调度功能要求较高的企业、事业、工矿、油田、农场、公安、警察以及军队等部门有着十分广泛的应用。蜂窝集群通信系统将蜂窝通信系统与专用调度通信系统结合起来，既拓展了蜂窝通信系统的业务范围，又使集群通信系统摆脱了专用调度通讯系统在功能和区域方面的局限性。目前的蜂窝集群通信系统按照接入方式可以分为TDMA(Time Division Multiplex Access时分多址)和CDMA(Code Division Multiplex Access码分多址)两种制式。在第三代通信技术已经日臻成熟的今天，TDMA制式存在不能向第三代通信系统平滑演进、容量受限和数据吞吐量低等缺陷，无法满足日益增长的通信需求。而CDMA系统具有宽带扩频空中接口，可以满足第三代无线通信系统的需求，不但提供传统的话音业务，而且能够提供高速的分组数据业务。将CDMA蜂窝通信系统与数字集群系统相结合，既可以提高单个扇区内集群系统用户数，又可以在高速分组数据业务的基础上开发更多的具有集群系统特点的新业务。
CDMA制式的集群通信系统主要特点是采用半双工的通信方式，可以实现快速的接续，并支持群组呼叫(即一对多地呼叫方式)。在集群通信系统中，要求群组内用户在同一小区内共享前向信道，当群组用户呼叫或讲话时，只要按住PTT(Push To Talk，按键通话)键，便可以和组内的其他用户进行通话，这种PTT业务广泛应用于对讲系统和集群系统，为公安、消防、交通运输、机场航空、建筑工地、大型集会，军事调度等集团应用提供指挥调度功能。随着社会的进步、人员流动性的增强，同时伴随着移动通信技术的快速发展，个人通信的领域越来越广，集群业务也逐渐转向个人应用，例如年轻时尚人士之间或小团体内的聊天、家庭内部成员之间的通信等。需求带来技术的创新，应用带来产品的发展，随着移动通信增值业务的广泛开展，具有群体呼叫、信息发送功能的CDMA制式的集群通信系统，已经日益成为一种新的移动增值应用。
CDMA制式集群通信系统与普通CDMA蜂窝系统的一个重要区别是CDMA制式集群通信系统在一个群组内前向发送的用户数据是相同的，其重要特征是“一呼百应”，如果在传统CDMA蜂窝通信系统的基础上简单叠加集群通信系统，也就是给群组内每个用户分配一条完全独立的前向业务信道，将会产生如下缺陷：首先，集群通信系统固有的集中突发性使得在同一时刻小区内可能需要建立大量的业务信道，从而使前向功率上升很快，导致前向过载(也就是要求的前向发射功率超过基站最大发射功率)，信道拥塞、正常业务中断；另一方面，集群通信系统的集中突发性还使得CDMA蜂窝系统的话音激活因子(CDMA系统是自干扰的码分系统，某一用户的发射功率对其他用户而言就是干扰。因为人们不可能一直保持全速率说话，因此非全速率时发射功率就会减小)失效，假设话音激活因子为0.4，则集群系统前向容量比普通CDMA系统前向容量减小一半以上，也就是说，如果语音激活因子失效，系统支持的用户数将减少一半以上。目前，尚无一个有效方法解决这一问题。
【发明内容】
本发明的目的是解决现有技术无法解决的CDMA制式集群通信系统前向过载严重、信道拥塞而导致的正常业务中断问题，以及系统支持的用户数过少的问题，以提出一种能够避免过载和信道拥塞，并且支持更多用户数的CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：移动终端或网络侧发起集群呼叫，基站进入处理集群业务流程；
第二步：基站和移动终端分别利用寻呼信道和接入信道发送信令给对方，协商建立前反向专用控制信道；
第三步：基站应用层向基站物理层的调制解调芯片发送建立前向和反向专用控制信道命令，如建立前向专用控制信道成功，则继续，否则转到第五步；
第五步：由基站应用层向基站调制解调芯片发送建立前向补充信道命令，为发起呼叫的移动终端分配一个前向调制资源，用来传送用户业务数据；
第五步：结束集群业务流程。
与不共享前向信道的CDMA蜂窝集群系统相比，本发明提出CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法可以有效地提高系统容量。同时，共享前向信道的方式还避免了扇区内同时建立大量的业务信道对系统的冲击。
【附图说明】
图1是实现集群业务的蜂窝系统的信道组成结构图。
图2是本发明CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法流程图。
图3是本发明CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法仿真图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述：
本发明提出的CDMA制式集群通信系统是CDMA蜂窝移动通信系统与集群系统的结合，因此该蜂窝集群通信系统可以支持现有CDMA蜂窝移动通信系统的所有功能，也支持CDMA蜂窝移动通信系统的后继升级。
在本发明所述的CDMA制式集群通信系统共享前向补充信道方法中，当当移动终端发起一个群组(多个用户属于某一个群组时，同一时刻只能有一个用户说话，其他用户只能接听)的呼叫时，基站实现同一扇区同一群组所有前向补充信道的共享。因为集群系统半双工的特点，任何时候群组内只有一个用户说话。因此，如果每个用户用独立的补充信道传送系统的业务数据对系统容量而言是极大的浪费。区分不同用户的前向补充信道是靠用户的Walsh码(通过不同Walsh的正交性用于区分不同前向信道)和长码掩码(有加扰保密的功能)实现的，同时不同前向补充信道的帧偏置(以帧为单位分配多个帧偏置，可以避免集中处理多个用户数据)也可能不同。为了在扇区内共享同一群组用户的业务数据，给这些用户的前向补充信道分配相同的Walsh码、长码掩码和帧偏置，也就是说，这些前向补充信道传送的数据虽然独立地进行编码和调制，但在最终的输出端经过叠加，它们实际上可以看作一路信号。这样这些用户的前向补充信道可以合并成一条前向补充信道发送。
图1示出了蜂窝集群系统处理集群业务时使用的前反向信道。
其中，前向专用控制信道的作用是在业务信道上发送用户专用信令，反向专用控制信道(用于特定用户的业务数据和信令传送)的作用是解调移动终端发送的用户专用信令和用户业务数据。前向补充信道的作用是传送用户业务数据。
本发明提出的蜂窝集群系统在CDMA系统中实现时包括两种前向业务信道：前向专用控制信道和前向补充信道。其中，前向专用控制信道是为了传送每个用户自身专用的控制信令。前向补充信道是为了传送群组内同一扇区用户共有的业务数据，这由集群系统半双工(任何时候最多只能有一个人说话)特点决定的。
图2示出了CDMA制式集群通信系统的共享前向补充信道方法流程图。首先由移动终端或网络侧发起集群呼叫，基站进入处理集群业务流程，和移动终端分别利用寻呼信道和接入信道进行信令交互。然后基站上层向基站调制解调芯片发建立前向和反向专用控制信道命令，同一扇区群组内每个用户都将占用两个调制解调单元分别进行前向信号调制和反向信号解调。每条前向专用控制信道都将配置独立的Walsh码，相同的帧偏置和长码掩码，每条反向专用控制信道的长码掩码根据移动终端的电子序列号计算。再然后基站上层向基站调制解调芯片发建立前向补充信道命令，同一扇区群组内每个用户都将占用一个调制解调单元进行前向补充信道信号调制。群组内同一扇区用户为了实现前向补充信道共享，每条前向补充信道都将配置相同的Walsh码、帧偏置和长码掩码。对同一扇区内群组的用户，为了保证在同一时刻这些前向补充信道的业务帧内容相同，在基站的一个集中控制点对这些业务帧的发送时间进行集中控制。
图3示出了实现蜂窝集群业务前向补充信道共享的仿真图。仿真的环境条件为：扇区半径为1000米、最大路径损耗为135dB、前向基本信道最大功率为1800毫瓦、每扇区用户数为30、语音激活因子为0.4(该组参数为系统仿真的典型环境参数)。在典型集群呼叫模式下，呼叫到达率(每个忙时每个用户)为1.2、平均呼叫保持时间为21秒、每次呼叫发送次数为4、信道暂停时间为6秒、用户忙时话务量为0.027Erlang、群组个数为5、话音激活因子为0.4、射频阻塞概率为5％。在典型蜂窝呼叫模式下，呼叫到达率(每个忙时每个用户)为0.6、平均呼叫保持时间为132秒、用户忙时话务量为0.022Erlang、话音激活因子为0.4、射频阻塞概率为5％、平均呼叫切换率为4/分钟。可以看出，在同样的扇区用户数下，随着集群用户数比例增加，基站前向发射功率减少。事实上，假设除去前向开销信道(导频信道、同步信道、寻呼信道)和业务信道占用的前向发射功率，还剩10W的前向发射功率，每个用户的平均全速率发送功率为0.8W。在不共享前向信道方式下，由于一组集群用户都同时处于全速率状态，话音激活因子失效，可以得到系统支持10/0.8＝12.5个用户。而在共享前向信道方式下，由于群组内用户只共享前向补充信道，假设2W的前向补充信道功率能保证边缘用户正确接收；每个用户还各自有一个传送功控命令和信令的前向专用控制信道(或前向基本信道)，前向专用控制信道有功率发射的概率约在10％左右，这样系统可以支持(10-2)/(0.8*0.1)＝100个用户。