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一种使用码分多址系统的信道实现集群业务的方法
技术领域
本发明涉及移动通讯领域，具体地说，是指一种使用码分多址系统的信道实现集群业务的方法。
背景技术
在公众移动通信网络中，蜂窝系统提供基本的点对点双工语音通话体制，而提供集群业务如专业调度、对讲功能的按键通话(PTT，push to talk)集群系统以专网的形式存在，两种体制的业务提供能力和方式有着较大差别，致使上述两种不同业务需求的移动终端(MS)需加入两种不同的网络，携带两种不同的终端，这给终端带来不便。
目前基于蜂窝网络提供集群业务方法有会议电话方式和基于分组数据的VoIP(voice over IP)方式。其中，会议电话系统的信道使用情况如表1所示，信道类型包括前向导频信道(F-PICH)、前向寻呼信道(F-PCH)、前向基本信道(F-FCH)、反向接入信道(R-ACH)、反向基本信道(R-FCH)。

信道类型会议电话使用信道情况Walsh码(前向信道)  F-PICH1    W₀⁶⁴  F-PCH1～7，一般仅配置一个F-PCH    W₁⁶⁴～W₇⁶⁴  F-FCHn(n＝1～61)，n为小区内所有MS数，每个MS都有各自的F-FCH    W_n⁶⁴(n＝1～63，RC3/RC5)    W_n¹²⁸(n＝1～127，RC4/RC6)  R-ACH寻呼信道数×(1～32)，一般情况下每扇区仅配置一个F-PCH，反向一个R-ACH    /  R-FCHn(n＝1～61)，n为小区内所有MS数，每个MS都有各自的R-FCH(与F-FCH成对出现)    /
                               表1
从表1可见，会议电话系统对空中接口信道无优化，使用普通电话的双向信道，每个MS都要占用一个F-FCH和一个R-FCH，没有利用空中接口信道的特性，并且没有利用无线传输的广播特点和集群业务的半双工特性，无线资源使用率较低；MS接续时间和抢占时间较长，不能实现快速接入。
基于分组数据的VoIP方式的信道使用情况可分为两类，一类是使用基本业务信道，MS发送分组语音数据包和接收前向广播使用各自独立的F-FCH和R-FCH，类似于会议电话系统的双向信道使用，如果小区存在多个MS，将大量占用基本业务信道，且所支持地MS数因Walsh资源有限而受到限制；或者用业务信道短消息的方式传输打包成IP包的语音数据。另一类是使用公共控制信道，如MS可通过反向接入信道/反向增强接入信道/反向公共控制信道(R-ACH/R-EACH/R-CCCH)以短消息的方式发送打包成IP包的语音数据，基站(BS)通过前向寻呼信道/前向广播控制信道/前向公共控制信道(F-PCH/F-BCCH/F-CCCH)广播IP语音包。因此基于分组数据的VoIP方式对MS要求支持VoIP，接续过程比较复杂，需实现快速接入(Instant Access)信令协议，并且服务质量(QoS)难以保证。
综上所述，会议电话方式和基于分组数据的VoIP方式均属于在蜂窝系统中应用层的应用，仍利用蜂窝系统中原有的信道直接传输MS信息，没有对空中信道进行改造，因此存在对无线资源利用率较低、服务质量难以保证、接续过程复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用码分多址(CDMA)系统的信道实现集群业务的方法，使得在不改变CDMA系统信道结构的情况下，实现集群业务的信道支持。
本发明包括以下步骤：
基站BS通过前向公共控制信道向调度组内所有终端MS广播集群业务参数消息；
MS通过反向公共控制信道向BS发起群呼或者组呼请求消息，BS收到该消息后通过前向公共控制信道发送MS要求的一个组或多个组的广播寻呼消息；
收到所述寻呼消息的MS与BS间建立反向业务信道和共享的前向业务信道，MS的信令和业务信息通过各自的反向业务信道发送给BS，BS通过针对各MS的前向业务信道向各MS传递信令，并通过共享的前向业务信道广播集群业务的业务数据。
其中，该方法进一步包括，在集群业务使用过程中，BS与MS之间通过反向功控子信道对共享的前向业务信道进行功率控制；通过前向功控子信道对反向业务信道进行功率控制。
其中，该方法所述反向功控子信道承载于反向专用控制信道R-DCCH伴随的R-PICH信道上。
其中，该方法所述前向功控子信道承载于前向专用控制信道F-DCCH子信道上。
其中，该方法所述前向功控子信道承载于前向公共功率控制信道F-CPCCH的子信道上。
其中，该方法进一步包括，各MS通过反向业务信道向BS发送误帧率FER，BS接收并综合各MS的FER后，调整共享的前向业务信道的发射功率。
其中，该方法进一步包括，各MS通过反向功控子信道向BS发送前向功控比特FPC，基站接收并综合各MS的FPC，调整共享的前向业务信道的发射功率。
其中，该方法进一步包括，若有MS反馈要求BS提高共享业务信道的发射功率，则BS提高共享业务信道的发射功率；若所有MS反馈要求BS降低共享业务信道的发射功率，BS才降低共享业务信道的发射功率。
其中，该方法所述前向公共控制信道映射到前向寻呼信道/前向快速寻呼信道F-PCH/F-QPCH上。
其中，该方法所述反向公共控制信道映射到反向接入信道/反向增强接入信道R-ACH/R-EACH上。
其中，该方法所述前向信令通过前向专用控制信道F-DCCH传送。
其中，该方法所述共享的前向业务信道映射到前向基本信道F-FCH上或前向补充信道F-SCH上。
其中，该方法所述各个用户的反向业务信道映射到各个用户的反向专用控制信道R-DCCH上。
其中，所述共享的前向业务信道用Walsh码标识，同一调度组的所有终端使用一个唯一的Walsh码，不同调度组之间以不同的Walsh码来区分。
其中，所述Walsh码根据调度组标识ID进行加扰。
其中，所述的集群业务包括：语音集群业务、电路数据集群业务和分组数据集群业务。
本发明使用CDMA系统的信道实现集群业务的方法，使用CDMA系统已有的物理信道来实现集群业务，能与原CDMA系统如蜂窝电话业务共存，通过合理配置CDMA系统信道资源，利用已有公共信道和专有业务信道资源，对信道结构无改造，对原CDMA系统的影响降到最小。由于实现了CDMA系统同时支持蜂窝和集群两种方式，用户可方便的在蜂窝业务和集群业务之间切换。比较与原有的集群业务模式，并还具有以下优点：
1、由于使用共享信道方式系统中用户容量相应增大；
2、CDMA系统原有越区切换机制保证了终端业务的移动性和连续有效性，无论反向是否通话或空闲状态均可以支持；
3、由于反向业务信道采用了各自独立的R-DCCH方式，支持特权终端的始终在线，保证强插、强拆功能的实现。
图1为调度组进行组呼的呼叫流程。
本发明利用CDMA系统中的原有物理信道，来提供适合集群业务的物理信道支持。其中CDMA系统单个扇区的物理信道来组成集群业务信道的方式如下所示，首先以语音业务的集群业务为例，来说明集群业务的信道的组成。
1)前向公共控制信道(Common Control Channel)：    信道类型    较佳数量    F-PICH    1    F-SYNCH    1    F-PCH    2(最多7条)    F-QPCH    3
          表2-1
如表2-1所示，集群业务的前向公共控制信道映射到前向寻呼信道/前向快速寻呼信道(F-PCH/F-QPCH)上，根据话务量可配置1个或多个F-PCH/F-QPCH。MS首先通过前向导频信道(F-PICH)接收BS发送的基本同步信息，然后解调出前向同步信息，然后就可以解调BS发送的F-PCH/F-QPCH信息获得系统参数、接入参数、邻区列表等系统配置参数，这些属于公共开销信息。集群业务的业务信道尚未建立时，处于空闲状态的MS通过F-PCH/F-QPCH接收BS发送的寻呼信息以及针对特定MS的专用信息，包括信令信息。
2)前向业务信道(Traffic Channel)：    信道类型    数量    F-FCH    1/Group(每组一条)    F-DCCH    1/user(每用户一条)
               表2-2
如表2-2所示，集群业务前向业务信道映射到一个前向基本信道(F-FCH)上，在通话过程中F-FCH作为共享业务信道广播共享业务数据，业务数据包括语音、电路数据及中低速分组数据。
在建立业务信道后，通信系统为每个MS建立一条前向专用控制信道(F-DCCH)，集群业务前向信令通过对应每一个MS的F-DCCH发送，其中，所述的前向信令包括该MS的用户信息和控制解析的信令信息。另外，F-DCCH也可用来传送突发前向业务数据，用于补充前向业务的传输，在以下各表中，不再进行说明。
对于作为共享业务信道的F-FCH的功控方法如下：每个MS都有独立的反向专用控制信道(R-DCCH)；在集群通话时，各MS通过各自的R-DCCH信道向BS传送误帧率(FER)或者前向功控比特(FPC)，即前向链路功控反馈信息，BS接收后，综合各MS发送的FER或者FPC信息，调整该条F-FCH即集群业务共享业务信道的发射功率，以保证每个用户的误帧率降到最低。可以使用“有升则升，全降才降”的策略进行功率的调整，即，只要有一个MS反馈要求BS提高共享业务信道的发射功率，则BS就提高该共享业务信道的发射功率；仅在所有MS都反馈要求BS降低共享业务信道的发射功率时，BS才降低该共享业务信道的发射功率。
3)反向公共控制信道(Common Control Channel)：    信道类型    数量    R-ACH/R-EACH    1～32条/F-PCH(每条F-PCH可对应配置1～32条R-ACH)
                           表2-3
如表2-3所示，集群业务反向公共控制信道映射到反向接入信道/反向增强接入信道(R-ACH/R-EACH)上，可配置1个或多个R-ACH/R-EACH。在尚未与BS建立起集群业务的业务信道时，MS通过R-ACH/R-EACH向BS发送信息，以及响应BS专门发给MS的寻呼信息，包括与建立业务信道有关的集群业务的信令消息。
4)反向业务信道(Traffic Channel)    信道类型    数量    R-DCCH    1/user
          表2-4
在建立业务信道后，反向业务数据与反向信令在R-DCCH信道上分时复用，或按照协议定义的Multiplex Option复用选项同时传输。
如表2-4所示，集群业务的反向业务信道映射到反向专用控制信道(R-DCCH)上，集群业务反向业务信道建立后，系统为每个MS建立各自的一个R-DCCH，各MS通过各自的R-DCCH向BS传送集群业务数据。R-DCCH可支持非连续发射(DTX)方式，以节省功率、降低系统干扰。
建立业务信道后，集群通话过程中，各MS通过BS与各MS建立的R-DCCH，向BS传送的用户和信令信息，例如反向信道抢占信令等。
反向业务信道的功控方式如下：建立业务信道后，在集群通话时，相应的反向业务的反向链路功控反馈信息(RPC)由BS通过前向业务信道(F-DCCH)发送给各MS，传输快速功控信息，控制各MS发射功控的调整，携带反向功控信息的前向功控子信道承载于F-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有对应的唯一一条F-DCCH信道；功控方式与CDMA系统反向业务信道快速功控方法相同。
总结以上所述，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系如表2-5所示：逻辑信  道    前向    反向信令建立业务信道前：F-PCH；建立业务信道后：F-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)建立业务信道前：R-ACH/R-EACH；建立业务信道后：R-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)业务F-FCH(每组1条，共享使用)通过每用户一条的R-DCCH信道传输，业务与信令在R-DCCH信道上分时复用；或按照协议定义的Multiplex Option复用选项同时传输功控由MS通过R-DCCH发送给BS，携带前向功控信息的反向功控子信道承载于R-DCCH信道(以打孔方式复用)，(每个MS都有独立的R-DCCH信道)由BS通过F-DCCH发送给MS，携带反向功控信息的前向功控子信道承载于F-DCCH信道(以打孔方式复用)，(每个MS都有独立的F-DCCH信道)
                          表2-5
其中，集群业务语音业务的物理信道的分配方法也可以如下表所示，与表2对应相同的各表就不再叙述，以下仅给出不同的表。
与表2-2不同的表：前向业务信道(Traffic Channel)和功控子信道(Power Control Subchannel)    信道类型    数量    F-FCH    1/Group(每组一条)    F-DCCH    1/Group(每组一条)    F-CPCCHF-CPCCH可进一步划分为子信道，每个子信道可以承载发给一个MS的功控信息(见表3-2-1)
                        表3-2
与表2-2比较，集群业务信道中进一步可以包括前向公共功率控制信道(F-CPCCH)，为每个用户分配一条F-CPCCH中的一条子信道，F-CPCCH的子信道用来传递RPC，用来在集群通话时进行反向功控。这种情况下可以仅分配一条F-DCCH进行集群组内共享，主要用来传递前向业务信令，也可以用来补充前向业务信道传送突发业务数据。
其中，如表3-2-1所示，F-CPCCH根据功控比特速率的不同可支持不同数量的子信道：    功控速率(bps)    功控子信道数    (每一条F-CPCCH支持的子信道数)    800    24    400    48    200    96
                        表3-2-1
从表3-2-1可知，每一条F-CPCCH可承载最少24(800bps)、最多96(200bps)个功控子信道，这样一条F-CPCCH就可以替代原来多条F-DCCH才能完成的向多个MS发送功控信息的任务，节约了Walsh资源，也减少了前向信道功率的消耗，从而可以提升系统的容量。
相应的，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系如表3-5所示：
逻辑信道    前向    反向  信令建立业务信道前：F-PCH；建立业务信道后：F-DCCH(通过每组一条的DCCH信道以时分复用的方式传输)建立业务信道前：R-ACH/R-EACH；建立业务信道后：R-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)  业务F-FCH(每组1条，共享使用)通过每用户一条的DCCH信道传输，业务与信令在R-DCCH信道上分时复用；或按照协议定义的Multiplex Option复用选项同时传输  功控由MS通过R-DCCH发送给BS，携带前向功控信息的反向功控子信道承载于R-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有独立的R-DCCH信道由BS通过F-CPCCH发送给不同的MS，携带反向功控信息的前向功控子信道承载于F-CPCCH子信道上，每个MS都有对应的唯一一条F-CPCCH功控子信道
                                  表3-5
下面以集群业务中的PTT通话业务为例，参照表2-1，以一个调度小组的语音业务为例来说明。当在CDMA系统支持PTT业务的小区/扇区中初始建立PTT业务时，即MS首次发起PTT业务时，其流程如图1所示，图1为调度组进行组呼的呼叫流程。具体过程如下：
步骤100：支持PTT业务的扇区/小区基站在Overhead Message中增加一条PTT业务参数消息，通过映射到F-PCH/F-QPCH的前向公共控制信道向调度组内所有MS发送PTT业务参数消息，以广播本小区的PTT支持能力。
步骤101：当任一MS发起组呼/群呼时，MS通过R-ACH/R-EACH反向公共控制信道向基站发送群呼或者组呼消息；基站收到该消息后通过前向公共控制信道发送组呼广播寻呼消息，或者发送多条针对组内预定义用户的点对点寻呼消息。
步骤102：其他MS接收到组呼广播寻呼消息或者点对点寻呼消息，与基站之间建立前、反向业务信道，当业务信道建立后，当前MS的信令和业务信息通过映射到同一条R-DCCH的反向业务信令信道和反向业务信道分别发送给BS。
基站根据通过反向公共控制信道收到的MS所选择加入或不加入调度组情况以及MS的参数，通过前向公共控制信道发送信道指配，指示此MS建立反向业务信道，用于MS向BS传送反向业务数据，该反向业务信道映射到R-DCCH上，在任何时刻一个调度组反向通话时仅有一个MS进行通话。
步骤103：基站建立前向业务信道即通过一条F-FCH作为共享业务信道，用来传输可被调度组内多个MS接收的广播信息，包括语音和电路数据以及低速分组数据。BS并建立映射到F-DCCH的前向业务信令信道，与相应的MS进行信令的传递。
例如，某终端A按键申请通话，信令通过该终端A与BS建立的R-DCCH传送到BS，BS通过与调度服务器之间的地面链路将相关信令传递给调度服务器，调度服务器收到消息后，向BS发送申请许可消息，BS通过与终端A建立的F-DCCH信道将信令传递给终端A；终端A的语音数据通过R-DCCH传送到BS，并且语音数据通过F-FCH进行广播。
上述前向业务信道中，仅使用一条共享F-FCH，其中，使用Walsh码资源标识前向业务共享信道，Walsh码的分配由基站系统的具体策略确定，一个调度小组的所有MS使用一个唯一的Walsh码建立前向共享信道，不同调度组之间以不同的Walsh码来区分。为具有一定的保密作用，Walsh码使用特定的长码掩码(LCM)进行加扰，其中长码掩码根据小组ID经过特定的算法如加密算法得到，每个集群小组的共享F-FCH长码掩码是唯一的，因此，可以认为Walsh码根据小组ID进行加扰。反向业务信道R-DCCH的长码掩码既可以使用CDMA协议定义的每个用户唯一的电子串号(ESN)或者可移动MS标识模块(R-UIMID)，也可以使用特定加密算法计算出的每个用户唯一的长码掩码，也可以由基站通过加密字段直接传输给MS，加密原理类似于CDMA系统的私有长码掩码加密。
在MS进行切换时，如果是处于反向通话过程中的MS的越区切换，其切换过程与CDMA系统的软切换流程相同，以保证通话质量和连续性；如果是非通话中MS作越区切换，即MS不在通话状态但仍保留了前、反向的F/R-DCCH信道，这时MS的越区切换与通话过程中的切换方法基本相同，即MS在R-DCCH信道上发送切换请求消息，基站在MS的辅助下将F-DCCH和R-DCCH信道切换到新的小区，并通知MS监听新小区的共享F-FCH，新小区的F-FCH可以与原小区的F-FCH Walsh码相同，也可以不同。
对于不在通话状态且没有建立过或者建立了但当前已经释放了F-DCCH和R-DCCH信道的MS，其跨区切换机制为：基站在MS加入组的过程中以信令的方式通知MS邻区的组信道参数，这样MS可自行进行切换，切换方法类似于处于IDLE状态的CDMA终端，MS进行自行切换后应尽快通知基站其新的位置，通知方法不限，可以采用类似于CDMA网络不同登记类型的触发条件及时登记新的位置。
以上以语音业务的集群业务进行说明。使用以上的物理信道分配方法，也可以实现分组数据的传输。但是由于分组数据的特点：对实时性要求不高，数据突发性发送的概率较大，因此，较佳的，可以采用以下的物理信道分配方法，参考表2，信道模式如表下所示，其中仅给出与表2不同配置的表。
前向业务码道(Traffic Channel)    信道类型    数量    F-SCH    1 or 2/Group(每组一条或两条，共享)    F-DCCH    1/user(每用户一条)
                     表4-2
反向业务信道(Traffic Channel)：    信道类型    数量    R-DCCH    1/user    R-SCH    1 or 2/user
             表4-4
相应的，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系如表4-5所示：
逻辑信道    前向    反向  信令建立业务信道前：F-PCH；建立业务信道后：F-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)建立业务信道前：R-ACH/R-EACH；建立业务信道后：R-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)  业务F-SCH(每组1条或两条，共享使用)通过每用户一条的R-DCCH信道传输，业务与信令在R-DCCH信道上分时复用或按照协议定义的Multiplex Option复用选项同时进行传输；或者通过每用户一到两条的R-SCH传输  功控由MS通过R-DCCH发送给BS，携带前向功控信息的反向功控子信道承载于R-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有独立的R-DCCH信道由BS通过F-DCCH发送给MS，携带反向功控信息的前向功控子信道承载于F-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有对应的唯一一条F-DCCH信道
表4-5
其中，前向补充信道(F-SCH)支持动态建立和无限长连接，即永久连接模式，因此，针对分组数据特点，以上的前向业务信道采用了一条或两条F-SCH作为集群业务的共享业务信道。相应的，在反向业务信道采用了反向专用控制信道/反向补充信道(R-DCCH/R-SCH)，其中R-SCH可进行动态建立，每个MS可以有一到两条R-SCH信道传输反向业务数据。前向分组数据流通过共享的信道F-SCH传输，F-SCH可有一条或两条，共享信道长码掩码与上例相同，可根据组ID经过特定算法如加密算法计算得到；反向分组数据通过每用户一条的R-DCCH信道或者动态建立的R-SCH传输；F-SCH可实现软切换也可不实现，由CDMA协议的高层如应用层实现业务的连续性。
这种信道模式不仅可传输普通分组数据，也可传输业务质量(QoS)要求较高的多媒体业务流，包括分组语音，如VoIP或分组化的语音信息。
其中，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系也可以采用和表3-5的分配方法进行。为了适合分组数据的特性，表3-5中前向业务信道可以采用F-SCH取代F-FCH。
同理，当为语音和分组数据并发存在时，为了更好的传递语音数据和分组数据，根据语音数据和分组数据的不同特性提供相应的QoS，参考表4，集群业务的信道模式可以采用如下描述的信道模式，仅列出与表4配置不同的表
前向业务信道(Traffic Channel)和功控子信道(Power ControlSubchannel)    信道类型    数量    F-FCH    1/Group(每组一条，共享)    F-SCH    1 or 2/Group(每组一条或两条，共享)    F-DCCH    1/user(每用户一条)
                   表5-2
相应的，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系如表5-5所示：逻辑信道    前向    反向  信令建立业务信道前：F-PCH；建立业务信道后：F-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)建立业务信道前：R-ACH/R-EACH；建立业务信道后：R-DCCH(通过每用户一条的DCCH信道传输)  业务F-SCH(每组1条或两条，共享使用)通过每用户一条的R-DCCH信道传输，业务与信令在R-DCCH信道上分时复用或按照协议定义的MultiplexOption复用选项同时进行传输；或者通过每用户一到两条的R-SCH传输  功控由MS通过R-DCCH发送给BS，携带前向功控信息的反向功控子信道承载于R-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有独立的R-DCCH信道由BS通过F-DCCH发送给MS，携带反向功控信息的前向功控子信道承载于F-DCCH信道(以打孔方式复用)，每个MS都有对应的唯一一条F-DCCH信道
                                     表5-5
其中，上述表所示的前向业务信道采用了一条或两条F-SCH和一条F-FCH作为集群业务的共享业务信道，以适合语音数据和分组数据的并发传输：即QoS要求较高的业务流通过共享F-FCH传输；QoS要求稍低或者数据量较大的业务流通过共享F-SCH。相应的在反向业务信道采用了R-DCCH和R-SCH。共享信道长码掩码可根据组ID等信息经过特定算法如加密算法计算得到，前向共享信道可采用相同或不同的长码掩码，信道之间通过Walsh码区分，反向语音流等QoS要求较高的业务流可通过每用户一条的R-DCCH信道传输，R-DCCH支持软切换；反向分组数据通过R-SCH传输，或者通过R-DCCH传输部分或全部分组数据，R-SCH可以进行动态建立，每用户最多建立两条R-SCH；F-SCH可实现切换也可不实现，由CDMA的高层如应用层实现业务的连续性。
其中，集群业务逻辑信道与物理信道的对应关系也可以采用表3-5的方式，其中，为了适合语音和分组数据的特性，前向业务信道在原有基础上增加一到两条的F-SCH；反向业务信道在原有基础上增加R-SCH，其中每个用户最多分配2条R-SCH。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。