專利名稱：具有選擇性反向移動幀偏置的網絡控制的制作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及兩個單元之間的通信系統，這兩個單元中一個單元控制另一個單元的傳輸，更具體地涉及與反向移動幀傳輸有關的功率電平控制。
背景技術：
通信系統，例如碼分多址(CDMA)系統和時分多址(TDMA)系統等等，在基礎設施設備和移動單元之間傳送消息。如在此使用的，前向消息指蜂窩基礎設施設備產生并發送以由移動通信單元接收的消息，反向消息指諸如移動蜂窩電話這樣的移動通信單元產生給蜂窩基礎設施設備的消息。
功率控制是大多通信系統中的一項重要功能并且對于第二代和DS-CDMA型的第三代蜂窩系統的正確操作是必要的。功率控制用于在把最小功率電平用于最大系統容量的同時維持足夠的通信鏈路質量以及信息吞吐量。改變基站收發信機(BTS)發送信息給移動臺所使用的前向通信鏈路的功率電平稱為前向功率控制。改變移動臺發送信息給服務BTS所使用的反向通信鏈路的功率電平稱為反向功率控制。
在典型的CDMA系統中，當進入基站收發信機之間的邊界區域時，移動臺從與一個基站收發信機通信轉換為同時與兩個基站收發信機通信。這樣，通信不會中斷并且話音質量也不會降低(即使是暫時的)。這種多鏈路通信通常稱為軟切換。由于接收并組合來自存儲軟切換的服務基站的多個信號路徑，移動臺可以獲得明顯的分集好處，從而允許前向鏈路功率中的網絡掉線。軟切換可能涉及兩個或多個BTS。
對于這種系統的正確和有效操作來說，以低差錯率有效并可靠地傳送例如信令幀這樣的關鍵系統級信息以便可以盡可能迅速地實現系統控制，是很重要的。
圖1是根據本發明的優選實施例的無線通信系統的示意圖；圖2是圖1的無線通信系統的簡化形式的示意圖；圖3是表示各部件之間的消息流的無線通信系統的示意圖；圖4是本發明在實際中采用的語音幀的示意圖；圖5是利用集中式功率控制的系統部分的示意圖；圖6是利用分布式功率控制的系統部分的示意圖。
具體實施例方式
本發明為那些被指示為包含諸如信令這樣的關鍵系統級信息的反向移動幀提供選擇性的功率增加。由于環境因素和操作限制，信令和其他關鍵幀類型被擦除一定的時間百分比，并且必須由移動臺重發幾次以便被基站完整接收。丟失的信令消息可能導致呼叫掉線。本發明通過預測從移動臺接收關鍵幀來減輕這種問題。基站在關鍵幀被發射之前建議移動臺增加反向鏈路上的發射功率，并且對適當數量的幀維持該增加的功率偏置。
典型地，關鍵幀是那些響應于指令或通信協議發送的幀，它們的結構，尤其是這些關鍵幀的長度和持續時間是預先確定的。基站根據已知的幀情況建議移動臺繼續增加的功率偏置，例如一個“3到8幀狀態響應消息”，直到結束關鍵部分的傳輸。盡管根據本發明的原理的選擇性幀偏置可以用于增加在反向鏈路上從移動臺接收的任何幀的功率，但是本發明在信令幀接收增加時可以找到即時應用。在通信系統中，信令幀對于支持通信鏈路來說是必需的。因此，確保信令幀的幀擦除率(FER)低于普通數據幀的的幀擦除率是有利的。根據本發明的原理，基站指示移動臺在發射關鍵幀的響應周期期間增加它的發射功率，從而增加關鍵幀被成功接收的概率。
在大多通信系統中，尤其是在蜂窩系統中有信令幀，需要這些幀來協商系統參數以及調整通信會話的射頻和空中接口參數。在蜂窩通信系統中，基站發送信令消息給移動臺并且期望作為答復的應答信令消息。基于移動臺估計呼入消息和發送響應所需要的時間，基站知道在反向鏈路上接收應答的信令消息的時間。為了描述而不是限制本發明，信令幀可以認為是要求優先增加反向鏈路上的功率的關鍵幀的例子。
如果希望，關鍵幀的設計可以擴展為其他類型的幀內容。但是，由于增加功率傳輸電平而增加的干擾通常將促使系統運營商把增加功率偏置限制為最小數量的幀類型，這些幀類型對于系統操作來說最關鍵的。被選擇為要求增加功率偏置的幀與“普通”數據幀的區別在于，它們的內容被認為對于維護通信鏈路來說是至關重要的，并且它們到達基站的大概時間是已知的。優選地，關鍵幀有已知或可估計的持續時間。
本發明實際上能夠很容易結合任何具有遠程單元的通信系統使用，在這些通信系統中通過發送適當指令給遠程單元可遠程控制這些遠程單元的發射功率電平。如在此看到的，本發明尤其適于最關鍵的系統級數據的“安全保護”，系統級數據例如是從遠程單元發送的信令數據。尤其是，本發明已經發現可以直接應用于關鍵系統級數據與不太關鍵的業務一起出現的蜂窩電信系統，其中不太關鍵的業務例如是無線系統上傳送的語音數據或數字網絡數據，無線系統例如是碼分多址(CDMA)類型的系統。
參考附圖，圖1說明無線通信系統10，例如碼分多址(CDMA)數字無線電話系統。固定通信單元，例如基站收發信機(BTS)16、18、20、22、24和26，與在區域30內操作的移動臺40通信，其中固定通信單元也稱為小區，移動臺40也稱為移動單元。區域28、30、32和38分別由BTS 16、18、20和26服務，而區域34和36分別由BTS22和24服務。BTS 16、18、20和26耦合到基站控制器(BSC)46，BSC 46尤其包括變碼器(XCDR)42、處理器12和存儲器14，BSC 46又耦合到移動交換中心(MSC)44，MSC 44也包括處理器12和存儲器14。類似地，BTS 22和24耦合到BSC 48，BSC 48尤其包括XCDR42、處理器12和存儲器14，BSC 48又耦合到MSC 44。BSC 46和48可以稱為機站子系統(BSS)。BSS還可以定義為一個單獨的BSC及其相關的多個BTS。MSC 44耦合到公共交換網絡(PSTN)62。PSTN、MSC和BSS通常稱為基礎設施。
BTS 16、18、20、22、24和26與移動單元40之間的無線通信經提供物理路徑的射頻(RF)信道進行，諸如語音和數據這樣的數字通信信號在這些信道上傳送。基站到移動單元的通信稱為在前向鏈路上進行，而移動臺到基站單元的通信稱為在反向鏈路上。
如圖1所示，基站18在前向鏈路信道上發送通信信號50給移動臺40，前向鏈路信道例如是業務信道。另外，響應于來自基站18的通信信號，移動臺40在反向鏈路上發送通信信號56，反向鏈路例如是業務信道。
在蜂窩通信協議中，當中心控制或“基”站詢問時，遠程、移動單元發送消息。本發明檢測對前向信令消息中正在請求的關鍵信息的查詢。截取或“監聽”前向信令消息以確定是否指示有來自移動臺的響應，并且如果是，那么要求的響應是否將包含對維護通信鏈路來說至關重要的關鍵信息。在圖5中的181和圖6中的183標明了用于“監聽”的模塊。如果預測到系統關鍵響應數據，基站就采取措施以增加移動臺的反向功率控制外環設置點或其他適當的控制，從而增加攜帶該系統關鍵數據的反向信令幀的功率。根據本發明的原理，由基站通過發送適當的功率控制信號給移動臺來實現增加功率偏置。
通常，命令可以由基站(對于分布式公率控制系統，見圖7)或變碼器(對于集中式功率控制系統，見圖6)發送，以便選擇性并且暫時地增加用于發射系統關鍵數據的反向移動功率電平。系統的反向業務典型地被打斷為預設格式和持續時間的不同幀。對于空中發射時間待定的系統，可以采用傳統的軟件來提供空中發射時間的計算估計(最佳情況的移動臺消息回轉時間)。這樣，由控制實體，或是基站或是變碼器來確定或估計用于系統關鍵數據的反向空中發射時間。
基站監視反向信令消息的持續時間并且把移動臺功率控制設置點維持在提高的電平，直到完成關鍵消息。在結束系統關鍵數據通信會話后，允許移動單元的功率控制衰減到預定的設置點或其他優選的操作電平，例如維持預定的誤幀率(FER)目標需要的電平。上述的功率控制考慮了“開環”的環境。如果需要，根據本發明的原理，可以根據需要更早地在呼叫建立期間啟動“閉環”功率控制。因此，根據本發明的原理，無論是開環還是閉環功率控制都可以用于提供反向鏈路增加功率偏置。
圖1所示的無線電信系統在圖2和3中以簡化形式表示出來。開始參照圖2，通信系統100包括移動臺102、第一基站收發信機104、第二基站收發信機103以及集中式基站控制器(CBSC)105。CBSC 105包括變碼器106和選擇分布單元111。系統100優選地包括多個移動臺和基站收發信機，但是為了清楚，只在圖1中示出了一個移動臺和兩個基站收發信機。系統100實際上可以包括發送信令消息和要求移動臺精確傳送和接收的任何通信系統(例如CDMA或TDMA)。基站103和104例如可以包括一個“摩托羅拉SC9600”基站收發信機。第一基站104包括一個收發信機108、一個發射機和一個接收機。第二基站103包括一個收發信機107、一個發射機和一個接收機。收發信機107和108發送空中RF信號以便被移動單元102接收。這種傳輸在本領域是公知的，將不作進一步的描述。從基站103和104發送到移動臺102的信號在此稱為“前向”業務幀或“前向”鏈路消息，包含前向信令和其他類型信息。收發信機107和108從移動單元102接收消息，這在本領域也是已知的。這些消息在此稱為“反向”業務幀或鏈路消息，并且包含反向信令和其他類型的消息。
移動單元102優選地包括一個能夠與基站收發信機103和104通信的蜂窩電話單元。在一個優選實施例中，移動單元102還可以是無線數據終端或視頻電話。移動單元102包括收發信機110，收發信機110包括發射機和接收機，這在本領域是已知的。移動單元102通過由位于其中的收發信機110在反向鏈路上發射消息以及在位于其中的收發信機110在前向鏈路上接收基站103和104產生的消息來與基站103和104通信。
選擇分布單元(SDU)111從位于CBSC 105內的呼叫處理處理器(CPP)120接收一個信令幀。另外參照圖3，CPP 120沿路徑124與SDU 111發送和接收信令消息。語音數據沿路徑126在變碼器106和SDU 111之間發送。路徑130典型地包括TI跨距，提供SDU 111和基站132之間的通信。SDU 111把它的幀重要性標準應用于信令幀類型并且確定來自移動臺102的應答信令應該接收功率增加偏置處理。
SDU 111標記信令消息發送到移動臺102的時間，并且使用與SDU111相關的預定查找表信息查找來自移動臺102的應答信令消息到達的估計時間。如上面所提到的，到達估計時間可以在性能良好的數據會話中計算或者在到達時間不能精確預測時可以使用已知的技術進行估計。在來自移動臺102的關鍵信號消息的最早到達時間，SDU 111使用已知的技術通知基站132在功率控制子信道上發送常規的功率上升比特。這些功率上升比特指導移動臺102在移動臺發送關鍵應答信令消息給基站132的時間期間把它的功率增加一個預定量(“功率增加偏置”)。
優選地，采用傳統的軟件技術“監聽”該關鍵反向信號消息并且基于關鍵信號消息持續時間維持增加功率偏置。當關鍵幀消息被認為完全接收時，SDU 111停止增加功率偏置，允許移動臺102的功率控制以“衰減”模式逐漸地或更快速、強制或受控模式返回到正常操作。
來自變碼器106的普通數據傳輸語音幀在SDU 111接收并且在TI跨接線130上轉發。當從CPP 120發送一個信令消息給SDU 111時，SDU 111把該信號消息插入到該語音數據流。這可以通過使用來自稱為“空白突發序列”的信令的整個幀或通過在稱為“半空白突發序列”的語音和信令信息之間將幀劃分來完成。本發明針對適合單個幀的大多數信令消息以及要求多個幀傳送信令消息時的特別情況。
基站132從SDU 111接收語音和信令幀并且通過空中將它們發送給移動臺102，移動臺102解調并解碼這些幀。移動臺102處理語音幀并且從這些幀中提取信令信息。移動臺102用它自己的信令響應消息146響應。空中(OTA)傳輸由空中接口136表示。如圖3所示，空中接口路徑136包括許多通信信息，包括在140標出的前向信令消息、在142標出的前向功率控制比特、在144標示的信道能量估計以及在146標出的反向信令消息。
當基站132和移動臺102處理幀時，它們還處理功率控制信息。基站132基于它對來自移動臺102的信號的能量電平的測量發送功率控制比特142給移動臺102。通過該功率控制比特142，移動臺102被指示在每個幀期間把它的功率改變16次，每次改變1dB。基站132每個幀執行16次能量估計，并且基于能量估計小于還是大于給定的能量閾值而指示移動臺102提高或降低它的功率。基于信道能量估計的功率管理是公知的，并且實際上任何商業可用的技術都可以用于該目的。
圖4表示具有添加的信令消息的語音幀150的分解。在152指出的幀的開始部分由報頭比特組成，這些報頭比特指示該幀是否包括信令信息。假定該幀包含語音數據和信令，如果該幀是“半空白突發序列”型，那么語音部分154包含語音數據。信號部分156是該幀的信令消息部分。信令數據的長度依賴于正在發送何種信令消息而變化。用于信令部分156的報頭由參考數字160表示。消息比特的開始162位于信令數據部分156的開始。在消息比特開始后面是八比特長的消息字段164以及指示信令消息類型的八比特消息類型166。
消息序列號字段(三比特)168允許接收該消息的移動臺102檢驗所有信令消息都正按順序接收。ACK序列字段170(一比特)允許移動臺檢驗確認(ACK)是按順序接收的。要求ACK比特172指示移動臺是否需要發送確認給該消息。為還沒有明確響應的消息設置要求ACK。(例如，IS2000中的業務連接/業務連接完成消息對)。有效負載字段174是實際的信令消息。有效負載字段的長度隨著消息而變化。通常稱為“內部CRC”的循環冗余校驗(CRC)176檢驗本幀的信令部分的完整性。CRC字段176有十六比特的長度。在幀的信令部分之后，外部CRC 180檢驗整個幀的完整性。CRC字段180根據幀速率具有在八個到十二個比特之間變化的長度。尾比特182允許移動臺檢驗來自基站的傳輸同步。
如上所述，反向功率控制外環設置點可以由基站(分布式功率控制)或變碼器(集中式功率控制)增加。現在參照圖5和6描述所述情況的功率控制方案。參照圖5，關于變碼器180、基站收發信機(BTS)182和移動臺184來描述集中式功率控制設備。變碼器180確定一個信令消息要求明確的應答或其具有設置為一的要求ACK字段(見圖4中的字段172)。在圖6所示的設備中，在變碼器180中提供一個“監聽”模塊181，其監視所發射的信令消息以便確定在該消息流中是否包括一個關鍵部分以及由此保護對選擇性偏置的需要。沿路徑186發送一個功率控制設置點增加命令給BTS 182。BTS 182基于功率控制設置點中的變化沿路徑188發送功率上升比特給移動臺184。移動臺然后沿路徑190在反向方向上以增加的功率發送信令幀。如果該信令幀長度大于一個幀，那么BTS 182在信令消息持續期間維持偏置(即，功率增加)。
現在參照圖6，描述分布式功率控制的操作。變碼器180沿路徑186發送信令幀給BTS 182。BTS在183截取該信令幀并且確定該信令消息有一個明確的應答或其具有設置為一的要求ACK字段(見圖2中的參考數字172)。增加功率控制設置點。BTS使用沿路徑188發送給移動臺188功率的上升比特來增加該功率控制設置點。移動臺沿路徑190以增加的功率在反向方向發送信令幀。如果該信令消息長度大于一個幀，BTS 182在信令消息持續期間維持功率增加偏置。
盡管在此使用了術語“基站”和“移動單元”，但是應該意識到，本發明可以使用實際上任何類型(無論是移動或無線)的通信單元，其中遠程發射單元可以受遠程控制而以增加的功率或其他有關強度的量、電平發送關鍵響應。
雖然結合具體設備描述了本發明的原理，但是應該清楚理解，這種描述只是作為例子而不是作為對本發明的范圍的限制。
權利要求
1.一種用于控制移動單元和基礎設施之間的通信的無線電通信系統，包括基站接收機，包括被配置為從移動單元接收通信信號的接收機；可操作地耦合到所述接收機的選擇分布單元，用于識別由所述移動單元發送的關鍵信令消息，其要求所述移動單元發送包括關鍵信令消息的關鍵響應，并且用于把所述關鍵信令消息連同增加功率偏置命令轉發到所述基站；以及所述基站響應于所述增加功率偏置命令而發送增加功率偏置消息給所述移動單元，指示所述移動單元通過用增加的功率偏置發送關鍵響應給所述基站來響應所述關鍵信令消息。
2.根據權利要求1的系統，進一步包括變碼器，用于發送語音幀給所述選擇分布單元。
3.根據權利要求2的系統，其中所述選擇分布單元組合所述信令消息和所述語音幀以發送給所述基站。
4.根據權利要求1的系統，其中在所述選擇分布單元和所述基站之間的所述通信路徑包括T1跨距。
5.根據權利要求1的系統，其中，所述基站監視從所述移動單元接收的通信的功率電平并且通過發送功率控制比特給所述移動單元來調整所述功率電平，從而使所述移動單元相應地調整它的輸出功率。
6.根據權利要求5的系統，其中，所述增加的功率偏置消息包括由所述基站發送給所述移動單元的功率控制比特，指示所述移動單元增加它的輸出功率。
7.根據權利要求6的系統，其中，所述基站識別來自所述移動單元的所述關鍵消息的結束并且響應于此而停止偏置外環閾值，所述外環閾值驅動功率控制比特至所述移動單元。
8.根據權利要求1的系統，其中所述基站發送一連串功率控制比特給所述移動單元并且所述移動單元相應地通過調整它的功率電平來響應。
9.根據權利要求8的系統，其中所述增加的功率偏置消息在所述移動臺用從所述基站發送給所述移動臺的所述一連串前向功率控制比特來實現。
10.根據權利要求8的系統，其中所述增加的功率偏置消息轉化為從所述基站發送給所述移動單元的功率上升比特。
11.根據權利要求1的系統，其中所述選擇分布單元包括識別關鍵信令消息的查找表和比較所述選擇分布單元接收的信令消息和所述查找表的比較器。
12.根據權利要求1的系統，進一步包括呼叫處理處理器，該呼叫處理處理器耦合到所述選擇分布單元并發送前向信令消息給所述選擇分布單元。
13.根據權利要求1的系統，其中，所述基站檢測所述關鍵反向信令消息的結束并且發送前向功率控制比特給所述移動單元，以允許所述移動單元的功率電平從所述關鍵前向功率控制消息要求的電平衰減。
14.一種用于控制移動單元和基礎設施之間的通信的改進的無線電通信系統，包括基站，包括配置為從所述移動單元接收通信信號的接收機；可操作地耦合到所述接收機的選擇分布單元；所述選擇分布單元包括分析器，用于接收所述通信信號并且分析所述通信信號以便識別由所述移動單元發送的關鍵信令消息，其要求所述移動單元發送包括關鍵信令消息的關鍵響應，并且用于將所述關鍵信令消息連同增加功率偏置命令轉發給所述基站；以及所述基站可操作地耦合到所述選擇分布單元，所述基站響應所述增加功率偏置命令而發送增加功率偏置消息給所述移動單元，指示所述移動單元通過用增加的功率偏置發送關鍵響應給所述基站來響應所述關鍵信令消息。
15.根據權利要求14的系統，其中所述基站發送一連串功率控制比特給所述移動單元并且所述移動單元相應地通過調整它的功率電平來響應。
16.根據權利要求14的系統，進一步包括呼叫處理處理器，該呼叫處理處理器耦合到所述選擇分布單元并發送前向信令消息給所述選擇分布單元。
17.根據權利要求14的系統，其中，所述基站檢測所述關鍵反向信令消息的結束并且發送前向功率控制比特給所述移動單元，以允許所述移動單元的功率電平從所述關鍵前向功率控制消息要求的電平衰減。
18.根據權利要求14的系統，其中，所述基站監視從所述移動單元接收的通信功率電平并且通過發送功率控制比特給所述移動單元來調整所述功率電平，從而使所述移動單元相應地調整它的輸出功率。
19.根據權利要求18的系統，其中所述基站識別來自所述移動單元的所述關鍵消息的結束并且響應于此而中止發送功率上升比特給所述移動單元。
20.根據權利要求14的系統，進一步包括變碼器，用于發送語音幀給所述選擇分布單元。
21.根據權利要求14的系統，其中所述選擇分布單元組合所述信令消息和所述語音幀以發送給所述基站。
22.根據權利要求14的系統，其中在所述選擇分布單元和所述基站之間的所述通信路徑包括T1跨距。
23.根據權利要求14的系統，其中所述選擇分布單元包括識別關鍵信令消息的查找表和比較所述選擇分布單元接收的信令消息和所述查找表的比較器。
24.一種在移動單元和基站之間無線傳送關鍵信息的方法，包括以下步驟提供信令消息源；在所述基站中提供輸入以接收所述信令消息；在所述信令消息中識別要求所述移動單元發送關鍵響應的信令消息，其中該關鍵響應包括預定持續時間的關鍵信令消息；以及從所述基站經功率控制比特發送前向增加功率偏置命令給所述移動單元，指示所述移動單元在發送所述關鍵響應給所述基站時增加發射功率。
25.根據權利要求24的方法，進一步包括以下步驟提供變碼器；從所述變碼器發送語音幀給所述基站；以及從所述基站發送語音幀連同信令消息給所述移動單元。
26.根據權利要求24的方法，進一步包括以下步驟提供選擇分布單元；在所述選擇分布單元中組合信令消息和所述語音幀；以及傳送所述選擇分布單元的輸出給所述基站以傳送給所述移動單元。
27.根據權利要求26的方法，其中，識別所述關鍵信令消息的步驟在所述選擇分布單元中執行，并且所述選擇分布單元傳送所述前向增加功率偏置命令給所述基站。
28.根據權利要求27的方法，進一步包括以下步驟在所述基站中監視從所述移動單元接收的通信的功率電平；以及通過發送功率控制比特給所述移動單元來調整所述移動單元的功率電平，從而使所述移動單元相應地調整它的輸出功率。
29.根據權利要求28的方法，其中，所述基站通過發送功率上升比特給所述移動單元來響應所述前向增加功率偏置命令，其中所述功率上升比特指示所述移動單元增加它的輸出功率。
30.根據權利要求29的方法，進一步包括以下步驟在所述關鍵響應傳輸期間監視所述移動單元的發射功率；在所述關鍵響應的傳輸期間維持所述移動單元的增加偏置功率；以及在發送了所述關鍵響應之后，指示所述移動單元停止用增加的功率發射，從而允許移動單元的發射功率衰減。
全文摘要
響應于來自基站的功率控制比特，提供選擇性反向移動幀偏置來用于移動單元(102)和基站(132)之間的改進的網絡控制。監視在基站(132)接收的信令消息(124)以識別要求移動單元發送響應的信令消息，其中響應包括一個關鍵信令消息。基站(132)通知移動單元(102)在該消息持續期間以增加的功率偏置發送包含關鍵信令消息的響應。在發送了該關鍵信令消息之后允許移動臺(102)的發射功率衰減。
文檔編號H04B7/26GK1703834SQ200380101104
公開日2005年11月30日 申請日期2003年10月9日 優先權日2002年10月9日
發明者威廉·K·摩根, 唐納德·P·科戴爾, 威廉·R·拜爾 申請人:摩托羅拉公司