一種用于尋呼移動臺的方法

專利名稱：一種用于尋呼移動臺的方法
背景申請人的發明涉及電信通信，更具體而言，是涉及采用各種工作模式(模擬、數字、雙模等)及諸如頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)和混合FDMA/TDMA/CDMA的接入技術的無線通信系統，例如蜂窩與衛星無線系統。尤其是，本發明涉及一種在通信系統中提高移動臺發送多個連續的突發給基站的總流量容量的方法。
在北美，數字蜂窩無線電話系統即數字先進移動電話業務(D-AMPS)正在提供數字通信與多址技術(例如TDMA)電信工業協會與電子工業協會(TIA/EIA)公布了臨時標準TIA/EIA/IS-54-B“雙模移動臺--基站兼容標準”中規范的一些特點，其所公開的內容明確地在此結合作為參照。因為大量的現存使用者基站設備僅工作于頻分多址(FDMA)的模擬領域，提供用于模擬與數字通信能力完全兼容的TIA/EIA/IS-54-B是一個雙模(模擬與數字)標準。例如，TIA/EIA/IS-54-B標準提供了FDMA模擬話音信道(AVC)與TDMA數字業務信道(DTC)。采用頻率調制的無線載頻信號實現了AVC與DTC，該無線載頻信號的頻率接近800兆赫(MHz)以便每個無線信道具有30千赫(KHz)的頻譜寬度。
在TDMA蜂窩無線電話系統中，每個無線信道劃分為一系列的時隙，其每個都包含來自數據源的一個突發信息，例如一部分數字編碼話音對話。時隙分組為含有預定時長的連續TDMA幀。每個TDMA幀中的時隙數量涉及能夠同時共享無線信道的不同用戶的數目。如果指定一個TDMA幀中每個時隙給每個不同的用戶，那么一個TDMA幀的時長是指定給同一個用戶連續時隙之間的最小時間量。
指定給同一個用戶的連續時隙(該時隙通常不是無線載頻上的連續時隙)構成了用戶數字業務信道，可以認為該業務信道是指定給用戶的邏輯信道。正如下面更詳細的描述，也能夠提供數字控制信道(DCC)用于通信控制信號，此種DCC是一系列通常無線載頻上的非連續時隙構成的一個邏輯信道。
在僅如上面描述的一個TDMA系統的許多可能的實施方案之一中，TIA/EIA/IS-54-B標準規定每個TDMA幀由六個連續時隙構成，并且具有40毫秒(msec)的時長。因此，每個無線信道能夠傳送三個到六個DTC(例如三個到六個電話通話)，這要依賴于用于對通話進行數字編碼的語音編/譯碼器(codecs)的信源速率。此種語音編/譯碼器(codecs)能夠工作于全速率或者半速率。一個全速率DTC在給定的時段內要求兩倍于半速率DTC的時隙，在TIA/EIA/IS-54-B中，每個全速率DTC占用每個TDMA幀的兩個時隙，即TDMA幀六個時隙的第一個與第四個、第二個與第五個、或者第三個與第六個。每個半速率占用每個TDMA幀的一個時隙。在每個DTC時隙期間，發送324比特，其中主要部分260比特用于編譯碼器(codec)的語音輸出以及包含用于語音輸出的糾錯編碼，剩余比特用于保護時間與諸如同步的開銷信令目的。
可以看到TDMA蜂窩系統工作于緩存突發或者間歇發送模式每個移動臺僅在其指定的時隙內發送(與接收)。例如，對于全速率，移動臺可能在時隙1內發送、時隙2內接收、時隙3內空閑、時隙4內發送、時隙5內接收、以及時隙6內空閑，并且隨后在接下來的TDMA幀內重復上述循環。因此，移動臺(可以是電池供電)能夠關閉或睡眠以便在其既不發送也不接收的時隙內省電。
除了話音或者業務信道外，蜂窩無線通信系統也提供尋呼/接入或者控制信道，用來傳送基站與移動臺之間的呼叫建立信息。例如，根據TIA/EIA/IS-54-B，有二十一個專用模擬控制信道(ACC)，它們具有接近800MHz的預定固定頻率用于發送與接收。由于總是在同樣的頻率上找到這些ACC，所以移動臺能夠非常容易地定位與監控這些ACC。
例如，TIA/EIA/IS-54-B系統中的移動臺處于空閑狀態(即開機但是沒有呼出或呼入)時，調諧并且定期地監控最強的控制信道(通常移動臺在該時刻位于小區的控制信道上)，能夠通過對應的基站接收或者發起呼叫。當移動臺處于空閑狀態并在小區之間移動時，它將最終“丟失”“老的”小區控制信道上的無線連接并且調諧于“新的”小區控制信道。通過掃描已知頻率的所有可用控制信道來找到“最好”的控制信道，可自動地實現對控制信道的初始調諧和隨后的再調諧。當移動臺具有較好接收質量的控制信道被找到時，它依然保持在該已調諧的信道直到質量再次地惡化。藉此方式，移動臺保持同系統的“聯系”。
當移動臺處于空閑狀態時，它必須監視用于尋呼尋址該移動臺消息的控制信道。例如，當一個普通電話(有線)用戶呼叫一個移動用戶時，呼叫從公共電話交換網絡(PSTN)被引至移動交換中心(MSC)，移動交換中心分析所撥打的號碼。如果所撥的號碼合法，那么MSC要求多個無線基站的某些或者全部通過它們各自的控制信道發送包含有被叫移動臺識別號碼(MIN)的尋呼信息來尋呼被叫移動臺。接收到一個尋呼信息的每個空閑移動臺把自己存儲的MIN與接收的MIN相比較。與存儲MIN匹配的移動臺通過特定的控制信道發送尋呼響應給基站，基站轉發尋呼響應給MSC。
一旦收到尋呼響應，MSC選擇一個對接收該尋呼響應的基站可用的AVC或者DTC，打開該基站中對應的無線收發信機，并且使得該基站經由控制信道發送信息給被叫移動臺以便命令該被叫移動臺調諧至所選的話音或者業務信道。一旦移動臺已經調諧至所選的AVC或DTC，它將建立呼叫的直接連接。
在含有TIA/EIA/IS-136中規定的數字控制信道(DCC)的系統中，已經改進了含有TIA/EIA/IS-54-B中規定的ACC系統的性能，TIA/EIA/IS-136中公開的內容明確地在此結合作為參考。U.S.專利申請號No.07/956,640，題為“數字控制信道”描述了一個含有新格式與方法的此類系統的實例，該專利于1992年10月5日提交，并且在此申請中結合作為參考。每個TIA/EIA/IS-54-B無線信道能夠使用這種DCC來傳送僅DTC、僅DCC、或者DTC與DCC二者的混合。TIA/EIA/IS-136主體框架內，每個無線載頻能夠含有高達三個全速率的DTC/DCC，或者六個半速率的DTC/DCC，或者二者之間的任何組合，例如一個全速率與四個半速率的DTC/DCC。
然而，總的說來，DCC的發送速率沒有必要符合TIA/EIA/IS-54-B中規定的半速率與全速率，DCC時隙的長度可以不是統一的，并且可以不符合DTC時隙的長度。可以在一個TIA/EIA/IS-54-B的無線信道上定義DCC，并且例如DCC可以由連續TDMA時隙流中的每個第n個時隙構成。在此情況下，每個DCC的長度可以等于或者不等于6.67ms，該長度是根據TIA/EIA/IS-54-B的DTC時隙長度。可選擇地(并且沒有對其它可能的選擇方案的限制)，可以采用本領域的技術人員所熟悉的其它方式定義這些DCC。
蜂窩電話系統中，要求具有空中鏈路協議以便允許移動臺與基站與MSC通信。通信鏈路協議用來發起與接收蜂窩電話呼叫。正如U.S.專利申請號No.08/477,574，題為“用于隨機接入信道與接入響應信道的Layer 2協議”所描述的，該專利于1995年6月7日提交，并且在此申請中結合作為參考，通信鏈路協議在通信行業內一般稱作第二層(Layer 2)協議，其功能體包括對第三層(Layer 3)消息的定界或組幀。能夠在駐留在移動臺和蜂窩交換系統內的通信Layer 3對等實體之間發送這些Layer 3消息。物理層(Layer 1)定義了物理通信信道的參數，例如無線頻率間隔、調制特性等等。Layer 2定義了處于物理信道限制內的消息準確發送所必需的技術，例如糾錯與錯誤檢測等等。Layer 3定義了通過物理信道的接收程序與發送的消息處理程序。
參照

圖1、2(a)與2(b)能夠總體上描述移動臺與蜂窩交換系統(基站與MSC)之間的通信。圖1示意性地圖解說明了多個Layer 3消息11、Layer 2幀13、Layer 1信道突發或者時隙15。圖1中，對應每個Layer 3消息的每組信道突發可以構成如上描述的一個邏輯信道，對給定Layer 3消息的信道突發通常在一個TIA/EIA/136載頻上不是連續的時隙。另一方面，信道突發也可能是連續的。一個時隙一結束，下一個時隙就能夠開始。
每個Layer 1信道15包含一個完整的Layer 2幀以及其它消息，例如糾錯信息和其它用于Layer 1操作的開銷信息。每個Layer 2幀包含至少一部分Layer 3消息以及用于Layer 2操作的開銷消息。盡管每個Layer 3消息在圖1中沒有示出，但是它將包含可以認為是消息負荷、識別各個消息類型的標題部分、以及可能是填充字符的各種信息單元。
每個Layer 1突發與每個Layer 2幀劃分為多個不同的字段。尤其是，每個Layer 2幀內的有限長度DATA字段包含Layer 3消息11。由于Layer 3消息具有可變長度(依賴于包含在Layer 3消息中的信息數量)，對于發送一個單獨的Layer 3消息可能需要多個Layer 2幀。結果是發送完整的Layer 3消息也可能需要多個Layer 1信道突發，因為信道突發與Layer 2幀之間有一對一的對應性。
正如上面所述的，當需要不止一個信道突發來發送一個Layer 3消息時，這幾個突發通常不是無線信道上的連續突發。此外，幾個突發通常甚至不是用來傳送Layer 3消息的專用于特定邏輯信道的連續突發。由于需要時間來接收、處理以及對每個收到突發進行響應，通常以交錯的方式來發送所要求發送的Layer 3消息的突發，正如圖2(a)中示意性地說明的以及上面結合TIA/EIA/IS-136標準所描述的。
圖2(a)表明了前向(或下行鏈路)DCC的一般實例，其中DCC配置為包含于在一個載頻上發送的連續時隙1，2，…的連續時隙1，2，…，N，…。可以例如TIA/EIA/IS-136所規定的那樣在一個無線信道上定義這些DCC時隙，這些DCC時隙(例如正如圖2(a)中所看到的)由一系列連續時隙的每隔第n個時隙構成。每個DCC時隙時長可以是也可以不是6.67msec，該長度是依據TIA/EIA/IS-54-B標準的DTC長度。
正如圖2(a)中所示的，可以把DCC組織成超幀(SF)，每個超幀包括傳送不同種類信息的許多邏輯信道。在超幀中可以分配一個或多個DCC給每個邏輯信道。圖2(a)中所示范的下行鏈路超幀包括三個邏輯信道一個包括用于開銷信息的六個連續時隙的廣播控制信道(BCCH)、一個包括一個用于尋呼消息時隙的尋呼信道(PCH)、以及一個包括一個用于信道指配與其它消息的時隙的接入響應信道(ARCH)。2(a)中所示范的超幀的余下時隙可以專用于其它邏輯信道，例如附加的尋呼信道PCH或者其它信道。由于移動臺的數量通常比超幀中的時隙大得多，所以每個尋呼時隙用于尋呼共享某些獨特特性(例如MIN的最后數字)的幾個移動臺。
圖2(b)圖解說明了一個用于前向DCC時隙的最佳信息格式。圖2(b)表示了該字段之前的每個字段的比特數目。在SYNC信息中發送的比特按常規方式用于幫助確保CSFP與DATA字段的準確接收。SYNC字段載有一個基站使用的預定比特模式以便尋找時隙的起始。SCF信息被用于控制隨機接入信道(RACH)，移動臺使用該隨機接入信道(RACH)請求接入系統。CSFP信息傳送一個編碼超幀的相位值，該編碼超幀相位值使得移動臺能夠找到每個超幀的起始。這只是前向DCC時隙中信息格式的一個實例。
基于有效的睡眠模式操作與快速小區選擇的目的，BCCH可以劃分為許多子信道。美國專利申請No.07/956,680公開了一個BCCH結構，當移動臺能夠接入系統(發起或者接收呼叫)之前已經打開(當BCCH鎖定到DCC時)時，允許移動臺讀出最少量的信息。空閑移動臺開機后，需要定期地監控其唯一的指定的PCH時隙(通常每個超幀中一個)。移動臺在其它時隙期間能夠處于睡眠。移動臺花費在讀出尋呼消息的時間與其花費在睡眠時間之比是可控的，并且表示了呼叫建立延時與功耗之間的折衷。
由于每個TDMA時隙具有一定的固定信息傳送容量，每個突發典型地只傳送上述的一部分Layer 3消息。在上行鏈路方向，多個移動臺在競爭的基礎上嘗試與系統通信，此時多個移動臺在監聽來自系統的下行鏈路方向上發送的Layer 3消息。在已知的系統中，必須使用與發送整個Layer 3所要求一樣多的TDMA信道突發來傳送任何給定的Layer 3消息。
基于美國專利申請No.08/147,254(題為“一種用于無線通信系統中通信的方法”，該專利于1993年11月1日提交，并且在此申請中結合作為參考)所描述的這些與其它原因，數字控制與業務信道是所需要的，這些理由例如支持移動臺較長的睡眠時間從而導致更長的電池壽命。
數字業務信道與數字控制信道具有已經擴展了的用于優化系統容量與支持分層小區結構的功能體，即宏小區、微小區、微微小區結構等。術語“宏小區”一般指的是含有與傳統的蜂窩電話系統(即半徑至少1公里)中的小區范圍相當大小的小區，術語“微小區”與“微微小區”通常指的是累進的更小小區。例如，微小區可能覆蓋一個公共的室內或者戶外區域，例如會議中心或者繁忙的街道，以及微微小區可能覆蓋一個辦公室走廊或者一個聳立的建筑大廈底層。從無線覆蓋的角度來看，宏小區、微小區、微微小區可以彼此獨立或者可以彼此交疊來處理不同的業務模式或無線環境。
圖3是示意性的分層或多層蜂窩系統。一個六邊形表示的一個傘狀宏小區10構成了一個交疊蜂窩結構。每個傘狀小區可以包含一個重疊的微小區結構。傘狀小區10包括由點線封閉的區域表示的微小區20和對應于由點劃線封閉的城市街區表示的微小區30、以及微微小區40、50和60，它們覆蓋了建筑大廈的各自底層。微小區20與30覆蓋的兩個城市街道交叉區域可以是密集的業務集中區域，因此可以表示繁忙地帶。
圖4表示了一個示例性的蜂窩移動無線電話系統的方框圖，包括一個示例性的基站110與移動臺120。基站包括一個控制與處理單元130，該控制與處理單元連接至依次地連接到PSTN(未示出)的MSC 140。此種蜂窩無線電話系統在技術上的各個方面正如上面引述的各美國專利申請以及授予Wejke等人的U.S.專利No.5,175,867(題為“蜂窩通信系統中的鄰區輔助切換”)以及U.S.專利申請號No.07/967,027，題為“多模信號處理”(該專利于1992年10月27日提交)中所描述的，是眾所周知的，該二專利在本申請中被引用作為參考。
基站110通過話音信道收發信機150來處理許多話音信道，該收發信機150受控制與處理單元130的控制。同樣地，每個基站包括一個控制信道收發信機160，該收發信機160能夠處理不止一個控制信道。控制信道收發信機160受控制與處理單元130的控制。控制信道收發信機160經由基站或小區的控制信道來廣播控制信息給已鎖定到控制信道上的移動臺。可以理解的，收發信機150與160可實現為一個單獨設備，例如話音與控制收發信機170，用于同DCC與DTC一起共用同一個無線載頻。
移動臺120接收話音與控制收發信機170在控制信道上廣播的信息。接著，處理單元180評估收到的控制信道信息，該信息包括用于移動臺候選鎖定的小區的特性并且決定移動臺應該鎖定在哪一個小區。最好是，收到的控制信道信息不但包括與小區相關的絕對信息，而且包含與該控制信道相關的小區接近的其它小區相關的相對信息，正如授予Raith某人的U.S.專利號No.5,353,332(題為“用于無線電話系統中通信控制的方法與裝置”)中所描述的，該專利在本申請中被引用作為參考。
為了提高用戶的“通話時間”，即移動臺電池壽命，美國專利申請No.07/956,640公開了一種數字前向控制信道(基站至移動臺)，它可以傳送規定的用于當前模擬前向控制信道(FOCC)的消息類型，但是，這種傳送是按照當鎖定到FOCC并且在其后只有當信息已經改變時才允許空閑移動臺讀出開銷消息的格式進行的；移動臺其它所有的時間處于睡眠。此種系統中，基站比其它類型的消息更頻繁地廣播一些消息類型，移動臺不必讀出每個廣播的消息。
TIA/EIA/IS-54-B與TIA/EIA/IS-136標準所規定的系統是電路交換技術，是一種只要通信終端與系統之間有數據交換就建立物理呼叫連接并維持該連接的“面向電路”的通信。電路交換的直接連接作為開放著的傳遞途徑提供服務，允許終端系統使用該電路作為它們認為合適的任何用途。盡管電路交換的數據通信可以較好地適合于恒定帶寬的應用，但是對于低帶寬和“猝發”的應用相對地無效。
分組交換技術，可以是面向連接的(如X.25)或者是“無連接的”(如互連網協議“IP”)，不要求物理連接的建立與拆卸，它顯著地與電路交換技術不同。對處理相對短、猝發、或者交互操作，這減少了數據的等待時間并增加了信道的效率。無連接分組交換網絡分配尋路功能給多個路由地點，藉此避免了當使用集中交換中心時可能出現的業務瓶頸。數據是帶有合適的終端-系統尋址的分組并且沿數據路徑按獨立的單元發送。位于通信終端-系統之間的中間系統(有時稱作“路由器”)基于每個分組決定最合適的路由來進行傳送。尋路決定是以許多特性為基礎，包括最低成本路由或者成本量度、鏈路容量、等待發送的分組數量、鏈路的安全要求、以及中間系統(節點)的操作狀態。
沿著一個考慮到路徑度量的路由進行的分組傳輸，與單個電路建立正好相反，提供了應用與通信的靈活性。大多數標準的局域網絡(LAN)與廣域網絡(WAN)就是這樣在共同的環境中演化而來的。分組交換適合于數據通信，因為使用的許多應用與設備(例如鍵盤終端)是交互的，并且是按猝發方式發送數據。當一個使用者輸入較多的數據進入終端或者停下來并思考一個問題時，信道不是處于空閑，而是在信道上分組交換交織著來自幾若干終端的多個傳輸。
分組數據由于路徑獨立以及路由器在網絡節點故障情況下具有選擇可選路徑的能力，進而提供了更高的網絡健壯性。因此，分組交換技術允許更有效地使用網絡線路。分組技術提供了基于發送的數據量而不是連接時間來對終端用戶計費的選擇。如果已經設計了終端用戶應用來更有效地使用空中鏈路，那么發送的分組數量將最少。如果各個單個用戶業務量保持最少，那么業務提供者能夠有效地增加網絡容量。
分組網絡按通常方式設計并基于廣泛的行業數據標準，例如開放系統接口(OSI)模型或者TCP/IP協議棧。這些標準無論是正式地還是事實上地已經形成了許多年，采用這些協議的應用容易進行使用。基于標準的網絡的主要目標是實現與其它網絡的互連性。互連網(Internet)是當今此種基于標準的網絡來實現這種目標的最顯著的實例。
分組網絡同Internet或者共同的LAN一樣，是當今整個商業與通信環境的一部分。隨著移動計算在這些環境中變得盛行，決定了諸如使用TIA/EIA/IS-136的這些無線業務提供者最好是立足于提供接入這些網絡。盡管如此，由蜂窩系統提供的或者提出的數據業務通常是基于電路交換操作模式，這些數據業務使用用于每個激活的移動用戶的專用無線信道。
圖5說明了用在空中鏈路之間進行通信的代表性的結構，包括了提供移動端系統(M-ES)、移動數據基站(MDBS)、以及移動數據中間系統(MD-IS)之間的互連性的協議。下面是圖5中各組成要素的舉例描述與當考慮可選用的RF技術時的每個要素的建議方法。
互連網協議/無連接網絡協議(IP/CLNP)是無連接與在傳統的數據網絡領域廣泛地支持的網絡協議。這些協議獨立于物理層并且當RF技術改變時最好不修改。
安全管理協議(SMP)提供了空中鏈路接口之間的安全業務。提供的業務包括數據鏈路的保密性、M-ES鑒權、密匙管理、接入控制以及算法升級與替換。SMP當實現可替換的RF技術時應該依然不變。
無線資源管理協議(RRMP)提供了移動臺使用RF資源的管理與控制。RRMP及其相關程序對AMPS RF基礎結構是具體的并且基于所實現的RF技術而需要改變。
移動網絡登記協議(MNRP)用來與移動網絡位置協議(MNLP)結合以便允許移動終端系統的正確的登記與鑒權。MNRP當實現可替換的RF技術時應該依然不變。
移動數據鏈路協議(MDLP)提供MD-IS與M-ES之間的有效數據轉移。MDLP支持高效的移動系統移動、移動系統功率保存、RF信道資源共享、以及有效的錯誤恢復。MDLP當使用替換的RF技術時應該依然不變。
介質接入控制(MAC)協議及其相關程序控制M-ES使用的方法以便管理對RF信道的共享接入。該協議及其功能體必須由可替換的RF技術來提供。
物理層使用調制與編碼方案。這些方案對于所采用的RF技術是具體的，因此應該采用合適的可選RF技術來替換。能夠通過對CDPD系統結構作最小量的改變來實現可選的RF技術的使用。所要求的改變受無線資源管理協議、MAC、和物理層的限制；所有的其它網絡業務與支持的業務依然不變。
在下面的文獻中描述了一些用于基于電路交換操作模式的數據業務的例外，其中包括分組數據概念。
U.S.專利4,887,265，題為“數字蜂窩系統中的分組交換”，Proc.38th IEEE Vehicular Technology Conf.，pp.414-418(1988年6月)，描述了一個提供共享分組數據無線信道的蜂窩系統，其每一個能夠提供多個數據呼叫。使用了基本上有規律的蜂窩信令來指配一個特定的分組數據信道給請求分組數據業務的一個移動臺。系統可以包括用于同分組數據網絡接口的分組接入點(PAPS)。每個分組數據無線信道連接至一個特定的PAP并且因此能夠復用同該PAP相關的數據呼叫。系統發起切換的方式大部分與同一系統中用于話音呼叫所使用的切換類似。當分組信道容量不足時，增加了對這些情況的一種新切換類型。
這些文獻是面向數據呼叫的，并且基于使用與普通話音呼叫方式類似的系統發起切換。應用這些原理來提供TDMA蜂窩系統中的通用的分組數據業務將導致頻譜效率與性能的不利結果。
U.S.專利No.4,916,691描述了一種新的分組模式蜂窩無線系統結構和一種用于尋找(話音或者數據)分組至移動臺的路由的新程序。基站、經由中繼接口單元的公共交換裝置、以及蜂窩控制單元通過WAN鏈接在一起。尋找路由程序基于移動臺發起的切換和把傳送該分組的基站的標志添加到任何一個從移動臺發送出的分組的標題中。如果來自移動臺的隨后的用戶信息分組之間的時間有擴充，那么移動臺能夠發送用于傳送小區位置信息目的的額外控制分組。
當蜂窩控制單元分配一個呼叫控制號碼給呼叫時，蜂窩控制單元主要是在呼叫建立時參與控制。隨后它向移動臺通知呼叫控制的號碼，并將該呼叫控制號碼以及發起基站的標識通知給中繼接口單元。呼叫期間內，分組隨后在中繼接口單元與當前服務的基站之間直接地尋找路由。
U.S.專利4,916,691中描述的系統不直接涉及在TDMA蜂窩系統中提供分組數據業務的具體問題。
歐洲電信標準委員會(ETSI)T Doc SMG 4 58/93(1993年2月12日)的“GSM的分組無線”和在芬蘭赫爾辛基(1993年10月13日)的題為“未來競爭環境中的GSM”研討會期間提出的“為GSM提出的一種通用分組無線業務”總結了一種用于GSM的話音與數據的可能分組接入協議。這些文獻直接涉及TDMA蜂窩系統，即GSM，并且盡管他們描述了一種優化共享分組數據信道的可能組構的要點，但是在整個系統方案的方面沒有涉及綜合分組數據信道。
歐洲電信標準委員會(ETSI)T Doc SMG 1 238/93(1993年9月28日)的“GSM網絡上的分組數據”描述了基于第一個使用普通的GSM信令和鑒權建立分組移動臺與處理接入分組數據業務的一種“介質”之間虛信道來提供分組數據業務的概念。采用普通的經過修改以適合快速信道建立與釋放的信令，使普通的業務信道隨后可用于分組傳輸。該文獻直接涉及TDMA蜂窩系統，但是由于其概念是基于使用現存GSM業務信道的一個“快速切換”方式，所以與基于優化共享分組數據信道的概念比較，其不利之處在于頻譜效率與分組傳輸時延(特別是對于短消息而言)。
蜂窩數字分組數據(CDPD)系統的規范說明，發布1.0版(1993年7月)，其公開的內容在此明確地引用作為參考，描述了一種利用當前先進移動電話業務(AMPS)系統(即北美模擬蜂窩系統)的可用無線信道來提供分組數據業務的概念。CDPD是一種由一群美國的蜂窩運營者簽署的全面開放的規范。其包含的條目包括外部接口、空中鏈路接口、業務、網絡結構、網絡管理以及行政管理。
規范的CDPD很大程度上是基于獨立于現存的AMPS基礎結構的一種基礎結構。各種與AMPS系統的共性受限于同樣類型的無線頻率信道和同樣的基站站址(CDPD使用的基站可以是新的及CDPD規定的)的利用、和兩系統之間用于協調的信道指配的信令接口應用。
尋找至移動臺的一個分組路是首先基于尋找至一個歸屬網絡節點(歸屬移動數據中間系統MD-IS)的分組路由，歸屬網絡節點裝備了一個基于移動臺地址的歸屬位置寄存器(HLR)；隨后如果必要，尋找分組至基于HLR信息的訪問服務的MD-IS路由；最后，基于移動臺報告其小區位置給所服務的MD-IS，經由當前基站從服務的MD-IS轉移分組。
盡管CDPD系統規范不直接地涉及本申請中談到的TDMA蜂窩系統中提供分組數據業務的具體問題，但是CDPD系統規范中描述的網絡方面與概念能夠用作根據本發明用于空中鏈路協議所需要的網絡方面的基礎。
CDPD設計來作為現存數據通信網絡與AMPS蜂窩網絡的一種延伸。現存的無連接網絡協議可以用來接入CDPD網絡。由于總認為網絡是在不斷地演進的，所以使用開放的網絡設計以允許在適當的時候增加新的網絡層協議。CDPD網絡業務與協議受限于OSI模型及下面的網絡層。這樣做是為了在不改變支撐CDPD網絡的情況下允許上層協議與應用的發展。
從移動用戶的觀點來看，CDPD網絡是傳統的數據與話音網絡的無線移動延伸。用戶通過使用CDPD業務提供的網絡業務，能夠無縫隙地接入數據應用，其中的許多應用立足于傳統的數據網絡。CDPD系統可以看作是兩種互相相關的業務組CDPD網絡支持業務與CDPD網絡業務。
CDPD網絡支持業務實現了必要的維護與管理CDPD網絡的職責。這些業務是計帳服務器、網絡管理系統、消息轉移服務器、以及鑒權服務器。定義這些業務以便允許業務提供者之間交互操作。當在技術上CDPD網絡涉及到的內容超過了原始的AMPS基礎網絡時，可以預期的是網絡支持業務將依然不變。網絡支持業務的功能對任何移動網絡是必要的并且獨立于射頻(RF)技術。
CDPD網絡業務是允許用戶與數據應用通信的數據轉移業務。此外，數據通信的一端或者兩端可以是移動的。
總之，在D-AMPS蜂窩系統中，基于提供對分組數據優化的共享分組數據信道，需要有一種提供通用分組數據業務的系統。這個申請的目的在于提供結合如TIA/EIA/IS-136標準規范的面向連接的網絡與無連接分組數據網絡的優點的系統與方法。此外，本發明涉及到例如采用現存的具有低復雜度與高流量的無連接網絡協議來接入CDPD網絡。
發明概要根據本發明的一個方面，公開了一種用于在具有被劃分為主時隙與從時隙的分組數據控制信道的通信系統中尋呼移動臺的方法。首先，指配一個尋呼時隙給移動臺，其中尋呼時隙是主時隙。系統隨后尋呼在分配給移動臺的尋呼時隙上的移動臺之一。
附圖簡述申請人發明的特點與優點在結合附圖閱讀這些描述后將能夠得到理解，其中圖1示意性地說明了多個Layer 3消息、Layer 2幀、以及Layer 1信道突發或者時隙；圖2(a)說明了一個配置成為包含于在一個載頻上發送的連續時隙中的一系列時隙的前向DCC；
圖2(b)說明了一個IS-136 DCCH字段時隙格式的實例；圖3說明了一個示例性的分層或多層蜂窩系統；圖4是一個示例性的蜂窩移動無線電話系統的方框圖，其中包括一個示例性的基站與移動臺；圖5說明了一個用于跨空中鏈路之間的通信的協議結構；圖6說明了一個PDCH選擇與重選方法；圖7說明了一個超幀結構；圖8說明了主與從PDCH分配的有效集合；圖9說明了時隙分配；圖10說明了一個用于雙倍速率PDCH的超幀；以及圖11說明了一個用于三倍速率PDCH的超幀。
詳細描述IS-136的數字控制信道用于指示分組數據信道PDCH的操作。圖6說明了屬于一個小區的PDCH(或者更具體地說，含有一個公共的母DCCH)與不同小區的DCCH(更具體地說，在DCCH鄰區表中表示為DCCH重選擇的候選者)之間的關系。移動臺在其起始小區選擇時總是首先駐留在一個DCCH。在DCCH上，指示出了對PDCH的支持。如果DCCH指示支持一個或者多個專用的PDCH，那么提供一個PDCH(標志PDCH)的載波頻率。一個實施方案中，移動臺能夠在標志PDCH上登記自己，并且能夠根據基站移動交換中心互連功能(BMI)的響應來分配以另一個專用的PDCH。
為了提供專用PDCH上的睡眠模式，定義了超幀結構，并且圖7實現了本發明的一個方案。每幀總的時隙數量為32。每個TDMA塊增量超幀相位(SFP)。超幀相位在U.S.專利申請No.08/544,835(題為“無線通信系統中信道之間的辨別”)中進行了詳盡的描述，該申請提交日期與本申請相同，該申請在本申請中明確地引用作為參考。
根據本發明的一個方面，一個多速率(既兩倍或三倍速率)的PDCH能夠劃分為兩類一個主PDCH與一個從PDCH。主PDCH是一個全速率的信道并且傳送廣播控制信道(PBCCH)、前向分組數據信道(FPDCH)以及可能保留的信道信息。從PDCH包括不是主PDCH的一部分的PDCH上的所有時隙，因此，從PDCH不包括PBCCH與FPDCH信息。圖8說明了可能的主與從PDCH的分配。主PDCH上的每個超幀包括圖7所說明的各邏輯信道的有序序列。圖9說明了PDCH上能夠支持的每個邏輯信道的時隙數量。
根據本發明的一個實施方案，有兩類專用(同跳頻相反)于分組數據傳輸的PDCH一個標志PDCH與一個指配的PDCH。在DCCH上能夠提供標志PDCH的信道數量。當在PDCH登記之前嘗試PDCH上的業務時，移動臺調諧到標志PDCH。移動臺能夠按登記接受消息指配另一個PDCH。如果沒有提供明確的指配，那么標志PDCH能夠成為指配的PDCH。當含有同樣的母PDCH時中在指配的PDCH上執行所有后續的PDCH事務處理。U.S.專利申請No._(題為“一種系統登記與小區重選方法”)中詳盡地進行了描述，該申請的提交的日期同本申請相同，該申請在本申請中被引用作為參考。使用其它的PDCH分配/選擇方法是可以理解的。
每一個傳送PDCH的頻率具有一個PBCCH。為了使一個PDCH事務處理指示與進入激活模式之間的時間最小，一個實施方案中所有的PDCH之中的PBCCH信息可以是同樣的，但是本發明不受這樣的限制。如果所有PDCH具有同樣的PBCCH信息，那么當重新分配一個新的PDCH時移動臺能夠忽略判讀PBCCH。除了PBCCH與分組尋呼信道(PPCH類似于IS-136的尋呼信道)以及超幀相位(SFP)管理的分配之外，移動臺能夠將兩倍速率專用的PDCH與三倍速率專用的PDCH看作為一個和FPDCH(它可以是類似于IS-136的分組尋呼信道)與分組信道反饋(PCF)接收以及反向分組數據信道(RPDCH)發送相關的公共信道。因此，例如，在兩倍速率信道上判讀第三層消息(除尋呼外)的過程中，一個兩倍速率移動臺可以按照1，2，4，5，1，2，4，5，…的順序來判讀各時隙，這里的編號指的是時隙號。在三倍速率信道上發送第三層消息的過程中，一個三倍速率移動臺能夠在1，2，3，4，5，6，1，2，…時隙上嘗試發送。圖10與11分別地說明了用于兩倍速率PDCH與三倍速率PDCH的示例性的超幀。
根據本發明，只指配尋呼時隙給一個主PDCH。典型地，在一個專用PDCH上駐留的移動臺要比在一個DCCH上的少，這是可以理解的。此外，如果尋呼區域限制為一個小區，那么對于駐留在PDCH上的移動臺所要求的尋呼容量與IS-136操作相比將減少。另外，Layer 2幀因為其較少的信道編碼因而與IS-136相比時顯得較長。為了支持將多個尋呼編組入單個Layer 2幀之中的能力(為了避免將各個尋呼分散于所有的PDCH時隙，例如在一個三倍速率PDCH上)，應該沒有太多的與駐留在PDCH上的移動臺數量相關的尋呼時隙。
這樣使得PBCCH判讀和PPCH分配方法與對應于移動臺全速率模式工作的DCCH操作一樣。根據本發明，在每個移動臺的尋呼幀內，能夠指配一個具體的主PDCH的具體PPCH子信道給該移動臺(例如基于如同IS-136中的移動臺識別號碼(MIN))。一個FPDCH的有效實例可能是一個PPCH。通過在PBCCH上廣播信道參數能夠識別主PDCH的可用PPCH子信道和時隙。正如根據圖10-11所看到的，由于PBCCH是許多移動單元共享的公共信道，所以它以不多于一個全速率來發送；否則，缺乏多速率能力的移動臺不能判讀PBCCH。PPCH能夠分配象PBCCH(即主PDCH)一樣的全速率信道。因此，一個只尋找尋呼或者廣播控制信息的空閑移動臺不必查看自己全速率信道之外的信道。這就是說，即如果PPCH與PBCCH處于同一個信道上，那么移動臺不必執行相移來決定尋呼或廣播控制信息，并且移動臺只判讀單個全速率信道上的時隙。
可以理解，申請人的發明不受已經描述與說明的具體實施方案的限制。本發明考慮了所附的權利要求所定義的申請人發明的權利精神與范圍內的任何以及所有變化。
權利要求
1.一種用于尋呼具有多速率控制信道的通信系統中的移動臺的方法，包括以下步驟劃分多速率控制信道為主控制信道與從控制信道；確定用于移動臺的一個尋呼信道，該尋呼信道是主控制信道的一個子集；以及在尋呼信道上尋呼移動臺。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，其中主控制信道的帶寬是多速率控制信道帶寬的一個子集。
3.根據權利要求2的方法，其特征在于，其中主控制信道的帶寬對應于一個全速率信道，并且多速率控制信道的帶寬對應于一個多速率信道。
4.根據權利要求1的方法，其特征在于，其中主控制信道包括廣播控制信道信息，從控制信道包括那些不被包含于主控制信道內的多速率控制信道的所有時隙，并且不包含廣播控制信道信息。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于，其中指配尋呼信道給與主控制信道同樣的全速率信道。
6.根據權利要求1的方法，其特征在于，其中根據移動臺的移動識別號碼(MIN)來決定尋呼信道。
7.根據權利要求1的方法，其特征在于，其中多速率控制信道是一個分組數據控制信道，尋呼信道是一個分組尋呼信道。
8.一種用于在具有多速率控制信道的通信系統中發送控制信息的方法，包括的步驟劃分多速率控制信道為主控制信道與從控制信道，主控制信道包括控制信息；以及經由主控制信道發送控制信息給一個或者多個移動臺。
9.根據權利要求8的方法，其特征在于，其中控制信息是廣播控制信道信息。
10.根據權利要求9的方法，其特征在于，其中從控制信道包括那些不被包含于主控制信道內的多速率控制信道的所有時隙，但是不包含廣播控制信息。
11.根據權利要求9的方法，其特征在于，其中以不多于一個全速率發送廣播控制信道。
12.根據權利要求9的方法，其特征在于，進一步包括以下步驟確定用于移動臺的一個尋呼信道，該尋呼信道是主控制信道的一個子集；以及在尋呼信道上尋呼移動臺。
13.根據權利要求12的方法，其特征在于，其中指配廣播控制信道信息和尋呼信道給與主控制信道同樣的全速率信道。
14.根據權利要求12的方法，其特征在于，其中根據移動臺的移動識別號碼(MIN)來確定尋呼信道。
15.根據權利要求12的方法，其特征在于，其中當工作于空閑模式時，通過只監控與主控制信道同樣的全速率信道來尋找尋呼或廣播信道信息。
16.根據權利要求12的方法，其特征在于，其中多速率控制信道是一個分組數據信道。
全文摘要
公開了一種用于在具有被劃分為主時隙與從時隙的分組數據控制信道的通信系統中尋呼移動臺的方法。首先,指配一個尋呼時隙給每一個移動臺,其中尋呼時隙是主時隙。系統隨后尋呼在分配給移動臺的尋呼時隙上的各移動臺中的一個。
文檔編號H04W68/00GK1203727SQ96198836
公開日1998年12月30日 申請日期1996年10月18日 優先權日1995年10月18日
發明者A·K·賴思, J·迪爾赤納 申請人:艾利森電話股份有限公司