CN100387068C - 移动通信系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动通信技术，公开了一种移动通信系统及其方法，使得占用更少的频率资源就可以实现移动蜂窝网络的多层覆盖以达到高可靠性的要求。本发明中，在同一区域使用多层网络重叠覆盖，其中一层为主用网络，其它为备用网络，各移动终端优先接入主用网络，主用网络使用较备用网络更多的活动频点。备用网络甚至可以只用一个活动频点，其余可用频点资源全部归主用网络的活动频点使用。备用网络只提供满足基本话务的业务信道，主用网络可提供更大容量的业务信道。主用网络故障时，备用网络根据当前业务量的增加情况逐步将非活动频点激活为活动频点。

Description

移动通信系统及其方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别涉及有高可靠性要求的移动通信技术。

背景技术

自从80年代模拟移动通信系统诞生以来，在短短二十几年里移动通信在全球得到飞速发展，随着第一至第三代移动通信系统的相继推出，移动通信对人类生活和工作的影响日益增大。

全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，简称“GSM”)是目前全球最为广泛使用的数字移动通信系统，拥有规模最大且最为成熟产业链，从系统到终端设备都非常稳定成熟可靠，正是由于GSM系统的这种成熟而经济且稳定可靠的特性，以及具有向第三代移动通信(TheThird Generation，简称“3G”)的可持续发展能力，因此GSM系统逐渐成为集群专网和集群共网通信系统的基础体制，如：欧洲的GSM-R铁路专网移动通信系统和中国自主知识产权的GT800或GSM-T共网集群通信系统。

集群通信是移动通信中不可缺少的一个分支，它是实现移动中指挥调度通信最有效的手段之一，也是指挥调度最重要的通信方式之一。集群通话系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继(转发)通信系统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的区别。但是，集群通信系统是多个用户(部门、群体)共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通信系统，主要用于指挥调度通信。所以，集群通信系统是专用指挥调度通信系统。而且集群通信系统是高级移动指挥调度通信系统，是一种共享资源、分担费用、向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线电移动通信系统。

对指挥调度功能要求较高的企事业、铁道、交通、民航、水利、电力、工矿、油田、农场、港口、轻轨和地铁、公、检、法、司法、安全、海关以及军队、武警等等部门都需要这种系统。

集群通信最早是各部门、各单位用于工作的指挥、调度的通信网、所以当时的集群通信网基本都是小范围的网络，一般是单基站的形式，仅能供本部门的几十或上百个用户服务。这种单基站的网络覆盖半径一般为15-25公里，而且要在平坦地形或高大建筑物很少的地域才行，若个别地区不在此覆盖范围内，则加个直放站也就可以解决。所以在开始一段时期内大部分都建这种网络。但是随着我国国民经济的飞速发展，各部门的工作业务面的扩大和相互联系的增多，有的甚至还要跨部门、跨地区工作；加上一些大城市的城区在不断扩大，因此原来用一个单基站的网就能满意覆盖的区域而变得不能满足了，单基站的集群通信网已不复应用了。于是单区多基站和多区多基站的集群通信网络就发展了。在多基站系统的网络中，又可分成区域网(块状网)，链状网和两者混合网，其中链状网还不少，如高速公路、铁路、内河航运、江河和湖泊的防汛、查堤保险、石油和天然气的输油和输气管道等等所需要使用的指挥调度通信系统。

近几年来，随着用户的需要，国内许多使用部门都已建立了一些多区、多基站的联网系统、尽管建多基站网要比建单基站网复杂，但它的作用是明显的。

我国的集群通信工作频率开始在800MHz的频段分配为806-821MHz和851-866MHz，它共有600个信道(信道间隔为25kHz)，随着使用集群通信的部门的增多和范围的扩大，后来国家无线电管理局又分配了350MHz频段(信道间隔也为25kHz)专门供公、检、法、司法、安全、海关、军队和武警等八个部门使用，共有560对频点。

由于集群通信的工作频段是有限的，而需要建集群通信专网的部门和单位却越来越多，因此频率不够分配了。于是出现了集群通信一种新的形式的网，即集群通信共网。集群通信共网是一种新发展起来的集群通信系统运营模式。几年前，国际移动通信协会(ITMA)对集群通信的发展曾提出过“商用集群无线电通信”这一个术语。商用集群无线电通信实际是一种集群通信共网。近几年来集群通信共网已得到越来越多的认可，这种建网的形式也多了起来。

然而，由于GSM系统最初是为公众通信服务的，基本不涉及安全应用，非安全相关的通信系统比较安全相关的通信系统对可靠性的要求要低很多。然而基于GSM技术体制的专网或共网集群系统越来越多的应用到安全相关场合，如GSM-R会承载列车控制信息，由于这些控制信息用于列车的控制或监测，系统一旦出现问题，轻则导致列车误班误点，重则可能导致安全问题。

因此，如何满足安全相关应用的高可靠性需求成为基于GSM技术体制的专网或共网集群系统的迫切需要解决的问题。

目前，基于GSM技术体制的专网或共网集群系统普遍使用单网覆盖，即同一地区只有一层网络覆盖。单网覆盖的基于GSM技术体制的专网或共网集群系统包含一个GSM网络，一般将GSM网络覆盖的整块地理区域规划成多个个小区，如图1所示。在确定的频率复用方式和服务质量要求前提下，每个小区所占有的频率资源是确定的，也就是说，每个小区都有各自不同的频率。

现有基于GSM技术体制的专网或共网集群系统的可靠性单纯依赖于设备的软硬件质量以及无线传输环境，为了使基于GSM技术体制的专网或共网集群系统可靠性得到保障，单网覆盖设备或产品的硬件或软件开发采用严格的安全产品开发相关可靠性、质量和安全控制流程和设计方法，对产品的设备提出非常苛刻的可靠性和安全指标要求。希望通过提升单网覆盖设备的可靠性来保障基于GSM技术体制的专网或共网集群系统的可靠性和安全性。

然而由于GSM单网覆盖设备或产品的硬件或软件开发流程和产品设计方法与普通公众通信设备制造商开发流程和产品设计方法存在显著差别，对于普通公众通信设备制造商难以实施，因此无法达到对产品的设备提出的可靠性和安全指标要求，单层网络总有出现故障的可能性，现有基于GSM的集群专网和集群共网采用单层网络覆盖提供的组呼业务，一旦单层网络出现故障，无法保证移动通信系统的安全性和可靠性。

除了上述普遍使用的方案之外，个别运营商拥有多个频段的频率资源，则可能采用多层网络覆盖，但由于工作在多层网络覆盖中的同一地点的同一组用户会占用多个信道资源，经常会出现同一组用户在同一区域占用双倍的信道资源，大大减少集群通信系统的容量，极大地降低该集群系统的频率利用率，造成了不必要的频率资源浪费，因此现有的用多层网络覆盖方案对于存在大量基本集群组呼或组播的集群系统不适用。也就无法在提高系统的频率利用率的前提下，保证移动通信系统的安全性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种移动通信系统及其方法，使得占用更少的频率资源就可以实现移动蜂窝网络的多层覆盖以达到高可靠性的要求。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动通信系统，包含：

对同一区域重叠覆盖的至少两层网络，其中一层为主用网络，供移动终端优先接入，其它为备用网络，供移动终端在无法接入主用网络时接入；

主、备用网络通过活动频点为移动终端提供业务信道，其中主用网络配置有比备用网络更多的活动频点。

其中，所述主用网络通过其活动频点为移动终端提供所有类型的业务信道；

在所述主用网络正常工作时，所述备用网络的活动频点仅用于提供基本类型的业务信道。

此外在所述系统中，当所述主用网络故障时，备用网络还用于在当前业务量超过预定门限时将至少一个非活动频点激活为活动频点。

此外在所述系统中，当所述主用网络故障时，所述备用网络激活的非活动频点与所述主用网络正常工作时使用的活动频点占用相同的频点资源。

此外在所述系统中，所述备用网络只配置一个活动频点，本移动通信系统可用的其它频点资源均配置给所述主用网络的活动频点。

此外在所述系统中，所述主、备用网络中分别包含备用频点设备，用于在活动频点的主用频点设备故障时启用，使用该故障主用频点设备的频点资源为移动终端提供服务。

此外在所述系统中，所述移动通信系统是以下一：

全球移动通信系统、集群通信系统、以及其它基于时分多址或频分多址的移动蜂窝系统。

本发明还提供了一种移动通信方法，应用于上文所述的系统，包含以下步骤：

在有两层网络重叠覆盖的区域，预先为主用网络配置比备用网络更多的活动频点；

各移动终端接入网络时，判断主用网络是否可用，如果是则接入主用网络，否则接入备用网络。

其中，当所述主用网络故障时，还包含以下步骤：

所述备用网络监测被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例，如果该比例超过了预置的第一门限并且小区中还有可用频点资源，则将备用网络的至少一个非活动频点激活为活动频点。

此外在所述方法中，当所述主用网络故障时，还包含以下步骤：

所述备用网络监测被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例，如果该比例低于预置的第二门限并且备用网络在小区中活动频点数大于1，则将备用网络的至少一个活动频点设置成非活动频点。

此外在所述方法中，还包含以下步骤：

主、备用网络监测各活动频点的主用频点设备的运行情况，如发生故障，则启用备用频点设备使用该故障主用频点设备的频点资源为移动终端提供服务。

通过比较可以发现，本发明的技术方案与现有技术的主要区别在于，在同一区域使用多层网络重叠覆盖，其中一层为主用网络，其它为备用网络，各移动终端优先接入主用网络，主用网络使用较备用网络更多的活动频点。备用网络甚至可以只用一个活动频点，其余可用频点资源全部归主用网络的活动频点使用。通过这种主备不对称的资源设置，可以在原先只设置一层网络的频段上设置多层网络，节省多层网络总体上占用的频点资源数目。

备用网络只提供满足基本话务的业务信道，主用网络可提供更大容量的业务信道。这使得备用网络可以用更少的频点资源为更多的移动终端提供服务上的备份。

主用网络故障时，备用网络根据当前业务量的增加情况逐步将非活动频点激活为活动频点。这使得备用网络占用的频点资源与业务量相匹配，不会过多占用频点资源。

备用网络的非活动频点可与主用网络的活动频点在频点资源上重叠，在主用网络故障时可由备用网络利用其频点资源，从而进一步减少主备用网络总体上占用的频点资源数目。

通过在主、备用网络中设置备用频点设备，可以在活动频点的主用频点设备故障时使用其频点资源代替其工作，从而增强主、备用网络本身的可靠性。

附图说明

图1是现有技术中移动通信系统单层网络覆盖示意图；

图2是本发明第一实施方式移动通信系统双层网络覆盖示意图；

图3是本发明第一实施方式移动通信方法流程图；

图4是本发明第二实施方式移动通信系统中频点设备的备用方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心在于，移动通信系统包含至少两个移动通信网络，重叠覆盖相同区域，各网络分别通过各自的活动频点为移动终端提供业务信道，其中一层网络为主用网络，其他为备用网络，备用网络的活动频点仅用于提供满足基本话务的业务信道，主用网络配置有比备用网络更多的活动频点，提供更大容量的业务信道，移动终端优先接入主用网络，在无法接入主用网络时接入备用网络，在主用网络故障时，备用网络为故障区域内的移动终端提供所有业务。

具体地说，在主用网络正常工作时，移动终端优先接入有更多的活动频点的主用网络。在主用网络故障时，故障区域的移动终端接入备用网络，如果备用网络中当前业务量超过预定第一门限，备用网络将自身包含的至少一个非活动频点激活为活动频点。激活后的活动频点与主用网络正常工作时使用的活动频点占用相同的频点资源，同样为移动终端提供所有类型的业务信道。如果备用网络中当前业务量低于预定第二门限，备用网络将自身包含的至少一个活动频点设置成非活动频点，该频点不再提供业务。

另外，主、备用网络中分别包含备用频点设备，在主用网络或备用网络的活动频点的主用频点设备故障时，其备用频点设备使用该故障主用频点设备的频点资源为移动终端提供服务。

为了更好的表达本发明，下面根据本发明的原理，对本发明的第一实施方式移动通信系统进行说明。

如图2所示，本实施方式的移动通信系统包含两个移动通信网络，重叠覆盖相同区域，一层为主用网络，另一层为备用网络。主用网络配置有m-1个活动频点，备用网络配置有1个活动频点与m-1个非活动频点，主用网络和备用网络分别通过各自的活动频点为移动终端提供业务信道，备用网络的活动频点仅用于提供满足基本话务的业务信道(比如提供基本接入服务和业务功能)，主用网络通过其活动频点为移动终端提供比备用网络的活动频点更大容量的业务信道，这使得备用网络可以用更少的频点资源为更多的移动终端提供服务上的备份。

在主用网络正常工作时，移动终端优先接入有更多的活动频点的主用网络，在主用网络故障时，故障区域的移动终端接入备用网络，如果备用网络中当前业务量超过预定第一门限，备用网络将自身包含的至少一个非活动频点激活为活动频点。激活后的活动频点为故障区域的移动终端提供所有类型的业务信道。随着业务量的改变，如果备用网络中当前业务量低于预定第二门限，备用网络将自身包含的至少一个活动频点设置成非活动频点，该频点不再提供业务。

以上对本实施方式的系统进行了说明，下面对本实施方式的方法进行详细介绍。

如图3所示，在步骤310中，各移动终端接入网络时，判断主用网络是否可用。具体地说，首先将双层网络中一层网络作为主用网络，另一层作为备用网络，在为各移动终端进行预设之前，先判断主用网络是否可用。如果主用网络正常工作，则进入步骤320，如果主用网络出现故障，则进入步骤330。

在步骤320中，各移动终端接入主用网络。各移动终端根据预先的设置，接入主用网络。需要说明的是，预先要为主用网络配置比备用网络更多的活动频点，比如说，为了保证服务质量，将双层网络覆盖的区域占有的频率资源分为m个活动频点，通常将主用网络配置有m-1个活动频点，备用网络配置有1个活动频点与m个非活动频点。主用网络通过其活动频点为接入其中的各移动终端提供所需的业务信道，比如各种公共控制信道、专用信令信道以及基本可以满足系统容量需求的各类业务信道等。通过这种主备不对称的资源设置，可以在原先只设置一层网络的频段上设置多层网络，节省多层网络总体上占用的频点资源数目。使移动终端优先接入主用网络的方法有多种，常用的方法是将主用网络设置成移动终端的归属网络，将备用网络设置成移动终端的拜访网络。

在步骤330中，由于主用网络出现故障，故障区域内的移动终端接入备用网络。备用网络通过其活动频点为接入其中的各移动终端提供所需的业务信道。因为步骤320与330中移动终端接入主用或备用网络，会导致备用网络中的移动终端数目发生变化，所以进入步骤340说明备用网络的相关处理。

在步骤340中，备用网络判断被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例是否超过了预置的第一门限且还有可用频点资源。具体地说，由于备用网络中活动频点较少，所承载的话务量非常有限，因此，为了防止因备用网络中活动频点数量过少而无法满足突增的业务需求，从而导致业务质量下降，备用网络通过时刻保持对业务量的监测，判断网络中被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例是否超过了预置的第一门限，如果该比例超过了预置的第一门限并且小区中还有可用频点资源，则进入步骤350，反之，则进入步骤360继续判断。

在步骤350中，备用网络将至少一个非活动频点激活为活动频点。具体地说，备用网络对网络中非活动频点进行激活，被激活的非活动频点与主用网络故障区域正常工作时使用的活动频点占用相同的频点资源，使得备用网络有了更多的活动频点，并能通过这些活动频点为接入其中的各移动终端提供所需的业务信道，从而满足突增的业务需求。相同的，因为被激活的非活动频点与主用网络故障区域正常工作时使用的活动频点占用相同的频点资源，从而进一步减少了主备用网络总体上占用的频点资源数目。备用网络可以每次将一个非活动频点激活为活动频点，如果备用网络中占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例还是超过了第一门限则再将一个非活动频点激活为活动频点，如此往复，直到备用网络中占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例低于第一门限。接着，回到步骤310，判断主用网络是否可用，以便在主用网络恢复时，故障区域的移动终端能够重新接入主用网络。

在步骤360中，备用网络判断被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例是否低于预置的第二门限。具体地说，步骤350避免了备用网络因活动频点不足导致业务质量下降，然而随着业务量的改变，之前激活的非活动频点可能造成频点资源的浪费。为了避免不必要的资源浪费，备用网络时刻保持对业务量的监测，判断网络中被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例是否低于预置的第二门限，如果该比例低于第二门限并且备用网络在小区中活动频点数大于1，则存在多余的活动频点，进入步骤370，反之，如果该比例未低于预置的第二门限或小区中活动频点数等于1，表明不存在多余的活动频点，备用网络占用的频点资源与业务量恰好相匹配，则回到步骤310，判断主用网络是否可用，故障区域的网络是否恢复。

在步骤370中，备用网络将其中至少一个活动频点设置成非活动频点。由于业务量的减少，备用网络中存在多余的活动频点，为了避免资源浪费，备用网络将至少一个活动频点上的业务切出至其它活动频点，并将其置为非活动频点，或禁止在某个活动频点上分配新的信道，待该频点上的所有信道空闲后，将其置为非活动频点。在达到高可靠性的前提下，占用更少的频率资源。

另外，值得一提的是，本实施方式中所述移动通信网络可以是全球移动通信(Global System of Mobility，简称“GSM”)系统、集群通信系统、以及其它基于时分多址或频分多址的移动蜂窝系统。

本发明的第二实施方式与第一实施方式大致相同，其区别仅在于第二实施方式移动通信系统中主用网络和备用网络中分别包含备用频点设备，用于在活动频点的主用频点设备故障时，为移动终端提供服务。

具体地说，如图4所示，首先，在步骤410中，检测在主用网络或备用网络中部分活动频点资源是否出现故障，如果活动频点资源出现故障，则进入步骤420，如果没有故障则回到步骤410，继续检测。

在步骤420中，首先检测出故障主用频点，设置同一网络中包含的备用频点设备属性，使其属性与故障主用频点属性相同。接着进入步骤430。

在步骤430中，启用经过设置的备用频点设备，该备用频点设备使用故障主用频点设备的频点资源，为接入的移动终端提供所需的业务信道。通过在主、备用网络中设置备用频点设备，可以在活动频点的主用频点设备故障时使用其频点资源代替其工作，从而增强主、备用网络本身的可靠性。

需要说明的是，图4仅表明本实施方式移动通信系统中频点设备备用部分实现方法，本实施方式移动通信方法与第一实施方式相同。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种移动通信系统，其特征在于，包含：

对同一区域重叠覆盖的至少两层网络，其中一层为主用网络，供移动终端优先接入，其它为备用网络，供移动终端在无法接入主用网络时接入；

主、备用网络通过活动频点为移动终端提供业务信道，其中主用网络配置有比备用网络更多的活动频点。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于，所述主用网络通过其活动频点为移动终端提供比备用网络的活动频点更大容量的业务信道；

在所述主用网络正常工作时，所述备用网络的活动频点仅用于提供满足基本话务的业务信道。

3.根据权利要求2所述的移动通信系统，其特征在于，当所述主用网络故障时，备用网络还用于在当前业务量超过预定门限时将至少一个非活动频点激活为活动频点。

4.根据权利要求3所述的移动通信系统，其特征在于，当所述主用网络故障时，所述备用网络激活的非活动频点与所述主用网络正常工作时使用的活动频点占用相同的频点资源。

5.根据权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于，所述备用网络只配置一个活动频点，本移动通信系统可用的其它频点资源均配置给所述主用网络的活动频点。

6.根据权利要求1所述的移动通信系统，其特征在于，所述主、备用网络中分别包含备用频点设备，用于在活动频点的主用频点设备故障时启用，使用该故障主用频点设备的频点资源为移动终端提供服务。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的移动通信系统，其特征在于，所述移动通信系统是基于时分多址或频分多址的移动蜂窝系统。

8.一种移动通信方法，应用于权利要求1所述的系统，其特征在于，包含以下步骤：

在有两层网络重叠覆盖的区域，预先为主用网络配置比备用网络更多的活动频点；

各移动终端接入网络时，判断主用网络是否可用，如果是则接入主用网络，否则接入备用网络。

9.根据权利要求8所述的移动通信方法，其特征在于，当所述主用网络故障时，还包含以下步骤：

所述备用网络监测被占用的业务信道数量与小区中总信道数量的比例，如果该比例超过了预置的第一门限并且小区中还有可用频点资源，则将备用网络的至少一个非活动频点激活为活动频点。

10.根据权利要求9所述的移动通信方法，其特征在于，当所述主用网络故障时，还包含以下步骤：

如果所述比例低于预置的第二门限并且备用网络在小区中活动频点数大于1，则将备用网络的至少一个活动频点设置成非活动频点。

11.根据权利要求8所述的移动通信方法，其特征在于，还包含以下步骤：

主、备用网络监测各活动频点的主用频点设备的运行情况，如发生故障，则启用备用频点设备使用该故障主用频点设备的频点资源为移动终端提供服务。

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