CN102938933B - 与移动站进行通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与移动站进行通信的方法和设备。一个系统和方法提供在接入到分散网无线通信系统中传送开销消息的一个简单的但是有效的技术，同时获得带宽节省以及将功率消耗减到最少。在一个实施例中，连接到分散网无线基站发送用于开销消息的签名序列给移动单元。移动单元醒来接收该签名和与存储在该移动单元签名比较。如果由该移动单元接收的签名不同于存储在该移动单元的签名，该移动单元保持醒来以便接收由该无线基站发送的开销消息。如果由该移动单元接收的签名与存储在该移动单元的签名是相同的，该移动单元可能回到睡眠。

Description

与移动站进行通信的方法和设备

本申请是申请日为2000年8月11日申请号为第00126441.9号发明名称为“与移动站进行通信的方法和设备”的中国专利申请的分案申请。

本发明一般涉及无线通信系统，特别地涉及在无线通信系统中开销信道信息传递。

在蜂窝通信系统中，覆盖的区域以一个基站(BS)划分小的区域，称为网孔，安置该基站(BS)对网孔中的移动单元给出业务或者覆盖范围。每个BS连接到一个基站控制器(BSC)，基站控制器(BSC)用于控制几个BS和提供通信业务给一个移动单元，当它从一个网孔移动到另一个网孔时。BSC又连接到一个移动交换中心(MSC)，它通常是具有特别的软件的一个电话交换机，以便处理该移动单元的移动性方面。大多数的蜂窝通信系统包含多个MSC，每个MSC具有它们自己的BS，并且利用固定的链路互连。MSC互连到公共交换电话网络(PSTN)，用于到和来自固定的电话机的去话呼叫和来话呼叫二者。

最后移动单元通过空中射频(RF)反向(移动单元到BS)链路到和来自该BS的RF前向的(BS到移动单元)链路连接到该MSC。RF信号经过这些链路在一个相应的移动单元和一个或者多个基站之间交换。移动单元不直接地彼此通信。移动单元到移动单元通信通过提供业务给期望通信的该移动单元的基站跨过一个或者多个网孔的间距进行。基站例如使用各种媒介诸如陆基线路或者微波链路与BSC通信。BSC可能通过MSC发送呼叫给PSTN或者可能发送分组给分组交换网络，诸如因特网。在过区切换期间该基站控制器例如也协调该系统内的基站的工作。

许多蜂窝系统的RF前向和反向链路的共同特性是多个用户使用占用有限频率范围的单个通信信道。蜂窝系统使用各种的技术，允许多个用户使用占用有限频率范围的单个通信信道。码分多址(CDMA)为一个这样的技术。CDMA流行的标准可以在标题为“双模宽频带扩频蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准”的TIA/EIA标准TIA/EIA-95-B中找到。在CDMA中，多个用户可以同时地使用全部通信信道而不必协调它们的传输定时或者每个用户使用的通信信道部分。关于CDMA和扩频通信的细节可以在1996年Reading，M.A.，Addison-Wesley Publishing公司由Andrew J.Viterbi编著的“扩频通信的CDMA原理”中找到。与CDMA相反，两个其它的多址技术：或者协调该用户传输定时：时分多址(TDMA)，或者用户使用的通信信道的部分，频分多址(FDMA)。

不管用于提供多址的技术，在典型的蜂窝系统中，该前向通信链路包括一个或者多个数据信道，一个导频信道和一个或者多个寻呼信道，所有的这些信道从该基站发送给移动单元。导频信道或者导频信号用于定义由一个基站服务的网孔区域的边界。在根据IS-95的CDMA蜂窝系统中，该导频信号也服务其它目的。例如，导频信号提供时间基准和幅度以及相位跟踪；并且允许移动单元识别和与在它们的通信能力范围内的各种的基站同步。数据信道组传送与不同的通信会话(通常电话呼叫)相关的数据和指定给各个移动单元。这些数据信道常常称为业务信道。当已经收到通信请求时，寻呼信道由该基站用于通知移动单元。寻呼信道还用于发送开销消息。开销消息包含允许移动单元到基站通信的信息。

开销消息不寻址任何特定的移动单元，但是用于分配在相应的覆盖范围内的每个移动单元。在IS-95 CDMA蜂窝系统中，有四类型的开销消息：系统参数，接入参数，信道表和邻近的表开销消息。每个类型的开销消息必须至少每秒广播一次。例如，该邻近的表开销消息不断地广播可以通信的邻近基站的表。如果该移动单元进入邻近基站的覆盖范围，该移动单元使用邻近的表监视来自邻近基站的信号。采用其它通信标准的蜂窝系统可能具有其它类型的开销消息。

当移动单元不参加呼叫或者不试图参加呼叫(即当它位于‘空闲状态’)时，典型地由移动单元接收和处理该开销消息。术语空闲状态有点用词不当，因为该移动单元在该空闲状态可能非常忙。在该空闲状态，该移动站周期地醒来并且侦听该寻呼信道和处理该信道上的消息。在相当大的时间期间该开销消息可以保持相同，在该时间期间移动站周期地醒来和侦听该寻呼信道。因为不希望使得该移动单元醒来，接收该开销消息和解码它，以便仅仅确定该开销消息与早先解码的前面的消息是相同的，为了节约电池电源，顺序号和该开销消息起发送。当该移动单元醒来时，它接收该开销消息的顺序号并且决定是否保持醒来和接收该开销消息。在许多情况下，在接收该顺序号之后该移动单元回到睡眠，因为该顺序号是与该移动单元醒来的最后时间接收的顺序号相同的。由于侦听开销消息要求一定数量的电源和由于时常执行该侦听功能(每秒次)，限制移动单元执行该侦听功能的时间量减少了该移动单元的整个电力消耗，因此增加由该移动单元使用的任何电池或者其它电源存储系统的寿命。因为在许多例子中该开销消息可以在相当大的时间期间保持相同，可能出现显著的电源节省。

在许多蜂窝系统中，由基站发送的该开销消息和该顺序号码从一个中央位置诸如一个基站管理器（BSM）控制。提供这个集中控制的一个原因在于蜂窝系统典型地提供的业务的特性。蜂窝系统典型地提供到和来自基于陆地的PSTN的语音业务或者连接。PSTN典型地具有非常集中的交换结构。结果，期望连接到它的蜂窝业务必须使用中央交换机用于发送呼叫。在经过PSTN提供语音业务的许多蜂窝系统中，电话呼叫被捆（bundled）在一个中央交换机(MSC)，以便通过该PSTN传输，或者不捆在中央交换机，以便通过该无线网络传送。因此，由于中心位置的存在(BSM或者MSG)，在该中心位置来自许多BS的链路终止了，它逻辑的利用这个中央位置从该中心位置遥控在该蜂窝系统中的每一个基站的开销消息和序列号码的编程。

相反，蜂窝系统提供分组数据业务而不是典型地连接到非常分散网的语音业务。分散网的一个例子是因特网。提供分组数据业务的蜂窝系统提供从该蜂窝系统的该用户到一个路由器的无线链路，该路由器链接该用户到该分散网。在技术上，因特网是标准协议的集合，例如传输控制协议/因特网协议(TCP/IP)，允许不同的计算机系统和网络发送和收到信息。一些更通俗的协议包含：电子邮件(电子信息)，文件传送协议(文件传输)，环球网(通过超级文本文件的图形接口使用链路)，telnet(电话网络连接)，IRC(因特网中继对话)，菜单式查询工具(信息组织)。

从分组数据蜂窝系统的一个移动用户收到的消息由该基站转发给一个路由器。该路由器将该消息分成较小的小片，称为分组。该分组分别地跨过该网络移动，但是当该消息的所有的小片到达它的目的地时最后一起重新组合。在传送期间，只从一个路由器辗转到（bump）另一个路由器和通过网桥与交换机。不从一开始选择特定的路径。每个路由器或者交换机考察该分组的目的地地址，但是不检查它的内容，并且决定通过它的最佳方式。

由于路由器典型地直接地连接到该分散网并且典型地沿着多个路径传送数据到一个目的地，在中央位置常常不需要交换机建立到和来自目的地的单个路径。结果在提供接入到分散网的无线数据系统中，不可能有中心位置，例如还可以用于控制蜂窝系统中的基站和开销消息的更新的BSM或者MSG。

因此，需要开销消息在无线通信系统诸如蜂窝系统中传递，以提供接入到分散网。本发明符合这个需要。

本发明的系统和方法提供在接入到分散网无线通信系统中传送开销消息的一个简单的但是有效的技术，同时实现带宽节省以及将电力消耗减到最少。在一个实施例中，连接到分散网无线基站发送用于开销消息的签名序列给移动单元。移动单元醒来，接收该签名和与存储在该移动单元签名比较。如果由该移动单元接收的签名不同于存储在该移动单元的签名，该移动单元保持醒来以便接收由该无线基站发送的开销消息。如果由该移动单元接收的签名与存储在该移动单元的签名是相同的，该移动单元可能回到睡眠。

在一个可替代的实施例中，该移动单元醒来和接收来自一个无线基站的消息。该移动单元使用该消息产生一个签名。该移动单元比较该签名与由该移动单元接收的以前的消息的签名。如果收到的该消息产生的签名与接收的以前的消息的签名是相同的，则该移动单元回到睡眠。如果收到的该消息产生的签名不同于接收的以前的消息的签名，则该移动单元更新用于与该基站通信的工作参数。

在一个实施例中，该移动站在接收相应消息后睡眠并在睡眠5.2秒之后醒来。在另一实施例中，该移动站在睡眠之后醒来5.2秒。

图1是根据本发明的一个优选的实施例的无线通信系统的方框图；

图2表示根据本发明的无线通信系统的前向链路的结构；

图3表示使用图2中所示的前向链路结构传送开销消息的过程；

图4表示根据本发明的无线通信系统的前向链路的可替代的结构；和

图5表示使用图4所示的前向链路的结构传送开销消息的的一个可替代的过程。

图1表示根据本发明的目前优选的实施例的无线通信系统(系统)200的系统方框图。系统200可以包括多个基站(BS)210，220(仅表示两个)，当移动单元(MU)202是在由一个基站覆盖的地理区域内时，每个基站可以与一个移动单元202无线通信。MU202包括终端设备（TE）206和移动终端（MT）204。

MU用于指包括该终端设备和该移动终端的合成实体。在这个讨论中，为描述起见术语“移动单元”通常用于指远端用户站。但是注意，该移动单元可以固定在一个位置。该移动单元可以是多用户集中用户系统的一部分。该移动单元可以用来传送话音，数据或者信号类型的组合。术语“移动单元”是本专业的术语并不意味着限制该单元的范围或者功能。

基站210，220包括基站收发信机子系统(BTS)212，222和无线电链路协议以及信令管理器(RSM)214，224。基站用于指包括该BTS和RSM的合成实体。

TE206是提供用户接口的一个装置：典型地是一个膝上型的或者笔记本计算机，或者个人数字助理(PDA)。TE 206连接到MT 204，MT 204是提供数据调制和解调能力的一个无线电设备。BTS 210、220通过一个射频(RF)空中接口连接到MU202。BTS 210、220提供数据调制和解调能力用于连接MU202。RSM 214，224用作无线电链路协议(RLP)端点和该信令端点，并且彼此映射网络协议地址和移动站识别。可能单个RSM或者一个RSM与每个BTS共同放置。

系统200还包括一个路由器230。路由器230连接RSM 214，224到包括路由器(未表示)和其它网络(未表示)的一个分散网250。分散网的一个例子是因特网。系统200可以连接到其它类型的分散的和/或者集中式网络。

BTS 210、220和MU 202之间的RF空中接口包括用于BTS到移动单元通信的一个前向的链路和用于移动单元到BTS通信的一个反向链路。在一个实施例中，系统200的前向的链路在任何给定的瞬间完全专用于单个移动单元并且在任何给定瞬间仅仅单个前向信道传送到移动单元。本发明可以使用许多类型的通信标准。在无线通信系统中的前向的和反向链路的一个标准在标题为“用于双模宽频带扩频蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准”的TIA/EIA标准TIA/EIA-95-B(或者IS-95)中规定。在IS-95中，多个前向信道可以由一个移动单元接收。

系统200前向链路还不同于IS-95之处在于：该导频信道是猝发发送的和嵌入在该数据信道中，与正如在IS-95中连续地发送导频信道相反。其它开销信道也不同：IS-95连续的同步和寻呼信道在系统200中已经组合到单个控制信道，它的消息是在该“单个用户”前向链路上时分多路复用的。多路复用是希望的，因为它避免了在两个或者多个连续地发送的信道之间分离基站的功率。基本上使用所有的基站功率发送数据信道允许使用较高的数据速率。

设计系统200在分开的CDMA信道(即不同的频率)而不是现有的IS-95系统上操作。系统200可以与现有的IS-95系统无关地(或者没有这样的系统存在的地方)推广应用，在此情况下它不包含与该基础的话音系统交互作用，或者在存在一个合作的IS-95系统的位置，在此情况下IS-95系统相关的信息将在系统2001控制信道上传送，该控制信道支持过区切换到IS-95系统，以及提供从IS-95系统到系统200的信息传递以支持呼叫传递通知。

在系统200中，开销信道诸如该寻呼信道与前向数据信道时分多路复用，花费在发送该寻呼信道的时间越小，可用于发送前向数据信道的时间越多。因为对于给定的恒定的数据速率，到移动单元的数据通过量直接地与传送前向数据信道和由该移动单元接收的前向数据信道的时间量有关，非常希望降低发送该寻呼信道花费的时间量。

在TIA/EIA-95中，连续地发送该寻呼信道并且占用前向信道总的可用带宽和该基站总的可用功率的一部分。因为一些基站的总的可用功率由该寻呼信道占用，较少的功率可用于发送数据信道。对于一个给定的信噪比(SNR)和一个给定的误码率(BER)，前向数据信道的最大的数据传输速率是前向数据信道可得到的功率的函数。更具体地说，对于给定的SNR，较少的功率可用于发送数据信道，前向数据信道最大的数据传输速率必须减小以便满足给定BER的要求。

对于许多系统和应用，希望具有高数据传输速率，通过增加该基站发射机的功率使得前向数据信道可得到更多的功率是不可能的。因此，为了获得高传输数据速率，必需从其它信道提取功率和使得该功率可用于前向数据信道。不幸地，如果太多的功率取自该寻呼信道并且给予该前向数据信道，则该寻呼信道的SNR可能如此有害地影响以至于也有害地影响寻呼信道的BER，使得在该寻呼信道上发送的信息无法了解。但是，增加发射机功率是不可能的，为了略微增加该数据传输速率，可能需要通过从寻呼信道(或者其它的信道)提取显著数量的功率来显著地增加前向数据信道可得到的功率。为了略微增加数据传输速率，可能需要从该寻呼信道提取所有的功率并且将它给予该前向数据信道和时分多路复用该寻呼以及数据信道。对于给定的发射机功率，其中寻呼信道和数据信道是时分多路复用的一个系统允许比其中寻呼信道和数据信道是同时地发送并且共享该给定发射机功率的一个系统更高的发送数据速率到一个用户。

虽然这是真的∶当该寻呼信道和该前向数据信道是时分多路复用以便获得高有效传输数据速率时，较高的最大的传输数据速率是可能的，发送该寻呼信道花费的时间必须按照下面建议等式减到最少：

有效传输数据速率=Tr_Max*Tfd/(Tfd+Tpc)，在此Tr_Max是最大的传输数据速率，Tfd是在一个周期期间前向数据信道传输的持续时间，而Tpc是在一个周期期间该寻呼信道传输的持续时间。

图2一般地描述根据本发明的实施例的前向链路的结构。前向链路是一个周期的数据流，包括与前向数据信道多路复用的寻呼信道。该寻呼信道包括一个签名容器（capsule）和一个开销消息容器。在图2中所示的实施例中，签名和开销消息容器用具有400毫秒持续时间的周期传送。在可替代的实施例中，该周期可以具有其它的持续时间。该签名容器包含至少一个签名。该签名可以仅仅表示一个开销消息或者可以表示一组一个以上的消息(即，不论何时改变该签名则改变在一组的一个以上消息中的至少一个消息)。

该开销消息容器包含至少一个开销消息。开销消息不寻址任何特定的移动单元，但是用于分配在相应的覆盖范围内的每个移动单元。可能的开销消息包括系统参数，接入参数，信道表和邻近的表开销消息。每个类型的开销消息必须至少每秒广播一次。在本优选实施例中，该消息每400毫秒广播一次。例如，该邻近的表开销消息不断地广播可能通过它通信的邻近基站的表。如果该移动单元进入邻近基站的覆盖范围，该移动单元使用邻近的表监视来自邻近基站的信号。蜂窝系统可以具有其它类型的开销消息。开销消息可能包括许多不同的参数是本专业熟知的，这些参数是建立和保持移动单元与基站之间通信需要的。

当移动单元不参加呼叫或者不试图参加呼叫(即当它位于‘空闲状态’)时，典型地由移动单元接收和处理该开销消息或者消息。术语空闲状态有点用词不当，因为该移动单元在该空闲状态可能非常忙。在该空闲状态，该移动站周期地醒来并且侦听该寻呼信道和处理关于该信道的消息。在相当大的时间期间该开销消息可以保持相同，在该时间期间移动站周期地醒来和侦听该寻呼信道。因为不希望使得该移动单元醒来，接收该开销消息和解码它，以便仅仅确定该开销消息与早先解码的前面的消息是相同的，为了节约电池电源，顺序号和该开销消息一起发送。当该移动单元醒来时，它接收稍后接收的该开销消息的签名并且决定是否保持醒来和接收该开销消息。在许多情况下，在接收该签名之后该移动单元回到睡眠，因为该签名是与该移动单元醒来的最后时间接收的顺序号相同的。由于侦听开销消息要求一定数量的电源和由于时常执行该侦听功能(每秒一次)，限制移动单元执行该侦听功能的时间量减少了该移动单元的整个电力消耗，因此增加由该移动单元使用的任何电池或者其它电源存储系统的寿命。因为在许多例子中该开销消息可以在相当大的时间期间保持相同，可能出现显著的电源节省。

图3说明用于更新根据本发明和具有图2所示的结构的前向链路的一个实施例的开销消息的过程。参见图3，在步骤302，在BS 210改变开销消息。在步骤304，在BS 210产生被改变的开销消息的签名。通过使用熟知的散列函数散列该消息产生签名，从而产生一个十六或者三十二比特的签名。散列一个消息以便产生签名可以使用熟知的算法逻辑(未表示)的一个签名发生器或者一个通用的微处理器(未表示)执行，而在这里不需要详细描述。在本专业中的一个常规技术人员承认该签名可以使用在此处未描述的其它形式的逻辑产生。签名的比特长度取决于系统要求，两个连续的消息共享不同的签名(即避免碰撞)。存在一个确定的但是小的概率：两个不同的连续的消息可以共享相同的签名，因为散列仅仅用于压缩该消息间隔（space）为较小的签名间隔，其中一个以上的消息可以具有相同的签名。如果两个连续的消息是不同的但是该散列产生对于二者相同的签名，在步骤304，该散列可以以一个随机数重复，直到产生不同于前面消息的预定数量的签名。另外，该签名可以通过递增一个计数器产生。

在步骤306MU 202醒来并且侦听。在步骤308，BS 210发送该签名到MU202。在步骤310，MU 202接收该签名。在步骤312，MU 202从存储器(未表示)检索前面的签名。在步骤312，MU202比较在步骤310接收的签名与该前面的签名。在步骤312执行该比较需要的该电路或者签名比较单元可以由包括微处理器以及组合逻辑与其它逻辑电路的各种的部件实现。如果在步骤310接收的签名是与前面的签名相同的，在步骤314，MU 202回到睡眠。如果在步骤310接收的签名是与前面的签名不同，在步骤316，MU202保持醒来并且侦听以便接收该消息。在MU 202接收该消息之后，它更新MT 204的工作参数，以使它能够有效地与系统200通信。在一个实施例中，该移动站在接收相应消息后睡眠并在睡眠5.2秒之后醒来。在另一实施例中，该移动站在睡眠之后醒来5.2秒。

在该寻呼信道上开销消息的结构可以是根据称为时隙式寻呼的技术要求的结构。时隙式寻呼对于降低移动单元的功率消耗是有益的。关于时隙模式操作的更多的信息在1995年2月21日授权的、转让给本发明的受让人、标题为“在移动通信接收机中降低功率消耗的设备和方法”美国专利No.5,392,287中公开了，引用在此处供参考。

图4一般地描述根据本发明的一个可替代的实施例的前向链路的结构。前向链路是一个周期的数据流，包括与前向数据信道多路复用的寻呼信道。寻呼信道包括一个开销消息容器。在图4中所示的实施例中，开销消息容器用具有400毫秒持续时间的周期传送。在可替代的实施例中，该周期可以具有其它持续时间。

图5说明用于更新根据本发明和具有图4所示的结构的前向链路的一个可替代的实施例的开销消息的过程。参见图5，在步骤502，在BS 210改变开销消息。在步骤504，MU202醒来并且侦听。在步骤506，BS发送该消息到MU202，而MU202接收该消息。在步骤508，MU202使用正如在图3中的处理300所描述的散列函数产生该消息的签名。散列一个消息以便产生签名可以使用熟知的算法逻辑(未表示)的签名发生器或者一个通用的微处理器(未表示)执行，而在这里不需要详细描述。在本专业中的一个常规技术人员承认该签名可以使用在此处未描述的其它形式的逻辑产生。在步骤512，MU 202从在MU 202的存储器(未表示)中检索前面的签名。在步骤512，MU 202比较前面的签名与在步骤508产生的签名。在步骤512执行该比较要求的该电路或者签名比较单元可以由包括微处理器以及组合组合逻辑与其它合法的电路的各种部件实现。如果在步骤508产生的签名是与前面的签名相同的，在步骤514，MU 202回到睡眠。如果在步骤508产生的签名不同于前面的签名，则在步骤416，MU 202以包含在步骤506接收的该消息中的信息更新它的工作参数。

CDMA信号的产生和接收在标题为“使用卫星或者地面中继器的扩频多址通信系统”的美国专利No.4,901,307和标题为“在CDMA蜂窝电话系统中产生波形的系统与方法”的美国专利No.5,103,459中公开了，两个专利都转让给本发明的受让人，并且引用在此处供参考。

多个信号的解调在标题为“在能够接收多个信号的系统中解调单元的分配”的美国专利No.5,490,165中和在标题为“CDMA蜂窝电话系统中的分集接收机”的美国专利No.5,109,390中公开了，两个专利都转让给本发明的受让人并且引用在此处供参考。

虽然本发明已经结合特定的实施例描述了，但是应理解，在不偏离本发明的范围和精神的情况下可以由本领域的技术人员进行不同的修改和变化。本发明不是由前面说明的细节限定，而是由修改的权利要求限定。

Claims (8)

1.一种利用无线通信系统中的前向信道与移动站进行通信的装置，其特征在于，包括：

基站，配置以：

在所述前向信道上发送消息容器；

产生用于所述消息容器的签名，通过散列所述消息容器而产生所述签名，其中所述散列包括散列所述消息容器以产生第一散列，和如果消息的所述第一散列与先前消息容器的签名匹配并且如果先前消息容器的签名是在时段T_Delta内产生的，那么再散列所述消息容器；和

在所述前向信道上发送在分开的签名容器中的签名。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述再散列包括将一随机值添加到所述第一散列。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述时段T_Delta大于可与所述无线通信系统通信的任何移动站的最大允许睡眠时间。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，安排散列以为所述签名产生16位值。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，安排散列以为所述签名产生32位值。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，将存储在计数器中的值分配给所述签名。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，在产生所述签名之后递增所述计数器。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，如果所述消息容器不同于先前发送的消息容器，那么递增所述计数器。