CN1109480C - 在定位切换过程中管理信道分配的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在定位切换到一个目标基地收发信机站的过程中，有效地管理物理信道的一种通信系统和方法。这可以通过从一种类型的信道，例如提供服务的BTS的业务信道，向另一种类型的信道，例如目标BTS的控制信道，实施切换来做到这一点。当目标小区中一种类型的信道出现拥塞时，可以采用其它类型的信道，从而向所需目标BTS实施切换并获得所需数据。

Description

在定位切换的过程中管理信道分配的系统和方法
发明背景
发明领域
本发明一般涉及在蜂窝网内确定移动终端地理位置的通信系统和方法，具体而言，涉及在定位切换到一个目标基地收发信机站的过程中如何有效地管理物理信道。
发明背景及目的
蜂窝通信是通信领域发展最快的热点之一。今天它是全世界所有新增电话用户中庞大的连续增长的那一部分。1982年成立了一个标准化组，也就是欧洲电信标准协会(ETSI)，以制定全球移动通信系统(GSM)数字移动蜂窝无线电系统的规范。
参考图1，其中画出了一个GSM公共陆地移动网(PLMN)，见图中的蜂窝网10，这一个蜂窝网本身又包括多个区域12，每一个区域都有一个移动交换中心(MSC)14和其中的一个访问位置寄存器(VLR)16。这一MSC/VLR区域12有多个位置区18，这些位置区被定义成MSC/VLR区域12中的这样一个区域，移动台(MS)(终端)20可以在其中自由移动，而不必发送位置更新信息给控制LA 18的MSC/VLR区域12中的那部分区域。每一个位置区被分成许多小区22，移动台(MS)20是其中的物理设备，例如车载电话或其它的便携式电话，移动用户用它跟蜂窝网10通信、互相通信以及跟注册网以外的其他用户通信，不管这些其他用户采用的是有线方式还是无线方式。
MSC 14至少跟一个基站控制器(BSC)23通信，基站控制器23则跟至少一个基地收发信机站(BTS)24保持联系。这里的BTS是一种物理设备，为了简单起见，图中用一个无线电天线塔表示，它为它负责的小区22的那部分地理区域提供无线电覆盖。显然，BSC 23可以连接几个基站24，也可以作为一种标准节点或者跟MSC 14集成在一起。在这两种情况下，BSC 23和BTS 24作为一个整体，通常叫做基站系统(BSS)25。
进一步参考图1，其中的PLMN服务区或者蜂窝网10包括一个归属位置寄存器(HLR)26，它是一个数据库，储存了所有用户的信息，例如储存了用户简档、当前位置信息、国际移动用户识别(IMSI)号和其它管理信息。HLR 26可以跟某一MSC 14在一起，也可以集成在MSC 14中，或者为多个MSC 14提供服务，图1画出了最后这种情形。
VLR 16是一个数据库，其中储存了当前位于MSC/VLR区域12中所有移动台20的信息。如果一个MS 20漫游到一个新的MSC/VLR区域12，跟MSC 14连接的VLR 16就会向HLR数据库26查询移动台20的有关信息(同时将MS 20的当前位置告诉HLR 26)。因此，如果这个时候MS 20的用户想打电话，当地的VLR 16就会有必要的识别信息，而不必询问HLR 26。用前面介绍的方式，VLR 16和HLR 26数据库分别包括给定用户MS 20的各种用户信息。
最近，对于大量的应用来说，确定蜂窝网内MS的地理位置已经变得非常重要。例如，定位服务可以为运输和出租车公司确定它们的汽车的位置。另外，对于紧急呼叫，例如911呼叫，移动终端的准确位置在紧急情况下很可能非常重要。还有，定位服务可以用于确定被盗汽车的位置；还可以用于检测归属区的呼叫，在这一个区域里通话费较低；可以用于检测微小区的繁忙点，或者为用户确定例如最近的汽车加油站、餐馆或者医院。
Dingwall等人的欧洲专利申请EP 0800319A和Suonvieri等人的PCT国际申请WO 97/27711A描述了各种定位方法。例如，如图2所示，收到网络定位请求时，正在为MS 200提供服务的基站系统(BSS)(200和240)产生定位数据，传送给移动交换中心(MSC)260。然后将这一定位数据转发给定位中心(PC)270，计算出MS 200的地理位置。然后将MS 200的位置发送给网络内请求定位的应用280。
为了精确地确定MS 200的位置，需要来自三个相互分开的基站(210、220和230)的定位数据。GSM系统中的这一定位数据包括一个时间提前(TA)值，它对应于MS 200必须提前发送一则消息，以便BTS220能够在分配给MS 200的时隙里收到它的那段时间。但是，显然可以采用任意的距离估计，而不是GSM系统的这一TA值。从MS 200向BTS220发送一则消息时，有一个传输延迟，它取决于MS 200和BTS 220之间的距离。TA值被表示成比特周期，其范围可以是0～63，每一比特周期相当于MS 200和BTS 220之间的大约550米。
一旦确定了BTS 220的TA值，MS 200和这一特定BTS 220之间的距离就知道了，但实际位置仍不知道。例如，如果TA值等于1，MS 200可以是在550米半径的园上的任何位置。从两个BTS例如BTS 210和220给出的两个TA值可以确定MS 200可能位于两个点(这两个园的交点)。然而，利用三个BTS例如BTS 210、220和230的三个TA值，就可以以某种精度确定MS 200的位置。采用三角形算法，已知三个TA值和每一个BTS(210、220和230)的位置数据，定位中心270就可以确定移动台200的位置(以某种精度)。
因此，时间提前(TA)值是从原来(提供服务的)BTS 220和两个相邻(目标)BTS(210和230)获得的。为了使每一个目标BTS(210和230)能够确定TA值，必须向BTS(210和230)中的每一个进行定位切换。定位切换(positioning handover)等价于普通的异步切换(asynchronous handover)。目标BTS，例如BTS 210，利用信道激励(CHANNEL ACTIVATI0N)消息中一个新的激励类型(ACTIVATION TYPE)来区分定位切换和普通切换。跟普通的切换不同，从MS 200收到切换接入(HANDOVER ACCESS)消息时，目标BTS 210只计算TA值，并且不对移动台200做出响应，也就是说，不向MS 200发送任何物理信息。这样，在MS 200的内部计数器停止计时以后，例如320毫秒以后，MS 200将随后返回原来BTS 220分配的信道。
数字GSM系统采用时分多址(TDMA)方式在每一个小区里进行无线电通信。TDMA将每一个频率(载波)分成8个时隙(物理信道)。然后将逻辑信道映射到这些物理信道上去。逻辑信道的例子有业务(语音)信道(TCH)和控制信道(CCH)。在GSM蜂窝网里，业务信道占用一个物理信道，而8个专用控制信道则占用同一个物理信道。
在定位切换的过程中，异步切换一般是从一个业务信道切换到另一个业务信道，或者从一个控制信道切换到另一个控制信道。为了获得必需的数据，占用了目标BTS 230里的信道大约320毫秒。这意味着目标小区的通信容量受到了某种影响。此外，如果目标BTS 230中没有所需类型的空闲信道，就不会发生定位切换。所以，无法从这一个目标BTS 230获得任何定位数据。因此，从一个信道类型到同样的信道类型实施定位切换，例如从一个业务信道切换到另一个业务信道，信道资源没有得到有效的利用。
因此本发明的一个目的是允许从一种信道类型到另一种信道类型实施定位切换，例如从提供服务的BTS的业务信道切换到目标BTS的控制信道，以便有效地利用目标BTS的物理信道。
发明简述
本发明涉及的是通信系统和方法，用于向一个目标基地收发信机站实施定位切换期间，有效地管理物理信道。为达到此目的，可以允许从一种信道类型，例如提供服务的BTS的业务信道，向另一种类型的信道，例如目标BTS的控制信道，实施定位切换。这样做的好处是，当目标小区里一种类型的信道出现拥塞时，可以采用另一种类型的信道，这使得到所需目标BTS的定位切换能够完成并获得需要的数据。一个独立的专用控制信道(SDCCH)是八分之一个物理信道，而一个业务信道(TCH)则占用整整一个物理信道。因此，通过采用SDCCH进行定位切换，就可以有效地利用目标BTS中的物理信道。
附图简述
下面参考附图来介绍这一发明，附图给出了本发明非常重要的示例性实施方案，在后面的说明中将引用这些附图，其中：
图1是普通陆地无线通信系统的一个框图；
图2说明的是一个定位切换的例子，其中的定位数据是由一个目标基地收发信机站获得的，并发射给提供服务的基站控制器；和
图3A和3B是向一个目标基地收发信机站实施定位切换时，一个信道分配过程实例所经历的步骤流程。
优选实施方案详述
下面将参考当前认为是优选的示例性实施方案，介绍本发明的思想。但显然，这些实施方案只是给出了采用本发明的许多优点的一些实例。总的来说，本申请的说明并不是要限定本发明的范围。此外，一些说明可以用于描述本发明的一些特征，但不一定适用于其它特征。
完成了定位切换以后，如图2所示，在MS 200内部计数器给定的一段时间以后，移动台(MS)200返回以前的提供服务的BTS 220的信道(其过程跟平常一样)。根据GSM规范，对于业务信道(TCH)，这一段时间是320毫秒长，对于独立专用控制信道(SDCCH)则是675毫秒长。因此，在定位切换过程中利用TCH给语音带来的中断时间更短。然而，在定位切换过程中采用SDCCH可以更有效地利用信道资源，原因是一个控制信道只是八分之一个物理信道，而一个业务信道则要占用整个物理信道。
此外，最佳信道类型依赖于MS 200的状态，例如要定位的移动台200处于空闲状态(未被使用)，最佳的信道就是SDCCH，而当移动台200处于专用模式(正在使用)时，TCH就是最佳信道。但是，当目标小区250处于拥塞状态时，就不必使用最佳信道。取而代之，可以分配另一种类型的信道来完成定位切换，以便最大程度地延长信道占用时间，并有效地利用信道资源。
现在参考图3A和3B，其中说明的是定位切换过程中信道分配的一个实例。一开始，为移动站200所在的位置区205提供服务的移动交换中心260从定位中心270收到定位请求(步骤300)以后，MSC 260将这一定位请求发送给始发(提供服务的)基站控制器(BSC)240(步骤305)，这里的定位中心270可以位于MSC 260内，也可以是跟MSC 260通信的一个单独的节点。
然后始发BSC 240确定可以用哪些基站(BTS)(210、220和230)来获得时间提前(TA)值(步骤310)，从而精确地确定MS 200的位置。首先，从提供服务的BTS 200(步骤315)获得一个TA值(TA1)，然后通过实施定位切换从其它的目标BTS(210和230)获得两个TA值。
定位切换是由提供服务的BSC 240在一个信道激励消息里向目标BTS 230发送一个新的激励类型来完成的，它告诉目标BTS 230需要进行定位切换(步骤320)。然后目标BTS 230向提供服务的BSC 250确认收到了信道激励消息(步骤325)。
然后，BSC 240通过提供服务的BTS 220发送一个命令给MS 200，要求它发射一则切换接入消息给目标BTS 230(步骤340)。随后，如图3B所示(步骤342)，BSC 240确定最佳类型的信道(TCH或者SDCCH)(步骤345)。如同上文所述，最佳信道的类型取决于定位时的情形。例如，如果MS 200处于空闲模式，最佳的就是一个控制信道，而如果MS 200处于专用模式，最佳的信道类型就是业务信道。
随后，BSC 240确定目标BTS 230是否能够获得最佳类型的信道(步骤350)。如果能够获得，目标BTS 230就分配一个这种信道(步骤355)，并实施定位切换(步骤365)。但如果没有这种信道，BSC 240就确定是否有另一种类型的信道(步骤360)。如果有第二种类型的信道，目标BTS230就分配这一信道(步骤355)，并实施定位切换(步骤365)。
但是，在没有任何类型的信道可用的情况下，BSC 240就必须确定这一区域里是否有任何其它的BTS(没有画出)可以用于定位切换(步骤370)。如果有另一个BTS(没有画出)(步骤372)，BSC 240就通知这一BTS(没有画出)，让它进行定位切换(步骤320)。接下来，为这一目标BTS(没有画出)确定最佳信道类型(步骤345)，并确定这另一个目标BTS(没有画出)有哪种类型的信道(步骤350～365)。如果没有任何BTS能够进行定位切换，BSC 240就必须通过MSC 260告诉定位中心270无法获得定位数据(步骤375)。
如果MS 200在等待目标BTS 230做出响应的时候，例如对于TCH大约320毫秒的过程中，目标小区250中可提供一种类型的信道，目标BTS 230就利用MS 200发射的接入脉冲串，测量时间提前值(接入延迟)(TA3)(步骤380)，并将这一定位数据专发给提供服务的BSC 240(步骤385)。然后提供服务的BSC 250将目标BTS 230(TA3)测得的这一TA值发射给MSC 260(步骤390)。
最后，从目标BTS 230获得的TA值(TA3)，跟其它的TA值(TA1和TA2)，被一起从MSC 260转发给定位中心(PC)270(步骤392)，在这里用三角形算法计算出MS 200的位置(步骤394)。接下来PC 270将MS 200的这一地理位置提供给发出请求的应用(节点)280(步骤396)进一步处理(398)。
本领域里的技术人员会认识到，可以修改本发明的思想并用于各种应用。因此，本专利的范围不应当局限于前面的任何一个具体实施方案。
例如，应当指出上述定位数据的处理可以在所有的蜂窝系统中进行，不应当只局限于GSM系统。在其它的蜂窝系统里，基站控制器功能可以在移动交换中心里实现。

Claims (28)

1.一种通信系统，用于在跟移动交换中心进行无线通信的多个移动终端中给定的一个进行定位切换期间管理信道的分配，该通信系统包括：
跟所述移动交换中心通信的提供服务的一个基地收发信机站；和
跟所述移动交换中心通信的第一个目标基地收发信机站，这第一个目标基地收发信机站有第一种类型的信道，有第一种类型的信道供定位切换使用时，这第一个基站分配第一种类型的信道中的一个信道，没有第一种类型的信道供定位切换使用时，第一个目标基地收发信机站就分配第二种类型的信道之一。
2.权利要求1的通信系统，其中第一种类型的信道是业务信道。
3.权利要求2的通信系统，其中第一种类型的信道占用所述第一个目标基地收发信机站多个物理信道中的一个，在定位切换期间内占用第一种类型信道的时间大约是320毫秒。
4.权利要求1的通信系统，其中第二种类型的信道是独立专用控制信道。
5.权利要求4的通信系统，其中第二种类型的信道占用第一个目标基地收发信机站多个物理信道之一的八分之一，其中占用第二种类型信道的时间大约是675毫秒。
6.权利要求1的通信系统，其中第一种类型的信道是控制信道，第二种类型的信道是业务信道。
7.权利要求1的通信系统，其中当给定移动终端处于空闲模式时，第一种类型的信道是控制信道，当给定移动终端处于专用模式时，第一种类型的信道是业务信道。
8.权利要求1的通信系统，还包括跟所述移动交换中心连接的一个定位中心，所述定位中心发送所述给定移动终端的一个定位请求给这一移动交换中心，该移动交换中心将所述定位请求转发给跟提供服务的基站连接的基站控制器，提供服务的基站确定给定移动终端的第一个定位数据，并通过所述移动交换中心和所述基站控制器发送第一个定位数据给定位中心。
9.权利要求8的通信系统，其中第一个定位数据是一个时间提前值。
10.权利要求8的通信系统，还包括第二个目标基地收发信机站，这第二个目标基地收发信机站确定给定移动终端的第二个定位数据，并通过所述移动交换中心和所述基站控制器发送第二个定位数据给定位中心。
11.权利要求10的通信系统，其中的基站控制器确定第一个目标基地收发信机站和第二个目标基地收发信机站，这第一个目标基地收发信机站确定给定移动终端在定位切换期间的第三个定位数据，第一个目标基地收发信机站通过所述移动交换中心和所述基站控制器发送第三个定位数据给所述定位中心。
12.权利要求11的通信系统，其中的定位中心利用第一、第二和第三个定位数据，计算出给定移动终端的位置。
13.权利要求12的通信系统，其中的定位中心发送给定移动终端的位置信息给定位请求节点。
14.一种方法，用于多个移动终端中给定的一个从提供服务的基站向第一个目标基地收发信机站实施定位切换的过程中，管理信道的分配，给定移动终端跟一个移动交换中心处于无线连接之中，该方法包括以下步骤：
确定第一个目标基地收发信机站的第一种类型的信道，这第一个目标基地收发信机站和提供服务的基站跟所述移动交换中心相互连接；
有第一种类型的信道可用时，第一个目标基地收发信机站分配所述第一种信道类型的所述信道之一，实施定位切换；和
没有第一种类型的信道时，第一个目标基地收发信机站分配第二种类型的信道之一，实施定位切换。
15.权利要求14的方法，其中第一种类型的信道是业务信道。
16.权利要求15的方法，其中第一种类型的信道占用第一个目标基地收发信机站多个物理信道之一，其中在定位切换期间占用第一种类型信道的时间大约是320毫秒。
17.权利要求14的方法，其中第二种类型的信道是独立专用控制信道。
18.权利要求17的方法，其中的第二种信道占用第一个目标基地收发信机站多个物理信道之一的八分之一，占用第二种类型信道的时间大约是675毫秒。
19.权利要求14的方法，其中第一种类型的信道是控制信道，第二种类型的信道是业务信道。
20.权利要求14的方法，其中给定移动终端处于空闲模式时，第一种类型的信道是控制信道，给定移动终端处于专用模式时，第一种类型的信道是业务信道。
21.权利要求14的方法，在确定第一种信道类型之前还包括以下步骤：
跟所述移动交换中心连接的定位中心发送一个定位请求，给所述移动交换中心；
移动交换中心转发所述定位请求给一个基站控制器，这一个基站控制器跟提供服务的基站连接；
提供服务的基站确定给定移动终端的第一个定位数据；和
提供服务的基站通过所述移动交换中心和所述基站控制器，发送第一个定位数据给定位中心。
22.权利要求21的方法，其中确定第一种信道类型的步骤是由所述基站控制器完成的。
23.权利要求21的方法，其中的第一个定位数据是一个时间提前值。
24.权利要求21的方法，在转发所述定位请求的步骤以后，还包括以下步骤：
跟所述移动交换中心通信的第二个目标基地收发信机站确定给定移动终端的第二个定位数据；和
第二个目标基地收发信机站通过所述移动交换中心和所述基站控制器发送第二个定位数据给所述定位中心。
25.权利要求24的方法，在确定第二个定位数据的步骤之前，还包括以下步骤：所述基站控制器确定第一个目标基地收发信机站和第二个目标基地收发信机站。
26.权利要求25的方法，在发送第一个、第二个和第三个定位数据的步骤以后，还包括以下步骤：
所述定位中心利用这第一个、第二个和第三个定位数据计算给定移动终端的位置。
27.权利要求26的方法，在计算步骤以后，还包括以下步骤：
发送给定移动终端的位置信息给一个请求的节点，这一请求的节点跟所述定位中心连接。
28.权利要求25的方法，在分配第二种类型信道的步骤以后，还包括下列步骤：
第一个目标基地收发信机站确定给移动终端在定位切换期间的第三定位数据；和
第一个目标基地收发信机站通过所述移动交换中心和所述基站控制器发送第三定位数据给所述定位中心。
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