CN1130930C - 可变的快速寻呼模式 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于减小分组数据传输延迟的方法和系统，包括从网络经由基站接收数据并分配一个移动台到具有活动模式和可变快速寻呼模式的分组信道。分组数据在活动模式中交换直到第一非活动定时器到期。然后基站和移动台切换到额外分组数据可在其中交换的可变快速寻呼模式，其中可变快速寻呼模式在传输机会间具有比活动模式更大的延迟。可变快速寻呼模式调度特定的被监测用于连续分组的传输和接收的时隙。另外，以后时隙的周期可基于连续分组间的延迟而变化。移动台保持在可变快速寻呼模式直到第二非活动定时器到期或在接收到一个传输机会以及随后的数据传向或传自移动台时。

Description

可变的快速寻呼模式
发明背景
本发明一般涉及无线通信系统，并且更特定地涉及用来允许移动电话快速建立一个上行链路和下行链路媒体接入控制事务的技术和结构。
商用通信系统的增长和具体的蜂窝无线电话系统的全球爆炸性增长，已经驱使系统设计者寻找能增加系统容量和灵活性而不将通信质量降低到超出用户容忍门限的方法。比如移动呼叫可以电路交换方式、分组交换方式、或它们的某些混合方式被路由。为了呼叫路由的目的，已经越来越多希望将移动蜂窝电话网如GSM网结合和融合到因特网协议(IP)网中去。IP网上的话音呼叫的路由常称为“IP上的话音”，或缩略为VoIP。
可以是面向连接的(如X.25)或IP中的“无连接”的分组交换技术不需要物理连接的建立和拆除，这与电路交换技术有明显差别。这减少数据等待时间并提高信道处理相对较短、突发的或交互性的事务的效率。无连接的分组交换网将路由功能分布到多个路由点，这样可避免使用中央交换集线器时可能会发生的业务流量瓶颈。数据采用适当的端系统寻址进行“分组”然后以独立单元沿数据路径传送。位于通信的端系统之间的中间系统，有时称为“路由器”，基于每个分组判断要采用的最合适的路由。路由判决是基于许多特征的，包括最少代价路由或代价度量；链路容量；等待传输的分组数目；链路的安全要求；以及中间系统(节点)运行状态。
图1A示意了用于经过包含了提供移动端系统(M-ES)、移动数据基站(MDBS)和移动数据中间系统(MD-IS)之间的连接性的分组数据协议的空中链路进行通信的代表性体系结构。下面是图1A中组件和考虑到替代的RF技术时各组件的方法的举例描述。
因特网协议/无连接网络协议(IP/CLNP)是无连接的并在整个传统数据网络业内得到广泛支持的网络协议。这些协议独立于物理层且RF技术改变时它优选地不作改动。
安全管理协议(SMP)提供了经过空中链路接口的安全业务。提供的业务包括数据链路保密、M-ES鉴权、密钥管理、接入控制和算法升级/替换。实现替代的RF技术时SMP应保持不变。
无线电资源管理协议(RRMP)提供对移动单元使用RF资源的管理和控制。RRMP及其相关规程对于AMPS RF基础设施是特定的并需要基于所实施的RF技术而变化。
移动网络注册协议(MNRP)与移动网络定位协议(MNLP)协力用来允许移动端系统进行适当的注册和鉴权。使用替代的RF技术时MNRP应不变。
移动数据链路协议(MDLP)提供MD-IS和M-ES间的有效数据传送。MDLP支持有效的移动系统移动、移动系统能量节省、RF信道资源共享和有效差错恢复。使用替代的RF技术时MDLP应不变。
媒体接入控制(MAC)协议和相关规程控制M-ES用来管理RF信道的共享接入的方法。该协议和功能由替代的RF技术提供。
使用上述协议的演变中的分组数据系统可能支持两种类型的用于分组数据传输的RF信道：分组控制信道(PCCH)和分组业务信道(PTCH)。PCCH可以是点到点或点到多点信道。该信道就是移动台预占的信道(即移动台在那里读广播和寻呼信息并且在那里移动台具有随机接入和保留接入的机会)。另一方面PTCH是点到点、只保留接入的信道。本领域的技术人员可以理解，RF信道可提供分组数据业务或话音业务或者可同时提供分组数据和话音业务。
图1B示意了传统移动台运行于比如图1A示意的协议体系结构中的状态图。一被激活，移动台就选择预占的PCCH。若一个小区中存在多个PCCH，则移动台可依靠如移动台的识别符来选择其中之一。例如，若移动台的识别符的最低有效位是00，则移动台选择一个PCCH；若移动台的识别符的最低有效位是01，则选择另一个PCCH，等等。通过以上述方式选择PCCH，寻呼业务可扩展到所有可用的PCCH。
在移动台为上行链路数据传输而基于争用接入后，或在为下行链路数据传输从网络接收移动终端数据后，网络为了建立一个MAC事务如分组传输的会话，就(经由基站)将移动台调向一个特定的PTCH。一在PTCH上，移动台就进入活动模式101并且网络就为特定的移动台调度资源以完成保留接入模式中的MAC事务。
当移动台已完成MAC事务且通常位于移动台的可配置的非活动定时器到期(一般在1秒的非活动时间后)时，移动台就离开PTCH的保留接入模式，并返回预占在原来的PCCH且最终进入休眠模式103。当移动台处于休眠模式时，移动台通过定期关闭然后打开其收发信机的电源来保存电池寿命，以致PCCH能被基于周期地而非持续地监测到。
在从网络接收到额外的下行链路数据后，若移动台已经进入休眠模式，则为了开始一个下行链路MAC事务，基站将在一个指定时隙寻呼移动台。可替代地，若移动台不处于休眠模式，即仍在PTCH上活动，基站就在下一个可用的保留时隙开始MAC事务。
特定用户的业务，如VoIP，包括保留接入信道上的敏感时间约束。即，连续分组的传输和/或接收当中的时延能对如话音质量有可观察到的和不期望的服务质量(QoS)影响。
对于上行链路MAC事务，连续分组间的延迟可由于移动台必须等待基站调度的下一基于争用的接入机会而引起。移动台也必须等待所请求的基于争用的上行链路接入的响应直到它可利用其所有能力。另外，在基于争用的接入机会之上可能会发生冲突。即，若多个移动台想同时发送MAC请求，则至少其中一个移动台将停止其请求并延迟直至有下一次基于争用的机会。该停止和延迟规程造成连续的MAC事务的延迟存在无法预料的变化。
对于传统的下行链路MAC事务，非活动定时器能使移动台脱离活动模式101并进入休眠模式103。若上一次上行链路或下行链路的活动发生以来的时间已超过一个预定值，即非活动定时器到期，则移动台将进入休眠模式并仅监测其识别符给出的超帧阶段中特定的寻呼时隙。一旦移动台进入休眠模式，到建立下行链路MAC事务的延迟取决于到下一寻呼机会的时间。该延迟可以通过增加休眠模式启动前的非活动定时器的长度来部分地避免。虽然该技术可减少连续分组间的延迟，但它也增大了移动台接收非时间关键应用时间段内电池消耗的速率。此外，对带宽的需求也会增长，这将减少基站的容量。
在创建上行链路MAC事务时，操作者可配置MAC以便大多数上行链路MAC事务被创建为无界限事务。即，来自移动台应用的更多数据可加入来扩展已存在的事务。然而，一旦来自移动台发送缓冲区的数据已经降低到预定值之下，该事务就不再扩展。对于时延敏感应用，或要求高QoS的高级端用户，上述的延迟概率将影响需要发送的下一上行链路数据。
因此，需要一种系统和一种方法，考虑到碰撞概率和时延变化能减轻基于争用的延迟对于上行链路数据的影响。此外，需要一种系统和方法能克服下行链路数据的寻呼延迟而仍然提供合理的电池保存技术且不牺牲延迟响应时间。
对于其他传统系统，如无线局域网(WLAN)，休眠模式用来最小化移动台的无线终端适配器的电池消耗。然而，因为进入和终止休眠模式时较长的反应时间，休眠模式的使用会引入实时应用如VoIP无法接受的延迟。移动台的延迟多数是因为碰撞可能而网络基站的延迟多数是因为寻呼时延，及在进入和退出休眠模式前需要在空中接口上进行的信令传输的时延。因而，需要最小化实时应用期间移动台的电池消耗而且还需要最小化延迟响应时间。
发明概要
本发明提供了用于减小分组数据传输延迟的方法和系统，包括从网络经由基站接收数据并分配一个移动台到具有活动模式和可变快速寻呼模式的分组信道。分组数据在活动模式中交换直到第一非活动定时器到期。然后基站和移动台切换到额外分组数据可在其中交换的可变快速寻呼模式，其中可变快速寻呼模式在传输机会间具有比活动模式更大的延迟。可变快速寻呼模式调度特定的被监测用于连续分组的传输和接收的时隙。另外，以后时隙的周期可基于连续分组间的延迟而变化。移动台保持在可变快速寻呼模式直到第二非活动定时器到期或在接收到一个传输机会以及随后的数据传向或传自移动台时。
按照本发明的一个发明，提供了一种用于减小分组数据的无线传输延迟的方法，包含：接收在移动台与基站间传输的数据；分配该移动台到一个分组信道；为第一模式中的该移动台保留多个第一传输机会；在该第一模式中多个第一传输机会的至少一个机会期间在该移动台与该基站间交换数据；在同该移动台交换数据后启动定时器；当该定时器超过门限值时为第二模式中的该移动台保留多个第二传输机会；并且监测所说的多个第二传输机会来检测发送的额外数据；其中该第二模式在连续传输机会间具有比该第一模式更大的延迟。
按照本发明的另一方面，提供了一种用于减少分组数据的传输延迟的方法包含：在接收到分组数据后启动一个定时器；当该定时器超过第一门限值时进入快速寻呼模式；在所说的进入该快速寻呼模式后启动第二定时器；并且当该第二定时器超过第二门限值时退出该快速寻呼模式。
以及按照本发明的又一发明，提供了一种基站包含：用于在分组控制信道和分组数据信道中至少一个信道上传输信息的收发信机；用于在该收发信机要发送的消息中包括快速寻呼模式类型指示符的处理器；以及用于检测一个来自移动台的上行链路开始帧以建立一个媒体接入控制MAC事务的检测器。
附图简述
本发明的上述目的和特征可通过下面参考附图对优选实施方案的描述看得更加清楚，其中：
图1A示意了用于经过空中链路进行通信的协议体系结构；
图1B示意了用于传统移动台的状态图；
图2示意了本发明的基站和移动台间示范信号图；
图3示意了本发明的示范实施方案的移动台的状态图；
图4A和4B示意了本发明的示范实施方案的信号和时序图；
发明详述
在下面的描述中，出于解释而非限制的目的，提出了特定的细节，如特定电路、电路组件、技术等等，以便提供对本发明彻底的理解。然而，本领域内的技术人员可以理解本发明在脱离这些特定细节的其他实施方案中同样可实现。在其他范例中，众所周知的方法、设备和电路的详细描述都省略掉以免模糊本发明的描述。
这里讨论的示范无线通信系统描述为使用时分多址接入(TDMA)协议，即基站与移动终端间的通信在很多时隙中进行。然而，本领域的技术人员可以理解这里公布的概念可在其他协议中使用，包括，但不局限于，频分多址接入(FDMA)、码分多址接入(CDMA)、时分双工(TDD)，或任何上述协议的某些混合方式。
图2示意了本发明的基站与移动台间的示范信号传输图。基站接收到指定传送给移动台的包含严格时间约束220的数据。在本发明的示范实施方案中，基站或移动台基于接收自高层如层1的业务接入点(SAP)数据或附带在指定到移动台的数据上的额外数据，决定对指定到移动台的数据的严格时间约束。可替代地，路由器或其他下层承载体检测到指定传输的数据类型并且若需要的话就向基站通报严格时间约束。
然后通过在PCCH上发送信道重新分配消息222命令移动台调向PTCH，基站建立MAC事务。可替代地，MAC事务可能在PCCH上发生，这取决于PTCH上承载的业务量和指定传输的数据量。在此例中，对MAC事务的PCCH剩余的判决由基站中的调度功能进行。信道重新分配消息222包括：(1)PTCH的频率；(2)使用的FPM的类型；(3)阶段，即使用哪个时隙；(4)进入非确认或确认模式；并且(5)FPM非活动定时器值(T2)。基站使用的快速寻呼模式(FPM)的类型指的是用于移动台接收重新分配消息的上行链路和下行链路MAC事务机会的初始周期性。FPM类型还向移动台显式或隐式地提供关于发送机会的周期作为最后接收到/传输一个分组后的非活动时间的函数变化方式的信息。本领域内的技术人员可以理解这一方案有很多实现方法。比如，重新分配消息中的FPM字段的值可为1-4。其中每个值都映射到移动台的一个存储区域，该区域将包含初始周期和公式或查找表用来计算作为非活动时间函数的可变周期。另外，本领域内的技术人员可以理解重新分配消息之外的其他消息也可以用来通知有FPM特征的移动台。该消息可加在发送给移动台的已存在消息之后或者可显式地发送。
图3示意了用于本发明的示范实施方案的移动台的状态图。一旦接收到包括FPM类型的重新分配消息，该消息表示请求以具有严格时间约束的业务质量(QoS)、基于来自移动台的上行链路数据或来自网络的下行链路数据建立MAC事务，例如它是时延敏感的，则移动台就进入活动模式302。在此示范实施方案中，在活动模式302中，移动台调向分组业务信道(PTCH)去发送和/或接收分组数据。第一非活动定时器(T1)到期时，比如在一秒不活动后，移动台保持在PTCH上并寻求进入FPM306。
为了确保移动台和基站在快速寻呼模式中同步，快速寻呼搜索模式304在进入FPM状态306前就启动。在快速寻呼搜索模式中移动台为了与基站FPM阶段同步而监测下行链路数据。同步移动台FPM和基站FPM的示范方法是要求移动台检测基站发送的预定数目的FPM下行链路信号。同步移动台FPM和基站FPM的另一示范方法是将FPM识别符显式地编码进基站发送的下行链路帧。然后，当移动台在与其FPM类型相关的下行链路突发中读到FPM识别符时，就会与基站同步。
一旦移动台与基站的FPM阶段同步，移动台就进入FPM状态306。对于快速寻呼搜索模式304，若移动台具有将发送到基站的上行链路数据或者若移动台检测到目的地是移动台的数据，则移动台就回到活动模式302。在FPM308中，一旦基站已经调度移动台用于MAC事务，移动台也要回到活动模式302。
在FPM状态中，移动台以FPM类型指示的预定可变周期监测下行链路时隙。然后基站能在预定时隙发送未决的下行链路数据(如果存在)到移动台而不需要花费时间的呼叫规程来建立MAC事务。为了接收来自基站的下行链路数据移动台监测预定FPM时隙。基站使用与移动台相同的预定可变周期，且将调度移动台用于上行链路数据事务，而无需移动台为了建立MAC事务去进行基于争用的接入尝试。移动台能建立随后的MAC事务，这只需要在预定时隙当中简单地发送一个开始帧，该时隙可使用其分配的FPM类型和测量的非活动性指示的可变周期识别。一旦建立了上行链路或下行链路MAC事务，移动台就回到活动模式302。
当移动台处于FPM306中，若FPM非活动定时器(T2)超时307，如30秒后，则移动台将进入传统的休眠模式308。在休眠模式308当中，若移动台检测到请求基于来自移动台的上行链路数据或来自网络的下行链路数据建立MAC事务，然后移动台就再次进入活动模式302。
在本发明的替代实施方案中，移动台请求进行来自基站的经由显式信令的FPM操作，该信令比如在一个MAC事务后面预定的非活动周期后发送。在FPM请求中，移动台可包括FPM参数，比如FPM类型，和/或请求的上行链路机会数量。在这一替代实施方案中，基站确认FPM请求并且若可能就开始发送传输机会指示给FPM中的移动台。
为进一步解释本发明相关的概念，图4A和图4B示意了本发明的示范实施方案的信号和时序图。关于本发明的基站和移动台的下行链路操作，在430处数据从网络接收到且基站检测到预料有较高的QoS。通过在432发送前述的包括了基站和移动台将使用的FPM类型指示的重新分配消息，基站重新分配移动台到PTCH。为响应来自基站的重新分配消息，移动台调向PTCH434。下行链路数据和上行链路数据(如果有)在436按照MAC事务保留调度进行交换。在MAC会话的最后一次传输后，第一非活动定时器(T1)开始。若没有更多数据要发送，第一非活动定时器到期而FPM在438开始。移动台与基站的FPM同步并且在440监测用于下行链路数据的预定时隙。当有下行链路数据时，移动台检测启动下行链路MAC事务的下行链路开始帧。同时，基站为移动台调度上行链路而不管移动台是否将使用该上行链路时隙。在指定的时隙，基站判断移动台是否已发送用于上行链路MAC事务的上行链路开始帧。
现在参考图4B，只要FPM非活动定时器(T2)不超时，下行链路和上行链路机会442和444就重复进行，此时移动台进入休眠模式。在本发明的示范实施方案中，连续事务间的周期(由454表示)随经过的非活动时间增长而增加。当移动台被通报了FPM的类型时，移动台就接收描述基站支持的、相对经过的FPM非活动时间的不同周期级别的信息。即，一旦FPM开始，下行链路和上行链路事务机会的周期将基于连续事务间的非活动时长而变化。此外，因为FPM类型先于FPM启动就从基站传送给移动台，所以移动台可预料到周期性变化而无需从基站得到更多指示。
通过在处于FPM中时变化延迟，要求较高QoS的移动台可接收到有较高QoS的信号而节省电池能量。这部分是因为不要求移动台保留在活动模式中接收较高QoS而得到。另外，本发明利用了可用于非延迟敏感以及延迟敏感业务的共享分组数据信道。因为可变FPM为移动台保留了特定的时隙，延迟的可变性和传统系统中的寻呼延迟问题都可被克服。应该注意到当传输机会间的时间增加时，MAC事务消耗的延迟也增加。然而，用户察觉的延迟增加而引起的影响一般与非活动时间长度成反比。此外，需要额外事务的可能性也与非活动时间长度成反比。
前面已经描述了本发明的原理、优选实施方案和运行模式。然而，本发明不应该被理解为局限于上面讨论的特定实施方案。虽然提供的上述实施方案采用TDMA，但是本领域内的技术人员可以理解本发明也可使用在多种不同协议如CDMA、FDMA、TDD等中的任何协议。

Claims (18)

1.一种用于减小分组数据的无线传输延迟的方法，包含：
接收在移动台与基站间传输的数据；
分配该移动台到一个分组信道；
为第一模式中的该移动台保留多个第一传输机会；
在该第一模式中该多个第一传输机会的至少一个机会期间在该移动台与该基站间交换数据；
在同该移动台交换数据后启动定时器；
当该定时器超过门限值时为第二模式中的该移动台保留多个第二传输机会；并且
监测所说的多个第二传输机会来检测发送的额外数据；
其中该第二模式在连续传输机会间具有比该第一模式更大的延迟。
2.权利要求1的方法，其中该数据在上行链路信道上传输。
3.权利要求1的方法，其中该数据在下行链路信道上传输。
4.权利要求1的方法，其中该保留所说的多个第二传输机会的步骤包括调度至少一个时隙用于该第二模式中所说的多个第二传输机会中的每个机会。
5.权利要求1的方法，其中该保留所说的多个第一传输机会的步骤包括调度至少一个时隙用于该第一模式中所说的多个第一传输机会中的每个机会。
6.权利要求4的方法，其中所说的调度的至少一个时隙周期是可变的。
7.权利要求1的方法，其中若来自该数据的业务质量级别超过了门限级别，则该分配步骤利用指示与该第二模式相关的类型的消息分配该移动台到该分组信道。
8.权利要求1的方法，其中该第一模式是活动模式且该第二模式是快速寻呼模式。
9.权利要求5的方法，其中该第二模式是可变快速寻呼模式。
10.权利要求1的方法，该方法还包含：
在所说的进入该第二模式后启动第二定时器；并且
当该第二定时器超过第二门限值时退出该第二模式。
11.权利要求10的方法，其中该退出步骤退到休眠模式。
12.一种用于减少分组数据的传输延迟的方法包含：
在接收到分组数据后启动一个定时器；
当该定时器超过第一门限值时进入快速寻呼模式；
在所说的进入该快速寻呼模式后启动第二定时器；并且
当该第二定时器超过第二门限值时退出该快速寻呼模式。
13.权利要求12的方法，其中该退出步骤退到休眠模式。
14.权利要求12的方法，其中该快速寻呼模式向该移动台提供有可变周期的对空中接口资源的保留接入。
15.一种基站包含：
用于在分组控制信道和分组数据信道中至少一个信道上传输信息的收发信机；
用于在该收发信机要发送的消息中包括快速寻呼模式类型指示符的处理器；以及
用于检测一个来自移动台的上行链路开始帧以建立一个媒体接入控制MAC事务的检测器。
16.权利要求15的基站，其中该快速寻呼模式类型指示符向移动台通报与该移动台的接入机会相关的可变周期。
17.权利要求15的基站，其中当该信息与比门限要大的业务质量要求相关时该处理器包括该快速寻呼模式类型指示符。
18.权利要求15的基站，其中该开始帧由该移动台在一个预定的时隙期间发送。
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