CN1144493C - 系统登记和网孔重选的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种当一个移动站首次进入支持分组数据信道的通信系统时登记该移动站的方法。该移动站接收在数字控制信道上广播的系统信息。然后该移动站被分配到一个信标分组数据信道，通过这个信标分组数据信道将该移动站登记到该通信系统上。

Description

系统登记和网孔重选的方法
                          发明背景
申请人的发明涉及电信技术，特别是涉及例如，诸如以各种模式(模拟、数字、双模式等)操作的蜂窝和卫星无线系统之类的无线通信系统，和诸如频分多址连接(FDMA)、时分多址连接(TDMA)、码分多址连接(CDMA)、FDMA/TDMA/CDMA混合多址连接的连接技术。
在北美，数字通信和诸如TDMA的多址连接技术经常由被称为数字先进移动电话服务(D-AMPS)的数字蜂窝无线电话系统所使用，其某些特征是在电信工业协会和电子工业协会(TIA/EIA)公布的暂行标准TIA/EIA/IS-54-B，“双模式移动站-基站兼容标准”中予以规定的，将该标准援引于此以资参考。因为现存有大量的用户，基于仅操作在以频分多址连接(FDMA)的模拟范畴的设备，所以TIA/EIA/IS-54-B是一个双模式(模拟和数字)标准，提供模拟与数字通信能力的兼容性。例如，TIA/EIA/IS-54-B标准提供FDMA模拟话音信道(AVC)和TDMA数字话务信道(DTC)两种。AVCs和DTCs是通过调频无线载波信号实现的无线载波信号具有800Mhz左右的频率使每个信道具有30KHz宽度。
在TDMA蜂窝无线电话系统中，每个无线信道被分为一系列时隙，每个时隙含有来自数据源，例如话音的数字编码部分的信息脉冲串。这些时隙被分组为具有预定持续期的连续TDMA帧。在每个TDMA帧中的时隙数量是与可以同时共享该无线信道的不同用户的数量有关。如果在一个TDMA帧的每个时隙被分配给不同的用户，则一个TDMA帧的持续期是分配给该相同用户的连续时隙之间的时间最小值。
通常分配给相同用户的连续时隙在无线载波上是不连续的时隙，它们构成用户的数字话务信道，该信道可以被认为是分配给该用户的逻辑信道。正如在下面更为详细地描述的那样，数字控制信道(DCC)还可以设置用于传送控制信号，和这样一种DCC，是由通常在无线载波上非连续时隙的系列构成的逻辑信道。
在如上所述的许多可能的TDMA系统的仅一种中，TIA/EIA/IS-54-B标准提供每个TDMA帧由6个连续时隙组成和具有40ms(毫秒)的持续期。因此，取决于用于数字编码通话的话音编码器/解码器(编解码器)的源速率，每个无线信道可以传送从3到6个DTC(例如，3到6个电话通话)。这样的编解码器既可以工作在全速率也可以工作在半速率。全速率DTC要求按半速率DTC规定的时间周期的两倍那么多的时隙，和在TIA/EIA/IS-54-B中，每个全速率DTC利用每个TDMA帧的两个时隙，即，一个TDMA帧的6个时隙的第1和第4、第2和第5、或第3和第6。每个半速率DTC利用每个TDMA帧的1个时隙。在每个DTC时隙期间，324个比特被发送，这324个比特中的主要部分260个比特被分配用于编解码器的话音输出，包括用于话音输出的纠错编码比特，和其余比特被用于保护时间和诸如同步用途的额外开销信令。
可以看出，TDMA蜂窝系统工作在缓冲器和脉冲串，或不连续传输模式下，每个移动站仅在其被分配的时隙期间发送(和接收)。例如在全速率下，移动站可能在时隙1期间发送，在时隙2期间接收，在时隙3期间空闲，在时隙4期间发送，在时隙5期间接收，在时隙6期间空闲，和然后在连续TDMA帧期间重复该周期。因此，可能是电池供电的移动站可以被关断，或睡眠，以便当其既不发送也不接收的时隙期间实现节电。
除话音或话务信道外，蜂窝无线通信系统还提供用于基站和移动站之间传送呼叫建立消息的寻呼/连接，或控制的信道。例如，按照TIA/EIA/IS-54-B，有21个专用模拟控制信道(ACC)，该信道具有位于800MHz左右的用于发送和接收的预定频率。因为这些ACC总能在相同的各频率上被找到，所以这些频率很容易地被移动站定位和监视。
例如，在空闲状态下(即，被接通但没有工作或接收呼叫)，在TIA/EIA/IS-54-B系统中的一个移动站调谐到和定期的监视最强的控制信道(一般，该移动站此刻所处在的网孔的控制信道)和通过相应的基站可以接收或开始一个呼叫。当移动到各网孔之间同时处于空闲状态时，该移动站将很可能“丧失”与“老”网孔的控制信道的无线连接和调谐到“新”网孔的控制信道。对控制信道的开始的调谐和而后的重复调谐两者是通过在它们的已知频率上扫描所有可用控制信道找到最佳控制信道自动实现的。当找到具有好的接收质量的控制信道时，该移动站保持调谐的这个信道，直至质量重新恶化为止。以这样的方式，移动站保持与系统的“接触”。
虽然处于空闲状态中，移动站也必须监视控制信道，以便对其寻址的寻呼消息。例如，当一个始发电话(陆地线路的)用户呼叫一个移动用户时，该呼叫被从公共交换电话网(PSTN)传送到分析拨号号码的移动交换中心(MSC)。如果该拨号号码是有效的，则该MSC请求某些或所有无线基站通过利用其相应的各个控制信道发送含有该被叫移动站的移动识别号码(MIN)的寻呼消息寻呼该被叫移动站。每个接收到寻呼消息的空闲移动站比较接收的MIN和其自己存储的MIN。与存储的MIN相匹配的移动站通过控制信道(一般是该移动站接收对应寻呼消息的相同控制信道)发送寻呼响应到基站，基站转移该寻呼响应到MSC。
当接收到寻呼响应时，MSC选择一个AVC或DTC分配给接收该寻呼响应的基站，转换到该基站中的一个对应的无线接收机，和使得该基站经控制信道发送一个消息到该被叫移动站，指令该被叫移动站调谐到该被选择的话音或话务信道。一旦该移动站已经调谐到被选择的AVC或DTC，则对于该呼叫的整个连接就被建立起来。
由TIA/EIA/IS-54-B规范的具有ACC的系统性能已经在按TIA/EIA/IS-136规范的具有数字控制信道(DCC)的系统上被改善了，TIA/EIA/IS-136规范的系统特别地援引在这里以资参考。按新的格式和处理的具有DCC这样系统的一个例子公开在于1992年10月5日申请的，发明名称为“Digital Control Channel”的美国专利申请No.07/956640中，该专利申请被援引于此以资参考。利用这种DCC，每个TIA/EIA/IS-54-B的无线信道仅可以传送DTC，仅可以传送DCC，或DTC和DCC两者的混合。在TIA/EIA/IS-136的体制中，每个无线载波频率可以具有多达3个全速率DTC/DCC，或6个半速率DTC/DCC，或任何其之间的组合，例如，一个全速率和4个半速率DTC/DCC。
在蜂窝电话系统中，要求一种空中链路协议，以便允许移动站与基站和MSC通信。该通信链路协议被用于开始和接收蜂窝电话呼叫。该通信链路协议一般指的是通信工业中的2层协议，和其功能性包括限定，或构成层3消息。这层3消息可以在驻留在移动站和蜂窝交换系统范围内的各通信层3的匹配实体之间发送。物理层(层1)规定物理通信信道的参数，例如，无线频率间隔、调制特性等等。层2规定对于在物理信道各限制中的信息精确传输的必要技术，例如，纠错和检测等等。层3规定利用层2协议通过物理信道所发送的信息的接收和处理的各种程序。
各移动站和蜂窝交换系统之间的通信(各基站和MSC)可以一般地参照图1和图2进行描述。图1示意性地表示出多个层3消息11、层2帧13、和层1信道脉冲串或时隙15。在图1中，对应于每个层3消息的每组信道脉冲串构成一个逻辑信道，和如上所述，对于一个规定的层3消息的信道脉冲串在TIA/EIA/IS-136载波上通常可能不是连续的时隙。另一方面，只要一个时隙结束，下一个时隙可能开始，则信道脉冲串可能是连续的。
每个层1的信道脉冲串15含有完全的层2的帧，以及其它信息，例如，纠错信息和其它用于层1或层2操作的其它额外开销信息。每个层2帧含有至少一部分层3的消息以及用于层2操作的额外开销信息。虽然在图1中没有指出，每个层3消息可能包括各种信息单元，这些信息单元可以是消息的有效负荷、用于识别相应消息类型的标题部分、和可能的填充比特。
每个层1脉冲串和每个层2帧被分为多个不同的字段。具体地，在每个层2帧中的一个有效长度数据字段中至少含有层3消息11的某些部分。因为层3消息取决于含在层3消息中的信息量具有可变的长度，多个层2帧可能需要一个单一的层3消息进行传输。结果，因为信道脉冲串和层2帧之间存在着一一对应关系，多个层1信道脉冲串也可能需要整个的层3消息进行传输。
如上所述，当多于一个信道脉冲串被要求发送一个层3消息时，一般所要求的脉冲串是在无线信道上不连续的脉冲串。再有，若干个脉冲串甚至于一般不是集中在用于传送层3消息的特定逻辑信道上的连续脉冲串。因为接收、处理和应答每个被接收的脉冲串需要时间，所以对于层3消息的传输所要求的脉冲串通常是以一种分段格式进行发送的，正如在图2(a)中示意性表示和上面结合TIA/EIA/IS-136标准所描述的那样。
图2(a)表示在无线信道上发送的包括连续时隙1、2、…的按照连续时隙1、2、…组成的正向(或下行链路)DCC的一般的例子。这些DCC时隙可以在如由TIA/EIA/IS-135规定的无线信道上被限定，和可以由例如如图2(a)所示的在一系列连续时隙中的每个第9时隙组成。每个DCC时隙具有可能是或可能不是6.67ms的持续期，该持续期是按照TIA/EIA/IS-136标准的DTC时隙的长度。
如图2(a)所示，各个DCC时隙可以组成超帧(SF)，和每个超帧包括多个传送不同种类信息的逻辑信道。一个或多个DCC可以被分配给在该超帧中的每个逻辑信道。在图2(a)中示例性的下行链路超帧包括3个逻辑信道：包括6个用于额外开销的连续时隙的广播控制信道(BCCH)；包括一个用于寻呼消息时隙的寻呼信道(PCH)；和包括一个用于信道分配和其它消息时隙的连接响应信道(ARCH)。在图2的示例性超帧中的其余时隙可以是专用于其它逻辑信道的，例如附加寻呼信道PCH或其它信道。因为移动站的数量通常大大地多于在该超帧中的时隙数量，所以每个寻呼时隙被用于若干个共享某些唯一特征，例如，MIN的最后数字的各移动站的寻呼。
图2(b)表示正向DCC的时隙一种优选信息格式。图2(b)表示每个相同字段所要求的比特数。在同步(SYNC)信息中发送的比特以常规的方式用于保证CSFP和DATA字段的精确接收。SYNC信息传送由基站利用的预定的比特码型，以便确定该时隙的开始。SCF信息用于与随机连接信道(RACH)的层2操作一起由移动站使用，请求接入系统。CSFP信息传送一个编码的超帧相位值，使得各个移动站确定每个超帧的开始。这刚好是在正向DCC的时隙中的信息格式的一个例子。
为了有效睡眠模式操作和快速网孔选择的目的，BCCH可以被分为若干个子信道。美国专利申请No.07/956640公开了一种BCCH结构，该结构使得在移动站被接入系统(发送或接收一个呼叫)前，当其被接通时(当移动站被锁定到一个DCC时)，允许该移动站读出信息的最低量。在被接通后，空闲的移动站需要仅定期地监视其被分配的各PCH时隙(每个超帧中通常一个时隙)，该移动站在其它时隙期间可以睡眠。该移动站的用来读出寻呼消息的时间和其用来睡眠的时间的比率是可控的和代表了呼叫建立延迟与功耗之间的一种折衷。
因为每个TDMA时隙具有某种固定的信息传送容量，如上所述每个脉冲串一般仅可以传送层3的一部分。在上行链路方向，多个移动站在竞争的基础上试图与系统通信，同时多个移动站监听在下行链路方向从系统发送的层3的消息。
数字控制和话务信道是所希望的，因为它们支持移动单元的较长的睡眠周期，从而导致较长的电池寿命。再有，数字控制信道和数字话务信道对于优化系统容量和支持分层网孔结构，即宏网孔、微网孔、微微网孔等结构具有扩展的功能。术语“宏网孔”一般涉及具有与常规蜂窝电话系统中的网孔大小(例如，至少大约1公里半径的)可比较的网孔，和术语“微网孔”和“微微网孔”一般涉及逐步小些的网孔。例如，一个微网孔可能覆盖一个公共的室内或室外区域，例如一个会议中心或一条商业街，和微微网孔可能覆盖一个办公楼的大厅或一个高层建筑的一层。从相应的无线覆盖来说，各宏网孔、微网孔和微微网孔可以互相区分或者可以互相重叠，以处理不同的话务模式或无线环境。
图3表示一个示例性的分层或多层的蜂窝系统。由6边形代表的综合宏网孔10构成一个重叠的蜂窝结构。每个综合网孔可以包括下面的微网孔。综合网孔10包括由点划线圈起来的区域表示的微网孔20和对应于沿城市街道的区域的由短划线圈起来的区域表示的微网孔30，和覆盖一个建筑物的个别楼层的微微网孔40、50、和60。由微网孔20和30覆盖的两个城市街道的交叉点可能是一个话务集中的区域，和因此可能代表一个热点。
图4表示一个示例性蜂窝移动电话系统的方框图，包括示例性的基站110和移动站120。该基站包括连接到MSC上的控制和处理单元130，该MSC又被连接到PSTN(未示出)上。
基站110通过受控制和处理单元130控制的话音信道收发信机150处理多个话音信道。另外，每个基站包括可能处理多于一个控制信道的一个控制信道收发信机160。控制信道收发信机160受控制和处理单元130的控制。控制信道收发信机160通过基站划网孔的控制信道向被锁入该控制信道的各个移动站广播控制信息。将被理解为，收发信机150和160可以按单一的装置来实现，类似共享相同无线载波频率的使用于DCC和DTC的话音和控制收发信机170。
移动站120在其话音和控制收发信机170中在控制信道上接收到信息广播。然后，处理单元180评价所接收的包含各网孔特征的控制信道信息，这些网孔是该移动站锁定在其上的侯选网孔，和确定该移动站应当锁定在哪个网孔上。有益地是，接收的控制信道信息不仅包含涉及与其相连网孔的绝对信息，而且还包含涉及邻近该网孔的其它与控制信道相连的各网孔的相关信息，正如在授予Raith等人的名称为“Method andAppararus for Communication Control in a Radiotelephone System”的美国专利No.5353332中所描述的那样。
为了增加用户的“交谈时间”，即增加移动站的电池寿命，可以设置数字正向控制信道(基站到移动站)，这种控制信道可以传送当前模拟控制信道(FOCC)规定的消息类型，而且当锁入FOCC时，在一种格式中，允许空闲移动站读出额外开销消息，此后仅当信息被改变时，在所有其它时间该移动站都睡眠。在这样的系统中，某些类型的消息可以由各个基站比其它类型的消息更为频繁地广播，和各移动站不需要读出每个广播的消息。
由TIA/EIA/IS-54-B和TIA/EIA/IS-135标准规定的系统使用电路交换技术，该技术是建立全部物理连接的一种“有向连接”通信和只要是通信终端系统有交换的数据就保持连接。作为一种开路管道型的电路交换业务的直接连接，允许各终端系统利用任何一种它们认为合适的电路。虽然电路交换数据通信可以很好地适应恒定带宽的应用，但对于低带宽和“突发通信”应用来说是相对低效率的。
可以是有向连接(例如，X.25)或“无连接”(例如，Internet协议“IP”)的分组交换技术，不要求建立和拆开物理连接它与电路交换技术相反。这减少数据等待和在处理相对短的突发通信，或交互内部事物处理中，增加了信道效率。无连接的分组交换网分配路由功能到多个路由地点，从而避免了可能出现的通信业务的瓶颈现象，而当利用中央交换中枢时这种瓶颈现象是可能出现的。数据利用适当进行编址的终端系统被“分组”和然后被沿数据通路上的各个独立单元进行发送。被配置在通信终端系统之间有时被称为“路由选择器”的各中间系统以每个分组数据为基础作出关于采取的最适合路由的判断。路由判断是根据多个特征进行的，包括：最小成本路由或成本度量；链路容量；等待传输分组数据的数量；链路的保密要求；和中间系统(节点)的操作状态。
与单一电路建立不同，计入通路度量的分组传输提供应用和通信的灵活性。另外，最标准的局域网(LAN)和广域网(WAN)已被包括在配合的环境中。分组交换适合于数据通信，因为许多应用和所用的设备，诸如带键盘的终端是交互的和发送脉冲串数据。当用户输入多个数据到终端或暂停想问题时，代之以信道是空闲的，分组交换从若干个终端穿叉多个传输到该信道。
由于通路的独立性和路由选择器的能力，在网络节点故障的事件中，分组数据提供更多网络坚轫性。因此，分组交换允许更有效地利用网络链路。分组技术使终端用户根据所传输的数据量而不是连接时间提供计费选择。如果终端用户的应用已经被设计为有效使用空中链路，则发送的分组数据数量将是最小的。如果每个个别用户的通信量被保持为最小，则服务提供者有效地增加网络的容量。
分组网络通常设计和根据工业领域时间标准，诸如开路系统接口(OSI)模块或TCP/IP协议栈式存储器。这些标准无论形式上还是实际上已经被开发了许多年，和这些协议的应用是很容易的。各个网络标准的主要目的是实现与其它网络的互连。Internet是这种网络标准为此目的当今最明显的例子。
类似Internet或协作的LAN的分组网络是当今商业和通信环境的综合通路。由于移动通信被广泛用于这些环境中，诸如利用TIA/EIA/IS-136之类的无线服务的提供者最好接入到这些网上。尽管如此，由蜂窝系统提供的数据服务一般还是基于电路交换操作的，每个通信移动用户利用一个专用无线信道。
图5表示用于通过由移动终端系统(M-ES)、移动数据基站(MDBS)、和移动数据中间系统(MD-IS)之间连接协议组成的空中链路进行通信的代表性结构。下面是考虑到RF技术的可供选择的方案的图5中的各单元的示例性描述和每个单元的建议方案。
Internet协议/无连接网络协议(IP/CLNP)是无连接的和广泛支持整个传统数据网社区的网络协议。这些协议是物理层独立的和最好是不随着RF技术改变而修改的。
保密性管理协议(SMP)提供在空中链路接口中的保密服务。所实现的服务包括数据链路保密性、M-ES鉴别、密钥管理、接入控制、和算法可升级性/代替。当实施可供选择的RF技术时，SMP应当保持不变。
无线资源管理协议(RRMP)提供各个移动单元的RF资源的管理和控制。RRMP和其相关的程序被规定到AMPS RF基础结构中和要求根据所实施的RF技术而改变。
移动网络登记协议(MNRP)被用于与移动网络定位协议(MNLP)的汇接中，允许移动终端系统的正确登记和鉴别。当使用可供选择的RF技术时MNRP应当不变。
移动升级链路协议(MDLP)在MD-IS和M-ES之间提供有效的数据传输。MDLP支持有效的移动终端移动、移动终端系统节电、RF信道资源共享、和有效的差错恢复。当利用可供选择的RF技术时MDLP应当不变。
媒介接入控制(MAC)协议和相关的程序控制M-ES利用共享连接到该RF信道消息的操作方法。这个协议及其功能必需为可供选择的RF技术所支持。
在物理层使用各种调制和编码方案。这些方案规定是所利用的RF技术的具体规范，和因此对于可供选择的RF技术来说适当的方案应当予以替换。可供选择的RF技术的选定可以利用改变CDPD系统结构的最小量进行实施。所要求的改变被限制为无线资源管理协议、MAC、和物理层，而所有其它网络服务和支持服务仍然不改变。
基于操作的电路交换模式的蜂窝系统的几个数据业务的例外描述在下面一些文件中，其中包含了分组数据的概念。
美国专利No.4887265和文章“Packte Switching in DigitalCellular System”(Proc.38th IEEE Vehicular Technology Conf.，pp414-418，June 1988)描述了一种提供共享的数据无线信道的蜂窝系统，每个信道能够容纳多个数据呼叫。利用基本上规范的蜂窝信令，请求分组业务的移动站被分配给一个具体的分组数据信道。该系统可以包括用于与分组数据网接口的分组数据接入点(PAPS)。每个分组数据无线信道被连接到一个特定的PAP和因此能够复用与该PAP相连的数据呼叫。过区切换是由系统以非常类似于使用在用于话音的相同系统中的过区切换的方式启动的。当一个分组数据的容量不足时，对于这种情况增加了新型的过区切换。
这些文件是定向的数据呼叫和基于按规范的话音呼叫类似的方式利用系统启动的过区切换。在TDMA蜂窝系统中应用这些原理提供一般目的的分组数据业务可能导致频谱效率和性能方面的缺点。
美国专利No.49816691描述了一种新的分组模式蜂窝无线系统的结构和一种选择到移动站的分组数据(话音和/或数据)路由的新的程序。基站和公共交换机经中继线接口单元和蜂窝网控制单元再经由一个WAN被链接在一起。该路由选择程序是基于移动站开始的过区切换和基于附加一个从移动站(呼叫期间)发送的任何分组数据的标题，基站的一个识别器通过该标题传送该分组数据。在来自移动站的后续各个用户信息分组数据之间的一个延续时间周期的情况下，该移动站可以发送用于传送网孔定位信息的额外控制分组数据。
当分配给该呼叫一个呼叫控制号码时，在呼叫建立时首先包括了蜂窝控制单元。然后通知该呼叫控制号码的移动站和该控制号码的中继线接口单元和该开始的基站的识别器。在呼叫期间，各个分组数据在中继线接口和当前正在服务的基站之间直接选择路由。
描述在美国专利No.49816691中的系统没有直接涉及到在TDMA蜂窝系统中的提供分组数据服务的规范问题。
在欧洲电信标准协会ETSI的文件“Packet Radio in GSM”(T DocSMG 458/93，Feb.12，1993)中和在名为“GSM in a Future CompetitiveEnvironment”(Helsinki，Finland，Oct.13，1993)的研讨会期间提出“A General Packet Radio Service Proposed for GSM”的文章中初步提出了在GSM中用于话音和数据的一种可能的分组数据接入协议。这些文件直接涉及TDMA蜂窝系统，即GSM，和虽然他们草拟了一种优化的共享分组数据信道的可能的组织方案，但他们并未涉及在整个系统解决方案中的综合分组数据信道的各个方面。
ETSI的文件“Packet Radio over GSM Network”(T Doc SMG 1238/93，Sept.28，1993)描述了基于首先利用规范的GSM信令和鉴别在一个分组移动站和一个“代理人”之间建立虚拟信道处理接入的分组数据业务在GSM中提供分组数据服务的概念。利用经修改用于快速信道建立和释放的规范信令，然后规范的话务信道被使用于分组数据传输。这个文件直接涉及TDMA蜂窝系统，但是因为是建立在利用现存GSM话务信道的“快速交换”方式的概念上的，所以与建立在优化共享分组数据信道概念相比，这种系统具有频谱效率低和分组数据延迟(特别是用于短消息)的缺点。
援引于此以资参考的蜂窝数字分组数据(CDPD)系统规范，1.0公报(1993年7月)描述了在当前先进移动电话服务(AMPS)系统，即北美模拟蜂窝系统上利用可用无线信道提供分组数据业务的概念。CDPD是被美国蜂窝话务员群体所承认理解和开放的规范，所包含的项目包括外部接口、空中链路、各种接口、服务、网络结构、网络管理、和管理机构。
规范的CDPD系统是基于独立于现存AMPS基础结构的一种基础结构的一个大的范畴。与AMPS系统的通用性被限制于相同类型射频信道的使用和某些基站场地(由CDPD使用的基站可以是新的CDPD规范)和用于分配在两个系统之间的协调信道的信令接口的使用。
选择到一个移动站的分组数据的路由是根据：首先，选择该分组数据到装备有基于移动站地址的本地位置寄存器(HLR)的本地网络节点(本地移动通信数据中间系统MD-IS)的路由；然后当必要时，根据HLR信息选择到被访问的正在服务的MD-IS；和最后根据该移动站正在报告的其网孔位置从该正在服务的MD-IS经当前基站传输该分组数据到其正在服务的MD-IS。
虽然CDPD系统规范没有直接涉及在利用这种应用进行寻址的TDMA蜂窝系统中提供分组数据服务的具体问题，但是描述在CDPD系统规范中的网络的各个方面和概念可以被用作对于按照本发明的空中链路协议所需的网络的各个方面的基础。
CDPD网络被设计为是现存数据通信网络和AMPS蜂窝网络的扩展。现存的无连接网络协议可以被用于接入CDPD网络。因为这种网络始终被认为是延伸与发展，该网络利用当适合时允许增加新的网络层协议的开放网络设计。CDPD各种网络服务和协议被限制在OSI模型和以下的网络层。为此在不改变基础CDPD网络情况下，允许上层的各协议和应用予以发展。
从移动通信用户的远景看，CDPD网络是无线移动通信的传统数据和话音两者网络的延伸。通过利用CDPD服务提供者网络的服务，用户能够无缝地接入数据应用，许多数据可以驻留在传统的数据网络。CDPD网络支持各种业务和CDPD网络业务。
CDPD网络支持各种服务，执行维持和管理该CDPD网络需要的各个任务。这些业务是：计算服务器；网络管理系统；消息传输系统；和鉴别服务器。这些服务器被限定为允许在各服务提供者之间的彼此协作性。因为CDPD网络在技术上包含属于它的原来AMPS的基础结构，使用可以预计到，支持的各个服务将仍然不会改变。网络支持的服务的各功能对于任何移动通信网都是必要和是独立于射频(RF)技术的。
CDPD网络服务是允许用户以数据应用进行联通的数据传输服务。此外，数据通信的一个或两个终端可以是移动终端。
综上所述，存在着基于设置优化分组数据的共享分组数据信道，在D-AMPS蜂窝系统中提供一般目的的分组数据业务系统的需要。这种应用涉及了提供例如由TIA/EIA/IS-136标准规定的定向连接网络和无连接的分组数据网络的组合优点的各系统和方法。另外，本发明还涉及例如通过现存的具有低复杂性和高通过率的无连接网络协议的接入CDPD网络。
按照本发明的一个实施例，公开了当一个移动站首次进入支持分组数据信道的通信系统时对该移动站进行登记的方法。该移动站接收在数字控制信道上广播的系统信息，根据该信息该移动站确定其被分配的信标分组数据信道。然后该移动站通过该分组数据信道登记到该通信系统上，以启动分组数据业务。
移动站测量包含在系统信息中列在邻近网孔表中的各邻近网孔的数字控制信道信号强度以及该移动站当前正在占用的信道的信号强度。然后，例如当一个邻近数字控制信道的信号强度高于第一数字控制信道的信号强度时，该移动站可以决定转换到该邻近网孔的数字控制信道上。另外，每个分组数据信道可以给移动站提供有关哪些邻近网孔支持分组数据信道的指示。
通过结合附图阅读说明书后，申请人的发明的特点和优点将是显而易见的。
图1示意性地表示多个层3的各个消息、层2的各个帧、和层1的信道脉冲串或时隙；
图2(a)表示在一个载波频率上发送的包括在连续时隙中按照顺序时隙组成的正向DCC；
图2(b)表示一个IS-136 DCCH字段的时隙格式的例子；
图3表示一种示例性的分层或多层蜂窝系统；
图4是包括示例性基站和移动站的示例性蜂窝移动无线电话系统的方框图；
图5表示在一个空中链路之间进行通信的协议结构；
图6说明一种可能的映射序列的一个例子；
图7说明在PDCH上用于BM1→M5的时隙格式的例子；
图8说明启动CDPD模式操作的一个移动站；和
图9说明按照本发明的一个实施例的PDCH选择和网孔重选处理。
为了便于理解本发明，一种可能的映射序列的描述被表示在图6中。图6表示如何将一个L3消息映射到若干个层2的各帧的专用PDCH的例子，和映射到PDCH信道的时隙的例子。FPDCH时隙和RPDCH脉冲串的长度是固定的。存在着3种RPDCH脉冲串(即，一般被缩略的和辅助数据)的可能形式，这些脉冲串具有不同的固定长度。在全速率PDCH的各FPDCH时隙被假设为在图6中的物理层中。在本发明中，TDMA帧结构是与IS-136DCCH和DTC一样的。为了最大的通过量，当利用多速率信道(双速率PDCH和三速率PDCH)时，规定一种附加的FPDCH时隙格式。图7表示由本发明提供的一种附加时隙格式，具体地讲，一种在PDCH上用于BM1→M5的时隙格式。表示在图7上的时隙格式和IS-136 DCCH BM1→M5的时隙格式之间的区别在于：在本实施例中使用PCF字段代替SCF和本实施例中的CSFP/PCF字代替IS-136 DCCH格式中的CSFP字段。
在图7的实施例中，该时隙格式被分为7个字段：一个用于提供同步信息给移动站的同步字段(SYNC)，一个分组数据信道反馈字段(PCF)，一个第一数据(DATA)字段，一个编码的超帧相位/分组数据反馈(CSFP/PCF)字段，一个第二数据字段，一个第二分组数据信道反馈字段(PCF)，和一个备用(RSVD)字段。
PCF字段用于在RPDCH上控制接入和包括忙/备用/闲(BRI)，接收/不接收(R/N)，部分回波(PE)和部分回波均恒器(PEQ)信息。BRI、PE、和R/N数据是按IS-136规定的。CSFP/PCF字段含有在本实施例中附加的PEQ数据。该CSFP/PCF字段用于传送涉及超帧相位SFP信息，以便移动站可以确定序列的开始。另外，CSFP/PCF字段提供PEQ信息，该信息用于动态分配RPDCH的子信道，以便提供第一移动站中断发送的有效的装置，从而允许来自其它各移动站的发送，这些其它各移动站无论是试图要接入系统的，还是已经被接入系统和处于发送分组数据信息的处理之中的。
按照本发明的一个示例性实施例，IS-136规范的数字控制信道(DCCH)可以用于指示对于分组数据信道操作的支持。在本通信系统中，在通信系统中的不同网孔具有不同的数字控制信道。当一个移动站接通电源或进入该通信系统时，该移动站将接收关于该通信系统的信息，该信息是该移动站判断获得服务的该通信系统在DCCH上正在广播的信息。图8表示对于一个移动站在加电时的启动处理。该移动站首先找到DCCH和然后读出BCCH，找到信标PDCH的指示字。在分组数据操作中的一个相关移动站锁定到信标PDCH，并进入工作模式，从而该移动站与该通信系统进行登记。响应于其登记该移动站可以被重新引导到不同的PDCH。该移动站呆在所指示的PDCH的工作模式上，直至有效定时器期满。
图9表示属于一个网孔或多个具有公共母DCCH的分组数据信道和在不同网孔中的数字控制信道之间关系。图9表示具有多个数字控制信道(DCCH1、DCCH2、…、DCCHn、DCCHm)的通信系统。当一个移动站被启动在进入到该通信系统时，该移动站占用一个数字控制信道，例如DCCH1。虽然该移动站被占用在DCCH1，但是该通信将发送诸如邻近网孔表的信息到该移动站，该表列入了由各邻近网孔使用的数字控制信道的m-1个频率和是否包含DCCH1的网孔支持分组数据信道。如果DCCH1指示支持一个或多个专用的PDCH，一个PDCH的载波频率，即信标PDCH也作为在DCCH1的BCCH上发送的广播信息的一部分被提供。通过PDCH的指示字该移动站被引导到信标PDCH。如果在分组数据操作中感兴趣，该移动站占用和登记在信标PDCH上。移动站可以继续被分配到信标PDCH上或者取决于通信系统移动站可以被分配到另外的其它专用的PDCH上。例如，数字控制信道DCCH1可以支持多个分组数据信道(信标PDCH、PDCH2、…、PDCHr、PDCHq)。结果，虽然该移动站首先被分配到信标PDCH，但该移动站可以作为登记处理的一部分被重新分配到另外的分组数据信道。由于各种原因，诸如话务控制，该移动站可以被重新分配到另外的分组数据信道。
每个数字控制信道只有一个PDCH指示字有许多好处。首先，如果每个数字控制信道是有多于一个指示字，则在每个数字控制信道上的额外带宽必需提供给每个附加指示字。此外，从信标PDCH重新分配的各个移动站允许系统将比必需从DCCH直接重新分配移动站到新的PDCH的系统更为灵活。例如，一个在每个数字控制信道上具有多个指示字的系统按照每个移动站电话号码或识别号码(MSID)的功能可以仅分配各移动站到各分组数据信道上。因此，这种分配处理将是静态的。然而，按照本发明，信标PDCH根据一个移动站的过去历史和/或当前的请求，可以执行个别的重新分配到其它PDCH上。
通过利用当初始占用数字控制信道时获得的邻近网孔表测量邻近网孔的数字控制信道的信号强度，移动站执行网孔重新登记测量。按照本发明的一个实施例，在PDCH上的信息指示是否邻近DCCH支持分组数据发送。每个分组数据信道含有是否邻近网孔支持分组数据信道的本地PDCH信息。每个分组数据信道包括一个矢量，即一个反映邻近网孔表长度的比特图。该矢量可以指示在邻近网孔表中那些信道支持分组数据信道。例如，在该比特图中的第一比特位置可能指示，在邻近网孔表中的第一网孔支持分组数据信道。将被理解为，该比特图不限于二进制比特和将可以包括许多比特。在这种情况下，该许多比特还可能指示邻近网孔的其它特征，例如，具有原来CDPD空中接口的CDPD。当进行一次网孔重选时，该移动站首先占用诸如DCCH2之类的新DCCH。然后该移动站通过对DCCH2规定的一个PDCH被引导到信标PDCH。同样，该信标PDCH可以重新分配该移动站到另外的PDCH上。
按照本发明的一个实施例，信标可以仅是传送广播信息的PDCH信道。在这种情况下，当广播信息改变时，被分配到非信标分组数据信道的所有移动站必需被返回到信标PDCH，以便这些移动站可能接收新的广播信息。在另外一种方案中，所有PDCH信道可以提供新的广播信息。在这种情况下，对于所有PDCH广播信息将是相同的。因此，如果一个移动站在一个信道上读出了广播信息，则该移动站可以被分配到另外的PDCH信道，其中该移动站将不必首先重新读出广播信息。
应该理解的是：申请人的发明不限制于已经描述和说明的具体的实施例。本申请将覆盖落入按照下面权利要求书所限定的申请人的发明的精神和范围内的任何和全部修改方案。

Claims (22)

1.一种当移动站首次进入支持分组数据信道的通信系统时登记该移动站的方法，包括以下步骤：
接收在数字控制信道上的所述移动站系统的信息广播，其中包括用于识别信标分组数据信道的信息；
在移动站监听所述被识别的信标分组数据信道；和
通过所述被识别的信标分组数据信道登记到所述通信系统上。
2.按照权利要求1的方法，其中所述移动站利用在所述数字控制信道上发送的分组数据指示字识别所述被识别的信标分组数据信道。
3.按照权利要求1的方法，还包括以下步骤：
从所述被识别的信标分组数据信道重新分配所述移动站到第二分组数据信道。
4.按照权利要求3的方法，其中根据过去的服务请求，将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
5.按照权利要求3的方法，其中根据当前的服务请求，将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
6.按照权利要求3的方法，其中根据过去和当前的服务请求，将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
7.按照权利要求1的方法，其中所述系统信息包括含有用于各邻近网孔的其它数字控制信道频率的邻近网孔表。
8.一种工作在支持分组数据信道的通信系统中的移动站的网孔重新选择方法，包括以下步骤：
在所述移动站中接收在第一数字控制信道上的系统信息广播，包括可用于识别信标分组数据信道的信息；
在所述移动站中，监听所述被识别的信标分组数据信道；
通过所述被识别的信标分组数据信道登记到所述通信系统上；
测量包含在所述第一数字控制信道的所述系统信息中的一个邻近网孔表中识别的各邻近网孔的数字控制信道信号强度；和
当邻近数字控制信道的信号强度高于所述第一数字控制信道的信号强度时，重新选择一个邻近网孔的一个数字控制信道。
9.按照权利要求8的方法，其中所述移动站利用在所述被重新选择的数字控制信道发送的分组数据信道指示字，定位所述被识别的信标分组数据信道。
10.按照权利要求8的方法，还包括以下步骤：
将所述移动站从所述被识别的信标分组数据信道重新分配到第二分组数据信道。
11.按照权利要求10的方法，其中根据过去的服务请求将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
12.按照权利要求10的方法，其中根据当前的服务请求，将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
13.按照权利要求10的方法，其中根据过去和当前的服务请求，将所述移动站重新分配到所述第二分组数据信道。
14.按照权利要求8的方法，其中每个分组数据信道提供一个具有本地广播信息的移动站。
15.按照权利要求14的方法，其中所述本地广播信息包括指示哪些邻近网孔支持分组数据信道的比特图矢量。
16.一种移动站，包括：
用于接收在数字控制信道上的包括用于识别信标分组数据信道信息的信息广播的一个接收机；
用于将所述接收机调谐到所述被识别的信标分组数据信道的处理器；和
用于通过所述被识别的信标分组数据信道发送登记信息的发送机。
17.按照权利要求16的移动站，其中所述移动站通过在所述数字控制信道上发送的分组数据信道指示字识别所述被识别的信标分组数据信道。
18.按照权利要求16的移动站，其中所述接收机还接收从所述被识别的信标分组数据信道重新分配所述移动站到第二分组数据信道的消息。
19.一种基站，包括：
用于在信标分组数据信道上向移动站发送信息的发送机；和
用于在所述发送信息中加入一个重新分配消息的处理器，所述重新分配消息分配所述移动站到第二分组数据信道。
20.按照权利要求19的基站，其中所述重新分配消息是根据过去的服务请求由所述处理器加入的。
21.按照权利要求19的基站，其中所述重新分配消息是根据当前的服务请求由所述处理器加入的。
22.按照权利要求19的基站，其中所述重新分配消息是根据过去和当前的服务请求由所述处理器加入的。
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