CN1166114C - 蜂窝电话系统和确定用户通信费用的方法 - Google Patents

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Abstract

在类似于码分多址(CDMA)蜂窝通信系统的带宽要求类型的通信系统中，基于通信长度来对用户的呼叫收费是对通信费用不精确的测量方法，并且进一步地会负面影响对数据传输应用系统的使用。为提供更加精确的费用估算，每次通信使用的带宽值也被记录，并用费率相乘。特别地，在预定的时间间隔(110)中使用带宽的最大值(106，108)测量(104)在每次通信过程中被完成，用最大带宽测量的总和(112)来决定每次通信过程中总带宽的估算值。对该通信的收费便由费率乘法器通过对估算出的总带宽测量值相乘(116)而确定。

Description

蜂窝电话系统和确定用户通信费用的方法
本发明技术领域
本发明涉及按需分配带宽类型通信系统，特别涉及一个按需分配带宽类型蜂窝电话系统，其中用户使用该系统的收费是部分基于承载该用户通信所使用的总带宽量。
相关技术描述
传统的有线电话业务提供者通过统计一些计费体系参数来对电话呼叫计费，这些参数包括：通话时长，通话距离，每天的时段和每周的日期。用来提供有线电话业务的物理设备通常的固定的特点，以及呼叫是从一个固定的地理位置到达另一个的情况，使得与提供电话业务的有关的计费容易计算和打印。
但是蜂窝电话系统的特点使得通话费用的计算更加困难，该系统的用户对其发出或接收呼叫的位置具有很少或根本没有地理上的限制。费率的变化不仅基于上文所提及的一些或全部有线电话参数，而且还基于诸如以下的一些因素：几个可用的蜂窝业务提供者中哪一个承载了此次呼叫；以及用户是否是漫游到他自己的业务范围之外。在传统蜂窝系统中的收费公式里，主要的可变因素还是通话的时长。
在传统的模拟和数字蜂窝电话系统中(比如那些用增强移动电话业务(AMPS或D-AMPS)或全球移动通信系统(GSM)的系统)，空中接口上的物理信道(或切换情况下的信道接续)被保留来承载话务。在呼叫的全过程中，空中接口连接的上行部分和下行部分使用相同带宽值，甚至在通话静声部分，没有传输任何信息的情况下也是如此。因此基于时长的收费是通话费用的合适的测量方法，因为一旦信道保留，连接建立，所有的保留信道上的可用带宽就被使用，并且不能被其它的需要蜂窝通信的用户使用。
随着新型的按需分配带宽类型蜂窝电信系统的出现(比如应用码分多址(CDMA)或扩频，按需分配带宽类型通信系统的系统)，通信被以准随机的形式扩展在整个无线频谱上。在通话过程中，建立一个保留的物理信道，但是使用的带宽值在通话过程中是变化的，使用的带宽与发送和接收的数据量相关。实际上，用于通话的上行和下行带宽通常彼此不同。基于时长的收费因此成为不合适的通话费用的测量方法，因为在静声的时间里，需要用来保持连接的带宽相对小，而没有使用的带宽立即被其它需要蜂窝通信的用户使用。
所以需要更精确的计费方法，应用在按需分配带宽类型的通信系统中。在这种情况下，除了通信本身时长，使用的带宽值应该是收费估算中的重要因素。
发明概述
在按需分配带宽类型的通信系统中，通信过程中的带宽总量被测量出来并乘上一个费率值来决定这次通信的费用。特别是在每一次通信过程中要进行周期性的瞬时带宽使用测量。这种周期性的带宽使用测量值累加起来以决定承载本次通信所用带宽总和的估计值。一个费率乘法因子作用于这个总的带宽值就可以得到本次通信的费用。
本发明用于任何按需分配带宽类型的通信系统，包括码分多址类型的扩频通信系统，本发明对码分多址或类似的蜂窝通信系统尤其有用。对于按需分配带宽类型的通信系统链路或空中接口的带宽进行瞬时测量，瞬时测量值的和用于得到对通信所用的总带宽的估计值。这样，本次通信的费用由所使用的总带宽量乘上一个费率因子得到。
附图简述：
参考接下来的详细描述以及所关联的附图，可以对本发明所采用的方法和装置有更完整的理解，其中：
图1是一个按需分配带宽类型的通信系统的框图；
图2是一个按需分配带宽类型的蜂窝电话系统的框图；
图3A是在一个图1和图2描述的典型的通信系统中，用于前向或下行链路的带宽的部分图形说明；
图3B是在一个图1和图2描述的典型的通信系统中，用于反向或上行链路的带宽的部分图形说明；
图4是本发明操作的流程说明。
附图详细描述
参见图1，其中显示一个按需分配带宽类型的通信系统10的框图，该系统至少包括第一个节点12和第二个节点14。连接节点12和14的是很多通信装置16。第一个节点12和第二个节点14由通信链路18进行互连，任何的通信装置16之间都可以通过节点和通信链路进行通信。
参见图2，其中显示一个按需分配带宽类型的蜂窝电话系统20的框图，该系统包括一个单小区站点22。可以这样理解，典型的像20这样的系统包括很多小区站点22，只描述一个小区站点22是为了说明本发明的操作，而不是限制。每一个小区站点22包括一个基站(BS)24，用于在系统20中与移动台28通过空中射频接口26完成双向射频通信。可以进一步理解为对于像系统20这样的蜂窝电话系统，任何时候在系统20或任何一个小区站点22中所包括的移动台28都远远不止一个。只描述一个移动台28是为了说明本发明的操作，而不是限制。每一个基站24与移动交换中心(MSC)30相连，后者与公共交换电话网(PSTN)32或其它电话网(未标出)相连。移动交换中心30的作用是控制基站24的操作，在系统20中保持一份移动台位置的记录，并与公共交换电话网32一起完成对发起和终止于移动台28的蜂窝电话呼叫进行的交换。
通信链路18和空中接口26有“无连接”通信定位。“无连接”的意思是通信链路18和空中接口26给同时发生的通信提供按需分配的带宽。就通信链路18而言，产生于通信装置16之一的信息包分别在第一个节点12和第二个节点14之间进行传输，没有使用固定的通信资源。类似地，就空中接口26而言，信息包在移动台28和基站24之间进行传输，没有使用固定的通信资源。通信链路18或空中接口26于是可以包括通过使用码分多址通信协议而提供的扩频通信链路。
现在参考图3A和3B，它们显示在单个的双向通信或蜂窝电话呼叫中，在通信链路18或空中接口26上对可用带宽按需求使用的图解说明。对于每一个图，在通信链路18或者空中接口26上的使用带宽34对应于y轴36，而显示的通信或呼叫的时间部分对应于x轴38。在图3A中，使用的带宽34u代表在通信链路18(从第一个节点12到第二个节点14)或空中接口26(从移动台28到基站24)上反向或上行的部分，另一方面，在图3B中，使用的带宽34d代表在通信链路18(从第二个节点14到第一个节点12)或空中接口26(从基站24到移动台28)上正向或下行的部分。
从图3A和3B来看应该注意，在通信或呼叫过程中带宽的使用34u和34d是明显变化的。所使用的带宽34u和34d瞬间的增加表明在通信链路18或者空中接口26上有包传输36的情形。在这个连接中应该注意包传输可能包括语音或数据的传输。最小的带宽等级(Min)表示最小的带宽需求量(即必须使用的带宽)，目的是在按需分配带宽的通信链路18或空中接口26上，在连续的包传输36之间保持无连接的通信。这个最小带宽量用于命令消息的传输，例如功率控制命令和支持移动切换的消息。
用户使用图1通信系统中的通信链路18或图2蜂窝电话系统中的空中接口26，对于通信业务的提供者来说，对用户的这种接入和使用进行计费是一项重要的考虑。对于服务提供者来说收费是产生回报的主要手段。传统方法是使用通信或呼叫的持续时长来作为计费的主要因素，在按需分配带宽的系统中这种方法就不是特别精确。原因在于用户没有使用固定的通信资源以排斥别的用户使用这一资源。而且，如图3A和3B所示，只有在通过通信链路18或空中接口26进行包传输36时，通信或呼叫才对可用带宽进行了相当程度的使用。在通信的剩余时间里，只使用了少量的带宽(用最小带宽等级表示(Min))以维持连接，由于通信容量的降低，因此在一定程度上限制了用户同时接入系统和使用可用带宽。基于时长计费进一步成为系统10和20用于数据传输的障碍，因为典型情况是在长时间的昂贵的连接上进行周期性的简短的数据传输。
对这种计费的一种解决方法是基于在通信过程中，进行包传输36时所发送的所有信息包的总数进行计费。在按需分配带宽的系统中使用信息包的总数作为决定计费的主要因素也不是特别精确，因为会对用户10k字节的包传输进行相同的计费而不考虑通信的长度。相应地这种计费方案就没有考虑在接连的包传输36之间，为维持在通信链路18或空中接口26上的通信而使用的最小带宽等级(Min)。尽管从本质上看是少量，但少量带宽的使用影响了系统能够同时处理的别的通信的容量，因此它应该反映在用户进行通信或呼叫的计费中。
现在再参看图1。通信系统10还包括了带宽使用监控装置(BUMD)40，它与节点12和14中的一个或两个相连，它可以对通信链路18上承载的通信所使用的瞬时带宽总量进行测量。测量可以由装置40在通信链路18的反向和/或前向上进行。测量结果输出到处理装置42，后者与系统10的计费中心44相连，计费中心将带宽使用测量进行累加，对于每一个通信得到其带宽使用总和的估计值。于是带宽使用监控装置40和处理装置42就是起到带宽计量器46的作用来测量每个通信的带宽使用总量。处理装置42的进一步功能是将得到的带宽使用总量乘以费率来决定每一个通信的计费，同时把计费总额报告给计费中心44，与别的计费项目相加，并给用户产生一个帐单。
图2的蜂窝电话系统包括一个类似的功能体来决定每一个蜂窝电话用户的计费总额。移动交换中心30包括或被连接到一个带宽使用监控装置40上，它可以对每一个空中接口26所承载的呼叫测量其瞬时带宽。测量可以由装置40在空中接口26的上行和/或下行链路中的一条或两条上进行。这些周期性进行的瞬时测量的结果输出到与系统20的计费中心44相连的处理装置42上，它将带宽测量值进行累加，得到针对每一个呼叫的总带宽使用量的估计值。于是带宽使用监控装置40和处理装置42就是起到测量每个通信的带宽使用总量的带宽计量器46的作用。处理装置42的进一步功能是将得到的带宽使用总量乘以费率来决定每一个通信的计费，同时把计费总额报告给计费中心44，与别的计费项目相加，并给用户产生一个帐单。
对于通信链路18或空中接口26所承载的每一个通信或呼叫，用带宽使用监控装置40和处理装置42合起来作为带宽计量器46来决定每个通信的带宽使用总量的操作，通过再次参考图3可能得到更好的理解。带宽使用监控装置40进行瞬时使用带宽的测量，并将结果报告处理装置42。处理装置42由预定的时间间隔Δt进行编程，它(由报告的瞬时测量值)决定对于通信链路18或空中接口26所承载的每一个通信或呼叫，在每一个时间间隔所使用带宽的最大值48。预定的时间间隔Δt的长度决定了装置40做瞬时带宽使用测量的次数，这些测量结果用于决定在每一个时间间隔所使用带宽的最大值48。测量得到的带宽的最大值48在通信或呼叫的过程中被处理装置42进行累加以得到一个总的带宽使用量的估计值。总的带宽使用量的估计值乘以费率得到计费总和，计费中心44会针对用户使用通信链路18或空中接口26而对用户开出帐单。
处理装置42决定的计费总和可能不一定包括用户通信或呼叫的总的计费值。例如，在图1的通信系统10中，用户可能被进一步计入一个固定收费或一个基于在通信过程中使用通信装置16的时间的计费。在所使用的通信装置16包括一个数据服务节点(像数据库)的情况下计费可能会增加，用户不仅要为通信链路18到装置的连接付费，而且还要为装置本身付费。类似地，在图2蜂窝电话系统20中，用户可能会进一步为漫游付费，或者可能会为使用公共交换电话网络而付一笔基于时间的费用(例如进行长途通话)。附加的费用由计费中心44加到已经决定的计费总额上，提供一个通信或呼叫的总的费用。
现在参考图4的流程图，它解释了在图1和图2的系统10和20中，带宽使用监控装置40和处理装置42作为带宽计量器46来决定单个的通信和呼叫的计费总额的操作。在步骤100中，在通信或呼叫的开始将带宽使用总量(T)置为0。在步骤102-110，带宽使用监控装置40和处理装置42监控通信链路18和空中接口26，测量在每个预先设定的时间间隔Δt内每个通信或呼叫所占用的瞬时带宽和最大间隔带宽。具体地，在步骤102，最大间隔带宽(Tmax)设为0。在步骤104测量用于通信或呼叫的瞬时带宽(Tm)总量。在步骤106中进行判决，确定测量的瞬时带宽(Tm)是否大于当前最大间隔带宽(Tmax)的值。如果是，则在步骤108将当前最大间隔带宽(Tmax)的值设为等于测量的瞬时带宽(Tm)。如果不是，则跳过步骤108。接下来在步骤110中进行判决，确定预定的时间间隔Δt是否已经超时。如果没有，流程返回步骤104进行通信或呼叫的下一次瞬时带宽(Tm)测量，也许它会更新使用的最大间隔带宽(Tmax)的值。时间间隔Δt的长度决定了用于确定每一个时间间隔里所使用的最大间隔带宽所做的瞬时测量的次数。
一旦时间间隔Δt超时并且通信或呼叫的最大间隔带宽(Tmax)以上面对于步骤102-110的描述的方式被确定，则在步骤112将更新用于通信或呼叫的总带宽(T)，其值为计算到上一个时间间隔的总带宽(T)加上当前时间间隔的最大间隔带宽(Tmax)。在步骤114中进行判决，确定所监控的通信或呼叫是否结束。如果没有，则流程返回步骤102-110，监控通信链路18或空中接口26，测量瞬时使用带宽，确定在下一个时间间隔内通信或呼叫所使用的最大间隔带宽，并将其加入(步骤112)先前计算出来的总带宽(T)中。如果已经结束，在步骤116中将把步骤112中得到的总带宽(T)乘以费率(CR)来计算通信或呼叫的费用(Ch)。在步骤118中，通信或呼叫的别的附加的费用加到费用(Ch)上得到通信或呼叫的总费用。
应该注意如果Δt的选择的值足够小的话，(即频率大于使用带宽变化速度的两倍)，则图4中讲解的方法能够简化那么将不需要步骤102，106，108，110。无论如何，本发明优选实施例包括这些步骤，这样可以降低处理器42的负担及其相关的数据存储单元(没有列出)。
尽管本发明的方法和装置的优选实施例已经用附图表进行示例，并在前面进行了详细描述，但也应该理解本发明并不只限于所附的实施例，而是在不背离如前面所述和后面定义的权利要求所表达的本发明的核心思想的前提下，它可以有很多种重新安排，修改和替换。

Claims (6)

1.在具有承载通信命令消息和分组传输的按需分配带宽空中接口，并使用最小带宽维持用户通信的蜂窝电话系统中，一种用于确定使用空中接口带宽承载用户通信的费用的方法，包括以下步骤：
估计在用户通信过程中所使用的空中接口的带宽总量；
用估计的使用带宽总量乘以费率得到发生在用户通信中的费用。
2.权利要求1中的方法，其中估计所使用的带宽总量的步骤包括以下步骤：
在用户通信的过程中，在多个时间间隔的每个时间间隔上测量用于用户通信的空中接口的最大使用带宽；
将测量的最大带宽进行累加，得到用户通信所使用的估计的总带宽。
3.权利要求2中的方法，其中测量步骤包括以下步骤：
在每一个时间间隔中进行所使用的带宽的瞬时测量；
在该时间间隔中选择一个最大的测量值作为最大使用带宽。
4、权利要求1中的方法，其中按需分配带宽类型的空中接口与码分多址通信的空中接口一致。
5、权利要求1中的方法，其中估计步骤包括度量用户通信所使用的空中接口的带宽。
6、一个蜂窝电话系统包括：
一个基站；
多个用户移动站；
互连多个用户移动站和基站的按需分配带宽的空中接口，它可以在移动站和基站之间同时承载大量的用户通信，按需分配带宽的空中接口承载通信命令消息和和分组传输，并用最小带宽维持用户通信；和
用于确定每一个用户通信的使用空中接口造成的费用的装置，所造成的费用基于对每一个用户通信所使用总带宽的估计来计算。
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