CN1199528A - 在便携式数据通信系统中降低功耗的方法和装置 - Google Patents

Abstract

根据外部计时标准,借助发送数据,预测(721)在蜂窝式数字包数据(CDPD)系统中传输临时设备标识符(TEI)消息(723)和其它控制消息(725)的时间安排,其中所述数据是关于外部计时标准与发送给无线用户台(714)的消息段中控制消息的位置之间关系的数据。为了保持可预测性,如果消息流比由基准帧和信道标识帧的布局规定的当前消息段中的保留空间长,正常的消息流可能被中断。

Description

在便携式数据通信系统中降低功耗的方法和装置

本发明所属技术领域

本发明涉及无线通信装置。尤其涉及控制无线用户站的扫描操作以限制对此无线用户站供电的功率消耗和延长电池寿命。

本发明的背景技术

被称为“高级移动电话服务”(AMPS)的用户移动无线双工声音传输的近代模拟蜂窝系统采用FCC指定的载波频率，其范围为800～900MHz。车载蜂窝电话机以最高1瓦的功率发送话音信号至一给定网元内的蜂窝基地台。电池供电的手持式蜂窝话机利用最高1/4瓦的发送功率向一给定网元内的蜂窝基地台发送话音信号。

人类的模拟话音是高级移动电话服务系统最先设计用于通信的信号。高级移动电话服务被优化，得以在一给定信道的带宽内能传送尽可能多的模拟话音信号。采用低功率移动话机、FM调制、和较高载波频率范围(800～900MHz)的蜂窝式电话的机动性能是通过基地台的蜂窝状配置来实现的。在当用户移动出当前的网元区时，他的信号即传送到下一网元侧。这种蜂窝式的传递可能导致发送或接收中的暂时丢失。话音信号的暂时丢失是无关紧要的，因为用户知道这里有信号丢失和话音信息可被再发送，然而对于数字数据发送，信号丢失即使是暂时的，也会产生特殊问题。话音信号发送中丢失的其它原因有信号强度降低，反射，瑞利衰减，和蜂窝盲点。

便携式计算机的可利用性很自然引发了从遥远地点进行无线发送数字数据的希望。目前，高级移动电话服务话音蜂窝系统被用于以电路转换的蜂窝式数据的形式通过高级移动电话服务载波信道发送数字数据。原始(基带)数字数据必须经过变换以使之能通过模拟高级移动电话服务系统发送和接收。高级移动电话服务系统用作数据传输的一个缺点在于，信道带宽窄小和传输误差限制了发送和接收数字数据的波特率。而且高级移动电话服务移动蜂窝系统的其它因素也可能造成原始数字数据的丢失。

因此，在集成组件中的话音和数据信号的有效无线通信一直很困难。而且也难以将高级移动电话服务话音传输特点与如数据传输、电子邮件、和双工寻呼之类的应用相结合，同时难以将能提供如无线传真调制解调器那样的电路转换式蜂窝数据接口结合进一单个的手持电池操作式无线话机。这方面已部分地由CDPD系统1.1版本中描述的蜂窝式数字包数据系统(这里被结合应用作为背景材料)，该发明的共同受让人的美国专利申请第08/117,913(1993年9月8日提交)和第08/152,005号(1993年11月12日提交)专利申请中揭示的系统实现。CDPD通信系统共用于CDPD规范(CDPD规范被用作参考)1.1版本405节中所述分配到高级移动电话服务信道的相同载波频率。

CDPD系统的典型基地台或移动数字基地台(MDBS1，在此如图1中所示)利用高级移动电话服务网元中的一信道来建立链路并与用户的无线专用台进行通信。MDBS可以利用服务提供者所提供的可利用的高级移动电话服务之外的其它频率。无线专用台(M-ES2)为一便携式计算机，手机或者其它包含专用通信台的便携式电子装置。MDBS用作为无线台专用台M-ES2的用户和一有线线路、微波通信线路、卫星通信线路、高级移动电话服务蜂窝通信线路、或其它CDPD链路(例如移动数据中介系统MD-IS3和中介系统4、5、6)的服务提供者网络之间的通信链路，以传送数据到其它的无线专用台、计算机网络、或非移动式或固定终端用户系统(F-ES7，8)。

CDPD网络被设计作为现有通信网络，如高级移动电话服务网络和互联网的扩充运行。从移动用户方面看，CDPD网络仅仅是传统网络的无线移动式扩展。CDPD网络共用现在高级移动电话服务网络的传输设施，并提供不冲击高级移动电话服务服务的非侵入式包转换数据服务。事实上，CDPD网络对高级移动电话服务网络是完全透明的，它“不了解”CDPD功能。

CDPD系统采用根据数据包中所载的目标地址和当前网络布局的信息而由网络个别地确定各数据包的路径的无连接网络服务(CLNS)。M-ES2的数据传输的分包化特性使得许多CDPD用户能共享公共信道，仅在他们有数据要发送时才访问信道，否则即让其能由其它CDPD用户应用。系统的多路访问性质使得它能在一给定地区(一标准高级移动电话服务基地台收发信机的发送范围和区域)仅安装有一个CDPD台的条件下同时提供给许多用户相当大的CDPD覆盖面积。

CDPD网络的广播通信线路接口部分由一组网元组成。一个网元以一固定的发射台例如MDBS1的RF发射范围之内的地理边界确定，它可以能接收的信号强度电平被移动用户如M-ES2接收。支持此网元的发射机可被定位于网元的中央，通过全向辐射天线进行发射，或者将发射机定位于一网元的边缘。并通过定向天线发射来覆盖网元的仅一部分，称之为一扇区。典型的结构中，共同安装有用于若干扇区的发射机。由一组网元作用的面积具有某些区域重叠，以使得一漫游无线用户台能以大致类似于高级移动电话服务系统中的标准传送的方式由一网元转接到一邻接网元的方式保持连续的服务。如果M-ES能由从一网元到另一网元的转换保持连接的服务，就认为此二网元是相邻接的。这种被称之为网元转换的转换处理与正常高级移动电话服务传送过程无关。图1中，无线专用台2与MDBS1间的接口(A)为由采用标准高级移动电话服务频率的射频频率链路所构成的“广播接口”。MDBS1通过移动数据中介系统(MD-IS)3连接到其它的移动数据基地台。数个移动数据基地台可受一单个移动数据中介系统的控制。移动数据中介系统通过如图1中的4和5的中介系统相互连接。

中介系统由至少一个连接到不只一个子网络的节点组成(如中介系统MD-IS 3)。中介系统的主要作用是将数据由一子网络传送到另一个。移动数据MD-IS 3根据在MD-IS控制下的移动数据基地台的范围之内的各无线专用台的当前地点的情况，确定数据包的路由。MD-IS是“觉察到”任一无线专用台的地点的唯一网络实体。但在某些情况下(如CDPD规范1.1版本所定义的)，某一移动数据基地台将始终监视特定无线专用台的状况。一CDPD专用移动网络定位协义(MNLP)在各MD-IS之间操作(通过中介系统)以便交换有关无线专用站的定位信息。

整个CDPD网络由一具有与至少一个移动数据中介系统3的接口的网络管理系统(NMS)加以控制。利用一专用协议，可在适当的条件下将编程指令由NMS 10通过MD-IS 3发送给任意数量的移动数据基地台。

这样的编程指令可被用于传送有用的网络数据到MDBS，以及针对象维持信道队列这样的关键特点来组构MDBS的操作。NMS还控制其它的CDPD系统特性，例如对寻呼消息的定时以符合M-ES手机的非固定的周期。CDPD的一个优点是由NMS 10通过MD-IS 3，或者依靠到MDBS的直接连接，对移动数据基地台提供操作指令的能力，如CDPD规范1.1版本，节402和403中所作的MDBS体系结构说明中所概述的。

图2说明图1的CDPD网络与一标准高级移动电话服务网络之间的比较。MDBS 1为高级移动电话服务基地台21的CDPD等效体，两者均用作为移动用户的链路，2、2’和2”用于CDPD系统，22、22’和22”用于高级移动电话服务用户。高级移动电话服务和CDPD二者的功能均能由相同的手机或终端系统设备控制。MDBS1最好以高级移动电话服务基地台21定位，如后面更详细说明的那样。

作为对连接到它的CDPD移动数据基地台的本地控制器，MD-IS 3通常相当于用来控制多个高级移动电话服务基地台21、21’、和21”的移动电话交换局(MTSO)23。在高级移动电话服务系统中，MTSO 23可通过通信线路经由专用的陆上通讯线路或通过公共电话交换网络(PSTN)连接到各个不同的基地台21、21’、和21”。同样，MD-IS 3与由其控制的不同的移动数据基地台1、1’、和1”之间也以相同方式进行连接。不过与高级移动电话服务系统采用不同的信令协议。

与高级移动电话服务相比，CDPD的基础结构需求非常小。CDPD基地台设备最好位于现存高级移动电话服务基地台蜂窝设备的蜂窝载体的网元侧。CDPD系统的多路访问特性使得它能在一给定区域中仅装置一台CDPD无线设备的情况下同时对许多用户提供相当大的CDPD覆盖面积。这种多路访问是一移动终端系统仅在有数据要发送时才访问CDPD信道的结果。

如果高级移动电话服务基地台与MDBS被置于同一地点，二者可利用相同的RF设备。相反，为了共用RF通信链路，高级移动电话服务系统的MTSO和CDPD系统的MD-IS则不必要置在一起。在高级移动电话服务系统中，MTSO 23具有通过PSTN 24连接高级移动电话服务基地台和移动台到其它部分的责任。CDPD的中介系统4对应于PSTN为高级移动电话服务系统的应用。象高级移动电话服务系统那样，为通过电话系统终端网络28实现对远地用户或系统的呼叫，CDPD系统还必须利用公共电话交换网络或另外的陆路通讯网络。但为通过PSTN完成呼叫，CDPD系统采用与高级移动电话服务系统所用不同的协议。

MDBS维持许多(最多到MDBS传送能力)通过广播通信线路接口的信道流，如由控制该MDBS的MD-IS所指定的。在需要时，例如当在CDPD信道上对高级移动电话服务通信进行检测时，MDBS指示所有的无线专用台改变信道。各无线专用台的终端流每次承载在一信道流上，通常是由移动用户多半根据由有关为CDPD应用的最佳信道的MDBS接收的数据所选定的。一给定网元中的来往业务(MDBS的终端流)承载在MDBS与MD-IS之间的单个DSO中继线上。MDBS与MD-IS间通过此DSO中继线的通信遵循标准格式，如T₁。

在CDPD网络内，数字数据在MDBS与M-ES间采用高斯最小位移键控(GMSK)调制传送。自基地台至无线专用台M-ES的传送是连续的。这些由无线专用台M-ES到MDBS的传送采用猝发方式，此时无线专用台M-ES仅在它有数据要发送且信道未被其它移动无线专用台占用时才访问该信道。这使多个移动无线专用台能共用一单个信道，而对于具有相对很小数据量的单歇性事务特点的数据传送，与通过普通的电路转换蜂窝式调制解调器发送数字数据相比，能大大减少连接时间。

与普通蜂窝式调制解调器中所用的信号方案(它是根据必须在现有的话音信号系统的限制内需要的运行所选择的)不同，用于CDPD通信的GMSK调制技术是明确地针对为取得在蜂窝式信道中非常高的位传输率和良好的差错性能两者所选择的。选择调制不为先前存在的信号结构所限这一事实使得CDPD系统与普通的蜂窝式调制解调器中的相比能在非常低的接收信号电平时获得大得多的瞬时位速率。这就意味着，CDPD通信系统在许多信号质量不能适应良好的蜂窝调制解调性能的地区提供可靠的高速数据传输。当前，通过CDPD传送的原始(基带)数字数据包括有电子邮件消息，数字传真数据，或者其它的表明网络连接以使文件可以象正连接到一局域网那样传送的数字数据。

移动数据中介系统MD-IS 3为其服务区内的所有访问无线专用台处理数据包路由。MD-IS进行二种服务：保存各当前寄存在一特定服务地点的M-ES信息库的登记服务；和重新寻址服务，去封装所传送的数字包并确定它们去到正确网元的路由。服务中的MD-IS还为网络支持服务应用受理鉴别、授权、和统计服务。

CDPD通信系统可利用在蜂窝话音信道组合之外设置的并保留为CDPD应用的专用信道运行。在此替代方案中，较典型的运行方式是，CDPD通信系统可以利用也可被高级移动电话服务通信采用的信道上的空闲时间。在此第二种情况下，移动数据基地台可执行“RF取样”来确定可用信道和检测当前正用于CDPD通信中的信道上话音通信业务的起始。如果一高级移动电话服务蜂窝式单元开始在一为CDPD通信所占用的信道上传送，CDPD单元即中止该信道上的传送并转换到另外的可用的信道(称为“信道跳越”的处理)，或如果无其它信道可用，则中止传送直至一信道可用于CDPD。

尽管CDPD系统共用现有的高级移动电话服务射频信道，高级移动电话服务呼叫总被给予最先的优先权，而且它们始终能抢占任何正被CDPD应用中的信道。不过，蜂窝式服务提供者有可能选定专用于CDPD的一个或多个信道。在这种情况下，高级移动电话服务呼叫将永不能企图抢先占用专用于CDPD的信道。

正常运行中，MDBS将执行信道跳越来避开要为高级移动电话服务通信所用的信道。为这样，MDBS执行对高级移动电话服务信道的监视器作业，并保存网元中可为CDPD应用的各信道的状态(被话音占用或未被应用)表。MDBS根据准则(CDPD标准中未指定)的组合由表中未被应用信道中选取供CDPD应用的信道。这些可能要包括可能发生的以下情况：信道将在最近的未来为许音系统所需要，对信道所发生的干扰量，CDPD通信可能对不同网元中的其它语音用户或对其它扇区造成的干扰量，以及其它因素。MDBS传送一所有可能供CDPD使用的信道(当前有未被语音通信占用)的表给无线专用台。MDBS如果确定另外的信道更合适的话，它可在信道被高级移动电话服务通信先占用之前执行信道跳越。在这样的情况下，MDBS发送一消息到无线专用台，命令它们改变到所选择的特殊信道，而后MDBS执行跳越。这类跳越比意外的跳越要有秩序和有效得多，因为无线专用台无需搜索下一信道。

如果现有CDPD信道为高级移动电话服务预先占用，MDBS由那些未被高级移动电话服务通信利用的信道中选择另外的信道并立即向其跳越而无需通知无线专用台(意外跳越)。而后无线专用台确定CDPD信号不再出现在当前信道上而且搜索表中的其它信道以确定CDPD通信已跳越到的信道(如果存在的话)。

CDPD具有易于与现有高级移动电话服务系统接口和与其共用某些前端设备的能力。为利用种能力，MDBS必须具有实际与现有高级移动电话服务基地台接口的能力。因而，MDBS应当很小、无障碍、并能不必中断现有高级移动电话服务设备即可易于进行访问。MDBS必须被组构得能易于连接到正常与高级移动电话服务系统共用的MDBS之外的设备。这种存在于高级移动电话服务基地台中的外部设备包括天线系统，RF功率放大器(特别是能与现有高级移动电话服务共用的线性放大器)，RF多路耦合器，功率分离器，天线共用器，和可选设备。由于MDBS共享高级移动电话服务基地台的环境，MDBS应当不对象环境控制和维护这样的支持系统构成太大的额外负担。因此，MDBS必须紧凑和灵活，仅构成执行网元方所需的MDBS功能所需的部件。

图3为一便携通信终端手机100的方框图。大体上此便携通信终端类似于具有至少一个射频收发信机的射频组件102的通常的便携式无线电话手机。射频收发信机利用一主天线104来接收和发送被便携终端所处理的各种形式的信号，例如高级移动电话服务数据(电路转换蜂窝数据)通信，高级移动电话服务话音通信，和CDPD通信。分集式天线106被用作为后备，以保证某些不利情况下的接收。电话式手机112被用来作高级移动电话服务话音通信。

便携终端也可借助一连接到无线控制处理器108的数据/模拟访问接口(DAA)而插入本地公用电话交换网络(PSTN)。这一处理器连同控制处理器和调制解调器109共享便携终端的各种控制功能，包括呼叫建立、高级协议、低级协议、功率调节、调制解调操作和与外部主计算机的数据传送。为便于用户应用，主计算机可以是一个人机(PC)或家用数据助理设备(PDA)或者其它电子装置。便携终端的连接件是通常与PC外接插件结合应用的标准型式。

图3说明的便携数据终端手机和无线专用台可被组构得以实现在图4中表明和在美国专利申请第08/117,913号中描述的所有运行模式。图4中200所指定的模式表示由便携数据终端手机的操作人员或程序员选择的菜单模式。二种模式(高级移动电话服务或CDPD)之一可由操作员利用手机上的键盘加以选择。如果一主计算机正在将数据输入进便携终端(手机)100中，则可选择被选定的模式或一预定的缺省设置作为数据传送的部分。

系统最好通常处于低功率的睡眠模式。这种睡眠即静止模式促成最小的功率消耗。通常，睡眠模式将每10～255秒被中断一次，以检查例如输入的寻呼信号之类的消息。如果没有收到任何消息，CDPD保持为空闲模式。CDPD可因接收到寻呼信号或者来自主计算机或手机用户为启动CDPD模式中的数据传送的命令而成为激活状态。保持在CDPD模式的优点在于电池不致有沉重负担，从而按照当前的电池工艺，满发送功率下的对话时间可长于1小时而同时监视高级移动电话服务控制信道的等待时间可长于12小时。

睡眠模式过程被用来将手机置于睡眠模式，这被定义作为在数据链路建立过程(无线专用台与移动数据中介系统间的通信)期间，无线专用台M-ES可能要求的可选操作模式。睡眠模式的目的是要有助于无线专用台中储备功率。睡眠模式的总体动行使M-ES能禁止或切断其接收机和相关电路的电源。这一模式是CDPD运行的主要优点。

睡眠模式过程在“多帧建立状态”中运行。在此运行中，如果在由参数T203所规定的时间周期之后一特定无线专用台M-ES与MDBS间的数据链路连接上无任何帧交换，此数据链路连接即可被置于手机的临时设备标识符(临时设备标识符)睡眠状态。在此状态期间，整个网络均将不会传送为该M-ES指定的信息。如果在进入睡眠状态之后新的帧成为突出的并等待开始发送，网络就将以周期的间隔广播一预定的消息。此消息含有一对信道数据未定的临时设备标识符的表，无线专用台预期会以周期间隔被唤醒，以确定来自它们的数据是否是未定的，并通知网络它们愿意接收此未定的数据。通常，M-ES可在任何时间退出睡眠状态。

参数T203表示在M-ES被期望进入CDPD睡眠模式之前容许数据链路连接上无帧交换的最大时间。在用户/专用(M-ES)侧，参数T203的定时按反向信道(自M-ES至MDBS)上的任何型式的数据链路层帧的传送起动或再起动。在网络侧，对一特定M-ES的参数T203按CDPD信道上数据链路层帧(任何型式)的接收起动或再起动。如果参数T203的值失效，数据链路实体将进入临时设备标识符睡眠状态，并从用户侧发出这一状态的标记。层管理实体可采取节能措施，例如断开用户无线接收机或其电路的其他非主要部分。

第二参数T204表示网络侧对一睡眠M-ES广播未定数据的临时设备标识符通报的时间间隔。对一信道流保持参数T204的单个定时操作，所有用户侧管理实体通过CDPD规范的403章6.8.8节中说明的临时设备标识符通报过程显现并同步到特定信道流T204。在网络着手通报临时设备标识符睡眠状态中的M-ES的最大时间内排队的帧的数量与执行过程相关。网络释放数据链路连接并废弃因之使临时设备标识符睡眠通报过程中断的所有被排列的帧。期图通报未定网络传输的临时设备标识符睡眠状态中的M-ES的最大次数被指定为系统参数N204。网络正常地中止对来自M-ES没有响应的逐次的临时设备标识符通报消息的包括作为参数N204的临时设备标识符的临时设备标识符睡眠通报过程。结果，M-ES将由CDPD系统撤消登记。

前述操作的完整说明见CDPD规范403章6.8节。M-ES和MD-IS的并行操作在图5的流程中说明。二者识别M-ES特定用户所作最后的CDPD通信已在何时进行。在这方面，M-ES与MD-IS双方能相互同步。利用内部时钟，二单元跟踪M-ES与MD-IS之间最近的CDPD通信过去之后的时间流逝，如步骤702中指明的。这样，在按照CDPD规范这一部分的操作中，如果在一定时间长度(参数T203)内没有数据通过广播通信线路在任一方向上发送，M-ES将进入睡眠模式而网络将认为M-ES入睡，如步骤703所指明的。一旦M-ES进入睡眠模式，M-ES和MD-IS双方中进行另一定时操作。

这一周期的总长度由前述的参数T204与N204的乘积确定。如果网络有数据要传送到被认为是睡眠中的M-ES，网络将该M-ES的临时设备标识符加到具有数据等待它们的一特定信道流上的睡眠单元表。不过，网络将不发送该数据(步骤704)。当每次帧被参数T204测量时，网络将发送对一特定无线专用台M-ES的临时设备标识符标志，指示有数据在等待该无线专用台。这样，此无线专用台在由T204所确定的时间帧期间的某时刻必须监视CDPD信道，以便能确定是否有消息等待该无线专用台。

具有等待消息的无线专用台的表是在临时设备标识符通报消息中在该信道流上向所有台周期地广播。这样的通报间的时间由参数T204指定。这一参数确定在对此消息醒来之前期望M-ES睡眠的时间长度。当M-ES醒来时，它等待直至接收到一通报消息。如果该M-ES的临时设备标识符在此表上，它通报网络它已准备好接收数据。如果一特定的M-ES的临时设备标识符不在该表上，M-ES回到通常由参数T204指定的另一睡眠时间周期。如果对一临时设备标识符已作多个连续通报(由参数N204指定)而没有表明它已准备好接收数据的主体M-ES，网络将认为此M-ES不再存在于CDPD系统上并丢弃对该M-ES待定中的数据，如步骤705所指明的。

如果此特定M-ES正在比参数N204与T204的乘积所包括的时间更长的时间内处理正常的高级移动电话服务通信，则对该M-ES保存的数据被网元废弃。这样，CDPD通信即因高级移动电话服务通信的正常运行而丢失。从而，需要此专用台M-ES维持与CDPD信道一致以足够监视其临时设备标识符的长度。这要求唤醒状态中的附加时间，结果是额外的电池消耗。

由于高级移动电话服务模式运行被认为具有超过CDPD模式运行的优先级，因此手机最好花费其大部分时间监视高级移动电话服务通信并且在CDPD模式上仅只需足以检取无线专用台的指定消息并免除去登记。运行无线专用台M-ES的一种模式是保持以高级移动电话服务模式监视高级移动电话服务控制信道，同时周期地中断来查询CDPD网络，当高级移动电话服务模式中断时，无线专用台M-ES发送一查询信号至CDPD网络，以唤醒应答和确定CDPD网络上是否有任何数据在等待发送往该无线专用台。在对来自CDPD网络的返回消息应答后等着听一适当时间长(通常为T203)之后，无线专用台转换模式并回到高级移动电话服务信道。这种转变最好发生在任何当无线专用台处于CDPD模式时期可能丢失的任何有关高级移动电话服务页面重新传送之前。

前述运行的预期结果需要无线专用台维持在相对高的功率状态以便能接受前面提到的消息。因而，无线专用台中的功率消耗将十分大，从而缩短电池的寿命。这是无线专用台运行的关键因素。

为弥补这一缺点，必须使得无线专用台要听等其临时设备标识符(TEI)、或由MD-IS或MDBS发送的为控制无线专用台的任何其他控制消息的时间最少。

对无线专用台为接受临时设备标识符消息而必须保持为高功率状态的时间起作用的一个重大因素是缺乏(在无线专用台部分)对临时设备标识符信号的广播时间的可预测性。结果，无线专用台必然会为等待临时设备标识符的发送而在很长的通讯周期内浪费时间和功率。这在为其他所需控制信号时也是如此。虽然临时设备标识符信号的定时在移动数据链路协议(MDLP)层是规则的和可预测的，如蜂窝式数字包数据规范版本1.1的章3中说明的，但这样的可预测性没有转换成蜂窝式数字包数据规范的章3中说明的媒体访问控制(MAC)层。这是很关键的，因为正是MAC层最终控制MDBS与无线专用台之间的定时。

对这种不确定性起作用的因素包括：

(i)通过处理元件的传播延迟；

(ii)回程网络上的排队延迟(等待延迟)；和

(iii)基地台处的排队延迟。

虽然这些因素无法直接评估，但CDPD系统中的操作经验表明这些延迟产生的±3秒的不确定性。结果，无线专用台必须对约60个信息组或消息流的帧的时间(这里每一信息组约为50msec)以及在临时设备标识符出现时为处理适当的临时设备标识符通报所需的额外3个信息组的时间处于唤醒状态。这在任何无线装置的运行中均是一相当长的时间，特别是考虑到在临时设备标识符出现时仅需要3帧来处理适当的临时设备标识符通报。从而，传统的高功率唤醒模式要求大于实际需要的2100％(63/3×100)的时间。

CDPD系统的传统应用中的另一个问题是，为接收除临时设备标识符消息外的控制消息，无线专用台需要额外的监视。它们包括：

(i)  信道组构消息，由该相临网元所利用的信道提供为进行

     网元传递所需的信息；

(ii) 信道识别消息，它提供定时信息、为控制MAC层的参

     数、和其他关于用户作多路传输用的识别参数；

(iii)信道访问参数；

(iv) 转换信道消息，它用于控制用户转换到另一信道；和

(v)  替换的服务提供者消息，它通知用户其他可用的服务提

     供者。

通常，这些消息以拟正则的间隔分布，并在MDLP级有排队延迟。还存在有MDBS的内部传播延迟。用于无线专用台的额外监视时间是必须的，因为在移动用户台进入一新的网元时为能进行网络访问就需要这些消息。这样，无线专用台就必须连续地监听在到它接收到所有上面提到的控制消息。一般所需时间长度约为5～10秒。因此，监视这些控制消息所花费的时间远远长于为接收和处理控制消息所需的时间(一般的字块约为50msec)。

为了能增加无线移动专用台中电池的寿命，必须大大降低无线专用台为接收临时设备标识符和其他所需控制消息而必须监视CDPD信道的时间。然而，主要问题在于上面提到的所有控制消息均为无线专用台在CDPD模式中运行所需要的。

本发明概述

本发明的第一个优点是预测向CDPD系统传输控制消息所用时间的能力。

本发明的另一个优点是借助在CDPD系统上运行的无线用户台减少处于睡眠模式的时间。

本发明的第三个优点是在MAC层预测MDLP定时，并且在两个协议层之间不提供本质上的转译。

本发明的第四个优点是增加监视控制消息的可靠性。

本发明的这些优点和其它优点是借助在有与无线用户台通信的基地台的无线通信系统中预测控制消息传输的方法和用于管理基地台运行的控制器得以实现的。这种方法包括用第一定时数据给基地台编程，将第二定时数据从控制器传输给基地台。该方法包括从基地台向各无线用户台播发第一和第二两个定时数据的步骤。最后，无线用户台从第二定时数据指定的外部来源获得第三定时数据，并且利用第一、第二、和第三定时数据预测向无线用户台播发控制消息的时间。

本发明的另一方面是一种在有与无线用户台通信的基地台的无线通信系统中安排通信消息块的方法和用于管理基地台运行的控制器。这种方法包括用第一定时数据给基地台编程的步骤，将第二定时数据从控制器传输给基地台的步骤，和从基地台向各无线用户台播发第一和第二两个定时数据的步骤。无线用户台从第二定时数据指定的外部来源获得第三定时数据，并且利用第一、第二、和第三定时数据以及从第二定时数据推演出来的第一参考帧预测向无线用户台播发控制消息的时间。确定用于当前传输消息的第一消息长度，并用第一消息长度与借助预定的下一个参考帧的发生所确定的得到的第二消息长度进行比较。

本发明还有一个方面是在为了控制有关的无线用户台的睡眠周期而安排的通信系统中发现的。这种系统包括至少一个用第一定时数据编程的基地台，其中基地台有用于将第一定时数据嵌入准备向各无线用户台播发的信道标识消息的装置。该系统还包括用第二定时数据编程且备有用于按临时设备标识符消息向基地台传输第二定时数据的装置的系统控制器。无线用户台具有用于从第二定时数据指定的外部来源获得第三定时数据和利用第一、第二、和第三定时数据以及从第二定时数据推演出来的第一参考帧预测基地台播发的控制消息和时间的装置。还有用于将无线用户台从睡眠模式调整到唤醒模式的装置，以便仅仅在预测将要传送控制消息时才监视控制消息。

附图的简要说明

图1为一常规的CDPD系统的方框图；

图2为CDPD系统相关到常规的高级移动电话服务系统的方框图；

图3为便携式无线电话手机的方框图；

图4为MDBS体系结构的方框图；

图5为说明无线专用台与一相关的MD-IS间并行操作的流程图；

图6是说明本发明的消息块排列的示意图。

图7为说明采用图6的数据配置的系统的操作程序的流程图。

优选实施例的详细描述

图6为说明根据本发明通过减少功率应用促使电池寿命增加的消息块配置的时间流图。如利用大部分CDPD功能那样，图6中表明的定时配置是利用CDPD规范版本1.1的403节中说明的移动数据链路协议(MDLP)在MD-IS中产生的。如先前讨论的，在MDLP级的操作和时间调整由于在媒体访问控制(MAC)级的变异而不足以实现满意的可靠性(如CDPD规范版本1.1的节402中说明的)。从而采用下面描述的办法来克服这一缺点。

本发明可应用于CDPD系统的双向寻呼变体以及常规的方案。此双向寻呼变体基本上与标准的CDPD系统相同，但带有许多改变来使得能进行双向寻呼，如下面所述。CDPD的双向寻呼变体象标准的CDPD系统那样能与高级移动电话服务共用信道。但此双向寻呼变体并不限于共用高级移动电话服务信道，也能被用于高级移动电话服务波段范围之外的专用信道。

在此双向寻呼变体的运行中，专用台必须在它能启动通常按CDPD规范节407中所规定执行的登记过程之前取得信道识别消息。这一点由专用台作不确定时间长的监视来完成。而且，专用台还必须如正常CDPD运行中那样在完成网元转移之后获得通道识别消息(虽然在一定的环境下可在接收到信道识别消息之前在一新的信道上进行传送)。这种获取最好及时完成，以使得专用台能采取步骤来防止MD-IS(图1中的3)利用MDLP在以前的信道流上开始重新传送。

还由于信道识别消息含有信号出现时间或当前出现时间的分段长，在初始获取后，专用台必须利用信道识别消息来对RF网络以及对正取得的网元提供出现时间结构的定长。通常，临时设备标识符数据通报消息在专用于临时设备标识符通报消息定时的计数器(N210指定的)到期之后即开始在前向信道时隙的第一数据承载块中传送。所有的网元组构、网元访问参数、和替换标识符消息在各临时设备标识符通报消息传送后立即以前而提到的次序发送。如果需要，基地台(图1中的MDBS 1)可在信道访问参数和替换服务标识符消息被发送前发送多路网元组构消息。当需要被转换的信道消息时，它们即在临时设备标识符通报消息之后和网元组构消息之前立即发送。临时设备标识符和其它控制消息的这种安排简化本发明的一个方面，如下面说明的。

图6中表明的定时配置使得不管MAC层排队和定时中怎样变化均能准确定时。这是通过使MAC层和无线专用台预测整个消息流中临时设备标识符和其它控制消息的位置来达到的。为产生这样的可预测性，必须将通信消息流划分为数个段60，如图6中所示那样。每一个的出现时间将具有一基准块61以标识此出现时间的开始。这样，消息流被分成为一系列的出现时间，例如60，每一个以基准块61、61’、61”……开始。各出现时间最好由统一数量的块来构成。如下面说明的，出现时间的持续时间必须为数整的里德-所罗门块(此里德-所罗门块如CDPD规范中所定义的)。这一数量可由CDPD系统提供者根据通信量和其它系统要求加以调整。

正常情况下，MAC层不读取MDLP实体的消息。因而，按照本发明，要确定一标准使MAC层识别对N个消息块的每一出现时间60定义的基准帧61。各基准帧的位置被选择以便与一外部时间标准，例如全球定位系统(GPS)相一致，当然也可以采用其它定时标准。重要的是，无线专用台能与这一定时标准协调动作移动进入唤醒模式来接收临时设备标识符消息和任何其它必要的控制消息，而如果未发现针对该无线专用台的临时设备标识符消息，则立即回到睡眠模式。

为由无线专用台与一标准进行协调的定时信息经由信道标识消息帧66传送到无线专用台。此信道标识含有顺序基准块出现的日期。这一帧提供定时信息，用于控制MAC层的参数，和其它有关应用中信道的识别参数，如CDPD规范版本1.1的节402中所说明的。

为了准确预测通信流中将出现的临时设备标识符消息以及其它控制消息的时间，还必须确实知道相对基准块1的主体消息的出现。根据在“启动”(在无线专用台最初以CDPD系统登记时)时组构的一组参数，对MAC层和无线专用台双方来说，临时设备标识符消息62和其它必须的控制消息63的定位是已知的。

为使本发明保持其必须的预测性能，本地定时标准或基准必须保持相对于外部绝对时间基准具有±20msec的准确度。如果MDBS不能保证本地时间基准在外部绝对基准±20msec的范围内，此移动数据基地台一般将中止发送。

移动数据基地台可采用二个来源作为外部绝对时间基准：GPS接收器，或基于GPS基准的NTP时间服务器。如果后者被使用，必须采取一些步骤保证与NTP协议的兼容性，该协议提供20×10^-12秒的精度并且参照1900零时(网络时间协议，第3版，网络工作组TP-RFC 305，或它的等价文件)。为了预测临时设备标识符信息传输的起点，有必要确定信号出现时间的持续时间(即图6中的出现时间)和信号出现时间的起始时间。参数N212用于定义信号出现时间的持续时间。N212的值最好是预先确定的，并且由NMS指定。为预测临时设备标识符消息传送的开始，必须弄清一出现时间的持续时间(例如图6的出现时间60)和此出现时间的起始时间。被指定为N212的参数用来定义出现时间的持续时间。N212的值最好由NMS预先规定和指派。同时也是基准块(如基准块61)的开始时间的出现时间的开始时间由基地台通过计算自某一绝对起始基准(如1995零时)以来已发生的出现时间的数量来确定。出现时间的开始时间和持续时间两者通过位于当前被专用台所接收的出现时间的末尾的信道标识消息专传送给专用台。

移动数据基地台和专用台最好可利用N212计数器与前向信道传输窗保持同步。N212计数器被设置到以8倍里德-所罗门块时间为单位的前向传输窗的持续期间。前向信道传输帧的持续期间由NMS(图1中的10)定义，并被送往移动数据基地台。此参数也如前述通过信道标识消息被送到专用台。移动数据基地台传输窗必须与本地移动数据基地台时钟保持严格的时间校准。否则它就不能维持临时设备标识符消息传送的可预测性。

图7说明CDPD系统和专用台两者的运行。在步骤711 MDBS进入联机时，临时设备标识符和其它控制消息的位置即被编程进移动数据基地台(图1中的MDBS 1)。在步骤712，CDPD系统(图1中的MD-IS)发送应发送的临时设备标识符通报消息的准确的间隔。此第二定时数据被包含在由MD-IS发往MDBS的临时设备标识符消息中。在步骤713，MDBS读取临时设备标识符消息以得到此第二定时数据。第一定时数据的信息(包括发送时间或段长度和控制消息定位数据)被包含在信道标识消息66中，如步骤714所指明的)。(注：第二定时数据在临时设备标识符辅助消息中传送到专用台)。这一数据根据显现在图6的消息块序列中的定时被广播给专用台(图1中的M-ES 2)。

为用户能取得要在一新网元之内运行所需的全部控制消息以及临时设备标识符定时数据，专用台监视唤醒模式中的CDPD信道直至接收到全部的控制消息(步骤720)。此专用台在这一步骤中也与外部时间标准相协调。这一般将需要约5～10秒。一旦有关基准块的定时标准和对此定时标准的临时设备标识符消息已被一专用台接收，此专用台即可进入睡眠模式直至预测的临时设备标识符消息传送前大约一个信息组(块)、即时间帧。尽管这一定时数据的收集需要连续地监视，但不管用户移动到哪一个网元，这仅需一次。由将紧随临时设备标识符消息后的所有其它控制消息加以组合所节省的时间约5秒。这是专用台不必消耗在唤醒模式中的时间，而在专用台的寿命时间上加上了电池寿命的可观的保留。

专用台(图1中的M-ES 2)必须根据第一和第二定时数据以及来自外定时标准(如GPS)的输入确定下一基准块的到达时间(步骤721)。因此，即使专用台已处于睡眠模式，它也必须随基准块61的出现同步地进入唤醒模式，如步骤722所指明的。在步骤723，专用台通过检测操作来确定指定到该专用台的临时设备标识符是否在广播中。如果是，专用台即在步骤724开始通信操作。但如果未检测到指定到该专用台的临时设备标识符，则进行下一处理步骤(725)。这一步确定专用台操作是否需要另外的控制消息。通常这样的探测仅需进行一次，而是在专用台最初以MDBS登记的时刻完成。但在一定的环境下，有可能专用台需要重新取得某些控制消息。如存在有这样的需要，如步骤726指出的，专用台保持唤醒运行来监视控制消息63。另一方面，如果不必再取得另外的控制消息，专用台即可在收到临时设备标识符消息62后立即移进睡眠模式，如步骤727所示。步骤721所说明的定时处理对下一段或长度与段60相同的出现时间预测下次的基准块的出现。

一旦无线专用台与一外部定时装置取得一致而使得能了解基准块61的精确传送时间，无线专用台将仅在这些所需的控制消息被发送的期间维持在唤醒模式以监视临时设备标识符消息的出现。然后如果没有接收到针对这些无线专用台的临时设备标识符消息62，无线专用台即立即返回睡眠模式。使这成为可能的基础是这样一个事实，即无线用户台已经“知道”在临时设备标识符息消发送期间准确的块数。

这种可预测的控制消息块的级别的另一优点在于无线专用台能接收到其它控制消息63(信道组构，被转换信道，替换服务提供者，等等)而不会在唤醒模式中过度损失时间。这在可预测的基础上将所有的控制消息块排列到一起来完成。如图6中说明的，其它的控制消息63被排列在紧接临时设备标识符消息之后。但也可对临时设备标识符消息作其它排列。

信道标识消息66必然安置于不同位置。但因为本发明的精确的帧配置，这种定位可易于被MAC层和无线专用台所预测。因为无线专用台无需浪费时间在等待出现信道标识块66的唤醒模式中。信道标识块66的位置特别重要，因为定时信息(相对于外部时间标准)被包含在信道标识消息中。

为保持由本发明所得的可预测性，正常消息流64被控制以便保持段或出现时间长度60的均匀性。进行恒定的测量处理(步骤715)来测量当前消息流块64与下一基准块61’之间的时间。在步骤717处，将此值与欲发送的消息长度(在步骤716量度)相比较。如果欲发送的消息大于现有段中剩余的时间，消息即被搁置并插入伪数据65直至在步骤718指明随后来的信道标识帧66。在临时设备标识符消息62’和其它控制消息63’发送之后，此消息再将在正常消息流64’中重新开始。另一方面，如果正常消息流64的剩余部分符合下一基准块61’出现前存在的空间，则如步骤719指明的，执行正常的消息流。这一实时操作对由MDBS 3处理的正常消息流的各部分进行。从而，任一被认为对段或出现时间如60中的剩余空间太长的正常的通信消息将被搁置并在下一段中重新发送。

本发明的一个变型提供指定到由特定MDBS服务的各专用台的特殊块或帧。这是通过MD-IS在专用台进入睡眠模式之前发送给各专用台一消息的方式来完成的。此消息包含对该用户的临时设备标识符消息的精确定位。因为在任何给定时刻，很大量的专用台或寻呼机并不正在被寻呼，对一特定用户的通报消息被插入有许多“假”值来填满其它临时设备标识符消息之间的空间。

虽然本发明已经用实施例的方式做了陈述，但本发明并不受此限制。例如，本发明可以经过修改，用于控制信号的其它排列方式，该排列方式不同于图6描述的信息排列方式。因此，应当将本发明看成包括在权利要求书的范围内的各种方式、及其各种组态、改进型、变型、组合和等价方式。

Claims (41)

1.一种在无线通信系统中预测处理控制消息传输的方法，其中所述通信系统有用于与无线用户台通信的基地台和管理所述基地台运行的控制器，所述方法的特征在于包括下述步骤：

a)用第一定时数据为所述基地台编程；

b)将来自所述控制器的第二定时(数据)传送给所述基地台；

c)将所述第一和第二定时数据从所述基地台发送给无线用户台；

d)借助所述无线用户台获得来自所述第二定时数据指定的外部源的第三定时数据，并且利用所述的第一、第二、和第三定时数据预测向所述的各无线用户台播发所述控制消息的时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线通信系统包括蜂窝式数字包数据(CDPD)系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述无线通信系统进一步包括高级移动电话系统(AMPS)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二定时数据是在临时设备标识符(TEI)消息中从所述控制器发送给所述基地台的。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述控制中心包括移动数据中介系统(MD-IS)。

6.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一定时数据包括部分通信消息流的段长和所述控制消息相对所述段中的基准帧的位置。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述控制消息帧包括临时设备标识符的消息。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二定时数据是在所述控制器处编程的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二定时数据利用媒体访问控制(MAC)协议从基地台播发给无线用户台。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二定时数据包括在基准帧与外部计时源之间的计时关系。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二定时数据是CDPD信道标识标准消息的一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述外部时间标准包括全球定位系统(GPS)。

13.根据权利要求6所述的方法，其中传输数据流被分成一系列所述段，每个所述段的长度是一致的。

14.根据权利要求7所述的方法，其中所述控制消息帧包括信道组态消息、信道访问参数、网元组态消息、信道切换消息、和变更服务供应商消息。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述临时设备标识符消息安排在每个所述段中紧接着所述基准帧之后。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述其它控制消息安排在每个所述段中紧接着所述临时设备标识符消息之后。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括下述步骤：e)仅仅在预计控制消息被预测要发送的时候，将所述无线用户台从睡眠模式调整到唤醒模式，以便监视所述控制消息。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述无线用户台还监视与包含所述控制消息的诸帧分开的信道标识消息。

19.根据权利要求18所述的方法，其中有关所述信道标识消息定位的数据是在所述无线用户台登记加入CDPD系统时提供给所述无线用户台的。

20.一种在无线通信系统中排列通信消息块的方法，其中所述通信系统有用于与无线用户台通信的基地台和用于管理所述基地台操作的控制器，所述方法包括下述步骤：

a)用第一定时数据给所述基地台编程；

b)将来自所述控制器第二定时数据传送给所述基地台；

c)将所述第一和第二定时数据从所述基地台播发给所述的各无线用户台；

d)借助所述无线用户台从所述第二定时数据指定的外部源获得第三定时数据，并且利用所述的第一、第二、和第三定时数据以及根据所述第二定时数据推演的第一基准帧预测何时向所述各无线用户台播发所述的各种控制消息；以及

e)确定正在发送的消息的第一消息长度，并且将所述第一消息长度与根据后续基准帧出现的第二消息长度进行比较。

21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：

f)在所述第一消息长度超过所述第二消息长度时中止所述当前消息的传输。

22.根据权利要求21所述的方法，进一步包括：

g)在中止所述当前消息的传输之后，传送虚拟数据，直至所述的后续基准帧出现为止。

23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：

h)在传输后续的控制消息之后，在后续段中继续传送当前消息。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：

i)将信道标识消息放在所述段的末端。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述无线通信系统包括蜂窝式数字包数据系统。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述无线通信系统进一步包括高级移动电话系统。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一和第二定时数据从控制中心传送给至少一个无线用户台。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述控制中心包括移动数据中介系统。

29.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一和第二定时数据包括通信消息流的段长和所述的控制消息相对所述第一基准帧的位置。

30. 根据权利要求25所述的方法，其中所述各种控制消息帧包括临时设备标识符消息。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述第二定时数据从移动数据基地台传送给至少一个无线用户台。

32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二定时数据利用媒体访问控制协议传送。

33.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二定时数据包括基准块与外部计时源之间的计时关系。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述第二定时数据是CDPD信道标识消息的一部分。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述外部时间标准包括全球定位系统。

36.一种用于控制与之相关的无线用户台的睡眠周期的通信系统，所述系统的特征在于包括：

a)至少一个用第一定时数据编程的基地台，所述基地台有用于将第一定时数据嵌入播发给所述无线用户台的信道标识消息的装置；

b)用第二定时数据编程的系统控制器，并且有用于将所述第二定时数据在临时设备标识符消息中发送给所述基地台的装置；

c)所述无线用户台有用于从第二定时数据指定的外部源获得第三定时数据的装置和利用第一、第二、和第三定时数据以及根据第二定时数据推演的第一基准帧预测所述的至少一个基地台何时播发控制消息的装置；以及

d)所述无线用户台进一步包括用于仅仅在预计所述控制消息即将播发时将所述无线用户台从睡眠模式调整到唤醒模式，以便监视所述控制消息的装置。

37.根据权利要求36所述的系统，其中所述无线通信系统包括附近的蜂窝式数字包数据系统。

38.根据权利要求36所述的系统，其中进一步包括：

e)用于确定正在传输的消息的第一消息段长的装置，以及用于上将所述第一消息段长与根据后续基准帧的出现判断的第二消息段长进行比较的装置。

39.根据权利要求38所述的系统，其中进一步包括：

f)用于在所述第一消息段长超过所述第二消息段长时中止传输所述当前消息的装置。

40.根据权利要求39所述的系统，其中进一步包括：

g)用于在中止传输所述当前消息之后传输虚拟数据直至所述后续基准帧出现为止的装置。

41.根据权利要求40所述的系统，其中进一步包括：

h)用于在传输后续的控制消息之后在后续段中继续传输的所述当前消息的装置。

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