CN1247010A - 无线电电话系统和运行方法 - Google Patents

Abstract

在地铁里安装一个无线电电话系统,该地铁有相邻的地铁站(3、4),由同时服务于相邻的连接隧道段(5)的相应基站(1、2)提供服务。当地铁列车(8)从基站(1)的服务区行进到基站(2)的服务区时,列车上的移动电话(14)的电话呼叫从基站(1)切换到基站(2)。在移动电话(14)和基站(1)之间的一个频道上建立呼叫时,该电话系统的基础设施同时在下一个基站(2)预约同样的频道,使它为呼叫切换程序做好准备。

Description

无线电电话系统和运行方法

本发明涉及无线电电话系统和这种系统的运行方法。

本发明的目的是简化安装在地铁系统里的无线电电话系统的呼叫切换。在每一个地铁站安置一个基站。该基站不仅为地铁站区域还为延伸到相邻地铁站的一段隧道提供无线电通信覆盖。当地铁列车从一个地铁站开往相邻地铁站时，列车上的移动无线电电话从第一个基站的服务区进入下一个基站服务区。为了在行进中保证呼叫连续，第一个基站把该呼叫交给下一个基站，这一过程叫做呼叫切换。

在蜂窝系统里一个常用的切换方法是基站投票(base stationvoting)。察觉到需要切换时，相邻的站点(即相邻基站)用一个接收机收听移动电话并测量链路质量。如果某些相邻站点链路质量更好，就预约一个话务频道，并通过原基站指令该移动电话切换到这一话务频道。

在使用漏馈电缆的地铁系统中，如果该电缆系统使用的是截断的分段电缆，就不能使用这一方法。在电缆的端点信号衰减得非常快，不可能进行投票，也不可能将移动电话切换到一个新的频道。此外，信令指令和切换到新的频道都会产生额外的干扰和音频路径的中断。

实现切换的另一条途径是，让移动电话测量下行链路信号电平和信号质量，看起来有必要时就请求切换。这种移动电话辅助的切换可以用上述的基站投票法来完成，它也会产生同样的问题。

移动电话也可以通过测量相邻站点控制频道的信号质量来实现实际的投票或选择新站点。采用这种方法不需要投票接收机，但即使没有几个相邻站点而且精确地知道各个频道，这一过程进行得仍然非常缓慢。在分段电缆系统里，移动电话在丢失旧站点以前，没有足够的时间向目标站点发出呼叫请求。

移动投票切换可以在呼叫过程中通过让移动电话在一个特殊的监测频道定期发射和/或接收信号来改善。如果它在该频道上收到了另一个站点的信号，它可以立即向该目标站点发出切换请求。为此目的每个站点都必须有一个单独的监测专用接收机和发射机。对该监测频道的定期取样也会在音频路径里产生连续干扰。

本发明一方面提供了一个无线电电话系统，它包括服务于相应区域的两个基站和相对于这些基站可以移动的一个移动电话，这样，当该移动无线电电话离开第一个基站的服务区进入第二个基站的服务区时，就启动呼叫切换程序。该系统还包括控制呼叫切换程序的控制装置，这样，在移动电话和第一基站之间的频道上建立呼叫时，该控制装置就在第二基站预约所述频道，为呼叫切换程序做好准备。

最好，将该系统安装在地铁系统里。在这种情况下，基站可以位于相邻地铁站里，一条隧道将这些地铁站连接起来，从相应基站延伸到该隧道的辐射电缆为该隧道提供服务。

本发明另一方面提供无线电电话系统里进行呼叫切换的一种方法，它包括在移动电话和第一个基站之间的频道上建立呼叫，并在第二个目标基站预约好同样的频道，当移动电话从第一基站的服务区进入第二基站即目标基站的服务区时为呼叫切换做好准备。

在切换呼叫时，可以释放第一基站的频道，但最好关闭第一基站的发射机而让第一基站的接收机进入等待模式。建立呼叫时最好在每一个可能的目标基站都预约好这样的频道，而将呼叫切换到某一个目标基站时就释放其余目标基站的这些频道。

在优选实施方案里，移动电话监测收到的信号强度，如果它下降到一个预定电平以下，就发射一个切换请求信号，目标基站检测到切换请求信号并启动呼叫切换，这包括打开目标基站的发射机和关闭第一基站的发射机。

这一新的切换方法最适用于相邻基站不会因为电缆末端而相互干扰的地铁系统。预料到需要切换时，就在相邻(目标)站点预约同样的频道。因为在两个末端使用同一个频道时电缆末端区域的干扰不能完全避免，所以不打开目标站点的发射机。

在该系统里所有的接收机都工作，所有的音频信号都叠加起来。当移动电话接近末端区域时，两个接收机都可以收到它发射的信号，但将信号解调相加后却没有任何干扰。在上行链路方向这样的切换确实是无缝的。

在下行链路方向上电缆末端的基站信号迅速消失。系统必须能够在关闭旧站点发射机的同时准时打开目标站点的发射机，以避免下行链路音频路径的任何中断。

在半双工系统里，这一点很容易在移动电话发射信号时完成。当目标站点收到移动电话发射的信号时它可以立即打开发射机。当移动电话停止发射时，切换已经完成。为了避免干扰和噪声引发的所有切换错误，目标站点必须用一种可靠的方法识别移动电话。

可用的技术标准要求移动电话在每次发射的末尾发射特殊的信令消息。如果打开发射机的速度足够快，以至于在移动电话能接收它的信号之前基站就已进入满功率状态，那么该信令消息就可以用于移动电话的识别。呼叫期间里业务频道上还有其它的信令消息可以用于这一目的而没有上述时间限制。

如果该半双工移动电话不再发射，它就必须检测电缆末端并发出切换请求。这可以通过测量下行链路的信号电平来实现。如果该电平低于某一特定电平，移动电话就发出切换请求消息，直到电平增大。如果电平维持低值，在几次重复的尝试后就释放呼叫。

系统一发现目标基站传来的切换请求消息，就打开目标站点的发射机并关闭旧站点的发射机来完成这一次切换。

在所有的目标站点上预约一个等待频道和一个硬件频道单元是另一个问题。即使有足够的频道，这种慷慨的预约方法也会限制系统的容量。另一方面使用额外的频道单元需要更多的硬件和更高的成本。

这一问题可以通过减少目标站点的数目和缩短待命频道的预约时间来部分地解决。

系统有一个数据库，保存了每一个用户的切换特权，只在允许的目标站点预约等待频道。如果同一个系统里有多种类型的用户，那么就可能定义规定切换能力的几个用户文档。这些特权可能允许切换到所有相邻站点，切换到有限数量的站点或不允许切换到任何站点。

由于地铁无线电网的主要用户是列车，因此预测下一次切换的实际目标站点是可能的。因为列车通常不会改变行进方向，前一站点就不可能是目标站点。交叉口的数量非常有限，因此通常只有一个可能的目标站点。所以只需要在那里切换频道。

需要向任意方向或任意路径移动的一些便携式电话被赋予切换到任意相邻站点的权力。这意味着需要在所有这些站点预约切换等待频道。

另一方面，许多便携式电话根本不离开站区。不给它们任何切换权力，也不预约任何等待频道。更进一步，这些单元可以共享相邻站点同样的频道，因为不可能有电缆末端干扰。

如果可以预计实际的切换时刻，就可以缩短等候资源的预约时间。于是可以“在最后时刻”预约等待频道。

列车是按时刻表运行的，这可以用于预测切换时刻。精度取决于列车的准时程度。

更可靠的计时方法涉及到列车花在每一段轨道上的时间。每次从一个站点变换到另一个站点，移动电话都按标准程序注册。对于每一站点可以从距离、最大速度和最少停车时间计算出列车必须花在那一段轨道上的最少时间。这“最短的站点通过时间”可以用于延迟等待频道的预约。向某一站点注册以后，要经过这一最短的站点通过时间以后再预约等待单元。

如果该站区覆盖有另一漏馈电缆，就有可能使用只跟车站馈线连接的另一个投票单元，检测出列车是否在该车站。这样可以更精确地预计列车从该站点到达电缆末端的时刻。

移动电话辅助的切换方法也可以用于预测切换时刻。当移动电话能够检测到正在接近的切换点时，它可以用一个特殊消息通知系统。为这一检测，移动电话可以使用几种方法：

-如果收到的信号的平均电平稳定地下降，那么列车是在离开该站。

-如果电平下降到低于一个特定电平(例如该移动电话向该站点注册时测量到的电平)，那么电缆末端就要到了。

-如果电平下降到低于要求的最小电平，那么就已经通过了电缆末端。跟旧站点的任何信令尝试都已太迟，因此延缓向这一点预约等待频道是非常危险的。

-在隧道里离开电缆末端一段合适的距离处可以安置特殊的信标发射机。这一信标可以由另一个接收机检测，从而可以为移动电话给出确切的地点。

预约切换等待对额外频道单元的需要，可以通过在那一站点只允许这些单元分配给“真实的”呼叫而减少。于是系统的实际呼叫处理容量没有因为切换预约而减小，而切换失败的可能性却增大了。

如果被呼叫释放后信令单元立即被任何(正在排队的)切换等待所预约使用，那么该有限的硬件容量就工作在最佳状态。

对等待频道单元的需要可以通过用一种时间共享的方式检测几个等待频道而进一步减少。

本发明最直接的实现就是将对目标站点的预测和立即预约等待单元跟释放给其它呼叫的可能性相结合。

将参考作为实例的以下附图来说明本发明的无线电电话系统，其中

图1是本发明第一个实施方案的略图，

图2是本发明第二个实施方案的略图。

参考图1，无线电电话系统包括跟电话交换机7相连并服务于地铁系统里两个相邻地铁站3、4的基站1、2。地铁站3和4之间有隧道5相连，铁轨6从第一个地铁站3通过隧道5延伸到相邻地铁站4，假定这就是列车8的行进方向。第二个隧道(没有画出)将两个地铁站相连，用于反向行进即从地铁站4到地铁站3的列车。

第一条辐射电缆9从基站1延伸到随道里，终止于末端10。第二条辐射电缆12从基站2延伸到隧道里，终止于跟末端10相邻的末端13。随着列车8沿着隧道行进，列车8上的移动无线电电话14通过跟电缆9进行通信维持跟基站1的一条无线电链路，该电缆9是一根天线。随着列车接近末端10，移动电话14接收到的信号的强度下降，为了继续该移动电话和交换机之间的通信，就通过呼叫切换过程将无线电通信转交给电缆12。当列车通过末端区域10、13时，接收到的信号强度会突然下降，必须迅速切换以避免呼叫中断。

在跟基站1通信时，无线电电话占用一个特定的频道。根据本发明，当预计到呼叫切换时，就已经在下一个基站2(在一个更复杂的地铁网络里还可能在基站，见图2)预约好同样的频道。

当基站1和电话14之间成功地建立起话音呼叫时，无线电系统设施就立即在目标基站2预约好同样的频道作为等待频道。作为这一提前预约的结果，基站2的接收机处于等待模式，在预约的频道收听信号。当接收机处于等待模式时不打开基站2的发射机。

当移动电话14在原基站1失去场强时，它就在业务频道上发送一个切换请求消息。目标基站2在这一频道上有一个接收机，接收到该消息，打开它的发射机并通知基础设施将基站1的频道单元转变到切换等待状态。该基础设施同时释放所有可能的其它切换等待频道单元。

当接收到的信号强度低于某一特定电平时，无线电电话14就周期性地发出切换请求。如果无线电电话14在一个预定的期间里得不到一个更好的场强，移动电话就释放这一频道。

如果目标基站2从移动电话14接收到任何其它可以识别的信令消息，系统也实施切换。

基础设施根据以下数据来决定在一组基站里分配一个等待信道：地铁网络结构、移动电话特权等级和此刻正工作的站点以及前一站点。

如果地铁系统分成单独的线路，那么就可能在系统数据库里将移动电话半永久性地分配给单一一条线路。这样仅仅需要将该线路上的相邻站点看成可能的切换目标站点。

便携式单元那样的移动电话并不被约束在该路线，它们的切换权限可以定得更高。可以给一些单元在所有相邻站点或一有限组站点上预约切换等待频道。一些单元永远不会离开它们的站点区域，因此不需要任何等待信道。

可以通过查表来分配上述等待信道，该表为每一“当前”和“前一”站点对列出了可能的目标站点。每一移动电话都跟一个特定的查阅表连接，需要的“前一”站点信息存储在系统注册数据库里。

本发明的另一个实施方案规定允许的线路为一系列地铁站。每一个移动电话都跟这些系列中的一个(或几个)相连。

如果在“下一个”基站有一个空闲频道和频道单元，就分配一个频道用作等待频道。如果没有频道或频道单元，基站就进入排队状态。如果基站的一个频道或频道单元被释放，用户就可以得到处于排队状态的基站的一个等待频道。基础设施检查是否有用户需要这一基站的这一频道。如果一个用户需要该频道，就将该频道设置为等待频道。

如果用户都在进行同样的半双工呼叫，而且他们两个都需要同一个基站的一个等待频道，那么基础设施就可以检测到这一点，并为两个用户预约同样的频道。通过这种方式频道容量获得了更有效的使用。

如果一个站点没有任何频道和频道单元可以预约成切换等待频道，那么切换就要失败。

如果其它一些呼叫需要处于等待模式的这一频道单元或这一频道，无线电路径管理子系统可以释放该频道用作普通业务频道。这一频道不可能被释放用作等待频道。

提高切换成功可能性的另一个方法是如果“下一个”基站没有当前频道，就在切换前改变使用的频道。

图2说明本发明在地铁系统里两条铁路线15、16的交汇处的应用。线路15上有地铁站17、18、19，线路16上有地铁站20、18和22，地铁站18是两条线路的交汇点。

象图1一样，每一个地铁站都有一个无线电基站和一根从基站辐射到隧道去的电缆。线路15的列车23上所示位置上的便携式手机正在跟地铁站17的基站进行无线电通信。建立这条无线电链路时，系统就在每一个可能的目标基站预约同样的频道作为等待频道，在本例中这些目标基站是地铁站18、19、20和22的基站。因为携带便携式手机的人可能在地铁站18换乘到线路16，所以有必要将地铁站20和22的基站也看作可能的目标基站。如果该移动电话安装在列车上，系统在选择目标基站时就肯定会做出更进一步的选择。

再回到列车上的无线电话是一个便携式手机的实例，当一个基站成方目标基站时，它的接收机就进入等待模式在预约频道收听便携式手机的呼叫。当有关接收机处于等待模式时每一个目标基站的发射机保持关机状态。

当一个目标基站的接收机，在这里该基站位于地铁站18，在预约频道收到来自便携式手机，有预定的最小信号强度并包括满意的识别信号的呼叫时，就实施切换，也就是说打开目标基站的发射机并且继续这一呼叫(现在它建立在便携式手机和地铁站18的基站之间)。实施切换后地铁站17、19、20和22的基站都变成目标基站。在每一个新的目标基站里，接收机都进入等待或收听模式，它们的发射机被关闭或维持关机状态。应当指出地铁站17的基站成为一个目标站是因为该便携式手机的携带者有可能在地铁站18换乘列车并朝地铁站17反向行进。

本发明的目的是促进安装在地铁系统里的无线电电话系统的呼叫切换。这些方法可以被改变成适用于具有某些限制的其它类型的网络。如果移动电话主要是作一维移动(列车、公路、河流)，那么本发明的多数方法都是可用的。

Claims (10)

1.一个无线电电话系统，包括各自都有发射机和接收机并服务于相应区域的两个基站和一个移动无线电电话，该无线电电话可以相对于这两个基站移动，这样，当该移动无线电电话离开第一基站服务区进入第二基站服务区时，就执行呼叫切换程序，该系统还包括一个控制装置，用于控制呼叫切换程序，使得移动电话和第一基站之间建立呼叫时，第二基站的接收机就进入等待模式在所述频道收听移动无线电电话的呼叫，结果是，在第二基站预约所述频道，使它为呼叫切换程序做好准备。

2.权利要求1的无线电电话系统，其中控制装置能够使第二基站的发射机关机或维持关机，而同时第二基站的接收机处于等待模式。

3.权利要求2的无线电电话系统，其中当第二基站的接收机收到来自移动无线电电话具有最小预定信号强度并包括满意的识别信号的呼叫时，就打开第二基站的发射机。

4.权利要求3的无线电电话系统，其中当移动无线电电话收到的信号的强度下降到一个预定域值以下时，该移动无线电电话就产生一个识别信号。

5.上述权利要求中任意一个的无线电电话系统，其中的系统安装在地铁系统里。

6.权利要求5的无线电电话系统，其中基站位于地铁系统里的相邻地铁站，一条隧道将地铁站相连，并由从相应基站延伸到隧道里去的辐射电缆提供服务。

7.无线电电话系统里实施呼叫切换的方法，包括在移动电话和第一基站之间的频道上建立呼叫，并在第二目标基站预约同样的频道，该基站的接收机处于等待模式并在所述频道收听来自移动电话的呼叫，为移动电话从第一基站服务区移动到目标基站服务区时实施呼叫切换做好准备。

8.权利要求7的方法，其中实施呼叫切换时，第一基站的发射机被关闭，而第一基站的接收机则进入等待模式。

9.权利要求8的方法，其中建立呼叫时，在多个可能的目标基站中的每一个基站预约频道，呼叫切换到某一目标基站时，其余目标基站的预约频道就被释放。

10.权利要求8或9的方法，其中移动电话监测接收到的信号的强度，当接收到的信号强度下降到低于一个预定电平时发射一个切换请求信号，目标基站检测到这一呼叫请求信号，并启动包括打开目标基站的发射机和关闭第一基站的发射机两个步骤的呼叫切换。

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