CN1282155A

CN1282155A - 利用广播控制信道编程无线用户终端

Info

Publication number: CN1282155A
Application number: CN00108207.8A
Authority: CN
Inventors: 理查德·皮尔逊
Original assignee: HARRI CANADA CORP
Current assignee: HARRI CANADA CORP
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-01-31
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: JP2001028787A; US6885862B1; JP4387037B2; EP1049346A2; CA2304415A1; EP1049346A3; CN100380845C; BR0001689A; MXPA00004084A

Abstract

利用从基站通过广播控制信道同时发射到一个或多个WST的一系列消息更新用于控制WST操作的控制程序。该系列的每个消息包含一个控制程序段,并且这一系列消息与广播控制信道中的其它控制数据交织以便避免干扰其它的呼叫行为。当WST识别包含在控制程序段中的消息时,WST存储该程序段。一旦已经收到完整的控制程序,WST的控制转换到新的控制程序。

Description

利用广播控制信道编程无线用户终端

本发明涉及无线系统，并且特别是涉及利用广播控制信道重新编程无线系统中的无线用户终端。

无线用户终端(“WST”)，也叫做“用户”或“移动单元”是任何提供用户点到无线系统的接口的移动或固定站，该无线系统典型的是蜂窝或无线本地环路系统。无线系统内的WST与基站通信，基站通过把可得到的频谱划分成多个话音信道和控制信道来管理通过空中接口的呼叫。话音信道运送话音信号和其它数据。控制信道运送管理话音信道所需的信息。广播控制信道用于同时将信息传送到基站范围内的所有终端，这区别于其它根据点对点操作的话音／控制信道。本发明涉及利用广播控制信道编程无线系统内的WST的系统。

随着电话系统的发展，WST已经变得日益复杂。处理用于通过无线信道发射和接收信号的射频调制和解调电路以外，WST还典型包括在模拟和数字表示法之间变换音频信息的信号处理。还包括用于控制话音信道硬件和提供WST用户可以访问的更高级功能的微处理器或微控制器。这些更高级功能或“特征”包括典型蜂窝电话用户所熟悉的诸如未接呼入指示器(Call-in-absence indicator)、偷窃告警、呼叫限制、免提操作的功能和诸如电话号码、安全码、和振铃／告警的手机属性。

微处理器／微控制器需要其自身的软件控制当WST打开时硬件的初始化和当WST保持打开状态时控制WST的操作。该软件，这里称作控制程序，存储在非易失性存储器中以使其保持完整直到被主动删除。通常，由WST生产商在交付之前安装该控制程序。非易失性存储器还典型包括关于特定WST的标识和WST特征设置的可编程数据。通常在交付给最终用户之前由技术人员输入该可编程数据。

也可以远端编程WST特征的配置选择。在美国专利5，109，403的说明书中公开了一种方案，其中利用单音(tone)通过话音信道来激活功能特征。在另一种方案中，控制信道用于更新WST功能特征。当改进无线系统的功能时，强制这些方案设置功能特征开关，接着由控制程序解释这些特征开关以便向WST用户提供特征。它们不允许自己替换控制程序。

当控制程序和可得到的功能特征随着时间而改变时，有时希望更新与WST有关的整个控制程序，而不只是预定的功能特征。在美国专利5，430，877的说明书中公开了一种更新控制程序的方法。该方案利用物理连接以更新软件。在美国专利5，666，293的说明书中公开了另外一种重新编程的方案。

仍然需要一种编程WST的即适于无线电话的系统，该系统允许远端程序数据库对WST编程／重新编程的完全灵活性。

本发明包括一种编程无线系统中的无线用户终端的方法，该无线系统具有利用一个或多个控制信道和多个业务信道与无线用户终端进行无线通信的基站，每个无线用户终端具有存储器、非易失性存储器、处理器、和在处理器中运行的用于控制无线用户终端操作的原始控制程序，其特征在于步骤：

A．从基站利用控制信道初始化所参与的一个或多个无线

用户终端，以便通过所选的控制信道接收完整的程序；

B．利用所选的控制信道从基站发射完整的程序，该完整

的程序包括以独立消息发送到无线用户终端的多个程序段；

C．验证每个参与的无线用户终端已经收到完整的程序；

D．在无线用户终端的非易失性存储器中存储完整的程序

作为新的控制程序；和

E．将每个参与的无线用户终端的控制转换到新的控制程

序。

本发明还包括一种用于编程无线用户终端的系统，该系统包括：

基站，该基站具有存储器；

存储在基站存储器中的控制程序；

通过空中接口与基站进行无线通信的一个或多个用户，该空中接口包括多个业务信道和多个控制信道；

利用控制信道初始化一个或多个无线用户终端以便接收控制程序的装置；

用于将控制程序广播到一个或多个无线用户终端的装置；

用于验证每个初始化的无线用户终端已经收到控制程序的装置；

用于将每个初始化的无线用户终端的控制转换到控制程序的装置。

方便的是，无线用户终端中的控制程序的更新是通过从基站来的控制信道传输来进行的。在广播控制信道上以一系列包含程序段的消息发射该控制程序，该程序段与其它消息交织在一起。当WST识别出消息是属于可用于WST的控制程序时，WST存储消息中所包含的程序段。

例如，无线干扰、断电或者WST移出基站的范围之外都可以中断WST对广播控制信道的接收。另外，WST必须放弃广播控制信道并转换到另一个不同的用于话音／数据业务的物理信道。因此WST不总是处于接收程序消息的状态。为解决该问题，基站通过轮询参与控制程序广播的各个WST来判断发射后未被收到的程序段并重新发射任何一个WST漏掉的程序段。

系统最好在每个WST中提供部分程序的非易失性存储，结果WST不需要在一次通话中接收完整的程序。

因此本发明有益地以一种方式完成对远端WST的重新编程，这种方式无需使用话音信道，并且不需要连续不中断地连接到广播控制信道。

现在参照附图通过例子描述本发明，其中：

图1是无线通信系统的方框图；

图2是基站的方框图；

图3是无线用户终端的方框图；和

图4是本发明所用的消息格式的图。

图5是表示基站和无线用户终端之间数据流的数据流程图。

图1描述了根据本发明的无线通信系统10，其中基站20与无线用户终端(WST)24进行双向无线通信，并进一步经中继线与陆上通信系统25进行双向通信。陆上通信系统25可以是公共交换电话网(PSTN)或任何其它的能进行话音／数据连接的有线网。如果在中继线26上出现正在进行的呼叫，则基站20将正向中继信号翻译成正确格式化的无线信号，由天线通过空中接口30辐射到WST 24。WST 24执行互补的操作以便通过空中接口30建立双向的话音连接。

这里所用的术语“中继线”是指运送多个电话信号到PSTN的传统连接，并进一步希望包括到陆上通信系统25的多个这种中继线、个人用户线或任何其它的连接。

这里所用的诸如“话音信道”和“话音业务”的术语希望包括传统音频信号还有可由电话系统25运送的数据的通信，诸如传真或计算机数据。

本发明包括具有至少一个区别于话音信道的控制信道的空中接口，该空中接口提供与多个WST 24的广播通信还有各个WST 24和基站20之间的双向控制通信。本发明主要与作为陆线的替换按装的无线本地环路使用。通信系统10也可以是为移动电话设计的蜂窝或宏／微蜂窝系统，并且可以为这种蜂窝应用进行特定的适配。

本发明可用于多个新兴的标准，诸如GSM、PCS、和从IMT-200计划得出的第三代标准。本发明下面的实施例使用由电信工业协会IS-136规范(IS-136)描述的空中接口的数字扇区。简短的说，IS-136的数字扇区是以800MHz和1900MHz运行的数字时分多址(TDMA)技术。

如图1所示，IS-136空中接口30包括数字业务信道32，数字业务信道30是用于话音业务的双向链路。空中接口30还包括具有(逻辑)广播控制信道的数字控制信道(DCCH)34，广播控制信道用于从基站20将信息广播到多个WST。DCCH 34还包括若干个(逻辑)点到点控制信道，用于每个WST 24和基站20之间直接双向控制通信的。可以有益地将控制信道组合起来以便有效地向若干参与的WST 24发送整个控制程序，同时保留有限的数字业务信道32用于陆上通信系统25和WST 24之间的话音业务。

如图2所示，基站20提供于陆上通信系统25和WST 24之间的接口。为了起到这样的作用，基站20一方面包括发射和接收有线网话音业务的MUX／转换器50，另一方面包括经空中接口30发射和接收无线话音业务的连接到天线27的射频(RF)系统60。无线访问控制器(WAC)70管理RF系统60和MUX／转换器50的操作以便确定每个有线话音连接耦合到空中接口30的正确信道。WAC 70还执行与话音编码、压缩、加密、和安全性有关的功能。

根据本发明，WAC 70执行若干特殊的功能。首先WAC 70管理控制程序通过广播控制信道的发射。控制程序存储在基站20的存储器80中。为了将控制程序发射到WST 24，WAC 70将控制程序分成可以与其它广播控制信道发射交织在一起的程序段，即在其它控制消息之间发射以避免干扰无线系统10的正常运行。当希望WST例如通过陆上通信系统25更新存储在基站20的存储器80的控制程序。无线访问控制器70还管理控制程序通过中继线26的接收和将控制程序存入存储器中。

如图3所示，WST 24利用耦合到RF系统110的天线100通过空中接口30发射和接收信号。解调的话音信号或其某些编码的表示形式经系统总线112运送到话音信号端口114。在优选的无线本地环路实施例中，话音信号端口114是与标准本地环路电话线和任何适当的传统电路兼容的模块插件。WST 24还包括连接到系统总线112用于控制WST 24操作的处理器122，还有用于临时存储的存储器124和用于存储WST控制程序的非易失性存储器126。

控制程序包括一系列处理器122可以执行以控制WST 24操作的指令。下面讨论所用的术语“固件”指的是微控制器使用的可执行固件映象，还有可能用作WST 24控制程序的任何其它的可执行码、指令、或其它软件。用新的控制程序重新编程WST 24通常包括四个步骤：(1)初始化、(2)程序广播、(3)验证、和(4)切换。现在详细描述这些步骤。

1．初始化：

在广播发射新的控制程序之前，基站20通过经正向点到点控制信道将广播固件开始(BFS)消息50发送给每个WST 24来直接初始化每个EST 24。图4表示BFS消息150的格式，每个WST 24使用BFS消息确定它是否参加即将进行的控制程序广播。BFS消息150包括硬件模型号152、硬件版本号154、用于特定控制程序的固件版本号、和特征设置标识符158。每个WST 24将该信息和存储的信息比较以便确定是否接收即将进行的控制程序广播。

BFS消息150还包括参与的WST 24用以处理随后包含新的控制程序的广播消息的信息。传送标识符160唯一地识别控制程序广播。相同的标识号码也包含在所有包含新的控制程序的广播消息中以便每个WST 24可以识别它们。强制转换标记163可以使接收者WST 24装载新的控制程序，尽管WST 24已经具有匹配的固件版本号156。一旦已经收到完整的程序，自动转换标记164可用于命令WST 24自动将控制转换到新的控制程序。

通过在BFS消息150中包含块大小的字段166和多个块的字段168可以提供进一步的灵活性。通过发射这些参数，基站可以调整用于特定控制程序广播的消息长度。

接收BFS消息150的每个WST 24用其自己的BFS响应(BFSR)消息180应答。这是通过反向控制信道发射的简单的两部分消息。BFSR消息180包括来自BFS消息150的传送标识符160和表示WST 24是否参与即将进行的控制程序传送的响应码184。

基站20从每个WST 24接收BFSR消息180。该信息存储在基站20的存储器80中以便在重新编程期间使用。在该点，初始化结束并且基站20可以开始控制程序广播。

2．控制程序广播：

基站20利用通过广播信道发射的广播固件块(BFB)消息190发射新的控制程序段。每个BFB消息190具有三个部分。再次使用传送标识符160以便唯一地识别控制程序广播。包括块号194以便正确排列控制程序块的顺序。当然在BFB消息中包括固件块196自身。在(前面发射的)BFS消息150中指定固件块196的长度。BFB消息190与逻辑信道内的其它广播信道发射交织以便允许无线通信系统中10的正常运行所需的其它广播信道业务。

基站20继续广播BFB消息190直到其已发射完整的控制程序。如果广播信道是无差错、没有中断的通信媒体，这就将结束固件的传送。但是不能保证每个BFB消息190到达每个参与的WST 24。任何事件都可能使WST 24漏掉BFB消息190，包括用户关闭WST 24、空中接口的干扰、装置故障、或者WST转换到用于正常呼叫行为的数字业务信道32中。因此无线系统将接下来验证控制程序广播。

3．验证：

为了验证固件广播，基站20利用通过一个或多个正向点到点控制信道发射的广播固件请求(BFSReq)消息200轮询所有参与的WST24。每个BFSReq消息200中除了其自己请求的状态信息之外不包括任何消息。

每个WST 24利用通过反向控制信道发射到基站20的广播固件状态(BFStat)消息210响应BFSReq消息200。BFStat消息210包括标识接收的控制程序状态的状态码212，例如，传送未完成、传送完成、传送和切换完成。状态码212还可以包括WST 24自测可以得到的信息，诸如在试图使用新的控制程序时硬件故障或不成功的切换。下面参照切换到新的控制程序来描述这些自测，但实际中可以在WST24收到BFSReq消息200之前或之后进行这些自测。

同其它的消息一样，BFStat消息210包括传送标识符160。利用BFStat消息210中块接收字段216，WST 24还通知基站20成功收到的块号。最后，BFStat消息210包括用于识别还没收到的块的遗漏块掩码218。遗漏块掩码218是个多比特掩码，其中每个比特表示一系列控制程序块。在优选实施例中，该掩码64比特长并且每个比特映射为表示大约六十四分之一整个块范围的按顺序的整数块号。通过以预定公式编码和解码遗漏的块，每个WST可以迅速而有效地通知基站20存在块遗漏的块范围。

在该点，基站20重新发射任何遗漏的控制程序块。由基站20接收的全部BFStat消息210提供无线系统10中WST 24遗漏块的完整的图。为了填满这些空白，基站20可以采取多个策略。基站20可以简单地重新广播完整的一组遗漏块，或者基站20可以利用正向点到点控制信道将块发射到每个WST 24。当一个WST 24漏掉大量的块时，WST 24甚至希望利用(更高的数据速率)数字业务信道来发射一组遗漏的块。或者，基站20可以分析遗漏块的分布和对称性以便选择这两种策略的某种混合，这优化空中接口的业务量和／或速度。只要每个参与的WST 24在转换之前具有完整的控制程序，可以使用任何方法。

4．切换：

重新编程协议的最后的消息类型是从基站20经正向点到点信道发送到WST 24的固件切换消息220。收到固件切换消息220之后，WST24在非易失性存储器126中存储完整的新的控制程序并将控制切换到新的控制程序。作为选择，当在最初的BFS消息150中设置自动转换标记164时，切换可以是自动的。

在切换后保留旧的控制程序，当WST 24第一次把控制切换到新的控制程序时，执行一系列内部验证测试以确定新的控制程序正常运行。这包括传统的存储器124和系统总线112输入／输出的开电自检。还测试控制程序所用的例如RF单元110的每项硬件以确定其存在并响应处理器122。如果开电测试成功完成，WST 24则利用新的控制程序尝试访问基站20所使用的广播控制信道。如果这些测试的任何一个失败了，则WST拒绝新的控制程序并恢复旧的控制程序。如果所有的这些测试都成功完成，则新的控制程序标记为“接受”，并且WST 24的控制无条件地转换为新的控制程序。

图5表示根据上述编程方法的数据流。以竖线表示基站20和每个WST 24。横线表示基站20和每个WST 24之间的数据流，其箭头表示数据流的方向。初始化240包括基于点到点从基站20发射到每个WST 24的BFS消息150。一旦每个参与的WST 24都用BFSR消息180响应，基站通过广播包含控制程序块的BFB消息190执行控制程序广播250。注意每个BFB消息190是一个广播发射到所有参与的WST24。在已经发射所有的BFB消息后，基站20执行广播的验证260。这包括从基站20根据点到点信道到每个WST 24的BFSReq消息200，和从每个WST 24到基站20的响应BFStat消息210。在从基站20控制固件转换的情况下，由从基站20到每个参与的WST 24的固件转换消息220执行最后的转换步骤270。

一旦基本的更新系统出来后对此重新编程系统的多种改变都是可能的。每个WST 24可以存储用于不同时刻的多个控制程序，基站20根据需要控制每个转换。另外，重新编程系统可用于提供软件补丁(patch)，即，可用于替代各个控制程序块而不需要替代整个映象。

本发明是利用无线通信系统的改变信道编程无线用户终端(WST)的系统。利用从基站通过广播控制信道同时发射到一个或多个WST的一系列消息更新用于控制WST操作的控制程序。该系列的每个消息包含一个控制程序段，并且这一系列消息与广播控制信道中的其它控制数据交织以便避免干扰其它的呼叫行为。当WST识别包含在控制程序段中的消息时，WST存储该程序段。一旦已经收到完整的控制程序，WST的控制切换到新的控制程序。接收广播发射易于受到多种原因的中断，例如，WST关机、WST移出基站的范围之外、其它的无线信号或噪音干扰广播信号、或者WST接收呼叫，接着切换到话音信道。

Claims

1．一种编程无线系统中的无线用户终端的方法，该无线系统具有利用一个或多个控制信道和多个业务信道与无线用户终端进行无线通信的基站，每个无线用户终端具有存储器、非易失性存储器、处理器、和在处理器中运行的用于控制无线用户终端操作的原始控制程序，其特征在于步骤：

A．从基站利用控制信道初始化参与的一个或多个无线用户终端，以便通过所选的控制信道接收完整的程序；

B．利用所选的控制信道从基站发射完整的程序，该完整的程序包括以独立消息发送到无线用户终端的多个程序段；

C．验证每个参与的无线用户终端已经收到完整的程序；

D．在无线用户终端的非易失性存储器中存储完整的程序作为新的控制程序；和

E．将每个参与的无线用户终端的控制切换到新的控制程序。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于验证步骤包括利用一个或多个控制信道轮询每个参与的无线用户终端以便确定每个参与的无线用户终端是否还没收到任何程序段；从基站重新发射任何参与的无线用户终端没有收到的程序段、通过一个或多个点到点的控制信道重新发射没有收到的程序段、和通过一个或多个广播控制信道或通过一个或多个业务信道重新发射没有收到的程序段的步骤。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于验证步骤包括在每个参与的无线用户终端进行一系列的诊断测试以便确定在无线用户终端收到的新的控制程序的有效性的步骤，还包括将无线用户终端收到的每个程序段存入无线用户终端的非易失性存储器的步骤，这样如果无线用户终端对程序段的接收中断，则无线用户终端保存所有已收到的程序段。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于在将处理器的控制切换到新的控制程序之后包括将原始程序存入非易失性存储器的步骤。

5．如权利要求1到4的任何一个所述的方法，其特征在于控制程序和新的控制程序每个都包括少于无线用户终端所有操作的软件补丁，并且无线用户终端最好是蜂窝电话。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于无线用户终端是无线本地环路的终端，并且由基站在初始化每个无线用户终端步骤期间强制执行将控制切换到新的控制程序的步骤。

7．一种用于编程无线用户终端的系统，该系统包括：

基站，该基站具有存储器；

存储在基站存储器中的控制程序；

用于将控制程序广播到一个或多个无线用户终端的装置；

用于验证每个初始化的无线用户终端已经收到控制程序的装置；和

8．如权利要求7所述的系统，其特征在于该一个或多个无线用户终端包括蜂窝电话手机，并且该一个或多个无线用户终端最好包括无线本地环路终端。

9．一种编程无线系统中一个或多个无线用户终端的基站，基站包括接收机，控制程序以一个或多个程序段存储在存储器中、用于通过空中接口将正向消息发射到无线用户终端的发射机，正向消息包括存储在存储器中的一个或多个程序段、用于通过空中接口接收来自无线用户终端的反向消息的接收机、连接到存储器、发射机和接收机用于控制基站操作的处理器，正向消息包括广播固件开始消息，反向消息包括广播固件开始响应消息。

10．如权利要求9所述的基站，其特征在于正向消息包括广播固件状态请求消息，反向消息包括广播固件状态消息。

11．一种操作基站以便编程无线系统中一个或多个无线用户终端的方法，该方法包括步骤：

A．利用控制信道初始化多个无线用户终端，以接收控制程序；

B．将控制程序广播给多个无线用户终端；

C．验证多个无线用户终端的每一个已经收到控制程序；

D．将多个无线用户终端的每一个的控制转换到控制程序；和

E．通过一个或多个正向信道将广播固件开始消息发射到每个无线用户终端和通过一个或多个反向信道接收来自一个或多个参与的无线用户终端的广播固件开始响应消息。

12．如权利要求11所述的方法，其特征在于广播步骤包括通过广播信道发射一个或多个广播固件块消息、和通过一个或多个正向信道将广播固件状态请求消息发射给一个或多个参与的无线用户终端、从一个或多个参与的无线用户终端接收广播固件状态消息、和向一个或多个参与的无线用户终端重新发射任何遗漏的程序段的步骤。

13．一种用于无线系统的无线用户终端，该终端包括存储器、用于通过空中接口从终端发射反向消息的发射机、用于从基站接收正向消息的接收机，正向消息包括一个或多个程序段、连接到存储器、发射机和接收机的处理器，用于控制终端和在存储器中存储一个或多个程序段，其中正向消息包括广播固件开始消息，反向消息包括广播固件开始响应消息，并且正向消息还包括广播固件状态请求消息，反向消息包括广播固件状态消息，正向消息包括固件转换消息，并且包含一个或多个程序段的正向消息是广播消息。

14．一种运行无线系统中的无线用户终端以便接收控制程序的方法，该方法包括步骤利用控制信道初始化终端以便接收控制程序，该控制程序包括多个控制程序段、接收包括多个控制程序段的广播、验证终端已经收到所有的控制程序段、将终端的控制转换到该控制程序，所包含的初始化步骤还包括通过正向信道接收广播固件开始消息和通过反向信道发射广播固件开始响应消息的步骤，接收广播的步骤还包括通过广播信道接收多个固件块消息的步骤，验证步骤包括步骤，通过正向信道接收广播固件状态请求消息、通过反向信道发射广播固件状态消息，发射广播固件状态消息识别任何遗漏的控制程序段，接收在广播固件状态消息中识别的任何遗漏的控制程序段，和转换控制的步骤还包括接收固件转换消息的步骤。