CN1310927A - 在通信网之间用于无缝切换的方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信单元决定它自己和第一通信网之间无线链路已经低于可接受的限度(图2,200)。在呼出话音业务中的中止期间,通信单元向第二非同步通信网发信号(230)以便获得一个信道并使用第二网络继续该呼叫。当第二通信网表示足够的资源可用时,通信单元向第二网络发射切换触发(图4,400)。响应于切换触发,第一和第二通信网彼此之间建立连接(460,470)。当连接已经建立时,通信单元接收信道分配(500)并使用第二通信网的资源继续该呼叫。

Description

在通信网之间用于无缝切换的方法
本发明涉及无线通信领域，特别是涉及在蜂窝通信网之间的用户切换。
在一个蜂窝通信网中，一个用户呼叫在呼叫过程中可能会在许多蜂窝通信节点之中切换。当用户在通信网内的各通信节点的覆盖范围之间移动时，蜂窝交换系统确定是否网络内的另一个通信节点能够更好地服务该用户。当蜂窝交换系统确定网络内的另一个通信节点可以提供更高质量的信道，则为了保持该最高质量的通信信道将切换该呼叫。这样，在呼叫从一个通信节点切换到另一个时允许用户在一个特定的网络内自由地移动。
当一个低地球轨道卫星蜂窝通信网向用户提供服务时，则以一种与陆上蜂窝通信网执行的操作类似的方式来在相邻的卫星通信之间切换呼叫。在这类蜂窝通信网中，由于相对于地面用户的卫星运动而在相邻的卫星通信之间切换呼叫。
当陆上蜂窝通信网内的用户移动到该网络服务的覆盖范围之外时，则话音和信号质量随着用户越来越远离最外面的陆上蜂窝通信节点而下降。随着用户完全地移出该覆盖范围之外，则该通信网最后将丢失该呼叫。此时，用户通过该通信网既不能发送信息也不能接收信息。
通过使用双模式通信单元可以实现这个问题的部分解决方案。通过双模式通信单元的使用，用户可以随后连接适当的卫星蜂窝通信节点并通过该卫星通信网开始一个新的电话呼叫。可是，需要用户重拨先前的被呼叫方，或者等待从被呼叫方通过该卫星通信网路由到该特定的用户通信单元的输入呼叫。或者，用户必须首先成功地登记到卫星网路并更新他们的位置。
当具有双模式通信单元的用户在进行一个电话呼叫期间从卫星通信网覆盖的一个区域移动到由陆上蜂窝通信网另外覆盖的区域时，一个类似但小一些的问题出现。在这种情况下，用户可能正在使用相对昂贵的卫星资源以便建立电话呼叫而同时相对便宜的陆上资源也可用于建立该呼叫。为了利用价格比较低廉的陆上通信资源，该用户需要终止通过卫星通信网的呼叫而再建立通过陆上通信网的呼叫。这表示出一种不希望的情形：为了充分利用便宜的陆上蜂窝通信，增加了用户的工作量。
因此，对于用户通信单元，非常希望在一个有效的呼叫期间能在陆上和卫星通信网之间无缝漫游。这样的系统将允许离开陆上通信网覆盖的区域的用户与全球卫星通信网无缝连接。当用户移动到陆上通信网的覆盖范围内的一个位置时，这样的系统也将以类似的方式允许把用户电话呼叫从卫星蜂窝通信网切换到陆上通信网。这将确保通信单元总是使用可用的最低成本资源。
在附加的权利要求中详细地披露了本发明。可是，在考虑有关的附图并通过参考详细的说明和权利要求可以导出本发明的更完整的理解，其中类似的参考数字是指附图中的类似的项目，并且
图1是根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元的方框图；
图2是由根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元执行的方法的流程图；
图3是由根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一个通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元执行的另外一种方法的流程图；和
图4是根据本发明的优选实施例在一个有效呼叫期间由第一和第二通信网使用来执行执行漫游的一种方法的流程图。
一种在通信网之间用于无缝切换的方法和系统向用户提供在一个有效呼叫期间漫游到陆上覆盖范围外部就立即与卫星通信网进行连接的能力。这样允许用户通信单元使用卫星通信网继续一个呼叫而不必中断该呼叫。以类似的方式，当用户进入陆上网络覆盖的区域时，一个使用卫星通信网忙于电话呼叫中的用户可以无缝切换到陆上通信网。当用户移到陆上通信网覆盖的区域时允许用户利用价格比较低廉的陆上资源而不必中断呼叫。而且，可以由各用户控制网络之间切换的标准。这允许通信单元根据预确定标准选择向用户提供最佳服务的可用通信网。
图1是根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一个通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元的方框图；在图1中，天线100和110能够从蜂窝通信节点接收信号并向蜂窝通信节点发射信号。希望天线100和110的每一个用于不同频带的操作。因此，例如，天线100可以是最适合于使用825到849MHz蜂窝通信频带的通信，而天线110可以是最适合于1800-1900MHz通信频带。天线100和110的每个可以是任何类型的辐射和接收元件，例如偶极子，单极子，曲面(patch)，环形或者双极化天线。天线100和110还可以表示为相控阵天线，其使用高增益通信射束来辐射和接收信号。
在替换实施例中，天线100和110的功能可以合并在单个天线中。因此，如果第一和第二通信网的工作频率十分接近，则可以用适合用于两个通信网的单个天线替换天线100和110。诸如宽频带天线设计之类的其他技术也可以提供用单个天线来代替天线100和110的能力。
天线100和110每个都耦合到频带切换单元120。频带切换单元120最好采用高隔离开关以减少通过天线100和110辐射和接收的信号之间的干扰。因此，在优选实施例中，频带切换单元120在天线100和110的输入之间提供至少80dB的隔离。
频带切换单元120耦合到处理器130和调制解调器140。处理器130控制图1装置的操作，包括确定用于建立与第二通信网的通信链路的资源。处理器130还要根据一组预确定的标准来控制链路质量传感器170的操作。在优选实施例中，处理器130还耦合到网络服务数据库150。在优选实施例中，网络服务数据库150包括有关图1的通信单元可用的每个网络的特性的信息。此信息可以包括，例如，对于不同的可用通信网每一分钟的成本，每个网内部的信道带宽，信道调谐信息以及其他网络特性。优选地，网络服务数据库150还包括诸如用户的最小带宽要求的或者用户愿意支付的每一记帐增量的最大费用之类的预确定标准。此信息可以协助处理器130确定是否把呼叫从第一通信网切换到第二通信网以及为可用的网络提供必要的调谐信息。
处理器130还执行任何所需的信令和协议功能，其可能是与诸如GSM、IS-41等等之类适当的通信网进行通信所必需的。另外，处理器130另外可以执行定时功能以便允许频带切换单元120定期地从第一网络切换到第二网络以便确保用户总是连接到提供最低成本服务、最高带宽的或者具有其他想要的性能的通信网。
正如前面提到的那样，频带切换单元120还耦合到调制解调器140。调制解调器140将来自处理器130的任意信令转换为适当的调制格式。调制解调器140还要按照适当的调制格式对任意呼出和传入的话音信号进行调制和解调。调制解调器140可以是时分多址，频分多址或者码分多址调制器/解调器，或者可以使用上述格式的两个或多个格式的组合。
也是先前提到的，处理器130还耦合到链路质量传感器170。在优选实施例中，链路质量传感器170用于估计无线通信单元和通信网的通信节点之间的通信链路的质量。对于模拟通信系统的使用，链路质量传感器170可以通过信噪比的测量来估计链路质量，而在数字通信系统中它可以估计比特差错率和丢失的数据帧的数目。
图2是由根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元执行的方法的流程图。图2的方法从步骤200开始，在那儿无线通信单元感测到来自第一通信网的通信节点的信号质量降低。步骤200可以是比特差错率，过多丢失的话音或数据帧的数目的测量结果或者是信噪比的测量的结果。在步骤210中，通信单元等待来自通信单元的呼出话音中的中止。在步骤220，通信单元确定话音中止出现。在话音中止期间，通信单元尝试与第二通信网的通信节点建立一条链路。在步骤230期间，可以切换通信单元的工作频率以便从第二通信网的通信节点接收信号消息并向第二通信网的通信节点发射信令消息。
在替换实施例中，可以执行步骤210-230而不需要显式出现的话音中止。根据这个替换实施例，可以利用任何未使用的通信信道资源来提供一种装置，通过该装置可以实现与第二通信网的信令通信。例如，在时分多址系统中，通信单元可以利用未使用的时隙或者防护频带以便向/从第二通信网发射/接收信令消息。在另外一个例子中，在频分多址系统中，可使用未使用的频率信道以便发射和接收信令消息。
在步骤240处，通信单元估计是否已经建立与第二通信网的链路。如果已经建立链路，则执行步骤250，其中，通信单元从第二通信网接收信道分配。然后执行步骤255，其中，无线通信单元从第二通信网获得一个信道，并使用第二通信网继续他的呼叫。
如果步骤240的判决指示链路没有建立，则执行步骤260，其中，通信单元确定话音中止是否已经结束。如果话音中止没有结束，则该方法返回步骤230，在此通信单元继续尝试与第二通信网建立链路。如果在步骤260的判决中指示话音中止已经结束，则执行步骤270。在步骤270中通信单元确定与第一通信网现有的链路是否可以继续支持话音业务。当来自第一通信网的信号很快地变差并且由于信号质量差而使与第一通信网进一步通信不太可能时这个步骤特别实用。
如果步骤270的判决指示第一通信单元不可以再支持话音业务，指示信号质量严重降低，则本方法返回步骤230。在这些条件下，用户将不能把话音发射到第一通信网。因此，本方法称为发送帧的“偷窃(stealing)”以便与第二通信网建立通信。虽然本方法的这个帧偷窃方面通常是不受欢迎的，但这比当前实践中所做的因为差的通信链路而终止呼叫要好。因此，虽然帧偷窃通常视为最后的手段，但相对当前当差信号质量存在时管理呼叫的方法却有显著的改善。
如果步骤270的判决指示与第一通信网现有的链路可以继续支持话音业务，则本方法返回步骤210并等候另一话音中止。然后重复本方法，从步骤210开始，直到可以建立与第二通信网的链路为止。
图3是由根据本发明的优选实施例用于把电话呼叫从第一个通信网无缝切换到第二通信网的无线通信单元执行的另外一种方法的流程图。图1的装置适合于执行图3的方法。在图3中，在步骤300，可以感觉通信单元的操作方式中的一个改变。最好，操作方式的改变是从音频信道切换到一个更高带宽的数据信道的通信单元的结果，或者是进入另一工作方式，这种工作方式需要对在呼叫进行过程中引入的一个通信业务进行初始化或修改。
在步骤310，通信单元查询诸如图1的网络服务数据库150之类的网络服务数据库，以便确定第二通信网是否可以提供更好的服务。步骤310可以包括可用的网络服务的更新，从而确保从第一向第二网络的任何切换都基于当前网络信道信息。在步骤320，通信单元根据用户的需要和更新的网络服务数据库来确定第二网络是否可以提供更高的服务质量。
如果步骤320的判决指示与第二网络的连接不能得到更高的服务质量，则本方法终止。可是，如果步骤320的判决指示第二网络可以更好地服务该用户，则本方法继续到步骤330。在步骤330，通信单元与第二通信网建立连接。在步骤330，通信单元利用话音中止或者另外一个未使用的通信资源来传导完成从第一通信网到第二通信网切换所需要的任何信令。另外，步骤330可能需要一个以上的尝试以便与第二通信网通信并导致切换。
图4是根据本发明的优选实施例在一个活动呼叫期间由第一和第二通信网使用来执行执行漫游的一种方法的流程图。在图4的例子中，第一通信网表示一个GSM网络，而第二网络对应一个卫星通信网。虽然图4说明了一种使用GSM和卫星通信网的方法，但这仅仅是典型的例子，也可以使用诸如GSM或者IS-41之类的各种标准网络实践本方法。当使用GSM网络作为“第二”通信网实践本方法时，可以用基站收发信机替换图2的空间飞行器。另外，可以用基站控制器替换图2的地面终端控制器。
图4的方法从步骤400开始，在那儿通信单元把切换触发发送到第一通信网的移动交换中心。步骤400的切换触发可能是这样一个结果：通信单元感测到第一通信网的信道质量降低并向第二通信网发信令以便确定在第二通信网上的信道是可用的。作为一个例子，在向IRIDIUM系统的切换中，通信单元获得空间飞行器标识符，空间飞行器射束标识号码以及空间飞行器拖尾射束标识。此信息最好包括在切换触发中。由IRIDIUM通信网使用该信息来识别通信单元已选择使用的目标空间飞行器的物理和逻辑地址。在替换实施例中，切换触发最好包括第二通信网使用来识别可以接受该切换呼叫的通信资源的物理和逻辑地址的对等的信息。
在另外一个替换实施例中，步骤400的切换触发可以是这样一个结果：通信单元根据用户要求增加带宽或者其他服务特性的立即需要来确定第二通信网可以更好地服务该用户单元。
在优选实施例中，通过第一通信网的基站子系统把切换触发传送到移动交换中心。在步骤410，移动交换中心产生切换请求消息将其传送到第二通信网的切换子系统。在步骤420，第二通信网的切换子系统确定支持该呼叫所需的资源。在步骤420，第二通信网的切换子系统确定支持该呼叫所需的资源。这些资源可以包括，例如，频分多址中的频率信道，时分多址中的时间片或者码分多址通信系统中的码处理资源。另外，在步骤420中通过地面终端控制器把支持呼叫所需的资源传送到第二通信网内的空间飞行器。在步骤430，空间飞行器保留接受切换呼叫所需的资源。
在步骤440，空间飞行器产生一个响应，其表示已经保留必要的呼叫资源。此响应通过地面终端控制器发射到切换子系统。在步骤450，切换子系统接收响应并把此响应传送到先前在步骤410发出切换请求的移动交换中心。
在步骤460与470，第一通信网的移动交换中心和第二通信网的开关子系统互相建立ISDN、TCP/IP或者其他高速率连接。对于本领域的技术人员来说，在步骤460和470建立连接所需的方法和资源是熟知的。当连接已经建立时，在步骤480移动交换中心产生切换命令并将切换命令发射到通信单元。在步骤490，通信单元接收切换命令。
响应于在步骤490接收的切换命令，在步骤500，通信单元获得与空间飞行器的同步以便保证呼叫的无缝切换。步骤500还包括通信单元接收来自空间飞行器的信道分配。在步骤510，空间飞行器获得与通信单元的同步并开始从/向通信单元发射/接收话音或数据业务。在步骤520，空间飞行器产生一个消息，该消息表示空间飞行器通过产生并发射切换完成消息已经成功获得来自通信单元的呼叫。在步骤530，第二通信网的地面终端控制器接收切换完成消息并产生表示切换检测的消息。还在步骤530，把切换检测消息发射到第一通信网的移动交换中心。
在步骤540，由第一通信网的移动交换中心接收切换检测消息。步骤540表示呼叫拆卸过程的开始，在此第一通信网把用来启动呼叫的资源解分配。在步骤550，地面终端控制器把消息传送到地面终端控制器表示切换完成。在步骤560，移动交换中心接收切换完成消息并在步骤570产生清除命令。还在步骤570，移动交换中心把清除命令发送到在步骤580接收这则消息的第一通信网的基站子系统。在步骤590，把清除完成命令从第一通信网的基站子系统发送到移动交换台。在步骤600移动交换中心接收清除命令并完成第一通信网内的呼叫拆卸。从那时以后本方法结束。
一种在通信网之间用于在一个有效呼叫期间无缝漫游的方法和系统为用户提供在陆上覆盖范围外部漫游并把呼叫切换到第二通信网的性能。这样允许用户通信单元使用第二通信网继续一个呼叫而不必中断该呼叫。以类似的方式，当用户进入陆上网络覆盖的区域时，一个使用卫星通信网忙于电话呼叫中的用户可以无缝切换到陆上通信网。当用户移到陆上通信网覆盖的区域时这允许用户利用价格比较低廉的陆上资源而不必中断该呼叫。而且，在网络之间切换的标准可以由各用户控制以允许通信单元根据预确定标准选择向用户提供最佳服务的可用通信网。
因此，通过附加的权利要求来覆盖落下本发明实际精神和范围内的本发明的所有的修改。

Claims (21)

1．在通信单元中，一种用于从第一通信网切换到第二通信网的方法，包括步骤：
感测在所述通信单元和所述第一通信网之间的信号质量的降低；
在呼出话音业务中的中止期间与所述第二通信网建立通信链路；以及
响应于所述建立步骤把所述呼叫从所述第一通信网切换到所述第二通信网。
2．如权利要求1所述的方法，其中所述感测步骤另外包括测量从所述第一通信网接收的信号中的比特差错率的步骤。
3．如权利要求1所述的方法，其中所述感测步骤另外包括测量从所述第一通信网接收的信号中的信噪比的步骤。
4．如权利要求1所述的方法，其中所述建立步骤另外包括从第一工作频率改变到第二工作频率以便从所述第二通信网接收信号的步骤。
5．如权利要求4所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括把信号消息发射到所述第二通信网的步骤。
6．如权利要求5所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括从所述第二通信网接收信道分配的步骤。
7．如权利要求5所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括如果在预确定时间周期之内没有接收到从所述第二通信网的信道分配就返回到所述第一工作频率的步骤。
8．如权利要求5所述的方法，其中所述建立步骤进一步包括如果在呼出话音业务中的所述中止结束之前没有接收信道分配则使用发送帧发射所述信号消息到所述第二通信网的步骤。
9．在通信单元中，一种用于从第一通信网切换到第二通信网的方法，包括步骤：
与所述第一通信网通信；
根据预确定标准确定所述第二通信网提供最佳服务；
通过未使用的通信资源与所述第二通信网建立链路；以及
根据所述建立步骤把所述呼叫切换到所述第二通信网。
10．如权利要求9所述的方法，其中所述预确定标准包含最小带宽要求。
11．如权利要求9所述的方法，其中所述预确定标准包含每一记帐增量的最高用户费用。
12．如权利要求9所述的方法，其中所述未使用的通信资源包含话音中止。
13．如权利要求9所述的方法，其中所述未使用的通信资源包含未使用的时隙。
14．如权利要求9所述的方法，其中所述未使用的通信资源包含防护频带。
15．一种用于把呼叫从第一通信网切换到第二通信网的通信单元，所述通信单元包括：
链路质量传感器，用于感测在所述通信单元和所述第一通信网之间的信号质量的降低；
耦合到所述链路质量传感器的频带切换单元，在呼出话音业务中的中止期间用于把所述呼叫从所述第一通信网切换到所述第二通信网；以及
耦合到所述频带切换单元的处理器，用于确定是否应该把所述呼叫切换到所述第二通信网。
16．如权利要求15所述的无线通信单元，其中，切换单元包括减少所述第一和第二通信网之间的干扰的高隔离切换。
17．一种用于把呼叫从第一通信网切换到第二通信网的通信单元，包括步骤：
所述第一通信网从通信单元接收切换触发；
所述第一通信网把所述切换触发传送到所述第二通信网；
所述第二通信网分配用于建立所述呼叫的资源；以及
所述第一通信网把所述呼叫切换到所述第二通信网。
18．如权利要求17所述的方法，其中所述切换步骤另外包括所述第一通信网解分配在所述建立步骤中建立的资源。
19．如权利要求17所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括所述第二通信网把信道分配到所述第二通信网。
20．如权利要求17所述的方法，其中所述切换步骤进一步包括所述第二通信网从所述通信单元接收信令的步骤。
21．如权利要求17所述的方法，其中所述接收步骤进一步包括所述第一通信网接收所述第二通信网内的空间飞行器的标识符的步骤。
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