CN1500358A - 时分多址无线通信网中信道使用情况的自动检测和修改 - Google Patents

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Abstract

一种移动交换中心在时分多址无线通信网体系结构中交换电话呼叫。移动交换中心内的通信控制器适于控制移动交换中心和至少一个基站控制器之间的通信。移动交换中心内的互通功能适于在移动交换中心和不同于无线通信网的另一网络之间传送信息。小型数据服务单元(CDSU)使所述移动交换中心自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间发生降级过程，在降级过程网络中释放的电话呼叫的子信道。

Description

时分多址无线通信网中信道使用情况的自动检测和修改
技术领域
本发明总体上涉及例如全球移动通信网络系统的时分多址无线通信网。具体说，本发明的某些方面涉及适于在TDMA无线通信网中多时隙数据呼叫中进行升级或降级的解决方案。
背景技术
GSM网络可能是当今采用的最流行的TDMA无线通信网类型。GSM网络可在几种不同无线电频带(亦称为网络频率)之中的任何一个频带上工作，例如标准900MHz(普遍用于最初的欧洲GSM网络中)、1800MHz(普遍用于英国的个人通信网/数字通信系统PCN/DCS)以及1900MHz(普遍用于北美的个人通信系统PCS中)。GSM技术标准由欧洲电信标准协会(ETSI)制订，可通过万维网站点：www.ETSI.fr直接从ETSI获得。
许多GSM网络支持使用能够完成许多高级业务的多模式、多频或多技术的移动台。GSM移动台可将GSM技术提供的许多高级业务与最新的计算机、显示器和其它技术相结合。例如，多频GSM电话可允许单个手持机在具有不同频率，例如标准GSM(900MHz)、DCS(1800MHz)或US PCS(1900MHz)的GSM系统上工作(漫游)。多模式GSM电话可允许同样的手持机使用包括欧洲数字无绳电话(DECT)的不同无线电技术，多技术GSM电话可允许手持机访问并显示不同的信息源(例如，因特网网页浏览)。
图1显示GSM网络的主要部分。移动台与附近的称为基站的无线电天线塔通信。多个基站(BS)对通过相应天线系统从附近的移动电话接收的无线电信号进行转换。基站控制器(BSC)协调一个或多个基站。BSC一般包括控制计算机、数据通信装置以及复用和去复用设备(为清晰起见，图1仅显示一个BSC。典型的GSM网络包括多个基站控制器)。基站控制器将来自移动电话的电话呼叫传送给称为移动业务交换中心(MSC)的交换系统。MSC将呼叫连接到其它移动台或将呼叫路由到公共交换交换网或例如因特网的其它类型的网络。
MSC还与若干数据库相连，这些数据库包含用于检查服务(话音、消息传送、数据和图像服务)鉴权并处理呼叫特征的信息。鉴权中心(AuC)是数据库和处理中心，用于验证移动电话的身份。设备身份登记器(EIR)是保存未授权(例如窃取的)移动电话列表的数据库。组呼寄存器(GCR)是保存用于建立和处理语音组呼和广播呼叫的属性的网络数据库。归属位置寄存器(HLR)数据库保存详细的用户服务预定信息(在GSM网络中，移动电话包含称为用户标识模块的电子卡来识别用户)。来访位置寄存器(VLR)是保存有关正在特定MSC控制下工作的活动用户的临时信息。
MSC中的控制器协调各基站、交换功能和网络互联。通信控制器将高速通信链路中的信道组合起来或者将其去复用。MSC和各BSC之间的A接口构成时分复用(TDM)脉冲编码调制(PCM)数字传输系统。MSC中的互通功能(IWF)用于处理和适配不同类型网络之间的信息。它允许例如计算机网的不同类型的网络、消息传送服务和因特网服务器之间的兼容。在这种接口作用中，IWF可缓冲、过滤或转换不同类型的信息。
GSM网络联合使用时分多址(TDMA)和跳频技术。可通过将一个网络信道划分成多个预定间隔的时隙(TSL)来使其支持多个数据呼叫。一般将移动电话的呼叫分配给一个或多个时隙。时隙间隔很短，以致相同无线电信道上的移动用户谁都没有注意到他们正在信道的一部分上进行收发。这样，与要求将整个信道分配给呼叫传输的标准模拟蜂窝网相比，网络容量大大提高。
然而，由于新呼叫、终止的呼叫、或者呼叫中的降级或升级、特别是多时隙呼叫的原因，基站控制器和MSC之间的信道使用情况可能经常变化。多时隙数据呼叫的业务信道在A接口中的一个时隙中传送，且每个数据呼叫可有多达4个子信道。最初，从时隙的最低位(即比特0)到时隙的最高位(一般是比特7)保留子信道。
最近在GSM网络中引入的特征包括针对非透明多时隙数据呼叫的降级或升级。在降级中，多时隙呼叫的一个或多个子信道从呼叫中释放并分配给另一呼叫，从而降低了基站单元中的拥塞。即便所述多时隙数据呼叫的数据率已下降，但它仍旧继续。在升级中，将更多的子信道分配给一个数据呼叫。当降级或升级发生时，任何子信道都可能受到影响。虽然将可指示释放的子信道数的消息发送给MSC/IWF，但该消息并不指示哪些特定的子信道已释放。没有可能将已释放的子信道数以信号形式从BSC发送给MSC。释放的子信道可以是原来使用的子信道中的任何一个。再者，如果不能识别释放的子信道，则MSC/IWF可能将数据发送给已释放的子信道，使数据呼叫性能大大降低。
由于GSM规范中没有提供自动的解决方案，故这些特征可能引起信道使用情况低效。因此，需要这样一种方法和网络设备，以提供对GSM网络中多时隙数据呼叫的一个或多个子信道释放和释放的子信道(或剩余子信道)以及信道使用情况的修改或调整的自动检测。然而，增加这种信令必定会要求更改GSM规范，需要大量测试，且实现困难。
发明公开
因此，本发明的各种实施例针对GSM网络中的移动交换中心和自动检测并修改GSM网络中子信道使用情况的方法。在本发明的一个方面中，移动交换中心对时分多址无线通信网络体系结构中的电话呼叫进行交换。移动交换中心内的通信控制器适合于控制移动交换中心和至少一个基站控制器之间的通信。移动交换中心内的互通功能适于在移动交换中心和不同于无线通信网的另一网络之间传送信息。小型数据服务单元(CDSU)使所述移动交换中心自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间发生降级过程，降级过程网络中释放的电话呼叫的子信道。
以下段落参照附图通过示例更具体地描述本发明。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，对将更好更全面地理解本发明以其许多伴随的优点，这些都将变得显而易见。
图1是GSM网络的主要部件的现有技术说明；
图2是为实现本发明示范性实施例的方法而设置的移动交换中心的各单元的框图；
图3说明利用基于CDSU的IWF群来提供移动设备和若干异种网络之间数据通信的移动数据解决方案；
图4说明GSM网络中单时隙数据呼叫的示例；
图5说明GSM网络中具有三个子信道的多时隙数据呼叫的示例；以及
图6说明图3所示的多时隙数据呼叫已经降级且原来的三个子信道仅剩下两个子信道之后的示例。
本发明的最佳实施方式
本发明适用于所有类型的TDMA无线通信网络，包括第二代和第三代GSM网络。例如，GSM网络包括GSM 900、GSM 1800和GSM1900(亦称为PCS-1900)。第三代GSM网络包括将通用分组无线电业务(GPRS)技术用于移动数据联网服务和个人多媒体服务的数据网络以及将GSM演进的增强型数据率(EDGE)技术用于高比特率业务的网络。GPRS技术用于GSM网络，使用户能够以较高数据率连接，并使例如无线电子邮件和网页浏览的应用更加容易和有用。EDGE网络和/或宽带CDMA(此后称为3G WCDMA)网络可用于进一步提高数据速度并允许数据率高达473kbps的视频和移动多媒体应用。然而，为了简单起见，讨论将主要集中在第二代或第三代GSM网络和电路交换数据呼叫上。
GSM网络典型的接口类型可用于在移动电话、基站、基站控制器和移动交换中心(MSC)之间建立连接。例如，无线电(Um)接口可用于移动电话和基站之间的无线互联。A-bis接口可用于多个基站和基站控制器之间的互联。A接口可用于基站控制器和MSC之间的互联。A和A-bis接口通常通过有线线路、光纤或微波无线电实行于数字链路中，并使用符合SS7(信令系统#7)连接协议的分组消息。
A接口是PCM接口，其中，一般以同呼叫类型(单时隙或多时隙)无关的方式为一个呼叫保留一个时隙。单时隙呼叫仅使用无线电(Um)接口处的一个时隙。多时隙数据呼叫使用无线电(Um)接口处的两个到四个时隙。每个无线电接口时隙需要A接口处16千比特/秒的容量。因为A接口一般由若干64kbit/sce的时隙构成，故每个电路交换数据呼叫有可能使用四个无线电接口时隙。
图2说明A接口到示范性移动交换中心各单元的连接。移动装置(未在图2中示出)的数据经由连接到组交换器(GSW)的交换终端(ET)从A接口接收。GSW将呼叫的时隙交换到小型数据服务单元(CDSU)中，CDSU可能是UDI群(UDI pool)或调制解调器群(modem pool)。UDI群/CDSU或者调制解调器群/CDSU将用户数据转换到固定网络协议，再经由GSW(通过回声消除器(EC或ECU)和交换终端)到PSTN/ISDN 3.1kHz的音频。UDI群/CDSU或者调制解调器群/CDSU或者以上两者均可将内部的PCM用于输入和输出流量(2×4兆比特/每秒)。交换终端将PSTN/ISDN PCM格式转换回到G.703格式，将此PCM朝着另一端连接。数据还可以(通过ET)送往ISDN或者(通过ET)送往DM2网络。从网络到移动装置的数据沿相反方向前进。图3说明采用这些基于CDSU的IWF群来提供移动设备(例如，与移动电话相连的膝上计算机)和若干异种网络之间的数据通信的移动数据解决方案。尽管图3只示出X.25分组网、因特网/内部网、ISDN和PSTN，但可以连接其它网络和混合网络。
UDI群/CDSU和调制解调器群/CDSU中的DSCO、DSMA和DSM8执行互通功能。如上所述，交换终端执行从采取G.703格式的外部PCM到内部PCM格式的转换，这种内部PCM格式可能是MSC独有的，只能在MSC内MSC内加以处理。回声消除器(EC或ECU)是用于话音电路的公知单元，在数据呼叫中被旁路。组交换器是执行各PCM和各时隙之间交换的交换矩阵或交换网络。换句话说，可将输入的PCM/时隙组合交换到期望的输出PCM/时隙。尽管图2中未示出，DASUC群可通过GSW形成环路(其中一个ET用于输出流量)。IWCU/CMU(IWCU可位于子机架中，而CMU可位于机框中)、OMU、CLS以及WDD是公知的计算机(或接口)单元，它们执行它们特定的功能，这些功能与GSM数据呼叫不直接相关。还可能存在于GSW和MBUS之间相连的本领域公知的BSU单元(未在图2中示出)。
在正常的(单时隙)GSM数据呼叫中，A接口处需要16千比特/秒的容量。此容量通过采用数据传输所用时隙的最低两位来实现，剩下高六位未用(左边的二进制位I)。参见图4，因为定义了所用比特的位置，且无线信道数未改变，故在呼叫中A接口处的16千比特/秒数据连接保持原位。
在多时隙数据呼叫中，无线电接口中使用了2到4个时隙。在A接口中，每个子信道(Um时隙)需要16千比特/秒的容量。例如，如果使用了3个无线时隙，则A接口中需要将3×16千比特/秒的容量用于呼叫。如图5所示，将无线电(Um)接口中的每个时隙映射到A接口时隙中的2位。为一个呼叫而保留的每两个比特组称为“子信道”。当开始呼叫时，从最低位起连续设置使用的子信道。因此，如果时隙数已知，则时隙中子信道的位置是已知的。A接口中不存在优先权比其它子信道高的子信道，它们的优先权是彼此相等的。
如果降级过程出现，则一个(或多个)无线时隙从呼叫中释放，于是将在A接口处释放一个已用子信道。如果升级过程出现，另外将一个(或多个)无线时隙分配给呼叫，则在A接口增加一个子信道。(在降级情况下)释放无线时隙或者(在降级情况下)分配无线时隙的BS/BSC将把有关无线时隙中的变化量告知MSC/IWF。但BS/BSC不会指出释放或增加了哪些无线时隙，而仅指出新的时隙总数。任何所用无线子信道都会被释放或增加，这是可能的。原因在于GSM规范，它规定BS/BSC仅需要指出新的无线时隙数，不可能知道哪一个无线子信道被释放或增加。
图6说明由于降级过程无线时隙“yy”已经从数据呼叫中释放的情形。在这种情况下，告知MSC/IWF所用的无线时隙数已减少为两个时隙。因为不了解所释放的无线时隙，故需要一种方法来查明哪些无线时隙已经释放。
当降级过程出现时，则所用子信道中的一个或多个将从数据呼叫中释放。将新的子信道数、而非指示哪些子信道被释放的信息以信号形式发送给MSC/IWF。在未用的子信道中，不发送特定数据。仅发送包含空闲序列(FFh)的时隙。当降级过程出现且一个或多个子信道被释放时，代码转换器将子信道的内容改变为空闲序列。
只要MSC/IWF收到降级或升级事件的信令，它就开始子信道搜索程序。它将从代码转换器方向从所有可能的子信道开始帧同步搜索。当所有所用子信道(以信号形式发送给MSC/IWF的所用的子信道数)上的有效帧同步被找到时完成子信道搜索程序。可以在四个可能的子信道物理位置中的任何位置获得子信道。
这种方法最好直接以MSC/IWF中的软件例如小型数据服务单元(CDSU)来实现。利用这种实现，无需更改GSM规范且无需更改基站控制器的软件。它因此比要通过消息将信息发送给MSC/IWF的方法更有优势。
当把降级或升级事件以信号形式发送给MSC/IWF且正确的子信道位置未知时，作为缺省值，MSC/IWF将把最低位的物理子信道用作代码转换器方向上的发送子信道。那些缺省的子信道可能是或可能不是实际所用的子信道。当MSC/IWF已在代码转换器方向从所有所用的子信道中找到有效的帧同步时，则可将发送子信道交换给正确的子信道。
尽管按照GSM网络的A接口和无线电接口对根据本发明的示范性实施例的方法作了描述，但本发明可以在具有不同数据率和不同接口的其它网络中实现，例如在通用移动电信系统(UMTS)中实现。考虑到IWF，一个呼叫中仅有一个信道，故通过不同的用户数据/填充数据率来实现不同的数据率。
尽管将前述视为本发明的示范性实施例，本领域的技术人员应理解，可对其进行各种修改和变化，并且本发明可以各种形式和实施例实现，本发明可以应用于许多应用中，本说明书中仅描述了一些示范性实施例。此外，在没有背离本发明的中心范围的前提下，可进行各种修改，以便使得特定环境适合于本发明的论述。为此，意图在于：本发明不限于本说明书中公开的特定的实施例。

Claims (30)

1.一种用于时分多址无线通信网体系结构中的移动交换中心，它包括：
通信控制器，适于控制所述移动交换中心和至少一个基站控制器之间的通信；
互通功能，适于在所述移动交换中心和不同于所述无线通信网的另一网络之间传送信息；以及
小型数据服务单元(CDSU)，所述CDSU使所述移动交换中心自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现降级过程，在所述降级过程中释放的电话呼叫的子信道。
2.如权利要求1所述的移动交换中心，其特征在于，只要在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现降级过程，则所述移动交换中心就发起子信道搜索程序。
3.如权利要求1所述的移动交换中心，其特征在于，所述子信道搜索程序包括针对所有可能的子信道的帧同步搜索。
4.如权利要求3所述的移动交换中心，其特征在于，所述移动交换中心在所述子信道搜索程序中使用最低位的物理子信道作为发送信道。
5.如权利要求4所述的移动交换中心，其特征在于，当在所有所用子信道上找到有效的帧同步时终止所述子信道搜索程序。
6.如权利要求5所述的移动交换中心，其特征在于，当所有所用子信道的有效帧同步找到时对所述发送信道进行交换。
7.如权利要求1所述的移动交换中心，其特征在于，在未用信道中发送空闲序列。
8.如权利要求1所述的移动交换中心，其特征在于，所述TDMA无线通信网是GSM网络。
9.一种用于时分多址无线通信网体系结构中的移动交换中心，它包括：
通信控制器，适于控制所述移动交换中心和至少一个基站控制器之间的通信；
互通功能，适于在所述移动交换中心和不同于所述无线通信网的另一网络之间传送信息；以及
小型数据服务单元(CDSU)，所述CDSU使所述移动交换中心自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现升级过程，在所述升级过程中增加的电话呼叫子信道。
10.如权利要求9所述的移动交换中心，其特征在于，只要在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现升级过程，则所述移动交换中心就发起子信道搜索程序。
11.如权利要求9所述的移动交换中心，其特征在于，所述子信道搜索程序包括针对所有可能的子信道的帧同步搜索。
12.如权利要求11所述的移动交换中心，其特征在于，所述移动交换中心在所述子信道搜索程序中使用最低位的物理子信道作为发送信道。
13.如权利要求12所述的移动交换中心，其特征在于，当在所有所用子信道上找到有效的帧同步时终止所述子信道搜索程序。
14.如权利要求13所述的移动交换中心，其特征在于，当所有所用子信道的有效帧同步找到时对所述发送信道进行交换。
15.如权利要求9所述的移动交换中心，其特征在于，在未用子信道中发送空闲序列。
16.如权利要求9所述的移动交换中心，其特征在于，所述TDMA无线通信网是GSM网络。
17.一种在TDMA无线通信中通过移动交换中心和基站控制器之间的接口自动检测信道使用情况变化的方法，所述方法包括如下步骤：
自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现降级过程，在所述降级过程中释放的电话呼叫子信道；以及
只要在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现降级过程，就发起子信道搜索程序。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述子信道搜索程序包括针对所有可能的子信道的帧同步搜索。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述子信道搜索程序期间使用最低位的物理子信道作为发送信道。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，当在所有所用子信道上找到有效的帧同步时终止所述子信道搜索程序。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，当所有所用子信道的有效帧同步找到时对所述发送信道进行交换。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，在未用子信道中发送空闲序列。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述TDMA无线通信网是GSM网络。
24.一种在TDMA无线通信中通过移动交换中心和基站控制器之间的接口自动检测信道使用情况变化的方法，所述方法包括如下步骤：
自动检测：无论何时在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现升级过程，在所述升级过程中增加的电话呼叫子信道；以及
只要在通过所述移动交换中心交换的数据呼叫期间出现升级过程，就发起子信道搜索程序。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述子信道搜索程序包括针对所有可能的子信道的帧同步搜索。
26.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述子信道搜索程序期间使用最低位的物理子信道作为发送信道。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，当在所有所用子信道上找到有效的帧同步时终止所述子信道搜索程序。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，当所有所用子信道的有效帧同步找到时对所述发送信道进行交换。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，在未用信道中发送空闲序列。
30.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述TDMA无线通信网是GSM网络。
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