CN1104160C - 利用收发信机提供话音与数据通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

公开用于在具有多个收发信机的基站上提供话音通信与数据通信的一种方法与设备，每个收发信机具有话音操作模式与数据操作模式。第一话音呼叫指定给第一收发信机，其中此收发信机的模式设置为话音操作模式。数据传输指定给第二可用的收发信机，其中此收发信机的模式设置为数据操作模式。在第二话音呼叫需要由第二收发信机处理时，暂停数据传输。第二收发信机的操作模式从数据模式改变为话音模式，并开始第二呼叫。只要不需要传送话音呼叫，就指定数据传输给下一个可利用的收发信机，其中此收发信机的模式设置为数据操作模式。

Description

利用收发信机提供话音与数据通信的方法和设备

发明领域

本发明涉及用于在通信系统中提供话音与数据通信的方法和设备，并且更具体地涉及用于利用基站中的相同收发信机提供话音与数据通信的方法和设备。

发明背景

可以是面向连接(例如，X.25)或“无连接”(例如，“互连网协议IP”)的分组交换技术不要求物理连接的建立与拆除，这是与电路交换技术的显著区别。这减少了数据等待时间并增加了处理相对短、突发或交互式事务中信道的效率。无连接分组交换网络给多个路由选择站址分配路由选择功能，从而避免在使用中央交换中枢(hub)时出现的可能的业务瓶颈。数据利用合适的端系统寻址进行“分组”，并随后沿数据路径以独立单元进行发送。有时称为“路由器”的位于通信端系统之间的中间系统根据每个分组进行有关应采用的最合适路由的确定。路由选择确定是根据许多特征的，包括：最小费用路由或费率；链路容量；等待传输的分组数量；链路的安全要求；和中间系统(节点)操作状态。

与单个电路建立相反，沿考虑路径矩阵的路由的分组传输提供了应用与通信灵活性，这也正是大多数标准局域网(LAN)与广域网(WAN)如何在共同环境中运作。分组交换对于数据通信是合适的，这是因为所使用的许多应用和诸如键盘终端等设备是交互式的并以脉冲串形式发送数据。与用户输入更多数据到终端中或暂停以便思考问题时的信道是空闲不同，分组交换将来自几个终端的多个传输交错到信道上。分组数据由于路径独立性和在网络节点故障情况中路由器选择替换路径的能力而提供更多的网络坚固性。分组交换因而允许更有效使用网络线路。分组技术根据所发送的数据量而不是连接时间来向终端用户提供记帐的选择。如果终端用户的应用已设计为有效利用空中链路，则所发送的分组数量将是最少的。如果每个用户业务保持为最小，则业务提供者已有效地增加了网络容量。

分组网络通常根据诸如开放系统接口(OSI)模型或TCP/IP协议堆栈的产业宽数据标准进行设计。不论形式上还是事实上，对该标准已进行许多年的研究，并且已可获得使用这些协议的应用。基于标准的网络的主要目的是获得与其他网络的互连性。因特网是当今遵循此目标的这样的基于标准的网络的最明显的示例。

类似因特网或合作LAN的分组网络是当今商业通信环境的不可缺少部分。由于移动计算在这些环境中变得普及，诸如利用TIA/EIA/IS-136的那些无线业务提供者最好定位以提供至这些网络的接入。然而，蜂窝系统提供或建议的数据业务一般基于电路交换的操作模式，每个有效的移动用户使用一个专用的无线电信道。

蜂窝系统的数据业务是基于电路交换操作模式的一些例外描述在包括分组数据概念的下列文件中。

US专利第4887265号和“在数字蜂窝系统中的分组交换”(PacketSwitching in Digital Cellular Systems)，Proc.38 IEEEVehicular Technology Conference，第414-418页(1988年6月)描述了一种提供共享的分组数据无线电信道的蜂窝系统，每个信道能容纳多个数据传输。将请求分组数据业务的移动站利用基本上常规的蜂窝信令分配到特定的数据分组信道。此系统可以包括用于与分组数据网接口的分组接入点(PAPs)。每个分组数据无线电信道连到一个特定的PAP，并因此能多路复用与那个PAP有关的数据传输。由系统以极相似于同一系统中所使用的话音信道转移的方式开始转移。为分组信道容量不够时的那些情形增加新类型的转移。

这些文件是面向数据传输的并基于以与常规话音呼叫相同的方式利用系统始发的转移。将这些原则用于在TDMA蜂窝系统中提供通用的分组数据业务将导致频谱效率和性能上的缺点。

US专利第4916691号描述用于为(话音和/或数据)分组选择路由至移动站的新的分组模式蜂窝无线电系统结构和新的程序。基站、利用中继接口单元的公用交换机和蜂窝控制单元通过WAN链接在一起。路由选择程序是基于移动站始发的转移和给从移动站(在呼叫期间)发送的任一分组标题加上此分组所经过的基站的识别符。在来自移动站的连续用户信息分组之间延长的时间期间情况中，移动站可以为了传送网孔位置信息的目的发送附加的控制分组。

主要在呼叫建立时涉及蜂窝控制单元，并且此控制单元给呼叫分配呼叫控制号码。它随后通知呼叫控制号码的移动站，并将呼叫控制号码和初始基站识别符通知中继接口单元。在呼叫期间，这些分组则直接在中继接口单元与当前服务基站之间进行路由选择。

US专利第4916691号所述的系统不直接涉及在TDMA蜂窝系统中提供分组数据业务的特定问题。

“在GSM中的分组无线电”(Packet Radio in GSM)，欧洲电信标准局(ETSI)T DOC SMG 4 58/93(1993年2月12日)和在芬兰由Helsinki在题为“在未来竞争环境中的GSM”(GSM in a FutureCompetitive Environmert)的研讨会期间提出的“为GSM建议的一般分组无线电业务”(A General Packet Radio Service Proposedfor GSM)概述了用于GSM中话音与数据的一个可能的分组接入协议。这些文件直接涉及TDMA蜂窝系统，即GSM，并且虽然这些文件概述优化的共享分组数据信道可能的构成，但不涉及在总的系统方案中综合分组数据信道的方面。

“在GSM网络上的分组数据”(Packet Data over GSM Network)，T DOC SMG 1 238/93，ETSI(1993年9月28日)描述根据首先利用常规的GSM信令和验证在GSM中提供分组数据业务的概念，以便在分组移动站与处理分组数据业务接入的代理之间建立虚拟信道。利用为快速控制建立与释放而修改的常规信令，将常规业务信道用于分组传送。此文件直接涉及TDMA蜂窝系统，但由于此概念是基于使用现有GSM业务信道的“快速交换”版本的，所以与基于优化的共享分组数据信道的概念相比在频谱效率和分组传送延迟(尤其是对于短消息)方面具有缺点。

本文在此特意引入作为参考的1993年7月的蜂窝数字分组数据(CDPD)系统规范公布1.0描述用于提供利用当前高级移动电话业务(AMPS)系统，即北美模拟蜂窝系统上的可用无线电信道的分组数据业务的概念。CDPD是由一群US蜂窝操作者签署的综合开放规范，所覆盖的款项包括外部接口、空中链路接口、业务、网络结构、网络管理和经营。特定的CDPD系统在大范围上是基于独立于现有AMPS基础结构的基础结构。与AMPS系统的共同性限于同样类型的射频信道和相同基站站址的使用(由CDPD使用的基站可以是新的和CDPD特定的)以及用于协调两个系统之间信道分配的信令接口的采用。

如上所述，基于CDPD的无线电站设置在AMPS基站旁边。两个基站使用相同的天线。CDPD收发信机从AMPS系统中得到有关空闲射频信道的信息，并将其收发信机调谐到那些信道。如果由CDPD当前使用的RF信道分配给蜂窝电话呼叫，这由CDPD站来检测。CDPD收发信机使基输出功率成斜坡，并调谐到新的空闲RF信道和恢复其传输。

当前解决方案的一个问题是：它要求能在AMPS站址上使用CDPD的附加的收发信机。所要求的每个同时CDPD信道要求一个附加的收发信机。例如，如果在一个站址上要求三个同时的CDPD信道，则在那个基站上要求三个附加的收发信道。由于CDPD收发信机连续改变无线电信道，所以不能使用空腔组合器(cavity combiner)。当前可选择方案是使用双工滤波器并在AMPS接收机天线上发送CDPD或使用混合组合器。双工滤波器降低AMPS基站的接收性能，而混合组合器具有高输出功率的问题。因此，需要用于克服上述所有问题的在无线通信系统中提供CDPD支持的方法和设备。

发明的概述

本发明的一个目的是通过提供一种方法和设备以允许CDPD基站使用蜂窝系统的收发信机发送数据来克服现有技术所具有的上述问题。CDPD基站能设计为利用蜂窝系统收发信机。当话音信道变为空闲时，该收发信机在同一射频信道上将模式从话音改变为分组数据。结果，不要求空腔组合器的调谐。当蜂窝系统再次需要收发信机时，它将改变回为话音模式。这意味着：CDPD系统将对于这些跳跃中的每一个跳跃使用不同的收发信机。收发信机的这种模式转换能在CDPD系统所要求的几毫秒内完成。此解决方案还能通过改变蜂窝系统的信道选择算法以便优先使用不被CDPD系统使用的信道而得到进一步增强。

根据本发明一个实施例，公开了一种用于在具有多个收发信机的基站上提供话音通信与数据通信支持的一种方法，每个收发信机具有话音操作模式和数据操作模式。将第一话音呼叫指定给第一收发信机，其中将此收发信机的模式设置为话音操作模式。数据传输指定给第二可用的收发信机，其中将此收发信机的模式设置为数据操作模式。在第二话音呼叫需要由第二收发信机处理时，暂停数据传输。将第二收发信机的操作模式从数据模式改变为话音模式，并开始第二呼叫。只要不需要传送话音呼叫，就将数据传输随后指定给下一个可用的收发信机，其中将此收发信机的模式设置为数据操作模式。

根据本发明另一个实施例，公开了一种用于在具有多个收发信机的基站上提供话音通信与数据通信支持的一种方法，所有所述收发信机具有话音操作模式，并且多个收发信机的子集也具有数据操作模式。将第一话音呼叫指定给第一收发信机，其中将此收发信机的模式设置为话音操作模式。在所述子集外的收发信机不可利用时，将第二话音呼叫指定给所述收发信机的所述子集中可利用的收发信机。在所述子集外的收发信机变为可用时，执行由收发信机的所述子集中的收发信机处理的第二话音呼叫至所述子集外的收发信机的网孔内转移，以使此子集中的收发信机可用于数据传输。

附图简述

通过结合附图阅读下面详细描述，本发明的这些与其他特性、目的与优点对于本领域技术人员将变得更加显而易见，其中：

图1表示蜂窝系统布局的一部分；

图2表示根据本发明第一实施例的基站布局；

图3表示根据本发明第一实施例的定时图；

图4表示根据本发明第二实施例的基站布局；和

图5表示根据本发明第二实施例的另一定时图。

详细描述

现在将结合AMPS通信系统描述本发明。然而，本领域技术人员应理解：本发明也应用于其他通信系统，并且不限于AMPS通信系统。

图1表示蜂窝移动无线电话系统的一部分。此蜂窝移动无线电话系统包括示例基站110与移动站或远程站120。应理解：典型的蜂窝系统包括多个基站和多个移动站，但为简明起见，图1仅表示一个基站和一个移动站。此基站包括连到移动交换中心(MSC)140的控制与处理单元130，MSC140又连到公用交换电话网(PSTN)。这样的蜂窝无线电话系统总的方面是本领域众知的，如授与Weike等人的US专利第5175867号所述的，此专利引入在此作为参考。

基站110利用由控制与处理单元130控制的话音信道收发信机150处理多个话音信道。应注意，每个基站可以具有多于1个的收发信机，每个基站也包括能处理多于1个的控制信道的控制信道收发信机160。控制信道收发信机160由控制与处理单元130进行控制。控制信道收发信机160通过基站或网孔的控制信道广播控制信道给锁定到那个控制信道的移动站。应理解：收发信机150与160能实施为单个设备，类似于移动站中的话音控制收发信机170，以便与共享同一无线电载频的数字控制信道(DCCH)和数字业务信道(DTC)一起使用。同样，每个基站可以具有多个话音与控制收发信机。

在操作期间，移动站将通过发送无线电信号给不同基站和从不同基站接收无线电信号与系统的固定部分进行联络。电话呼叫、数据通信链路或其他通信路径能在系统中的一个移动站与另一移动站之间建立。也能建立至用于固定网络中用户的另一系统中的移动站的呼叫。为此讨论目的，所有这些情况称为连接，而不管是在移动站中始发还是移动站中结束。

根据本发明，CDPD设备位于蜂窝通信系统的每个基站上，以提供分组数据通信支持。不同于现有技术系统，CDPD系统使用与蜂窝通信系统相同的收发信机。图2表示根据本发明一个实施例的基站。本领域技术人员将理解，基站能具有任何数量的收发信机，但本发明结合但不限于此的三个收信机进行解释。基站200包括多个收发信机，例如图2所示的三个收发信机。收发信机210、212、214连到控制基站上话音信息发送与接收的蜂窝控制器216。一般地，蜂窝控制器216能利用安装在基站中的几块计算机板来实施，其中每块板控制几个收发信机，但本发明不限于此。一般地，CDPD控制器218能利用安装在基站中的计算机板来实施，其中此计算机板控制所有的CDPD收发信机，但本发明不限于此。应注意，由移动交换中心作出分配信道(收发信机)给呼叫(话音或数据)的实际决定。此命令随后发送给基站，并由蜂窝控制器或CDPD控制器实施。收发信机210、212、214也连到控制至与自基站200的数据通信的CDPD控制器218。

控制线220连接CDPD控制器218与蜂窝控制器216，以允许两个控制器通信。根据本发明一个实施例，所有的收发信机210、212、214能在话音模式与分组数据模式之间来回转换。当收发信机不用于话音呼叫时，它能用于分组数据传输。然而，根据本发明，不需要将任何一个收发信机调谐到信道上。基站的分组数据模式一般是无连接的，这表示：没有数据传输指定给信道/收发信机。几个移动终端系统能使用单个分组信道。移动终端系统争夺每个脉冲串来发送至少一个数据分组。分组收发信机连续发送，而在分组模式中是否有数据要发送。

如上所述，在收发信机可利用或要求收发信机时，蜂窝控制器发送消息给CDPD控制器。接管收发信机的控制器随后能发送信号给收发信机，命令此收发信机改变模式。收发信机中的模式改变通过改变收发信机中执行的路径来进行，这至少改变收发信机中调制、信道编码和接入方式。

本发明现将结合表示三个收发信机210、212、214操作定时图的图3进行进一步解释。在时间T0之前，假定收发信机210与212在处理蜂窝系统的话音呼叫1与2的过程中。另外，收发信机214未用于话音呼叫。在时间T0，分组数据系统需要发送信息。由于收发信机214可利用，所以CDPD控制器218通过线路220发信给蜂窝控制器216，表示CDPD系统将使用收发信机214。CDPD控制器218随后检查收发信机214的模式，并在此收发信机处于蜂窝模式时将操作模式改变为CDPD模式。CDPD控制器随后使用收发信机214开始发送分组数据给移动站(未示出)。发送分组数据信息，直至已发送所有的分组数据信息或直至蜂窝系统需要进行呼叫。在时间T₁，蜂窝系统需要利用收发信机214进行第三呼叫。蜂窝控制器216发信给CDPD控制器218，表示收发信机214需要用于话音呼叫。CDPD控制器218则停止通过收发信机发送数据。蜂窝控制器216随后将此收发信机的模式改变为蜂窝模式并开始话音呼叫。此收发信机的模式转换能如CDPD系统所要求的在几毫秒内完成。在时间T₂，蜂窝系统上的呼叫1完成，从而释放收发信机210。分组数据系统随后能通过将收发信机210的模式改变为CDPD模式来使用收发信机210继续发送分组数据信息。

由于诸如费用与复杂性的各种原因，通信提供者可能不想与CDPD系统分享所有的蜂窝系统收发信机。在这种情况中，由于CDPD系统将只由总数的收发信机中的一个子集支持，所以需要使支持CDPD系统的收发信机可利用性最大化的一种方法。本发明利用蜂窝系统中的网孔内转移来解决这个需求。网孔内转移是在同一基站内呼叫从一个话音信道切换到另一话音信道。一般地，网孔内转移是基于移动站与基站的质量测量。网孔内转移例如用于避免具有强干扰源的信道。在本发明中，网孔内转移能用于将话音呼叫从支持话音呼叫与分组数据传输的一个收发信机切换为同一基站内仅支持话音呼叫的另一收发信机，从而释放此收发信机来处理分组数据传输。

图4表示根据本发明第二实施例的基站300。如图2所示，蜂窝控制器316连到收发信机310、312、314，然而，在此实施例中，CDPD控制器318仅连到收发信机314。如下所解释的，网孔内转移能用于将话音呼叫从收发信机314切换到可利用的任何一个其他的收发信机，从而释放收发信机314，以使此收发信机314能由CDPD系统使用。

图5表示三个收发信机310的操作定时图。在时间T₀之前，假定收发信机310与312在处理蜂窝系统的话音呼叫1与2的过程中。另外，收发信机314不用于话音呼叫。在时间T0，分组数据系统需要发送信息。由于收发信机314可利用，所以CDPD控制器318通过信号线路320发信给蜂窝控制器316，表示CDPD系统将使用收发信机314。CDPD控制器318随后检查收发信机314的模式，并在此收发信机处于蜂窝模式时将操作模式改变为CDPD模式。CDPD控制器318随后利用收发信机314开始发送分组数据给移动站(未示出)。发送分组数据信息，直至已发送所有的分组数据信息，或直至蜂窝系统需要建立呼叫。在时间T₁，蜂窝系统需要利用收发信机314进行第三呼叫。蜂窝控制器316发信给CDPD控制器318，表示收发信机314需要用于话音呼叫。CDPD控制器318则停止通过收发信机发送数据。蜂窝控制器316随后将此收发信机模式转换为蜂窝模式，并开始话音呼叫。在时间T₂，呼叫1在收发信机310上结束。利用网孔内转移，收发信机314上的话音呼叫能转移到可用的收发信机310。一旦已转换话音呼叫3，CDPD控制器318能将收发信机314的模式改变为CDPD模式，并能继续发送分组数据信息。

本领域技术人员将意识到，本发明能以其它特定形式实施而不脱离其精神或中心特征，因此目前所公开的实施例在所有方面应认为是示意性的而非限制性的。本发明范围由所附的权利要求书而不是前面描述来表示，并且落入其等效意义与范围内的所有变化都将包含在其中。

Claims (12)

1、支持话音通信与数据通信的一种基站，包括：

多个收发信机，用于发送话音与分组数据信号给多个远程站和从多个远程站中接收话音与分组数据信号，其中每个收发信机具有用于传送话音信号的话音操作模式和用于利用无连接协议传送分组数据信号的分组数据操作模式；

话音控制装置，连到所述多个收发信机中每一个收发信机，用于控制基站上话音信号的发送与接收；

分组数据控制装置，连到所述多个收发信机中的每一个收发信机，用于控制基站上分组数据信号的发送与接收；

其中，将收发信机在所述分组数据与话音模式之间进行转换，以使每个收发信机在不需要操作在话音模式中时才仅操作在分组数据模式中。

2、根据权利要求1的基站，其中将正操作在分组数据模式中的收发信机转换为话音模式，而不管是否已完成分组数据通信。

3、根据权利要求1的基站，还包括：

其中，在收发信机子集外的收发信机变为可利用时，执行由所述收发信机子集中的收发信机处理的话音呼叫至不在所述子集中的一个收发信机的小区内转移，以释放此子集中的收发信机来处理分组数据通信。

4、根据权利要求3的基站，其中将正操作在分组数据模式中的收发信机转换到话音模式，而不管是否已完成分组数据通信。

5、用于在具有多个收发信机的基站上提供话音通信与分组数据通信支持的一种方法，其中每个收发信机具有话音操作模式和分组数据操作模式，此方法包括以下步骤：

指定第一话音呼叫给第一收发信机，其中将此收发信机的模式设置为话音操作模式；

指定分组数据传输给第二收发信机，其中将此收发信机的模式设置为支持无连接协议的分组数据操作模式；

在第二话音呼叫需要由第二收发信机处理时，暂停该分组数据传输；

将第二收发信机的操作模式从分组数据模式转换为话音模式，并开始第二呼叫；和

只要不需要传送话音呼叫，就将所述分组数据传输指定给下一个可用的收发信机，其中该下一个可用的收发信机的模式设置为分组数据操作模式。

6、用于在具有多个收发信机的基站上提供话音通信与分组数据通信支持的一种方法，所有所述收发信机具有话音操作模式，并且多个收发信机的一个子集也具有分组数据操作模式，所述方法包括以下步骤：

指定第一话音呼叫给第一收发信机，其中将此收发信机的模式设置为话音操作模式；

在所述子集外的收发信机不可利用时，指定第二话音呼叫给所述子集的收发信机中可用的收发信机；

当所述子集外的收发信机变为可利用时，执行由所述收发信机子集中的收发信机处理的第二话音呼叫至所述子集外的收发信机的网孔内转移，以使此子集中的收发信机可用于利用无连接协议的分组数据传输。

7、支持至多个远程站的话音通信与分组数据通信的一种无线通信系统，包括：

至少一个移动交换中心，用于控制此无线通信系统的操作；

至少一个基站，在此移动交换中心的控制下进行操作，此基站包括：

多个收发信机，用于发送话音与分组数据信号给多个远程站和从多个远程站中接收话音与分组数据信号，其中每个收发信机具有用于传送话音信号的话音操作模式和用于利用无连接协议传送分组数据信号的分组数据操作模式；

话音控制装置，连到所述多个收发信机中每一个收发信机，用于控制基站上话音信号的发送与接收；

分组数据控制装置，连到所述多个收发信机中每一个收发信机，用于控制基站上分组数据信号的发送与接收；

响应从所述移动交换中心接收的收发信机模式转换命令使收发信机在所述的分组数据与话音模式之间进行转换，以使每一个收发信机在不需要操作在话音模式中时才仅操作在分组数据模式中。

8、根据权利要求7的无线通信系统，其中所述至少一个移动交换中心发送收发信机模式转换命令给所述至少一个基站，指示此基站改变收发信机的模式。

9、根据权利要求7的无线通信系统，其中将正操作在数据模式中的收发信机转换为话音模式，而不管是否已完成分组数据通信。

10、支持至多个远程站的话音通信与分组数据通信的一种无线通信系统，包括：

至少一个移动交换中心，用于控制此无线通信系统的操作；和

至少一个基站，在此移动交换中心的控制下进行操作，此基站包括：

多个收发信机，用于发送话音与分组数据信号给多个远程站和从多个远程站中接收话音与分组数据信号，其中每一个收发信机具有用于传送话音信号的话音操作模式和用于利用无连接协议传送分组数据信号的分组数据操作模式；

话音控制装置，连到所述多个收发信机中每一个收发信机，用于控制基站上话音信号的发送与接收；

分组数据控制装置，连到所述多个收发信机的一个子集，用于控制基站上分组数据信号的发送与接收；

响应从所述移动交换中心接收的收发信机模式转换命令使收发信机在所述的分组数据与话音模式之间进行转换，以使每一个收发信机在不需要操作在话音模式中时才仅操作在分组数据模式中；

其中，在所述收发信机的子集外的收发信机变为可利用时，执行由所述收发信机子集中的收发信机处理的话音呼叫至不在所述子集中的收发信机的小区内转移，以释放此子集中的收发信机来处理分组数据通信。

11、根据权利要求10的无线通信系统，其中所述至少一个移动交换中心发送收发信机模式转换命令给所述至少一个基站，指示此基站改变收发信机的模式。

12、根据权利要求10的无线通信系统，其中将正操作在分组数据模式中的收发信机转换为话音模式，而不管是否已完成分组数据通信。

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