CN1203724A - 无线通信系统中移动站的活动控制 - Google Patents

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Abstract

提供用于在系统始发或终止与移动站的事务处理之后控制移动站活动模式的方法和设备。活动模式对应移动站是保持“唤醒”还是进入睡眠模式,而这必须让系统知道。如果移动站没有立即进入睡眠模式,则基站能期望移动站读出所有时隙。如果移动站处于睡眠模式中,移动站仅读出其分配的寻呼时隙。移动站可以不进入睡眠模式,直至所选择的活动时间量期满;在活动时间期间,移动站继续读出所有时隙。结果,移动站能立即接收分组,从而节省增加移动站响应时间的建立时间。

Description

无线通信系统中移动站 的活动控制
申请人的发明涉及电通信，更具体地涉及各种操作模式(摸拟、数字、双模式等)和诸如频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)与混合FDMA/TDMA/CDMA的接入技术的无线通信系统，诸如蜂窝与卫星无线电系统。本发明的特定方面涉及改善信息接收与发送过程的技术。
下面的描述涉及本发明可应用的环境，这一般描述意欲提供已知系统及其有关技术的一般概述，以便更好地理解本发明。
在北美，数字通信和诸如TDMA的多址联接技术目前由称为数字高级移动电话(D-AMPS)的数字蜂窝无线电话系统提供，其一些特殊在由电信工业协会与电子工业协会(TIA/EIA)出版的临时标准TIA/EIA/IS-54-B“双模式移动站一基站兼容标准”中进行规定，此出版物专门引入在此作为参考。由于大量现有用户基于仅操作在频分多址(FDMA)的模拟领域中的设备，所以TIA/EIA/IS-54-B是双模式(模拟与数字)标准，提供与数字通信容量一起的模拟兼容性。例如，TIA/EIA/IS-54-B标准提供FDMA模拟话音信道(AVC)和TDMA数字业务信道(DTC)，利用调制具有靠近800兆赫(MHz)频率的无线电载波信号的频率实现AVC和DTC，使得每个无线电信道具有30千赫(KHz)的频谱宽度。
在TDMA蜂窝无线电话系统中，将每个无线电信道划分为一系列的时隙，每个时隙包含来自数据源的信息脉冲串，例如数字编码的话音对话部分。将这些时隙组合为具有预定时长的连续的TDMA帧。每个TDMA帧中的时隙数量与能同时共享无线电信道的不同用户的数量有关。如果TDMA帧中的每个时隙分配给一个不同用户，则TDMA帧的时长是分配给同一用户的相继时隙之间的最小时间量。
通常不是无线电载波上连续时隙的分配给同一用户的相继时隙构成了用户的数字业务信道，这可认为是分配给用户的逻辑信道。如下面更详细描述的，数字控制信道(DCCH)也能用于传送控制信号，并且这样的DCCH是由无线电载波上通常不连续的一串时隙形成的逻辑信道。
在如上所述的多个可能的TDMA系统的实施例的仅一个实施例中，TIA/EIA/IS-54-B标准假定：每个TDMA帧由六个连续时隙组成并具有40毫秒(ms)的时长。因此，每个无线电信道根据用于数字编码会谈的语音编码器/解码器(编解码器)的信源速率可传送三至六个的DTC(例如三至六个电话会谈)，这样的语音编解器能以全速率或半速率进行操作。全速率DCT要求给定时间周期中两倍于半速率DTC的时隙，并且在TIA/EIA/IS-54-B中，每个全速率DCT使用每个TDMA帧的两个时隙，即TDMA帧中六个时隙的第一与第四，第二与第五或第三与第六时隙。每个半速率DTC使用每个TDMA帧的一个时隙。在每个DTC时隙期间，发送324比特，其中大部分即260比特是由于编解码器的语音输出而引起的，包括由于语音输出的纠错偏码而引起的比特，而其余比特用于保护时间和用于诸如同步目的的开销信令。
可以看出：TDMA蜂窝系统操作在缓冲与突发(buffer-and-burst)或不连续传输模式中：每个移动站仅在它的分配时隙发送(和接收)。例如，移动站可以在时隙1期间的全速率发送、在时隙2期间接收、在时隙3期间空闲、在时隙4期间发送、在时隙5期间接收和在时隙6期间空闲，并在随后的TDMA帧期间重复该循环。因此，在既不发送也不接收时可将电池供电的移动站关掉或进入睡眠状态，以节省这些时隙期间的供电。
除话音或业务信道之外，蜂窝无线电通信系统也提供用于在基站与移动站之间传送呼叫建立消息的寻呼/接入或控制信道。例如，根据TIA/EIA/IS-54-B，有21个专用的模拟控制信道(ACC)，具有用于发送与接收的靠近800MHz预定固定频率。由于这些ACC总是位于相同频率上，所以易于由移动站定位与监视这些ACC。
例如，在空闲状态中时(即，接通但没有进行或接收呼叫)，TIA/EIA/IS-54-B系统中的移动站调谐到最强的控制信道(一般是移动站在那时刻位于其中的网孔的控制信道)并随后定期监视此信道，而且可以通过相应的基站接收或始发呼叫。在处于空闲状态中的同时在网孔之间移动时，移动站将最终“失去”在“旧”网孔的控制信道上的无线电连接而调谐到“新”网孔的控制信道。初始调谐和随后重新调谐到控制信道都是通过以它们知道的频率扫描所有可用控制信道以查找“最佳”控制信道来自动完成的。在找到具有好的接收质量的一个控制信道时，移动站保持调谐到此信道直至质量再次恶化。以这种方式，移动站处于与系统的“接触中”。
在处于空闲状态中时，移动站必须监视控制信道以便寻呼编址给它的消息。例如，当普通电话(陆地线路)用户呼叫移动用户时，呼叫从公用交换电话网(PSTN)转接到分析拨打号码的移动交换中心(MSC)。如果所拨打的号码有效，MSC请求许多无线电基站中一些或所有基站通过在其各自控制信道上发送包含所呼叫移动站的移动识别号码(MIN)的寻呼消息来寻呼所呼叫的移动站。接收寻呼消息的每个空闲移动站将所接收的MIN与它自己所存储的MIN进行比较。具有匹配的存储MIN的移动站在特定控制信道上发送寻呼应答给基站，基站将寻呼应答传送给MSC。
在收到寻呼应答之后，MSC选择可用于接收寻呼应答的基站的AVC或DTC、接通那个基站中相应的无线电收发信机并使基站经控制信道发送一个消息给所呼叫的移动站，此消息指示所呼叫的移动站调谐到所选的语音或业务信道。一旦移动站已调谐到所选的AVC或DTC，就建立此呼叫的全部连接。
由TIA/EIA/IS-54-B规定的具有ACC的系统性能在由TIA/EIA/IS-136规定的具有数字控制信道(DCCH)的系统中得到改善，其公开在此明确地引入作为参考。利用这些DCCH，每个TIA/EIA/IS-54-B无线电信道能仅传送DTC、仅传送DCCH或传送DTC与DCCH的混合。在TIA/EIA/IS-136-B框架内，每个无线电载频能具有多达三个全速率DTC/DCCH或六个半速率DTC/DCCH或之间任何组合，例如，一个全速率和四个半速率DTC/DCCH。
然而，一般地DCCH的传输速率不必与TIA/EIA/IS-54-B中所规定的半速率及全速率一致，并且DCC时隙长度可能不一致而且可能与DTC时隙长度不一致。DCCH可以定义在TIA/EIA/IS-54-B无线电信道上并且例如可由连续TDMA时隙流中每个第n时隙组成。在这种情况中，每个DCCH时隙长度可能等于或不等于6.67ms，这是根据TIA/EIA/IS-54-B的DTC时隙的长度。可选择地(并且不限制其他可能的替代)，这些DCCH时隙可以以本领域技术人员所知道的其他方式进行定义。
在蜂窝电话系统中，要求空中链接协议以允许移动站与基站和MSC通信。此通信链接协议用于始发和接收蜂窝电话呼叫，此通信链接协议在通信行业内通常称为层2协议，并且其功能包括层3消息的定界或成帧。这些层3消息可以在驻留在移动站与蜂窝交换系统内通信层3对等层实体之间进行发送。物理层(层1)定义物理通信信道的参数，例如无线电频率间隔、调制特征等。层2定义物理信道限定内信息的准确传送所必需的技术，例如纠错和检错等。层3定义经物理信道发送的信息的接收与处理程序。
对移动站与蜂窝交换系统(基站和MSC)之间的通信可结合图1、2(a)和2(b)进行一般的描述。图1示意地表示多个层3消息11、层2帧13和层1信道脉冲串或时隙15。在图1中，对应每个层3消息的每组信道脉冲串可以构成一个逻辑信道，并且如上所述，给定的层3消息的信道脉冲串通常不是TIA/EIA/136载波上连续的时隙。另一方面，信道脉冲串可能是连续的，只要一个时隙结束，下一时隙就能开始。
每个层1信道脉冲串15包含整个层2帧及其他信息，例如纠错信息和用于层1操作的其他开销信息。每个层2帧包含至少一部分层3消息及用于层2操作的开销信息。虽然未在图1中示出，但每个层3消息包括可能认为是消息的有效负载、识别各个消息类型的标题部分和可能的填充的各种信息单元。
每个层1脉冲串和每个层2帧划分为多个不同字段。具体地，每个层2帧中的有限长度的DATA字段包含层3消息11。由于取决于层3消息中所包含的信息量层3消息具有可变长度，所以可能需要多个层2帧用于单个层3消息的发送。结果，在信道脉冲串与层2帧之间有一对应时，可能也需要多个层1信道脉冲串来发送整个层3消息。
如上所指出的，当要求1个以上的信道脉冲串来发送层3消息时，几个脉冲串通常不是无线电信道上连续的脉冲串。而且，这几个脉冲串甚至通常不是发送给用于传送层3消息的特定逻辑信道的连续脉冲串。由于需要时间来接收、处理和对每个接收的脉冲串进行响应，所以通常以交错格式发送层3消息来发送所要求的脉冲串，如图2(a)所示意地表示的和如上面结合TIA/EIA/IS-136标准所描述的。
图2(a)表示构造为包括在连续时隙1、2…中的一连串时隙1、2、…N…的前面(或下行链路)DCCH的一般示例，其中连续时隙1、2、…在载频上进行发送。这些DCCH时隙可以定义在诸如由TIA/EIA/IS-136所规定的无线电信道上，并且例如可以如图2(a)所示由一连串连续时隙中每个第n时隙组成。每个DCCH时隙具有可以是或可以不是6.67ms的时长，这是根据TIA/EIA/IS-136标准的DTC时隙长度。
如图2(a)所示，DCCH时隙可以组织为超帧(SF)，并且每个超帧包括许多传送不同类型信息的逻辑信道。一个或多个DCCH时隙可以分配给超帧中的每个逻辑信道。图2(a)中示例性的下行链路超帧包括三个逻辑信道：包括用于开销消息的六个连续时隙的一个广播控制信道(BCCH)；包括用于寻呼消息的一个时隙的一个寻呼信道(PCH)；和包括用于信道分配与其他消息的一个时隙的一个接入响应信道(ARCH)。图2(a)的示例性超帧中的其余时隙可以专用于其他逻辑信道，诸如附加寻呼信道PCH或其他信道。由于移动站数量通常比超帧中的时隙数量多得多，所以每个寻呼时隙用于寻呼共享例如MIN最后一位的某个独特特征的n个移动站。
图2(b)表示用于前面DCCH时隙的优选信息格式。每个时隙中发送的本发明包括多个字段，并且图2(b)表示超过那个字段的每个字段的比特数量。在SYNC字段中发送的比特以常规方式用于确保编码的超帧相位(CSFP)和DATA字段的准确接收。SYNC字段包括基站用于查找时隙开始的预定比特码型。共享信道反馈(SCF)字段用于控制随机接入信道(RACH)，RACH被移动站用于请求接入系统。CSFP字段传送使移动站能够找到每个超帧开始的编码超帧相位值，这仅是前向DCCH时隙中信息格式的一个示例。
为了有效的睡眠模式操作和快速网孔选择，BCCH可以划分为许多子信道。允许移动站在能接入系统(设置或接收呼叫)之前在它接通时(在它锁定到DCCH上时)读出最小信息量的BCCH结构是公知的。在接通之后，空闲移动站仅需定期监视它的分配的PCH时隙(通常是每个超帧中一个PCH时隙)；移动站能在其他时隙期间进入睡眠状态。移动站读出寻呼消息所化费的时间与它睡眠所化费的时间的比是可控制的并代表呼叫建立延迟与功率消耗之间的折衷。
由于每个TDMA时隙具有某个固定信息传送容量，所以每个脉冲串如上所述一般仅传传送一部分层3消息。在上行链路方向上，多个移动站在争用基础上尝试与系统通信，与此同时多个移动站监听下行链路方向中从系统发送的层3消息。在公知系统中，必须使用与发送整个层3消息所要求的一样多的TDMA信道脉冲串来传送任一个给定的层3消息。
因此，希望数字控制信道和业务信道支持移动单元更长的睡眠时间，这导致电池寿命更长。
数字业务信道和数字控制信道已扩展用于优化系统容量和支持分层网孔结构的功能性，即宏网孔、微网孔、微微网孔等的结构。术语“宏网孔”一般指具有与常规蜂窝电话系统中网孔大小(例如，至少1公里半径)相等的大小的网孔，而术语“微网孔”和“微微网孔”一般指逐渐更小的网孔。例如，微网孔可能覆盖公众户内或户外区域，例如会议中心或繁华街道，而微微网孔可能覆盖办公室专廊或高层建筑物的一层。从无线电覆盖区域来说，宏网孔、微网孔和微微网孔可能各不相同或可能相互重叠以便处理不同业务模式或无线电环境。
图3是示例性的分层或多层的蜂窝系统。利用六边形状表示的伞宏网孔10构成大蜂窝结构。每个伞网孔可包含一种基础微网孔结构。伞网孔10包括由包围在虚线内的区域表示的微网孔20和由包围在长画线内对应沿城市街道区域的区域表示的微网孔30以及覆盖建筑物各楼层的微微网孔40、50与60。由微网孔20与30覆盖的两个城市街道相交区域可以是稠密业务集中区域，并因此可以代表热点。
图4代表示例性的蜂窝移动无线电话系统的方框图，此系统包括示例性的基站110和移动站120。基站包括连到MSC140的控制与处理单元130，MSC140又连到PSTN(未示出)。这样的蜂窝无线电话系统的一般方面是本领域公知的，如授与Wejke等人的美国专利号5175867的题为“蜂窝通信系统中相邻辅助越区切换”的专利所描述的，此专利在此申请中引入作为参考。
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。每个基站也包括一个控制信道收发信机160，此收发信机160可能能够处理1个以上的控制信道。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在基站或网孔的控制信道上广播控制信息给锁定到那个控制信道的移动站。应理解：收发信机150与160能实施为单个装置，如同话音与控制收发信机170，以便与共享同一无线电载波频率的DCCH和DTC一起使用。
移动站120在其话音与控制信道收发信机170上接收在控制信道上广播的信息。然后，处理单元180评估所接收的包括是此移动站要锁定到其上的候选者的网孔特征的控制信道信息并确定此移动站应锁定到哪个网孔上。有利地，所接收的控制信道信息不仅包括涉及与之有关的网孔的绝对信息，而且也包含涉及最靠近控制信道与之有关的网孔以其他网孔的相对信息，如授与Raith等人的题为“用于无线电话系统中通信控制的方法和设备”的美国专利号5353332中所描述的，此专利在此申请中引入作为参考。
为了增加用户的“谈话时间”，即移动站的电池寿命，可假定：数字前面控制信道(基站至移动站)能传送当前模拟前面控制信道(FOCC)规定的消息类型，但所用形式是：允许空闲移动站在锁定到FOCC上时和此后仅在信息已改变时读出开销消息；移动站在所有其他时间进入睡眠状态。在这样的系统中，一些类型的消息比其他类型更频繁地由基站广播，并且移动站不必读出广播的每个消息。
由TIA/EIA/IS-54-B和TIA/EIA/IS-136标准规定的系统是电路交换技术，这是“面向连接”的通信类型，这种类型的通信建立物理呼叫连接，并且只要通信的终端系统有数据要交换，就保持那个连接。电路交换的直接连接用作开放的管道(pipe line)，允许终端系统在它们认为合适的任何时候使用此电路。虽然电路交换数据通信可以很好地适于固定带宽应用，但对于低带宽和“突发式”应用，它就相对无效。
可以是面向连接(例如，x.25)或“无连接”(例如，因特网协议，“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在处理相对短的突发式或交互式事务中增加信道的效率。无连接分组交换网络分配路由选择功能给多个路由选择位置，从而避免在使用中央交换中心时能出现的可能的业务瓶颈现象。数据利用寻址的合适的终端系统“进行分组”并且随后沿数据路径在独立单元中进行发送。位于通信的端系统之间、有时称为“路由器”的中间系统根据每个分组进行有关最合适路由的判定，选择路由判定是根据许多特征进行的，这些特征包括：最少费用路由或费用计算；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，考虑路径测量的沿路由的分组传输提供应用与通信灵活性。它也是在协作环境中多数标准的局域网(LAN)和广域网(WAN)已逐渐形成。分组交换适于数据通信，这是因为诸如键盘终端所使用的许多应用和设备是交互式的并且以脉冲串发送数据。在用户将更多数据输入该终端或暂停以便考虑问题的时信道是空闲的情况相反，分组交换将来自几个终端的多个传输交错插入到此信道上。
分组数据由于路径独立和路由器能力而提供更多的网络坚固性以便在网络节点出现故障的情况中选择迂回路径。因此，分组交换允许更有效的网络线路的使用。分组技术提供根据所发送的数据量而不是连接时间来向终端用户计费的选择。如果已设计终端用户的应用为有效利用空中链路，则所发送的分组数量将是最小的。如果每一个单独用户的业务量保持为最小，则服务提供者有效地增加网络容量。
分组网络通常根据工业范围数据标准进行设计，诸如根据开放系统接口(OSI)模型或TCP/IP协议堆栈进行设计。这些标准已正式地或实际上开发了许多年，并且使用这些协议的应用已可获得。基于标准的网络的主要目的是获得与其他网络的互连性，因特网是追求此目标的这样的基于标准的网络的如今最明显的一个示例。
分组网络，类似因特网或公司LAN是如今商业与通信环境的整体部分。随着移动计算遍布这些环境，诸如那些使用TIA/EIA/IS-136的无线业务提供者最好定位于提供至这些网络的接入。然而，蜂窝系统所提供或所建议的数据业务一般基于电路交换操作模式，对于每个有效的移动用户，使用一个专用的无线电信道。
在下面文件中描述基于电路交换操作模式的蜂窝系统数据业务的一些例外情况，这包括分组数据概念。
美国专利号4887265和第38届IEEE汽车技术会议论文集市414-418页(1988年6月)的“数字蜂窝系统中的分组交换”描述提供共享的分组数据无线电信道的蜂窝系统，每一个信道均能容纳多个数据呼叫。利用基本上规律的蜂窝信令将请求分组数据业务的移动站分配到特定分组数据信道，此系统可包括用于与分组数据网络接口的分组接入点(PAP)。每个分组数据无线电信道连到一个特定的PAP并因此能够多路复用与那个PAP有关的数据呼叫。转换由系统以非常类似于同一系统中用于话音呼叫转换的方式开始。对分组信道的容量不够时的那些情形增加新类型的转换。
这些文件是面向数据呼叫并基于以类似于规则话音呼叫的方式使用系统开始的转换，应用这些原理来提供TDMA蜂窝系统中的通用分组数据业务将导致频谱效率和性能缺点。
美国专利号4916691描述一种新的分组模式蜂窝无线电系统结构和发送(话音和/或数据)分组至移动站的新过程。基站、经过中继接口单元的公用交换机和蜂窝控制单元通过WAN链接到一起。选择路由过程是基于移动站始发的转换和基于将分组通过的基站的识别符加到从移动站发送的任一分组的标题(在呼叫期间)。在来自移动站的后续用户信息分组之间的延长时间期间的情况中，移动站可以发送额外的控制分组以便传送网孔位置信息。
在给呼叫分配呼叫控制号码时，在呼叫建立时主要采用蜂窝控制单元，随后将呼叫控制号码通知移动站并将呼叫控制号码和初始基站的识别符通知中继接口单元。在呼叫期间，则分组直接在中继接口单元与当前服务的基站之间发送。
美国专利号4916691中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具体问题。
欧洲电信标准局(ETSI)T DOC SMG 4 58/93(1993年2月12日)的“GSM中的分组无线电”和在芬兰赫尔辛基召开的题为“未来竞争环境中的GSM”研讨会上提出的“建议用于GSM的一般分组无线电业务”概述可能的GSM中用于话音与数据的分组接入协议。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了可能的优化的共享分组数据信道的构造，但它们不涉及整个系统解决方案中综合分组数据信道方面。
ETSI的T DOC SMG 1 283/93的“GSM网络上的分组数据”(1993年9月28日)描述根据首先使用规则的GSM信令和鉴别提供GSM中的分组数据业务以便在分组移动站与处理接入分组数据业务的“代理”之间建立虚通道的概念。利用适于快速信道建立与释放的规则信令，规则业务信道则用于分组传送。这些文件直接涉及TDMA蜂窝系统，但由于此概念是基于使用现有GSM业务信道的“快速转换”版本，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)方面有缺点。
蜂窝数字分组数据(CDPD)系统规范1.0版本(1993年7月)描述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可用的无线电信道提供分组数据业务的概念，CDPC系统规范特地引入在此作为参考。CDPD是被一组美国蜂窝操作者认可的一个全面开放的规范，所覆盖的项目包括外部接口，空中链路接口、业务、网络结构、网络管理和执行。
具体的CDPD系统在很大程度上是基于与现有AMPS基础结构无关的基础结构。与AMPS的共同性限制为同一类型的无线电频率信道和相同基站位置的使用(由CDPD使用的基站可以是新的并且CDPD可以是具体的)以及用于协调两个系统之间信道分配的信令接口的采用。
发送分组至移动站是根据下面进行的：首先，根据移动站地址发送此分组至装备有归属位置寄存器(HLR)的归属网络节点(归属移动数据中间系统，MD-IS)；然后，在必要时，根据HLR信息发送此分组至访问的服务MD-IS；并且最后根据将其网孔位置报告给其服务MD-IS的移支站，通过当前基站传送来自服务MD-IS的分组。
虽然CDPD系统规范不直接涉及本申请所要解决的在TDMA蜂窝系统中提供分组数据业务的具体问题，但CDPD系统规范中所述的网络方面和概念能用作根据本发明的空中链路协议所需的网络方面的基础。
CDPD网络设计为现有数据通信网和AMPS蜂窝网络的扩展。现有的无连接网络协议可用于接入CDPD网络。由于总是认为网络是逐渐发展的，所以它使用允许在适当的时候增加新的网络层协议的开放网络设计。CDPD网络业务与协议限制为如下的OSI模型的网络层。这样做允许上层协议和应用开发而不改变下面的CDPD网络。
从移动用户的观点出发，CDPD网络是传统数据与话音网络的无线移动扩展。利用CDPD业务提供者网络的业务，用户能无缝地接入数据应用，其中许多应用可驻留在传统数据网上。CDPD系统可看作两个相互关连的业务组：CDPD网络支持业务和CDPD网络业务。
CDPD网络支持业务执行维护和管理CDPD网络所必需的任务，这些业务是：计费服务器；网络管理系统；消息传送服务器和鉴别服务器。定义这些业务以便允许业务提供者之间的互用性。由于CDPD网络技术上超越其原始AMPS基础结构，所以预期网络支持业务应保持不变。网络支持业务功能对于任一移动网络是必需的并且独立于射频(RF)技术。
CDPD网络业务是允许用户与数据应用通信的数据传送业务。另外，数据通信的一端或两端可以是移动的。
总之，需要一种系统，在给分组数据提供优化的共享分组数据信道的基础上，在D-AMPS蜂窝系统中提供通用的分组数据业务。本申请针对提供类似于由TIA/EIA/IS-136标准规定的面向连接网络与无连接的分组数据网的组合优点的系统与方法。而且，本发明针对接入CDPD网络。
根据本发明的一个方面，提供用于在系统始发或终止与移动站的事务处理之后控制移动站活动模式的一种方法。此活动模式对应于移动站是处于“唤醒“还是进入睡眠模式，而这对于系统来说必须知道。如果移动站没有立即进入睡眠模式，则基站可能期望移动站在前面控制信道上读出所有非广播信道。如果移动站处于睡眠模式，则移动站仅读出它的分配的寻呼时隙。移动站可以不进入睡眠模式，直至所选的活动时间量已期满，在活动时间期间，移动站继续读出所有时隙。结果，移动站能立即接收分组数据，从而节省增加移动站应答时间的建立时间。
通过结合附图阅读本说明书将理解申请人发明的特性和优点，其中：
图1示意地表示多个层3消息、层2帧和层1信道脉冲串或时隙；
图2(a)表示构造为包括在载频上发送的连续时隙中的一串时隙的前向DCC；
图2(b)表示IS-136 DCCH字段时隙格式的一个示例；
图3表示示例性的分层或多层蜂窝系统；
图4是示例性的蜂窝移动无线电话系统的六框图，包括示例性的基站和移动站；
图5表示可能的变换序列的一个示例；
图6(a)-6(c)表示移动站功能模式示例；和
图7表示模式内和模式间寻呼的一个示例。
本发明针对用于移动站与基站之间无连接通信的实施协议和过程。具体地，本发明针对基于IS-136的分组数据所要求空中接口协议及有关的移动站过程。用于本发明一个方面的协议与过程类似IS-136的数字控制信道(DCCH)操作，这是因为IS-136设计为提供例如DCCH上点对点短消息业务的无连接传输。根据此事实，IS-136协议和过程已扩展为支持申请人发明的实施例中面向分组的业务。更一般地，本发明针对基站与网络实体之间利用任一标准化的或专用的分组网络或利用面向连接的协议的通信，因为没有进行有关网络的任何假设。CDPD规范的网络方面是能在实施本发明中使用的一个示例。
为了使性能特征的灵活性最大化和能适于本发明具体实施例中特定应用的最终实施，提供几种带宽分配。一个这样的带宽分配是主PDCH，这是IS-136数字控制信道上附加的逻辑子信道。主PDCH允许最小的实施努力但提供有限的通过速率。在专用PDCH上提供的三种其他带宽分配是全速率PDCH、两倍速率PDCH和三倍速率PDCH。PDCH能在高达对应三个全速率信道的速率极限的同一载波上与IS-136 DCCH和DTC混合。
根据本发明用于移动站与基站之间无连接通信的协议与过程涉及使性能特征最大化。利用本发明的其他希望的功能性扩展包括例如按照IS-136引入PDCH寻呼区域和登记、提供在面向连接DTC上发送为无连接通信定义的层3消息的选择，在PDCH上同时提供IS-136寻呼标志和在DTC上同时提供专用的PDCH通知。下面讨论一组可能的用于增强移动站与基站之间各种无连接通信方面的特定协议和过程。
为帮助理解，一种可能的变换序列表示在图5中，图5表示层3消息如何变换为几个层2帧的专用PDCH示例、层2帧变换为FPDCH时隙的示例和时隙变换为PDCH信道的示例。虽然可能有不同固定长度的三种形式的RPDCH脉冲串，但前向PDCH(FPDCH)时隙和反向PDCH(RPDCH)脉冲串的长度是固定的。假定FPDCH时隙是在图5中的物理层上。在本发明中，TDMA帧结构与用于IS-136 DCCH和DTC的相同。为了在使用多速率信道时(双速率PDCH和三倍速率PDCH)的最大通过量，指定附加的FPDCH时隙格式。如本领域技术人员所理解的，此示例性的空中接口协议利用分组数据与话音协议的灵活变换允许多模式终端操作，这将在现在进行描述。
图6(a)表示仅作为分组终端起作用的移动站。图6(a)表示首先查找DCCH并读出BCCH的移动站启动仅是PDCH操作模式以便查找至信标PDCH指针(步骤1)的一个示例。移动站此时不在DCCH上登记它自己。一旦移动站识别信标PDCH的去向并预占此信标PDCH(例如，利用指向如图6(a)所示的信标PDCH的指针)，移动站进入活动模式并且可以如步骤2所示登记它自己。移动站可以改接到不同的PDCH作为系统响应其登记的结果。移动站处于活动模式中直至如上步骤3所示活动计时器期满。在活动模式中移动站读出其分配的PDCH上的所有时隙。移动站随后进入不活动或睡眠模式，在此模式中如步骤4所示读出少于全部的时隙。以这种方式，移动站作为登记时仅是分组终端进行激活。
图6(b)表示已在D-AMPS和PDCH操作模式中进行登记的移动站的一个示例，其中缺省模式是D-AMPS。图6(b)涉及包括PDCH寻呼与D-AMPS寻呼一系列事件。当移动站处于IS-136睡眠模式中并且收到表示终止PDCH事务处理的寻呼消息即正始发分组数据事务处理时，移动站从DCCH移到其先前分配的PDCH并进入如图6(b)的步骤1所表示的活动模式。在完成PDCH事务处理并且活动计时器已期满之后，移动站进入如步骤2所示的不活动模式。在第二(不活动)计时器处于不活动模式时期满之后，移动站返回到步骤3所示的初始DCCH。在移动站处于IS-136睡眠模式中并收到表示终止D-AMPS事务处理的寻呼时，例如，正利用那个移动站始发话音呼叫时，如步骤4所示给移动站分配一个业务信道用于话音呼叫。在完成话音呼叫之后，移动站如步骤5所示返回到IS-136睡眠模式。可看出：这些步骤允许移动站作为话音与分组数据终端进行寻呼。
作为仅分组终端寻呼的移动站的一个示例表示在图6(c)。如图6(c)的步骤1所示，接收表示终止PDCH事务处理的寻呼消息。在完成终止PDCH事务处理并且不活动计时器期满之后，移动站如步骤2所示进入不活动模式。由于仅分组数据终端不使用IS-136活动模式，所以如图6(c)所示不使用此模式。此终端仍具有读出IS-136 DCCH上BCCH的能力，如图6(c)所示。例如，在IS-136 DCCH(母DCCH)的BCCH上发送的开销信息能由移动终端读出。以这种方式，移动站起着仅分组数据终端的作用。
在本发明的一个方面中，提供允许移动站获得对接收指令与数据的快速应答时间的一种方法，在一个实施例中提供用于移动站的活动模式控制。更具体地，在诸如登记消息的事务处理中，移动站将其所希望的操作模式通知系统。在一种操作模式中，例如在分组数据模式中，将移动站设置在活动模式中预定的活动时间量，并且在此活动模式中，将移动站保持唤醒移动用户可选择的时间。在此时间期间，移动站读出超帧中除广播时隙之外的所有时隙。结果，移动站具有对所接收的较高应用层数据更快的应答，并且减少建立时间量，但由于移动站读出比仅分配给它的寻呼时隙更多的时隙而消耗更多功率。
图7还表示可能的模式之间与模式中的寻呼事件。IS-136活动状态代表所有的IS-136状态，在此状态中移动站处于(经DCCH或DTC)接收或发送点对点消息的过程中。在预占IS-136控制信道的同时，可以将有关终止分组数据事务处理或有关终止IS-136事务处理的指示(寻呼的)发送给移动站。相反地，如果移动站预占PDCH，可以根据终止IS-136事务处理寻呼此移动站。
为了提供快速响应时间，希望保持唤醒模式并读出所有时隙；然而，这没有有效利用移动站电源。因此，在进入睡眠模式之前保持唤醒由活动计时器设置的预定时间有助于获得快速响应时间与最小功率消耗的有效平衡。系统必须知道何时移动站处于它读出FPDCH上所有非广播时隙并且可以在任一时隙中进行接入的活动模式中，以便系统不必等待在分配的寻呼时隙中发送消息。管理此的一个方法是IS-136模式，在IS-136模式中移动站与基站例如利用登记消息相互保持通信。在收到整个层3消息之后，可以设置移动站保持唤配例如一分钟，在此期间移动站读出FPDCH上所有非广播时隙。在此时间周期之后，必须仅利用移动站分配的寻呼时隙(即，移动站进入睡眠模式)。然后，例如在另外9分钟过去之后，移动站可以返回到PDCH。
在另一示例中，为了获得导致移动站读出多于最小数量的时隙(即，正好多于寻呼时隙)时的功耗数量，移动站可以返回到DCCH睡眠模式由在活动计时器期满之后启动的不活动计时器确定的另一用户可选择的时间量。在不活动计时器期满并启动D-AMPS模式之后，移动站返回到母DCCH并进入DCCH预占状态。当然，系统必须知道移支站是预占DCCH还是PDCH。如果移动站预占PDCH，则两种状态是可能的，一种状态是睡眠模式，在此模式中在每个超帧期间读出一个时隙。然而，睡眠模式对于移动站提供快速响应时间没有帮助。
本发明提供的一个优点是增强的双模式操作，诸如话音与数据模式中的两种操作。利用返回到母DCCH并进入DCCH预占状态，如果话音事务处理具有超过话音/数据双模式操作中的数据事务处理的优先级，能较快地接收话音事务处理。本发明的另一优点在限制模式间寻呼的条件中提供。为了防止网络变得太复杂，可以限制模式间寻呼的规定。为了在仅给模式间寻呼提供有限组的状态时完成寻呼，在本发明中移动站移到最通用状态。例如在图7中，如果移动站处于PDCH不活动状态中，不能实现IS-136的模式间寻呼。通过返回到母DCCH并进入DCCH预占状态，可寻呼任一模式。
本发明提供的还一个优点是DCCH可以比PDCH提供更多的睡眠模式类别。通过进入DCCH预占状态，有可能将移动站设置在睡眠模式中，在此模式中尽可能地减少功率消耗。
本发明虽如此进行描述，但显然可以以许多方式对此进行变化，这样的变化不认为是脱离本发明精神与范畴，并且对于本领域技术人员是显而易见的所有的修改都意欲包含在下面权利要求的范畴内。

Claims (12)

1.用于操作无线通信系统中移动站的一种方法，包括以下步骤：
(a)检测移动站正操作的操作模式；和
(b)将在所述步骤(a)所检测到的移动站操作模式通知系统。
2.根据权利要求1的方法，其中操作模式包括唤醒模式和睡眠模式。
3.根据权利要求2的方法，其中移动站在包括所述唤醒模式的第一预定时间中读出前向分组数据信道(FPDCH)时隙上所有非广播时隙，并且在分组数据信道(PDCH)上时在所述第一预定时间期满了之后，在包括所述睡眠模式的第二预定时间中移动站只读出其分配的寻呼时隙。
4.根据权利要求3的方法，还包括步骤：在所述第二预定时间期满了之后，返回到数字控制信道(DCCH)并进入所述DCCH上的DCCH睡眠模式。
5.一种移动站，包括：
检测器，用于检测移动站正操作的操作模式；和
用于发送移动站所检测的操作模式的装置。
6.根据权利要求5的移动站，其中操作模式包括唤醒模式和睡眠模式。
7.根据权利要求6的移动站，还包括：
一种装置，用于在包括所述唤醒模式的第一预定时间中读出FPDCH时隙上所有非广播时隙，和在包括所述睡眠模式的第二预定时间中仅读出分配的寻呼时隙。
8.根据权利要求7的移动站，还包括：
一种装置，用于在所述第二预定时间期满了之后返回到数字控制信道(DCCH)并进入所述DCCH上的DCCH睡眠模式。
9.根据权利要求7的移动站，其中在所述移动站监听分组数据信道时，在所述第一预定时间期满了之后，所述移动站进入所述睡眠模式。
10.一种基站，包括：
用于接收表示移动站操作模式的报告的装置；和
根据所述移动站的所述操作模式发送消息给所述移动站的装置。
11.根据权利要求10的基站，其中如果所述移动站处于睡眠模式中，用于发送的所述装置在所分配的寻呼时隙期间发送所述消息。
12.根据权利要求10的基站，其中如果所述移动站处于活动模式中，用于发送的所述装置在所分配的寻呼时隙之前发送所述消息。
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