CN1261505A - 在无线通信系统中提高紧急呼叫接入速度的系统与方法 - Google Patents

Abstract

应该以快捷的方式处理紧急呼叫,例如911呼叫等。在这里描述了多种技术以便在处理紧急呼叫时加速对无线通信系统的系统接入。例如,可以通过修改对控制信道的锁定、始发消息的内容、以及重发规则来减少接入的时间。

Description

在无线通信系统中提高紧急呼叫接入速度的系统与方法

背景

申请人的发明一般地涉及无线通信系统，例如蜂窝或者卫星系统，以及更具体地说，本发明涉及在这些系统中用于支持和增强紧急呼叫程序的技术。

商用无线通信的发展，以及特别是蜂窝无线电话系统爆炸性的发展改变了人们通信的方式。一次调查显示：购买移动通信设备和业务预订的人们里有80％是为了提高个人的安全性。推测起来，这些用户中有许多将希望在紧急情形下用其移动设备来帮助自己，例如，当其他们的机动车辆损坏或者在需要快速的医疗以及/或者警方应答的紧急情形时。用户在这些境况中将希望尽快地接入到无线通信系统以便紧急服务中心能够快速地响应用户的求援。

仅仅作为范例，现在来考虑在北美盛行的、称为数字先进移动电话业务(D-AMPS)的数字蜂窝无线电话系统，其一部分特征阐述于电子工业协会和电信工业协会(EIA/TIA)出版的临时标准IS-54B，“Dual-Mode Mobile Station-Base Station CompatibilityStandard(双模式移动站-基站兼容性标准)”之中。D-AMPS是一种TDMA蜂窝无线通信系统，其中每个无线信道分成一系列的时隙，每个时隙都包含来自数据源的信息(例如数字编码的语音谈话片段)的脉冲串。时隙组成连续的具有预定宽度的TDMA帧。根据IS-54B，每个TDMA帧由六个连续的时隙组成并具有40毫秒(msec)的宽度。因此，每个帧可以载送一到六个信道(例如，一到六个无线连接)。

由于具有大量基于仅运行于模拟领域的采用频分多址(FDMA)的设备的现有消费者，IS-54B是这样的一种双模式(模拟和数字)的标准，它提供模拟兼容性并且也协同地提供数字通信的能力。例如，IS-54B标准既提供FDMA模拟语音信道(AVC)也提供TDMA数字业务信道(DTC)，而系统运营者能够动态地用一种类型代替另一种，以便适应模拟以及数字用户之间波动的业务型式。AVC和DTC的实施采用了调频的无线载波信号，它具有800兆赫(MHz)附近的频率，以便每个无线信道具有30千赫(KHz)的频谱宽度。

IS-54-B标准也提供了多个模拟的控制信道(ACC)，可以在其上始发系统接入以及将系统管理信息传送到移动单元。被称为IS-136的后续标准补充了数字控制信道(DCC)的规范。

常规的接入过程呼叫因系统而异，然而通常包含下列基本步骤。首先，在移动单元通电时，它定位一个可以在其上收到寻呼消息和其他管理信息并发送消息来始发呼叫的控制或接入信道。在无线通信系统变得更加复杂的同时，例如由于增长的消费者基数以及可用于提供额外容量的有限的频带，在任何给定的地理区域都趋向于运用多个控制信道。相应地，诸如由IS-54B和IS-136所定义的那些系统建立了在移动单元锁定到控制信道上时对其所应该遵循的定位和选择过程进行定义的标准。然而，这些过程可能导致移动站找到第一个控制信道却由于它不符合选择标准而不锁定于该控制信道，并接着再搜寻并评估一个或更多的控制信道直到找到一个合适的候选者。

对于从移动单元始发一次呼叫、也就是获取业务信道的过程来说，在接入到系统中的额外的延迟可能是与这些不同的系统所定义的信令相关联的。当移动的用户例如通过拨一个电话号码并按动移动单元上的“发送”按钮始发呼叫时，移动单元在控制信道上向基站传输所拨的号码、它的移动身份编号(MIN)和一个电子序列编号(ESN)。ESN是一种制造厂设定的“不可改变”的、用来保护移动站不被未授权而使用的编号。基站将收到的各个号码转发给MSC，后者验证移动站，选择AVC或者DTC，并如上文所述一样为该呼叫建立直通连接。然而，作为呼叫始发过程的一部分，可能要求移动单元还发送另外的消息，例如鉴权消息。由于在传输了所有的消息之前并不能确信接入尝试是成功的，所以这些额外的消息在呼叫建立过程中带来了更多的延迟，对于非紧急性的呼叫来说，由于考虑到它所带来的好处(例如减少欺诈)，因而这可能是一种可以接受的折衷，但是对于紧急性的系统接入来说可能是不可接受的。

此外，系统要求的每种用于建立呼叫的消息都需要移动单元传输额外的脉冲串并且由基站正确地予以接收。由于各种移动单元基于争用的方式使用控制信道来尝试系统接入，有时两个移动单元的脉冲串将在控制信道的同一个部分碰撞。因此，无线通信系统将关于移动单元所发送的接入脉冲串的成功或失败反馈给它们。移动单元利用此信息来决定是否有必要重发一个特定的或某些脉冲串，而该重发过程也是由系统预先定义的，并可能在分配业务信道以及后续的将紧急呼叫从移动单元转发到基站时引入更进一步的延迟。

相应的，需要提供各种技术以使得移动单元所始发的紧急呼叫对无线通信系统的接入能够得到加速。

发明概要：

根据本发明的范例性的实施方案描述了用于在移动单元发起紧急呼叫时加速移动单元对无线通信系统的接入的多种技术。例如，根据一种范例性的实施方案，移动站锁定到控制信道的过程可以通过忽略掉某些通常在移动单元通电并发起紧急呼叫时用于衡量控制信道的标准来加速。

根据另一种范例性的实施方案，可以通过减少移动单元作为呼叫始发过程的一部分而传输的消息的数量来加速紧急接入。例如，对于紧急接入来说鉴权消息是可以省略的，因为，不考虑发起紧急呼叫的设备的可信度或预约的有效性就对紧急救助的请求进行处理，是符合需要的。通过在紧急呼叫的接入期间传输较少的数据，就能够获得更快更可靠的系统接入。

根据本发明的又一个举例性的实施例，进行紧急呼叫接入的移动站可以调整或忽略重发规则。例如，移动站可以连续地重试错误接收的传输脉冲而不按照常规的重发规则等待一个预定的时间段，从而加速系统接入。

对附图的简要描述

通过结合附图来阅读本描述可以理解申请人的发明的特点和优点，其中：

附图1阐明了可以根据本发明而运行的范例性的基站和移动单元；

附图2是一个流程图，阐明了根据本发明的一种范例性的实施方案的锁定到控制信道的一种方法；

附图3阐明了根据IS-136的呼叫始发消息的格式；

附图4刻画了第一层(Layer 1)、第二层(Layer 2)以及第三层(Layer 3)的数据封装之间的关系；

附图5显示了分别在上行链路和下行链路的控制信道上的接入脉冲串及反馈；

附图6是一个流程图，阐明了根据本发明的第二种范例性的实施方案的调整呼叫始发消息中内容的一种技术；而

附图7是一个流程图，阐明了根据本发明的第二种范例性的实施方案的选择性地采用重发规则。

详细描述

下面的描述是按照蜂窝无线电话系统进行的，但是应该理解申请人的发明并不局限于该环境而是可以用到其他类型的无线系统，例如，采用卫星来提供无线通信业务的系统、语音中继(voice-trunked)系统诸如陆地移动无线设备(Land Mobile Radio)(LMR)、或者专用移动无线设备(Special Mobile Radio)(SMR)系统等等。同样，下面所描述的范例性的实施方案是在时分多址(TDMA)通信系统并特别是IS-136的情况下提出的，而在本领域中的技术人员将理解到本发明可以应用到采用任何接入方法的系统中，例如频分多址(FDMA)，码分多址(CDMA)，以及FDMA、TDMA和/或CDMA的混合体，以及由任何系统标准来定义的系统，例如GSM，PDC，AMPS等等。

附图1描绘了一个范例性的蜂窝移动无线电话系统的方框图，包括范例性的基站110和移动单元120。基站包括连接到MSC 140的控制与处理单元130，而MSC140接着又连接到PSTN(未显示)。在本领域中这样的蜂窝无线电话系统的一般情况是众所周知的，正如属于Wejke等人的题为“在蜂窝通信系统中由邻区辅助的切换(Neighbor-Assisted Handoff in a Cellular CommunicationSystem)”的美国专利No.5,175,867以及在1992年10月27日提交的题为“多模式信号处理(Multi-mode Signal Processing)”的美国专利申请(U.S.Patent Application)No.07/967,027中所描述的那样，本申请中结合了这两篇文献作为参考。

基站110经由控制与处理单元130所控制的业务信道收发信机150来处理多个业务信道。同样，每个基站都包括一个能够处理一个以上控制信道的控制信道收发信机160。控制信道收发信机160受到控制与处理单元130的控制。控制信道收发信机160在基站或蜂窝小区的控制信道上向锁定到该控制信道的移动站广播控制信息。应该理解到工作于共享同一载频的控制信道和业务信道的收发信机150和160是能够在单个设备中实现的，如同移动站中的业务与控制收发信机170一样。

在空闲的移动单元120例如通过运用在业务信道上所找到的数字控制信道定位信息来确定控制信道之后，接下来它能够利用它的业务与控制收发信机170来读取该控制信道上传输的控制信息(例如寻呼消息)。读者可以参考1994年10月31日提交的题为“在无线通信系统中确定数字控制信道的方法与设备(Method and Apparatusfor Locating a Digital Control Channel in a RadiocommunicationSystem)”的美国专利申请No.08/331,711(该专利申请内容在此引用，以供参考)，以便获得更多涉及确定数字控制信道的技术的详细信息。当需要在移动站120与系统之间的连接时，收发信机将170调谐到由系统所指定的业务信道上。

然而，根据本发明的范例性实施方案，当移动单元120进行紧急接入时，用于接入系统的技术与用于非紧急系统接入的常规技术是不同的。举例来说，在通电时刻，如果移动单元发现移动单元的用户已经始发了紧急呼叫，则它锁定到控制信道的过程可以是改变的。现在将参考图2描述一种根据本发明的用于锁定到控制信道的范例性方法。一开始，在模块200，远端单元首先确定呼叫是否为紧急呼叫。在1997年4月22日提交的、题为“在无线通信系统中识别紧急呼叫的系统与方法(Systems and Methods for Identifying EmergencyCalls in Radiocommunication Systems)”的美国专利申请No.

(代理人文档号No.027575-064)中描述了多种用于确定呼叫为紧急呼叫的范例性技术，该申请在这里引用以供参考，有兴趣的读者可以参考它以获得更多的细节。然而可以简单地说，移动单元可以装备具有所有可能的紧急呼叫号码的数据库。于是，每次在移动单元中拨入一个号码时，可以将该号码与数据库或者紧急号码的列表相比较从而确定该呼叫是否是紧急呼叫。

另一种备选方案就是由系统来广播本地的紧急号码，这限制了对移动单元进行准确编程的负担。于是，例如每当移动单元从蜂窝小区移动到蜂窝小区而紧急号码(组)发生变化的时候，该号码就可以在移动单元所连接的显示屏上显示给用户。还有另一种用来确定紧急呼叫的技术就是为移动单元提供一个与紧急呼叫相关联的特殊按钮、按键或是按键序列。在这个范例性的实施方案中，用户只是简单地按动此按钮、按键或是按键序列来启动与紧急服务中心的联络。

无论移动单元确定呼叫是否紧急呼叫所用的技术是什么，对于非紧急呼叫，流程都进行到模块210，其中由系统所定义的“正常的”规则来裁定控制信道的选择。例如，在某个最低接收信号强度(RSSI)之外，移动站可能进一步在考虑移动单元内所保存的系统的某些优选项的条件下衡量某个被识别了的控制信道。这些优选项可能会包括诸如是否该蜂窝小区对于该移动站是被禁止的(如IS-136中所述)、或者是否该蜂窝小区的运营者不是优选的运营者(采用IS-136中的系统运营者代码(SOC)、以及是否该蜂窝小区提供所需要的业务。

另一方面，如果移动用户所始发的呼叫是紧急呼叫，则移动单元将进入紧急处理模式，其中它将采用通常侦听特定的控制信道时所需要的标准的一个子集来锁定到控制信道上。例如如同步骤220中所示，为了锁定到该控制信道并开始接入系统，移动单元可以仅仅要求以足够的RSSI来接收控制信道。在紧急呼叫接入期间以这种方式可以减少控制信道的捕获时间。

一旦移动单元锁定到控制信道，它就将在其中的上行链路部分要求系统接入。例如根据IS-136所定义的系统，这通常意味着传输如附图3所阐明的多个可能的随机接入信道(RACH)消息。例如，作为其接入尝试的一部分，移动单元可以传输鉴权消息、能力报告消息、MACA报告消息以及始发消息。然而，根据消息的长度，每种为了建立呼叫而传输的消息会要求多次的传输脉冲串。下面提供了对根据IS-136来封装和传输始发消息的方式的简要描述。然而，为了获得更多的信息，有兴趣的读者可以转向题为“用于随机接入信道和接入响应信道的第二层协议(Layer 2 Protocol for Random Access Channeland the Access Response Channel)”的美国专利No.5,610,917(其内容在此引用，以供参考)。

附图4示意性地阐明了多个第三层消息411、第二层帧413以及第一层信道脉冲串(或时隙)415。每个第一层信道脉冲串415都包含一个完整的第二层帧以及其他等等信息，例如纠错信息和其他用于第一层运作的管理信息。每个第二层帧至少包含第三层消息的一部分以及其他用于第二层运作的管理信息。尽管没有在附图4中标明，每个第三层消息都将包含各种可以被考虑成该消息的有效负载的信息单元、用于鉴别各种消息所属类型的头标部分、以及有可能存在的填充单元。

每个第一层脉冲串和每个第二层帧都被划分成多个不同的域。特别地，每个第二层帧中的有限长度DATA(数据)域都包含第三层消息11。由于第三层消息具有依赖于第三层消息中所包含的信息量的可变的长度，为了传输单个第三层消息可能会需要多个第二层帧。结果，由于在信道脉冲串与第二层帧之间存在一一对应关系，所以为了传输整个第三层消息也就可能会需要多个第一层信道脉冲串。

如上所述，当发送一个第三层消息需要多于一个的信道脉冲串时，通常这些脉冲串并不是在射频信道上的连续脉冲串。由于对收到的脉冲串的接收、处理和反应需要时间，所以传输第三层消息所需要的脉冲串可以用如附图5所阐明的交错格式来发送。其中路径A表明了在移动单元和系统之间的通信。在此范例中，移动单元采用每第6个上行链路信道脉冲串来向系统传输第三层消息。

这样一来，本领域的技术人员将领悟到，通过在始发呼叫期间减少移动单元所传输的消息的数目，发射脉冲串就将减少，于是，接入时间也就缩短了，而接入的可靠性则提高了。可以通过以下方式来实现这一点：例如，当移动站进行紧急接入时，在移动站上提供一张列出将要发送的消息(或者不需发送的消息)的表格。此表格可以确定一种可以在紧急接入期间使用的可用消息的子集，例如附图3所表明的消息的一种子集。举例来说，该表中可以略去鉴权消息和能力报告消息。这样的话，附图6的流程图就可以被用来说明根据本发明的这种范例性实施方案的一种范例性的呼叫始发处理。

其中，在模块600，移动站确定呼叫是否如同上面所述的紧急呼叫。如果不是，则在步骤610采用由相关的系统标准或运营者定义的“正常的”呼叫始发消息。否则，在模块620查阅移动站的表格来确定将采用哪种子集的消息来进行紧急呼叫始发，并接着将这些消息发送给系统。

本发明的另一种范例性的实施方案可通过调整无线系统所使用的接入规则来进一步改善了紧急呼叫接入时间。例如，尽管各种移动单元可能采用上行链路控制信道的不同时隙来尝试接入，但是由于这是随机接入，所以有时候当移动单元在上行链路控制信道的相同时隙期间向系统进行传输时就会发生移动单元的传输碰撞的情形。因此，无线通信系统向移动单元提供反馈来指示先前在上行链路控制信道上所发送的脉冲串的接收状况。

例如，根据IS-136定义的系统可在具有待决接入操作的移动单元所读取的下行链路控制信道上提供一种称为共享信道反馈(SCF)域的域。在这个指示先前脉冲串接收状况的域中包含着多种标志以及相对应的上行链路控制信道对于接下来的接入脉冲串的可用状况。

当由于碰撞而使基站没有正确地接收到脉冲串时，将通过SCF标志提供否定的反馈。有可能通过编程来使移动单元以多种方式对此否定反馈作出反应。例如，一种通常的特性就是让没有收到肯定反应的移动站在再次尝试之前随机地等待多个接入事件。这样一来，碰撞管理导致了延迟。

然而，如果移动单元是为了发起紧急呼叫而尝试接入系统的，那么这种延迟可能是不能接受的。于是，根据本发明的这个范例性实施方案，检测到有紧急呼叫请求的移动单元将绕过正常的接入规则。例如，如果通过采用与所讨论的系统相关联的标准协议来调用一个化解碰撞的协议从而导致产生接入延迟，那么在给定处理能力的约束下移动单元将改为尽可能频繁地继续尝试接入系统。对于TDMA系统来说，这就是说移动单元将继续在下一个可用的上行链路控制信道时隙上发送接入脉冲串。这个想法可以进行扩展，以致于尽管当系统指示信道“忙”的时候，发起紧急呼叫接入的移动单元也能够有准备地在一个接入事件时隙中进行传输，也就是说，可以设想发起紧急接入的移动单元能够采用更高的功率来超过其他移动单元的传输。

于是，通过附图7的流程图能够概括地总结本发明的范例性实施方案。其中在模块700，在收到来自系统的关于接入尝试的否定反馈之后，在模块710移动站检查该接入是否紧急接入。当然，这一点可能在上述的编制呼叫始发消息的时候执行过了。如果这不是紧急接入，则在模块720移动单元采用正常的(也就是系统规定的)重发规则。否则，流程行进到模块730，在这里移动单元忽略标准的重发协议而倾向于采取更快速地尝试例如在上行链路控制信道的下一个可利用的时隙中进行重新传输。

还有，正如上面所包含的涉及紧急呼叫识别的美国专利申请所描述的那样，希望无线通信系统广播紧急号码。此外，系统还可以广播与每个紧急号码(例如，911，811等等)相关联的一种标志，以表明：当用户使用该号码接入系统时，哪一些前述的技术是适用的。例如，系统可能会指示当用户拨叫911的时候为了加速接入可以使用所有这些技术，然而当移动单元发现是811紧急接入时将仅仅减小其接入消息集合而不抛弃重发规则。

当然，在不脱离本发明的精神的同时将本发明具体化成不同于前面所描述的特定形式是可能的。因此，上述的实施方案仅仅是说明性的而并不能在任何方式上想象成约束性的。本发明的范围是由下述的权利要求而不是由前面的描述来确定的，而所有落入权利要求范围内的变形和等同物都将认为是包含于其中的。

Claims (6)

1.一种用于在无线通信系统中锁定到控制信道的方法，包含下列步骤：

在远端站中存储一个用于衡量备选控制信道的优选项集合；

在该远端站中辨别将要作为紧急呼叫发出的呼叫；

在衡量用于所述紧急呼叫的控制信道时忽略上述的优选项集合；并且

如果该远端站以预定的信号强度收到该控制信道则锁定到该控制信道上去。

2.一种远端站，包括：

用于通过空中接口接收数据的接收机；

用于存储与控制信道选择有关的优选项的存储器；以及

处理器，用于辨别呼叫是否紧急呼叫，且基于辨别的结果选择性地忽略所存储的优选项，并命令所述的接收机去收听在预定接收信号强度上接收到的控制信道。

3.一种在无线通信系统中始发呼叫的方法，包含下列步骤：

提供与呼叫始发有关的消息的第一集合；

辨别将要作为紧急呼叫发出的呼叫；

从上述的第一消息集合中选择一个子集；并

利用上面选出的子集来向系统发送呼叫始发消息。

4.一种远端站，包括：

用于通过空中接口发送数据的发射机；以及

处理器，用于辨别呼叫是否紧急呼叫，且基于辨别的结果选择性地命令该发射机去发送第一呼叫始发消息和第二呼叫始发消息中的一个，其中第二呼叫始发消息含有的数据比第一呼叫始发消息要少。

5.一种用于接入无线通信系统的方法，包含下列步骤：

通过远端站发送接入消息；

在该远端站从该系统接收指示上述接入消息需要进行重发的反馈；

确定该接入消息是否与紧急呼叫有关；

基于上述确定步骤的结果，选择性地延迟重发的尝试。

6.一种远端站，包括：

用于通过空中接口发送数据的发射机；以及

处理器，用于确定呼叫是否紧急呼叫，并基于确定的结果选择性地命令该发射机以第一预定的时间或是以第二预定的时间来重发接入消息。

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