专利名称：具有选择性反向移动帧偏置的网络控制的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及两个单元之间的通信系统，这两个单元中一个单元控制另一个单元的传输，更具体地涉及与反向移动帧传输有关的功率电平控制。
背景技术：
通信系统，例如码分多址(CDMA)系统和时分多址(TDMA)系统等等，在基础设施设备和移动单元之间传送消息。如在此使用的，前向消息指蜂窝基础设施设备产生并发送以由移动通信单元接收的消息，反向消息指诸如移动蜂窝电话这样的移动通信单元产生给蜂窝基础设施设备的消息。
功率控制是大多通信系统中的一项重要功能并且对于第二代和DS-CDMA型的第三代蜂窝系统的正确操作是必要的。功率控制用于在把最小功率电平用于最大系统容量的同时维持足够的通信链路质量以及信息吞吐量。改变基站收发信机(BTS)发送信息给移动台所使用的前向通信链路的功率电平称为前向功率控制。改变移动台发送信息给服务BTS所使用的反向通信链路的功率电平称为反向功率控制。
在典型的CDMA系统中，当进入基站收发信机之间的边界区域时，移动台从与一个基站收发信机通信转换为同时与两个基站收发信机通信。这样，通信不会中断并且话音质量也不会降低(即使是暂时的)。这种多链路通信通常称为软切换。由于接收并组合来自存储软切换的服务基站的多个信号路径，移动台可以获得明显的分集好处，从而允许前向链路功率中的网络掉线。软切换可能涉及两个或多个BTS。
对于这种系统的正确和有效操作来说，以低差错率有效并可靠地传送例如信令帧这样的关键系统级信息以便可以尽可能迅速地实现系统控制，是很重要的。
图1是根据本发明的优选实施例的无线通信系统的示意图；图2是图1的无线通信系统的简化形式的示意图；图3是表示各部件之间的消息流的无线通信系统的示意图；图4是本发明在实际中采用的语音帧的示意图；图5是利用集中式功率控制的系统部分的示意图；图6是利用分布式功率控制的系统部分的示意图。
具体实施例方式
本发明为那些被指示为包含诸如信令这样的关键系统级信息的反向移动帧提供选择性的功率增加。由于环境因素和操作限制，信令和其他关键帧类型被擦除一定的时间百分比，并且必须由移动台重发几次以便被基站完整接收。丢失的信令消息可能导致呼叫掉线。本发明通过预测从移动台接收关键帧来减轻这种问题。基站在关键帧被发射之前建议移动台增加反向链路上的发射功率，并且对适当数量的帧维持该增加的功率偏置。
典型地，关键帧是那些响应于指令或通信协议发送的帧，它们的结构，尤其是这些关键帧的长度和持续时间是预先确定的。基站根据已知的帧情况建议移动台继续增加的功率偏置，例如一个“3到8帧状态响应消息”，直到结束关键部分的传输。尽管根据本发明的原理的选择性帧偏置可以用于增加在反向链路上从移动台接收的任何帧的功率，但是本发明在信令帧接收增加时可以找到即时应用。在通信系统中，信令帧对于支持通信链路来说是必需的。因此，确保信令帧的帧擦除率(FER)低于普通数据帧的的帧擦除率是有利的。根据本发明的原理，基站指示移动台在发射关键帧的响应周期期间增加它的发射功率，从而增加关键帧被成功接收的概率。
在大多通信系统中，尤其是在蜂窝系统中有信令帧，需要这些帧来协商系统参数以及调整通信会话的射频和空中接口参数。在蜂窝通信系统中，基站发送信令消息给移动台并且期望作为答复的应答信令消息。基于移动台估计呼入消息和发送响应所需要的时间，基站知道在反向链路上接收应答的信令消息的时间。为了描述而不是限制本发明，信令帧可以认为是要求优先增加反向链路上的功率的关键帧的例子。
如果希望，关键帧的设计可以扩展为其他类型的帧内容。但是，由于增加功率传输电平而增加的干扰通常将促使系统运营商把增加功率偏置限制为最小数量的帧类型，这些帧类型对于系统操作来说最关键的。被选择为要求增加功率偏置的帧与“普通”数据帧的区别在于，它们的内容被认为对于维护通信链路来说是至关重要的，并且它们到达基站的大概时间是已知的。优选地，关键帧有已知或可估计的持续时间。
本发明实际上能够很容易结合任何具有远程单元的通信系统使用，在这些通信系统中通过发送适当指令给远程单元可远程控制这些远程单元的发射功率电平。如在此看到的，本发明尤其适于最关键的系统级数据的“安全保护”，系统级数据例如是从远程单元发送的信令数据。尤其是，本发明已经发现可以直接应用于关键系统级数据与不太关键的业务一起出现的蜂窝电信系统，其中不太关键的业务例如是无线系统上传送的语音数据或数字网络数据，无线系统例如是码分多址(CDMA)类型的系统。
参考附图，图1说明无线通信系统10，例如码分多址(CDMA)数字无线电话系统。固定通信单元，例如基站收发信机(BTS)16、18、20、22、24和26，与在区域30内操作的移动台40通信，其中固定通信单元也称为小区，移动台40也称为移动单元。区域28、30、32和38分别由BTS 16、18、20和26服务，而区域34和36分别由BTS22和24服务。BTS 16、18、20和26耦合到基站控制器(BSC)46，BSC 46尤其包括变码器(XCDR)42、处理器12和存储器14，BSC 46又耦合到移动交换中心(MSC)44，MSC 44也包括处理器12和存储器14。类似地，BTS 22和24耦合到BSC 48，BSC 48尤其包括XCDR42、处理器12和存储器14，BSC 48又耦合到MSC 44。BSC 46和48可以称为机站子系统(BSS)。BSS还可以定义为一个单独的BSC及其相关的多个BTS。MSC 44耦合到公共交换网络(PSTN)62。PSTN、MSC和BSS通常称为基础设施。
BTS 16、18、20、22、24和26与移动单元40之间的无线通信经提供物理路径的射频(RF)信道进行，诸如语音和数据这样的数字通信信号在这些信道上传送。基站到移动单元的通信称为在前向链路上进行，而移动台到基站单元的通信称为在反向链路上。
如图1所示，基站18在前向链路信道上发送通信信号50给移动台40，前向链路信道例如是业务信道。另外，响应于来自基站18的通信信号，移动台40在反向链路上发送通信信号56，反向链路例如是业务信道。
在蜂窝通信协议中，当中心控制或“基”站询问时，远程、移动单元发送消息。本发明检测对前向信令消息中正在请求的关键信息的查询。截取或“监听”前向信令消息以确定是否指示有来自移动台的响应，并且如果是，那么要求的响应是否将包含对维护通信链路来说至关重要的关键信息。在图5中的181和图6中的183标明了用于“监听”的模块。如果预测到系统关键响应数据，基站就采取措施以增加移动台的反向功率控制外环设置点或其他适当的控制，从而增加携带该系统关键数据的反向信令帧的功率。根据本发明的原理，由基站通过发送适当的功率控制信号给移动台来实现增加功率偏置。
通常，命令可以由基站(对于分布式公率控制系统，见图7)或变码器(对于集中式功率控制系统，见图6)发送，以便选择性并且暂时地增加用于发射系统关键数据的反向移动功率电平。系统的反向业务典型地被打断为预设格式和持续时间的不同帧。对于空中发射时间待定的系统，可以采用传统的软件来提供空中发射时间的计算估计(最佳情况的移动台消息回转时间)。这样，由控制实体，或是基站或是变码器来确定或估计用于系统关键数据的反向空中发射时间。
基站监视反向信令消息的持续时间并且把移动台功率控制设置点维持在提高的电平，直到完成关键消息。在结束系统关键数据通信会话后，允许移动单元的功率控制衰减到预定的设置点或其他优选的操作电平，例如维持预定的误帧率(FER)目标需要的电平。上述的功率控制考虑了“开环”的环境。如果需要，根据本发明的原理，可以根据需要更早地在呼叫建立期间启动“闭环”功率控制。因此，根据本发明的原理，无论是开环还是闭环功率控制都可以用于提供反向链路增加功率偏置。
图1所示的无线电信系统在图2和3中以简化形式表示出来。开始参照图2，通信系统100包括移动台102、第一基站收发信机104、第二基站收发信机103以及集中式基站控制器(CBSC)105。CBSC 105包括变码器106和选择分布单元111。系统100优选地包括多个移动台和基站收发信机，但是为了清楚，只在图1中示出了一个移动台和两个基站收发信机。系统100实际上可以包括发送信令消息和要求移动台精确传送和接收的任何通信系统(例如CDMA或TDMA)。基站103和104例如可以包括一个“摩托罗拉SC9600”基站收发信机。第一基站104包括一个收发信机108、一个发射机和一个接收机。第二基站103包括一个收发信机107、一个发射机和一个接收机。收发信机107和108发送空中RF信号以便被移动单元102接收。这种传输在本领域是公知的，将不作进一步的描述。从基站103和104发送到移动台102的信号在此称为“前向”业务帧或“前向”链路消息，包含前向信令和其他类型信息。收发信机107和108从移动单元102接收消息，这在本领域也是已知的。这些消息在此称为“反向”业务帧或链路消息，并且包含反向信令和其他类型的消息。
移动单元102优选地包括一个能够与基站收发信机103和104通信的蜂窝电话单元。在一个优选实施例中，移动单元102还可以是无线数据终端或视频电话。移动单元102包括收发信机110，收发信机110包括发射机和接收机，这在本领域是已知的。移动单元102通过由位于其中的收发信机110在反向链路上发射消息以及在位于其中的收发信机110在前向链路上接收基站103和104产生的消息来与基站103和104通信。
选择分布单元(SDU)111从位于CBSC 105内的呼叫处理处理器(CPP)120接收一个信令帧。另外参照图3，CPP 120沿路径124与SDU 111发送和接收信令消息。语音数据沿路径126在变码器106和SDU 111之间发送。路径130典型地包括TI跨距，提供SDU 111和基站132之间的通信。SDU 111把它的帧重要性标准应用于信令帧类型并且确定来自移动台102的应答信令应该接收功率增加偏置处理。
SDU 111标记信令消息发送到移动台102的时间，并且使用与SDU111相关的预定查找表信息查找来自移动台102的应答信令消息到达的估计时间。如上面所提到的，到达估计时间可以在性能良好的数据会话中计算或者在到达时间不能精确预测时可以使用已知的技术进行估计。在来自移动台102的关键信号消息的最早到达时间，SDU 111使用已知的技术通知基站132在功率控制子信道上发送常规的功率上升比特。这些功率上升比特指导移动台102在移动台发送关键应答信令消息给基站132的时间期间把它的功率增加一个预定量(“功率增加偏置”)。
优选地，采用传统的软件技术“监听”该关键反向信号消息并且基于关键信号消息持续时间维持增加功率偏置。当关键帧消息被认为完全接收时，SDU 111停止增加功率偏置，允许移动台102的功率控制以“衰减”模式逐渐地或更快速、强制或受控模式返回到正常操作。
来自变码器106的普通数据传输语音帧在SDU 111接收并且在TI跨接线130上转发。当从CPP 120发送一个信令消息给SDU 111时，SDU 111把该信号消息插入到该语音数据流。这可以通过使用来自称为“空白突发序列”的信令的整个帧或通过在称为“半空白突发序列”的语音和信令信息之间将帧划分来完成。本发明针对适合单个帧的大多数信令消息以及要求多个帧传送信令消息时的特别情况。
基站132从SDU 111接收语音和信令帧并且通过空中将它们发送给移动台102，移动台102解调并解码这些帧。移动台102处理语音帧并且从这些帧中提取信令信息。移动台102用它自己的信令响应消息146响应。空中(OTA)传输由空中接口136表示。如图3所示，空中接口路径136包括许多通信信息，包括在140标出的前向信令消息、在142标出的前向功率控制比特、在144标示的信道能量估计以及在146标出的反向信令消息。
当基站132和移动台102处理帧时，它们还处理功率控制信息。基站132基于它对来自移动台102的信号的能量电平的测量发送功率控制比特142给移动台102。通过该功率控制比特142，移动台102被指示在每个帧期间把它的功率改变16次，每次改变1dB。基站132每个帧执行16次能量估计，并且基于能量估计小于还是大于给定的能量阈值而指示移动台102提高或降低它的功率。基于信道能量估计的功率管理是公知的，并且实际上任何商业可用的技术都可以用于该目的。
图4表示具有添加的信令消息的语音帧150的分解。在152指出的帧的开始部分由报头比特组成，这些报头比特指示该帧是否包括信令信息。假定该帧包含语音数据和信令，如果该帧是“半空白突发序列”型，那么语音部分154包含语音数据。信号部分156是该帧的信令消息部分。信令数据的长度依赖于正在发送何种信令消息而变化。用于信令部分156的报头由参考数字160表示。消息比特的开始162位于信令数据部分156的开始。在消息比特开始后面是八比特长的消息字段164以及指示信令消息类型的八比特消息类型166。
消息序列号字段(三比特)168允许接收该消息的移动台102检验所有信令消息都正按顺序接收。ACK序列字段170(一比特)允许移动台检验确认(ACK)是按顺序接收的。要求ACK比特172指示移动台是否需要发送确认给该消息。为还没有明确响应的消息设置要求ACK。(例如，IS2000中的业务连接/业务连接完成消息对)。有效负载字段174是实际的信令消息。有效负载字段的长度随着消息而变化。通常称为“内部CRC”的循环冗余校验(CRC)176检验本帧的信令部分的完整性。CRC字段176有十六比特的长度。在帧的信令部分之后，外部CRC 180检验整个帧的完整性。CRC字段180根据帧速率具有在八个到十二个比特之间变化的长度。尾比特182允许移动台检验来自基站的传输同步。
如上所述，反向功率控制外环设置点可以由基站(分布式功率控制)或变码器(集中式功率控制)增加。现在参照图5和6描述所述情况的功率控制方案。参照图5，关于变码器180、基站收发信机(BTS)182和移动台184来描述集中式功率控制设备。变码器180确定一个信令消息要求明确的应答或其具有设置为一的要求ACK字段(见图4中的字段172)。在图6所示的设备中，在变码器180中提供一个“监听”模块181，其监视所发射的信令消息以便确定在该消息流中是否包括一个关键部分以及由此保护对选择性偏置的需要。沿路径186发送一个功率控制设置点增加命令给BTS 182。BTS 182基于功率控制设置点中的变化沿路径188发送功率上升比特给移动台184。移动台然后沿路径190在反向方向上以增加的功率发送信令帧。如果该信令帧长度大于一个帧，那么BTS 182在信令消息持续期间维持偏置(即，功率增加)。
现在参照图6，描述分布式功率控制的操作。变码器180沿路径186发送信令帧给BTS 182。BTS在183截取该信令帧并且确定该信令消息有一个明确的应答或其具有设置为一的要求ACK字段(见图2中的参考数字172)。增加功率控制设置点。BTS使用沿路径188发送给移动台188功率的上升比特来增加该功率控制设置点。移动台沿路径190以增加的功率在反向方向发送信令帧。如果该信令消息长度大于一个帧，BTS 182在信令消息持续期间维持功率增加偏置。
尽管在此使用了术语“基站”和“移动单元”，但是应该意识到，本发明可以使用实际上任何类型(无论是移动或无线)的通信单元，其中远程发射单元可以受远程控制而以增加的功率或其他有关强度的量、电平发送关键响应。
虽然结合具体设备描述了本发明的原理，但是应该清楚理解，这种描述只是作为例子而不是作为对本发明的范围的限制。
权利要求
1.一种用于控制移动单元和基础设施之间的通信的无线电通信系统，包括基站接收机，包括被配置为从移动单元接收通信信号的接收机；可操作地耦合到所述接收机的选择分布单元，用于识别由所述移动单元发送的关键信令消息，其要求所述移动单元发送包括关键信令消息的关键响应，并且用于把所述关键信令消息连同增加功率偏置命令转发到所述基站；以及所述基站响应于所述增加功率偏置命令而发送增加功率偏置消息给所述移动单元，指示所述移动单元通过用增加的功率偏置发送关键响应给所述基站来响应所述关键信令消息。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括变码器，用于发送语音帧给所述选择分布单元。
3.根据权利要求2的系统，其中所述选择分布单元组合所述信令消息和所述语音帧以发送给所述基站。
4.根据权利要求1的系统，其中在所述选择分布单元和所述基站之间的所述通信路径包括T1跨距。
5.根据权利要求1的系统，其中，所述基站监视从所述移动单元接收的通信的功率电平并且通过发送功率控制比特给所述移动单元来调整所述功率电平，从而使所述移动单元相应地调整它的输出功率。
6.根据权利要求5的系统，其中，所述增加的功率偏置消息包括由所述基站发送给所述移动单元的功率控制比特，指示所述移动单元增加它的输出功率。
7.根据权利要求6的系统，其中，所述基站识别来自所述移动单元的所述关键消息的结束并且响应于此而停止偏置外环阈值，所述外环阈值驱动功率控制比特至所述移动单元。
8.根据权利要求1的系统，其中所述基站发送一连串功率控制比特给所述移动单元并且所述移动单元相应地通过调整它的功率电平来响应。
9.根据权利要求8的系统，其中所述增加的功率偏置消息在所述移动台用从所述基站发送给所述移动台的所述一连串前向功率控制比特来实现。
10.根据权利要求8的系统，其中所述增加的功率偏置消息转化为从所述基站发送给所述移动单元的功率上升比特。
11.根据权利要求1的系统，其中所述选择分布单元包括识别关键信令消息的查找表和比较所述选择分布单元接收的信令消息和所述查找表的比较器。
12.根据权利要求1的系统，进一步包括呼叫处理处理器，该呼叫处理处理器耦合到所述选择分布单元并发送前向信令消息给所述选择分布单元。
13.根据权利要求1的系统，其中，所述基站检测所述关键反向信令消息的结束并且发送前向功率控制比特给所述移动单元，以允许所述移动单元的功率电平从所述关键前向功率控制消息要求的电平衰减。
14.一种用于控制移动单元和基础设施之间的通信的改进的无线电通信系统，包括基站，包括配置为从所述移动单元接收通信信号的接收机；可操作地耦合到所述接收机的选择分布单元；所述选择分布单元包括分析器，用于接收所述通信信号并且分析所述通信信号以便识别由所述移动单元发送的关键信令消息，其要求所述移动单元发送包括关键信令消息的关键响应，并且用于将所述关键信令消息连同增加功率偏置命令转发给所述基站；以及所述基站可操作地耦合到所述选择分布单元，所述基站响应所述增加功率偏置命令而发送增加功率偏置消息给所述移动单元，指示所述移动单元通过用增加的功率偏置发送关键响应给所述基站来响应所述关键信令消息。
15.根据权利要求14的系统，其中所述基站发送一连串功率控制比特给所述移动单元并且所述移动单元相应地通过调整它的功率电平来响应。
16.根据权利要求14的系统，进一步包括呼叫处理处理器，该呼叫处理处理器耦合到所述选择分布单元并发送前向信令消息给所述选择分布单元。
17.根据权利要求14的系统，其中，所述基站检测所述关键反向信令消息的结束并且发送前向功率控制比特给所述移动单元，以允许所述移动单元的功率电平从所述关键前向功率控制消息要求的电平衰减。
18.根据权利要求14的系统，其中，所述基站监视从所述移动单元接收的通信功率电平并且通过发送功率控制比特给所述移动单元来调整所述功率电平，从而使所述移动单元相应地调整它的输出功率。
19.根据权利要求18的系统，其中所述基站识别来自所述移动单元的所述关键消息的结束并且响应于此而中止发送功率上升比特给所述移动单元。
20.根据权利要求14的系统，进一步包括变码器，用于发送语音帧给所述选择分布单元。
21.根据权利要求14的系统，其中所述选择分布单元组合所述信令消息和所述语音帧以发送给所述基站。
22.根据权利要求14的系统，其中在所述选择分布单元和所述基站之间的所述通信路径包括T1跨距。
23.根据权利要求14的系统，其中所述选择分布单元包括识别关键信令消息的查找表和比较所述选择分布单元接收的信令消息和所述查找表的比较器。
24.一种在移动单元和基站之间无线传送关键信息的方法，包括以下步骤提供信令消息源；在所述基站中提供输入以接收所述信令消息；在所述信令消息中识别要求所述移动单元发送关键响应的信令消息，其中该关键响应包括预定持续时间的关键信令消息；以及从所述基站经功率控制比特发送前向增加功率偏置命令给所述移动单元，指示所述移动单元在发送所述关键响应给所述基站时增加发射功率。
25.根据权利要求24的方法，进一步包括以下步骤提供变码器；从所述变码器发送语音帧给所述基站；以及从所述基站发送语音帧连同信令消息给所述移动单元。
26.根据权利要求24的方法，进一步包括以下步骤提供选择分布单元；在所述选择分布单元中组合信令消息和所述语音帧；以及传送所述选择分布单元的输出给所述基站以传送给所述移动单元。
27.根据权利要求26的方法，其中，识别所述关键信令消息的步骤在所述选择分布单元中执行，并且所述选择分布单元传送所述前向增加功率偏置命令给所述基站。
28.根据权利要求27的方法，进一步包括以下步骤在所述基站中监视从所述移动单元接收的通信的功率电平；以及通过发送功率控制比特给所述移动单元来调整所述移动单元的功率电平，从而使所述移动单元相应地调整它的输出功率。
29.根据权利要求28的方法，其中，所述基站通过发送功率上升比特给所述移动单元来响应所述前向增加功率偏置命令，其中所述功率上升比特指示所述移动单元增加它的输出功率。
30.根据权利要求29的方法，进一步包括以下步骤在所述关键响应传输期间监视所述移动单元的发射功率；在所述关键响应的传输期间维持所述移动单元的增加偏置功率；以及在发送了所述关键响应之后，指示所述移动单元停止用增加的功率发射，从而允许移动单元的发射功率衰减。
全文摘要
响应于来自基站的功率控制比特，提供选择性反向移动帧偏置来用于移动单元(102)和基站(132)之间的改进的网络控制。监视在基站(132)接收的信令消息(124)以识别要求移动单元发送响应的信令消息，其中响应包括一个关键信令消息。基站(132)通知移动单元(102)在该消息持续期间以增加的功率偏置发送包含关键信令消息的响应。在发送了该关键信令消息之后允许移动台(102)的发射功率衰减。
文档编号H04B7/26GK1703834SQ200380101104
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月9日 优先权日2002年10月9日
发明者威廉·K·摩根, 唐纳德·P·科戴尔, 威廉·R·拜尔 申请人:摩托罗拉公司