移动型蜂窝通信系统的制作方法
【专利摘要】一种蜂窝系统，包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
【专利说明】移动型蜂窝通信系统【技术领域】
[0001]本发明涉及移动型蜂窝通信系统。
【背景技术】
[0002]蜂窝通信的日益普及已经引起全球许多国家对城市地区以及农村环境的公路上的蜂窝基础设施部署的显著改进。蜂窝3G (第三代)标准和较新的4G (第四代)标准的问世已经进一步促进用于改进这些地区中的蜂窝覆盖的显著投资。
[0003]蜂窝通信提供通用型的通信，其特征至少在于:
[0004](a)在可变距离子范围内的通信，该可变距离子范围落入亚米(sub-meter)(例如毫微微小区)至大于10千米(例如宏小区)的范围内；
[0005](b)包括音频、视频和数据中的至少一个的期望应用的通信；以及
[0006](c)在包括城市、郊区和农村地区中的至少一个的各种环境中的通信，
[0007]所有这些基本上全部使用相同的蜂窝移动台(例如蜂窝电话、智能电话或平板计算机)。
[0008]然而，大部分蜂窝基础设施具有固定性，即利用固定的核心段和基站。虽然固定基础设施的有效部署能在许多人口密集的地区提供有效的蜂窝通信，但其在缺少充足蜂窝基础设施或缺乏任何基础设 施的地区中不能提供相同质量的服务(或甚至任何蜂窝覆盖)。
[0009]另外，甚至具有适当蜂窝覆盖的地理区域也易受到性能下降或者甚至蜂窝通信覆盖的总体崩溃(例如由自然灾害导致的，如当飓风风暴显著损坏固定站或核心时)的影响。
[0010]这可能不仅不利地影响灾区人口相互联系的能力，而且可能阻碍由救援部队(如警察、消防员和医疗急救队)展开的救援工作可能，他们可能需要非常有用的有效蜂窝通信以用于完成其被指定的救援任务。
[0011]作为缺少蜂窝通信基础结构的替代情况，并且考虑例如救援任务(例如，扑灭在大面积内蔓延的火)，救援队可能需要采用各种类型的无线通信装置，这些无线通信装置中的一些被指定用于短距离通信(如彼此接近的消防员之间)，而其他无线通信装置适合长距离通信(例如，消防员与飞行员之间的通信以用于指引携带灭火物质的飞机朝向期望的区域)。某些装置能够在农村环境中操作，但其功能在城市环境中受到不利影响。一些装置适合于语音应用，但不能传送视频或数据。
[0012]因此，需要提供一种采用能够在缺少充足覆盖的地理区域中利用的一个或多个非固定基站的蜂窝系统，以用于促进多功能通信。
【发明内容】
[0013]根据本发明的一个方面，提供了一种蜂窝系统，该蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
[0014]根据本发明的某些实施例，还设置有至少一个固定基站。[0015]根据本发明的某些实施例，还设置有至少一个非固定核心段。
[0016]根据本发明的某些实施例，非固定核心段为仿真的固定网络。
[0017]根据本发明的某些实施例，非固定基站为移动型中继站。
[0018]根据本发明的某些实施例，还设置有至少一个固定核心段和至少一个固定基站。
[0019]根据本发明的某些实施例，还设置有在至少可变数目的非固定基站和可变数目的移动台方面对动态拓扑的支持。
[0020]根据本发明的某些实施例，动态拓扑包括多层分级动态蜂窝网络。
[0021]根据本发明的某些实施例，系统能够在自适应网络覆盖模式下操作，以用于充分支持蜂窝移动台的静态或动态部署。
[0022]根据本发明的某些实施例，自适应网络覆盖包括在非固定基站之间的蜂窝移动台的分配的改变。
[0023]根据本发明的某些实施例，自适应网络覆盖包括至少一个非固定基站的位置的改变。
[0024]根据本发明的某些实施例，自适应网络覆盖包括非固定基站的发送特性或接收特性的改变。
[0025]根据本发明的某些实施例，发送特性或接收特性选自包括天线类型、天线指向、天线波束宽度以及发送功率的组。
[0026]根据本发明的某些实施例，系统能够以3G标准进行操作。
[0027]根据本发明的某些实施例，系统能够以4G标准进行操作。
[0028]根据本发明的某些实施例，系统能够以WiMax标准进行操作。
[0029]根据本发明的某些实施例，系统能够在存在固定蜂窝基础设施故障的事故区域中操作。
[0030]根据本发明的某些实施例，蜂窝通信的特征在于:
[0031]i)在至少两个移动台之间的通信，至少两个移动台处于落入亚米至大于10千米的范围内的可变距离；以及
[0032]ii)包括音频、视频、消息以及数据中的至少一个的期望应用的通信。
[0033]根据本发明的某些实施例，蜂窝通信的特征还在于:
[0034]iii)在包括城市、郊区、农村、海洋以及航空中的至少一的个环境中的通信。
[0035]根据本发明的某些实施例，非固定移动型基站由移动型自主平台携载，移动型自主平台来自包括地面机器人、无人驾驶飞行器(UAV)或无人驾驶海运船的组。
[0036]根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝系统中的移动台，移动台配备有ICM并且能够由平台携载，蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
[0037]根据本发明的某些实施例，蜂窝系统还包括至少一个固定基站。
[0038]根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝系统中的移动台，移动台配备有SM并且能够由平台携载，蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。[0039]根据本发明的某些实施例，蜂窝系统还包括至少一个固定基站。
[0040]根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝系统中的配备有ICM的非固定基站，蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
[0041]根据本发明的一个方面，提供了一种在蜂窝系统中的配备有SM的非固定核心段，蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
[0042]根据本发明的一个方面，提供了一种蜂窝系统，其包括至少两个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
[0043]根据之前实施例中任一个的系统，其中，蜂窝系统启用自适应网络覆盖。
[0044]此外，自适应网络覆盖能够为以下类型中的一个或多个:分布式、集中式、部分分布式以及局部集中式。
[0045]此外，网络覆盖的适应由移动型非固定基站自主进行。
[0046]此外，系统能够以WiFi标准进行操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]为了理解本发明并且为了明白其可以如何在实践中实施，现在将参照附图、仅作为非限制性的示例来描述优选实施例，在附图中:
[0048]图1示意性示出根据本发明的某些实施例的移动型蜂窝通信系统的一般性系统架构；
[0049]图2示意性示出根据本发明的某些实施例的包括独立部分、还包括固定蜂窝通信系统部分的移动型蜂窝通信系统的一般性系统架构；
[0050]图3示意性示出根据本发明的某些实施例的连接到固定蜂窝通信系统部分的移动型蜂窝通信系统的一般性系统架构；
[0051]图4示意性示出根据本发明的某些实施例的明显需要改变移动型中继站的位置的场景；
[0052]图5示意性示出根据本发明的某些其他实施例的自适应网络覆盖场景；
[0053]图6示意性示出根据本发明的某些实施例的用于获得集中式自适应网络覆盖的操作序列的流程图；以及
[0054]图7示意性示出根据本发明的某些其他实施例的用于获得分布式自适应网络覆盖的操作序列的流程图；
[0055]图8是多跳场景中在正常模式下和单个移动台的通信的示例；
[0056]图9a是紧急模式下两个移动台通信的示例；
[0057]图9b是在撤消紧急模式之后两个移动台通信的示例；
[0058]图9c为多跳场景中在紧急模式下的三个移动台通信的示例；以及
[0059]图10是用于MR的中继资源管理器(rRM)的示例性架构的简化框图。
【具体实施方式】[0060]图1a示出包括(例如)三个移动型中继站(MR)104a、104b和104c的移动型蜂窝通信系统，该三个移动型中继站(MR)104a、104b和104c服务于两个移动台(MS)106a、106b和两个增强型移动台(EMS) 108a、108b。移动型中继站中的每一个能够移动同时服务MS或EMS中的每一个，如下面将详细阐述的。另外，两个附加模块可以可选地连接到每个MR或MS并且将它们分别变成增强型MR(EMR)或增强型MS(EMS)。该附加模块的类型为干扰消除模块(ICM) 112和安全模块(SM) 110。如于2011年6月13日提交的题为“System and Methodsfor Null Steering in a Multicarrier System (用于多载波系统的零陷的系统和方法)”的共同未决PCT专利申请N0.PCT/IL2011/000468 (其内容通过引用并入本文)中更详细描述的ICM的作用为用于干扰消除(无论网络内还是来自网络外的来源)。网络内干扰可以为或包括例如在中继移动台(rRM)和中继基站(rBS)之间的相互干扰、或位于相邻小区的移动台之间的相互干扰、或位于相邻小区的基站之间的相互干扰。网络外干扰可以例如起源于相邻的不同蜂窝系统(如在边源区域处)或由任何其他合适的无线系统或源生成。添加SM是用于升级的安全，如于2011年7月21日提交的题为“Switched Applicat1n ProcessorApparatus for Cellular Devices (用于蜂窝装置的交换式应用处理器设备)”的共同未决PCT专利申请N0.PCT/IL2011/000587 (其内容通过引用并入本文)以及由 申请人:于2011年8月25日提交的题为“Network Environment Separat1n (网络环境分离)”的共同未决以色列专利申请(其内容通过引用并入本文)中更详细描述的。例如，SM可以使较高的安全应用处理(应用处理器2)能够被MS使用，例如在PCT/IL2011/000587的图8中所看出的，其描绘了结合SM作为其附加物的MS架构(在此标记为815)。另外，PCT/IL2011/000587的图6和图7示出可以由已附接有SM的EMS或EMR实现的输出和输入序列。
[0061]应当注意，所提出的蜂窝系统可以具有各种类型的节点及其组合，例如但不限于:MS、MR、EMS、EMR。每个增强型节点可以具有仅SM、或仅ICM、或兼具SM和ICM两者的任意组合(即，如在MR3104c中为I个SM和2个ICM，或如MR2104b中为I个SM和I个ICM等)。
[0062]图1b示出EMR115 (在所呈现的示例中为MR3104c以及所附接的若干附加模块112、110)以及EMS (在所呈现的示例中为108b)的放大示意图。如可以看出的，MR包括基站(rBS) 114、中继资源管理器(rRM) 118和到其他基站的链路113，链路113在所呈现的示例中被实现为使用本地MS(rMS)116的带内回程(in-band backhauling),如于2011年8月4 日公开的题为“Cellular Communicat1n System with Moving Base Stat1ns And MethodsAnd Apparatus Useful In Conjunct1n Therewith(具有移动型基站的蜂窝通信系统以及与其结合有用的方法和设备)”的共同未决PCT公开N0.W02011/092698中更详细地描述的，其内容通过引用并入本文。应当注意，到其他基站的回程链路还可以使用任何其他技术来实现，如专用回程链路(例如，使用卫星通信、3G/UMTS (通用移动通信系统VHSPA (高速分组接入)、WiMAX (全球微波互联接入)、WiFi或微波链路)。示出MR的附加模块，即SMllO和两个ICM112。添加SMllO和两个ICM112(或其中一部分)将MR104c变为EMR115。对于MS106也呈现出附加模块的添加，这将MS106变为EMS108b。应当注意，根据某些实施例，EMRl 15的SMl 10可以接口到MR部件中的每一个，例如到如图1a上方所描述的rMS116或到rRM118，以使得能够添加较高安全应用(如图10的IP服务719)作为包括移动核心段的独立子系统的一部分。还要注意，根据某些实施例，ICM被耦合到MS (106)的输出端(例如天线)，以用于实现周围干扰(例如，源自MR附近、SeNB附近、MS附近等的接口)的消除。注意，根据某些实施例，rBS或rMS模块(分别为114、116)的输出(例如天线)与零陷模块(例如ICM)耦合，以用于实现对源自rBS和rMS、MR附近、SeNB附近、MS附近等的相互干扰的干扰的消除，如于2011 年 6 月 13 日提交的题为 “System and Methods for Null Steering in a Multicarriersystem (用于多载波系统的零陷的系统和方法)”的PCT专利申请N0.PCT/IL2011/000468的图5a和图5b中所描绘的。
[0063]现在转到图2，其呈现出包括非固定(即移动型)部分的混合移动型蜂窝通信系统，该非固定部分具有自适应覆盖并且包括11?1104&、1?210413和1?3104(3。除了非固定部分，所呈现的系统还包括标准固定部分，该标准固定部分包括静态核心130和固定基站131、132。可以看出，根据某些实施例，SM可以接口到核心段，类似在上一段末尾所述的到rRM的接口。固定部分的覆盖区域通过采用MR4104d而以动态方式进一步扩大，原因在于MR4104d是不固定的并且可以根据由所服务的MS的位置定义的所需覆盖区域而进行移动。在该图中，EMS108C和108d并不位于固定部分的覆盖区域内，并且通过使用MR4104d，EMS108c和108d可以彼此连接且连接到由固定部分服务的MS，即106c。
[0064]图3示出当非固定网络的部件已经移动到固定系统的覆盖区域时、非固定(移动型)蜂窝系统(其包括MR1104a、MR2104b和MR3104c)动态地连接到固定蜂窝系统的能力。在所呈现的图中(例如)，MR1104a已移动到静态BS3133的覆盖区域，然后MR1104a和BS3133之间的链路被形成为120b，并且由非固定蜂窝系统服务的任何MS (或EMS)(即由MR1104a、MR2104b和MR3104c服务的每个MS或EMS)可以与由固定蜂窝系统服务的任何MS或EMS(如MS106c)通信、或与由连接至固定蜂窝系统的任何其他非固定蜂窝系统服务的任何MS或EMS (例如MS108c或108d)通信。
[0065]图4示出包括服 务于EMS即434、434和436的若干MR(MR1、MR2、MR3、MR4和MR5)的移动型蜂窝系统的场景。在此用MR作为示例，它们中的一些或它们中的全部也可以是EMR。在此示例中具有宽覆盖区域420的MRl(即MR1410被安装在空中(airborne)平台上)连接到EMS436并且还连接到MR5430。MR1410和EMS436之间的链路具有较差的质量，因此MR1410不能支持高数据速率应用，如宽带数据或视频。在EMS436需要这样的高数据速率应用的情况下，该需要被MR1410注意到，并且移动型蜂窝系统计算MR的新位置使得其可以更好地服务于所有MS/EMS的整体需求(例如根据优先级或按比例公平或按任何适当的准则)。在此特定情况下，为了更好地服务于总体要求，系统计算并确定MR5430需要沿着EMS436的方向450移动。MR和/或EMR可以安装在载人车辆/平台上(例如但不限于卡车、货车、直升机、船)，其中位于平台上的人可以将平台定位在需要的位置处以更好地服务MS和/或EMS0另外，MR和/或EMR可以位于无人驾驶车辆/平台上(例如无人驾驶飞行器、地面机器人、无人驾驶海运船等)，其中MR和/或EMR可以被定位(自动地或由操作者远程控制)在期望位置处。
[0066]图5示意性示出根据本发明的某些其他实施例的自适应网络覆盖场景。可以看出，MR5430现在已经移动450到在图4中示出的新计算的位置处。现在EMS436直接连接444到MR5430，并且因为EMS436更接近MR5430，所以MR5430可以支持EMS436具有较高的数据速率应用。可以看出，例如，MR5430保持与其现在服务的EMS434的连接435。
[0067]图6示意性示出根据本发明的某些实施例的用于获得集中式自适应网络覆盖的操作序列的流程图。第一步骤610 (其为可选的)是检测可以由移动型蜂窝通信系统的MR中的任一个服务的新的MS/EMS。该检测可以例如由如下空中MR实现:该空中MR具有宽覆盖区域并且可以检测未由地面MR覆盖或服务的另外的MS/EMS。可选地，MS和/或EMS的附加列表可以手动或远程地输入。在将新检测的或者手动/远程输入的MS/EMS添加到需要由系统服务的MS/EMS列表中之后，下一步骤620为向非固定(移动型)蜂窝系统提供需要服务的MS/EMS中的一个或多个MS/EMS的估计位置。根据某些实施例，实现步骤625，其中除了位置之外，还可以向非固定(移动型)蜂窝系统提供需要考虑的任何其他信息，例如但不限于MS/EMS需要的应用、移动到特定方向的物理限制、服务的质量(例如信噪比、误比特率、块错误率)、MS特性(例如但不限于天线性能和类型、最大传输功率)。估计位置可以由非固定蜂窝通信系统获得(例如使用蜂窝网络的标准定位能力，例如在3GPP(第三代合作伙伴计划)发行版中描述的)，或由可以向非固定蜂窝通信系统提供MS/EMS的估计位置的任何外部系统获得。该位置可以例如通过通常支持的每个MS/EMS的GPS位置来获得，并且被发送至蜂窝系统。用于估计MS/EMS的位置的另外可选方法为:使MS/EMS添加有用于估计MS/EMS的位置的装置，其可以为例如可以支持对MS/EMS的到达方向进行估计的天线；以及共享可以获得的、用于MS/EMS中的一部分的估计位置的信息。用于定位MS/EMS的任何其他已知方法可以由系统使用(如到达时间差-DTOA)。MS/EMS中的部分或全部的估计位置被发送并存储在中央位置处。这样的中央位置可以例如在图1中被视为非固定蜂窝系统的MR/EMR中的一个MR/EMR的rRM118中之一。然后在这样的中央位置处执行测试或计算，以识别是否需要改变部分或全部MR/EMR的位置。如果不需要改变，则作为此测试的结果665，流程返回到之前步骤620。否则，下一步骤为对需要改变其位置的MR的部分(或全部)的新位置进行计算640。识别步骤630和计算步骤640可以基于若干准则，例如，参数(如MS/EMS的位置，以及提供给系统的任何上述信息或参数(即服务质量))的加权和。可替代地，跟踪方法可用于由单个或一组MS/EMS来跟踪单个或一组MS/EMS。然后其位置需要进行改变的每个MR的新计算位置被发送到该MR650。发送新位置可以使用非固定蜂窝系统通信链路或通过任何其他外部装置(例如，其他无线系统、WiF1、卫星通信、其他蜂窝系统、微波链路等)来进行。然后需要改变其位置的MR/EMR中的每一个移动到新位置660。此后，流程返回670到步骤620。
[0068]图7示意性示出根据本发明的某些其他实施例的用于获得分布式自适应网络覆盖的操作序列的流程图。以此分布方式，MR/EMR中的每一个由自身决定改变其位置的需要。该流程图描述了由MR/EMR执行的算法的示例。下文中，引用的所讨论的具体MR/EMR将被称为“当前MR”。第一步骤(可选的)为由当前MR检测新的MS/EMS710。然后，下一步骤为向当前MR提供需要服务的MS/EMS的位置(以及关于其可能在下面的步骤中进行考虑的任何另外的信息)以及相邻MR/EMR的位置720。提供位置的方法已经在图6的说明中进行了描述。根据某些实施例中，实现步骤725，其中除了位置之外，可以将要考虑的任何其他信息提供给当前的非固定(移动型)中继站。在图6的描述中给出了对这种信息的描述。另外，可选地，MR/EMR与其他MR/EMR共享其相关信息(包括位置信息)。然后，在当前MR中对位置信息(以及另外的信息)进行测试和计算以识别改变的需要730。如果结果为不需要改变765，则该流程返回到之前步骤720。否则，流程进行到计算步骤740。在计算步骤740中，计算MR/EMR的新位置(用于计算的方法在图6中描述)。然后，MR/EMR移动到新位置750。之后，可选地，将MR的新位置发送到相邻MR760。最后，流程返回770到步骤720。[0069]根据当前公开的主题的一个方面，提供了一种移动型蜂窝通信系统，其包括:至少一个移动型中继站，该至少一个移动型中继站包括都位于同一位置处的至少一个基站功能体(funct1nality)和至少一个移动台功能体以及中继资源管理器；来自移动型中继站中的至少一个独立移动型中继站，所述独立移动型中继站还包括仿真的固定网络，该仿真的固定网络包括操作为与仿真的移动性管理实体进行通信的仿真IP连接网关。仿真的固定网络仿真固定网络的操作。该独立的移动型中继站为包括至少一个移动型中继站和至少一个移动台的子树的根，并且被配置为利用其移动台功能体、基站功能体和无线电管理器用于在至少以下模式下进行操作:
[0070](i)正常操作模式，其中独立的移动型中继站与网络中的其他中继
[0071]站以及与固定网络进行通信；
[0072](ii)响应于独立事件，以独立操作模式进行操作，包括:
[0073]a.向子树中的指定移动台传送从子树中的移动型中继站或移动台接收的每个消息以及具有所指定移动台的IP地址的消息；或
[0074]b.向仿真的固定网络传送从子树中的移动型中继站或移动台接收的每个消息以及具有与子树中的任何移动台均不匹配的IP地址的消息。
[0075]根据当前公开的主题的实施例，还提供了一种系统，其中，仿真的固定网络还包括具有各自的应用IP地址的仿真的至少一个应用，并且其中，在独立操作模式下的操作还包括:向仿真网络中的指定应用传送从子树中的移动型中继站或移动台接收的每个消息以及具有指定应用的IP地址的消息。
[0076]根据当前公开的主题的实施例，还提供了一种系统，其中，仿真的固定网络还包括仿真的路由器。
[0077]根据当前公开的主题的实施例，还提供了一种系统，其中，独立事件包括:检测独立中继站与固定网络的断开。
[0078]根据当前公开的主题的实施例，还提供了一种系统，该系统还包括:响应于撤消独立事件，独立中继站被配置成恢复为根据正常模式进行操作。
[0079]为了解决上述挑战，需要定义处理如下需要的架构和方法:该需要为通过任何分级蜂窝拓扑结构将移动台中的每个移动台之间的控制和业务信息传输到可以是同一网络中的移动台的任何目的地或该网络外的任何目的地。在以下描述中，将呈现针对4G3GPP蜂窝网络一也被称为LTE (长期演进)一的解决方案，但相同的原理可以应用于任何分级蜂窝网络(即基于3G标准)。
[0080]在现有LTE蜂窝网络中，每个移动台由其自身的IP标识，被寻址到移动台的分组使用GTP (GPRS隧道协议)隧道通过P\S-GW而被路由到基站，并从基站路由到移动台。
[0081]如在指定应用中所描述的分级蜂窝网络中，分组通过若干隧道进行路由并且被路由到目的移动台。
[0082]所提出的发明为在独立事件的情况下还可以提供基于IP的服务的移动型中继站。独立事件的示例可能是与核心网络的断开。
[0083]通常，在移动台连接到核心网络的LTE蜂窝网络中，得到缺省承载(bearer)和IP分配。当移动台请求新服务时，得到另一专用承载的分配。每个分配的承载具有指定的QoS(服务质量)规则，如最大时延、丢包率、GBR和排队优先级。承载被映射为隧道，在隧道中在蜂窝网络中从移动台流到核心和从核心流到移动台的每个用户分组被映射到通过使用隧道承载分配而调度的唯一隧道中。为了反映移动台的承载要求，移动型中继站的移动台功能体得到与其连接的移动台中的一个移动台相对应的承载分配。
[0084]图8是用于多跳中继场景的正常操作模式的另一示例，其中两个中继站的基站功能体[158、156]和静态基站[167]包括隧道终止点，相应的隧道为[160、153、154]。这些隧道通常将通过空中接口 [162]发送到中继站的基站功能体[158]的上行方向移动台[150]数据传输到核心IP连接网关。在下行，这些隧道通常将数据从IP连接网关[166]传输到中继站的基站功能体[158]，以通过空中接口 [162]将所述数据发送到移动台[150]。
[0085]图9a是在紧急模式下进行操作的紧急移动型中继站的示例。移动型中继站与静态基站[189]之间的回程无线电链路[180]断开，因此，本地中继无线电管理器(rRM)[193]使用仿真的网络(例如本文中所述的独立子系统)来寻址被指定到移动台[185、191]的通信数据，该移动台[185、191]在本地中继无线电管理器的子树下。
[0086]隧道最初在核心网络P/S-GW [ 187、188]处终止(该隧道将静态网络核心P/S-Gff [187], [188]连接至中继站的基站功能体(rBS ) [ 196]的隧道，其隧道报头目的地址为P/S-GW[187、188])的隧道在本地仿真的P/S_GW[183]中终止，例如其隧道报头目的地址被设置为 P/S_GW[183]。
[0087]图9c为多跳场景中在紧急模式下的通信的示例。最初在核心网络P/S_GW[187、188]处终止的隧道现在由断开的仿真核心网[224、225、226]的移动型中继站子树的根终止。第二移动型中继站[239、240、241]和锚定移动台[239、234、242]不知道紧急事件。
[0088]图9b为撤消紧急事件的示例。该撤消紧急事件可以例如作为中继移动台功能体与以下中之一之间进行连接的结果而发起的:连接到静态核心的静态基站或具有活动仿真核心的其他中继基站功能体(例如，移动台功能体现在能够连接到固定核心)。恢复断开的无线电链路[216]，并且中继无线电管理器[211]将通信数据中继回核心网[200、201、202]。
[0089]在每个中继节点上，兄弟节点被存储在例如路由代理的本地表中。每个移动台[229、234、242]将其数据流与承载相关联。每个承载通常与业务量过滤器模板(TFT)相关联，该业务量过滤器模板包括承载的源地址、指定节点地址和可选的另外的源、目的端口和协议。通常，每个承载被唯一标记有隧道ID (TID)0在图9c所示的示例中，移动台[242]例如使用IP语音(VoIP)应用而连接到移动台[229]。在逐跳的基础上，每个中继节点检查承载建立程序，并且操作为存储兄弟节点和其相关联的TID。在与核心[200、201、202]断开[236]的情况下，驻留在树的头部处的中继站(是但不限于最靠近断开的核心的中继站)中的中继资源管理(rRM) [231]功能体操作为对在断开节点的簇中的指定节点之间的通信进行本地路由，或另外任选地向其拓扑树中的移动台提供服务。因此，在所示出的示例中，移动台[229、234、242]驻扎到中继节点[RN1、RN2]的断开节点的簇(互连的中继站组)中。驻留在树的顶部处的RNl (RN=中继节点=中继站)的中继资源管理器(rRM) [231]功能体对移动台[229]和移动台[242]之间的通信进行路由。此外，由于通信是基于GPRS隧道的，所以中继资源管理器(rRM) [231]可以通过例如以下方式来更改每个隧道使得其能够与隧道的源和目的地通信:通过向其并置的核心发送创建分组数据协议(PDP)上下文、创建承载请求而创建使用GTP-C标准[例如3GPP TS29.274]隧道的替选者。当接收到撤消紧急事件时，中继资源管理器(rRM) [231]可以使用相同的机制。因此，中继资源管理器(rRM)可以操作用于通过发送创建分组数据协议(PDP)上下文而创建使用GTP-C标准[例如3GPPTS29.274]隧道的替选者，以将局部(紧急模式)隧道改变为原有隧道(正常模式)。
[0090]可以理解，在紧急事件情况下，位于拓扑树的根部(头部)的中继站(例如，最先捕获该事件的中继站或最接近核心的节点)启用本地EPC(Evolved Packet Core)核心(仿真的核心网/独立子系统)，并且在功能上取代固定的或远程仿真的核心[图9c中的220、221、222]。拓扑树中的所有其他中继节点及其连接的移动台对于断开是无缝的(例如，如果不利用拓扑树之外的任何实体来建立连接)。断开还可以通过通知空闲模式的移动台(MS)来指示，例如通过将公共陆地移动网(PLMN) ID改变为另一公共陆地移动网(PLMN)并且将该ID广播给簇中的所有基站功能体(TeNB)。公共陆地移动网(PLMN)也可以表明相关信息，如头部中继站的ID和簇中的中继站数目。可以理解，术语EPC是指用于LTE通信的所有IP移动核心网。
[0091]图10是用于MR的中继资源管理器(rRM)的示例性架构的简化框图。术语“独立子系统”、“仿真的固定网络”、“核心功能体”、微型核心和仿真的核心在本文中可以互换使用。
[0092]如图所示，中继资源管理器包括例如如图所示适当耦合的隧道子系统[713]、无线电资源子系统[714]、虚拟核心子系统[715]、内部路由器服务应用[743]、独立子系统[716]以及路由和QoS子系统[728]中的部分或全部。
[0093]隧道子系统可操作用于:根据不同的优先级对用户平面承载上的用户平面有效载荷和控制平面有效载荷进行封装和解封装；并且将解封装的用户平面有效载荷和控制平面有效载荷发送到核心中的实体，例如但不限于移动管理实体MME、网关和应用服务器中的任一个。隧道子系统通常例如通过标准IP协议栈与移动台功能体rUE[741]接口 [703、704]。
[0094]虚拟核心子系统通常构成在一方面为核心(固定)与另一方面为各种资源管理子系统和基站功能体rBS[740’ ]之间的网关。虚拟核心子系统可以使用标准SL-MME[702、708b,709,710]和 Sl_U[701、707b、709、710’]与基站功能体 rBS[740’]或(静态网络的)核心进行通信，或使用专有管理和控制(M & C)通过IP接口 [701、707b、709、710’]与基站功能体rBS[740’]和远程核心进行通信。虚拟核心子系统可以可选地通过隧道子系统[713]将Sl-MME、S1-U、M & C消息中的全部或任意个发送到核心。
[0095]虚拟核心子系统[715]的封装管理器功能实现了网络事件侦听器(例如图6中附图标记1304处所示的)和网络事件处理机(例如图6中附图标记1305处所示的)。该处理机可以使用深度分组检测技术，以保持适当的统计数据(例如但不限于包括源地址和目的地址的所有活动承载、端口和优先级中的任意或全部)。处理机还可能引发事件(例如，在与核心断开的情况下)。封装管理器还可以操作用于对路由和QoS子系统向正在使用的核心发送[712]/从正在使用的核心接收[712]的不同消息(例如创建或删除承载的消息)进行处理(发送/接收)。
[0096]另外，虚拟核心子系统[715]的封装管理器功能可以可选地包括如下功能:用于在内部驻留有虚拟核心子系统的中继资源管理器rRM[742]与(I)位于内另一中继站内的另一中继资源管理器和/或(2)作为静态网络的一部分定位的中继站服务器之间交换信息。虚拟S-GW[722]和虚拟MME[723]因此可以具有与基站功能体rBS[740’]接口的对应标准S-GW和MME。如果远程核心由中继站使用，则虚拟S-GW[722]和虚拟MME[723]可以作为代理来仿效这些核心功能体，使得基站功能体rBS[740’]平稳且无缝地工作，尽管核心较遥远也如此。
[0097]路由和QoS子系统[728]可以包括路由代理[727]、负载管理器[729]和QoS代理[730’ ]中的一些或全部。路由和QoS的子系统[728]例如使用AT命令或任何合适的专用接口 [705]与移动台功能体(rMS) [741]通信。路由和QoS的子系统[728]例如使用M &C接口 [735]与基站功能体rBS通信。利用M & C接口，路由和QoS子系统可以命令基站功能体rBS [740’ ]如PLMN的各种参数的改变，和/或可以命令基站功能体rBS [740’ ]发起附接的移动台的切换机制。使用移动台功能体(rMS) [741]接口 [705]，路由和QoS子系统
[728]可以接收所服务的基站或相邻基站的无线电测量，并且可以向移动台功能体(rMS)[741]发送移动台功能体可能向其服务基站发送的虚假无线电测量以干预切换机制。路由和QoS子系统[728]可以注册到特定的接入点名称(APN)和/或创建另外的承载。
[0098]负载管理器[729]可操作用于平衡不同中继站之间的流量负载。负载管理器
[729]可以执行动作，例如但不限于指示其他中继资源管理器元件，例如但不限于无线电资源子系统[714]、路由代理[727]、QoS代理[730’ ]或封装管理器(虚拟核心子系统[715]的块)或移动台功能体[741]或基站功能体rBS[740’]或者(静态网络的或)当前网站加载的远程核心的移动管理实体MME中的任意或全部。负载管理器[729]还可以命令路由代理试图改变拓扑结构以获得更大带宽(在回程链路处)，或请求将另外的带宽分配给移动台功能体(rMS)以用于来自远程核心的移动管理实体MME的回程链路。
[0099]在由于多跳机制而需要另外的承载的情况下，QoS代理[730’ ]可操作用于根据当前附接的移动台和其带宽请求来创建承载。
[0100]无线电资源子系统[714]可以包括无线电资源管理器[724]、无线电质量和场所报告器[725’ ]以及无线电资源控制器[726]中的一些或全部。无线电资源子系统[714]可操作用于减少以下链路之间的干扰:(1)可以由基站功能体rBS[740’]发送和接收的中继站的接入链路与可以由rUE (rMS) [740’ ]发送和接收的中继站的回程链路；(2)中继站的接入链路和其他中继站的接入链路；以及(3)中继回程链路和其他中继站的回程链路。无线电资源控制器[726]可操作用于控制移动台功能体rUE[741]和基站功能体rBS[740’]的不同无线电资源，例如较低的基站功能体发射功率、消隐(blanking)特定基站功能体资源块/子帧、请求移动台功能体上行链路授权、改变中心频率、改变带宽中的一些或全部。
[0101]无线电质量和场所(arena)报告器[725’]可以操作用于从向基站功能体rBS[740’]进行报告的连接的移动台以及从移动台功能体rUE[741]收集指示基站功能体rBS[740’]和基站功能体rBS的相邻基站的接收功率报告的无线电测量报告。无线电测量报告可以指示移动台功能体的服务基站的无线电测量和/或移动台功能体rUE[741]的活动集(例如移动台功能体rUE[741]可操作为进行定期测量的相邻基站的列表)的无线电测量中的一个或多个。无线电资源子系统通过到虚拟核心子系统的接口 [742]、通常使用封装管理器将测量报告发送到其他中继站的中继资源管理器的无线电资源子系统作为无线电质量报告。该无线电质量报告可能与分布式无线电资源管理机制和/或关于路由代理的决策相关。
[0102]无线电资源管理器可以接收来自无线资源管理器的本地无线电质量和场所报告器[725’]以及来自相邻中继站的无线电质量和场所报告器的无线电质量报告。无线电资源管理器可以计算出(例如中继站的和可选的静态网络的)各个站之间的干扰电平。无线电资源管理器还可以通过接口 [742]并且使用虚拟核心子系统[715]的封装管理器向其本地无线电资源控制器[726]和/或向其相邻中继站的无线电资源控制器提供无线电资源配置推荐。
[0103]无线电资源管理器[714]可以可选地在接口 [706]中例如使用AT命令或其他专有协议与移动台功能体rUE[741]通信。无线电资源管理器还可以可选地在接口 [734]例如使用M & C协议与基站功能体rBS [740’ ]通信。无线电资源管理器还可以可选地通过接口 [742]、例如使用虚拟核心子系统[715]的封装管理器与其他中继站的无线电资源子系统通信。
[0104]本文中也称为仿真核心网络的独立子系统[716]负责核心分组交换与处理并且负责IP业务。该独立子系统[716]可以用作在本文中也称为微型核心的本地核心，这是因为其可以具有比静态核心少的功能。如果发生切换，例如在中继站与来自服务核心的远程核心(静态的或其他中继站rRM的一部分)断开时，独立子系统[716]还可以操作用于例如通过IP服务功能[719]来给予本地服务(例如地图的本地存储)和/或作为语音呼叫服务器和/或SIP服务器和/或视频服务器和/或游戏服务器。如果发生这样的切换，虚拟核心子系统[715]可以根据存储在虚拟核心子系统[715]的封装管理器上的信息重新创建所有相关的PDP上下文和承载，并且将分组数据交换到本地独立子系统[716]。当本地独立子系统被用作活动核心时，并且需要在给定情况下重新使用远程核心而不是本地核心时，执行相反的过程。
[0105]隧道子系统[713]、路由和QoS子系统[728]以及无线电资源子系统[714]是中继资源管理器(rRM)的可选子系统。这些子系统的全部或任何子集可以根据需要被添加到中继资源管理器(rRM)中。
[0106]路由器服务应用[743]可以被添加到中继站，使其能够为多跳封装做出延长隧道。根据某些实施例，一个移动台被连接到中继资源管理器的核心功能体，而另一移动台被连接到静态网络的核心元件，并且在这些核心之间存在链路。
[0107]如果附接到固定基站的移动台或者甚至标准电话通过若干中继站与附接到核心的移动台通信时，例如如图8所示，附接到固定基站的移动台可以例如使用常规的接口连接到P-GW，并从那里起跳过[164]静态基站SeNB [167]、第一中继节点TUE [155]、中继资源管理器rRM [ 163]和基站功能体TeNB [156]。第二中继站的移动台功能体TUE [157]、中继资源管理器rRM[159]和基站功能体TeNB[158]通常能够与移动台[150]通信。
[0108]在本文中可以使用任何合适的IP连接网关，并不限于本文中具体示出和描述的，例如但不限于以下中之一:在LTE中的IP连接GW ;P网关(P_GW)、S网关(S-GW)、P/S网关(Ρ/S-Gff)和接入网关中之一；在3G GGSN (网关GPRS支持节点)中，SGSN (GPRS服务支持节点)、在WiMAX中、CSN的ASN (接入服务)-网关。
[0109]在本文中可以使用任何合适的移动管理实体，并不限于本文中具体示出和描述的，例如但不限于LTEMME、3GRNC (无线电网络控制器)以及WiMAX ASN中之一。
[0110]路由器服务应用[743]可以被实现为软件应用，或者可替代地作为硬件路由器。
[0111]要注意，本发明并不限于指定的方面和实施例，并且相应地其任何组合也是适用的。[0112]本发明同样针对各种对应方法的实施例和比照方面。
[0113]本发明同样针对用于存储计算机代码部分的计算机存储介质，该计算机代码部分用于执行该方法阶段。
[0114]已经以一定程度的特质描述了本发明，但本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离所附权利要求的范围的情况下可以进行各种变化和修改。
【权利要求】
1.一种蜂窝系统，包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
2.根据权利要求1所述的蜂窝系统，还包括至少一个固定基站。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝系统，其中，所述蜂窝系统还包括至少一个非固定核心段。
4.根据前述权利要求中任一项所述的蜂窝系统，其中，所述非固定核心段为仿真的固定网络。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述非固定基站为移动型中继站。
6.根据前述权利要求中任一项所述的蜂窝系统，其中，所述蜂窝系统还包括至少一个固定核心段和至少一个固定基站。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，在至少可变数目的非固定基站和可变数目的移动台方面支持动态拓扑。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述动态拓扑包括多层分级动态蜂窝网络。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，能够在自适应网络覆盖模式下操作以用于充分支持蜂窝移动台的静态或动态部署。
10.根据权利要求9所 述的系统，其中，所述自适应网络覆盖包括在非固定基站之间的蜂窝移动台的分配的改变。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，所述自适应网络覆盖包括至少一个非固定基站的位置的改变。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中，所述自适应网络覆盖包括所述非固定基站的发送特性或接收特性的改变。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述发送特性或接收特性选自包括天线类型、天线指向、天线波束宽度以及发送功率的组。
14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，能够以3G标准进行操作。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，能够以4G标准进行操作。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，能够以WiMax标准进行操作。
17.根据前述权利要求中任一项所述的系统，能够在存在固定蜂窝基础设施故障的事故区域中进行操作。
18.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述蜂窝通信的特征在于:1)在至少两个移动台之间的通信，所述至少两个移动台处于落入亚米至大于10千米的范围内的可变距离；以及 ii)包括音频、视频、消息以及数据中的至少一个的期望应用的通信。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述蜂窝通信的特征还在于:1)在包括城市、郊区、农村、海洋以及航空中的至少一个的环境中的通信。
20.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述非固定移动型基站由移动型自主平台携载，所述移动型自主平台来自包括地面机器人、无人驾驶飞行器UAV或无人驾驶海运船的组。
21.—种在蜂窝系统中的移动台，所述移动台配备有ICM并且能够由平台携载，所述蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
22.根据权利要求21所述的移动台，其中，所述蜂窝系统还包括至少一个固定基站。
23.—种在蜂窝系统中的移动台，所述移动台配备有SM并且能够由平台携载，所述蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
24.根据权利要求23所述的移动台，其中，所述蜂窝系统还包括至少一个固定基站。
25.—种在蜂窝系统中的配备有ICM的非固定基站，所述蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
26.—种在蜂窝系统中的配备有SM的非固定核心段，所述蜂窝系统包括至少一个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
27.—种蜂窝系统，包括至少两个移动型非固定基站以用于使至少两个移动台之间能够进行蜂窝通信，所述至少两个移动台处于缺少由至少一个固定基站提供充足蜂窝覆盖的地理区域中。
28.根据权利要求1至20中任一项所述的系统，基本上如说明书中所述。
29.根据权利要求1至20中任一项所述的系统，基本上如附图中所述。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的系统，其中，所述蜂窝系统启用自适应网络覆至JHL ο
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述自适应网络覆盖能够为以下类型中的一个或多个:分布式、集中式、部分分布式以及局部集中式。
32.根据权利要求30或31所述的系统，其中，所述网络覆盖的适应由所述移动型非固定基站自主进行。
33.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，能够以WiFi标准进行操作。
【文档编号】H04W84/00GK104041172SQ201280047900
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年8月29日
【发明者】雅各布·绍尚, 雅各布·茨利尔 申请人:埃尔塔系统有限公司