专利名称：通信控制器和在小区重选过程中维持通信连接的方法
技术领域：
本发明通常涉及，在移动站经历同小区重选相符的通信条件时，控制移动用户和一个或多个小区之间的通信连接，并且更具体地，涉及模式之间的转换，有助于在重选过程中维持通信连接的切换。
背景技术：
移动用户使用无线通信设备，通过在无线通信设备和一个或多个基站之间发射和接收无线信号，在蜂窝无线通信网络上通信。一个或多个基站通常伸展到整个覆盖区域，该覆盖区域通常被分为一个或多个较小的区域，其被称为小区。
随着移动用户从一个小区移动到另一小区，常常需要经由不同的基站同网络通信。从一个基站转接到另一个基站的需要常常在这样的时间出现，即移动用户进一步远离和/或离开第一基站的发射范围，并且更接近和/或处于第二基站的发射范围。
如果移动用户正在同网络通信，则在需要从一个基站转换到另一个基站时，不同类型的网络以不同的方式处理转接。有时，处理转接的方式依赖于具体的操作模式和/或所使用的通信协议的类型。在许多情况中，处理转接的方式是原先计划服务的副产品，其由特定的网络、操作模式和/或协议支持。然而，日益期望网络、操作模式和/或协议支持它们原先从未计划支持的通信类型。
一个该示例包括分组网络上的语音通信。分组数据网络在历史上主要用于传输文本或数据文件，其中相比于小的传输延迟，可靠性是更加重要的。可替换地，对于语音通信，相比于小的传输延迟，小的数据丢失通常是更加可容忍的。结果，在发展许多分组数据网络，并且随后部署对应的网络基础设施时，允许在传输中产生延迟的事件出现，而将更多的注意力集中在使数据丢失最小。
在至少某些数据分组网络中导致某些同延迟相关联的传输中断的事件的示例包括，处理从一个基站到另一个基站的转接，用于协助同网络的进一步的通信。在至少一个分组数据网络中，诸如通用分组无线服务(GPRS)，移动用户将仅在丢失同第一基站的通信之后，尝试建立同第二基站的通信。这可能导致连续通信的延迟，其通常大于数秒。在实时语音类型通信的过程中，该延迟量很大程度上被认为是不可忍受的。这为数据服务提出了特别的挑战，其尝试经由分组数据网络进行实时语音数据通信，诸如一键通(push to talk)，其提供了移动对讲(walkie talkie)类型的单工通信，以及IP(因特网协议)语音，其尝试在分组数据网络上提供较传统类型的双工语音通信。
结果，有利的是，发展一种技术，其使传输延迟最小，其包括同第一基站和第二基站之间的转接相关联的任何延迟。而且，有利的是，发展这样的技术，其使传输延迟最小，在其实现的同时对现有基础设施的影响最小。
发明内容
本发明提供了一种用于在小区重选过程中维持通信连接的方法。该方法包括，在第一操作模式下通信，以及，在第一操作模式下操作时，监视通信条件。然后确定通信条件同执行从第一小区到第二小区的重选相符的大致时间。该方法进一步包括，在确定的关于重选的大致时间之前，从第一通信模式转换到第二通信模式，以及，在第二操作模式下，执行从第一小区到第二小区的切换。
在至少一个实施例中，该方法额外包括，在完成切换之后，从第二操作模式转换到第一操作模式。
本发明进一步提供了一种通信控制器。该通信控制器包括多模式控制器、小区重选预测器，其连接到多模式控制器、和切换控制器，其连接到多模式控制器。多模式控制器用于，在预测需要小区重选的时间之前，生成控制信号，用于在第一操作模式和第二操作模式之间转换，其中第一操作模式在小区重选过程中不维持通信连接，而第二操作模式在切换过程中维持通信连接。
本发明进一步提供了一种用于无线通信系统中的基站子系统，其连接到支持第一通信协议的第一网络，和支持第二通信协议的第二网络。该基站子系统进一步包括无线接口，其包括一个或多个无线收发信机，和协议转换器，其用于至少发射或至少接收第一通信协议和第二通信协议中的至少一个通信协议下的信息，其中协议转换器适于选择性地在第一通信协议和第二通信协议之间转换发射和接收的信息的格式。
通过参考附图，由下文对本发明的一个或多个优选实施例的描述，本发明的这些和其他的目的、特征和优点是显而易见的。
图1是表示关于无线通信系统的一部分覆盖区域的地理区域的示例性地形图；图2是根据本发明的至少一个实施例的一对基站子系统的框图，并且每个基站子系统连接到一对示例性网络，即分组数据网络和电路交换网络；图3是根据本发明的至少一个实施例的通信控制器的框图；图4是通信控制器的更加详细的框图；图5是根据本发明的至少一个实施例的状态图，其定义了多个状态和条件，在该状态和条件下，当前状态在多个状态之间变化，其同在小区重选过程中维持通信连接相符；
图6是可用于并入本发明的无线通信设备的至少一个实施例的框图；和图7是根据本发明的至少一个实施例的用于在小区重选过程中维持通信连接的方法的流程图。
具体实施例方式
尽管本发明允许多种形式的实施例，但是在附图中示出并且将在下文中描述的是目前优选的实施例，应当理解，本公开内容应被认为是对本发明的解释，目的并非在于将本发明限制于所说明的具体实施例。
图1说明了一部分无线通信系统的示例性拓扑图。拓扑图100包括多个小区102，其在图上被表示为六边形。该六边形仅是粗略的近似，实际上关于每个小区102的传输区域并非如此均匀定义的。每个小区102典型地由一个或多个基站(BS)服务，其被称为服务站，其同在对应的小区102中行进的移动站(MS)106通信。
通常，移动站106离开服务基站104越远，所获得的信号就越弱。相反地，随着移动站106朝向基站104移动，信号典型地变得更强。随着移动站106继续远离服务基站104，并且朝向相邻小区102的基站104移动，在某个点处，理想的是，将连续通信的控制转移到相邻小区102的基站104。典型地，基于自服务基站和每个附近小区102的基站接收的信号的相对强度，确定转移控制的决定。因此，同数个空中操作标准相关联操作的无线通信设备监视来自服务小区和一个或多个附近的相邻小区的信号的相对强度。
如果使移动站106参与分组数据通信，诸如通用分组无线服务(GPRS)类型的数据连接，则在将控制从服务基站转移到一个相邻小区的基站时，仅在停止和/或终止同先前的服务基站的连接之后，尝试开始连接先前的相邻基站。这通常被称为重选。可替换地，电路交换类型的连接允许同网络的活跃的通信连接的切换。在重新建立协助数据流的通信连接之前，对重选的需要可能导致数秒的延迟。如果分组数据网络被用于传送实时语音类型的通信，则数秒的延迟是不能令人满意的。其中在分组网络上的实时语音类型的通信是有利的示例包括，语音IP和一键通的实现方案。如果能够解决潜在的延迟源，则分组网络上的实时语音类型的通信将是更有利的，并且如果在解决潜在的延迟源的同时，对现有的基础设施的影响最小，则其将是更加有利的。
根据本发明的至少一个方面，小区重选预测器监视通信条件，并且预测何时可能发生小区重选。然后使用小区重选预测触发分组数据模式和电路交换模式之间的模式变化。然后通过现有的切换技术，协助针对新基站的控制转移。在至少某些实施例中，在完成切换之后，执行返回分组数据模式的变换。
图2说明了根据本发明的至少一个实施例的一对示例性的网络，即分组数据网络和电路交换网络，以及至少一对基站子系统的框图110。许多网络元件同全球移动通信(GSM)系统的标准相符，并且协助经由无线通信网络的针对公众交换电话网络112和分组数据网络114(诸如因特网)的数据通信。公众交换电话网络经由一个或多个移动交换中心118连接到一个或多个基站子系统116。分组数据网络经由一个或多个网关GPRS支持节点120以及一个或多个服务GPRS支持节点122连接到基站子系统。在某些情况中，多个基站子系统116将共享相同的移动交换中心118、服务GPRS支持节点122和/或网关GPRS支持节点120。
基站控制器124将一个或多个基站收发信机站126(即基站104)连接到移动交换中心118，其用于协助将电路交换数据转移到公众交换电话网络112，其中基站收发信机站126并入了一个或多个收发信机，作为无线接口的一部分。基站控制器124进一步经由协议控制单元128，其用于协助将接收自移动用户106的分组数据转移到分组数据网络114，将一个或多个对应的基站收发信机站126连接到服务GPRS支持节点122。可替换地，基站控制器124进一步经由对应的虚拟移动交换中心130，将一个或多个对应的基站收发信机站126连接到服务GPRS支持节点122。除了将接收自移动用户106的数据传递到分组数据网络114之外，虚拟移动交换中心130包括协议转换器132，其适于在电路交换数据格式和分组数据格式之间转换数据格式。
由协议转换器132执行的转换，如果有必要，将任何报头数据重新格式化，以对应于适当的目标报头格式。相似地，有效载荷和/或关联数据被重新格式化，以对应于目标协议的大小和信号格式。在调节有效载荷的大小的情况中，适当的是插入额外的数据分组，并且/或者移除过多的数据分组，同时在新的重新格式化的数据分组之间重新分配数据。在至少一个实施例中，同电路交换网络的数据连接由高速电路交换数据(HSCSD)连接支持。
使用虚拟移动交换中心130使得基站子系统116能够这样操作，即如同经由非虚拟移动交换中心118连接到电路交换网络112，同时翻译数据，并且将其传递到分组数据网络114。虚拟移动交换中心130可以是软件应用程序，其由基站控制器124执行。可替换地，可以以硬件、或者硬件和软件的任何对应的组合，实现虚拟移动交换中心130。然而，在很大程度上，软件实现方案的一个特征是，对现有的基础设施的潜在影响最小，其中可以将修改方案引入基站子系统116，作为软件升级的一部分。而且，相似地，对基站子系统124中的现有的软件子程序的影响最小。
基站子系统116用于同进行相似调整的移动用户连接。调整的移动用户包括通信控制器140，其用于在预测需要小区重选之前，生成控制信号，用于在第一操作模式和第二操作模式之间转换，其中第一操作模式在小区重选过程中不维持通信连接，而第二操作模式在切换过程中维持通信连接。通信控制器140包括多模式控制器142、小区重选预测器144和切换控制器146。
在操作于第一分组数据模式时，小区重选预测器144通过接收信号质量测量结果和任何其他的重选标准，监视通信条件。在至少一个实施例中，信号质量测量结果包括信号强度测量结果。可替换地，信号质量测量结果可以包括其他的信号质量测量结果，诸如信噪比、误比特率等。通过监视信号质量随时间的变化并且将对应的变化速率同预定的阈值比较，可以预见和/或预测重选在何时是有必要的。在预见到有必要重选的预测时间点之前，多模式控制器142将在第一操作模式和第二操作模式之间转换。作为第一操作模式和第二操作模式之间的转换的一部分，多模式控制器142在第二操作模式下建立同基站收发信机站126的通信连接和/或链路。此外，所发射的数据的格式可在同每个第一和第二模式兼容的格式之间转换。
一旦移动用户操作于第二操作模式，在适当时可以发生切换。在完成切换时，多模式控制器从第二操作模式转换到同新的基站收发信机站相关的第一操作模式，并且如果适当，可以停止任何协议转换。
在至少一个实施例中，多模式控制器142包括状态控制器148，其监督移动用户的通信控制器的状态变化；和链路管理控制器150，其建立和维持每个第一和第二操作模式下的通信连接。多模式控制器142进一步包括协议转换器152，其同关于虚拟移动交换中心130描述的协议转换器相似，用于在必要时在同每个第一操作模式和第二操作模式相关联的数据格式协议之间转换，或者在至少一个实施例中，用于在同通用分组无线GPRS相符的数据模式和同HSCSD相符的数据模式之间转换。
通过转换到第二模式，其更好地支持针对新的基站的控制转移，同时在转移(即切换)过程中维持通信连接，可以使用先前建立的程序，用于将控制转移到新的基站，同时使与重选相关联的任何通信中断最少，并且/或者将其消除。
在至少一个实施例中，状态控制器148包括状态机160，其具有三个定义的状态，在图6中说明了一个该示例。同图6相关的特定示例说明了同一键通(PTT)呼叫相关的模式转换，然而对于语音IP或者任何其他的任何对延迟不敏感的数据的传输，通过在发生对新的基站的转移时不维持通信连接的操作模式，可以使用相同的或相似的状态图。
在所说明的示例中，状态机160包括空闲状态162、分组模式状态164和电路交换模式状态166。通常，状态机将保持在空闲状态，直至PTT呼叫开始。在开始PTT呼叫时，状态机160将从空闲状态162转接到分组模式状态164。状态机160将保持在分组模式状态164，直至预测到重选或者PTT呼叫结束。如果PTT呼叫结束，则状态机160返回到空闲状态162。然而，如果预测到重选，则状态机160使状态变化为电路交换模式状态166。
在进入电路交换模式状态166时，状态机160将保持在电路交换模式状态166，直至PTT呼叫结束，或者预期的切换发生。如果PTT呼叫结束，则状态机160将从电路交换模式状态166转接到空闲状态162。然而，如果切换完成，则状态机160将转接回到分组模式状态164。
应当注意，状态机可以通过软件或硬件实现。更具体地，可以使用硬件元件形成状态机，诸如逻辑门和/或元件。可替换地，可以使用预先存储的程序指令实现状态机，并且/或者可以使用硬件元件和程序指令的组合实现状态机。
图6说明了关于无线通信设备200的至少一个实施例的示例性框图，其可用于实现本发明。无线通信设备200包括无线接收机201和发射机203。接收机201和发射机203均借助于双工器207连接到无线通信设备的天线205。由微处理器209确定发射机203和接收机201使用的具体的无线频率，并且经由接口电路213将其传送到频率合成器211。由接收机201接收的数据信号被解码，并且通过接口电路213连接到微处理器209，并且由微处理器209生成待由发射机203发射的数据信号，并且在发射机203将其发射之前，由接口电路213对其进行格式化。由接口电路213使发射机203和接收机201的操作状态启用或禁用。
在优选实施例中，微处理器209形成了处理单元的一部分，其结合接口电路213，在存储部分215中存储的程序指令的控制下，执行必要的处理功能。微处理器209同接口电路213一起，可以包括一个或多个微处理器，其中的一个或多个微处理器可以包括数字信号处理器(DSP)。存储部分215包括一种或多种易失和/或非易失存储器，包括传统的ROM 211、EPROM 223、RAM 225、或者EEPROM 227。无线通信设备的识别特征典型地存储在EEPROM 227中(如果可利用，其还可以存储在板上EEPROM中的微处理器中)，并且可以包括所需用于在传统的蜂窝系统中操作的号码分配(NAM)。
对于通过硬件实现包括状态机160的通信控制器的情况，可以将逻辑元件安置在接口213中，或者利用存储部分215中的存储元件。对于使用程序指令实现通信控制器的情况，程序指令可以存储在存储部分215中，用于由包括微处理器209的一个或多个处理器执行。
对于用户音频控制，由音频处理电路219控制麦克风229和扬声器231，其形成了用户接口电路233的一部分。用户接口电路233额外包括用户接口处理电路235，其管理任何键盘237和/或显示器(239)的操作。可以进一步预想，可以包括作为触敏显示器的一部分的任何键盘操作。
图7说明了根据本发明的一个实施例，用于在小区重选过程中维持通信连接的方法的流程图300。该方法包括在第一操作模式下通信302。然后在操作于第一模式时监视通信条件304。然后确定将开始重选的大致时间306。然后，在确定的重选时间之前，该方法提供了从第一通信模式到第二通信模式的转换308。然后执行从第一小区到第二小区的切换310。
在至少一个实施例中，在完成切换时，通信操作模式从第二模式转换回到第一模式312。这样，可以继续在第一模式下通信，直至需要另一重选。
尽管说明和描述了本发明的优选实施例，但是应当理解，本发明不限于此。在不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，对于本领域的技术人员而言，存在多种修改方案、变化方案、变更方案、替换方案和等效方案。
权利要求
1.一种用于在小区重选过程中维持通信连接的方法，该方法包括在第一操作模式下通信；在第一操作模式下操作时，监视通信条件；确定通信条件同执行从第一小区到第二小区的重选相符的大致时间；在确定的关于重选的大致时间之前，从第一通信模式转换到第二通信模式；以及在第二操作模式下，执行从第一小区到第二小区的切换。
2.权利要求1的方法，进一步包括，在完成切换之后，从第二操作模式转换到第一操作模式。
3.权利要求1的方法，其中第一操作模式在小区重选过程中不维持通信连接。
4.权利要求3的方法，其中在停止同第一小区的通信连接之后，第一操作模式尝试建立同第二小区的通信连接。
5.权利要求1的方法，其中第一操作模式包括分组数据通信模式。
6.权利要求5的方法，其中分组通信模式使用同通用分组无线服务(GPRS)标准和增强型数据全球演进(EDGE)标准中的至少一个相符的通信协议。
7.权利要求5的方法，其中至少一些在分组数据通信模式下通信的数据分组包括分组化语音数据。
8.权利要求7的方法，其中语音数据作为一键通(PTT)呼叫会话的一部分进行通信。
9.权利要求7的方法，其中语音数据作为因特网协议语音(VoIP)呼叫会话的一部分进行通信。
10.权利要求1的方法，其中第二操作模式在切换过程中维持通信连接。
11.权利要求10的方法，其中在重选过程中中断同第一小区的通信连接之前，第二模式建立同第二小区的通信连接。
12.权利要求11的方法，其中在重选过程中中断同第一小区的通信连接之前，经由同第二小区的通信连接路由与通信相关联的数据流。
13.权利要求1的方法，其中第二操作模式包括电路交换连接。
14.权利要求13的方法，其中电路交换连接是高速电路交换数据(HSCSD)连接。
15.权利要求1的方法，其中监视通信条件包括，测量接收自包括第一小区的服务小区的信号的质量，以及，测量接收自包括第二小区的一个或多个相邻小区的信号的质量。
16.权利要求15的方法，其中确定条件同执行切换相符的时间包括，将接收自服务小区的信号的至少一些信号质量测量结果同接收自一个或多个相邻小区的信号的一个或多个信号质量测量结果以及预定的阈值的至少一个进行比较。
17.权利要求15的方法，其中至少一些信号质量测量结果包括接收信号强度指示(RSSI)。
18.一种通信控制器，包括多模式控制器；小区重选预测器，其连接到多模式控制器；和切换控制器，其连接到多模式控制器；其中多模式控制器适于，在预测需要小区重选的时间之前，生成控制信号，用于在第一操作模式和第二操作模式之间转换，其中第一操作模式在小区重选过程中不维持通信连接，而第二操作模式在切换过程中维持通信连接。
19.权利要求18的通信控制器，其中多模式控制器进一步适于生成控制信号，用于在完成切换之后，从第二操作模式转换到第一操作模式。
20.权利要求18的通信控制器，其中小区重选预测器具有输入端，用于接收关于一个或多个信号的一个或多个信号质量测量结果和重选标准，该一个或多个信号接收自服务小区和一个或多个相邻小区中的至少一个。
21.权利要求18的通信控制器，其中多模式控制器包括状态控制器，状态控制器包括用于实现状态机的逻辑电路和预先存储的程序指令中的至少一个，多模式控制器还包括链路管理控制器，链路管理控制器适于管理多操作模式中的每一个模式下的通信链路。
22.权利要求21的通信控制器，其中多模式控制器的状态机包括空闲状态，其对应于非活跃通信；分组模式状态，其对应于未发生重选和不存在未决重选中的至少一种情况下的活跃通信状态；和电路交换模式状态，其对应于发生重选或者存在未决重选中的至少一种情况下的活跃通信状态。
23.权利要求22的通信控制器，其中在开始通信连接时，状态机的当前状态适于变化到分组模式状态。
24.权利要求22的通信控制器，其中在终止通信连接时，状态机的当前状态适于变化到空闲状态。
25.权利要求22的通信控制器，其中在开始小区重选之前，状态机的当前状态适于变化到电路交换模式状态。
26.权利要求22的通信控制器，其中在完成切换时，状态机的当前状态适于变化到分组模式状态。
27.权利要求18的通信控制器，其中切换控制器适于在第二操作模式下建立连接之后，产生用于管理切换的控制信号。
28.权利要求18的通信控制器，其中第一操作模式是分组数据通信模式。
29.权利要求18的通信控制器，其中第二操作模式是电路交换通信模式。
30.权利要求18的通信控制器，其中通信连接包括作为一键通(PTT)呼叫会话一部分通信的语音数据。
31.权利要求18的通信控制器，其中通信连接包括作为因特网协议语音(VoIP)呼叫会话一部分通信的语音数据。
32.权利要求18的通信控制器，其中多模式控制器进一步包括协议转换器，其适于使待发射的信息和接收的信息的格式在支持第一操作模式的格式和支持第二操作模式的格式之间选择性地转换。
33.权利要求18的通信控制器，其被并入作为移动通信设备的一部分。
34.权利要求33的通信控制器，其中移动通信设备是蜂窝电话。
35.一种用于无线通信系统中的基站子系统，其连接到支持第一通信协议的第一网络，和支持第二通信协议的第二网络，包括无线接口，其包括一个或多个无线收发信机；协议转换器，其连接到无线接口，用于至少发射或至少接收第一通信协议和第二通信协议中的至少一个通信协议下的信息，其中协议转换器适于选择性地在第一通信协议和第二通信协议之间转换发射和接收的信息的格式。
36.权利要求35的基站控制器，其中第一网络是分组数据网络，而第二网络是电路交换网络。
37.权利要求35的基站控制器，其中协议转换器连接到第一网络。
38.权利要求37的基站控制器，其中经由无线接口在第二通信协议下接收的信息在传送到第一网络之前，被转换为第一通信协议。
39.权利要求37的基站控制器，进一步包括输入端，用于接收多模式控制信号，用于选择性地控制在第一通信协议下接收自第一网络的信息在由无线接口传送到无线设备之前的转换。
40.权利要求39的基站控制器，其中当无线接口使用第一通信协议同操作于第一通信模式的无线设备通信时，多模式控制信号处于第一状态，其使得接收自第一网络的信息转换禁用。
41.权利要求39的基站控制器，其中当无线接口使用第二通信协议同操作于第二通信模式的无线设备通信时，多模式控制信号处于第二状态，其使得接收自第一网络的信息转换启用。
全文摘要
本发明提供了一种通信控制器和一种用于在小区重选过程中维持通信连接的方法。通过在第一操作模式和第二操作模式之间变化，维持通信连接，其中第一操作模式诸如分组数据模式，其在小区重选过程中不支持维持通信连接，第二操作模式诸如电路交换模式，其在切换过程中支持维持通信连接。在基站子系统中使用虚拟移动交换中心，在处于电路交换模式时，有助于电路交换数据的转换，并且有助于将其路由至分组数据网络，其中电路交换数据是在移动用户和基站收发信机站之间传输的。
文档编号H04W88/06GK1998249SQ200480024433
公开日2007年7月11日 申请日期2004年8月11日 优先权日2003年8月25日
发明者阿诺德·希因曼, 格列格·R·布莱克, 马克·E·佩岑 申请人:摩托罗拉公司