专利名称：基于gsm网络的频谱重用通信系统及方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及基于GSM网络的平铺重用的系统，用于非本 网注册用户接入使用，以提高频谱利用率。
背景技术：
我国无线电技术一直采用的是静态频谱分配方法，通信只能在为其指配的专有频 段上工作，即将整个频谱划分成若干频段分别分配给不同的部门或运营商，而该频段只能 由该团体所属的授权用户使用，其他非授权用户不能接入或使用该频段。事实上，经国内外 各机构监测证明，这些固定分配的频段在相当一段时间内没有或很少有授权用户使用，即 使在无人使用的情况下，非授权用户也不允许接入使用这些空闲频段。这些固定分配的频 段中，仅有部分频段被频繁使用。这种情况在一定程度上构成了频谱资源使用的浪费。目前 我国处于由第二代通信向第三代甚至第四代通信的过渡时期，通信事业的迅速发展，各通 信网重叠覆盖，各类无线电用户急剧增长，使得无线频谱资源十分匮乏。这其中，第二代无 线通信GSM是在我国发展历时较长使用较为成熟的通信网络。但是GSM蜂窝通信网同样面 对着频谱资源紧缺的情况。正如前所述，许多有利用价值的频谱资源在一定时间内没有授 权用户使用而经常空闲，而由于这些频谱已被分配，使得许多非授权用户在急待通信之时 却不能使用这些频谱。这种使用的不合理性，使得原本就稀缺的频谱资源益发紧张。显然， 这种利用方式与当前不可再生的频谱资源紧缺相互矛盾，无线资源紧缺是限制无线通信和 业务持续发展的瓶颈。因此，对不可再生的频谱资源实现再利用的技术受到了人们的广泛 关注。为了提高频谱利用率，解决这种短缺资源没有有效利用的问题，现有的方法主要 有两方面一方面是在现有的通信网的基础上采用更为先进的技术，或做出适当修改；另 一方面是研究新的共享频谱的网络。认知无线电技术则是一种新的职能频谱共享技术，它 于1999年提出，针对无线频段使用不均勻的情况，有效的提高了频谱利用率，它能够依靠 人工智能的支持，感知时域、频域和空间等无线通信环境，根据自身的决策和算法，实时判 断检测并有效的利用空闲频谱，理论上允许在时域、频域以及空间上进行频谱复用。这一技 术被认为是最有前景的无线技术，然而新的频谱共享技术通常受限于发送功率的短距离通 信，限制了通信系统的容量和灵活性。并且，目前认知技术理论着眼于构架全新的认知网 络，此方案虽能在一定程度上解决频谱资源紧张的问题，但实际应用中，此举需要对现有的 通信网络大幅修改，无论从硬件或是软件上，损耗开销巨大，可操作性受一定限制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种基于GSM网络的频谱重用 通信系统及通信方法，以对现有网络改动最小为前提，满足非授权用户对已分配频谱在空 闲情况下的合理使用，减小损耗开销，提高频谱利用率。为实现上述目的，本发明的系统包括移动终端MS、基站子系统BSS以及网络子系统NSS，其特征在于在移动终端MS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括终端测量采集器 TMC、终端重构管理器TRM及终端重构控制器TRC，这些功能实体通过GSM网中的空中接口 Um与基站子系统BSS传输消息；在基站子系统BSS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括无线接入网测 量采集器RMC和无线接入网重构控制器RRC，无线接入网测量采集器RMC在物理实体上与无 线接入网重构控制器RRC —体，该无线接入网重构控制器RRC设置有新的Acon接口，无线 接入网重构控制器RRC通过Acon接口与GSM网络中基站控制器BSC相连；在网络子系统NSS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括运营商频谱管 理器OSM和网络重构管理器NRM，运营商频谱管理器OSM在物理实体上与网络重构管理器 NRM 一体，该网络重构管理器NRM上设置有新的H接口，网络重构管理器NRM通过H接口与 原GSM网中移动交换中心MSC相连。为实现上述目的，本发明的通信方法既保留了 GSM网络中授权用户的通信，又增 添了非授权用户的通信；所述非授权用户通信，包括(1)非授权用户的接入及业务信道TCH分配过程la)在没有通信需求的情况下，由非授权用户在某个指定的广播信道下监听该小 区的频谱使用情况；lb)非授权用户产生频谱需求时，向网络发出信道申请，在为其分配的信道上传输 业务请求，非授权用户在网络中未作注册，之后的鉴权过程失败；Ic)鉴权失败的用户通过认知请求消息向网络重构管理器NRM提出申请，网络重 构管理器NRM依据内部算法判断是否允许该用户接入，如果拒绝，呼叫过程结束；如果允 许，网络重构管理器NRM回送认知确认消息，移动交换中心MSC通过临时身份请求消息命令 拜访位置寄存器VLR给该非授权用户分配一个临时身份，该临时身份由移动交换中心MSC 通过临时号码登记消息在网络重构管理器NRM中作登记注册；Id)非授权用户以临时身份重新进行第二次的信道申请，第二次接入过程与授权 用户的接入及业务信道TCH分配过程相同，业务信道TCH分配完成后系统通知无线接入网 重构控制器RRC对非授权用户使用的信道做标记；Ie)在通话过程中，若有授权用户对非授权用户正在使用的频段申请接入时，非授 权用户将要进行有效的避让，同时网络重构管理器NRM对信道的周期性监测，当发生使用 冲突或者信道占用率高的情况下，对接入的非授权用户进行告警或强制中断通信服务；(2)非授权用户的拆线过程2a)移动台MS将拆线消息发出，拆线消息传至移动交换中心MSC中；2b)移动交换中心MSC收到该消息后，会有两个动作，一是向基站管理器BSC下发 释放命令，二是移动交换中心MSC向被叫所在的移动交换中心MSC发送前向拆线TUP消息 请求；2c)释放命令由移动交换中心MSC下发至移动台MS，移动台MS去活本次呼叫占用 的所有信道，移动交换中心MSC在接到移动台MS的确认消息后，向网络重构管理器NRM发 出清除该认知台登记的请求；
2d)拜访位置寄存器VLR收到网络重构管理器NRM的释放命令后，清除掉为非授权 用户分配的临时号码以及配套的鉴权三参数；2e)清除成功后，网络重构管理器NRM取消该认知用户的登记，基站子系统BSS释 放无线资源，并将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲；2f)取消非授权用户在无线接入网重构控制器RRC中的信道登记，移动交换中心 MSC释放地面资源，拆线过程结束。本发明具有如下优点(1)本发明由于在GSM蜂窝网结构中，新增若干功能实体，管理非授权用户通信及 授权频段的监测和判断，这些功能实体在通信过程中相互协调合作，可以保证非授权用户 在不影响授权用户通信情况下通过新定义的消息进行对GSM网络频谱的接入和使用。(2)本发明由于修改了上层通信协议，且制定了适用于非授权用户接入网络的通 信流程，使得非授权用户可以在本网频段空闲的情况下接入使用，本网频段就能得到更为 充分的利用，有效地提高了频谱利用率。(3)本发明由于是在现有的GSM网络结构上加入新的功能实体，所以涉及的网络 覆盖与原网相同，通信距离灵活不受限制，并且避免了构架全新认知网络的复杂性，在实际 应用中，此方法更易实现，可操作性更强。
图1是现有GSM系统实体结构框图；图2是本发明的GSM系统实体结构框图；图3是本发明制定基于GSM网络的频谱重用通信流程图；图4是本发明中认知请求消息格式图；图5是本发明中认知接收消息格式图；图6是本发明中临时号码登记消息格式图；图7是本发明中临时身份请求消息格式图；图8是本发明仿真所采用的小区覆盖图；图9是本发明在非授权用户及授权用户共同接入网络的情况下总用户对各信道 的使用情况仿真图；图10是本发明在不存在非授权用户情况下授权用户对各信道使用情况的仿真 具体实施例方式参照上述附图，对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。参见图1，为现有GSM系统实体结构框图，现有的GSM网络系统主要由移动台MS、 基站子系统BSS、网络子系统NSS、操作维护子系统OSS组成移动台MS表示移动终端及其 相应的客户识别卡；基站子系统BSS是在一定的无线覆盖区中由网络子系统中的移动交换 中心MSC控制，通过空中接口 ^!与MS进行通信的系统设备，它包含的功能实体可分为基 站控制器BSC和基站收发信台BTS ；网络子系统NSS主要完成交换功能和客户数据与移动 性管理、安全性管理所需的数据库功能，它包含的功能实体有移动交换中心MSC、拜访位置寄存器VLR、归属位置寄存器HLR、鉴权中心AUC以及设备识别寄存器EIR ；操作维护子系统 0MC,主要是对整个GSM网路进行管理和监控，它一侧与网络子系统NSS相连，另一侧是作为 人机接口的计算机工作站。参见图2，本发明是基于GSM网络的频谱重用通信系统，分别在现有的GSM网络中 的网络子系统NSS、基站子系统BSS以及移动台中加入新的功能实体，其中1.在GSM网络子系统NSS中新增的功能实体包括运营商频谱管理器OSM和网络 重构管理器NRM。该网络重构管理器NRM上设置有H接口，该实体通过此接口与原网络中移 动交换中心MSC相连，它用于管理网络和终端的频谱优化分配；该运营商频谱管理器0SM， 它与网络重构管理器NRM相连，用于控制网络重构管理器NRM动态频谱分配政策，因其只 在系统初始化时向网络重构管理器NRM传递一次网络选择策略，因此它与网络重构管理器 NRM在物理实体上可以设计为一体。在网络重构管理器NRM上设置的H接口，其定义为网络子系统中移动交换中心MSC 与网络重构管理器NRM之间的内部接口，用于移动业务交换中心MSC向网络重构管理器NRM 提出认知申请，传输各小区的信道使用状况以及非授权用户的登记。2.在GSM基站子系统BSS中新增的功能实体包括无线接入网重构控制器RRC和 无线接入网测量采集器RMC。该无线接入网重构控制器RRC上设置有Acon接口，该实体通 过此接口与基站子系统中的基站管理器BSC相连，它用于根据网络重构管理器NRM的需求， 对各无线接入网进行重构；该无线接入网测量采集器RMC，它与无线接入网重构控制器RRC 相连，用于采集无线接入网背景信息，并将其传递给网络重构管理器NRM，实际中在物理实 体上可以与RRC设计为一体。在无线接入网重构控制器RRC上设置的Acon接口，其定义在基站子系统内，基站 控制器BSC与无线接入网重构控制器RRC之间的接口，在物理实体上，既可以采用二者通过 接口相连，也可以采取基站控制器BSC与无线接入网重构控制器RRC设计为一体的方案，根 据各基站子系统BSS的具体情况而定。该接口主要用于非授权用户接入网络后，频谱使用 分配的登记管理。为了避免结构复杂化，网络重构管理器NRM与无线接入网重构控制器RRC 之间没有直接接口，它们之间的消息传输要通过H接口、Acon接口以及原GSM网中的A接 口，共同完成。3.在移动终端MS中新增的功能实体包括终端测量采集器TMC、终端重构管理器 TRM和终端重构控制器TRC。该终端测量采集器TMC，用于采集终端的背景信息并将其传 送给终端重构管理器TRM ；该终端重构管理器TRM，用于管理频谱分布式优化使用的终端部 分，它是在网络重构管理器NRM给出的策略框架下进行的管理，并要参考用户给定的参数 以及各级提供给它的背景信息；该终端重构控制器TRC，用于根据终端重构管理器TRM的要 求控制终端的重构。终端重构管理器TRM与网络重构管理器NRM及无线接入网重构控制器 RRC之间消息互通仍然要通过原GSM网中的A接口，Abis接口以及空中^!接口的传输。本发明通过在原有GSM网络中增加IEEE 1900. 4标准定义的功能实体，所形成的 具有频谱重用功能的通信系统，既保留了 GSM网络中授权用户的通信，又增添了非授权用 户的通信；参照图3，利用上述系统，本发明对非授权用户的通信过程如下过程1，当非授权用户发出呼叫后，移动台MS在随机接入信道RACH发送随机脉冲向基站子系统BSS发送专用信道SDCCH请求消息，基站控制器BSC为其成功分配后，在接入 允许信道AGCH中通过立即分配消息通知移动台MS。过程2，移动台MS将在为它分配的专用信道SDCCH上发送一个层三消息一CM业 务请求消息，该消息被基站子系统BSS透明的传送至移动交换中心MSC，而后移动交换中心 MSC通过处理接入请求消息通知VLR处理此次移动台MS的接入业务请求，同时移动交换中 心MSC还将向基站控制器BSC发送连接确认消息，用以建立基站控制器BSC与移动交换中 心MSC之间的SCCP有连接服务。过程3，收到业务接入请求后，拜访位置寄存器VLR进行鉴权首先，查看在数据库中该移动台MS是否有鉴权三参组，如果有，将直接向移动交 换中心MSC下发鉴权命令，否则，向相应的归属位置寄存器和鉴权中心HLR/AUC请求鉴权参 数；然后，向移动交换中心MSC下发鉴权命令，因为非授权用户在GSM网中是没有得到 授权允许的，所以移动台MS在归属位置寄存器HLR中也没有注册，所以鉴权无法通过。过程4，移动交换中心MSC收到鉴权失败的信号后，根据此次发起呼叫的非授权用 户发送的参数来判断该用户是否是认知移动台，若不是，则此次服务至此结束；若是，则将 该用户信息交与网络重构管理器NRM进行下一步的动作。过程5，移动交换中心MSC在判断该用户为认知用户后，便在H接口上向网络重构 管理器NRM发送一个认知请求消息。该认知请求消息，按照图4所示的消息格式发送，该消息格式按照7号信令的消息 格式，主要字段如下F 信号单元的定界标志，8比特，其码型为01111110 ；CK 检错码，16比特，检验传 输过程中可能产生的误码；LI 信号单元长度指示码，6比特，表示LI字段后至CK字段之前 的八位位组数；SIO 业务信息指示八位位组，8比特，用以指示消息的类别；FSN 前向序号， 7个比特，表示本单元的发送序号。BSN:后向顺序号，为7比特，表示收到对方发来的最后 一个信号单元的序号，向对方指示序号直至BSN的所有消息均已正确的收到；FIB:前向指 示位，1比特，标识当前发送信号单元的标识，其值为0或1 ;BIB:后向指示位，1比特，表示 是否正确无误的收到对方发送的信号单元；SIF 信令信息字段，该字段就是用户实际要发 送的消息，字段长度为2-272个八位位组。根据各个消息的不同SIF字段的不同。其中认 知请求消息的SIF字段参数帧主要包括路由选择标记Mbit，由目的信令点编码DPC，信令 链路编码SLS，源信令点编码OPC三个参数组成，它是该消息的必备参数，也是SIF字段的 必备格式；消息类型为0010 0000，8bit，用来标示此条消息的类型，用于哪种操作；用户类 别为0000 0001，8bit，表示未处理的非授权用户；MS随机码8bit，该随机码应该与移动台 一一对应，用于多个用户同时提出认知申请时，区分系统中的移动台，防止功能分配紊乱； 主/被叫地址8n bit，长度可变的参数，长度为8的整数倍比特。过程6，网络重构管理器NRM接到认知请求消息后，开始对现有的信道使用情况进 行分析，网络重构管理器NRM对信道的使用情况应该是实时监听的，周期性和无线接入网 重构控制器RRC交互信道使用信息，若信道使用率超过了系统初始化时运营商频谱管理器 OSM制定的信道使用率门限，则拒绝此次非授权用户的接入申请；否则，接受此次非授权用 户的接入申请。
过程7，若信道使用率没有超过门限值，网络重构管理器NRM向移动交换中心MSC 发送认知确认消息。该认知确认消息，按照图5所示的消息格式发送，该消息格式按照7号信令的消息 格式，主要字段与认知请求消息相同，认知确认消息是网络重构管理器NRM对移动交换中 心MSC的反馈，所以不需要携带复杂的参数，其中SIF字段参数帧主要包括路由选择标记 24bit ；消息类型 0010 OOOljbit ；MS 随机码 8bit。过程8，移动交换中心MSC收到认知确认的消息后，向网络中的拜访位置寄存器 VLR发送临时身份请求的消息，该消息由移动交换中心MSC发往拜访位置寄存器VLR。即给 非授权用户临时分配一个临时身份即鉴权三参数以及需要回送给移动台MS的与鉴权参数 配套的IMSI。该临时身份请求的消息，是移动交换中心MSC端发至拜访位置寄存器VLR的临时 身份请求消息，按照图6所示的消息格式发送，该消息格式按照7号信令的消息格式，主要 字段与认知请求消息相同，该消息的SIF字段参数帧主要包括路由选择标记Mbit ；消息 类型0010 0100，8bit ；用户类别0001 0001，8bit，表示允许接入网络的非授权用户；MS随 机码8bit ；主叫地址8nbit。过程9，拜访位置寄存器VLR将暂时储存分配好的鉴权三参数并将配套的号码传 回移动交换中心MSC，移动交换中心MSC通过临时号码登记消息通知网络重构管理器NRM， 并在其中做登记。该临时号码登记消息，是移动交换中心MSC端发至网络重构管理器NRM的，按照 图7所示的消息格式发送，该消息格式按照7号信令的消息格式，主要字段与认知请求消 息相同，其中SIF字段参数帧主要包括路由选择标记Mbit ；消息类型0010 0010,Sbit ； 用户类别0001 1001，8bit，表示分配过临时身份的非授权用户；MS随机码Sbit ；临时号码 8bit ；主被叫地址8nbit。过程10，将分配好的临时号码通知无线接入网重构控制器RRC做注册，由无线接 入网重构控制器RRC通知给移动台MS，至此，临时注册的过程完毕。过程11，移动台MS在收到临时号码后，根据需要及时调整自身的参数，更改号码 后，继续进行第二次接入网络的CM业务请求消息的发送，此时，该用户已经是临时授权用 户了，所享权限与授权用户等同，即后续的过程12-过程17与授权用户相同。过程12，移动台MS在过程1中为其分配的专用信道SDCCH上以临时号码再次发 送业务请求消息，该消息被基站子系统BSS透明的传送至移动交换中心MSC，移动交换中心 MSC收到CM业务请求消息后，通过处理接入请求消息通知拜访位置寄存器VLR处理此次MS 的接入业务请求。过程13，收到业务接入请求后，拜访位置寄存器VLR将首先查看在数据库中该MS 是否有鉴权三参组，因为之前该移动台MS已经完成了临时注册，因此，拜访位置寄存器VLR 中有该移动台MS的鉴权三参数，然后再向移动交换中心MSC下发鉴权命令。过程14，移动交换中心MSC收到拜访位置寄存器VLR发送的鉴权命令后，通过基站 子系统BSS向移动台MS下发鉴权请求，在该命令中含有鉴权参数，移动台MS收到鉴权请求 后，利用鉴权算法得出结果，通过鉴权响应消息送达移动交换中心MSC，移动交换中心MSC 将鉴权结果回送拜访位置寄存器VLR，由拜访位置寄存器VLR核对移动台MS上报的鉴权结果和拜访位置寄存器VLR鉴权参数中的结果，因为之前拜访位置寄存器VLR中分配的的鉴 权参数与回送给移动台的临时号码是配套的，因此二者一致，则鉴权通过。过程15，鉴权通过后，拜访位置寄存器VLR将首先向移动交换中心MSC下发加密命 令，然后通知移动交换中心MSC移动台MS此次接入请求已获通过，移动交换中心MSC通过 基站子系统BSS通知移动台MS业务请求获得通过，然后移动交换中心MSC向移动台MS下发 加密命令，该命令内含加密模式，移动台MS收到此命令并完成加密后，回送加密完成消息。 至此，非授权用户已经接入网络。过程16，非授权用户的临时合法身份得到确认后接入网络，移动台MS发送一个 set up消息，在此消息中，携带有被叫号码和主叫标识等更为详细的信息。过程17，移动交换中心MSC收到此消息后，首先通过S. I. F. 0消息向拜访位置寄存 器VLR查询此次发起呼叫用户的相关业务信息，拜访位置寄存器VLR根据此次业务类别和 开户时移动台MS已经申请的业务信息，决定此次呼叫是否可以继续，如果可以继续，通过 完成呼叫消息向移动交换中心MSC回送该用户数据，移动交换中心MSC收到该信息后，通过 呼叫继续消息，经基站子系统BSS通知移动台MS呼叫在继续处理之中，然后，根据A接口电 路情况，向基站控制器BSC发送指配请求消息，在该消息中选定某条A接口电路，基站控制 器BSC收到该指令后，向基站收发器BTS、移动台MS指定无线资源，移动台MS收到该指令 后，占用成功回送分配完成消息，到此业务信道TCH指配阶段完成。过程18，分配成功后，基站控制器BSC将该临时授权用户所使用的信道在无线接 入网重构控制器RRC中进行登记，以便无线接入网重构控制器RRC对网络非授权用户使用 频谱情况的随时侦听以及汇报。过程19，频谱的使用情况不断在变化，因此，网络重构管理器NRM实时侦听系统频 谱的使用，当频谱的使用率高于系统初始设置的门限时，网络重构管理器NRM会预警，此时 拒绝一切非授权用户的接入的请求，同时网络重构管理器NRM将通过与业务信道一起分配 的辅助控制信道给该临时注册用户告警，此时该用户应结束通话，如果告警后该用户仍然 坚持通话，则网络重构管理器NRM将通知移动交换中心中断此次连接，即系统强制停止对 非授权用户的通信服务即强行拆线。过程20，非授权用户拆线过程拆线过程分为自行拆线和强制拆线，其中自行拆线消息由移动台MS发出，而系统 强制拆线消息由网络重构管理器NRM通知个小区的无线接入网重构控制器RRC，网络重构 管理器RRC根据其中的临时用户登记信道情况，对临时用户占用的频谱进行强制释放，非 授权用户自行拆线过程如下(20a)手机的挂机动作将被翻译成一条拆线消息发出，拆线消息传至移动交换中 心MSC中；(20b)移动交换中心MSC收到该消息后，会有两个动作，其一是向基站控制器BSC 下发释放命令，其二是主叫移动交换中心MSC需要向被叫所在的移动交换中心MSC发送前 向拆线TUP消息请求，此后，主叫方和被叫方的拆线过程将分别进行；(20c)基站控制器BSC下发释放命令至移动台MS，移动台MS去活本次呼叫占用的 所有信道，并发送释放完成消息以确认，移动交换中心MSC在接到移动台MS释放完成消息 后，向网络重构管理器NRM发出清除此次呼叫的非授权用户登记的请求；
(20d)网络重构管理器NRM收到该请求后，向拜访位置寄存器VLR发出一条释放临 时身份的命令，该命令是通过移动交换中心MSC发送至拜访位置寄存器VLR的，清除掉的临 时身份随后可以赋给其他认知用户，拜访位置寄存器VLR收到命令后清除掉分配的临时号 码以及配套的鉴权三参数；(20e)清除成功后，完成消息经过移动交换中心MSC通知网络重构管理器NRM，取 消该认知用户的登记，之后移动交换中心MSC向基站子系统BSS发送BSSMAP消息清除命令 CLEAR COMMAND，指示应该释放无线资源，基站子系统BSS收到清除命令消息后，开始清除无 线接口，同时将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲；(20f)基站子系统BSS向无线接入网重构控制器RRC下发清除信道命令，取消该非 授权用户在无线接入网重构控制器RRC中的信道登记，然后向移动交换中心MSC发送清除 完成消息CLEAR COMPLETE，移动交换中心MSC收到清除完成消息后，释放地面资源，至此拆 线过程结束。本发明的效果可通过以下仿真进一步说明一仿真条件仿真的传播模型为理想空间传播；4小区为一个区群；1200用户数；语音业务；授 权用户话务量为0. 4Erl ；非授权用户话务量为0. 2Erl ；不考虑实际移动模型。其具体信道 参数设置如下1)频道划分仿真采用业务信道频段为905 915的IOMHz频段，相邻两频道间隔为200kHz，总 共分为50个频道，频道以时分多址TDMA方式接入，每频道分为8个时隙，即8个全速率信 道，每个信道占用带宽25kHz。在仿真中信道模型设置为二维结构体数组，数组成员的结构体的变量参数分别包 括信道传输的功率，信道中的噪声干扰，占用信道的用户类别等，这些参数用来表征当前 信道的特征及使用情况。2)网络模型采用小区覆盖模型为“4X3”复用结构，如图8所示。该“4X3”模型是指一个区 群采用4个基站，即A、B、C、D，每个基站分管3个扇区，即AuyBuyC^3和D1^3,将总的 50个频道分成12组，并轮流分配到12个站点，每个站点可用4个频道，如下表所示
权利要求
1.一种基于GSM网络的频谱重用通信系统，包括移动终端MS、基站子系统BSS以及网 络子系统NSS，其特征在于在移动终端MS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括终端测量采集器TMC、 终端重构管理器TRM及终端重构控制器TRC，这些功能实体通过GSM网中的空中接口 与 基站子系统BSS传输消息；在基站子系统BSS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括无线接入网测量采 集器RMC和无线接入网重构控制器RRC，无线接入网测量采集器RMC在物理实体上与无线接 入网重构控制器RRC —体，该无线接入网重构控制器RRC设置有新的Acon接口，无线接入 网重构控制器RRC通过Acon接口与GSM网络中基站控制器BSC相连；在网络子系统NSS中增加IEEE1900. 4标准定义的功能实体，它包括运营商频谱管理器 OSM和网络重构管理器NRM，运营商频谱管理器OSM在物理实体上与网络重构管理器NRM — 体，该网络重构管理器NRM上设置有新的H接口，网络重构管理器NRM通过H接口与原GSM 网中移动交换中心MSC相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于GSM网络的频谱重用通信系统，其在新加实体上设 置的两个接口 H接口和Acon接口，其具体定义如下H接口 定义为网络子系统中移动交换中心MSC与网络重构管理器NRM之间的内部接 口，用于移动业务交换中心MSC向网络重构管理器NRM提出认知申请，传输各小区的信道使 用状况以及非授权用户的登记；Acon接口 定义为基站子系统内，基站控制器BSC与无线接入网重构控制器RRC之间 的接口，该接口主要用于非授权用户接入网络后，频谱使用分配的登记管理。
3.一种基于GSM网络的频谱重用通信方法，其特征在于既保留了 GSM网络中授权用 户的通信，又增添了非授权用户的通信；所述非授权用户通信，包括(1)非授权用户的接入及业务信道TCH分配过程la)在没有通信需求的情况下，由非授权用户在某个指定的广播信道下监听该小区的 频谱使用情况；lb)非授权用户产生频谱需求时，向网络发出信道申请，在为其分配的信道上传输业务 请求，非授权用户在网络中未作注册，之后的鉴权过程失败；Ic)鉴权失败的用户通过认知请求消息向网络重构管理器NRM提出申请，网络重构管 理器NRM依据内部算法判断是否允许该用户接入，如果拒绝，呼叫过程结束；如果允许，网 络重构管理器NRM回送认知确认消息，移动交换中心MSC通过临时身份请求消息命令拜访 位置寄存器VLR给该非授权用户分配一个临时身份，该临时身份由移动交换中心MSC通过 临时号码登记消息在网络重构管理器NRM中作登记注册；Id)非授权用户以临时身份重新进行第二次的信道申请，第二次接入过程与授权用户 的接入及业务信道TCH分配过程相同，业务信道TCH分配完成后系统通知无线接入网重构 控制器RRC对非授权用户使用的信道做标记；Ie)在通话过程中，若有授权用户对非授权用户正在使用的频段申请接入时，非授权用 户将要进行有效的避让，同时网络重构管理器NRM对信道的周期性监测，当发生使用冲突 或者信道占用率高的情况下，对接入的非授权用户进行告警或强制中断通信服务；(2)非授权用户的拆线过程2a)移动台MS将拆线消息发出，拆线消息传至移动交换中心MSC中； 2b)移动交换中心MSC收到该消息后，会有两个动作，一是向基站管理器BSC下发释放 命令，二是移动交换中心MSC向被叫所在的移动交换中心MSC发送前向拆线TUP消息请求； 2c)释放命令由移动交换中心MSC下发至移动台MS，移动台MS去活本次呼叫占用的所 有信道，移动交换中心MSC在接到移动台MS的确认消息后，向网络重构管理器NRM发出清 除该认知台登记的请求；2d)拜访位置寄存器VLR收到网络重构管理器NRM的释放命令后，清除掉为非授权用户 分配的临时号码以及配套的鉴权三参数；2e)清除成功后，网络重构管理器NRM取消该认知用户的登记，基站子系统BSS释放无 线资源，并将分配给此次呼叫的地面资源均标示为空闲；2f)取消非授权用户在无线接入网重构控制器RRC中的信道登记，移动交换中心MSC释 放地面资源，拆线过程结束。
4.根据权利要求3所述的频谱重用通信方法，其中步骤Ic)所述的认知请求消息的格 式，根据7号信令消息的结构，包括如下F:信号单元的定界标志，8比特； CK 检错码，16比特； LI 信号单元长度指示码，6比特； SIO 业务信息指示八位位组，8比特； FSN:前向序号，7个比特; BSN:后向顺序号，为7比特; FIB:前向重发指示位，1比特； BIB 后向重发指示位，1比特；SIF 信令信息字段，2-272个八位位组，该字段的参数帧包括路由选择标记Mbit ；消 息类型8bit ；用户类别8bit ；MS随机码8bit ；主/被叫地址8n bit。
5.根据权利要求3所述频谱重用通信方法，其中步骤lc)所述的认知确认消息的格式， 根据7号信令消息的结构，包括如下F:信号单元的定界标志，8比特； CK:检错码，16比特； LI 信号单元长度指示码，6比特； SIO 业务信息指示八位位组，8比特； FSN:前向序号，7个比特; BSN:后向顺序号，为7比特; FIB:前向重发指示位，1比特； BIB 后向重发指示位，1比特；SIF 信令信息字段，2-272个八位位组，该字段的参数帧包括路由选择标记Mbit ；消 息类型8bit ；MS随机码8bit。
6.根据权利要求3所述频谱重用通信方法，其中步骤lc)所述的临时身份请求消息的 格式，根据7号信令消息的结构，包括如下F:信号单元的定界标志，8比特； CK 检错码，16比特； LI 信号单元长度指示码，6比特； SIO 业务信息指示八位位组，8比特； FSN:前向序号，7个比特; BSN:后向顺序号，为7比特; FIB:前向重发指示位，1比特； BIB 后向重发指示位，1比特；SIF 信令信息字段2-272个八位位组，该字段的参数帧包括路由选择标记Mbit ；消 息类型8bit ；用户类别8bit ；MS随机码8bit ；主叫地址8nbit。
7.根据权利要求3所述频谱重用通信方法，其中步骤lc)所述的临时号码登记消息的 格式，按照7号信令消息的结构，包括如下F:信号单元的定界标志，8比特； CK 检错码，16比特； LI 信号单元长度指示码，6比特； SIO 业务信息指示八位位组，8比特； FSN:前向序号，7个比特; BSN:后向顺序号，为7比特; FIB:前向重发指示位，1比特； BIB 后向重发指示位，1比特；SIF 信令信息字段，2-272个八位位组，该字段的参数帧包括路由选择标记Mbit ；消 息类型8bit ；用户类别8bit ；MS随机码8bit ；临时号码8bit ；主被叫地址8nbit。
8.根据权利要求3所述的频谱重用通信方法，其中步骤Id)所述的授权用户的接入及 业务信道TCH分配过程，包括如下Idl)当授权用户产生频谱需求时，授权用户向网络发出专用信道申请，在为其分配的 专用信道上发送业务请求信息；ld2)网络接受该授权用户的业务请求后，进行鉴权过程，授权用户在本网中有注册，鉴 权过程顺利通过，系统对此次通信进行加密，授权用户此时接入网络；ld3)系统根据授权用户在网络中注册的开通业务信息，判定此次业务是否受理，如果 系统受理，则为该授权用户分配A接口电路，指定无线资源，业务信道分配完成； ld4)系统根据被叫号码，寻址到被叫所处位置，授权用户与被叫建立通信连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于GSM网络的频谱重用通信系统，该系统主要解决目前GSM网络对频谱使用不合理性。其实施方式为(1)在现有的GSM网络中，加入标准IEEE1900.4定义的功能实体，包括在网络子系统NSS中增加运营商频谱管理器OSM和网络重构管理器NRM、在基站子系统BSS中增加无线接入网重构控制器RRC和无线接入网测量采集器RMC以及在移动终端MS中增加端重构管理器TRM、终端重构控制器TRC和终端测量收集器TMC；(2)在所加实体上设置了与原网相连的新接口，以及在此接口上传输的消息结构。(3)以此系统为基础，制定了非授权用户具体的通信过程，使非授权用户通过各接口进行消息传递，协同完成非授权用户对GSM网络中空闲频段的使用，利用本发明可提高网络频谱的利用率。本发明还公开了一种基于GSM网络的频谱重用通信方法。
文档编号H04W16/14GK102098685SQ201110074218
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者刘勤, 张惠娟, 张文柱, 曾环宇, 李建东, 李钊, 杨家玮, 田琳, 赵林靖, 马瑞 申请人:西安电子科技大学