移动电话系统的制作方法

专利名称：移动电话系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动电话系统及为移动电话提供通信信道的方法，并具有对数字移动系统的特殊而非排它的应用，例如用于移动通信系统的全球系统(GSM)。
在传统的GSM移动蜂窝式电话系统中，诸如移动电话手机等移动台(MS)通过无线电链路与分布在系统的整个覆盖区的不同地理位置上的若干固定基地收发机台(BTS)之一通信。BTS的群集通过陆线连接在基地台控制器(BSC)上。BTS的子群可通过中枢耦合到BSC上。BSC的群是用各自的陆线耦合到移动交换中心(MSC)上的。MSC除了连接在其它BSC上之外，具有对公共交换电话网(PSTN)的连接。该系统允许在两个MS之间，或在MS与通过PSTN连接在该移动系统或另一网络上的传统电话之间建立通信。
传统上，用来将各个BTS连接到其中枢上或直接到BSC上的陆线是向地上电信系统供应商租用的。租用的线路必须具有足够的带宽用于在网络使用中的出现高峰数据通信量流，产生的后果是在低系统利用时段中并不全部利用线路的带宽。然而，租用的线路是在连续的基础上而不是在其利用程度上被租用的，因此在低利用时段中线路的成本效益下降了。典型的所谓E1(或在美国称作T1)租贷数字线路提供2MB/S的带宽而BTS与其关联的中枢之间的典型数据率为1MB/S或以下的数量级。
地上系统供应商也提供可按N×64kb/s的固定带宽租贷的数字租用线路，其中N为通常从1至30的整数。这些较低带宽的租用线路适用于提供各BTS与BSC之间经由中枢或直接的连接。对BTS的租用线路连接具有下述缺点为了在BTS以接近其最大利用程度上操作时能提供足够的带宽，必须将带宽选择为高于在大多数时间上出现的通信量水平。这增加了租用线路的费用。类似地，能对付中枢与BSC之间的高峰程度的E1/T1租用线路可能为在系统的正常利用程度中出现的平均通信量程度提供过剩的容量。类似地，如果扩充BTS的容量，可能需要附加的带宽，即可能需要对于平均通信量流低效与高成本的另一条租用线路，但为了处理高峰通信量流率是必要的。
本发明提供这一问题的解决方法。按照本发明，提供了一种移动电话系统，包括一个基地收发机台，用于提供与一个或多个移动台的无线电通信；一个控制台，用于提供移动台与其它网络终端之间的呼叫连接；一条通信链路，用于为基地收发机台与控制台之间的通信信号提供第一通信路径；基地收发机台与控制台还具有用于与通信网络通信的连接；以及控制装置，可进行操作有选择地提供通信网络的第二通信路径，用于增大第一通信路径上用于基地收发机台与控制台之间通信信号可利用的带宽。
传统上，通信链路包括一条租用线路，以便提供第一通信路径，而通信网络则为综合业务数字网(ISDN)，从而第二通信路径能通过ISDN被选择地建立以在高系统利用事件中提供用于信号的附加带宽。
ISDN是按照使用时间量向用户收费的，因此可通过提供第二通信路径增大信号可利用的带宽，而只承担用于第二路径的时间的费用。以这一方法，可将租用线路选择为具有在正常操作期间的相对地高的利用率上能使用的带宽，因为在更高的利用率事件中，能有选择地连接第二路径来处理在系统的高使用程度期间出现的附加“高峰”带宽需求。
在较佳的配置中，各呼叫通信量可携带在第一路径或第二路径上，但移动台与网络终端之间的控制信令则永远携带在第一路径上。
本发明还包含提供移动电话的通信信道的方法，其中基地收发机台提供与移动系统的无线电通信及该基地收发机提供与控制台的通信，该方法包括为在基地收发机台与控制台之间通过固定通信链路的通信的信号提供带有预定带宽的第一通信路径，并为基地收发机台与控制台之间通过通信网络的通信信号有选择地提供第二通信路径用于增大信号可利用的带宽。
当通过系统连接呼叫时，通过第一路径建立连接所需的时间通常大于通过第二路径，例如当第一路径包括租用线路而第二路径包括ISDN时。对用户的收费是由“呼叫连接”信号实现的，该信号通常被传输回BTS以为了信令已进行连接及可开始收费。当在租用线路上的呼叫连接信号首先到达时有可能产生差别，在这一情况中将向MS用户收取从呼叫连接信号到达至在ISDN上的实际连接时间之间的时间的费用。反之，如果ISDN路径上的呼叫连接信号首先到达(或者诸如因为没有回答呼叫而在租用线路上的呼叫连接信号根本没有到达)时，将向移动网络经营者收取MS用户被连接以前的ISDN链路费用，从而在移动网络经营者身上加上不必要的成本。注意，ISDN呼叫连接信号只涉及BTS与BSC之间的连接。
为了保证不存在ISDN路径与通过租用线路的路由之间的这种收费差别，本发明很好地包括响应呼叫连接的起动以一预定时间关系起动对第一与第二路径的使用进行收费的装置。
最好，本系统具有响应各路径的建立用于沿第一与第二通信路径传输各自的呼叫连接信号的装置、以及用于在两条路径建立之前防止传输呼叫连接信号的装置及响应呼叫连接信号的接收分别起动对第一与第二路径与时间相关的收费的装置。
最好，这是通过将呼叫连接信号配置成从一端沿第一与第二通信路径传输到另一端而使它们基本上同时到达另一端而实现的。
为了使本发明能更全面地受到理解，现在参照附图用示例方式描述其实施例，其中

图1为按照本发明的移动电话系统的示意性方框图；图2示出BTS直接连接在BSC上不带中枢的替代配置；图3示出呼叫连接协议；图4示出用来在图2中所示的BTS与BSC之问进行通信的更详细的信号配置；以及图5为展示图2中所示的BTS与BSC之间的数据通信的随时间出现的带宽变比的曲线。
参见图1，其中示出了蜂窝式移动GSM数字电话网，该网包括分布在系统所提供的整个覆盖区中各位置上的多个基地收发机台BTS1、BTS2。各BTS1、2能采用数字蜂窝式GSM技术与诸如移动电话手机MS1、2等移动系统通信。如图1中所示，BTS1与BTS2用租用的数字陆线1、2连接在中枢H1上，后者用陆线3连接在BSC及关联的交叉连接CC1上。BSC用另一条陆线4连接在移动交换中心MSC上，后者用线路5、6、7连接在其它网络终端上，这些终端可以是移动(通过未示出的其它MSC)也可以是固定的(通过传统的公共交换电话网PSTN)。传统的电话手机8示出为用线路9连接在构成PSTN的一部分的数字市话交换机DLE上。
图2与4示出用于示例目的的带有单个移动台(MS)与基地收发机台(BTS)的简化的网络，基地收发机台直接连接在基地台控制器(BSC)上(即不通过中枢)。BTS与BSC具有ISDN电话连接。BTS与BSC都在网络管理系统(NM)的控制下，后者监视与控制蜂窝式网的操作。
图3为展示在呼叫建立期间发生的7个步骤S1至S7的流程图。应指出步骤S3与步骤S2与S4并行发生。
图5为作为时间的函数的BTS与BSC之间的信号通信的带宽需求的曲线。用虚线20示出路径P1能处理的最大带宽，而虚线21示出路径P2能提供的附加带宽。从而，当曲线22位于线20以下时，能单独使用路径P1，但对于曲线中的阴影区23则需要路径P2。
现在更详细地参见图1，租用线路1、2、3通常是向地上系统供应商租赁的。传统的整条所谓E1数字租用线路提供2MB/S的带宽。然而，来自典型的BTS的数据带宽具有1MB/S的数量级，因此一条E1租用线路的带宽利用对于各BTS与关联的中枢H1之间的连接是不够的。地上系统供应商提供的代用品为租借在N×64kb/s的基础上的带宽，对于它GSM系统供应商在连续的基础上向地上系统供应商租用N×64kb/s的带宽分配，N为根据BTS的利用率选择的固定整数。从而，如果预期BTS要处理大量的呼叫，N将选择相对地高的值，而如果BTS位于预期较低利用率的位置上，则N选择较低的值。一旦由系统供应商选定，N便不能轻易变动。用这一方式租赁线路比E1租用线路便宜，但N的值必须小心选择。应理解GSM系统的利用率依赖于诸如一天中的时间等若干因素剧烈地变化，但不是所有因素都是可以预测的；例如在一个特定时间上用户可以随机地分布在一个特定BTS的附近，从而提高其利用率。从而线路的N值是作为BTS的全容量所需的最大可能带宽与该BTS通常出现的平均利用率之间的一种折衷选择的。然而，为了应付高峰需求并借此向移动系统用户提供满意的服务，则GSM系统用户必须租赁比正常使用的多的带宽而导致线路1、2、3的带宽使用不足的缺点。
本发明提供了这一问题的解决方法。考虑BTS1，通过综合业务数字网ISDN10(图1中示出在两部分10a、10b)在BTS1与关联的中枢H1之间提供第二信号通信路径。这一第二通信路径包含从中枢H1到网络10a的第一链路11及从网络10a到BTS1的第二链路12。对应的链路提供给连接在中枢上的所有BTS。从而，链路13与链路11一起为BTS2提供了对应的第二通信路径来增大第一路径2。从而，按照本发明，可将由租用线路1提供的第一通信路径P1的带宽选择为具有比迄今为止更低的N值，以便在正常使用期间更有效地使用带宽。在呼叫数目增加从而BTS1与H1之间需要更高的带宽时，系统可进行操作有选择地通过经由链路11、12的ISDN10a建立第二通信路径P2，借此增大可利用的带宽。虽然租用线路是在连续的时间基础上收费的，但ISDN的使用是在连接它的时间上收费的，因此只需要为实际通过链路11与12连接第二通信路径的时段支付ISDN的费用。因此，只在相对于第二通信路径进行连接时才付费，因而只在需要时才支付第二路径的费用。
现在考虑对BSC的连接，中枢H1上接收的各种信号的带宽是在通过租用线路3的第三路径上多路传输及通信到BSC及其关联的交叉连接CC1上的。中枢H1分发的信号的组合带宽多少要比各单个BTS与中枢之间通信的信号的带宽大一些，因此采用E1租用线路作为线路3是合适的。然而，在系统的繁重使用时段中，信号带宽有可能超过线路3的可利用带宽。为了克服这一问题，可以类似于参照BTS描述的方式利用链路14、15通过部分10b建立通过ISDN10的第四通信路径。以这一方式，线路3能达到较高的带宽利用水平，在需要的时段内，通过链路14、15使高峰需求通过ISDN沟通，而不是在连续的基础上。其它体系结构也有可能。例如，可将基地收发机台BTS直接连接在移动交换中心MSC上。ISDN或类似网络可用来增大这些体系结构中任何链路上的带宽。
现在参照图2更详细地描述信号通信协议，该图示出了只带一个直接连接在BSC上的BTS的网络的简化形式，可以理解，实践中的实际网络包含许多链路，如图1中所例示。图2中，BTS用租用的线路P1连接到BSC上并能通过ISDN在路径P2上建立连接。给予BTS其本身的ISDN电话号码，在本例中为01999643997。类似地，给予BSC-ISDN电话号码01111645444。BTS能通过拨适当的电话号码01111645444经由ISDN进行对BSC的连接。BSC能类似地形成到BTS的连接。通过ISDN的通信是按照本质上已知的方式在D信道上的信号格式LAPD的。
现在给出呼叫连接过程的示例，其中手机MS起动对电话8的连接，本例中电话8的电话号码为01112746991。参见图3，在步骤S1，移动手机MS的用户操作其拨号盘来拨电话8(图2)的电话号码，并为了起动呼叫而按“发送”按钮。以GSM格式将信号传输给BTS，并以传统方式在包含连接到BSC上的N×64kb/s租用线路的第一通信链路P1上，然后通过线路4上的MSC，线路7上的PSTN及通过DLE与线路9到达电话8上建立呼叫连接。这示出在步骤S2中。
参见图2，网络管理NM可能确定路径P1的带宽不足以处理所请求的呼叫连接并且通过ISDN打开第二通信路径P2是合适的。如果是这样，BTS通过传输电话号码01111645444的呼叫信号经由ISDN呼叫BSC，如图3中步骤S3所示。
在开通通过ISDN的路径P2所用的时间与通过路径P1及路径4、7与9的呼叫连接之间可能存在时间差。尤其是，如果未回答呼叫或被叫方正进行另一呼叫，通过路径P1的呼叫连接便可能完不成。为了调节这些不同建立时间，BSC等待来自MSC的对已建立了对电话8的呼叫连接的指示，如步骤S4所示，此后在步骤S5，BSC在路径P1与P2上分别将呼叫连接信号C1、C2传输回BTS，选择定时使C1与C2同时到达BTS，如步骤S6所示。从而，ISDN路由P2的呼叫时间收费与传统的陆线路由P1的相同，从而不存在收费差别。
上述系统也允许电话8呼叫移动台MS，在这一情况中路径P2上的连接是由BSC呼叫BTS建立的，即通过拨电话号码01999643997。
类似地，本发明允许为路径P1与P2适当控制呼叫断开信号。
还将呼叫连接方案配置成处理失掉的呼叫(当MS移出无线电覆盖区时)及移交(当移动台从一个BTS移动到另一个时)。
为了安全起见，将BTS与BSC配置成采用呼叫线路标识(CLI)信号来检验通过ISDN的呼叫台的身份。如果呼叫号码并不与已知的BSC或BTS号码对应，系统可记录呼叫号码以便将数据送交网络管理系统NM供检查，并且如果经常出现该号码，必要时可采取进一步的行动。
现在参照图4更详细地描述在MS、BTS与BSC之间传输的信号的配置。移动手机MS在采用GSM技术时，通常在到BTS的无线电链路上以13kb/s的语音编码在数据率22.8kb/s上传输。对于租用的线路P1，可使用4∶1多路复用。线路P1通常具有N×64kb/s的带宽，在该情况中将4×13k多路复用到1×64k时隙中。对于路径P2，所谓的ISDN2信道提供数据收发机可利用的2×64kb/s信道，因此它能处理8个多路复用的呼叫。ISDN10与BSC之间的连接包括30条信道，因此可将各带2×64kb/s信道的多达15个BTS连接到BSC上。
由于路径P2能同时处理一个以上的呼叫，提供了软件来保证在断开路径P2之前不使用信道以防止有害的呼叫断开。而且，在初始建立呼叫时可进行检验，路径P2是否已为另一呼叫开通，以便防止通过该ISDN不必要地建立另一条路径。
在另一种配置中，数据是在MS与BTS之间在半速率上传输的，即语音在7kb/s上，在这一情况中8∶1多路复用可用于路径P1、P2。
在低需求时间上不希望系统取道路径P2选择呼叫路由，因为在路径P1上剩有未用的容量，这是已经作为租用线路支付过的。可以在逐个呼叫的基础上判断带宽需求，在这一情况中局域网管理可指令BTS/BSC是否需要路径P2。然而，如果这样做会剩下极少或没有剩余容量来建立其它呼叫，便不希望系统选择路径P1来携带呼叫。有可能在进行中将呼叫从一条路径转移到另一条，例如如果需要容量以在路径P1为更多呼叫建立信号发送，但是通过将呼叫从路径P1上转移到路径P2上而在路径P1上获得可利用的信令信道所需的额外时间会难于接受地增加呼叫建立时间。因此希望将呼叫分配给路径P2使得路径P1上永远留有足够的容量来处理预期的呼叫通信量水平所需的信号发送。可以采用若干不同方式作出为了增大可利用的带宽而选择路径P2的决定。
首先，可以按照一天中的时间或通过通信流量趋势分析确定的一些其它适当时段作出。如图5中所示，带宽需求通常随时间变化，对于某些地点，可以是可识别的昼夜循环规律或其它模式，在这一情况中，可在BTS/BSC或NM预测的高使用时段接通路径P2。
同时，BTS/BSC级上的局域网管理也能检测到通信量水平向极限20升高，此时便接通第二路径P2来增大可利用的带宽。
虽然已结合GSM网络描述了本发明，其它收发机技术也能使用，例如DSC1800、PCS(DCS1900)、JDC、DAMPS等中。本发明也适用于模拟蜂窝式系统。
权利要求
1.一种移动电话系统，包括基地收发机台(BTS1)，用于提供与一个或多个移动台(MS)的无线电通信；控制台(BSC)，用于提供移动台(MS)与其它网络终端(8)之间的呼叫连接(4、7)；通信链路(1、3)，用于为在基地收发机台(BTS)与控制台(BSC)之间通信的信号提供第一通信路径(P1、P3)；基地收发机台与控制台还具有用于与通信网(10)通信的连接；以及控制装置(NM)，可进行操作来有选择地提供通过通信网的第二通信路径(P2)，用于为在基地收发机台(BTS)与控制台(BSC)之间通信的信号增大在第一通信路径上可获得的带宽。
2.按照权利要求1的系统，包括用于响应移动台MS与网络终端8之间的拨号呼叫连接的起动，以预定的时间关系，启动对第一与对应的第二路径的时间计费的装置。
3.按照权利要求2的系统，包括用于响应各路径的建立，沿第一与第二通信路径(P1、P2)传输各自的呼叫连接信号(C1、C2)的装置；用于在两条路径都建立之前防止传输呼叫连接信号(C1、C2)的装置；以及响应呼叫连接信号的接收，用于分别启动第一与第二路径启动与时间相关的计费的装置。
4.按照权利要求3的系统，包括用于沿第一与第二通信路径(P1、P2)从一端到另一端传输呼叫连接信号(C1、C2)，使得它们基本上同时到达另一端的装置。
5.按照权利要求1、2、3或4的系统，其中该控制装置按照一天中的时间提供第二通信路径。
6.按照任何前面的权利要求的系统，其中该控制装置包括网络管理装置，用于检测第一路径的使用及用于根据这种使用有选择地操作来连接第二路径。
7.按照权利要求6的系统，其中该控制装置配置成在检测到的第一路径的使用超过给定的水平时提供第二路径。
8.按照任何前面的权利要求的系统，其中该控制装置包括响应拨号呼叫尝试，用于确定第一路径是否提供足够带宽用于该呼叫，如果否，便将呼叫的路由选择通过第二路径的装置。
9.按照任何前面的权利要求的系统，其中对于连接的各呼叫，按照控制装置(NM)的操作将通信量携带在第一路径或第二路径之一上，但在任一情况中，移动台(MS)与网络终端(8)之间的控制信令总是携带在第一路径上的。
10.按照任何前面的权利要求的系统，其中该控制台包括一个控制器(BSC)用于控制所述基地收发机台(BTS)，第一与第二通信路径是提供在控制器(BSC)与基地收发机台(BTS)之间的。
11.按照权利要求10的系统，包括一个中枢(H1)用于控制多个基地收发机台(BTS1、2)，第一与第二通信路径(1、2；11、12、13)是提供在中枢与基地收发机台之间的。
12.按照权利要求11的系统，包括连接在该中枢上的多个所述基地收发机台，及各所述第一与第二通信路径是提供在该中枢与各基地收发机台之间的。
13.按照权利要求11或12的系统，包括中枢与控制器(BSC)之间的第三通信路径(3)，以及有选择地在中枢与控制器(BSC)之间提供通过网络的第四通信路径(14、15)的装置。
14.一种为移动电话提供通信信道的方法，其中基地收发机台提供与移动系统的无线电通信，而基地收发机台提供与控制台的通信；该方法包括为在基地收发机台与控制台之间通过固定通信链路通信的信号提供带有预定的带宽的第一通信路径，以及为基地收发机台与控制台之间通过通信网络通信的信号有选择地提供第二通信路径，用于增大信号可利用的带宽。
15.按照权利要求14的方法，包括响应拨号呼叫连接的起动以预定的时间关系起动对第一与第二路径的时间计费。
16.按照权利要求15的方法，其中各呼叫连接信号是响应各自的连接的建立沿第一与第二通信路径传输的，以及其中除非两个连接都已建立，一个或两个呼叫连接信号的传输是被防止的。
17.按照权利要求16的方法，其中呼叫连接信号沿第一与第二通信路径从一端传输另一端，使它们基本上同时到达另一端，以及时间计费是响应呼叫连接信号的接收而分别对第一与第二路径起动的。
18.按照权利要求14、15、16或17的方法，其中该第二通信路径是根据一天中的时间而被提供的。
19.按照权利要求14、15、16、17或18的方法，其中该第二路径是根据第一路径的使用程度而有选择地操作连接的。
20.按照权利要求17的方法，其中如果检测到的第一路径的使用超过给定的水平便提供第二路径。
21.按照权利要求14、15、16、17、18、19或20的方法，其中如果第一路径并不提供足够的呼叫带宽，便响应呼叫尝试，将该呼叫的路由选择为通过第二路径。
22.按照权利要求14至21中任何一项的方法，其中对于各呼叫，在第一或第二路径之一上携带通信量，但在任何一种情况中，移动台(MS)与网络终端(8)之间的控制信令总是在第一路径上携带的。
23.按照权利要求14至22中任何一项的方法，第一与第二通信路径被提供在控制器(BSC)与由所述控制器(BSC)控制的基地收发机台(BTS)之间。
24.按照权利要求23的方法，其中第一与第二通信路径(1、2、11、12、13)被提供在中枢(H1)与由该中枢(H1)控制的一个或多个基地收发机台(BTS1、2)之间。
25.按照权利要求24的方法，其中在中枢与控制器(BSC)之间通过网络有选择地提供第四通信路径(14、15)，来增大存在于中枢与控制器(BSC)之间的第三通信路径(3)。
26.实质上如参照附图所描述的移动电话系统。
27.实质上如参照附图所描述的提供用于移动电话的通信信道的方法。
全文摘要
一种移动电话系统,包括提供与移动手机(MS)的无线电通信并且还通过以租用线路形式的通信链路与控制台(BSC)通信的基地收发机台(BTS),该租用线路提供具有预定带宽的第一通信路径(P1)供在BTS与BSC之间通信的信号使用。利用ISDN形式的通信网络来提供BTS与BSC之间的可以有选择地连接的第二通信路径(P2),以便在高峰需求时段中增大信号可利用的带宽。为了通过租用的线路与ISDN在系统中提供不同的呼叫连接时间,将BSC/BTS配置成生成同时启动计费的呼叫连接信号(CLI1、CLI2),而不管用来进行呼叫连接的路径P1、P2。
文档编号H04M3/22GK1191662SQ96195698
公开日1998年8月26日 申请日期1996年7月17日 优先权日1995年7月21日
发明者伊恩·戈茨, 斯蒂芬·马克·甘农, 彼得·罗伯特·芒迪 申请人:英国电讯有限公司