CN1510962A - 执行系统间软切换的蜂窝状电话系统和方法 - Google Patents

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Abstract

描述一种用于操作支持执行系统间软切换的蜂窝状电话系统的方法和装置。当监测来自基站(22A…22D)的导频信道时，用户单元(20)产生导频强度测量报告。当接收导频强度测量报告的基站控制器(24A，24B)确定基站(24A，24B)是第二蜂窝状系统的一部分时，产生系统间软切换请求。容许控制子系统(44)接收系统间软切换，而且利用第二蜂窝状电话系统，根据话务等级，授予或否定请求，根据由容许控制子系统(44)周期性地接收到的链路负载报文确定话务等级，其中由与在第一蜂窝状电话系统和第二蜂窝状电话系统之间的互连(46)耦合的接口(32f)产生上述链路负载报文。链路负载报文包括峰值队列长度和平均帧速率信息。

Description

执行系统间软切换的蜂窝状电话系统和方法
本申请是申请号为98804510.9、国际申请日为1998年4月29日、发明名称为“执行系统间软切换的蜂窝状电话系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及执行系统间软切换的蜂窝状电话系统和方法。具体地说，本发明涉及执行电话呼叫或在支持系统间软切换的无线电信系统之间的其它通信的新颖和改进的方法和装置。
背景技术
图1是按照IS-95广播接口标准的运用构成的蜂窝状电话系统的示图。由电信工业协会(TIA)分配的IS-95 CDMA广播接口标准(IS-95)定义用于通过码分多址(CDMA)调制RF信号提供无线电话业务的协议。IS-95具有多个派生和相关标准，包括IS-95-A、ANSI J-STD-008、IS-99和IS-657，这里将它们集中称为“IS-95”在美国专利第5,103,459号中(发明名称为“用于在CDMA蜂窝状电话系统中产生信号波形的系统和方法”，转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)描述根据IS-95运用基本构成的蜂窝状电话系统。
在操作期间，通过运用CDMA调制RF信号连接基站12，用户单元10(一般是蜂窝状电话)执行通信。运用基站控制器(BSC’s)14和移动交换中心(MSC’s)16，还执行从基站12与公共电话交换网(PSTN)或其它用户单元10间的通信。BSC’s14提供呼叫移动性功能，如下面详细描述的那样，而且MSC’s16提供呼叫路由选择、计费和交换接口功能。此外，以帧来处理在如图1所述的包括用户单元10和基站12的各种系统之间交换的数据。该数据可以是话务数据，它包括声音信息，或者用于构成和控制所示各种系统的信令。
运用CDMA技术允许在IS-95系统中的邻近基站通过相同的RF带宽执行通信，当与其它类型的蜂窝状电话技术相比较，它增加了蜂窝状电话系统的频率重用因素。当与扩充的发射功率控制结合时，增加频率重用因素增加了蜂窝状电话系统运用可利用的RF带宽的效率，它是IS-95标准的优点。
允许由邻近基站12使用相同的RF带宽的另一个优点在于可用“软切换”来将用户单元10从第一基站12过渡到第二基站12的覆盖区。软切换包括将用户单元10同时与两个或多个基站结合，同时用户单元在两个基站12的相关覆盖区之间过渡。如图1所示的一个用户单元10是处于软切换状态。
可将软切换与硬切换相比较，硬切换在已建立与第二基站的链路之前终止与第一基站12的连接。在所有时候都保证至少一个链路提高了执行的通信的可靠性和质量。在美国专利第5,101,501号(发明名称为“用于在CDMA蜂窝状电话系统中，提供通信的软切换的方法和系统”)和美国专利第5,267,261号(“在CDMA蜂窝状通信系统中的移动站辅助软切换”)中描述了用于执行软切换的系统和方法，其中上述两个专利都转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入。
如上所述，BSC’s14执行允许进行移动通信的各种功能，它包括利用软切换的功能。特别是，BSC’s14对于包括在软切换呼叫中的一组基站12执行“帧选择”和“帧分配”。帧选择是从在软切换期间使用的一组基站接收到的一组帧中选择用于进一步处理的一个帧。帧选择通过选择在所有时候都可供使用的最佳帧，来保持最高质量链路。
帧分配是将指向用户单元10的帧复制和分配到与呼叫有关的一组基站12。帧分布允许每个基站12把帧副本发送到用户单元10，它增加成功接收至少一个帧的概率。
如图1所示，用户单元10A与单个基站12A连接，而且位于靠近第二基站12B的覆盖区。然而，把基站12A和12B耦合到不同的BSC’s14。由于BSC14不访问基站12A和12B，所以它复杂化了软切换的处理过程。将由两个不同BSC’s14控制的在两个基站12之间执行的软切换称为“系统间软切换”。可将系统间软切换与由相同BSC控制的在两个基站12之间执行软切换的“系统内软切换”相比较。
对于系统间软切换，由于BSC14不访问由两个基站12执行的帧组，所以不能容易地执行帧选择。此外，由于BSC不能将产生的帧组发送到基站，所以帧分配更加困难。否则，由于提供足够覆盖所需的基站数超出了运用单个BSC14执行的单个蜂窝状系统的能力，它又反过来需要执行系统间软切换，所以需要在许多大城市地区采用两个或更多的BSC’s14。
在待批的美国专利申请序号08/649,959号(发明名称为“系统间呼叫支持系统间软切换”，转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入)中描述用于执行系统间软切换的系统和方法。在该申请中，通过互连建立在两个BSC’s14之间的信道，从而交换执行软切换所需的数据。此外，需要每个BSC存储或获取一般在MSC中被跟踪的信息，因此必须与MSC交换以执行软切换。较佳的是，互连包括已知并实施相对廉价的标准T-1或E-1链路。为了建立信道，在与呼叫有关的两个BC’s14之间交换信令报文。如上所述，在信令报文中包含的信息需要每个BSC14跟踪包含通过互连执行的多个呼叫的某种信息，或者与跟踪该信息的MSC交换并提供其它BSC14某种预定的信息。跟踪在互连上的呼叫数目来避免过载互连。
要求BSC’s14获得、跟踪或提供某种信息类型很受限制，而且对于BSC’s的一些制造商而言可能很难实行。此外，需要在BSC和MSC制造之间有很大程度的协调与合作，而这往往是不可行的。于是，需要一种执行系统间软切换的在BSC’s14和MSC’s16之间需要较少合作和协调的系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供用于操作支持执行系统间软切换的蜂窝状电话系统的新颖和改进的方法和装置。
在一个方面，本发明提供一种用于在第一蜂窝状系统和第二蜂窝状系统之间，对由用户单元进行的呼叫进行系统间软切换的方法，所述方法包括：a)监测在所述第一蜂窝状系统和所述第二蜂窝状系统之间交换的话务等级(trafficlevel)；和b)根据所述话务等级授予(grant)软切换请求。
在另一个方面，本发明提供一种能够利用第二蜂窝状电话系统进行系统间软切换的蜂窝状电话系统，所述蜂窝状电话系统包括：蜂窝状系统接口端口，用于监测与所述第二蜂窝状电话系统交换的话务等级；选择器，用于启动所述系统间软切换；和容许控制子系统，用于根据所述话务等级，容许所述系统间软切换或拒绝所述系统间软切换。
在又一个方面，本发明提供一种用于控制在两个蜂窝状电话系统之间的切换的控制器，所述控制器包括用于在所述两个系统之间监测数据流和根据它确定是否允许在所述两个系统之间进行切换。
在本发明的实施例中，当检测来自基站的导频信道时，用户单元产生导频强度测量报告。当接收导频强度测量报告的基站控制器确定基站是第二蜂窝状电话系统的一部分时，产生系统间软切换要求。容许控制子系统接收系统间软切换要求，并基于话务等级授予或拒绝与第二蜂窝状电话系统的互联。例如，如果话务等级太高，那么拒绝系统间软切换要求。在本发明的较佳实施例中，根据由容许控制子系统周期性地接收到的链路负载报文确定话务等级，其中由与在第一蜂窝状电话系统和第二蜂窝状电话系统之间的互连耦合的接口产生所述链路负载报文。链路负载报文包括峰值队列长度和平均帧速率信息。
附图说明
结合附图，从下面对本发明的实施例的详细描述，本发明的特性、目的和优点将显而易见，其中在附图中相同标号作相应表示：
图1是根据现有技术构成的一组蜂窝状系统的方框图；
图2是根据本发明的一个实施例构成的一组蜂窝状电话的方框图；
图3是示出当根据本发明的一个实施例执行时授予或拒绝(granting ordeclining)系统间软切换请求的过程中执行的步骤的流程图。
具体实施方式
描述用于操作支持系统间软切换的蜂窝状电话系统的方法和装置。在下面的描述中，关于根据IS-95广播协议的物理信号调制技术操作的射频信号接口描述本发明，其中所述协议包括运用CDMA信号调制。虽然本发明的所述实施例特别适于与这些信号调制技术一起使用，但是其它无线电信协议的使用也与本发明的实践相一致，它包括利用CDMA信号处理技术的协议，或者能够提供软切换功能的协议。此外，应理解，本发明意于与各种通信一起使用，它包括基于声音的通信以及各种其他通信，在这些通信期间发送表示除了声音之外的其它信息的数字数据。
在本说明书中，描述各种信息的运用和发送，包括数据和信令报文。应理解，由该数据和信令报文的电子表示构成该信息，其中通过对电流、电势、电磁能或它们的组合的运用产生上述数据和信令报文的电子表示。此外，下列描述包括对于各种系统的引用，这些系统对这种信息响应，并且也操纵和生成该信息。在本发明的较佳实施例中，通过使用数字和模拟半导体集成电路实施这种系统，其中通过各种导电连接或者通过使用电磁信号或者两者将上述电路相互耦合。此外，还将本发明用于基于卫星的无线电信系统。在应用的其它例子中，以方框图的形式描述各种已知的系统。做到这点以避免使本发明的描述不清楚。
图2是根据本发明的一个实施例构成的一组蜂窝状电话系统的部分的方框图。将基站控制器(BSC’s)24A和24B与基站22耦合和与图1的移动交换中心(MSC)16(图2中没有示出MSC)耦合。用户单元20通过根据IS-95标准并运用CDMA调制技术调制的RF信号与基站22A连接。示出了用户单元20与基站22A和22B有相近的距离，而且进入基站22B的覆盖区。如图1所示，将基站22A与BSC24A耦合并将基站22B与BSC24B耦合。
详细示出BSC24A以示出根据本发明的一个实施例的较佳结构。CDMA互连子系统(CIS)30通过基站通信网络(BCN)端口32a-32f与基站22A和22D、选择器子系统40、呼叫控制处理器(CCP)42、容许控制子系统44和互连46耦合。BCN端口32a通过排队入境和出境(inbound and outbound)帧提供帧缓冲。将选择器40与图1的MSC16耦合，而且将互连46与BSC24B耦合。一般，互连46是T1或E1连接，在现有技术中已知对它们的运用了。
在操作期间，构成BSC24A以及基站22A和22D的各种系统运用由CIS30发送的网络数据分组交换信令和信息。每个网络数据分组包括将它发送到的子系统的地址。选择器子系统40对于如上所述的软切换执行帧选择和选择分配功能。CCP42分配和去分配用于处理呼叫的资源，它包括在基站22内的信号处理资源和在选择器子系统40中的选择器资源。
如在上述5,267,261号专利中所述(发明名称为“在CDMA蜂窝状通信系统中的移动站辅助软切换”)，用户单元20重复搜索由基站22产生的导频信道，而且如果以充分的强度并在充足的持续时间内检测导频信道，那么由用户单元20产生导频强度测量报告(PSMR)并通过基站22A和CIS30发送到选择器子系统40。PSMR表示当前由用户单元20检测的一组导频信道，和相关信号强度和导频相位。
一旦接收到PSMR，选择器就确定由用户单元20检测到来自基站22B的导频信道。运用位于选择器子系统40(未图示)内的导频数据库(PDB)，选择器子系统40确定导频信道是来自与BSC24B耦合的基站，而不是来自与BSC24A耦合的基站，而且不能由选择器子系统40直接访问。响应于这个确定，选择器子系统把系统间软切换请求发送到容许控制子系统44，指定将要与其进行系统间软切换的BSC24。
除了接收系统间软切换请求之外，容许控制子系统44还接收来自BCN端口32f的话务报告报文，以及与其它BSC’s24耦合的任何其它BCN端口32。(一般，将BSC24A与几个其它BSC’s24耦合，虽然在图2中示出只有一个以利于对本发明的理解。)运用话务报告，容许控制子系统44或者接受或者拒绝系统间软切换请求并通过信令报文向选择器子系统40指示该决定。如果拒绝系统间软切换要求，运用通过MSC的硬切换可以执行将用户单元20传递到基站22B的覆盖区。
如果接受系统间软切换要求，选择器子系统40把系统间软切换初始报文发送到BSC24B，而且开始复制被送到用户单元20的前向链路帧并通过连接46将它发送到BSC24B。BSC24B通过指令基站22B分配用于执行呼叫的信号处理资源，并把接收到的前向链路帧发送到基站22B来作出响应，其中基站22B通过CDMA调制RF信号把帧发送到用户单元20。此外，BSC24B把由基站接收到的来自用户单元20的反向链路帧发送到BSC24A，在那里把它们送到选择器子系统40，用于帧选择。此时，通过由BSC24B进行的最小量的信号交换处理，已建立稳定状态系统间软切换。于是，提供由BSC24A用最小量的协调和合作来建立系统间软切换的能力。
为了让容许控制子系统44适当地监测通过BCN端口32f发送的话务，BCN端口32f把链路负载报文发送到容许控制子系统44。在本发明的较佳实施例中，以周期为TsampleLoad周期性地发送链路负载报文，而且在最后周期TsampleLoad内指示出Rave，BCN端口的平均帧接收速率，和Qpeak，以字节为单位的BCN端口32f的峰值发送队列长度。在本发明的较佳实施例中，Rave是由前一个周期TsampleLoad内，由BCN端口32f接收到的来自BSC24B的良好帧的总数除以周期TsampleLoad的持续时间而得。此外，Qpeak是在最后周期TsampleLoad内，以字节为单位的BCN端口32f的峰值队列长度。
在本发明的另一个实施例中，只有当负载条件变化次数多于预定门限值时，而不是在每个周期TsampleLoad内，BCN端口32f把链路负载报文发送到容许控制子系统44。这减小发送的信令报文量，因此增加BSC24A的呼叫处理容量。
图3是示出由容许控制子系统44执行的确定是否容许或拒绝系统间软切换请求的步骤的流程图。处理在步骤50处开始，而且在步骤52处接收到系统间软切换请求。在步骤54处，确定平均帧接收速率Rave是否大于帧接收速率门限RT，而且如果是这样，那么在步骤56中拒绝系统件软切换请求，因而处理在步骤70处终止。
如果确定平均帧接收速率Rave不大于帧接收速率门限RT，那么在步骤60处确定，峰值发送队列长度Qpeak是否大于队列长度预置QT，而且如果这样，那么在步骤56处拒绝系统间软切换请求，而且在步骤70处终止处理过程。
如果确定峰值队列长度Qpeak不大于峰值队列长度门限QT，那么在步骤62中授予系统间软切换，而且处理过程在步骤70中终止。
根据本发明的较佳实施例，根据互连46的数据容量以及采样周期TsampleLoad，设定门限QT和RT，同时较佳采样周期TsampleLoad等于2秒。
在本发明的较佳实施例中，根据构成互连46的T-1或E-1的连接数目设定峰值队列长度门限QT。如果互连46包括一组MT根T-1线路，如下：
QT＝min(3*168*MT *.9，QUEUE_CAPACITY)，            (1)
其中，QUEUE-CAPACITY是在BCN端口32f内的FIFO队列的深度。如果互连46包括一组ME根E-1线路，那么如下设定峰值队列长度门限QT：
QT＝min(3*240*ME *.9，QUEUE_CAPACITY)。            (2)
关于峰值传输队列长度的门限是可排队的字节数，同时还允许以3ms的延迟发送所有排队的数据。保持队列延迟小于3ms保持由通过BCN端口32f发送话务帧引入的延迟，互连46和BSC24B足够低，从而通信质量保持终可被端用户所接受。如在现有技术中已知，对于用户而言，大大多于100ms的延迟是显著的。假设对于必须执行的所有其它处理所需的延迟，最好是用于缓冲的附加延迟不大于3ms。当然，还必须将队列长度保持小于队列，以避免丢失数据。在本发明的较佳实施例中，BCN端口32f的QUEUE_CAPACITY是3千比特(3K)。
将帧接收速率门限RT如下设定：
RT＝(50*N*0.9)/1.05                                      (3)
其中，N是可由互连46在每20毫秒(ms)时间间隔内发送的网络数据分组的最大数量。下面将详细描述N。
减至90％(.9)是允许由于2秒采样周期TsampleLoad引起的帧速率的误差和变化。进一步减至1/105％(1.05)是为了考虑信令报文。通过授予对于如上所述的系统间软切换的请求，本发明允许以BSC’s 24A和24B之间的最小量协调或者通过MSC，可靠地执行系统间软切换。
可由互连46发送的最大数目N的网络数据分组依赖于互连46的容量和发送的数据性质。特别是，IS-95标准提供电话业务的两个质量等级，其中每个等级或每个业务具有相关话务速率组或“速率组”。对速率组的运用促进了响应于作为语音的一个自然部分发生的话音活动的变化，在可变速率下生成话音数据。在表1中提供高质量等级业务的帧尺寸或“速率组2”业务，以及在一般谈话期间发生每种速率的概率。
         表I
帧类型 帧长度 概率
全速率 352 0.291
半速率 208 0.029
第四速率 136 0.072
第八速率 104 0.598
当互连46包括多个T-1和E-1链路时，表II列出N(可由互连46发送的最大数量的网络数据分组)。
                         表II
T-1结构(MT) 每20毫秒帧(N) E-1结构(ME) 每20毫秒帧(N)
单个T-1 84 单个E-1 130
两个T-1 205 两个E-1 315
三个T-1 328 三个E-1 470
四个T-1 450 四个E-1 660
五个T-1 570 五个E-1 820
六个T-1 700
七个T-1 810
再次参照表II，如果用户单元20完全移入基站22B的覆盖区，那么终止RF与基站22A的连接，而且完全通过基站22B继续呼叫。如果用户单元20继续移入基站22C的覆盖区，那么在基站22B和22C之间启动“远程”系统内软切换。如上所述，在与相同BSC24B耦合的两个基站22之间，或者在相同的蜂窝状系统内进行系统内软切换，而且在与不同BSC’s 24和一部分不同蜂窝状系统耦合的两个基站22之间进行系统间软切换。在作为相同蜂窝状电话系统的一部分的两个基站22之间进行远程系统内软切换，但是在远程BSC24A处执行帧选择和帧分配。
在本发明的较佳实施例中，以与启动系统间软切换期间执行的相类似的方法执行远程系统内软切换。特别是，在接收来自用户单元20的导频强度测量报告(PSMR)之后(它表示已检测来自基站22C的导频信道)，选择器子系统40把系统间软切换请求发送到容许电话系统，但是在远程BSC 24A处执行帧选择和帧分配。
在本发明的较佳实施例中，以与在启动系统间软切换期间执行的类似的方法执行远程系统内软切换。特别是，在接收来自用户单元20的导频强度测量报告(PSMR)之后(它表示已检测来自基站22C的导频信道)，选择器子系统40把系统间软切换请求发送到容许控制子系统44。容许控制子系统44通过执行图3的步骤，作出响应，来授予或否定请求。
执行如上所述的远程系统间软切换还增加适当和可靠的呼叫处理的可能性，因为为了执行软切换，选择器子系统40必须通过互连46把帧发送到基站22B和22C。此外，选择器子系统40必须接收来自基站22B和22C的帧以执行帧选择。这些附加帧的发送添加到通过互连46发送的话务，而且如上所述执行远程系统内软切换促进了保证现存足够的容量来携带这样的附加话务。
于是，描述用于操作允许系统间软切换的蜂窝状电话系统的方法和装置。上面提供的示例实施例是能使熟悉该技术领域的任何人都能进行或运用本发明。与本发明的运用一致的各种变更对于熟悉现有技术的人员而言是显而易见的，而且可将这里限定的一般原理用于其它实施例，而无需进行创造性劳动。于是，本发明并不限定于所示的实施例，而是根据与这里所示的原理和新颖性一致的最宽范围。

Claims (8)

1.一种用于在第一蜂窝状系统和第二蜂窝状系统之间，对由用户单元进行的呼叫进行系统间软切换的方法，其特征在于，包括下列步骤：
监测在所述第一蜂窝状系统和所述第二蜂窝状系统之间交换的话务等级，该步骤包括：
监测在所述第一蜂窝状系统和所述第二蜂窝状系统之间的接口处的峰值队列长度；
监测在所述接口上的平均帧速率；和
周期性地发送所述峰值队列长度和所述平均帧速率；以及
根据所述话务等级授予软切换请求。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述峰值队列长度和所述平均帧速率每2秒钟发送一次。
3.一种能够与第二蜂窝状电话系统进行系统间软切换的蜂窝状电话系统，其特征在于，包括：
蜂窝状系统接口端口，用于监测与所述第二蜂窝状电话系统交换的话务等级，其中所述蜂窝状系统接口端口进一步用于监测在所述蜂窝状系统与所述第二蜂窝状系统之间交换的话务的峰值队列长度，以及监测在所述蜂窝状系统接口端口处的平均帧速率；
选择器，用于启动系统间软切换；和
容许控制子系统，用于根据所述话务等级，容许所述系统间软切换或拒绝所述系统间软切换。
4.一种能够与第二蜂窝状电话系统进行系统间软切换的蜂窝状电话系统，其特征在于，包括：
蜂窝状系统接口端口，用于监测与所述第二蜂窝状电话系统交换的话务等级，其中所述蜂窝状系统接口端口进一步用于潜在地发送所述峰值队列长度和所述平均帧速率；
选择器，用于启动系统间软切换；和
容许控制子系统，用于根据所述话务等级，容许所述系统间软切换或拒绝所述系统间软切换。
5.如权利要求4所述的蜂窝状电话系统，其特征在于，所述峰值队列长度和所述平均帧速率每2秒钟发送一次。
6.如权利要求3所述的蜂窝状电话系统，其特征在于，
由具有一互连容量的互连连接所述蜂窝状系统和所述第二蜂窝状系统；并且
当所述互连包括MT个T-1连接时，将所述峰值队列长度门限设为3*168*MT *0.9，而当所述互连包括ME个E-1连接时，将所述峰值队列长度门限设为3*240*ME *0.9。
7.一种用于在第一蜂窝状系统和第二蜂窝状系统之间，对由用户单元进行的呼叫进行系统间软切换的方法，其特征在于，包括下列步骤：
a)监测在所述第一蜂窝状系统和所述第二蜂窝状系统之间交换的话务等级；和
b)根据所述话务等级授予软切换请求，
其中，所述第一蜂窝状系统包括第一基站控制器，它为所述第一蜂窝状系统中由一个或多个基站组成的第一组基站提供服务，所述第二蜂窝状系统包括第二基站控制器，它为所述第二蜂窝状系统中由一个或多个基站组成的第二组基站提供服务，并且步骤a)还包括监测在所述第一基站控制器与所述第二基站控制器之间的链路上交换的所述话务等级。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述链路是在所述第一基站控制器和所述第二基站控制器之间的直接连接。
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