在蜂窝无线电通信系统中的通信信道选择

摘要

一种在蜂窝无线电系统内分配通信信道的系统，其中基于移动台的能力、呼叫属性和用户特征为每个信道占用请求指派一个呼叫类型。用第一算法选择用于该呼叫的通信信道组，用第二算法从已选出的信道组中选择一个可用的通信信道。

说明书

本发明涉及蜂窝无线电通信系统，尤其涉及在这种系统中无线电通信信道的分配。

在最初建立蜂窝无线电系统时，在基本频率范围内的专门频率分配给使用模拟调制技术的固定的无线电基地台和移动用户之间的通信。相应地，那时移动用户可得到的移动无线电收发信机仅能在基本频率范围内分配的无线电频率上发射和接收无线电信号，并且仅能用模拟调制技术进行通信。

随着蜂窝无线电系统使用的逐年增加，供通信管理机构分配的用于蜂窝无线电系统的有限的基本频率量变得日益拥挤，导致因呼叫或被呼叫用户没有通信信道频率可用而更经常地发生呼叫阻塞。为了减轻蜂窝无线电系统的拥挤程度，一个被称为扩展频率的附加频率范围被指定供蜂窝无线电系统使用。该附加频率可以用来增加每个系统中的通信信道量，所有增加的频率信道均在扩展频率带内以容纳更多的业务量和业已增加的用户数量。然而，新的移动收发信机需要被设计和制造成不仅可以在“基本频率”范围内的无线电信道上通信，而且可以在“扩展频率”范围内的无线电信道上进行通信。此时，在两个频率范围内的所有通信均使用模拟调制。然而，因后来出现了能在基本和扩展频率范围的两个范围内工作的移动收发信机以及仅能在基本频率范围内工作的移动收发信机，这就需要使每个移动台在搜索通信信道入口时与系统频率能力一致，以便能按照正在请求的移动发信机的特定频率能力来分配信道。

当数字调制技术使基地台和移动台之间的无线电通信信道的能力增加时，更新的用户单元可装备所谓的“双模”型收发信机。这种移动收发信机能以模拟调制技术以及数字调制技术在基本和扩展频率两个范围内工作。这附加的能力更增加了一个移动台在搜索通信信道入口时必须向系统指示的参数和一个系统在把通信信道分配给移动搜索入口时必须评价的条件。

在传统的蜂窝无线电通信系统中，系统根据移动台的频率/调制能力为它分配可用的通信信道所必须的判定算法被硬性地编码入蜂窝交换台软件中。尽管这些技术通过确保给每个移动台仅分配其特定能力的通信信道而较好地解决了应用问题，但它们不能灵活地分配通信信道，不能在引入系统时除了频率的调制方式外考虑更多的参数。例如，没有办法根据与特定移动用户一致的服务优先功能分配通信信道，或根据在连接期间提供给用户的服务特征分配一个特定的通信信道。

一个具有明显优点的考虑是：使蜂窝无线电系统的操作者能按习惯形成系统在分配通信信道时使用的一些参数，以优化提供给系统内用户的服务。人们还希望能根据赋于个别用户的服务的等级功能在系统内提供唯一的呼叫处理优先。

一方面，本发明包括分配蜂窝无线通信系统中的通信信道，这种分配是通过把一个呼叫类型指派给系统收到的每个通信信道请求来进行的。系统网络内的通信信道均安排在预先选定的若干通信信道组中，每个组关联着一个或多个特定的呼叫类型。每个通信信道请求根据对其判定的呼叫类型被指派到一个通信信道组。然后，从已指派的与该呼叫类型关联的通信信道组中选择一个通信信道，并把与通信信道请求关联的呼叫指派到已选出的通信信道中。

在本发明的另一个方面，是通过把某些预先定义的特征组合作为预定义呼叫类型，以便在蜂窝无线通信系统内选择通信信道。把这些预先定义的特征与通信信道请求特征比较，把与最接近请求特征的预先定义的组合关联的呼叫类型看作通信信道请求的呼叫类型。

在本发明的又一方面，在蜂窝无线通信系统中选择通信信道，在该系统中，用一个或多个值来定义一个或多个特征，并把其中至少一个值选作缺省值。另外，把通信信道请求的特征同与预先定义的每个呼叫类型关联的特征组合比较，如未能获得精确的匹配可以将通信信道请求的特征一个个地连续改变，把其定义值复原至缺省值，用逐个已改变的值把通信信道请求的已改变特征同与每个已定义的呼叫类型关联的特征组合再逐个比较。把与首先同已改变的请求特征一致的预定义组合关联的呼叫类型看作通信信道请求的呼叫类型。

在再一方面，本发明的系统包括确定与进入系统的特定的通信信道占用请求关联的呼叫类型的装置。呼叫类型的确定是根据移动台的能力、呼叫的特征和用户的特征来进行的。装置根据一个一个的网络把一张通信道组的目录表与给定的呼叫类型关联起来。呼叫类型用来确定通信信道组，从这个组中可选出一条通信信道分配给呼叫。

为更详细地理解本发明及其进一步的目的和优点，现在可以参阅下面结合附图的描述，其中：

图1是示出了应用了本发明的蜂窝无线电通信系统的框图;

图2是图示指派通信信道的已有技术的表格;

图3是按照本发明进行通信信道分配的一种情况的框图;

图4是用于本发明的典型的呼叫树形图;

图5是描述包括在本发明中的呼叫类型的确定方法的流程图;

图6是用于本发明的通信信道选择方法的流程图;

图7是按照本发明的通信信道分配的又一种情况的框图;

图8是定义与按照本发明的通信信道分配关联的参数的流程图。

现在参见图1，图1示出了通常适合于本发明的一类传统的蜂窝无线电通信系统。在图1中，任意的地理区域可以被分成多个连续的无线电覆盖区域，或网络C1-C10。虽然，图1中的系统仅仅示意性包括10个网络，但应当清楚地理解，实际上，网络数可以是很大的。

与网络C1-C10关联并位于其内的是每个网络有一个基地台，基地台对应地标记为B1-B10。如该技术领域中所周知的，这些基地台B1-B10中的每一个包括发射机、接收机和基地台控制器。在图1中，基地台B1-B10示意性地分别位于网络C1-C10的每一个的中心，并装备有全向天线。然而，在蜂窝无线电系统的其它结构中，基地台B1-B10可以远离网络C1-C10的中心，位于周边附近，并且可以在网络C1-C10中用全向或定向无线电信号之一照射。因此，图1表示的蜂窝无线电系统仅作说明之用，并不限制本发明在其内实施的蜂窝无线电系统的可能的实现方式。

作为另一要供选择的实施方案，图1的蜂窝无线电系统还可以包括一个支持几个基地台的基地台控制器，例如目前在欧洲国家中按照所谓GSM标准建立的数字无线电系统。在这种蜂窝无线电系统中有一个或者多个移动交换中心（MSC），每一个可以为一组基地台控制器服务。

继续参照图1，在网络C1-C10内可以发现多个移动台M1-M10。再者，图1中仅示出了10个移动台，应当理解，实际上，实际的移动台的数量是非常大的，总是大大地超过基地台的数目。而且，尽管在C1-C10中的某些网络内可能未发现移动台M1-M10中的任一个，但应当理解，实际上移动台M1-M10是否出现在一特定的网络C1-C10中取决于移动台使用者的个人愿望，他可以从网络的一个位置移到另一个位置，或者从一个网络漫游到相邻的或邻近的网络，甚至从一个由MSC服务的蜂窝无线电系统运动到另一个蜂窝无线电系统。

每个移动台M1-M10都能通过一个或多个基地台B1-B10向移动交换中心MS艰出或接收电话呼叫。移动交换中心通过例如电缆等通信线与图示的基地台B1-B10中的每一个相连，也与固定的公共电话交换网PSTN（未示出）或者类似的可能包括综合系统数字网络设备（ISDN）的固定网相连。在图1中没有全部示出移动交换中心MSC和基地台B1-B10之间或者移动交换中心MSC和PSTN或ISDN之间的相关的连接，但这些对于该技术领域的熟练人员来说是众所周知的。同样，在蜂窝无线电系统中还可能包括多于一个的移动交换中心，并且每个增加的移动交换中心通过电缆或无线电与不同组的基地台相连并和其它移动交换中心连接。

在一系统中，每个MSC可以控制基地台B1-B10中的每一个和与其处于通信状态的移动台M1-M10之间的通信管理。例如，MSC将响应接收到的对移动台的呼叫控制，对被认为在基地台B1-B10服务的地理区域内的该移动台进行寻呼。控制基地台在收到移动台的寻呼响应时把无线电信道指派给移动台;并且，当移动台在系统中从一个网络运动到另一个网络时，控制与移动台的道信从一个基地台到另一个基地台进行切换，以保持通信的连续。

每个网络C1-C10被指配有多个通信或语言信道和至少一个处理或控制信道，例如前向控制信道（FOCC）。控制信道用于通过向那些单元传输信息和从那些单元接收信息控制或管理移动台的工作。这些信息可以包括呼入信号、呼出信号、寻呼信号、寻呼响应信号、位置寄存信号、通信信道分配、保行指令和在移动台移出一个网络无线电覆盖区进入另一个网络无线电覆盖区时的“切换”指令。控制和通信信道可以以模拟或数字调制模式之一工作，或者以这两者的结合方式工作，并且工作在基本频率范围内的广播频率上或者在扩展频率范围内的广播频率上，或者工作在这两个频率范围结合的广播频率上。

如上所述，基地台和移动台之间的无线电通信信道可以在多频率范围的一个内。例如基本频带和扩展频带，并且可以使用多种调制技术中的一种，例如模拟或数字中一种。根据收发信机制造时的数据和其它因素，各个移动无线电收发信机可以以一种调制技术仅工作在一个频率带上，或者可以以所有调制技术工作在所有频率带上。由于这个原因，就要求蜂窝系统对请求通信信道分配的移动台的类型进行判别，并按照发出请求的特定的移动台的能力指派信道，确保与移动台的通信能在指派的信道上进行。为完成这个目的，已有技术的系统使用了一种由图2的表格指示的通信信道分配方案。从那里可以看出，在左手列11中，系统必须首先确定与其调制能力相关的移动台特性，模拟还是双模式（模拟和数字两种）以及其是基本还是扩展频率能力（基本频率和附加频率两者）。一旦确定了请求通信信道分配的移动台的特征，则基于图2列12-14表示的可用信道类型优先来进行指派。例如，对仅在基本频率组内模拟调制的移动台的第一次（也是唯一一次）选择是把它指派到具有在基本组频率范围内的频率的模拟通信信道上。对在其请求中有这些特征的移动台没有第二次和第三次选择。然而，在扩展频率范围内模拟调制的移动台基于在扩展范围内的模拟调制的第一次选择和在基本频率范围内的模拟调制的第二次选择来指派通信信道。类似地，双模式移动台基于数字信道的第一次选择、模拟扩展信道的第二次选择和在基本频率范围内的模拟信道的第三次选择来指派通信信道。这种通信信道分配方案一般硬性地编码到控制基地台指派通信信道的MSC的软件中，它在功能上所追求的目标是：确保移动台只被分配到那样的通信信道中，该信道所要求的性能规格是特该特定移动台所具有的。图2所示的这种通信信道分配技术不允许系统操作具备某些灵活性，例如改变通信信道分配算法，或者把额外的特征条件和参数引入通信信道分配的确定过程中。

本发明的系统提高了通信信道分配过程中的灵活程度，使系统操作者能基于多个不同的可选择标准为通信信道的选择指定不同的优先级。例如，本系统提供占用系统内合适的通信信道是基于选择哪些信道的移动台的能力、在其内请求信道的网络本身的特征以及用户的特征，即基于用户设备的特性和用户开户时要求的服务级别这两者。本系统的实现包括把对通信信道的请求与预先定义的呼叫类型匹配的过程，然后，从规定用于该呼叫类型的通信信道组中选择一个通信信道。系统操作者可以依据系统本身的特征灵活地定义呼叫类型和通信信道组。本发明的系统根据一个个的网络提供了通信信道组表对给定呼叫类型的关联。通信信道还可以根据一个个的网络给合到通信信道组中，并且在每个网络中为每个通信信道组保留一个空闲表。

接着参见图3，图3示出了用于按照本发明构成的通信信道分配的系统的框图，其中，系统通过跟踪MSC在处理移动台业务，例如呼叫（call    to）被呼叫（call    from）、切换等时的内部产生来接收能信信道在用请求。在21收到通信信道在用请求之后在22确定呼叫类型，然后，根据确定的结果，在23从可用的通信信道组24中选择通信信道。选出的信道在25进行指派，并建立起通话以进行通信。如果21的通信信道处理过程被请求占用某一给定网络内的通信信道，则开始下面过程，把接收到的请求的特征与预先义的一组呼叫类型的特征相比较。组中的每个呼叫类型是移动台、用户和呼叫特征的唯一组合。例如，移动台特征可以由语言调制能力（即仅为模拟或双模式）、频带能力（即基本频率扩展频率）和工作的功率级（即用1到8标示的例如移动台、可移动台、或便携机等台的类型）组成。所用的用户特征，举例来说，可以是所需要的对通信信道选择移动用户的分类，例如系统内用户的一个或多个服务级别。这种移动用户服务级别可以包括例如优先服务、数据服务、前向呼叫和许多特定系统提供的与服务对象特点的有关的其它服务。而且，移动服务特点可以包括所有C.C.I.T.T、ANSI或其它标准制订机构的标准说明的各种修订本中定义的所有那些内容，包括无应答转换、三方通话、呼叫等待、前向呼入、呼出收费（faring    of    outgoing    calls）立即服务、恶意呼叫追踪、话音保密、信息保密、信息等待、优先处理和信道分配、扩展电话业务、呼叫选择接受和网络录音邮件处理。最后，呼叫特征可以是那些涉及呼叫本身的例如呼叫处理（如发话业务、终接业务、无业务等）和占用事件（如处理、切换、网络内切换等）。根据呼叫与各种预先定义的呼叫类型组比较的结果，最能表达该通信信道占用请求所有特征的呼叫类型由系统在22选出。

在一些蜂窝无线电素统中，如符合GSM数字无线电标准的系统中一样，在不久的将来，将出现具有不同能力的移动台的混合使用，其中一些仅具有全率语言编码器，另一些具有全率语言编码器和半率语言编码器两个。与有全率编码器的移动台相比，支持具有半率编码器的移动台的通信信道的质量要求很可能是不同的。在GSM系统中，使用全率语言编码器的移动台的比特率为13Kbit/s，而使用半率语言编码器的移动台的比特率为6.5Kbit/s。其结果是使用半率语言编码的呼叫仅需要每秒时隙。因此，两个使用半率语言编码的移动台可以使用同一物理信道进行通话，它有效地使每个信道的容量增加了一倍。

在某些蜂窝无线电系统中，还可以混合使用有天线分集和无天线分集的移动台。在这情况下，与无天线分集的移动台相比，为使信道支持有天线分集的移动台，对质量要求可以不同。实现分集的一个方法是使用两个独立地受衰落影响的接收信道。两个信道同时受深度衰落倾角（deep    failing    dip）不利作用的风险是很小的。这种技术使用两个天线，独立地接收相同的信号，因此受到衰减的不同影响。

使用在本发明的上述的移动台特征还可以包括移动比特率能力，即半率和/或全率语言编码器。这种移动台特征还可以由天线能力，例如天线分集能力组成。

参见图4，图中示出了“呼叫类型树”的一个例子，这是根据定义那些特性的参数值来评价某些分离的特征以确定呼叫类型的方法。也就是，对于一个特定的特征A（它可以是移动台、用户或者呼叫特征之一），在图示中，该参数可以包括值a₀（假设为缺省值）或a₁。相似地，特征B可以用具有值b₀（缺省值）或值b₁的参数定义。另外，特征C可以用具有值C₀（缺省值）或值C₁的参数来定义。在图4的右手列，图示了多个预先定义的呼叫类型，系统可以根据与那些特征相关联的参数值来断定具有特定特征的呼叫的存在。参见图4的呼叫类型树，如果下标为零的值为缺省值，并且特征以C-B-A的次序变化，那末：

（a）对于特征值为a₀、b₁、c₁的请求，与之关联的是呼叫类型CT₂;

（b）特征值为a₀、b₁、c₁的请求。将改为a₁、b、c₀，与之关联的将为呼叫类型CT₄，如从列出预先定义呼叫类型的列中可以看出，并不是每个特征和特征的每一种可能的组合都需要一种呼叫类型。如果一种预定的组合没有呼叫类型，则（以选定的次序）连续地把特定的多个值改变成其缺省值，一直到确定了已定义的呼叫类型。再参见图4，在该图示中有5个预先定义的呼叫类型，表示为CT₀-CT₄。在呼叫类型树上仍有三根树叉未被指定，因此，不是每个特征的每个值都需要指定呼叫类型，并且系统能把呼叫类型分配到可以确定的最近的特征值组合中。

现在参见图5的流程图，图5示出了系统将特定的呼叫作为进入呼叫作为随请求特征变化的函数以选择与该呼入关联的呼叫类型的过程。程序在31开始，此处有一个通信信道请求，在32，系统接收与请求关联的特定的特征，查找图4图示的呼叫类型树中对应于请求特征的分支。在33，系统首先确定是否有对应于收到的具体的特征组合所定义的树叉的预定义呼叫类型。如果有，则系统在34把特定的呼叫类型联结到请求上，并在35程序结束。然而，如果在33没有与在请求中定义的具体的特征对应的呼叫类型，则系统移到36，把请求的特征值中的一个设置成其缺省值，然后在37，系统在呼叫类型树上查找对应于已改变的请求特征的分支。然后，系统返回33，确定是否有对应与包含改变的特征的呼叫类型树分支的预定义呼叫类型。程序继续循环通过已选择的特征改变顺序，一直到根据与已改变的请求特征最接近的匹配把每个呼叫与呼叫类型相联。

回过去参见图3，一旦系统确定了呼叫类型，则按照图6的过程选择通信信道。

如图6所示，系统在41开始，在42得到与已确定的选出呼叫类型关联的通信信道组表，以处理通信信道请求。在43，系统查询在那表上是否有通信信道组。如果没有，系统移到44，得出没有通信信道可以选择的结论，并且程序在45结束。然而，如果在43确定在表中有一个或多个通信信道组，则系统移到44，并按照第一种选择算法从表中选择通信信道组。接着，在47，系统询问在已选出的通信信道组中是否有可用的通信信道。如果有，则系统在48根据第二种选择算法选择一个通信信道，并在45结束。如果在47系统确定在已选出组中无可用的通信信道，则系统移到50，询问表中是否有其它的通信信道组。如果没有，则在51选不出通信信道，并在45处过程结束。然而，如果在50在表中有另外的通信信道组，则系统移到53，从表中根据第一种选择算法选择下一个通信信道组，然后返回47，如前面的一样，询问在该组中是否有可用的通信信道。

第一种算法规定了在选择过程中如何使用与呼叫类型关联的通信信道组表。可以根据一个一个的网络为定义在系统内的每个呼叫类型规定不同的算法。第一种算法可能的程序可以规定，例如，为具体的呼叫类型保留某些组中的一些通信信道，定义对这些组进行扫描以查找含可用信道那个组的次序。另外，算法可以规定每次扫描通信信道组表，某些预先标明的为某些呼叫类型保留的通信信道可以用于其它呼叫类型，并且还可以规定在宣布拥塞之前未指派组而扫描通信信道组的次数。第二种选择算法规定了一旦选定了通信信道组，如何从该组中来选择空闲的通信信道。对定义在系统中为每个通信信道组可以根据一个一个的网络规定不同的算法。第二种算法可能的程序可以是，例如，根据通信信道的传输质量的先进行出（FIFO）、后进先出（LIFO）等。

接着参见图7，图7的框图示出按照本发明的技术的与通信信道选择关联的全部过程。如图所示，通信信道请求特征从62与从63来的一组预先定义的特征组合一起输入到判定点61。根据请求特征而指派特定呼叫类型的判定结果在64处输出。然后，系统与从66来的与呼叫类型关联的通信信道集一起进入第二判定点65。与已确定的呼叫类型关联的通信信道组在67处与选择算法69一起输出到信道选择点68，并在71处确定特定的已选出的通信信道。因此，可以看出，在本发明的系统中，在特定情况下供选择通信信道的各种参数的确定是十分灵活的，并且能使操作者按照所希望的习惯构成。例如，可以与规定各个呼叫类型的预先定义的特征组合一起选择系统对之有响应的特定的通信信道请求特征。另外，可以灵活地定义与各呼叫类型关联的通信信道组集。最后，可以根据操作者各自的特征和喜好定义用于选择通信信道组和从组中选择特定信道的选择算法。

每个操作者可以制定合适的选择方法，并提供在本发明的系统实现时使用定义各个特征的适当的说明。图8示出了操作者按照本发明制定合适的选择方案的步骤。步骤在81开始，操作者首先在82定义可被系统承认的新的呼叫类型。在83，系统询问是否需要新的通信信道组，如果是，则系统移到84，在那里，系统定义新的通信信道组。接着，在85，系统指派特定的通信信道到新的通信信道组中。在86，系统把通信信道组与新的呼叫类型相关联。然而，如果在83不需要新的通信信道组，则系统直接移向86，把通信信道组与在82定义的任何新的呼叫类型相关联。在87，系统规定在系统中使用的通信信道和通信信道组的选择算法，并在88为新的呼叫类型保留通信信道。程序在89结束。

可以看出，系统操作者有可能为专门的目的在通信信道组内保留一些通信信道。在给定的通信信道组内的一些剩余的空闲通信信道可以根据一个接一个的为一些呼叫类型保留。当组中的空闲通信信道数等于或少于保留的通信信道数时，仅仅是那些导致专门的呼叫类型组的请求可以接入这些剩余的通信信道。这可以实现包括例如提供在系统内的优先服务和其它区别的服务特征等某些习惯呼叫结构的通信信道请求特征。

从上面的描述中可以看出，本发明能使蜂窝系统以合乎逻辑的有序的方式管理通信信道请求，使提供在系统内的信道利用和用户服务最优。它可以最佳地使用重要的系统资源，例如高质量的通信信道，并且同时使系统能对有处理价值的通信信道请求有很高的敏感性。

相信，从前面的描述中使本发明的操作和结构变得明显。尽管图示和描述的方法和装置作为最佳实施例来说明特征，但可以在不脱离下面权利要求定义的本发明的范围内作出明显的改变和改良。