專利名稱：無線電電話系統(tǒng)和運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電電話系統(tǒng)和這種系統(tǒng)的運行方法。
本發(fā)明的目的是簡化安裝在地鐵系統(tǒng)里的無線電電話系統(tǒng)的呼叫切換。在每一個地鐵站安置一個基站。該基站不僅為地鐵站區(qū)域還為延伸到相鄰地鐵站的一段隧道提供無線電通信覆蓋。當?shù)罔F列車從一個地鐵站開往相鄰地鐵站時，列車上的移動無線電電話從第一個基站的服務(wù)區(qū)進入下一個基站服務(wù)區(qū)。為了在行進中保證呼叫連續(xù)，第一個基站把該呼叫交給下一個基站，這一過程叫做呼叫切換。
在蜂窩系統(tǒng)里一個常用的切換方法是基站投票(base stationvoting)。察覺到需要切換時，相鄰的站點(即相鄰基站)用一個接收機收聽移動電話并測量鏈路質(zhì)量。如果某些相鄰站點鏈路質(zhì)量更好，就預約一個話務(wù)頻道，并通過原基站指令該移動電話切換到這一話務(wù)頻道。
在使用漏饋電纜的地鐵系統(tǒng)中，如果該電纜系統(tǒng)使用的是截斷的分段電纜，就不能使用這一方法。在電纜的端點信號衰減得非?？?，不可能進行投票，也不可能將移動電話切換到一個新的頻道。此外，信令指令和切換到新的頻道都會產(chǎn)生額外的干擾和音頻路徑的中斷。
實現(xiàn)切換的另一條途徑是，讓移動電話測量下行鏈路信號電平和信號質(zhì)量，看起來有必要時就請求切換。這種移動電話輔助的切換可以用上述的基站投票法來完成，它也會產(chǎn)生同樣的問題。
移動電話也可以通過測量相鄰站點控制頻道的信號質(zhì)量來實現(xiàn)實際的投票或選擇新站點。采用這種方法不需要投票接收機，但即使沒有幾個相鄰站點而且精確地知道各個頻道，這一過程進行得仍然非常緩慢。在分段電纜系統(tǒng)里，移動電話在丟失舊站點以前，沒有足夠的時間向目標站點發(fā)出呼叫請求。
移動投票切換可以在呼叫過程中通過讓移動電話在一個特殊的監(jiān)測頻道定期發(fā)射和/或接收信號來改善。如果它在該頻道上收到了另一個站點的信號，它可以立即向該目標站點發(fā)出切換請求。為此目的每個站點都必須有一個單獨的監(jiān)測專用接收機和發(fā)射機。對該監(jiān)測頻道的定期取樣也會在音頻路徑里產(chǎn)生連續(xù)干擾。
本發(fā)明一方面提供了一個無線電電話系統(tǒng)，它包括服務(wù)于相應區(qū)域的兩個基站和相對于這些基站可以移動的一個移動電話，這樣，當該移動無線電電話離開第一個基站的服務(wù)區(qū)進入第二個基站的服務(wù)區(qū)時，就啟動呼叫切換程序。該系統(tǒng)還包括控制呼叫切換程序的控制裝置，這樣，在移動電話和第一基站之間的頻道上建立呼叫時，該控制裝置就在第二基站預約所述頻道，為呼叫切換程序做好準備。
最好，將該系統(tǒng)安裝在地鐵系統(tǒng)里。在這種情況下，基站可以位于相鄰地鐵站里，一條隧道將這些地鐵站連接起來，從相應基站延伸到該隧道的輻射電纜為該隧道提供服務(wù)。
本發(fā)明另一方面提供無線電電話系統(tǒng)里進行呼叫切換的一種方法，它包括在移動電話和第一個基站之間的頻道上建立呼叫，并在第二個目標基站預約好同樣的頻道，當移動電話從第一基站的服務(wù)區(qū)進入第二基站即目標基站的服務(wù)區(qū)時為呼叫切換做好準備。
在切換呼叫時，可以釋放第一基站的頻道，但最好關(guān)閉第一基站的發(fā)射機而讓第一基站的接收機進入等待模式。建立呼叫時最好在每一個可能的目標基站都預約好這樣的頻道，而將呼叫切換到某一個目標基站時就釋放其余目標基站的這些頻道。
在優(yōu)選實施方案里，移動電話監(jiān)測收到的信號強度，如果它下降到一個預定電平以下，就發(fā)射一個切換請求信號，目標基站檢測到切換請求信號并啟動呼叫切換，這包括打開目標基站的發(fā)射機和關(guān)閉第一基站的發(fā)射機。
這一新的切換方法最適用于相鄰基站不會因為電纜末端而相互干擾的地鐵系統(tǒng)。預料到需要切換時，就在相鄰(目標)站點預約同樣的頻道。因為在兩個末端使用同一個頻道時電纜末端區(qū)域的干擾不能完全避免，所以不打開目標站點的發(fā)射機。
在該系統(tǒng)里所有的接收機都工作，所有的音頻信號都疊加起來。當移動電話接近末端區(qū)域時，兩個接收機都可以收到它發(fā)射的信號，但將信號解調(diào)相加后卻沒有任何干擾。在上行鏈路方向這樣的切換確實是無縫的。
在下行鏈路方向上電纜末端的基站信號迅速消失。系統(tǒng)必須能夠在關(guān)閉舊站點發(fā)射機的同時準時打開目標站點的發(fā)射機，以避免下行鏈路音頻路徑的任何中斷。
在半雙工系統(tǒng)里，這一點很容易在移動電話發(fā)射信號時完成。當目標站點收到移動電話發(fā)射的信號時它可以立即打開發(fā)射機。當移動電話停止發(fā)射時，切換已經(jīng)完成。為了避免干擾和噪聲引發(fā)的所有切換錯誤，目標站點必須用一種可靠的方法識別移動電話。
可用的技術(shù)標準要求移動電話在每次發(fā)射的末尾發(fā)射特殊的信令消息。如果打開發(fā)射機的速度足夠快，以至于在移動電話能接收它的信號之前基站就已進入滿功率狀態(tài)，那么該信令消息就可以用于移動電話的識別。呼叫期間里業(yè)務(wù)頻道上還有其它的信令消息可以用于這一目的而沒有上述時間限制。
如果該半雙工移動電話不再發(fā)射，它就必須檢測電纜末端并發(fā)出切換請求。這可以通過測量下行鏈路的信號電平來實現(xiàn)。如果該電平低于某一特定電平，移動電話就發(fā)出切換請求消息，直到電平增大。如果電平維持低值，在幾次重復的嘗試后就釋放呼叫。
系統(tǒng)一發(fā)現(xiàn)目標基站傳來的切換請求消息，就打開目標站點的發(fā)射機并關(guān)閉舊站點的發(fā)射機來完成這一次切換。
在所有的目標站點上預約一個等待頻道和一個硬件頻道單元是另一個問題。即使有足夠的頻道，這種慷慨的預約方法也會限制系統(tǒng)的容量。另一方面使用額外的頻道單元需要更多的硬件和更高的成本。
這一問題可以通過減少目標站點的數(shù)目和縮短待命頻道的預約時間來部分地解決。
系統(tǒng)有一個數(shù)據(jù)庫，保存了每一個用戶的切換特權(quán)，只在允許的目標站點預約等待頻道。如果同一個系統(tǒng)里有多種類型的用戶，那么就可能定義規(guī)定切換能力的幾個用戶文檔。這些特權(quán)可能允許切換到所有相鄰站點，切換到有限數(shù)量的站點或不允許切換到任何站點。
由于地鐵無線電網(wǎng)的主要用戶是列車，因此預測下一次切換的實際目標站點是可能的。因為列車通常不會改變行進方向，前一站點就不可能是目標站點。交叉口的數(shù)量非常有限，因此通常只有一個可能的目標站點。所以只需要在那里切換頻道。
需要向任意方向或任意路徑移動的一些便攜式電話被賦予切換到任意相鄰站點的權(quán)力。這意味著需要在所有這些站點預約切換等待頻道。
另一方面，許多便攜式電話根本不離開站區(qū)。不給它們?nèi)魏吻袚Q權(quán)力，也不預約任何等待頻道。更進一步，這些單元可以共享相鄰站點同樣的頻道，因為不可能有電纜末端干擾。
如果可以預計實際的切換時刻，就可以縮短等候資源的預約時間。于是可以“在最后時刻”預約等待頻道。
列車是按時刻表運行的，這可以用于預測切換時刻。精度取決于列車的準時程度。
更可靠的計時方法涉及到列車花在每一段軌道上的時間。每次從一個站點變換到另一個站點，移動電話都按標準程序注冊。對于每一站點可以從距離、最大速度和最少停車時間計算出列車必須花在那一段軌道上的最少時間。這“最短的站點通過時間”可以用于延遲等待頻道的預約。向某一站點注冊以后，要經(jīng)過這一最短的站點通過時間以后再預約等待單元。
如果該站區(qū)覆蓋有另一漏饋電纜，就有可能使用只跟車站饋線連接的另一個投票單元，檢測出列車是否在該車站。這樣可以更精確地預計列車從該站點到達電纜末端的時刻。
移動電話輔助的切換方法也可以用于預測切換時刻。當移動電話能夠檢測到正在接近的切換點時，它可以用一個特殊消息通知系統(tǒng)。為這一檢測，移動電話可以使用幾種方法-如果收到的信號的平均電平穩(wěn)定地下降，那么列車是在離開該站。
-如果電平下降到低于一個特定電平(例如該移動電話向該站點注冊時測量到的電平)，那么電纜末端就要到了。
-如果電平下降到低于要求的最小電平，那么就已經(jīng)通過了電纜末端。跟舊站點的任何信令嘗試都已太遲，因此延緩向這一點預約等待頻道是非常危險的。
-在隧道里離開電纜末端一段合適的距離處可以安置特殊的信標發(fā)射機。這一信標可以由另一個接收機檢測，從而可以為移動電話給出確切的地點。
預約切換等待對額外頻道單元的需要，可以通過在那一站點只允許這些單元分配給“真實的”呼叫而減少。于是系統(tǒng)的實際呼叫處理容量沒有因為切換預約而減小，而切換失敗的可能性卻增大了。
如果被呼叫釋放后信令單元立即被任何(正在排隊的)切換等待所預約使用，那么該有限的硬件容量就工作在最佳狀態(tài)。
對等待頻道單元的需要可以通過用一種時間共享的方式檢測幾個等待頻道而進一步減少。
本發(fā)明最直接的實現(xiàn)就是將對目標站點的預測和立即預約等待單元跟釋放給其它呼叫的可能性相結(jié)合。
將參考作為實例的以下附圖來說明本發(fā)明的無線電電話系統(tǒng)，其中

圖1是本發(fā)明第一個實施方案的略圖，圖2是本發(fā)明第二個實施方案的略圖。
參考圖1，無線電電話系統(tǒng)包括跟電話交換機7相連并服務(wù)于地鐵系統(tǒng)里兩個相鄰地鐵站3、4的基站1、2。地鐵站3和4之間有隧道5相連，鐵軌6從第一個地鐵站3通過隧道5延伸到相鄰地鐵站4，假定這就是列車8的行進方向。第二個隧道(沒有畫出)將兩個地鐵站相連，用于反向行進即從地鐵站4到地鐵站3的列車。
第一條輻射電纜9從基站1延伸到隨道里，終止于末端10。第二條輻射電纜12從基站2延伸到隧道里，終止于跟末端10相鄰的末端13。隨著列車8沿著隧道行進，列車8上的移動無線電電話14通過跟電纜9進行通信維持跟基站1的一條無線電鏈路，該電纜9是一根天線。隨著列車接近末端10，移動電話14接收到的信號的強度下降，為了繼續(xù)該移動電話和交換機之間的通信，就通過呼叫切換過程將無線電通信轉(zhuǎn)交給電纜12。當列車通過末端區(qū)域10、13時，接收到的信號強度會突然下降，必須迅速切換以避免呼叫中斷。
在跟基站1通信時，無線電電話占用一個特定的頻道。根據(jù)本發(fā)明，當預計到呼叫切換時，就已經(jīng)在下一個基站2(在一個更復雜的地鐵網(wǎng)絡(luò)里還可能在基站，見圖2)預約好同樣的頻道。
當基站1和電話14之間成功地建立起話音呼叫時，無線電系統(tǒng)設(shè)施就立即在目標基站2預約好同樣的頻道作為等待頻道。作為這一提前預約的結(jié)果，基站2的接收機處于等待模式，在預約的頻道收聽信號。當接收機處于等待模式時不打開基站2的發(fā)射機。
當移動電話14在原基站1失去場強時，它就在業(yè)務(wù)頻道上發(fā)送一個切換請求消息。目標基站2在這一頻道上有一個接收機，接收到該消息，打開它的發(fā)射機并通知基礎(chǔ)設(shè)施將基站1的頻道單元轉(zhuǎn)變到切換等待狀態(tài)。該基礎(chǔ)設(shè)施同時釋放所有可能的其它切換等待頻道單元。
當接收到的信號強度低于某一特定電平時，無線電電話14就周期性地發(fā)出切換請求。如果無線電電話14在一個預定的期間里得不到一個更好的場強，移動電話就釋放這一頻道。
如果目標基站2從移動電話14接收到任何其它可以識別的信令消息，系統(tǒng)也實施切換。
基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)以下數(shù)據(jù)來決定在一組基站里分配一個等待信道地鐵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、移動電話特權(quán)等級和此刻正工作的站點以及前一站點。
如果地鐵系統(tǒng)分成單獨的線路，那么就可能在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里將移動電話半永久性地分配給單一一條線路。這樣僅僅需要將該線路上的相鄰站點看成可能的切換目標站點。
便攜式單元那樣的移動電話并不被約束在該路線，它們的切換權(quán)限可以定得更高。可以給一些單元在所有相鄰站點或一有限組站點上預約切換等待頻道。一些單元永遠不會離開它們的站點區(qū)域，因此不需要任何等待信道。
可以通過查表來分配上述等待信道，該表為每一“當前”和“前一”站點對列出了可能的目標站點。每一移動電話都跟一個特定的查閱表連接，需要的“前一”站點信息存儲在系統(tǒng)注冊數(shù)據(jù)庫里。
本發(fā)明的另一個實施方案規(guī)定允許的線路為一系列地鐵站。每一個移動電話都跟這些系列中的一個(或幾個)相連。
如果在“下一個”基站有一個空閑頻道和頻道單元，就分配一個頻道用作等待頻道。如果沒有頻道或頻道單元，基站就進入排隊狀態(tài)。如果基站的一個頻道或頻道單元被釋放，用戶就可以得到處于排隊狀態(tài)的基站的一個等待頻道。基礎(chǔ)設(shè)施檢查是否有用戶需要這一基站的這一頻道。如果一個用戶需要該頻道，就將該頻道設(shè)置為等待頻道。
如果用戶都在進行同樣的半雙工呼叫，而且他們兩個都需要同一個基站的一個等待頻道，那么基礎(chǔ)設(shè)施就可以檢測到這一點，并為兩個用戶預約同樣的頻道。通過這種方式頻道容量獲得了更有效的使用。
如果一個站點沒有任何頻道和頻道單元可以預約成切換等待頻道，那么切換就要失敗。
如果其它一些呼叫需要處于等待模式的這一頻道單元或這一頻道，無線電路徑管理子系統(tǒng)可以釋放該頻道用作普通業(yè)務(wù)頻道。這一頻道不可能被釋放用作等待頻道。
提高切換成功可能性的另一個方法是如果“下一個”基站沒有當前頻道，就在切換前改變使用的頻道。
圖2說明本發(fā)明在地鐵系統(tǒng)里兩條鐵路線15、16的交匯處的應用。線路15上有地鐵站17、18、19，線路16上有地鐵站20、18和22，地鐵站18是兩條線路的交匯點。
象圖1一樣，每一個地鐵站都有一個無線電基站和一根從基站輻射到隧道去的電纜。線路15的列車23上所示位置上的便攜式手機正在跟地鐵站17的基站進行無線電通信。建立這條無線電鏈路時，系統(tǒng)就在每一個可能的目標基站預約同樣的頻道作為等待頻道，在本例中這些目標基站是地鐵站18、19、20和22的基站。因為攜帶便攜式手機的人可能在地鐵站18換乘到線路16，所以有必要將地鐵站20和22的基站也看作可能的目標基站。如果該移動電話安裝在列車上，系統(tǒng)在選擇目標基站時就肯定會做出更進一步的選擇。
再回到列車上的無線電話是一個便攜式手機的實例，當一個基站成方目標基站時，它的接收機就進入等待模式在預約頻道收聽便攜式手機的呼叫。當有關(guān)接收機處于等待模式時每一個目標基站的發(fā)射機保持關(guān)機狀態(tài)。
當一個目標基站的接收機，在這里該基站位于地鐵站18，在預約頻道收到來自便攜式手機，有預定的最小信號強度并包括滿意的識別信號的呼叫時，就實施切換，也就是說打開目標基站的發(fā)射機并且繼續(xù)這一呼叫(現(xiàn)在它建立在便攜式手機和地鐵站18的基站之間)。實施切換后地鐵站17、19、20和22的基站都變成目標基站。在每一個新的目標基站里，接收機都進入等待或收聽模式，它們的發(fā)射機被關(guān)閉或維持關(guān)機狀態(tài)。應當指出地鐵站17的基站成為一個目標站是因為該便攜式手機的攜帶者有可能在地鐵站18換乘列車并朝地鐵站17反向行進。
本發(fā)明的目的是促進安裝在地鐵系統(tǒng)里的無線電電話系統(tǒng)的呼叫切換。這些方法可以被改變成適用于具有某些限制的其它類型的網(wǎng)絡(luò)。如果移動電話主要是作一維移動(列車、公路、河流)，那么本發(fā)明的多數(shù)方法都是可用的。
權(quán)利要求
1.一個無線電電話系統(tǒng)，包括各自都有發(fā)射機和接收機并服務(wù)于相應區(qū)域的兩個基站和一個移動無線電電話，該無線電電話可以相對于這兩個基站移動，這樣，當該移動無線電電話離開第一基站服務(wù)區(qū)進入第二基站服務(wù)區(qū)時，就執(zhí)行呼叫切換程序，該系統(tǒng)還包括一個控制裝置，用于控制呼叫切換程序，使得移動電話和第一基站之間建立呼叫時，第二基站的接收機就進入等待模式在所述頻道收聽移動無線電電話的呼叫，結(jié)果是，在第二基站預約所述頻道，使它為呼叫切換程序做好準備。
2.權(quán)利要求1的無線電電話系統(tǒng)，其中控制裝置能夠使第二基站的發(fā)射機關(guān)機或維持關(guān)機，而同時第二基站的接收機處于等待模式。
3.權(quán)利要求2的無線電電話系統(tǒng)，其中當?shù)诙镜慕邮諜C收到來自移動無線電電話具有最小預定信號強度并包括滿意的識別信號的呼叫時，就打開第二基站的發(fā)射機。
4.權(quán)利要求3的無線電電話系統(tǒng)，其中當移動無線電電話收到的信號的強度下降到一個預定域值以下時，該移動無線電電話就產(chǎn)生一個識別信號。
5.上述權(quán)利要求中任意一個的無線電電話系統(tǒng)，其中的系統(tǒng)安裝在地鐵系統(tǒng)里。
6.權(quán)利要求5的無線電電話系統(tǒng)，其中基站位于地鐵系統(tǒng)里的相鄰地鐵站，一條隧道將地鐵站相連，并由從相應基站延伸到隧道里去的輻射電纜提供服務(wù)。
7.無線電電話系統(tǒng)里實施呼叫切換的方法，包括在移動電話和第一基站之間的頻道上建立呼叫，并在第二目標基站預約同樣的頻道，該基站的接收機處于等待模式并在所述頻道收聽來自移動電話的呼叫，為移動電話從第一基站服務(wù)區(qū)移動到目標基站服務(wù)區(qū)時實施呼叫切換做好準備。
8.權(quán)利要求7的方法，其中實施呼叫切換時，第一基站的發(fā)射機被關(guān)閉，而第一基站的接收機則進入等待模式。
9.權(quán)利要求8的方法，其中建立呼叫時，在多個可能的目標基站中的每一個基站預約頻道，呼叫切換到某一目標基站時，其余目標基站的預約頻道就被釋放。
10.權(quán)利要求8或9的方法，其中移動電話監(jiān)測接收到的信號的強度，當接收到的信號強度下降到低于一個預定電平時發(fā)射一個切換請求信號，目標基站檢測到這一呼叫請求信號，并啟動包括打開目標基站的發(fā)射機和關(guān)閉第一基站的發(fā)射機兩個步驟的呼叫切換。
全文摘要
在地鐵里安裝一個無線電電話系統(tǒng),該地鐵有相鄰的地鐵站(3、4),由同時服務(wù)于相鄰的連接隧道段(5)的相應基站(1、2)提供服務(wù)。當?shù)罔F列車(8)從基站(1)的服務(wù)區(qū)行進到基站(2)的服務(wù)區(qū)時,列車上的移動電話(14)的電話呼叫從基站(1)切換到基站(2)。在移動電話(14)和基站(1)之間的一個頻道上建立呼叫時,該電話系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施同時在下一個基站(2)預約同樣的頻道,使它為呼叫切換程序做好準備。
文檔編號H04W36/08GK1247010SQ9880241
公開日2000年3月8日 申請日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月11日
發(fā)明者A·哈朱拉, M·圖羅斯, C·蓋納, H·雅維南, P·馬蒂凱南, C·洛登, E·奧克薩南, M·馬科南, T·科蒂萊南 申請人:諾基亞電信股份公司