CN100338960C - 用于有效地使用小区中广播容量的方法 - Google Patents

Abstract

在蜂窝无线系统的小区中通过使用第一信道和第二信道来把控制信息从基站发送到至少一个移动台。在第一时刻，在第一信道上有一个关于在第二信道上的控制信息片的位置的指示。在晚于所述第一时刻的第二时刻，在第二信道上发送该控制信息片。

Description

用于有效地使用小区中广播容量的方法

本发明涉及以一种有效地利用可供使用的无线资源的方式来广播适量的通用信息给多个无线接收机的技术。具体地，本发明涉及这种技术在蜂窝无线网络中的应用。

在蜂窝网中，小区广播的概念是公知的。这意味着，小区的基站发送要被基站涉及范围内的所有移动台接收或至少被其中相当大量的移动台接收的某些信息。在典型的现有技术蜂窝无线网的小区中，确定了所谓的公共控制信道或BCCH(广播控制信道)，它是小区中的所有移动台都可接收的。虽然BCCH是在特定的第二代蜂窝无线网(GSM；全球移动通信系统)中的被保留的信道名称，但在这里它被用作为公共控制信道的通用名称，而不限制对于任何具体系统的讨论范围。BCCH被用来输送有关例如相邻小区的识别符以及它们的BCCH频率的信息，这样，移动台可监视它在这些频率上接收的功率电平。相邻小区的BCCH功率电平的明显上升将会表示：移动台正在向着将要在那里实行到相邻基站的越区切换或小区重新选择的位置移动。

在提交本专利申请的同时，第三代蜂窝无线网正在确定规范。已经看到，应当在BCCH等的信道上发送的信息量在第三代系统中显著地大于现在的第二代系统。例如，在一个位置，可以有来自RAN(无线接入网)和微小区RAN的小区重叠，借此，移动台应当被告知的，不单是相邻小区的识别符，而且是它们的特性(所发送的用户数据的最高可能速率、可供使用的调制方法等)，这样，移动台能够确定，哪一个相邻的和/或重叠的小区是对于越区切换或小区重新选择来说最好的可能的候选者。

处理增加着的要被广播的信息量的自然解决办法是，通过例如给予BCCH更大的带宽或发射功率来增加BCCH的容量，借此，在后一种情况下所应用的信道编码会减少。然而，在一个小区内，无线资源(时间、频率、功率)是很少的，所以，给予公共信道更大的容量将会减少对于专用信道可供使用的容量。另外。要进行广播的信息量可以随不同小区而变化，因为在网络中不是所有地方都存在着许多其特性应当被发送的相邻的或重叠的小区。如果可供使用的容量中的很大的一部分被给予BCCH，则可能在许多小区中这个容量的很大部分利用不足，而同时地，某些连接建立请求必须被拒绝，因为所有可供专用信道使用的容量被占用。即使在实际上有许多要被发送的BCCH信息的地区，某些BCCH容量应当被保留用于将来的补充，并且至少在系统的初始业务期间，这个容量在各处被利用得不充分。

从美国专利US 4 850 033得知一种方法，其中每个基站的发送信道作为简化的消息传输信道被分配，给定的基站以这个信道把描述控制信道结构的信息发送到移动台。这样的信息包括对相邻基站的消息发送信道的参考，以及对分配给给定基站的一个或多个控制信道的参考。消息发送信道在参考的分级中处在比控制信道更高的级别。几个不同种类的用户组和不同业务的接入可通过发送相当小的数目的参考而提供。

从芬兰专利申请号FI 980014得知一种方法，其中寻呼信道的另外的不使用的容量被用来发送在逻辑上属于其它信道的信息。由于移动台必须听取寻呼信道，而不管是否有寻呼消息，所以，按照这样，它们的接收机被接通的时间间隔可比起只是监听空闲的寻呼信道更好地被利用。

本发明的一个目的是提供一种能在小区内传输可变数量的公共控制数据的方法和系统。本发明的再一个目的是，在按照本发明的方法和系统中，加到公共控制装置的将来的补充将是可能的，而不用一开始为它们保留很大的容量。

本发明的目的是这样实现的：把公共控制信息划分为分开地发送的各部分，以及指示在小区的时间与频率坐标系统中在何处可找到这些不同的部分。

按照本发明的方法的特征在于，它包括以下步骤：

在第一时刻，在第一信道上指示控制信息片在第二信道上的位置，以及

在晚于所述第一时刻的第二时刻，在第二信道上发送控制信息片。

把控制信道信息划分成可分开地提供的部分的总的发明性概念，可通过使用两个替换的方法或包含来自两个替换方法的特性的混合方法而实现。第一种替换方法是规定一组不同信息单元类型，可将它们以示例性方式表示为协议数据单元或PDU，以及建立发送进程表，它把PDU类型与某些控制信道信息帧相关联。最重要的PDU类型将最频繁地出现，最好是在每一个包含控制信道信息的帧中出现，而其它PDU类型将按照PDU类型以每隔一个帧地、每隔两个帧地、或一般地每隔(N-1)个帧地出现，其中N是整数。不同PDU类型的出现的进程表和包含在各个PDU类型中的信息的类型将被传送到移动台，这样它们就可决定它们需要接收哪些PDU类型。

第二替换方法是发送在某个其它信道上并在公共控制信道帧中表示的一部分公共控制信息，在该公共控制信道帧中在其它信道中间可找到该附加的公共控制信息。被包含在公共控制信道帧内并指示某个其它公共控制信息的位置的信息单元被称为指针。由指针指示的位置可以是在例如某个被配置作为点到多点信道的业务信道中。在本发明的有利的实施例中，指针不单指示位置也指示包含在某个其它信道内的信息的类型，这样，移动台可以确定：他们是否需要接收附加信息。

混合方法是把某个公共控制信道PDU类型规定为包含指针的“指针PDU”(如上面讨论的第二替换方法那样)，以及包括按照上面讨论的第一替换方法规定的其它PDU类型之中的这种PDU类型。指针PDU然后有规律地出现在每第M个公共控制信道帧中，其中M是在系统技术规范中由发射控制信道信息的基站或由控制基站运行的无线网控制器统计地或动态地规定的整数。

被看作为本发明的特征的新颖特性在附属的权利要求书中被具体阐述。然而，当结合附图阅读以下的对具体实施例的说明，将最好地理解本发明本身、其结构和其运行方法、以及它的附加目的与优点。

图1显示了按照本发明的第一替换方法的系统，

图2显示了图1的系统中PDU类型的示例性进程表，

图3显示了按照本发明的第二替换方法的系统，

图4显示了图3的系统中示例性指针的内容，

图5显示了按照本发明的混合方法的系统，

图6a显示了按照本发明方法的第一实施例，以及

图6b显示了按照本发明方法的第二实施例。

在图1中，基站(BS)101发送控制信息到多个移动台102。控制信息的内容不受本发明所限制，但可以看到，它本来就是移动台为了在基站101的小区中运行和为了准备越区切换或小区重新选择到某个相邻的和或重叠的小区所需要的那种信息。典型的控制信息包含给出当前网络识别号、位置地区和小区的信息；用于越区切换和小区重新选择过程的候选小区测量的信息；描述当前控制信道结构的信息；控制随机接入信道利用的信息；以及规定在小区内所支持的不同任选项的信息。在以下，为简略起见，控制信息总的被称为BCCH数据。

为了把BCCH数据从基站传送到移动台，控制信息信道103被规定为占用小区的时间和频率坐标系统的某些预定部分。如果CDMA(码分多址)或其它扩频技术被使用于蜂窝无线系统，则被用来扩展控制信息的扩频码必须也被用作为限定被保留用于控制信息信道的射频资源的坐标。为了简便，控制信息信道被称为BCCH，然而应当明白，像在本专利申请中所使用的BCCH那样的名称并不限制本发明对于任何特定的蜂窝无线系统的可应用性。

BCCH数据被安排在被称为协议数据单元或PDU 104的相互独立的单元。另一方面，发送通常被安排成按发送帧来进行，其时间间隔是恒定的。按照本发明的第一种替换方法，存在着几种PDU类型，被称为PDU类型1、PDU类型2等等，并且表示某个PDU类型的PDU出现遵循着一个确定的个关于发送帧的进程表。图2是对于PDU类型1、2、3、和4的示例性时间表。在图2顶部的帧数目是成比例的，这样在某个预定的像超帧那样的总的帧结构中，可以规定某个帧1、帧2、等等，直到在帧9以后序号周期重新从帧1开始，从而直到帧结构中的所有帧都被编序号为止。从图2可以看到，类型1的PDU出现在从第1帧开始的每个帧中，类型2的PDU出现在每个第三个帧中，类型3的PDU只出现在奇数号码的帧中以及类型4的PDU只出现在帧2和6中。

对于能灵活适用于不同数量的BCCH数据的方法，不同PDU类型的出现的时间表并不是固定地被规定，但它可随不同小区而变化。有关哪些PDU类型被发射和在哪些帧发射的信息将会通过使用被称为信道配置PDU的某个PDU从基站被传送到移动台。替换地，每个PDU可包含表示这个PDU类型在帧中出现的时间间隔(当PDU类型周期性地出现时)、或这个PDU类型出现的相称的帧号码的信息。

在其中出现不同的PDU类型的那些帧中，它们最有利地以增长的帧类型号码的次序发送，例如，在图2的帧1中，PDU是以类型1第一，类型2第二和类型3第三的次序被发送的。用于把PDU安排成熟知的发送次序的原理是给予移动台以事先决定它们想要接收哪个PDU的可能性。在移动台中接通接收机会消耗能量，使移动台电池消耗尽，所以有利的是当没有重要的信息要接收时，总是使移动台的接收机关断。

为BCCH保留的容量限制了可在每个发送帧内被发送的PDU的数目。基站或控制基站运行的无线网控制器的责任在于把PDU安排到可供使用的容量中，这样所有BCCH将最终将被发送。典型地，在其中有大量BCCH数据要被发送的地区，基站或无线网控制器将增加在某种类型的PDU的接连发送之间的帧数，从而对于在该类型的PDU中输送的信息的发送可供使用的有效比特速率将比在其中要被发送的BCCH数据的数量小的地区时低。

图3显示了按照本发明的第二替换方法的系统。基站301再次发送控制信息到多个移动台302，针对这些移动台已规定了控制信息信道，但也可在基站和移动台之间规定被称为点对多点(PTM)业务信道304的其它信道。基站或无线网控制器当需要时可以通过发送各个信道配置消息给移动台来规定某个信道或多个信道作为点对多点业务信道。如果没有作出这样的规定，则该有关的容量可供专用(点对点)业务信道使用。

在图3中，在BCCH上在各自的PDU 305中发送的BCCH数据有一定的最小量。这个最小量的BCCH数据的数量和内容取决于本发明所应用到的蜂窝无线系统，但可以预期，至少给出当前网络的识别号、位置地区和小区的信息、以及用于对越区切换与小区选择程序的候选的小区测量的信息被包括在这个目录中。在BCCH上的PDU的其余部分被称为指针PDU 306，它不包含实际的BCCH数据，而只包含关于各自的实际BCCH数据包含什么内容以及在小区的信道配置中可在何处找到实际BCCH数据的指示。图4是示例性指针PDU 400的示例性表示。它包括多个区，区的长度按比特和/或8位位组(8个接连的比特组)来确定。

第一区401是长度范围为1到2个8位组的消息识别符区，表示该PDU为指针PDU。它的结构与被确定用于所有的所谓层3消息的消息识别符的结构相一致，参照该PDU所属于的熟知的OSI模式(开放型结构接口)中的协议层。第二区402是信息标志号区，它表示在指针PDU所指向的位置上有哪个信息是可供使用的。为提供标准化的信息识别符号串以用于不同类型的信息，将需要共同一致的编码方案。区402的建议的长度是2个8位组。

第三和第四区403和404表示指针PDU所指向的位置。区403是一个8位组的长度的载波号数，及区404是一个8位组的长度的信道识别符。它们识别载波(在多频系统中)或扩频码(在单频扩频系统中)，以及实际BCCH数据所位于的信道。区405包含定时信息，它用来表示在特定位置处所考虑的BCCH数据在何时可供使用。这个区的建议的长度是2个8位组，以及几种另外的时间编码方案是可能的。例如，定时信息可以是在超帧中的帧号码，表示在其中BCCH数据将可供使用的该较大的帧集合中的第一帧，以及一个时间间隔码，表示在超帧内的接连出现的数据之间的帧的数目。时间间隔码只有在所考虑的BCCH数据将周期地出现时才自然地可应用。对于以定时信息表示某一个帧的另一个可能性是表示在当前帧与包含所考虑的并再次有可能与时间间隔码相组合的BCCH数据的第一个随后的帧之间的帧的数目。对于使用定时信息区的其它替换方法很容易由本领域技术人员提出来。

图4中的最后的区是建议的一个8位组的长度的更新区406。它的内容或者将告诉在所考虑的BCCH数据中是否有变化(信息的增加、删除、或更新)-因为它是最后广播的，或者将表示以增长的次序的接连更新的版本号。对于在指针PDU中使用这样的区的理由是给予接收端以决定它是否需要接收所考虑的BCCH数据的可能性。如果更新区揭示：自从接收机在上一次接收它以来信息没有改变，则不需要接通接收机来再次接收同一个信息。

图4所示的指针PDU的组成成分自然只是示例性的。它可能包括的其它的区例如是长度指示器，它表示指针PDU(当它不是常数时)以及对于第三层消息典型的其它区的总的长度。上面建议的区的长度多半有些太不利；从第三层消息传送的技术中可以得知有几种有效的编码方案用于减小分开的区的长度。例如，单个比特对于更新区是足够的，因此，其数值可表示在某个过去的时间间隔期间信息是否已被更新。

在接收到指针PDU以后，移动台分析它需要接收哪个BCCH数据，并把接收机在正确的时间调谐到正确的信道，以用于接收BCCH数据。替换地，移动台可通知其用户有关对于把某个输送的信息作为BCCH数据下载的需要，以及请求允许接收BCCH数据。当要被下载的数据量很大以及其下载会引起重大的花费时，这个替换方法特别有用。

以上参照图3和4讨论的本发明的第二种替换方法的灵活性将会很容易看到。基站或无线网控制器可分配点对多点信道的容量以用于按需要输送BCCH数据，以及每当BCCH数据量降到某个预定门限以下时就取消该分配。虽然点对多点类型业务信道已在上面作为用于发送实际的BCCH数据的喜爱的媒体被描述，但指针PDU基本上可指向小区的信道分配方案中的任何位置，甚至可指向在对于移动台可提供的某个不同的通信资源组中的某个位置。例如，在上面提到的其中移动台在作为BCCH数据来下载所输送的某个信息以前请求用户许可的情况下，甚至可使用专用业务信道。在接收到来自用户的许可以后，移动台然后将发送信道请求到基站，并以某个特别消息来表示它将接收所输送的某个信息作为BCCH数据。通过使用专用业务信道的连接将被建立，并且所请求的信息将被发送到请求该信息的移动台。

本发明的非常重要的一个通用性是使指针PDU指到除小区的信道分配方案外的某个地方。在一个其中适当配备的移动台可接入到分组交换数据传输网的系统中，指针PDU可指向某个网络地址，例如互联网地址。一个接收指针PDU以及想要接收在该指针PDU中所表示的信息的移动台于是将发送一个分组到所指示的地址，其中包含一个对于下载信息的请求。对在所述地址后面的资源负责的网络服务器于是将以分组形式发送请求的数据到移动台。这里，移动台在发送包含请求的分组以前将再次请求其用户许可。

指针PDU的另一个重要的应用是安排发送时间表，以便平衡在繁忙时间和较安静的时间之间的控制信息信道的装载。通常已知，在早晨非常早的时间期间，在蜂窝无线系统的小区中同时对于发送的控制信息和保留的专用信道的瞬时需要是非常小的，因为大多数用户正在熟睡，以及他们的移动台是静止的和空闲的，即使没有都被关断的话。在这些时间期间，网络中有相当多的空闲容量，这样，即使发送大量的作为BCCH数据传送的信息也是可能的。在工作的白天时间期间，按照本发明的这个具体实施例的系统可发送指针PDU，它指示大的信息块是可提供来用于在下一个晚上或将来的某个其它时间进行下载的。如果信息的性质使得移动台可以不立即需要它，则在点对多点信道内从由指针PDU指向的某个位置下载信息之前，移动台可以只记住所宣布的信息的将来的发送时间，并等待直到例如03:00AM的某个时间。另一方面，在白天时间期间，同样的信息可被提供给立即需要它的用户，因此，那些用户将必须请求在专用业务信道上立即发送，这可能需要付出更多费用。这是作为他们的这种请求及因而消耗该小区的无线资源的代价。

从先前声明的点对多点信道在先前声明的时间下载按时间表安排的信息，自然要求移动台应该在先前声明的时间接通。如果试图在声明的时间之前使移动台节电，则安排移动台的用户接口去提醒用户关于安排好时间的下载将是很有用的。

接着，将参照图5简略地考虑本发明的混合方法。在这个方法中，指针PDU 501将被用来通知移动台有关某个实际的BCCH数据块的位置，像在上面所讨论的第二种方法中那样。然而，指针PDU只作为一种PDU类型的代表物出现，它具有它自己的发送时间表，如在上面所讨论的第一种方法中那样。BCCH数据可按照其重要性和紧迫性的某个指示被分类为相当大的数目的组。最紧迫和最重要的BCCH数据然后将在每个发送帧中被发送，某些不太紧迫的数据将多半以比起在每隔两个发送帧的情况更不经常地去发送，以及最不紧迫的BCCH数据将安排在信道结构中其它某个地方(如由在实际控制信道上的指针PDU所表示的)进行发送。

图6a和6b显示了按照本发明的基站(BS)和移动台(MS)的运行。直箭头表示在每个装置中从一个功能步骤到另一个步骤的传播，弯曲箭头表示在发送和接收功能之间的相互关系。在图6a中，基站常规地或按照在第二信道上发送BCCH数据的需要经历步骤601、602、和603。在步骤604，在第二信道上接收到有关进入的BCCH数据发送的指示以后，在步骤605移动台将准备接收，并接连地接收BCCH数据。在图6b中有这样的差别，即在基站将发送以前，在步骤606，移动台必须请求BCCH数据发送(在步骤607，请求被接收)。

如果移动台被安排来在已被指示的BCCH数据将被发送以前警告用户使移动台节电，则警告步骤将在图6a和6b中在步骤604以后和步骤605以前的某个地方出现。

本发明并不限制在BCCH上直接发送的、或在BCCH信道上的指针PDU指向的某个位置上的信息的性质。具有其容量大到足以验证本发明的“放大的BCCH”概念的这样一种信息的典型的例子是对于移动台和业务提供者信息的软件更新资料。后者可包括有关可供使用的业务的提供者的信息以及业务本身的说明。

本发明非常适用于蜂窝无线系统，其中对于所提供的业务与功能的补充由于正在不断地进行开发工作而不断地被给出。“基本模式”移动台只需要知道在BCCH上所使用的定时和用于解码指针PDU的指令，以便能够利用那些在移动台离开其制造者和或编程者的设施时已被规定的业务与功能。只对于更先进的或最近推出的移动台有意义的所有信息将作为对于基本移动台的未识别的PDU或未识别的信息单元出现，因此，移动台将忽略它们，并且移动台只利用它识别的和理解的那些业务与功能。

Claims (10)

1.在蜂窝无线系统的小区中用于通过使用第一信道和第二信道把控制信息片从基站(BS)发送到至少一个移动台(MS)的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

在第一时刻，在第一信道上指示(602)一个已知控制信息片在第二信道上的精确位置，以及

在晚于所述第一时刻的第二时刻，在第二信道上发送(603)该控制信息片。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，第一信道是广播控制信道以及第二信道是点对多点类型的业务信道。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

在所述第一时刻以前，确定(601)用于在第二信道上发送信息片的时间，

在所述第一时刻，在第一信道上表示(602)用于在第二信道上发送信息片的所确定的时间，以及

在所确定的和指示的时间，即在所述的第二时刻，在第二信道上发送(603)控制信息片。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，第一信道是广播控制信道以及第二信道是点对点类型的业务信道。

5.按照权利要求4的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

在所述第一时刻与所述第二时刻之间，把对于发送控制信息片的请求从移动台发送到基站。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，控制信息片位于分组交换的数据网络的网络地址中，因此基站把所述请求输送到所述网络地址，以及发送控制信息片是在建立了从所述网络地址到移动台的分组交换通信连接以后进行。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，第一时刻是在蜂窝无线系统中业务和信令高负荷的时间间隔期间，及第二时刻是在蜂窝无线系统中业务和信令低负荷的时间间隔期间。

8.在蜂窝无线系统的小区中在移动台(MS)处用于通过使用第一信道和第二信道接收来自基站(BS)控制信息片的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

在第一时刻，在第一信道上接收对一个已知控制信息片在第二信道上的精确位置的指示(604)，以及

在晚于所述第一时刻的第二时刻，在第二信道上接收(605)该控制信息片。

9.按照权利要求8的方法，其特征在于，它包括在所述第一时刻与所述第二时刻之间通知移动台的用户关于想要在所述第二时刻接收控制信息片的步骤。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，所述通知移动台用户的步骤是作为对于试图使移动台节电的应答而发生。

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