CN100488089C - Cdma数字集群系统和实现群呼服务的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CDMA无线通信集群系统和实现群呼服务的方法，可以实现集群技术以处理群呼和“一按即通”服务。

Description

CDMA数字集群系统和实现群呼服务的方法
本申请要求2002年8月15日提交的标题为″ZTE CDMA2000集群系统解决方案″的美国临时专利申请60/404,095和2002年12月5日提交的标题为“CDMA无线集群系统”的美国专利申请10/313,943的优先权，这里参考引用了该申请的全部公开内容以作为本申请的一部分。
技术领域
本申请涉及基于码分多址(CDMA)的无线通信系统和技术，具体涉及CDMA数字集群系统的系统结构及配置、管理、控制与操作。
背景技术
无线通信系统使用电磁波提供与诸如移动电话的移动通信设备的通信和移动通信设备之间的通信。在CDMA系统中，扩频技术的应用允许多个移动无线设备同时占用相同频谱范围并且不彼此干扰。有意使这个公共传输频谱范围的带宽通常比通信系统中所需的最小信号带宽宽很多。每个预定移动无线设备的功率被扩展在宽的带宽上。扩展产生相对较低的功率谱密度，于是降低了对另一个占用相同频率范围的窄带信号的不良干扰。
直接序列CDMA系统在前向和反向链路中使用不同的代码序列进行频谱扩展。在从移动设备到网络的反向链路中，使用唯一的伪噪声(PN)二进制序列代码调制来自CDMA系统中每个预订移动无线设备的发送信号，所述代码本质上与系统中指定的任何其他PN序列正交。这个调制导致宽带宽上的扩展。不同PN序列代码的正交性允许相同频谱内的多址，并且使CDMA系统不易受到干扰。CDMA系统的一个独特特性是系统中用户数量没有明确限制。然而实际上，PN序列代码不能完美地正交，并且PN序列代码的交叉相关导致的噪声会限制系统容量。在前向链路中，使用唯一的Walsh码调制从每个基站到预订移动无线设备的传输信号，并且进一步使用PN码对传输信号进行扰码。
类似于其它通信系统，CDMA系统可以使用集群技术，以便使若干用户共享数量相对较少的通信信道。这种系统资源共享可以改进系统容量，并且提高系统资源的使用效率。然而集群系统中的共享度往往在至少一个方面受到用户访问集群CDMA系统的能力所测量的期望服务等级的限制，尤其是在高流量传输期间。此外，维护每个用户的通信的隐私也会对CDMA集群系统中的共享度产生约束。因此，适当的集群系统设计和实现在CDMA系统中是重要的，随着CDMA系统从以窄带数字语音为主的通信服务迁移到宽带分组数据服务，它会变得更加重要。
发明内容
本申请包含集群系统的系统体系结构、信道配置、群呼处理、认证、计费、集群组管理、系统配置、管理、控制和操作，用于通过无线通信系统(例如基于CDMA2000标准的系统)中一或多个分组数据网络处理群呼。分组数据网络可以被配置成根据适当分组数据协议，例如基于因特网协议(IP)的载波网络来操作。这种集群系统可以包含连接在基站控制器(BSC)和分组数据网络之间的调度客户端模块，用于指引在一个群呼过程中生成的多个语音包，该群呼是去往或者来自一个调度服务节点的。调度服务器可以被实现成包含连接到分组数据子系统的调度服务器模块，用于管理和执行至少一部分针对群呼的操作。
这个用于处理群呼的集群系统可以使用与分组数据机构并行的机构，以通过相同或不同分组数据网络处理数据包。分组数据机构可以包含被连接在BSC和分组数据网络之间以发送数据包的分组控制功能(PCF)模块和分组数据服务节点(PDSN)。因此，集成的集群CDMA系统可以包含3个不同的通信服务。首先，这个CDMA系统具有普通语音或数据呼叫处理机构，该机构具有连接在BSC和公用交换电话网(PSTN)之间的移动交换中心(MSC)。第二，包含PCF和PDSN的分组数据机构被用来通过一或多个分组数据网络处理数据包的传输。第三，集群系统被用来通过分组数据网络管理和执行群呼，所述分组数据网络与第二机构使用的分组数据网络相同或不同。
本申请的上述和其它集群系统可以被配置成为提供诸如″一接即通″(“push-to-talk”)(PTT)服务的群呼提供快速或即时的系统接入，通过使用户组共享CDMA2000传输信道和分组数据网络的通信路径来提供高信道效率，群呼的共享体系结构提供足够的用户安全性，并且提供灵活的分组机构以便容易地形成、修改和终止群呼的用户组。本申请的群呼的集群技术可以被设计成完全兼容于现有的CDMA空中接口标准，从而部分允许CDMA服务提供商在现有系统加入集群系统，并且在不干扰其它服务的情况下提供附加服务。通过适当降低群呼中前向链路和反向链路的发送功率，这种集群技术可以显著提高通信信道的使用效率。尤其是，共享技术允许用户组中的用户共享单个通信链路。
因此，CDMA系统的一个实现包含以下至少3个部分：CDMA网络，分组数据系统和集群系统。CDMA网络可以包含连接到公共电话交换网络的移动交换中心，以便向移动通信设备提供语音和数据呼叫服务。分组数据系统被连接到CDMA网络以便向移动通信设备提供分组数据服务。集群系统也被连接到CDMA网络。另外，集群系统被连接到分组数据网络，以便通过分组数据网络向移动通信设备提供群呼服务。
更具体地，上述实现中的集群系统包含调度客户端和调度服务器。调度客户端连接到或者集成到CDMA通信网络，从而对集群组的移动通信设备发送或接收群呼数据包，每个组的成员共享用于数据包传输的公共集群数据链路。调度服务器(也称调度控制中心DCC)被连接到所述分组数据网络以便与调度客户端通信。
在另一个实现中，用于在CDMA通信系统中提供群呼服务的集群方法可以包含以下操作。调度客户端被连接到CDMA系统以便通过分组数据网络向控制和管理群呼的调度服务器调度群呼请求。通过分组数据网络的公共集群消息链路被用来在调度客户端和调度服务器之间发送集群消息。另外，在调度服务器和每个调度客户端之间建立针对每个群组的单个集群数据链路，使得在通过分组数据网络发送用户数据时，部分或全部组成员共享一个集群数据链路。
在下面的附图，文字描述中详细描述了这些和其它特性、系统配置、控制技术、相关优点和实现变化。
附图说明
图1根据本申请的一个实现图解了具有用于群呼的附加集群系统的CDMA通信系统100。
图2根据一个示例性实现示出了在图1的集群系统中的调度客户端和调度服务器之间使用的专用公共集群消息链路(CTML)。
图3根据一个示例性实现示出了图1的集群系统中的公共集群消息链路协议堆栈。
图4根据一个示例性实现图解了图1的系统中群呼的所有组成员对集群数据链路的共享。
图5根据一个示例性实现进一步图解了共享集群数据协议堆栈。
图6根据一个示例性实现图解了物理F-SCH和逻辑F-SCH的映射。
图7和8分别示出了基于上述集群系统建立群呼和建立PTT的操作流程。
图9示出了图1的集群系统的可选系统体系结构。
图10示出了另一个具有不同集群系统的CDMA系统。
具体实施方式
本申请的集群技术和系统可以有效处理群呼，添加各种与群呼相关的用户功能和服务，并且为运营商提供控制和管理功能。这样的群呼由预定用户通过包括移动电话、个人数字助理(PDA)和移动计算机的移动通信设备发出，并且通过允许语音和数据通信的CDMA通信系统(例如基于不同CDMA2000标准的CDMA系统)中的一或多个分组数据网处理群呼。可用的CDMA2000标准包含但不限于CDMA2000 1X，CDMA2000 1xEV-D0，和CDMA2000 1xEV-DV。本申请的集群技术和系统还可以应用于从CDMA2000标准演变或与CDMA2000标准兼容的、具有分组数据功能的其他CDMA标准。
实现本申请的集群技术的硬件设施包含大量CDMA系统中的设备和模块，这些设备和模块例子是与分组数据网相连的用户移动通信设备、群呼调度客户端和服务器中添加的电路，以及调度服务节点中添加的其他设备。这种集群硬件设施可以被设计和实现成CDMA系统的附加设备以提供附加功能和服务，并且与CDMA系统的其它特性完全兼容。于是，集群系统的操作不影响CDMA系统的其他操作、功能以及特性。因此，该集群方案可以在不同的硬件设施上实现群呼组控制和管理软件模块，以管理和控制群呼与其他相关的功能和服务。
图1根据本申请的一个实现图解了具有用于群呼的附加集群系统的CDMA通信系统100。系统100中预定用户的无线移动通信设备110利用空中的电磁波112通过基站收发信机(BTS)120接收和发送用于数据和语音中的任意一种或全部的通信信号。基站收发信机(BTS)120分布在具有多个空间分割的小区的服务区内，以形成无线接入网络。每个小区可具有一个基站收发信机。对于某些CDMA系统可选地和更为常见地，每个基站收发信机120可以被设计成具有定向天线，并且可以放置在扇区化配置内多个小区的边界位置以覆盖这些小区。通常通过连线或电缆将基站控制器(BSC)130的网络连接到BTS 120以控制BTS 120。每个BSC130通常与两或多个指定BTS120连接。
系统100中更高一级的层次包含至少三种连接在BSC 130和以下两种通信网之间的通信控制机构：一或多个公共交换电话网(PSTN)101和一或多个分组数据网102。三种控制机构中的第一种包含至少一个移动交换中心(MSC)140，以作为BSC 130和PSTN 101之间的控制接口。在一定程度上，MSC 140本质上是用于管理系统100中预定用户的移动设备110的常规语音或数据呼叫收发的交换机。可以有一或多个用于存储永久性用户简表的归属位置寄存器(HLR)，和连接到MSC 140以存储临时用户简表的访问位置寄存器(VLR)。HLR和VLR用于向MSC 140提供关于预定用户的信息，该信息可以包含有关用户位置的跟踪信息及其计费信息。也可以通过MSC140提供短消息服务(SMS)。BTS 120，BSC 130和MSC 140形成与PSTN网101连接的基本CDMA网，以向移动设备110提供语音呼叫和特定数据服务。
系统100中三种控制机构中的第二种通过例如TP网的分组数据网102的控制分组数据服务。这种控制机构被图解成包含与基本CDMA网连接的分组控制功能(PCF)设备152和分组数据服务节点(PDSN)154。各个PCF 152通常被连接在BSC 130和PDSN 154之间，并且可以与BSC130集成为单个设备。PDSN 154通常被配置成通过无线接入网和分组数据网102提供分组数据通信，以及通过连接的AAA服务器执行认证、授权和计费(AAA)功能。该机构和MSC 140的基本功能由CDMA 2000标准指定。
系统100中的第三种控制机构通过分组数据网102构成附加集群系统中控制和处理群呼以及相关功能和服务的部分。该机构包含连接到基本CDMA网的调度客户端160和调度服务器172。每个调度客户端设备160通过分组数据网102连接在对应的BSC 130和调度服务器172之间。类似于PCF 152，调度客户端160可以是独立于BSC 130的设备，也可以在物理上与BSC 130集成为一个模块。如图所示，调度服务器172是调度服务节点170中的一部分，它与调度客户端160一起工作以控制和管理集群系统中群呼的主要功能和服务。在该实现中的调度服务节点170还包含组注册数据库174，调度位置服务器176，和安全服务器178。路由设备180作为分组数据网102的一部分被连接到调度服务节点170，以充当针对节点170内不同设备的交换接口。系统100可以包含为全部调度客户端160服务的单个集中式调度服务节点170，也可使用两个或多个分布式调度服务节点170分别地覆盖不同组的调度客户端160。
CDMA系统100内的该集群系统向指定群组的预定用户提供的群呼服务和控制。群组可以由预定用户形成和定义，并且可以由组成员用不同方式改变。这种群组的例子包含诸如政府机构、私人公司、学校或学校内部门的组织和兴趣组的成员，诸如家庭成员及亲属、朋友、爱好组的成员，以及其它组的成员。尤其是，集群系统可以被设计成将单个集群通信链路分配给某个组使该组的所有成员共享该单个链路。这种共享提高了信道的利用效率。半双工无线系统通常被用于群呼以提供即时、有效和专用的通信。由于群呼是通过分组数据网络102处理的，群呼中数据的保密性可以通过用户数据加密来保护。
除了向诸如常规电话呼叫的全双工无线通信链路的其它服务提供无线接入之外，BTS 120可以被控制以便向群呼提供半双工无线电链路，并作为管道以便通过BSC 130和调度客户端160接入分组数据网络102。每个调度客户端160被集群控制软件控制以实现群呼的半双工无线通信，群呼对分组数据网络102的接入，以及前向链路数据到BSC 130内的组成员的广播。调度服务器172可以被配置成集群系统的控制中心，作为群呼的联络点从不同调度客户端160接收群呼的消息，并且把从反向链路接收的用户数据(例如语音包)调度到前向链路。语音包可以被复制，然后在前向链路上调度复制的分组。由于单个半双工链路被所有组成员共享，调度服务器172也可以用仲裁机构编程以仲裁来自组内成员的“一按即通”(PTT)请求。
调度服务节点170中其它设备的一般功能可以被配置成包含以下特性。组注册数据库174存储包含组标识和各个组的成员信息的组信息，并且向调度服务器172提供这种组信息以处理群呼。调度位置服务器176存储和更新有关组成员的位置的信息。调度服务器172利用位置信息和组信息建立群呼。在可选实现中，调度位置服务器176可以与组注册数据库174结合作为节点170中的单个模块。调度位置服务器176记录从BSC 130发送到MSC 140的复制位置信息，可以加速群呼的建立过程。当BSC 130向MSC 140发送注册请求或位置更新请求时，BSC复制消息并且向服务器176发送复制消息。服务器176可以记录以下信息：组ID、组成员ID、移动IMSI、小区ID、位置区域ID，和Slot_Cycle_Index。如图所示，服务器176可以位于节点170内以作为连接到分组数据网102的单独设备，或与服务器172或数据库174中的任何一个集成。安全服务器178认证和授权各个组的成员资格，并且滤出组外预定用户对群呼的接入。
上述集群系统基础设施允许系统100完全符合CDMA2000标准，并且增加服务控制和用户功能的群呼特性。群呼特性的例子包含例如操作控制、系统服务、诸如主叫特权和连接确认音的用户控制服务、诸如组快速拨号的用户服务、以及群呼等待和转移。
如图1所示，具有一个调度服务器172的单个调度服务节点170可以通过分组数据网102连接到多个调度客户端160。群呼的调度服务区可以被分成本地调度服务区和全局调度服务区。本地调度服务区可以是相对较小的地理区域，比如城市，城镇，或指定市区。本地调度服务区可以大于MSC 140或PDSN 154的覆盖区域。单个调度服务节点可以足够服务于本地调度服务区。全局调度区域通常涉及更大的地理区域，在这个区域里单个调度服务器不足以处理全部群呼。因此，网络内的多个调度服务器被指定用来分别处理不同的较小服务区内的群呼。调度服务器可以通过分组数据网102连接，并且需要调度服务器间的特殊连接。这种全局调度服务区可以是全世界的CDMA区域。
尤其是，要在调度服务器172及其从属调度客户端160之间建立安全连接。这样可以减少分组数据网102内执行时间的延迟，其中分组数据网102可以是IP网络。在图1示出的实现中，PDSN 154有意未被放置在调度服务器172和各个客户端160之间的通信路径上，以进一步减少执行时间的延迟。BSC 130和调度客户端160之间的信令接口可以使用BSC 130和PCF 152之间的相同A8/A9接口，其中A8接口为群呼中语音包的用户传输提供路径，而A9接口提供相应的信令连接。类似地，通常用于PCF 152和PDSN 154之间的A10接口在这里被用于向客户端160和服务器172之间的用户传输提供路径；通常也用于PCF 152和PDSN 154之间的A11接口在这里被用于提供客户端160和服务器172之间的信令连接。这种A8/A9和A10/A11设计的一个优点是PCF和PDSN硬件可以被用于调度客户端和服务器，但是用特殊集群软件编程以处理群呼。这种设计的另一个优点是提供网络配置的灵活性，以允许集成集群服务和普通分组数据服务，或把集群服务从现有分组数据网中分离，以减少由普通分组数据服务导致的执行时间。然而应当理解，除A8/A9和A10/A11之外的适当链路接口也可以用于调度客户端160和BSC 130之间，以及调度客户端160和调度服务器172之间的信令连接。
本发明集群系统的另一个特性是实现公共信道信令机构以处理分组数据网102上的集群消息。语音帧链路共享也被提供给前向链路用户数据。图2图解了该特性，其中用户通信设备或移动站110和BTS 120之间的链路210是用于传送集群消息的空中无线信道，BTS 120和BSC 130之间的链路220是用于传送集群消息的有线链路，并且在调度客户端160和调度服务器172之间使用专用公共集群消息链路(CTML)230。CTML 230可以在系统建立期间建立于分组数据网102上。调度客户端160通过CTML 230从BSC 130向调度服务器172传送全部集群消息。另外，调度服务器172使用相同的CTML 230把集群消息回送到BSC 130。
基于上述链路的对应集群消息系统可以使用短数据流(SDB)或短消息服务(SMS)架构。尤其是，当前的集群系统不使用调度服务器172和调度客户端160之间的协议堆栈中的PPP(点到点协议)层，以减少数据包头开销和提高数据吞吐量。因此，PPP连接在各个调度客户端160上终结，并且集群系统中的数据包不具有PPP头。图3示出了公共集群消息链路协议堆栈。基本的信息集群消息传送包含用于为集群群呼定义新服务类别的类别信息和地址信息，其中地址信息具有用于标识群组的群组地址和用于标识组成员的群组成员地址。群组地址是源或目的地址字段，并且被组内成员拥有和共享。群组成员地址被具体组成员拥有，并且是源或目的子地址字段。
集群消息路由器可以用于路由集群消息。该路由器可以实现为执行路由操作的控制软件模块，并且可以位于BSC 130内。路由器的消息路由功能可以被设计成根据服务类别将使用普通SDB格式的集群消息与普通SDB消息分离开。路由器将普通SDB消息引导到MSC 140的信令连接控制部分(SCCP)，并且将集群消息引导到调度客户端160的CTML 230。
集群数据的路由可以被设计成使用共享集群数据链路(STDL)，各个群呼拥有调度客户端和调度服务器之间的单个集群数据链路，并且由全部组成员共享。该共享允许系统资源的高效应用，并且因而增加系统容量。图4图解该共享机构。图5还图解共享集群数据协议堆栈，其中“MAC”是介质访问控制层，该层是数据链路层的较低子层，并且使用物理层(PHY)向逻辑链路控制提供服务。
在该共享机构中，各个集群群呼被分配其自身的、介于客户端160和服务器172之间的A10/A11链路，并且各个群组成员具有其自身的、介于BSC130和客户端160之间的A8/A9链路。对应的调度客户端包含映射表以映射组成员的多个A8链路(N)到该组的单个A10链路，即N到1映射。在操作中，当调度客户端160接收来自任意A8链路的语音帧时，控制软件指示客户端160寻找该组的相关A10链路，并且在找到的A10链路上传送帧。另一方面，当客户端160通过A10链路接收来自服务器172的语音帧时，客户端160找到群组的与A10链路相关的全部A8链路，并且在全部A8链路上分配语音帧。因此，调度服务器172维护各个集群群呼的A10/A11链路查找表。当服务器172从任意A10链路接收语音帧时，搜索查找表以得到该组的全部A10链路，然后将语音帧发送到表中的全部A10链路。
基于组成员的改变频率，图1中的系统100可以被配置成支持两种群组：固定组和临时组。基于不同的组特征，使用不同的控制和管理机构。基于预定准则，固定群组不经常改变成员，并且通常包含具有大量成员的对话组，或针对诸如公司(例如出租车公司)和市政代理(例如公安部门)的稳定组织的对话组。固定组的控制和管理可以指定给网络公司，即服务提供商。网络建立和维护固定组，例如通过向各个固定组分配组标识(GID)号以建立群呼，并且为各个固定组分配成员以作为组长。组长被授权在任何时候增加或清除组成员。通过SDB消息向图1所示的调度服务节点170中的组注册数据库174发送组成员的这种改变。网络公司能够维护组成员资格。
相比之下，临时群组可以具有更多的灵活性。例如，任意预定用户可以使用移动站建立和维护未在组注册数据库174中注册的临时组。为了识别临时群呼，网络向临时群呼分配临时GID。不同于固定组，任意用户可以通过SDB消息向服务器172发起群呼，其中SDB消息包含临时组的电话号码表。另外，当组成员资格改变时，不向组注册数据库174发送SDB消息。
为实现集群系统，各个用户设备或移动站110可以被设计成包含适当电路和特殊集群软件以支持群呼。各个设备110可以包含“一按即通”(PTT)按钮以激活群呼功能。群呼的建立如下所述。首先，群组中的移动用户按下PTT按钮向调度客户端160发送群呼请求消息。该请求可以包含特殊服务选项以区别于其它服务，比如由MSC 140处理的常规呼叫或由PDSN 154处理的分组数据服务。当接收来自客户端160的请求时，调度服务器172寻呼全部组成员并且使其在线。这里，为群呼建立以下传输信道：一个针对各个组成员的前向专用控制信道，一个由组的全部组成员共享的前向公共信道，以及一个针对各个组成员的反向专用控制信道。
群呼的建立形成快速群呼连接，其中包含群呼寻呼，并行认证，以及休眠状态期间时隙化模式(slotted mode)的禁止。在一个方面，群呼寻呼定位和寻呼群呼的组成员。调度服务器172从DLS 176接收组成员的位置信息，并通过组联接请求消息向调度客户端160发送该信息。客户端160发送具有成员位置信息的连接请求以辅助BSC 130定位和寻呼组成员。然后连接请求被发送到组内各个移动站。在一个实现中，寻呼信道可以检查全部SDB消息并且合并连接请求消息，使得每个时隙每组只有一个连接请求消息被发出。
群呼寻呼的另一个方面是禁止其中请求群呼的群组中各个移动站的时隙化模式。在普通时隙化模式期间，移动站的接收器休眠，并且周期性地在一个时隙中唤醒以检查寻呼信道是否被寻呼。当群呼将进入休眠状态时，群呼中的移动站会自动使时隙化模式无效，释放传输信道并且进入空闲状态。但是群呼的全部STDL仍然保持连接。在休眠状态期间，组内的全部移动站在每个寻呼时隙上监视寻呼信道，并且能够在每个寻呼时隙上接收连接请求消息，以便提供快速的群呼建立。
通常，集群系统应当认证群呼。可以提供两种类型的认证。首先，群呼的GID被调度服务器172和注册数据库174认证。该操作确定是否全部群呼用户已经预订群呼服务，并且检查群呼用户是否属于群组。如果两个条件都满足，群呼建立继续进行。否则，调度服务器172终止群呼建立，并且把群呼拒绝消息回送给发起方。第二种认证是并行认证，在快速群呼连接期间执行，其中认证针对该群呼在网络中注册的移动站。通过使BSC 130向MSC 140发送服务请求，在组成员寻呼期间通过服务请求消息以普通语音或数据呼叫认证的方式在MSC 140中完成此操作。
接着，执行群呼。在操作中，调度服务器172具有为群呼请求分配优先级的仲裁机构，并且在群呼期间的任何时候只授权一个用户在反向链路上发送其数据。该仲裁可以基于“先到先服务”方案。或者，某些组成员可以被指定相对于其它组成员的特殊优先级。反向链路上的任意许可用户数据均通过共享前向链路被调度给全部组成员。因此，在移动站向调度服务器发送PTT请求消息以后，调度服务器通过向具有准许成员ID的全部组成员发送PTT准许消息来作出响应。在结束群呼对话时，移动站发送PTT释放消息并且准备从其它方面接收用户数据。
群呼可以通过两种模式被释放。普通释放仅可由组长完成。组长通过SDB向调度服务器172发送群呼释放消息，其中调度服务器172然后释放涉及该群呼的全部资源。群呼也可以在接收来自诸如组长的组的释放信号之前被强制释放。例如，强制释放可以在群呼保持指定时间的休眠状态之后执行。当休眠定时器超时时，调度服务器172可以强制群呼释放。作为另一个例子，当系统资源短缺时群呼可以被强制释放。
本发明的系统允许在群呼期间具有若干维护功能。例如，呼叫期间允许组长增加新的组成员。并且，允许组成员在会话期间加入群呼，即便该成员不能在建立状态期间参加呼叫。当移动站在服务中并且服务器172可以寻呼移动站以加入群呼时，支持主动加入，其中组的预定移动站可以向调度服务器172发送消息。当调度服务器172周期性地寻呼离开的组成员以加入呼叫时，被动加入也被支持。组成员可以通过向调度服务器172发送SDB消息先期退出群呼。在退出之后，调度服务器172不会向退出成员传送群呼数据，并且不会寻呼这些移动站。当其它成员停留于群呼时，组长也可以被允许离开呼叫。此外，组成员可以通过按下PTT按钮向调度服务器172发送SDB消息来重新加入群呼。
群呼计费可以通过MSC 140实现。可以分别对各个组成员在群呼中的链路使用进行计费。在群呼建立期间，BSC 130针对各个组成员向MSC 140发送服务请求消息，其中服务请求消息包含群呼的特殊服务选项。另外，如果群呼被释放或休眠，或者组成员离开群呼，则BSC 130向MSC 140发送清除请求消息。在记帐中心的后处理期间进行群呼计费，并且可以针对群呼使用不同于其它呼叫的费率，并且可以针对不同的组使用不同的群呼费率。
以下章节描述群呼空中接口的特性，包含前向传输信道、反向传输信道、切换和帧偏移。
群呼中的前向传输信道可以包含一个用于每个群组成员的前向专用控制信道(F-DCCH)，和一个由群组成员共享的前向补充信道(F—SCH)。F-DCCH和F-SCH两种前向信道可以针对群呼中全部群组成员使用相同的公共长码序列。群组中的各个PTT设备具有其自身的用于F-DCCH的Walsh码，并且群组中的全部PTT设备针对F-SCH共享相同的公共Walsh码。F-DCCH传送用于集群操作的信令消息，和针对各个组成员的功率控制信息。该信道在群呼建立期间建立。
作为物理信道的F-SCH被用于传送群呼的用户数据。尤其是，群组的各个成员具有其自身的物理前向信道单元资源以处理前向传输帧。通过在扇区化结构的相同扇区内使用相同的公共长码序列和相同的配置公共Walsh码，全部组成员共享一个逻辑或虚拟前向补充信道(F-SCH)。调度服务器用仲裁机构编程以管理组成员间共享的F-SCH的使用。图6图解了物理F-SCH和逻辑F-SCH的映射。在无线电链路控制层，逻辑F-SCH是相同扇区内全部物理F-SCH的总和，并且每个扇区有一个逻辑F-SCH。当建立群呼时建立F-SCH。更具体地，逻辑F-SCH被建立在群呼中间，并且针对各个组成员建立物理F-SCH。
集群系统空中接口的一个特性是利用基础CDMA系统的功率控制机构最小化前向和反向链路上的发送功率。在前向传输信道上，单个环功率控制，即前向链路功率控制(FLPC)被独立使用在各个F-DCCH和F-SCH上。主功率控制信道被用于控制F-DCCH的功率，辅助功率控制信道被用于F-SCH。在共享的F-SCH上，集群设备可以接收或合并其它用户的F-SCH，即使集群设备自身的F-SCH正以最低功率水平发送。各个物理F-SCH上允许闭环路功率控制，以使用于接近BTS120的移动站110的信道单元的发送功率保持最低，并且使距离BTS120最远的移动站110的信道单元所需发送功率保持最低。在这种控制模式下，群呼的F-SCH的总发送功率取决于分配给最远移动站110的F-SCH的发送功率。另外，在前向补充信道上允许外环功率控制，以使帧差错率保持在CDMA系统要求的范围内。
群呼中的反向传输信道可以用两种不同的配置实现。在第一种配置中，单个反向专用控制信道(R-DCCH)被分配给各个组成员，并且被用于传送信令消息，功率控制信息和用户传输。在第二种配置中，使用两个反向传输信道，即R-DCCH和R-SCH。R-DCCH被用于传送信令消息和功率控制信息。R-SCH被用于传送用户传输。在这里类似的功率控制技术可被用于最小化反向链路上的发送功率。
集群系统中支持软切换和更软的切换。控制全部前向和反向信道以便一起执行软切换和更软的切换。切换操作被配置成遵守CDMA2000标准(例如，IS-2000)，并且增加附加特性。一种增加的特性是针对群呼的软切换和更软切换所涉及的所有各方(all legs)均使用公共长码序列，并且针对F-SCH，相同扇区中的全部组成员使用公共Walsh码。当移动站与多个扇区进行软切换或更软切换时，移动站的前向功率控制影响全部扇区上公共F-SCH的前向发送功率。控制BTS和BSC使用算法计算新F-SCH上所需的发送功率。BTS向新物理F-SCH上的发送功率分配等于所需发送功率的数值，该值小于新扇区中虚拟F-SCH上的当前发送功率。如果数值小于0，则分配为零的发送功率。至于帧偏移，组内的全部组成员使用相同的帧偏移。
除上述信道共享之外，本发明的集群系统还通过实现休眠机构来提高系统资源的使用效率。使用两个定时器监视群呼活动。第一个定时器是无活动定时器，用于监视群呼上数据链路的活动。当无活动定时器超时时，群呼被标记为处于休眠状态。这里，第二个定时器即休眠定时器被启动以监视休眠群呼并且控制休眠状态的群呼。当休眠定时器超时时，群呼被完全从休眠状态释放。两种定时器中的任意一种或两种均可以是可配置的。可配置的休眠定时器可以长于无活动定时器，以保证群呼的服务质量。
在一个实现中，当群呼的数据链路上没有正发送的数据时，无活动定时器被启动，使得群呼被从活跃状态设置为不活跃状态。在不活跃状态中，通过在保持所有物理信道活跃的同时只发送前向和反向链路功率控制信号以及反向链路导频，系统保持最小发送功率。当休眠定时器开始针对休眠状态的运行时，系统可以被配置成从休眠群呼中释放至少一个或全部物理信道。因此，当群呼从休眠状态重新激活时，如果物理信道被全部释放，则全部物理信道需要被再次建立。
例如根据蜂窝运营商的需要，无活动定时器可以被配置成具有期望的定时器周期。这种定时器的长度表示无线资源的使用和PTT请求的延迟之间的折衷。当无活动定时器设定的时间很短时，群呼更加经常地进入休眠状态。这种策略可以节省无线资源。然而由于当群呼被从休眠状态重新激活时该延迟对于第一个PTT请求而言太大，平均延迟被提高。另一方面，如果设置定时较长的无活动定时器，则平均延迟被缩减，其代价是其它群呼和服务的无线资源更为有限。总的来说，期望为无活动定时器配置较长时间的定时以缩减建立群呼时的平均延迟。当存在空中链路容量或信道单元资源的短缺时，通过在无活动定时器超时之前，使群呼进入休眠状态，无线资源管理器/调度服务器可以主动跳过长定时的无活动定时器。
在上述集群系统的实现中，移动站、空中接口和网络接口可以被专门配置成满足某些要求。在移动站中，可以允许将前向传输和反向传输信道的长码屏蔽寄存器配置成不同的数值。需要改变呼叫流程以适应群呼处理。各个移动站可以支持群呼的新服务选项，新服务选项允许通过R-DCCH发送群呼语音帧和从F-SCH接收群呼语音帧。至于网络接口，如图所示，除用于各种CDMA2000标准下的普通分组数据服务的PCF 152和PDSN 154之外，本发明的集群系统还增加了调度服务器172和客户端160以便通过分组数据网102处理群呼。
集群系统被设计成使用集群消息，例如SDB格式的组建立消息、群呼消息和PTT消息在集群设备和调度客户端/服务器之间进行通信。组建立消息包含组成员增加消息(ACH、EACH、R-DCCH)和组成员清除消息(ACH、EACH、R-DCCH)。群呼消息包含群呼请求消息(ACH、EACH)，群呼连接消息(PCH)，群呼释放消息(F/R-DCCH、PCH、ACH、EACH)，群呼拒绝和组成员释放消息(R-DCCH)。PTT消息包含PTT请求(R-DCCH)，PTT准许(F-DCCH)，PTT释放(F/R-DCCH)和PTT释放确认(F/R-DCCH)。
集群系统的另一个期望特性是语音回馈消除机构。在群呼会话期间，可以防止发起移动站接收其在F-SCH上调度的语音数据。回馈数据类似于回声，并且在多数应用中是不期望的。发起移动站使用PTT释放消息向调度服务器指示从反向链路的数据传送的完成。当其完成在F-SCH上对发起方数据的调度，并且从发起移动站接收到PTT释放消息时，调度服务器使用PTT释放确认消息的可靠传送通知发起移动站。发起移动站被允许在其接收PTT释放确认消息之后接收F-SCH上其它用户的数据。在发送PTT释放消息之后，移动站可以启动回馈消除定时器。如果定时器超时并且PTT释放确认未被接收，则MS可以禁止定时器并且允许接收F-SCH上的用户数据。
图7和8分别示了出基于上述集群系统建立群呼和建立PTT的操作流程。箭头连线表示各个通信信道或信号的方向。各个箭头连线上方的文字表示各个信号的内容或操作，而各个箭头连线下面的文字是信号或信道的名称。例如，″F-PCH″表示前向寻呼信道，而″ECAM″表示扩展信道分配消息。用于图7和8中操作的控制机构和其它控制功能可以被实现成图1系统中不同位置的存储单元中的机器可读编程指令或软件模块，以控制硬件设备。
在图1中示出的上述集群系统中，示出的PDSN 154和调度服务节点170共享相同的分组数据网102。在这种网络配置下，集群系统中的PTT语音数据包和普通数据服务的数据包通过相同的网络102被传送。当共享网络102中存在高流量传输时，普通数据服务和PTT服务的服务质量会受到不利影响。然而，图9图解了可选系统体系结构，其中两个分立的分组数据网102A和102B被实现以消除上述共享。诸如1号IP网络的分组数据网络102A被连接到调度客户端130和调度服务节点170以处理PTT服务的数据包。诸如2号IP网络的分组数据网络102B被连接到PCF 152和PDSN 154以处理针对普通分组数据服务的数据包。当应用于这种系统体系结构时，图1中集群系统的一般操作基本上保持不变。
图10示出另一个具有不同集群系统的CDMA系统，其中PDSN 154被连接在调度客户端160和调度服务节点170之间。可以控制这种系统以执行类似于针对图1中系统描述的群呼功能。然而由于PDSN 154位于调度客户端160和调度服务器172之间的路径上，可能导致额外的延迟。
另外，上述集群系统可以被设计成提供群呼的“始终接通”(”always-on″)服务，以避免针对服务商的初始拨号。此外，各个调度客户端160可以被连接到两个或更多基站控制器130。
只有少数实现被公开。然而应当理解，在不背离本发明宗旨的前提下可作出各种改变和加强，并且这些改变和加强均被包含在所附权利要求限定的范围内。

Claims (63)

1.一种CDMA数字集群系统，其特征在于，包括：
多个基站，在空间上分布以便通过无线电链路与各移动通信设备通信；
多个基站控制器，均连接到多个基站；
移动交换中心，被相连以便将所述基站控制器连接到公共电话网；
多个分组控制功能设备，分别连接到所述基站控制器，以便通过基站收发信机BTS将数据包传送至移动通信设备，以及从所述移动通信设备接收数据包；
分组数据服务节点，连接到所述分组控制功能设备以便向移动通信设备提供分组数据服务；以及
多个调度客户端，分别连接到所述基站控制器，以便将群呼数据包传送至用户组的移动通信设备，以及从所述移动通信设备接收数据包，其中每个组的成员共享用于数据包传输的公共集群数据链路；
调度服务节点，包括至少一个调度服务器，连接到分组数据网络，以便与所述调度客户端通信，其中所述调度服务器和所述调度客户端结合操作以便为每个组内的群呼提供″一按即通″功能。
2.如权利要求1所述的系统，其中调度服务节点还包括用于存储有关群组和组成员资格的信息的组注册数据库，用于认证群呼的安全服务器，以及用于提供群呼中组成员的位置信息的调度位置服务器；其中所述调度服务器与所述组注册数据库、所述安全服务器和所述调度位置服务器通信，并且被连接以便接收用于处理群呼的群呼信息。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分组数据服务节点与所述调度客户端和调度服务器连接，共享所述分组数据网络。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分组数据网络是因特网协议网络。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述分组数据服务节点位于调度客户端和所述调度服务器之间的通信路径上。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分组控制功能设备被连接到第二分组数据网络，该第二分组数据网络与所述分组数据网络分离。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，每个调度客户端通过提供用户数据传输路径的第一接口和提供信令连接的第二接口与连接的基站控制器通信，并且通过提供用户数据传输路径的第三接口和提供信令连接的第四接口与所述调度服务器通信。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一、第二接口分别是A8、A9接口，或者分别不是A8、A9接口。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的第三和第四接口分别是A10、A11接口，或者所述的第三和第四接口分别不是A10、A11接口。
10.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述调度位置服务器通过所述分组数据网络被连接到所述调度服务器，或者所述调度位置服务器与所述调度服务器集成并且不通过所述分组数据网络与所述调度服务器直接通信。
11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包含消息路由器，所述消息路由器根据服务类别通过对应的调度客户端向所述调度服务器引导集群消息，向所述分组数据服务节点引导分组数据服务的消息，并且向所述移动交换中心引导普通语音或数据呼叫的消息。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在每个调度客户端和所述调度服务器之间提供公共集群消息链路以便发送集群消息。
13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成处理具有短数据包格式的集群消息。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在每个集群消息中包含群呼服务类别的数据字段，和群组与组成员的地址信息。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在每个调度客户端和所述调度服务器之间具有一协议，该协议不具有点到点协议层。
16.如权利要求2所述的系统，其特征在于，被配置成支持在所述组注册数据库中注册的固定群组，和不在所述组注册数据库中注册的临时群组。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，被配置成只授权固定群组中的选定成员通过向所述组注册数据库发送消息来改变所述固定群组的成员资格。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，被配置成：授权临时群组中的任何成员通过向所述调度服务器发送具有所述临时群组中成员的电话号码表的消息来改变所述临时群组的成员资格，其中不向所述组注册数据库发送消息。
19.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成：
根据提供给所述调度服务器的所述组成员的位置信息，响应来自群组的群呼请求而寻呼所述群组的成员；
通过检查有关所述群组的信息、成员资格信息和有关每个成员的网络注册的信息，认证所述群呼请求；以及
针对所述群组中的每个移动通信设备，禁止休眠状态下的时隙化模式。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，在执行寻呼时，命令对应的调度客户端向每个定位和寻呼组成员的基站控制器发送寻呼信号。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，命令所述调度服务器检查所述有关群组的信息和所述成员资格信息。
22.如权利要求19所述的系统，其特征在于，从所述移动交换中心接收所述有关每个成员的网络注册的信息。
23.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述调度服务器被配置成包含划分群呼请求优先级的仲裁机构。
24.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在从对应群组接收到释放信号之后释放群呼。
25.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在从对应群组接收到释放信号之前释放群呼。
26.如权利要求1所述的系统，其特征在于，如此形成所述群呼，使得所述群呼在保持休眠状态一个时间段之后释放。
27.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成允许组成员在群呼期间加入所述群呼。
28.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成允许所述调度服务器定期寻呼进行中的群呼中缺席的组成员以加入所述群呼。
29.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移动交换中心被配置成对通过所述CDMA数字集群系统的群呼进行计费。
30.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在群呼中建立前向信道，所述前向信道包括：
前向专用控制信道，用于传递针对每个群组成员的信令消息和功率控制信息，以及
前向补充信道，所述前向补充信道传递所述群呼的用户数据，并且被所述群组的成员共享。
31.如权利要求30所述的系统，其特征在于，所述前向补充信道中的公共Walsh码被扇区化小区结构中的公共扇区内的组成员共享。
32.如权利要求31所述的系统，其特征在于，为每个组成员的每个前向专用控制信道分配唯一的Walsh码。
33.如权利要求31所述的系统，其特征在于，被配置成在所述前向专用控制信道上具有第一功率控制信道，并且在所述前向补充信道上具有独立的第二功率控制信道。
34.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成为群组的每个组成员提供单个反向专用控制信道以传递信令消息、功率控制信息和用户数据传输。
35.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成为群组的每个组成员提供反向专用控制信道以传递信令消息和功率控制信息，并且提供反向补充信道以传递用户数据传输。
36.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成支持软切换和更软的切换。
37.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成在群呼期间为群组的组成员提供公共帧偏移。
38.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成监视群呼的活动，并且当在一时间段内所述群呼中没有发送数据之后，将群呼设置到休眠状态，其中为其它服务释放至少一个物理信道。
39.如权利要求38所述的系统，其特征在于，进一步被配置成，当系统资源存在短缺时，在所述时间段超时之前将所述群呼设置到所述休眠状态。
40.如权利要求1所述的系统，其特征在于，被配置成包含语音回馈消除机构，该机构在处理群呼时防止组成员发出的用户数据返回到所述该组成员。
41.一种CDMA数字集群系统，其特征在于，包括：
具有连接到公共电话交换网络的CDMA网络，可向移动通信设备提供语音和数据呼叫服务；
分组数据系统，连接到所述CDMA网络以便向移动通信设备提供分组数据服务；以及
第一集群系统，连接到所述CDMA网络和分组数据网络以便通过分组数据网络向移动通信设备提供群呼服务，所述第一集群系统包括多个调度客户端，与所述CDMA网络通信以对群组的移动通信设备发送或接收群呼数据包，其中每个群组的成员共享用于传输数据包的公共集群数据链路，和调度服务器，连接到所述分组数据网络并且与所述调度客户端通信以便处理群呼。
42.如权利要求41所述的系统，其特征在于，所述CDMA网络被配置成与CDMA2000 1X、CDMA2000 1xEV-D0和CDMA2000 1xEV-DV的一种或多种兼容。
43.如权利要求41所述的系统，其特征在于，所述分组数据系统被连接以便通过所述第一集群系统共享的相同分组数据网络提供分组数据服务。
44.如权利要求43所述的系统，其特征在于，分组数据网络是因特网协议网络。
45.如权利要求41所述的系统，其特征在于，所述分组数据系统被连接以便通过另一个分组数据网络提供分组数据服务，所述另一个分组数据网络与所述第一集群系统使用的分组数据网络分离。
46.如权利要求41所述的系统，其特征在于，分组数据网络是因特网协议网络，并且所述第一集群系统被配置成通过所述分组数据网络在每个调度客户端和所述调度服务器之间发送数据包，而所述数据包没有来自点到点协议的头。
47.一种CDMA数字集群系统，其特征在于，包括：
CDMA集群系统，连接到CDMA网络和分组数据网络以便通过分组数据网络向CDMA网络中的移动通信设备提供群呼服务，所述CDMA集群系统包括：
多个调度客户端，与CDMA网络通信以便对群组的移动通信设备发送或接收群呼数据包，其中每个群组的成员共享用于数据包传输的公共集群数据链路，以及
调度服务器，连接到所述分组数据网络并且与所述调度客户端通信以便处理群呼。
48.如权利要求47所述的系统，其特征在于，所述CDMA集群系统还包含用于存储有关群组和组成员资格的信息的组注册数据库，用于认证群呼的安全服务器，和用于提供群呼中组成员的位置信息的调度位置服务器，其中所述调度服务器与所述组注册数据库、所述安全服务器和所述调度位置服务器通信，并且被连接以便接收用于处理群呼的群呼信息。
49.如权利要求48所述的系统，其特征在于，所述CDMA数字集群系统还包含消息路由器，消息路由器根据服务类别通过对应调度客户端将集群消息引导到所述调度服务器，并且将其它消息引导到CDMA网络。
50.如权利要求49所述的系统，其特征在于，所述CDMA集群系统被配置成在每个调度客户端和所述调度服务器之间提供公共集群消息链路以便发送集群消息。
51.如权利要求49所述的系统，其特征在于，所述CDMA集群系统被配置成在每个调度客户端和所述调度服务器之间具有一协议，该协议不具有点到点协议层。
52.在CDMA数字集群系统中实现群呼服务的方法，其特征在于，该方法包括：
在CDMA系统中提供多个调度客户端，以便通过分组数据网络向控制和管理群呼的调度服务器调度群呼请求；
使用通过分组数据网络的公共集群消息链路在调度客户端和调度服务器之间发送集群消息；以及
在调度服务器和每个调度客户端之间使用针对每个群组的单个集群数据链路，使得在通过分组数据网络发送用户数据时，多个组成员共享单个集群数据链路。
53.如权利要求52所述的方法，其特征在于，集群消息具有短数据包格式。
54.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括根据来自CDMA系统中基站控制器的信号的服务类别信息过滤该信号，以便将普通呼叫消息路由到CDMA系统中的移动交换中心，并且通过公共集群消息链路将集群消息路由到调度服务器。
55.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括将群呼的组划分成在CDMA系统中注册的固定组，和不在CDMA系统中注册的临时组。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，还包括：
提供产生和维护固定组的标识信息的系统机构；
在每个固定组中分配组长以管理组成员资格和群呼；以及
提供用户机构以产生和维护临时组，以及启动群呼。
57.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括：
根据群组的组标识信息和群组的成员资格认证群呼；以及
检查移动站是否在CDMA系统中注册。
58.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括：
提供无活动定时器以监视群呼的数据链路；
在无活动定时器超时之后，启动休眠定时器以便将数据链路设置到休眠状态，在休眠状态中释放至少一个物理信道；以及
当休眠定时器超时时释放群呼。
59.如权利要求58所述的方法，其特征在于，还包括提供一种机构，该机构在无活动定时器超时之前跳过无活动定时器以便将群呼的数据链路设置到休眠状态。
60.如权利要求59所述的方法，其特征在于，还包括当系统中链路资源较少时调用该机构。
61.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括在处理群呼时提供语音回馈消除。
62.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括提供当群呼处于休眠状态时禁止时隙化模式的机构。
63.如权利要求52所述的方法，其特征在于，还包括：
根据组成员的位置信息，响应来自群组的群呼请求而寻呼群组的成员；
通过检查有关群组的标识信息、成员资格信息和有关每个成员的网络注册的信息，认证群呼请求；以及
针对群组中的每个移动通信设备，禁止休眠状态下的时隙化模式。
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