CN1115063C - 用于蜂窝通信系统低功率移动单元的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于在蜂窝通信系统(102)中有效地利用功率和带宽的方法和装置，其中，移动单元最好在其与基地台之间的通信已经超过了由一空闲定时器(601)测量的预定时间之后进入睡眠模式。当唤醒定时器(601)生效后，移动单元从睡眠模式(603)唤醒以确定是否有消息待传送。同时，基地台向所有移动单元播发一条临时设备标识符通知消息以知会每个具有待传送消息的移动单元。当唤醒接收消息时，移动单元确定传送质量，若没有发现较好信道，则移动单元返回睡眠模式，即使移动单元可能位于与同时分配给该移动单元的基地台关联的一个网元中。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备，尤其涉及用于降低蜂窝通信网络中使用的移动通信单元的功耗和增加频率效率的方法和装置。
背景技术
长期以来，通信工程师的一个目标是建立一个移动通信网，以允许个人与其他人保持无线通信。如今通过一种通常被称为高级移动电话服务(AMPS)的移动蜂窝通信系统实现了这一目标，其中将一个区域在地理上划分成网元。除高级移动电话服务之外，已实现了蜂窝数字包数据(CDPD)系统以允许数字数据的无线通信。蜂窝系统中的典型网元可以是扇形区化的或全方向的。在一个扇形网元中，可在服务于该网元不同区域的几个天线中划分覆盖范围。通常，在一个扇形网元中采用三到六个扇形区。与每个网元扇形区相关的一个基地台控制接入移动单元(通常是移动/蜂窝电话)的空中链路。
图1说明为覆盖相对大的地区而排列的多个扇形网元102。图2说明一个单一的扇形网元102。每个网元102一般具有三个扇形区103，每个扇形区由对应的具有一个独立天线的一个基地台101a、101b、101c服务。每个扇形区103具有一个“脚印”105(即在基地台101发送和接收信号的范围内的区域)，扇形区与扇形区间的脚印的尺度和形状可以不同。根据蜂窝通信系统的一种实施方案，最好将网元边界定义为一组连接点，如在移动单元109所观察到的，每个连接点具有相等的接收功率。图2中所示的虚线105表示脚印边界。通常，多个网元102相邻排列，以使相邻网元102的扇形区103重叠。一般来说，相邻网元102的扇形区103的这种重叠确保了移动单元109从任何位置可与至少一个基地台101保持联系。
移动数据接口系统(MDIS)112必须了解在每个网元中的是哪个移动单元109，以便可正确地选定与该移动单元109通信的路由。另外，移动单元109必须了解在哪个正向和反向信道上接收和发送。根据一种蜂窝系统，移动单元109将在其上接收和发送的特定正向和反向信道取决于移动单元109在可用的正向信道上接收的信号的相对信号质量。如果移动单元109离开一个网元并试图在与该网元相关的正向信道上发送，则增加了该发送与试图在同一条反向信道上与其它基地台通信的其它移动单元109产生干扰的机会。这很可能是由于把相同频率分配给多于一个基地台所致，如图3所示。这些基地台被分开一个距离以便足以防止相互干扰，该距离使每个移动单元109仅在该网元边界内时发送该频率。
移动单元109离开正向其发送和正从其接收的基地台时，它所接收的信号质量将逐渐降低。同时，出现在移动单元109正向其接近的相邻基地台的正向信道上的信号质量将逐渐改善。根据该网元数字包数据系统，当相邻基地台的信号质量变得比所选择基地台的信号质量强时，则假设移动单元109已进入一个新网元。此刻，移动单元109执行向相邻网元内基地台的网元转换。
在移动单元109正常工作期间消耗相对大量功率时，发送通知移动数据接口系统112已执行网元转换的消息和监测信号质量以确定何时需要网元转换的需求一般不成问题。例如，需要手机频繁和/或相对长时间周期发送。因此，由监测和发送网元转换请求所消耗的功率量通常不是电池功率消耗的主要部分。然而，期望其它类型的移动单元109消耗更少的功率并具有更长的电池寿命。例如，通常期望寻呼机具有延续多达一个月或更长的电池寿命。重复监测正向信道和每当跨越网元边界发送通知移动数据接口系统112已发生网元转换的消息需要大量功率。就是说，检测每个正向信道需要移动单元109首先对每个正向信道接收一段时间。然后，必须比较每个信道的信号质量以确定哪个正向信道具有最好的信号质量。在具有通过进入休止状态或“睡眠模式”限定功率消耗能力的系统中，这样的监测需要唤醒移动单元109以便执行监测功能。执行发送网元转换消息的频度通常要比监测的频度低得多，但需要相对大量的功率。
因此，由于与网元系统相关的功率需求(即监测正向信道和进行网元转换所需要的)和希望为寻呼机提供更长的电池寿命，服务提供者目前在寻呼系统中不使用蜂窝通信技术。相反，如今一般借助在每个基地台通过使用相同发送频率的地区内的每个基地台播发一个寻呼来进行寻呼，从而不必监测正向信道并进行网元转换。这种广播通常被称为“联播”。由用户已预订的服务性质确定该地区。例如，当一个寻呼服务用户向一个特定服务提供者预订寻呼服务时，该用户针对一个特定地理服务区，例如南加州预订该服务。然后在该用户已经付服务费的地理服务区中的每个基地台上发送该用户的寻呼。
为每个用户提供一个移动接收机并指定一个唯一的用户号码。用户号码允许专门用来识别每个用户，并由此进行联络。在一个联播系统中，当服务提供者接收到一个针对该用户的寻呼时，服务提供者不知道该用户的移动接收机将在哪儿。因此，通过在整个服务区中的每个基地台联播一个信号寻呼该用户。所发送的信号表明通过发送唯一的用户号码有一个给该用户的消息。在如今使用的许多寻呼系统中，寻呼机一般只需接收消息。然而，如今用于寻呼的某些系统在接收一条消息时从寻呼机送出一个确认信号。
寻呼系统还可通过在正常条件下使每个基地台针对正被寻呼的那些用户发送一个完整的用户号码表来减少移动单元109的功率需求。如果用户的寻呼机装置没有在表中查看到其号码，则可恢复到睡眠模式，直到下一个表到达。如果寻呼机检测到其用户号码，该寻呼机则连续接收来自基地台的发送，以试图接收预定给该用户的消息。接收到预定给该用户的消息后，除再次发送用户表期间的正常间隔外，移动单元109停止监测正向信道。由于向每个服务提供者指定相对有限的带宽(通常为50KHz)，该联播寻呼方案的使用限定了可有效服务的用户的数量，在联系用户所需的时间中没有扩展的延迟。由于在蜂窝通信系统中，到移动单元109的正向发送仅通过与移动单元109相关的特定基地台路由选择，可以看到在蜂窝通信系统中可能有更大的容量和更低的延迟。然而，目前为减少移动单元109的功率需求，这些优点被牺牲了。
因此，希望提供一种蜂窝通信系统，其中减少了移动单元的功率需求，以便在不必牺牲带宽和/或电池寿命的情况下可实现蜂窝通信的优点。还希望提供一种允许更有效地使用寻呼方案中的可用带宽，但不需要频繁发送控制和系统维护，并因此相对有效地使用功率的方法和装置。
发明内容
本发明是一种有效使用蜂窝通信系统中功率和带宽的方法和装置。根据本发明的一个实施例，移动单元包括一个接收机、一个发射机、和控制接收机和发射机操作的处理器。移动单元经一空中链路与一个基地台通信。多个基地台分别耦合到一个中间系统(IS)。该中间系统担负在一个移动单元和连接到诸如常规公共交换电话网(PSTN)、公共数据网和/或专用数据网之类的其它网络的装置之间的路由选择消息。
每个移动单元一次一般仅与一个基地台建立一个空中链路。必须在该移动单元与一个不同基地台建立一个空中链路前发生网元转换。每个基地台担负在一特定区(即一个“网元”)内建立到多个移动单元的一个空中链路。该空中链路完成一个中间系统和每个移动单元之间的通信链路。每个移动单元可自由移入和移出一个网元。根据本发明的一个实施例，由移动单元内的处理器实现的无线电资源管理机构(RRME)负责确保该移动单元链接到最适合的基地台。就是说，随着移动单元在网元间移动，无线电资源管理机构负责确保该移动单元与最适合的基地台联络。无线电资源管理机构确定哪个基地台最适合的一种方式是测量一个或多个正向链路特性，例如“接收信号强度指示”(RSSI)或“比特差错率”(BER)。然后选择正在发送具有最佳信号质量的正向信道的基地台。根据本发明，在最初向移动单元施加功率时，该移动单元最好与具有最佳正向信道信号特性的基地台建立空中链路。建立该空中链路时，向该移动单元分配一个用于识别该特定移动单元的临时设备标识符(TEI)，直到该移动单元请求一个新临时设备标识符，或中间系统确定该移动单元已离开该网络，也可在退出前由移动单元发送的消息或由来自缺乏活动性的移动单元触发的超时确定。中间系统保持表明每个移动单元已与之建立空中链路的基地台的记录。
为节省电能，根据本发明的移动单元包括一个“睡眠模式”，在“睡眠模式”中，除以正常间隔将移动单元从睡眠模式唤醒的“唤醒定时器”之外，移动单元基本上失去所有功能。这包括失去接收和发送处理功能。睡眠模式期间，移动单元消耗的功率量明显减少。在由一个“空闲定时器”测量的预定时间量内移动单元和基地台之间不出现通信时，移动单元最好进入睡眠模式。在本发明的优选实施例中，移动单元和中间系统都有独立运行的空闲定时器。当出现从移动单元向中间系统的通信时，这些空闲定时器复位。每当唤醒定时器终止时，唤醒移动单元在正向信道上接收一个临时设备标识符消息(称之为“临时设备标识符通知”消息)。同时，从基地台经正向信道发送临时设备标识符通知消息。临时设备标识符通知消息最好包含与具有待定给它们消息的移动单元相关的所有临时设备标识符的表。根据本发明的优选实施例，登记到网络上的每个移动单元与识别预定给该移动单元的通信的唯一临时设备标识符相关。当移动单元内的空闲定时器终止时，移动单元进入睡眠模式，并且中间系统假设当中间系统内的空闲定时器终止时，移动单元将处在睡眠模式。
中间系统内的通知定时器近似地指示基地台何时将发送临时设备标识符通知消息。因此，中间系统内的通知定时器和每个移动单元内的唤醒定时器应一致。在移动单元初始建立通信并与一个基地台同步时最好出现这种一致性。一个系统参数确定基地台将发送这些通知的间隔以及唤醒定时器和中间系统内通知定时器的定时器值。一旦移动单元进入睡眠模式，移动单元仅在唤醒定时器终止时接收发送。为接收临时设备标识符通知消息而唤醒时，移动单元确定发送质量是否至少满足允许移动单元对临时设备标识符通知消息译码。如果满足最低要求，并且临时设备标识符通知消息没表明该数据待定给该移动单元，移动单元则返回睡眠，即使移动单元驻留在除移动单元目前通过它与网络通信的基地台相关的网元外的一个网元中。通过保持基地台与移动单元之间的空中链路，即使在移动单元已离开与保持该空中链路的基地台相关的网元之后，移动单元不需要选择新的基地台，因此不需要发送告知中间系统已选择另一个基地台的消息。因此，明显降低了移动单元的功率需求。一旦移动单元内的无线电资源管理机构确定因正向信道信号质量下降而不再能从基地台准确地接收正向发送时，移动单元将使一个实质上常规的网元转换发生。就是说，移动单元最好确定哪个正向信道具有最好的特性，并经新选择的基地台向中间系统发送一个消息。中间系统则确保未来的消息经新基地台路由选择到移动单元。
本发明的移动单元在正常条件下不监测正向信道，而是等待，直到移动单元正在其上接收的正向信道的信号质量已下降，以致不再能可靠地对临时设备标识符通知消息译码，或临时设备标识符通知消息表明有一个待定消息。因此，仅需要将移动单元唤醒相对短的时间周期以接收临时设备标识符通知信息，即使移动单元离开一个网元。由于移动单元将被唤醒较短时间和完成更少的处理，这样就节省了相当大的功率。此外，由于本发明最好与同一基地台保持联络直到一个待定寻呼给该移动单元或不再能对临时设备标识符通知消息的发送译码，所以网元转换次数明显减少。
由于人们一般停留在相对有限地区中，一个移动单元必须监测所有正向信道或发送一个网元转换消息的次数明显减少。例如，在两个网元之间的边界附近使用的一个移动单元可能遇到最好的服务基地台在一天过程中或甚至几分种的间隔内改变多次的情况。另外，将移动单元的位置改变几英尺可能使一个特定正向信道的相对信号强度改变20dB或更多，以致在一个网元的边界附近，携带移动单元的人只是通过移动其椅子的位置就可改变最好的服务基地台。根据现有技术的系统，每当发生一次这样的移动时，移动单元可能必须执行一次网元转换，从而消耗了移动单元中大量的电池功率，并且还不必要地使用空中链路容量以发送为路由选择目的而由中间系统使用的附加消息。根据本发明，只有当一个消息发送到一移动单元时，该移动单元才会尝试网元转换。否则，该移动单元继续收听同一个基地台。
本发明提供一种方法用于管理一个移动单元和一个允许移动单元通过一个唯一基地台联络的中间系统之间的通信并且就移动单元而言使其功率很有效率。当移动单元是移动寻呼机或预定相对较少地接收或发送相对短的脉冲串消息的其它这类装置时，尤其实现了这些优点。
本发明提供一种通过无线蜂窝通信网络在一个正向信道接收信号和在一个反向信道上发送信号的低功率移动单元，包括：(a)
一个接收机，用于通过正向信道接收信号，所述接收机定时从一个当前正向信道接收通知消息，并且定时测量正向信道中至少所述当前正向信道的信号质量；(b)一个发射机，用于通过反向信道发射信号；以及(c)一个管理机构，与所述接收机和发射机连接，所述低功率移动单元的管理机构用于：(1)定时从接收机接收包括用户号码的通知消息，通知消息中的每个用户号码与有待处理数据的移动单元相关，所述低功率移动单元确定是否其用户号码在所述通知消息中；(2)定时从接收机接收当前正向信道信号质量的指示；(3)(i)定时将当前正向信道的信号质量与至少一个其它正向信道的信号质量比较，(ii)定时识别具有最高信号质量的一个新的正向信道，和(iii)如果接收机接收到带有与低功率移动单元相关的用户号码的通知消息，或者如果管理机构确定当前正向信道的信号质量低于最低质量等级，则向发射机提供将在与新的正向信道相关的一个反向信道上发送的网元转换消息，以改变通信信道，否则管理机构继续使所述低功率移动单元在当前正向信道上与蜂窝网络通信。
本发明还提供一种用于具有多个基地台的蜂窝通信网络的移动单元，每个基地台与一个网元相关，该移动单元的特征在于包括：(a)一个接收机，用于从多个基地台通过正向信道接收信号，并用于定时通过一个正向信道接收通知消息；(b)一个耦合到该接收机的管理机构，用于：(i)请求该接收机尝试定时以预定间隔从一个特定基地台接收通知消息，而与该移动单元是否停留在与该基地台相关的网元内无关；(ii)当不能以预定间隔通过第一个选定的正向信道成功接收通知消息时，扫描从与移动单元位于其中的网元相关的基地台发送的一个正向信道，并尝试通过从该基地台发送的一个正向信道接收通知消息；(iii)当成功接收一通知消息时，确定是否在通知消息内对与移动单元相关的代码编码，如果是，通过与移动单元目前位于其中的网元相关的基地台确认接收该代码；其中，该移动单元在离开与一个特定基地台相关的网元后从该特定基地台连续接收通知消息，直到该移动单元不能从该基地台成功地接收一通知消息，或直到通知消息之一包括与该移动单元相关的一个代码。
本发明还提供一种在蜂窝通信系统内的一个基地台和一个移动单元之间通信的方法，其特征在于包括：(a)扫描可用的正向信道以确定一个移动单元最初位于其中的网元；(b)在该移动单元和与该移动单元最初位于其中的网元相关的基地台之间建立一个空中链路；和(c)在移动单元离开与最初基地台相关的网元后尝试从该最初基地台接收消息，除非：(i)移动单元将响应所接收的消息；或(ii)移动单元内不再能成功地接收由该最初基地台发送的消息；以及(d)在该移动单元和与该移动单元当前位于其中的网元相关的基地台之间建立一个空中链路，条件是：(i)该移动单元将响应从最初基地台所接收的消息；或(ii)移动单元内不再能成功地接收由该最初基地台发送的消息。
在一个蜂窝通信系统中使用的移动寻呼装置中节省功率的方法，其特征在于包括以下步骤：(a)提供移动寻呼装置，该移动寻呼装置包括一个接收机、发射机和一个用于控制所述接收机和发射机的处理器；(b)当从与当前信道有关的第一个网元移动到与另一个信道有关的另一个网元时不把该移动装置中的信道从一个当前信道改变为另一个信道，以便节省功率；(c)在网元中该移动寻呼装置没有通信的第一预先确定的时间逝去后，定时使该移动寻呼装置的接收机和发射机减活，以便节省功率；(d)在接收机和发射机减活的第二预先确定的时间逝去后，定时启动接收机，以便接收通知消息。
在附图和下面的描述中说明了本发明优选实施例的细节。一旦了解了本发明的细节，许多附加的改进和变化对本领域的技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
当结合附图阅读时，从下面的详细描述将更容易理解本发明的目的、优点和特性，其中：
图1说明为覆盖相对大的地区排列的多个扇形网元。
图2说明一个单一的扇形网元。
图3说明如何将频率分配给网元。
图4是根据本发明一个实施例的移动单元的逻辑方框图。
图5是当从中间系统接收将发送到移动单元的数据时根据本发明的基地台遵循的程序的高级流程图。
图6是移动单元遵循的程序的高级流程图。
各附图中相同的参考标号和标志是指相同元件。
在整个描述中，应将所示的优选实施例和实例看作是示范，而不是对本发明的限定。
具体实施方式
本发明是一种在蜂窝通信系统中有效使用功率和带宽并且特别用于诸如寻呼系统之类的窄带专用通信系统(PCS)的方法和装置。在此引入下面两份待审美国专利作为参考，两份专利转让给了本申请的受让人。两份专利的名称为“在移动包数据通信系统中控制无线用户站服从功率消耗制约的方法和装置”以及“在蜂窝通信系统中频率再用的时间共用方法和装置”。
图4是根据本发明一个实施例的移动单元401的逻辑方框图。由于本发明扫描可用的正向信道，仅当(1)移动单元401正试图接收的正向信道的信号质量如此之差以致移动单元401不能对临时设备标识符通知消息译码，或(2)临时设备标识符通知消息包括该移动单元401的临时设备标识符时，尝试进行网元转换，本发明的移动单元401延长了电池寿命并有效地使用可用的带宽。根据本发明的一个实施例，在检测与移动单元401相关的临时设备标识符时，移动单元401总是试图找出最好的正向信道。然而，在一个替换实施例中，可采用附加或替换标准(例如信号质量、自最后扫描一个更好信道起算的时间量等)确定是否扫描到一个更好的正向信道。
基地台
根据本发明，蜂窝系统中的基地台411用来路由选择到一个特定移动单元401的消息。如同在任何常规蜂窝通信系统中，路由选择一个消息到移动单元401的特定基地台411取决于移动单元的地理位置。根据本发明，当移动单元401最初开始工作时，移动单元401扫描可用的正向信道并与正在发送最高质量正向信道的基地台411建立空中链路。选择最佳服务基地台411时，移动单元401首先执行一物理层捕获，其中移动单元401与正向信道同步并开始从物理层提取信道状态标记和消息数据块。然后，移动单元401执行其中与中间系统建立登记的数据链路建立程序。根据本发明，在数据链路建立程序期间，本发明的移动单元401可请求“睡眠模式”。一般来说，睡眠模式允许移动单元401使其接收机、发射机、和相关电路禁止或省电。数据链路建立期间，向移动单元401指定一个移动单元401和蜂窝通信网络将用来识别该移动单元401的临时设备标识符号码。基地台411与中间系统通信，中间系统通过移动单元401已与之建立空中链路的基地台411使预定给该移动单元401的消息被路由选择。如果在预定时间周期内基地台和移动单元401之间不在空中链路上交换帧，并且移动单元已请求睡眠模式，移动单元401则进入睡眠模式。根据本发明，中间系统保持一个与每个已与该基地台411建立一空中链路的移动单元相关的“空闲”定时器T203。中间系统假设当空闲定时器T203终止时，相关移动单元401处在睡眠模式。
图5是当从网络接收将要发送到一个移动单元401的数据时根据本发明的中间系统遵循的程序的高级流程图。首先，中间系统确定有待定数据的移动单元401是否处在睡眠模式(步骤501)。如果否，待定数据则排队发送到基地台411，然后在接下来的正常发送中到移动单元401。如果存在待定数据的移动单元410处在睡眠模式，则认为该数据为“待定”(步骤505)并将预定该数据的移动单元401的临时设备标识符加到临时设备标识符通知表(步骤507)。临时设备标识符通知表以预定间隔向网元中的所有移动单元401发送(步骤509)。根据本发明的一个实施例，基地台411内的一个媒体接入控制机构413以按数据块数量计数的预定间隔将临时设备标识符通知表插入正向信道。预定数量最好是一个系统参数。根据本发明的一个替换实施例，按时间而不是按数据块的数量测量临时设备标识符通知表发送之间的间隔。根据本发明的一个实施例，使用熟知的瑞得-所罗门(Reed-Solomon)数据编码方案对基地台411和移动单元401之间发送的信息编码。在这样的系统中，系统参数N210定义以瑞得-所罗门块测量的临时设备标识符通知表发送之间的间隔。根据本发明的一个实施例，N210的优选值是512。因此，以512个瑞得-所罗门块的间隔从基地台411发送临时设备标识符通知消息。
在该优选实施例中，媒体接入控制机构413通过确保在发送临时设备标识符通知表时出现的消息边界来保证临时设备标识符通知表的发送不会中断其它消息。到将开始临时设备标识符通知消息的时间仍未被完全发送的任何消息都被延迟。例如，如果在已发送接下来的三组数据后发送临时设备标识符通知表，并且接下来将发送具有四组数据的消息，该消息将被延迟。然后在临时设备标识符通知表后发送任何被延迟的消息。最好由已知的数据码型对临时设备标识符通知表定界，以允许接收移动单元401检测该表的开始和结尾。通过确保临时设备标识符通知表在正向信道内一个已知的位置开始，能使“睡眠”的移动单元401被及时唤醒以接收临时设备标识符通知消息。
然后，中间系统等待来自与临时设备标识符通知表中所列的临时设备标识符相关的每个移动单元401的通信(步骤511)。如果与一个所列临时设备标识符相关的一个移动单元401响应，则从临时设备标识符通知表取消该临时设备标识符(步骤513)。然后重新启动T203定时器(步骤514)。否则，使一个计数器递增以表示已进行第一次尝试(步骤515)，并且中间系统等待下一个临时设备标识符通知消息间隔(步骤509)。重复该过程直到所计数的尝试次数等于确定最大尝试次数的系统参数N204(步骤517)。如果尝试预定次数后该基地台不能通知待定数据的移动单元401，则放弃待定数据并且传送消息的尝试被中止。根据本发明的优选实施例，在数据链路建立程序期间，从中间系统经基地台411向移动单元401传送系统参数N204。在该优选实施例中，根据下面的等式将由基地台411进行尝试的最大次数设定为最接近的整数值：
N204＝最高限度[(N210×瑞得-所罗门块持续时间)/T204]网络参数
其中：
网络参数＝5
最高限度(x)＝值为x的整数或当x不是整数时从x起下一个较大的值
根据本发明的一个实施例，N204的优选值为16。因此，在有待定给移动单元401的数据时，中间系统将16次尝试通知移动单元401。
移动单元
图4所示的本发明移动单元401的实施例是按照工业规格CCITTX.200定义的概念成型的。本领域技术人员将会理解，图4中描绘的每个方框是由诸如微处理器、状态机、或专用电路之类的一个单一装置实现的，或可由几种具体装置实现的逻辑功能，每个方框专用于这些逻辑任务中的一个或多个。
图4所示的移动单元401包括一个无线电资源管理机构403、一个媒体接入控制机构405、一个物理服务接入点(PhSAP)407、和一个物理层机构409。物理层机构409是一个能经空中链路接收和发送数据的装置。例如，根据本发明的一个实施例，物理层机构409是一个具有一个射频(RF)接收机和发射机的调制解调器。物理层机构409由媒体接入控制机构405驱动。根据本发明的一个实施例，媒体接入控制机构405是一个实现媒体接入控制层协议的数字信号处理器(DSP)。至少一部分媒体接入控制机构405最好被实施为一个可在相对高速工作的应用专用集成电路(ASIC)，以便执行控制物理层机构409所需的实时功能。根据本发明的一个实施例，无线电资源管理机构403是一个负责物理层机构409的构型和管理的通用处理器。
物理层机构409和媒体接入控制机构405之间的交互作用最好在跨越物理服务接入点407时出现。因此，PhSAC 407控制物理层机构409和媒体接入控制机构405之间的协议。物理层机构409最好能执行下列服务：(1)调到一个专用射频信道对，用于在移动单元401和基地台411之间发送和接收的比特；(2)跨越射频信道对在移动单元和基地台之间发送和接收比特；(3)设定用于在移动单元401和基地台411之间发送比特的功率电平；(4)测量在移动单元401和基地台411处接收的比特的信号电平；和(5)为支持所采取的测量以节省电池功率而中止和恢复对移动单元中射频信道的监测。
移动单元401内的每个机构403、405、407、409除下列内容外基本如同现有技术中所熟知的那样工作。根据本发明的一个实施例，功率基元向无线电资源管理机构403提供控制移动单元401的发送功率的能力。这些功率基元包括：(1)通知无线电资源管理机构403接收波形的信号强度的Ph-QUALITY指示。根据本发明的优选实施例，Ph-QUALITY指示基元请求至少向无线电资源管理机构403提供接收信号强度指示参数，附加信号强度和质量参数也可与接收信号强度指示一起传送到无线电资源管理机构403。在一个替换实施例中，提供除接收信号强度指示之外的参数；和(2)允许无线电资源管理机构403指示物理层机构409进入睡眠模式的Ph-SLEEP请求。根据本发明的优选实施例，不存在与Ph-SLEEP请求基元相关的附加参数。
移动单元401保持一个与中间系统中设置的空闲定时器T203类似的空闲定时器T203。空闲定时器T203在预定时间结束时终止，以表明移动单元应进入睡眠模式。每当移动单元401经空中链路发送一帧时，定时器T203复位。
一旦处在睡眠模式中，移动单元401停止监测正向信道并且不在反向信道上发送。一个第二定时器T204表示中间系统借助临时设备标识符通知消息发送给临时设备标识符通知表中睡眠移动单元401的待定数据的通知的周期。使用该信道流的所有移动单元401必须使用系统参数N210与信道流临时设备标识符通知更新间隔同步，系统参数N210是作为每个临时设备标识符通知消息的一部分在正向信道上更新和发送的。在本发明的优选实施例中，根据下面的等式以秒为单位设定定时器T204为最接近的整数值：
T204＝(N210×瑞得-所罗门块持续时间)/3
根据本发明的一个实施例，定时器T204的系统缺省值是8秒。根据本发明，移动单元401可使用T204定时器，或一个以与在正向信道上发送数据块的速度相等的速度从N210值递减的计数器。移动单元最好保持一个以正向信道比特速度一倍的频率工作的自运行时钟。然后，该时钟用于确定码块边界并可用于对已出现的码块数计数。即使移动单元401正在睡眠，该时钟连续运行。因此，在临时设备标识符通知消息的发送之间保持移动单元401与基地台411之间的同步。作为替换，可将移动单元和基地台同步到按照以若干分之一秒测量的时间定义临时设备标识符通知表的发送之间间隔的时钟。
图6是移动单元401遵循的程序的高级流程图。随着周期T210等于N210而使计数器终止时(步骤601)，移动单元401内的无线电资源管理机构403使移动单元401退出睡眠模式(步骤603)。然后尝试接收正向信道以检测临时设备标识符通知消息(步骤605)。根据本发明的一个实施例，如果移动单元401不能对临时设备标识符通知消息解码(步骤606)，移动单元401则扫描可用的正向信道以搜索具有最佳信号质量的正向信道(步骤608)。如果没找到这样一个信道(步骤610)，移动单元401则再次等待要发送的下一个临时设备标识符通知消息(步骤605)。如果发现另一个具有更高质量的正向信道，移动单元401则尝试与发送该正向信道的基地台411建立通信(步骤612)。然后移动单元401等待临时设备标识符通知消息的间隔并再次尝试在新正向信道上接收临时设备标识符通知消息(605)。
如果可对临时设备标识符通知消息解码，然后则将定时器T210复位(步骤607)。如果在临时设备标识符通知表内有一个与接收移动单元401的临时设备标识符匹配的临时设备标识符(步骤609)，那么根据本发明的一个实施例，移动单元401扫描可用的正向信道，以确定移动单元401是否仍在与在其上已接收临时设备标识符通知消息的信道相关的网元内(步骤614)。确定哪个正向信道具有最佳信号质量时，移动单元401通过基地台411在与正向信道相关的反向信道上向中间系统发送一个确认(步骤613)。该确认表明移动单元已选择了哪个基地台。然后将定时器T203复位(步骤615)。如果临时设备标识符通知消息不包括接收移动单元401的临时设备标识符(步骤609)，移动单元401则返回睡眠模式(步骤617)。定时器T210复位(步骤619)，移动单元401再次等待直到定时器T210终止(步骤601)。
从上面的描述应清楚地了解到，本发明的移动单元401扫描可用的正向信道，仅当(1)移动单元401正尝试接收的正向信道的信号质量如此之差以致移动单元401不能对临时设备标识符通知消息译码，或(2)临时设备标识符通知消息包括该移动单元401的临时设备标识符时，尝试进行网元转换。根据本发明的一个实施例，移动单元401在接收包括与该移动单元401相关的临时设备标识符的临时设备标识符通知消息时总是试图寻找最佳正向信道。然而，在一个替换实施例中，可使用附加或替换标准(例如信号质量、自最后扫描一个更好信道起的时间量等)确定是否扫描更好的正向信道。
概括说明
根据本发明，一个移动单元401具有允许该移动单元401节省功率的“睡眠模式”。由一个中间系统“松散地”跟踪每个移动单元401。中间系统通过移动单元401正与之通信的基地台路由选择将要发送到移动单元401的消息。由于中间系统了解移动单元401正与哪个基地台411通信，仅通过该基地台411路由选择消息。每个基地台411发送仅预定给基地台411正与之通信的那些移动单元401的临时设备标识符通知消息。根据本发明，移动单元401可离开由一个基地台411服务的特定网元而不出现网元转换，直到移动单元401失去从该基地台411准确接收临时设备标识符通知消息的能力，或指定给该移动单元的临时设备标识符出现在由该移动单元401接收的临时设备标识符通知消息中。当一个移动单元401接收表示消息待定给该移动单元401的临时设备标识符通知消息时(即，指定给该移动单元的临时设备标识符被列在临时设备标识符通知消息中的临时设备标识符表内)，移动单元401确定从基地台411接收的信号是否低于一个预定阈值(即移动单元401已离开该网元)。应该理解，根据本发明可采用任何方式与存在待定消息的移动单元401通信。例如，基地台411可以发送包括指向多于一个移动单元的、并且使这些移动单元的每一个检查是否有一个待定消息的代码的消息。
已描述了本发明的多个实施例。然而，应该理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可对其做出各种改进。例如，在本发明的一个替换实施例中，扫描很可能作为最佳正向信道候选者的信道的子表。如果这些正向信道中之一有足够高的质量支持空中链路，则由移动单元进行网元转换。否则，扫描附加正向信道直到识别一个适当的正向信道。
在另一种替换方式中，可采用其它标准确定是否扫描另一个信道。例如，根据本发明的一个实施例，如果移动单元401对正向信道的扫描仍未大于预定次数，则扫描可用的正向信道中的每一个。在再一个替换实施例中，移动单元在发送前总是扫描可用信道中的每一个。根据任何一个或多个信号质量参数可做出关于哪个信道适合于支持该空中链路的决定。例如，可单独采用指定给接收信号强度指示的加权值、比特差错率、码块差错率、和/或信噪比或它们的任何组合确定最适合支持空中链路的信道。
因此，应该理解，本发明不限于具体说明的实施例，而仅有所附权利要求的范围限定。
Claims (18)
1.一种通过无线蜂窝通信网络在一个正向信道接收信号和在一个反向信道上发送信号的低功率移动单元，包括：
(a)一个接收机，用于通过正向信道接收信号，所述接收机定时从一个当前正向信道接收通知消息，并且定时测量正向信道中至少所述当前正向信道的信号质量；
(b)一个发射机，用于通过反向信道发射信号；以及
(c)一个管理机构，与所述接收机和发射机连接，所述低功率移动单元的管理机构用于：
(1)定时从接收机接收包括用户号码的通知消息，通知消息中的每个用户号码与有待处理数据的移动单元相关，所述低功率移动单元确定是否其用户号码在所述通知消息中；
(2)定时从接收机接收当前正向信道信号质量的指示；
(3)(i)定时将当前正向信道的信号质量与至少一个其它正向信道的信号质量比较，(ii)定时识别具有最高信号质量的一个新的正向信道，和(iii)如果接收机接收到带有与低功率移动单元相关的用户号码的通知消息，或者如果管理机构确定当前正向信道的信号质量低于最低质量等级，则向发射机提供将在与新的正向信道相关的一个反向信道上发送的网元转换消息，以改变通信信道，否则管理机构继续使所述低功率移动单元在当前正向信道上与蜂窝网络通信。
2.一种用于具有多个基地台的蜂窝通信网络的移动单元，每个基地台与一个网元相关，该移动单元的特征在于包括：
(a)一个接收机，用于从多个基地台通过正向信道接收信号，并用于定时通过一个正向信道接收通知消息；
(b)一个耦合到该接收机的管理机构，用于：
(i)请求该接收机尝试定时以预定间隔从一个特定基地台接收通知消息，而与该移动单元是否停留在与该基地台相关的网元内无关；
(ii)当不能以预定间隔通过第一个选定的正向信道成功接收通知消息时，扫描从与移动单元位于其中的网元相关的基地台发送的一个正向信道，并尝试通过从该基地台发送的一个正向信道接收通知消息；
(iii)当成功接收一通知消息时，确定是否在通知消息内对与移动单元相关的代码编码，如果是，通过与移动单元目前位于其中的网元相关的基地台确认接收该代码；并且
其中，该移动单元在离开与一个特定基地台相关的网元后从该特定基地台连续接收通知消息，直到该移动单元不能从该基地台成功地接收一通知消息，或直到通知消息之一包括与该移动单元相关的一个代码。
3.根据权利要求2所述的移动单元，进一步包括：
(a)一个空闲定时器；和
(b)一个唤醒定时器；
其中，当空闲定时器终止时，管理机构和接收机进入睡眠模式，并当唤醒定时器终止时唤醒管理机构和接收机以接收和处理一个通知消息，此后，如果该通知消息已被成功地接收并且不包括与该移动单元相关的代码，管理机构和接收机再次进入睡眠模式。
4.根据权利要求2所述的移动单元，其中，在开始对移动单元施加功率时，管理机构使移动单元扫描可用的最好的正向信道。
5.根据权利要求2所述的移动单元，其中，在开始对移动单元施加功率时为该移动单元指定一个专用代码。
6.根据权利要求2所述的移动单元，其中，对信道质量下降到低于一预定阈值作出响应，管理机构请求接收机扫描一个更好的正向信道。
7.根据权利要求2所述的移动单元，其中管理机构在最后尝试寻找一个更好的正向信道后，请求接收机对一个更好的正向信道扫描预定量的时间。
8.根据权利要求2所述的移动单元，在每次成功尝试接收其中没有与移动单元相关的代码被编码的通知消息之后，管理机构使该移动单元进入功率节省模式。
9.根据权利要求8所述的移动单元，进一步包括一个用于指示何时将接收下一个通知消息的定时器。
10.一种在蜂窝通信系统内的一个基地台和一个移动单元之间通信的方法，其特征在于包括：
(a)扫描可用的正向信道以确定一个移动单元最初位于其中的网元；
(b)在该移动单元和与该移动单元最初位于其中的网元相关的基地台之间建立一个空中链路；和
(c)在移动单元离开与最初基地台相关的网元后尝试从该最初基地台接收消息，除非：
(i)移动单元将响应所接收的消息；或
(ii)移动单元内不再能成功地接收由该最初基地台发送的消息；以及
(d)在该移动单元和与该移动单元当前位于其中的网元相关的基地台之间建立一个空中链路，条件是：
(i)该移动单元将响应从最初基地台所接收的消息；或
(ii)移动单元内不再能成功地接收由该最初基地台发送的消息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中如果移动单元将响应所接收的消息，那么建立一个空中链路的步骤包括：
在对确定移动单元目前位于哪个网元响应之前扫描可用的正向信道。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，如果不再能成功地接收由与该移动单元最初位于其中的网元相关的基地台发送的消息，该方法则进一步包括以下步骤：
扫描可用的正向信道以确定移动单元目前位于哪个网元；和向与移动单元目前位于其中的网元相关的基地台发送该响应。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括移动单元以预定间隔扫描，以便与移动单元目前位于其中的网元建立空中链路的步骤。
14.根据权利要求10所述的方法，进一步包括以下步骤：如果消息信号的信号质量下降到低于一预定阈值，则对由与移动单元目前位于其中的网元相关的基地台发送的一个正向信道进行扫描；
与在一个当前正向信道上建立与移动单元目前位于其中的网元相关的基地台的空中链路；和
在当前正向信道上接收通知消息，直到：
(i)当前正向信道的信号质量下降到低于预定阈值；
(ii)移动单元离开与正在发送当前正向信道的基地台相关的网元并且不再能成功地接收通知消息；或
(iii)移动单元离开与正在发送当前正向信道的基地台相关的网元并且所接收的通知消息需要一个响应。
15.在一个蜂窝通信系统中使用的移动寻呼装置中节省功率的方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)提供移动寻呼装置，该移动寻呼装置包括一个接收机、发射机和一个用于控制所述接收机和发射机的处理器；
(b)当从与当前信道有关的第一个网元移动到与另一个信道有关的另一个网元时不把该移动装置中的信道从一个当前信道改变为另一个信道，以便节省功率；
(c)在网元中该移动寻呼装置没有通信的第一预先确定的时间逝去后，定时使该移动寻呼装置的接收机和发射机减活，以便节省功率；
(d)在接收机和发射机减活的第二预先确定的时间逝去后，定时启动接收机，以便接收通知消息。
16.根据权利要求15所述的在一个蜂窝通信系统中使用的移动寻呼装置中节省功率的方法，还包括：
如果在定时启动接收机以便接收通知消息之后，没有收到通知消息，则扫描当前网元最好的正向信道，通过该信道接收通知消息；和
在当前网元的正向信道中选择最好的正向信道，并执行一个网元转换命令，在网元内使用最好的正向信道通信。
17.根据权利要求15所述的在一个蜂窝通信系统中使用的移动寻呼装置中节省功率的方法，还包括：
如果在定时启动接收机以便接收通知消息之后，收到通知消息，并且如果通知消息中没有与移动寻呼装置有关的代码，则表明没有待处理的消息给该移动寻呼装置，使接收机减活以节省功率。
18.根据权利要求15所述的在一个蜂窝通信系统中使用的移动寻呼装置中节省功率的方法，还包括：
如果在为了接收通知消息定时启动接收机之后，收到通知消息，并且如果通知消息中有一个与移动寻呼装置有关的代码，则表明有待处理的消息给该移动寻呼装置，保持该接收机的活动性，以便为该移动寻呼装置接收消息并短时启动发射机发射一个确收信号，表明给该移动寻呼装置的消息已收到。
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