CN1136375A - 动态分配无线通信资源的方法 - Google Patents

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Abstract

在TDM无线通信系统(100)中，中央控制器(104)监视消息(108)的传送，以确定系统的业务等级，根据系统的业务等级，中央控制器动态地分配少些或多些数量的无线通信资源(105)。另外，通信单元(101)可直接地请求附加的无线通信资源。

Description

动态分配无线通信资源的方法
本发明涉及时分多路复用(TDM)无线通信系统，尤其涉及在TDM无线通信系统中动态分配无线通信资源的方法。
在TDM无线通信系统中，话音信息发射是公知的。在这种系统中，通信单元(即手持或车载移动无线电设备)被分配有由时间划分成多个时隙的射频(RF)载波形式的无线通信资源。
这些无线通信资源(即时隙)典型地具有相当低的带宽。在本说明书中，术语“带宽”用以表示能够用于发送信息的某种特定通信媒体的通过速率。因话音信息一般不要求高的发送速率以便以即时的方式发送，即具有微量延时，故这些低带宽的无线通信资源是可接受的。又因结束一个典型的话音消息所需的时间通常很少，故用于话音消息的无线通信资源专用于发送期间是很多TDM无线通信系统的特点。
在TDM无线通信系统的用户中，对于发送非话音消息例如统称“数据消息”的电文的图像文件的需求正在增加。话音消息和数据消息可用为发送它们所需的带宽相对量来具体地区分开来。亦即，许多数据消息要求高通过量通信资源，以便以最小的延迟发送。当数据消息通过原本用于话音消息的低通过量无线通信资源发送时，完成消息发送通常被延迟。虽然有这些困难，但允许一个特定发送的带宽(即通过量)按需动态地变化和允许话音和数据消息同时发送将是有益的。
可以很好地说明为什么当前TDM无线通信系统不太适于上述建议业务的一个实例考虑到一辆急救车运送一个病人到医院急救室的情况。为在急救车和医院间提供通信，TDM无线通信系统分配一个无线通信资源(即，时隙)以发送该话音信息。在话音信息的发送期间，可能需要将病人病情的医学图像发送到医院。
利用当前TDM系统，这些数据消息(医学图像)必须与话音消息复接在同一无线通信资源上，或必须完全中断该话音消息。如果复接，话音消息和数据消息可能严禁被延时。如果中断话音消息，急救车与医院个人之间的关键信息可能被丢失。
一种解决方案提供具有较高通过速率的无线通信资源。虽然诸如线性放大器和改进的调制方案之类的技术进步可以提供所需的改进，但这种革新对于研制和增加所涉及的系统的复杂性经常要付出高昂的代价。
另一种解决方案使用多路通信装置(例如专用无线电设备)，从而消除了对复接和/或中断的需求。然而，这种方案的造价是难以接受的。
又一种解决方案是对于每个业务请求提供足够的通信资源以使所有的可能的通过量需求都得到满足。利用前面的急救车的例子，这要求足够的无线通信资源在话音消息开始时被分配以使诸如医学图像之类的附加消息在话音消息发送期间的任何时刻都可以发送。虽然这个解决方案减轻了过量延时和可能中断的难题，但它在指配其它用户可立即使用的资源方面走得太远，从而造成整个系统低效率。
鉴此，可以看出先有技术的TDM无线通信系统的缺点是不能按需动态地分配通信资源。据此，现在需要一种能响应变化的业务需求或系统容量、动态地分配无线通信资源的方法。
图1示出根据本发明的TDM无线通信系统。
图2示出根据系统用于消息的业务等级而动态地分配无线通信资源的方法。
图3示出由中央控制器用以确定系统用于消息的业务等级和决定何时分配不同数量的无线通信资源的方法的第一实施例。
图4示出由中央控制器用以确定系统用于消息的业务等级和决定何时分配不同数量的无线通信资源的方法的第二实施例。
图5示出根据通信单元的请求动态分配通信资源的方法。
总的来说，本发明提供了一种在TDM无线通信系统中动态分配无线通信资源的方法。在TDM无线通信系统中的通信单元请求从中央控制器使用第一数量的无线通信资源。当第一数量的无线通信资源可以使用时，中央控制器就将它们分配给该通信单元，借此，允许该通信单元经过第一数量的无线通信资源发送消息的各部分。同时，中央控制器监视消息各部分的传送，以确定系统的业务等级。根据系统的业务等级，第二数量的无线通信资源可分配给该通信单元。
在另一个实施例中，中央控制器响应来自通信单元的请求，分配的第二数量的通信资源。按照这种方式，可根据变化的业务请求或系统容量在TDM无线通信系统内按需地动态地分配无线通信资源。
参照图1-5更详细地描述本发明。图1示出TDM无线通信系统100，它含有多个通信单元101-102和多个基站103。通信单元101-102可以是莫托罗拉公司的MIRSTM便携式无线电设备，它们分别以压缩数字音频和压缩数据传送的形式提供话音和/或数据消息108。如需要的话，利用TDM技术来修改通信单元101-102以同时发送多个消息。
基站103(包括莫托罗拉公司的MIRSTM基站无线电设备)收发由中央控制器104在通信单元101-102之间分配的RF载波109-110。中央控制器104(可以是莫托罗拉公司的MIRSMT调度应用控制器(DAP))，响应来自通信单元101-102的请求，提供对多个无线通信资源105、111的分配控制。
在优选实施例中假设：无线通信资源105、111包括RF载波109-110上的时隙。无线通信资源105、111被分成为四个入站无线通信资源I1-I4以及四个出站无线通信资源O1-O4。时隙(即无线通信资源)的数量是一种设计上的选择，其它的数量也是可能的。入站无线通信资源I1-I4用于从通信单元101-102到基站103和中央控制器104的通信。出站无线通信资源O1-O4用于从基站103和中央控制器104到通信单元101-102的通信。无线通信资源105、111通常用于通信控制信息(例如呼叫请求和呼叫分配以及压缩数字话音或数据之类的消息信息)。如在先有技术公知的，有可能对每个信息分配适当的比特数将控制信息和消息信息结合成为一个单一的时隙。
在优选实施例中，通信单元101-102能够在多个无线通信资源105、111上接收和发送。这允许中央控制器104能将一个或多个时隙分配给通信单元101-102，以使通信单元的需求与资源可用性相匹配，下文将详细讨论。
话音和/或数据消息108附加到一个头标上，该头标含有消息类型106和消息长度107。在大多数的先有技术的数据通信系统中，消息长度字节典型地规定了随后消息的数据字节的确切数目。相反，因本发明允许在消息发送期消息长度改变，故消息长度107通常是以8比特字节为单位对消息108长度的一种估计。
类似地，信息类型106是对于消息108中包含的信息类型的一种初始估计。几种码可分配给一组预定的数据类型，这对于应用领域是重要的。例如，在医学方面，码分配给心跳遥测、生活征、X射线以及变化清晰度的连贯的可视图像(even Visnalimage of varying resolutions)。除了在消息108开始时发送之外，消息类型106和消息长度107与发送消息108周期性地交错。为此，如果需要改变正在发送的消息的类型和/或长度，则信息能够快速传送到系统100的其余部分。
图2示出根据系统对消息的业务等级动态分配无线通信资源的方法。在步骤201，通信单元101经过控制信道从中央控制器104请求第一数量的无线通信资源。该通信单元101能够根据消息类型确定第一数量的无线通信资源。小文件传送或话音通常只要求一个无线通信资源。大文件或应较快传送的文件通常要求较多的无线通信资源。例如，一个医学图像可能要求两个或多个时隙，以使它能在所希望的时间阈值内传送。
在步骤202，中央控制器104确定第一数量的无线通信资源是否可用。通常这是通过使用由中央控制器104保存的一个已分配和可用的无线通信资源表来实现的。在步骤202，一旦第一数量的无线通信资源可用，则在步骤203中央控制器104将它们分配给通信单元101和目标听众(例如另一通信单元102)。例如，当无线通信资源105和111的时隙I2和O2未被使用时，可将它们分配给通信单元101。
在步骤203，在第一数量的无线通信资源已经分配完了时，在步骤204，由通信单元101经过第一数量的无线通信资源发送消息的各部分。为此目的，，该消息被解析成为适于经这些分配时隙传送的多个部分。
再利用急救车的例子和假定无线通信资源105、111的时隙I2和O2已被分配，该通信单元101可在消息字段108内发送例如生活征(亦即心跳速率、血压等)消息。随着消息108的进程，被解析成小得足以在时隙I2和O2连续发生期间发送的多个部分。在真实消息之前，一个生活征消息类型106和用于该生活征的一个字节计数107也经时隙I2和O2发送。如在TDM系统的领域内公知的，消息的发送部分可由基站103接收并再发送(利用时隙I2和O2重复操作)，或该消息的发送部分由目标听众102直接地接收(利用时隙I2游动讲话(talkaround)操作)。
在由通信单元101发送消息108的同时，在步骤205，中央控制器104监视消息108的发送。因中央控制器104经过与基站103的通信控制了无线通信资源105、111的分配，故该中心控制器104不仅能监视从通信单元101的消息108的发送，而且监视了从也分配有资源的多个其它通信单元的消息发送。
作为在步骤205监视的结果，在步骤206，中央控制器104针对消息108的发送部分确定系统的业务等级。如下文详细讨论的，系统的业务等级可根据一个或多个度量来确定，其中包括消息的预定结束时间和平均消息延迟轮廓。
在步骤207中央控制器104根据系统的业务等级，确定是否应分配的不同数量资源。如果该中央控制器104确定应分配不同数量的资源，则在步骤208将第二数量的无线通信资源分配给通信单元101。确定第二数量的无线通信资源是否大于还是小于第一数量的无线通信资源将在下文详述。
在步骤208，不管第二数量的无线通信资源是否已被分配，中央控制器104都确定消息108是否已结束。在步骤209，如果消息的发送已经结束，如先有技术已知的，则该中央控制单元104不再分配无线通信资源。在步骤209，如果消息未结束，则处理过程如上所述返到步骤204。
通过确定系统针对消息发送各部分的业务等级，即使在信息的发送期内，本发明允许被分配用于消息发送的无线通信资源数动态地进行分配。图3和图4进一步示出了确定系统业务等级和决定何时分配不同数量的无线通信资源。
图3示出一种可由中央控制器用来确定系统对消息的业务等级(即步骤206)和决定何时分配不同数量的无线通信资源(即步骤207)的方法的第一实施例。为了确定系统的业务等级，在步骤301，中央控制器104确定消息的预定结束时间。这通常是根据初始消息长度估计107实现的。作为在步骤205监视的结果，知道了已发送的字节数，因而可计算尚未发送字节数的估计值。中央控制器104通过尚未发送字节数的估计值除以第一数量的无线通信资源的当前传送速率，计算出预定结束时间。如果出现有消息类型106或消息长度107在任何一点发生变化，则该预定的结束时间都将按需要重新计算。
在步骤302，利用前述的已分配和可用无线通信资源的表，中央控制器104确定资源可用性的轮廓。在步骤303，如果资源可用性的轮廓表明该无线通信资源是可用的，则在步骤305将预定的结束时间与第一预定阈值相比较。该第一预定阈值是以消息类型106为基础，并反映了该类型信息期望结束的平均时间。例如，如果该消息是一个X射线图像文件，则该第一预定阈值可被设定为300秒。在步骤305，如果预定的结束时间不大于该第一预定阈值，则假设消息108的传送速率是足够的，且无需分配附加的资源。又因已经在步骤303确定了有其它无线通信资源可用于其它呼叫者故分配到消息108的无线通信资源的数目无需降低。
然而，在步骤305，如果预定的结束时间大于该第一预定阈值，则在步骤307就要分配一个大于第一数目的无线通信资源的第二数目的无线通信资源。如由预定结束时间所反映的，这种情况发生在传送速率太慢的时候。通过分配更大数量的资源，可使传送速率增加。例如，假设无线通信资源105、111只有时隙I2和O2最初被分配给通信单元101而且由此得到的传送速率太慢，则中央控制器104能把时隙I1、I2、O1和O2分配给通信单元101，从而增加了传送速率。
在步骤303，如果无线通信资源不是可用的，则中央控制器104可试图减少分配给通信单元101的无线通信资源的数量。为此目的，将预定的结束时间与第一预定阈值相比较。如果预定结束时间不小于步骤304的第一预定阈值，则假定消息108的传送速率已不足够，而且所分配的资源不应该减少。
然而，在步骤304，如果预定的结束时间小于第一预定阈值，则在步骤306将小于第一数量的无线通信资源的第二数量无线通信资源进行分配。如预定的结束时间所反映的这种情况发生在传送速率高于所需求的时候。通过分配较小数量资源，可使传送速率降低。例如，假设无线通信资源105、111的时隙I1、I2、O1和O2已经原本被分配给通信单元101，并且由此得到的传送速率高于足够的速率，则中央控制器104可只将时隙I2和O2分配给通信单元101，从而降低了传送速率。于是，当前可用时隙I1和O1可被分配给在系统100中的其它用户。
图4示出一种可由中央控制器用以确定系统针对信息的业务等级(即步骤206)和决定何时分配不同数量的无线通信资源(即步骤207)的方法的第二实施例。在步骤401，中央控制器104确定平均消息延时轮廓。在本发明的说明中，该平均消息延时轮廓包括每个消息类型所遇到的发送延时的运行平均值。例如，如果最近在系统100内由多个通信单元101-102发送四个X射线图像文件，而且中央控制器104在监视每个这样的发送的同时，确定其延时分别是3.5、2.0、4.0和1.5秒，则对于这些X射线图像的平均消息延时将是2.75秒。对于每个消息类型都作相类似的计算，从而产生平均消息延时轮廓。如上述的步骤302中的情况，在步骤402中央控制器104利用已分配和可用无线通信资源表来确定资源可用性轮廓。
在下一步处理之前，在步骤403中央控制器104，确定是否接收一个优先权消息指示。例如，当发送了关于医学急救的消息被发送时，一个优先权消息指示就可能收到。当接收到优先权消息指示时，该优先权消息指示警告该中央控制器104就无线通信资源的分配而言、该保障的消息具有优先权。
在步骤403，如果接收到一个优先权消息指示，则在步骤404根据资源可用性轮廓确定无线通信资源是否可用。在步骤404如果资源可用，则在步骤406，该中央控制器104有选择性地挑选，以分配附加的资源供优先权消息使用。
然而，在步骤404如果资源不可用，则要再分当前用于其它非优先权消息的无线通信资源不予分配，而不考虑这些消息的传送速率。为此目的，在步骤405，第二数量的无线通信资源少于第一数量的无线通信资源，这样，可使资源成为可用的。随后，把当前可用的资源分配给优先权消息(未示出)。
在步骤403，未收到优先权消息指示时，则在步骤407，将当前消息类型106的平均消息延时与第二预定阈值相比较。该第二预定阈值是以消息类型106为基础的并反映该类型消息的平均传送延时。例如，如果该消息是一个X射线图像文件，则第二预定阈值可设定为1秒。在步骤407，如果平均消息延迟不大于第二预定阈值，则处理在步骤209继续。
在步骤407，如果平均消息延迟大于第二预定阈值，则在步骤408再次确定资源的可用性。在步骤408如果资源可用，则在步骤409将资源有选择性地分配给包括当前消息108在内的这种类型的消息。这种类型消息的进一步发送被赋以优先权给可用资源，从而降低了进一步延迟。如果在步骤404资源不可用，则当前用于其它消息的无线通信资源不被分配，而与这些消息的传送速率无关。为此，如上述所述，处理在步骤405继续进行。
利用图2-4的所述方法，本发明使得根据由中央控制器所确定的系统业务等级来动态地分配无线通信资源成为可能。在本发明的另一个实施例中，一个通信单元能够直接请求附加的无线通信资源。
图5示出根据来自一个通信单元的请求、动态地分配通信资源的方法。在步骤501，通信单元101向中央控制器104请求第一数量的无线通信资源。如上所述，该通信单元101根据信息类型、确定第一数量的无线通信资源。
在步骤502，中央控制器104确定第一数量的无线通信资源是否可用。在步骤502，当第一数量的无线通信资源可用时，在步骤503，中央控制器104分配这些资源给通信单元101和目标听众。
在步骤503，一旦第一数量的无线通信资源已被分配，则在步骤504通信单元101经过第一数量的无线通信资源传送消息108的各部分；消息108被解析成适于经过所分配的时隙发送的各部分。
在消息发送期内，在步骤505，通信单元101能够经一控制信道(即时隙)向中央控制器104请求第二数量的无线通信资源。这种情况发生在例如当通信单元101的用户希望在发送当前消息的同时发送附加的消息的时候。不论请求第二数量的无线通信资源的原因如何，在步骤506，该中央控制器都再次确定需要的资源是否可用。
当需要的资源可用时，在步骤507，把第二数量的无线通信资源分配给通信单元101。一旦分配了，在步骤508，第二数量的无线通信资源即可用于发送附加的消息和继续发送当前消息。例如，如果当前已分配了无线通信资源105、111的时隙I2和O2的通信单元101请求另一个时隙，假设可以提供的话，中央控制器104就可附加地分配时隙I1和O1。于是，通信单元可利用时隙I2和O2发送当前消息，而利用时隙I1和O1发送附加消息。利用这种方法，本发明允许通信单元提出请求，并借此直接控制无线通信资源的动态分配。
本发明提供了在TDM无线通信系统内动态分配通信资源的方法。利用这种方法基本上消除了由于改变业务要求或系统的容量所产生的问题。为此目的，中央控制器监视在该系统内的消息传送，以便确定系统的业务等级。根据系统的业务等级，中央控制器可动态地分配少些或多些数量的无线通信资源。特别考虑了诸如急救医学图像文件之类的优先权数据传送，尽管以低速率传送，也在其它业务继续的同时能加速这些优先权消息的传送。另外，通信单元可直接请求附加的通信资源。按照这种方式，资源使用和在系统内信息传递的总效率得到了改进。

Claims (10)

1.在包括多个通信单元，多个无线通信资源和一个中央控制器的一个TDM无线通信系统中，该中央控制器用以在多个无线通信单元中分配该多个无线通信资源，一种由中央控制器动态地分配这多个无线通信资源的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a)从多个通信单元中的一个通信单元接收对于多个无线通信资源中的第一数量的无线通信资源的请求，以便发送一个消息；
b)当第一数量的无线通信资源可用时，将该第一数量的无线通信资源分配到给该通信单元；
c)监视消息各部分的传送，以确定系统的业务等级；
d)根据系统的业务等级，把多个无线通信资源的第二数量的无线通信资源分配给该通信单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括分配第一数量的无线通信资源的步骤，其中该第一数量的无线通信资源包括在射频载波上的第一数量的时隙。
3.根据权利要求所述2的方法，其特征在于，步骤(d)还包括分配第二数量的无线通信资源的步骤，其中该第二数量的无线通信资源包括在射频载波上的第二数量的时隙。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括监视消息各部分的传送进行监视以确定系统的业务等级的步骤，其中该系统的业务等级至少部分地以该消息的预定结束时间为依据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(c)包括监视消息各部分的传送以确定系统的业务等级的步骤，其中该系统的业务等级至少部分地以无线通信资源可用性轮廓为依据。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(d)还包括根据优先级指示分配第二数量的无线通信资源的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括监视消息各部分的传送以确定系统的业务等级的步骤，其中该系统的业务等级至少部分地以平均消息延时为依据。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(d)还包括分配第二数量的无线通信资源的步骤，其中当该平均信息延时大于第二预定阈值时，该第二数量的无线通信资源小于第一数量的无线通信资源。
9.在包括多个通信单元、多个无线通信资源和一个中央控制的一个TDM无线通信系统中，该中央控制器在多个无线通信单元中分配该多个无线通信资源，一种由中央控制器动态地分配该多个无线通信资源的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a)由多个通信单元中的一个通信单元请求多个无线通信资源中的第一数量的无线通信资源用于传送一个消息；
b)当第一数量的无线通信资源可用时，该中央控制器把该第一数量的无线通信资源分配给该通信单元；
c)响应该第一数量的无线通信资源的分配，由该通信单元经第一数量的无线通信资源传送消息的各部分；
d)中央控制器监视该消息各个部分的传送，以确定系统的业务等级，以及
e)根据系统的业务等级，中央控制器把第二数量的无线通信资源分配给该通信单元。
10.在包括多个通信单元、多个无线通信资源和一个中央控制器的一个TDM无线通信系统中，该中央控制器为多个无线通信单元分配该多个无线通信资源，一种由中央控制器动态地分配该多个无线通信资源的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a)由多个通信单元中的一个通信单元请求多个无线通信资源的第一数量的无线通信资源，用于传送一个消息；
b)当第一数量的无线通信资源可用时，该中央控制器把该第一数量的无线通信资源分配给该通信单元；
c)响应该第一数量的无线通信资源的分配，通信单元经第一数量的无线通信资源传送该消息的各部分；
d)在发送该消息的同时，由通信单元请求多个无线通信资源的第二数量的无线通信资源，其中第二数量的无线通信资源大于第一数量的无线通信资源；以及
e)当第二数量的无线通信资源可用时该中央控制器把该第二数量的无线通信资源分配给该通信单元。
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