按需進行信道變更的製作方法
2023-04-22 20:16:51
專利名稱：按需進行信道變更的製作方法
技術領域：
本發明涉及信道控制。
無線電話系統中包括諸如移動臺之類的無線電話機，它可操作地與諸如基站子系統之類的中心裝置相耦連。無線電話機利用信令信道與中心裝置通信。在雙向射頻(RF)模擬系統諸如蜂窩系統中，特別是在高級行動電話系統(AMPS)或窄帶高級行動電話系統(NAMPS)中，信令信道為一對特定的頻帶。較低頻率的第一信號帶寬用於從無線電話機至基站的發送通路；較高頻率的第二信號帶寬用於從基站至無線電話機的接收通路。基站在其覆蓋區內管理它與無線電話機的各通信鏈路，該覆蓋區通常叫做「網孔」。這種鏈路管理包括給無線電話機指配信道和啟動基站間的越區切換。
蜂窩系統基站間的越區切換是指無線電話機的通信鏈路從第一基站切換到第二基站的越區切換。當第一基站接收到的接收信號強度指示(RSSI)測量值低於所需電平時，第一基站便啟動這種越區切換的程序。越區切換在第一和第二基站間按照已知協議來完成。通常用於模擬蜂窩無線電話系統的越區切換協議考慮了蜂窩服務區內無線電話機的移動方向。當信號強度變弱而且無線電話機正在向一個網孔邊沿移動時，便由第一基站啟動越區切換，因此，越區切換動作是由基站啟動的。然而，這種協議不適應於基站間的變更(即變更到該基站的其它信道上)，或即未考慮在啟動信道變更中發送給無線電話機的信號的信號強度，亦即不允許用戶請求信道變更。
一些時分多址(TDMA)數字蜂窩系統含有由移動臺促使的越區切換。在這些系統中，無線電話機周期性地測量不同信道中無線電話機接收通路的信號強度，以便用于越區切換程序。將測量得到的信號強度發送給基站，該基站部分地根據從無線電話機上接收到的這些信道測量結果，作出基站間越區切換的決定。然而，該系統不允許用戶根據其覺察到的接收信號質量來隨時請求信道變更。
用戶能夠在無繩無線電話機的手機及其專用的座機之間的射頻鏈路起動一次信道變更，該座機是與陸上線路電話系統相連接的。信道變更是應用手機上的一個鍵鈕來啟動的。當用戶觸動該鍵鈕時，一個信號傳送至該座機，它控制座機來選擇未被佔用的下一個按順序的信道。雖然對於專屬於該座機並具有可能的信道數目十分有限(例如10個信道)的無繩電話手機來說，這種系統工作得很好，但信道變更請求僅能以一種預定的、固定的順序按循環形式經歷每個信道。
圖1是表示一種多網孔系統的概略圖。
圖2是一種雙向射頻通信系統的方框圖形式的電路圖。
圖3是說明無線電話機的信道變更請求的流程圖。
圖4是說明中心裝置的信道變更響應的流程圖。
無線電話系統100(圖1)包括無線電話機102和中心裝置104，它們利用射頻信號相通信。無線電話機102包括用戶接口114(圖2)，用戶用它向中心裝置104請求信道變更。中心裝置104在估算網孔內的其它信道情況後，有選擇性地給無線電話機分配一個新信道。如果信道變更遭拒絕，則傳送給用戶一個信號。無線電話機進行一個信道掃描，以幫助識別一個新信道。當用戶覺察出接收到的信號質量不好時，該系統提供一個由用戶啟動的信道變更，允許用戶請求信道變更。在具有扇區之間可越區切換的無線電話通信系統中，用戶請求的信道變更可以形成扇區間的越區切換或扇區內的信道變更。該系統和方法在啟動信道變更方靣給用戶提供更多的靈活性。
參照圖1，該圖表明無線電話系統100包括網孔A、B、C和D。每個網孔是其內的中心裝置諸如104或104』的一個相應的覆蓋區。所示的網孔A～D之每個包括有扇區1～6。一個扇區即是一個多天線陣列中的一個天線的覆蓋區。據此，所示的各網孔代表了中心裝置，每個具有一個六天線陣列。每個天線覆蓋大約60°角內的區域。然而，本領域的技術人員承認，各網孔可以採用任何數目的天線，例如一個三天線陣列，其中，每個天線覆蓋大約120°角的區域。位於網孔A的扇區1中的無線電話機102通常與中心裝置104通信。
無線電話機102(圖2)包括連接到用戶接口114的控制器110。用戶接口114包括顯示器116和輸入鍵盤118。無線電話機102可以是無繩電話機、便攜蜂窩電話機、移動蜂窩電話機、衛星電話機，或者任何採用無線鏈路與中心裝置通信的其它雙向通信裝置，這裡所用的「無線電話機」一詞是指這些裝置及其等效裝置的每一種。輸入鍵盤可用任一種合適的裝置來實現，諸如按鈕鍵盤、專用鍵盤、觸控螢幕，或者類似的裝置。顯示器116可應用合適的市售的裝置諸如液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)顯示器或類似的裝置來實現。控制器110可以用一個或多個合適的微控制器、數位訊號處理器或微處理器(例如摩託羅拉HC-11微處理器)來實現。用戶接口還包括連接至控制器110的麥克風120和揚聲器122。
無線電話機102的收發信機包括發射機130和接收機134。控制器110把信號輸出給發射機130，發射機130調製該信號，經由天線132發送出去。輸出給發射機的各信號包括控制信號、由麥克風120拾取的信號或與中心裝置104通信的任何其它信號。接收機134解調由天線132拾取的信號，並將得到的信號輸入給控制器110。控制器110輸出這些信號給揚聲器122，或在它的控制處理中使用這種信號。
中心裝置104(圖2)包括一個收發信機，後者包含有連接到天線144的發射機140和接收機142。天線144是多天線陣列中的一個單個天線。中心裝置還包括有未示出的其它天線和收發信機。控制器148接收由接收機142輸出的解調信號，並給發射機140輸入信號，發射機調製該信號，通過天線144發送出去。控制器148連接到移動交換中心150，後者與公共交換電話網152和另一個中心裝置104』相連接。中心裝置104可以是衛星、座機、蜂窩基站之類的基站，或者是包含有天線和相應收發信機的天線子系統，或者是經由多個不同信道中一個信道而與無線電話機通信的任何其它無線通信裝置，這裡所用的「中心裝置」一詞是指這些裝置及其等效裝置中的每一種。
在現有的蜂窩系統中，控制器148估算接收通路的信號質量，即是接收機142接收到的信號的頻帶寬度。信道選擇部分地基於這個接收信號的質量。然而，由中心裝置104接收到的信號並不總是反映由無線電話機102接收到的信號的質量，因為接收通路和發送通路工作在不同的頻率上。例如，無線電話機102的噪聲可能不同時在發送通路和接收通路兩者的頻帶內。此外，信號劣化會是在無線電話機102接收通路的頻率上或靠近該頻率上工作的附近的中心裝置造成的。無線電話機102所接收信號中另一種獨特的噪聲源是接收機134內接收機電路在某些頻率上的虛假響應。本領域的技術人員承認，現在存在幹擾蜂窩電話機接收信道的許多其它現象，但它們在中心裝置104接收信號強度測量中並不顯現。
為了克服這些困難，無線電話機102包括一個信道變更啟動鍵119。用戶手動地觸動鍵119，以啟動信道變更請求。雖然優選實施例包括一個專用鍵119，但可以設想也能採用在顯示器116上顯示的一個選項菜單、在標準電話鍵盤上的一個鍵鈕或者在一個觸模屏顯示器上啟動信道變更，因而無需附加的專用鍵。
無線電話機102的控制器110(圖2)響應信道變更啟動鍵119的動作，在圖3的步驟200，通過檢測，啟動信道變更中斷子程序。如步驟202所示，在接收到信道變更請求以後，控制器110控制發射機130經由通信鏈路向中心裝置104發送信道變更請求。然後，如步驟204所示，無線電話機102的控制器110繼續呼叫處理，如步驟206所示，直到從中心裝置104接收到應答為止。在步驟208，無線電話機102確定從中心裝置104來的應答信號是否是一個信道變更拒絕信號。如果是一個信道變更拒絕信號，則如步驟210所示，顯示器116和/或揚聲器122受控產生一個信號，向用戶確認信道變更是不可進行的。如果無線電話機不包含顯示器，則由揚聲器122產生一個具有特定音調或聲頻型式的聲頻信號，來通知用戶信道變更未被特許。
如果中心裝置104對無線電話機102信道變更請求的響應不是信道變更拒絕信號，則如步驟212所示，控制器110確定是否存在來自中心裝置104的對於信道掃描的一個請求。如果沒有對於信道掃描的請求，則如步驟214所示，無線電話機將信道變更到由中心裝置104標識出的信道上。如步驟216所示，將用可聞聲音或在顯示器116上顯示消息來通知用戶該請求已被特許。然後，控制器110退出中斷子程序。
本領域的技術人員承認，雖然實施信道變更而不通知用戶該變更是被特許還是被拒絕，這體現了使信道變更程序對用戶是透明的和需要較少處理器資源的優點，但是對於想要接收到某種類型反饋的無線電話機102的那些用戶來說，這種通知是他們所希望的。
如在步驟212控制器110所確定的，如果應答是一個信道掃描指令，則如步驟218所示的，用戶由一個音調和/或顯示器116上顯示的消息得到通知。然後，如步驟220所示，用戶使用輸入鍵盤118請求取消掃描。因為在模擬蜂窩系統中在無線電話機信道掃描期間現用的呼叫會被中斷，所以這個選項是人們所希望的。如果在步驟220檢知，在一個預定的時間段例如5秒內用戶不請求信道掃描，則如步驟222所示，無線電話機102』給中心裝置104發送一個信號，表明用戶拒絕該掃描。然後，控制器148返回步驟206，直到從中心裝置104接收到一個信道變更消息為止，再繼續該呼叫。如果用戶不使用輸入鍵盤118阻止掃描，如在步驟220判定的，則如步驟224所示，控制器110中斷該呼叫，並掃描信道，以測量無線電話機102的來話通路上的RSSI。如步驟226所示，將無線電話機102的信道掃描結果發送給中心裝置104。然後，控制器110返回步驟206和204繼續呼叫，直到接收到一個信道變更消息的時刻為止。
可以設想，控制器110(圖2)可以利用顯示器116請用戶接受無線電話機掃描。例如，控制器110可以控制顯示器產生一個消息「中斷呼叫進行信道掃描嗎？是還是否？」，用戶可使用輸入鍵盤118輸入「是(Y)」來接受掃描，或輸入「否(N)」來拒絕掃描。這允許用戶在一個現有的呼叫被中斷前接受掃描，或不接受掃描。
在步驟224(圖3)，中心裝置104最好給無線電話機102提供一個信道表。這個信道表是與當現用的線電話機102相同的扇區中的其它信道。一個現用信道是在其上與遠端裝置建立了一個通信鏈路的信道。無線電話機102的控制器110確定這些信道中的每個信道上的RSSI電平。檢測出具有最高RSSI電平的信道是最好的信道，並在步驟226將它的標識(identity)發送回中心裝置104的發射機130。按照這種方式，手機能夠確定哪些信道對於當前定位的特定無線電話機是工作最好的。進行信號測量無需來自麥克風120或到揚聲器122的傳送信號。據此，在測量其它工作信道的同時無線電話機102的接收與發送信號是寂靜的，可避免幹擾或監測其它現有的呼叫。
另一種可替代的方案是，由中心裝置104發送的信號信道表可以是可供中心裝置104應用的未現用信道表。中心裝置104的控制器148控制發射機140在每個未現用信道上發送載波信號。然後，無線電話機可以掃描這些信道，以識別出具有信號強度測量值大於預定最小電平的信道。最小電平可以設置為比噪聲底線(floor)高10至20dB。噪聲底線是在一個未現用信道中期望的噪聲電平。例如，在噪聲底線為-115dB的情況下，最小電平閾值可以是-105dB。當一個信道的RSSI測量值高於-105dB時，例如所測得的值為-90dB，則可以選擇該信道。實際的閾值電平可以設置為所希望的任何值。於是，無線電話機102的控制器110識別出最好的信道，後者是在具有最小閾值之上的最高測量值的信道，並在步驟226給中心裝置104發送該信道號。
雖然設想到可以只實施步驟200～216，無需信道掃描步驟218～224，但進行信道掃描具有顯著優點是給中心裝置提供關於從中心裝置104到無線電話機102的信道的信息。這給中心裝置提供了關於現在被定位的無線電話機102的性能的具體信息。這對蜂窩無線電話機尤其重要，因為它們有很大的移動性。
中心裝置104響應信道變更請求，執行圖4所示的信道變更應答子程序。如步驟300所示，控制器148(圖2)等待信道變更請求，以啟動這一子程序。當從無線電話機102接收到一個信道變更請求時，如步驟302所示，控制器148確定另一信道是否有可用於網孔A的內同一扇區1(圖1)。控制器148知道，哪些信道當前正用於現有呼叫。
如果另一信道在同一扇區中不可用，這意味著該扇區中所有其它信道都被佔用，則如步驟304所示，控制器148請求對另一扇區中信道的可用性作出估算。如果無線電話機102在網孔A的扇區1(圖1)中，則可以估算的其它網孔實例中包括網孔A的扇區2和6、網孔B的扇區4以及網孔D的扇區5和6。這時，如步驟306所示，將執行越區切換協議或程序。如步驟308確定的，如果另一信道對另一扇區是可用的，例如中心裝置104中的另一天線或者另個一中心裝置104』，則如步驟310所示，控制器148特許越區切換到所標識的另一扇區天線上。這就完成了同一網孔內扇區間的越區切換或者完成了切換到另一基站的基站間越區切換，並且該中斷子程序結束。扇區間的越區切換和/或基站間的越區切換可以使用蜂窩系統的現有越區切換協議中所使用的越區切換準則。如果沒有其它扇區裝置(扇區裝置意味著扇區天線及關聯的發射機和接收機)對具有信道的無線電話機102是可供應用的，則如步驟312所示，控制器148控制發射機140通知無線電話機102信道變更已被拒絕，並且結束該子程序。
按照這種方式，當用戶覺察到現有中心裝置104的信號質量不滿意時，中心裝置104能夠有選擇性地將無線電話機102越區切換到具有較好信道質量的另一扇區或另一中心裝置。可以設想，扇區間的越區切換可被取消掉，以降低處理器的複雜性。然而，最好提供出由用戶啟動的扇區間或中心裝置間的越區切換，因為即使同一扇區中已沒有可用的附加信道，而如果中心裝置檢測不到接收信道的劣化，或者如果中心裝置沒發現差的信道質量，它允許根據用戶覺察的發送信道中的信號劣化來啟動越區切換。
如果在步驟302確定中心裝置104內至少有一個其它信道可用於與無線電電話機102進行通信，則如步驟314所示，控制器148控制發射機140給無線電話機102發送一個信號，請求該無線電電話機進行信道掃描。這個信號可以包括要進行掃描的一個信道表。該信道表包含有無線電電話機102具有現用呼叫時所在同一扇區內的那些信道，或者包含中心裝置將在其上產生載波信號的一個信道表。如果在步驟316中檢知無線電話機102拒絕無線電話機信道掃描來應答該掃描請求，則控制器148將進入步驟318。在步驟318，控制器148控制發射機140發送出一個信號，指令無線電話機102變更到一個新信道上。當進行信道變更請求時，新信道可以是按順序地最接近無線電話機102正在使用的那個信道。新信道也可以是這樣的信道，其頻率實質上不同於無線電話機在用信道的頻率。通過選取其頻率不同於先前信道的一個新信道，而不是自動地選擇下一個按序的信道，無線電話機內接收機的頻率敏感特性，或者由用戶請求信道變更所引起的幹擾噪聲，不太可能嚴重影響新信道。在信道變更特許之後，該子程序結束。
如果在信道掃描請求之後無線電話機102進行信道掃描，則如步驟320所示，中心裝置104等待接收來自無線電話機的一個信道。接收到的信道將是由無線電話機識別為具有最好質量的信道，例如該信道具有最高的RSSI電平。然後，中心裝置104的控制器148將選擇一個新信道。這個新信道為可應用於的或未佔用的信道(即不在使用的信道)，它最接近於無線電話機標識出的信道。如果信道變更請求是由於無線電話機電路的頻率特性或者在特定頻率上的幹擾噪聲引起的，則在掃描期間最接近於無線電話機識別的最好信道的那個信道，很可能是避免這些問題的最好信道。另一種可替代的方案是，如果傳送給無線電話機的信道表中包括未佔用信道，中心裝置在此類未佔用信道上傳播一個載波，該載波信號是由無線電話機識別的信道，則無線電話機藉此選擇新信道。在這兩種情況下，如步驟322所示，經由發射機140將新信道通知無線電話機102，從而特許和確認信道變更請求。然後，該子程序結束。
據此，可以看出，這裡公開了一種改進的系統，其中可由用戶啟動信道變更。本發明的系統允許用戶在覺察中心裝置發送信道的信號質量不夠好時，啟動一個信道變更。這是對先有的蜂窩系統的一種改進，在先有系統中，用戶不得不掛機和再次呼叫，或者在有噪聲的信號信道上通話。當從無線電話機到中心裝置的接收信道足夠好，而從中心裝置到無線話機的發送信道不夠好時，本發明尤其具有優點。例如，本發明在蜂窩系統中很有益處，在那裡，幹擾信號或串話導致移動用戶終端接收到的話音質量劣化或變為不可聽明白，而與此同時，中心裝置接收到的信號的話音質量變不劣化。
權利要求
1.一種按需進行信道變更的無線電話機(102)，其特徵在於，包括一個收發信機(130、134)，它通過一個信道與控制信道選擇的一個中心裝置通信；一個用戶接口(114)，它包括一個手動觸動的用戶輸入；一個控制器(110)，連接到用戶接口和收發信機，該控制器響應於手動觸動的用戶輸入，控制收發信機給中心裝置發送一個信道變更請求，該控制器還響應於從中心裝置來的第一應答信號，使信道變更到由中心裝置(104)識別出的新信道上，還響應於從中心裝置來的第二應答信號，控制用戶接口產生一個信號，表明用戶確認信道變更是不可進行的。
2.根據權利要求1所述的無線電話機，其特徵在於，控制器響應於從中心裝置來的掃描請求信號，進行信道掃描。
3.根據權利要求2所述的無線電話機，其特徵在於，控制器接收一個要掃描的信道表，並只掃描表上的那些信道。
4.根據權利要求2所述的無線電話機，其特徵在於，由收發信機將無線電話機識別出的最好信道發送給中心裝置。
5.一種按需信道變更的無線電話機(102)，其特徵在於，包括一個收發信機(130、134)，它可與控制信道選擇的中心裝置(104)通信；一個用戶接口(114)，它包括一個手動觸動的用戶輸入；及一個控制器(110)，連接至用戶接口和收發信機，該控制器響應於手動激勵的用戶輸入，控制收發信機給中心裝置發送一個信道變更請求信號，該控制器並響應於傳送出信道變更請求信號之後從中心裝置來的一個掃描請求信號，進行信道掃描。
6.根據權利要求5的無線電話機，其特徵在於，由收發信機將信道掃描的結果發送給中心裝置。
7.一種按需進行信道變更的中心裝置(104)，其特徵在於，包括一個收發信機(140、142)，它經由一個射頻通信鏈路與無線電話機通信；一個控制器(148)，連接到收發信機，該控制器響應於從無線電話機來的信道變更請求信號，估算另一個信道的可用性，並通過發送一個新信道來接受信道變更請求信號，或通過發送一個信道變更拒絕信號來拒絕信道變更請求信號。
8.根據權利要求7所述的中心裝置，其特徵在於，當控制器(148)確定信道變更可進行時，控制器便輸出一個第一預定信號，指令無線電話機變更到該信道上。
9.根據權利要求8所述的中心裝置，其特徵在於，控制器(148)產生一個供無線電話機進行掃描的信道表，並控制收發信機發送該信道表。
10.根據權利要求9所述的中心裝置，其特徵在於，該信道表為一個現用信道表。
全文摘要
一種無線電話系統(100)包括無線電話機(102)和中心裝置(104)，兩者經由射頻信號進行通信。無線電話機(102)包括一個用戶接口(114)，它允許用戶請求由中心裝置進行信道變更。如果信道變更請求被拒絕，則向用戶傳送一個信號。無線電話機可以進行信道掃描，以識別出一個新信道。
文檔編號H04W36/06GK1163546SQ9710235
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月30日 優先權日1996年1月31日
發明者薩法魯爾·阿薩姆, 道格拉斯·W·梅恩 申請人:摩託羅拉公司