CN1732651B - 用于建立无线通信系统中移动装置的直接通信的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种无线电话方法，包括检测其它移动站(202)和在其它移动站中识别可能的中继候选者(204)。该方法之后包括传递关于候选者的信息到基站(206)。第一移动站向基站请求和第二移动站的通信。如果第一移动站和第二移动站物理地靠近，基站指示第一移动站和第二移动站建立直接通信。

Description

用于建立无线通信系统中移动装置的直接通信的方法和设备

技术领域

本发明总的来说涉及无线电话系统。更为具体的说，本发明涉及用于在无线电话系统中使用机会驱动多路访问(opportunity Driven Multiple Access)协议在物理靠近的移动站之间建立直接通信的方法和设备。

背景技术

为在移动站和基站之间提供通信服务开发了多种无线电话系统。无线电话系统通常包括蜂窝电话系统、个人通信系统(PCS)、干线无线系统和其它类似的无线系统。在这样的系统中，一个或多个基站提供双路无线通信服务给由用户操作并位于由基站服务的地理区域中的移动站。当移动站启动或新移动到基站的覆盖区域中时，移动站登记基站，包括识别它自己和它的容量。当移动站在地理区域中移动时，在移动站和基站之间的通信越区切换到其它基站。这种系统典型地包括移动交换中心以控制系统中的越区切换工作和话务路由。

无线电话系统允许在移动站之间和在移动站及公共交换电话网络之间的语音和数据的无线通信。但是，迄今为止，都是通过基站来完成移动装置-移动装置通信。为启动到系统中另一移动站的呼叫，在始发移动站的呼叫用户启动和它的服务基站(通常是地理上最靠近的基站)的无线链接。始发移动站发送呼叫请求到基站。呼叫请求包括比如呼叫的移动站，或终止移动站的移动标识号码的标识信息。

之后基站定位在系统中的终止移动站。基站可以咨询移动交换中心以得知终止移动站最后登记哪个基站。如果终止移动站登记该基站自身，基站发送寻呼到终止移动站。该寻呼是具有预定时序和邀请终止移动站响应以开始双路通信的内容的无线通信。之后终止移动站响应并且基站完成在始发移动站的呼叫用户和在终止移动站的被呼叫用户之间的呼叫。典型地，呼叫用户或被呼叫用户或者两者被对于进行呼叫的时间进行计费。

在当前系统中，即使两个移动站物理上非常靠近(足够靠近以进行可靠的无线联系)进行这个过程。在两个移动站之间的双路通信需要两个双路无线链路。在始发移动站和基站之间保持第一链路。在基站和终止移动站之间保持第二链路。

在移动站物理地靠近在一起的情况中，这浪费了系统资源。如果可以进行移动装置到移动装置的直接通信，而释放两个基站无线链路用于由其它移动装置使用，就会改进系统资源的使用。另外，可以在系统中以更小的传输功率，更小的射频噪声操作移动装置用于其它基站和其它移动装置。另外，因为通过从通信链路移去基站减少了系统资源使用，可以为用户提供另外的收费选项。

因此，需要用于无线电话系统中移动装置到移动装置通信的改进的方法和设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于操作无线电话系统的方法，该方法包括：(a)在无线电话系统的一个或多个移动站，检测与其的无线传播情况足够好的其它移动站；(b)在一个或多个移动站，传递关于检测到的移动站的信息到无线电话系统的基站；在第一移动站，在(a)和(b)之后，请求和第二移动站通信；以及(d)在基站，如果在第一移动站和第二移动站之间的无线传播情况足够好，指示第一移动站和第二移动站建立直接通信。

根据本发明的第二方面，提供一种用于操作无线电话系统中的基站的方法，该方法包括：(a)从无线电话系统的各个移动站接收关于各个移动站的中继候选者的信息；(b)在各个中继候选者列表中存储该信息；(c)在(a)和(b)之后，从第一移动站接收请求以启动与无线电话系统中的第二移动站的呼叫；(d)至少部分基于和第一移动站相关联的中继候选者列表，确定第二移动站是否物理地靠近第一移动站；以及(e)如果是的话，指示第一移动站和第二移动站进入用于直接链路通信的中继模式。

根据本发明的第三方面，提供一种无线电话，其包括：无线通信电路，配置其用于和远程无线设备进行双路无线通信；控制器，配置其来控制无线通信电路，并且检测无线传播条件足够好的其它无线电话的装置；以及存储器，配置其来存储中继候选者列表，关于检测到的无线电话的信息被添加到所述中继候选者列表，并且配置控制器来控制无线通信电路以建立到远程基站的无线链路，以传送中继候选者列表到远程基站，以建立到远程基站的无线链路，以传送用于和另一无线电话通信的请求，并在无线链路上接收直接通信指令，并且进一步配置其来控制无线通信电路以响应于直接通信指令中断无线链路，并建立和其它无线电话的中继无线链路。

附图说明

图1是无线电话系统的框图；且

图2和3是示出了操作图1的无线电话系统的流程图。

具体实施方式

现在参考附图，图1是无线电话系统100的框图。无线电话系统可以是任意的蜂窝系统、个人通信系统、干线无线系统或任意其它类型的无线系统。在示例性实施例中，无线电话系统100是由第三代伙伴项目指定的通用移动电信系统(UMTS)。在示例性无线电话系统中的无线通信是选择性的时分多路复用(TDD)和频分多路复用(FDD)。无线电话系统100是公共地面移动网络(PLMN)的实例。

无线电话系统100包括多个基站102、014，和多个移动站。每个基站102、104提供无线通信服务给在基站的附近地理区域中的移动站。因此，在图1的实施例中，基站102提供无线通信服务给移动站106、108、110，且基站104提供无线通信服务给移动站112、114。在移动站和一个或多个基站之间建立双路无线链路。当移动站进入由基站服务的区域中时，移动站登记基站，使得定位移动站用于寻呼。当移动站地理移动时，无线通信从基站越区切换到基站。该系统100可以进一步包括用于控制系统级工作，比如越区切换的移动交换中心。

移动站110示出了系统100的移动站的示例性实施例。移动站110还可以被作为移动装置、便携的、手持的、用户设备(UE)或无线电话提到。移动站110包括天线120、接收器122、发射器124、控制器126、存储器128、用户接口130和电池132。

天线120将电磁能量转换为电信号提供到接收器122，并且将来自发射器122的电信号转换为电磁能量用于传输到远程无线接收器。接收器122响应于来自天线120的电信号产生用于控制器126的检测的数据。接收器122可以包括比如滤波器和解调器的电路。发射器124响应于来自控制器的格式化数据提供电信号以驱动天线120。发射器124可以包括比如调制器和滤波器的电路。天线120、接收器122和发射器124一起形成用于和比如基站102的远程无线设备双路无线通信的无线通信电路。

控制器126控制无线电话110的工作。控制器126可以实现为处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)或任意其它逻辑电路或提供控制功能的电路的组合。控制器126响应于在存储器128中存储的数据和程序指令工作。在一个模式中，控制器126通过引导电话的调谐、激活和去活，来控制无线通信电路。用户接口130提供无线电话110的用户控制。在典型的实施例中，用户接口130包括键盘、显示屏、麦克风和扬声器。电池132提供无线电话110的工作电力。

根据这里公开的实施例，包括移动站110的移动站以多种模式工作。一个模式是空闲模式。当比如移动站110的移动站打开时，其尝试和比如无线电话系统110的公共地面移动网络(PLMN)联系。该移动站寻找所选PLMN的合适小区，并且选择那个小区提供可用服务，并且调谐到它的控制信道。这个选择被称为“预占小区”，并且移动站以空闲模式工作。之后移动站通过登记过程的方式在所选小区的登记区域中登记它的存在(如果需要的话)。

在另一工作模式中，包括移动站110的移动站可以工作在连接模式。在这个模式中，在移动站和一个或多个基站之间保持有效的双路无线链路。可以发生语音和数据传输，且如果移动站在由基站服务的地理区域中行进可以发生越区切换。在UMTS-FDD系统中，空闲模式和连接模式对应于FDD操作。TDD也是UMTS的一部分。

用于移动站的另一工作模式是中继模式。在这个模式中，移动站和其它移动站直接通信。该移动站作为转发器工作，从数据源接收无线信号并中继无线信号到无线目的地。以这种方式可以将任意数目的移动站连接在一起。

用于工作在中继模式的UMTS无线的规范的实例之一被称为机会驱动多路访问(ODMA)。ODMA移动站使用智能用户中继来经它的相邻移动站通信。ODMA体系的根本在于将通信考虑为动态的，最好以节点级控制本地行动，而不是通过比如基站或移动交换中心的一些中心智能结构。

调制方案的选择不限于ODMA。传输完全基于分组并且是无连接的，且每个移动站能够从它相邻的移动站中继分组。另外，移动站将适于以分组为基础在宽的动态范围进行其传输路由、功率、数据率、分组长度、频率、时间窗口和语音质量。

在ODMA中的每个移动站具有在很大程度上对于本地路由自主和最优化自适应通信环境的职责，尽管接受比如基站或移动交换中心的网络管理者的管理。

当在ODMA模式时，移动站经称为“探测”(probing)的过程启动或继续估计到其它无线设备的中继链路。探测是由ODMA中继节点用于建立应该包括至少最小数目的邻居的邻居列表机制。ODMA中继节点的探测活动性程度还受到比如邻居数目、梯度信息和到邻居的路径损失的系统参数的数目的影响。

根据无线电话系统100的一个实施例，移动站检测可能的中继候选者并且报告给基站。检测优选地根据ODMA探测过程，但也可以是其它技术。例如，移动站可以监控来自相邻移动装置的上行链路传输。上行链路是用于从移动站传输到基站的无线链路。检测的中继候选者被添加到中继候选者列表。随着时间流逝，将关于中继候选者列表的信息发送到基站，例如，在类似于越区切换候选者报告的过程之中。

为了更好地使用系统资源，本发明提供了当尝试建立彼此的通信的移动站物理上彼此靠近时的检测。如果这样，ODMA协议或另一中继模式可以用于在移动站之间建立直接通信。

因此，移动站M1请求和移动站M2的通信。移动站M1发送请求到它的服务基站，识别移动站M2为目标。根据由移动站M1报告的中继候选者列表，基站检测到移动站M1和M2物理地靠近在一起，并且指示它们建立直接通信。

根据这个实施例，比如移动站110的移动站适于在空闲和连接模式中和远程基站通信，并且在中继模式中和其它移动站或基站或其它无线设备通信。配置移动站的无线通信电路用于和远程无线设备，比如基站和用作中继模式中的转发器的其它无线设备的双路无线通信。配置控制器126控制无线电路。首先，控制器控制无线电路以建立到远程基站的无线链路，并且传送用于和另一移动站或无线电话的通信的请求。无线电路在无线链路上接收直接通信指令，指示移动站进入中继模式。之后控制器126控制无线通信电路以中断到远程基站的无线链路，并且建立和目标移动站的中继无线链路。

在另一实施例中，如果在第一移动站和第二移动站之间的无线传播情况好到足够以进行直接通信，基站将指示第一移动站和第二移动站建立直接通信。基站可以从任意合适的源获得关于无线传播情况的信息，比如从第一或第二移动站或两个移动站接收关于无线传播情况的更新，或通过使用一个或两个移动站的中继候选者列表。移动站可以使用任意合适的信号质量估计技术，比如接收的信号强度指示，信噪比或误码率以确定在第一移动站和第二移动站之间的传播情况是否足够好。

图2是示出了图1的无线电话系统100的工作方法的流程图。图2示出了在移动站M1和它的相关联的基站BS之间的交互。在移动站M1的工作在模块200开始，在模块202，移动站M1检测可能的中继候选者。在模块204，检测到的候选者被添加到中继候选者列表，例如，存储在移动站M1的存储器中。

在一个实施例中，检测可能的中继候选者是由ODMA探测过程实现的，此时移动站处于在和移动站的中继通信的移动装置的邻居列表中。在其它实施例中，移动站M1能够监控来自相邻移动装置的上行链路传输，并且测量这种传输的参数，比如接收的信号强度。决定添加移动装置到候选者列表是基于超过预定阈值的参数。总的来说，添加移动装置到候选者列表的决定反映确定在移动站之间的无线传播情况足够好以进行直接通信。关于检测的移动站的任意合适的信息可以存储在中继候选者列表中。一个实例是唯一地识别发送移动站的移动标识号码。

在模块206，移动站将它的中继候选者列表报告给基站BS。在一些实施例中，报告中继候选者列表可以包括或由报告在移动站和其它移动站之间的无线传播情况来替代。该报告可以简单地是无线传播情况足够好以进行在第一移动站和另一指定移动站之间的直接通信的指示。另一移动站在中继候选者列表上的存在可以表示情况足够好。在基站BS的操作在模块210和模块212开始，基站BS接收中继候选者列表。通过建立双路无线链路将中继候选者列表从移动站M1传递到基站。在UMTS-FDD中，这以FDD模式进行，其中移动站M1在上行链路频带上通信，基站BS在下行链路频带上通信。

在模块214，基站BS存储从移动站M1接收的中继候选者列表。BS通常包括大的存储器以存储关于系统工作的数据。存储的数据包括中继候选者列表和来自在由基站服务的地理区域中的移动站的越区切换候选者列表。在模块216，控制继续到模块300(图3)，标记为启动呼叫。

图3是图1的无线电话系统的工作的流程图。图3示出了在第一移动站M1、第二移动站M2和基站M2中的交互。在将移动站M1的中继候选者列表发送到基站BS之后，例如如上结合图2所述的，控制在模块300开始。

在模块304，移动站M1请求和移动站M2通信。这是通过移动站M1建立和基站BS的双路无线链路实现的。例如，移动站M1可以发送标识信息和请求以启动呼叫，识别它自己的移动标识号码和第二移动站M2的移动标识号码。在模块304，在基站BS接收这个请求。反过来可以发送应答。

在模块306，基站确定移动站M1和移动站M2是否可以进入直接通信。这可以由确定第一移动站M1和第二移动站M2是否物理地靠近在一起来实现。这也可以以任意合适方式进行。在一个实施例中，基站检索两个移动站M1和M2的中继候选者列表。如果第一移动站M1的中继候选者列表列出了第二移动站M2，则第一移动站M1近来检测到了来自第二移动站M2的传输。类似地，如果第二移动站M2的中继候选者列表列出了第一移动站M1，则第二移动站M2近来检测到了来自第一移动站M1的传输。在这个情况中，互相包括中继候选者列表，并且基站BS可以确定两个移动站M1、M2物理地靠近在一起。

相反地，如果第一移动站M1的中继候选者列表没有列出第二移动站M2，则第一移动站M1近来没有检测到来自第二移动站M2的传输。类似地，如果第二移动站M2的中继候选者列表没有列出第一移动站M1，则第二移动站M2近来没有检测到来自第一移动站M1的传输。在这个情况中，互相排除中继候选者列表，并且基站BS可以确定两个移动站M1、M2没有物理地靠近在一起。

对于介于其中间的情况，即基站BS确定仅一个移动站的中继候选者列表包括另一移动站，结果是不确定的。基站BS可以考察其它参数或可以决定两个移动站没有物理地靠近在一起。

如上所述，可以使用其它邻近性测试。在一些系统中，精确的位置信息可用，比如其中移动站装备有全球定位系统(GPS)接收器或其中系统的基站执行根据某种三角定位或估计移动装置位置的旅行时间来进行定位。在这个情况中，基站比较地理数据，确定分开的距离或通过一些其它方便的测量，来确定两个移动站是否物理地靠近。

另一邻近性测试可以简单地包括确定移动站M1、M2是否在基站BS的相同的蜂窝覆盖扇区。可以从移动站最后登记基站和系统时获得的登记信息来得到这个信息。如果移动站在相同扇区，基站可以确定两个移动站物理地靠近。

基站BS确定移动站M1、M2是否可以直接通信的另一方式是基站BS确定在基站M1、M2之间的无线传播情况是否足够好。这可以通过，例如，使用由一个或两个移动站报告的关于当前无线传播情况的信息，或者通过参考一个或两个移动站的中继候选者列表来实现。

如果在模块306，基站BS确定移动站M1、M2物理上不靠近，基站BS将以现有方式寻呼第二移动站。基站BS将咨询位置寄存器或咨询定义了第二移动站M2最后的登记位置的其它系统资源。将在那个位置寻呼移动站M2，如果移动站M2答复寻呼，呼叫将路由到移动站M2。将从基站BS或其它网络的服务基站建立无线链路，并完成呼叫。在此情况中，在从第一移动站M1到基站BS的呼叫期间建立第一双路无线链路，并且在从服务基站到第二移动站M2的呼叫期间建立第二双路无线链路。

另一方面，如果在模块306，基站确定移动站M1、M2物理地靠近或者无线传播情况足够好，基站BS将指示第一移动站M1和第二移动站M2建立直接通信。在一个实施例中，这是通过启动在基站BS和第一移动站M1之间的第一通信链路，并且传递直接通信指令到第一移动站M1来实现的。第一移动站M1在模块310接收直接通信指令。这进一步由启动在基站BS和第二移动站M2之间的第二通信链路并且传递直接通信指令到第二移动站M2来实现。第二移动站M2在模块312接收直接通信指令。在传递直接通信指令之后，基站BS终止第一通信链路和第二通信链路，释放保持那些无线链路需要的基站资源。

直接通信指令可以是使得移动站M1、M2直接通信所需的任意合适的数据或其它信息。例如，直接通信指令可以通过移动标识号码来定义在直接通信会话中包括的其它移动站，并进一步通过频率和时隙分配和在两个移动站之间的一些特性来定义直接通信会话。

在图3的实施例中，在模块314，第一移动站M1直接联系第二移动站M2。这可以使用ODMA中继协议实现(可用的地方)，或使用任意其它现有的移动装置-移动装置通信方案。在模块316，两个移动站继续它们的直接通信会话。在ODMA环境中，保持无连接的，分组导向的通信会话。如果直接中继通信是语音电话呼叫，两个移动站可以分配它们的资源使得甚至在分组导向的环境中清楚地传送对话。例如，在呼叫期间中断或禁止和其它移动站的其它中继操作。

在第一移动站M1和第二移动站M2之间启动中继模式中的呼叫之后，可能需要将呼叫从中继模式切换到连接模式。在这个情况中，一个或两个移动站产生越区切换请求，并且发送该越区切换请求到基站BS。在这个情况中，基站BS必须恢复和两个移动站的正常蜂窝通信。因此，基站BS启动和第一移动站M1的第一无线链路，进入和第一移动站M1的连接模式，并且基站BS启动和第二移动站M2的第二无线链路。基站BS之后在第一无线链路和第二无线链路上连接呼叫。

综上所述，可以看到本实施例提供了用于移动装置-移动装置通信的改进的方法。移动站具有比如由机会引导多路访问(opportunity Directed Multiple Access)协议提供的中继能力，并且其在基站的监管下建立直接链路，而不连续访问基站资源。因此，这个技术可以节省下行链路资源，因为仅在指示移动装置进入直接通信模式中才涉及基站。另外，在移动站之间的直接通信可以降低功率，因此节省移动站中的电池电量。另外，如果网络运营商提供直接通信模式作为较低成本的选项给标准蜂窝、连接模式的通信，具有用户费用方面的优势。

虽然示出并描述了本发明的特定实施例，但可以对其做出修改。例如，如果两个移动装置比较靠近，但是不绝对靠近，基站将列出其它介于其间的移动装置作为在两个端点移动站之间的转发器，因此所附权利要求意在覆盖落入本发明的真实精神和范围中的修改和变更。

Claims (13)

1.一种用于操作无线电话系统的方法，该方法包括：

(a)在无线电话系统的一个或多个移动站，检测与其的无线传播情况足够好的其它移动站；

(b)在一个或多个移动站，传递关于检测到的移动站的信息到无线电话系统的基站；

(c)在第一移动站，在步骤(a)和(b)之后，请求和第二移动站通信；以及

(d)在基站，如果在第一移动站和第二移动站之间的无线传播情况足够好，指示第一移动站和第二移动站建立直接通信。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在步骤(c)之后，在步骤(d)之前，在基站，从第一移动站接收通信请求；以及

根据来自第一移动站和第二移动站的关于检测到的移动站的信息，确定第一移动站和第二移动站是否能够启动直接通信。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在步骤(c)之后，在步骤(d)之前，确定第一移动站和第二移动站的每一个是否是另一移动站检测到的移动站。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述指示第一移动站和第二移动站建立直接通信的步骤包括：

启动在基站和第一移动站之间的第一通信链路；

传递直接通信指令到第一移动站；

启动在基站和第二移动站之间的第二通信链路；

传递直接通信指令到第二移动站；

终止第一通信链路和第二通信链路。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测其它移动站的步骤包括：

检测从各个移动站到无线电话系统的基站的各个上行链路传输。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述检测其它移动站进一步包括：

确定检测到的来自移动站的上行链路传输的接收信号强度；

如果接收信号强度超过阈值，则添加该移动站到候选者列表。

7.如前面任何一项权利要求所述的方法，进一步包括：

在第一移动站，响应于建立直接通信的指示，进入和第二移动站的、基于分组的无连接通信模式。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述基于分组的无连接通信模式包括进入机会驱动多路访问中继模式。

9.一种用于操作无线电话系统中的基站的方法，该方法包括：

(a)从无线电话系统的各个移动站接收关于各个移动站的中继候选者的信息；

(b)在各个中继候选者列表中存储该信息；

(c)在步骤(a)和(b)之后，从第一移动站接收请求以启动与无线电话系统中的第二移动站的呼叫；

(d)至少部分基于和第一移动站相关联的中继候选者列表，确定第二移动站是否物理地靠近第一移动站；以及

(e)如果是的话，指示第一移动站和第二移动站进入用于直接链路通信的中继模式。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述指示第一移动站和第二移动站进入中继模式的步骤包括：

在和第一移动站的第一链路上传递关于中继模式的信息；

在和第二移动站的第二链路上传递关于中继模式的信息；以及

终止第一链路和第二链路两者。

11.如权利要求9或10所述的方法，进一步包括：

从各个移动站接收更新，用于更新各个中继候选者列表。

12.一种无线电话，其包括：

无线通信电路，配置其用于和远程无线设备进行双路无线通信；

控制器，配置其来控制无线通信电路，并且检测无线传播条件足够好的其它无线电话；以及

存储器，配置其来存储中继候选者列表，关于检测到的无线电话的信息被添加到所述中继候选者列表，

配置控制器来控制无线通信电路以建立到远程基站的无线链路，以传送中继候选者列表到远程基站，以建立到远程基站的无线链路，以传送用于和另一无线电话通信的请求，并在无线链路上接收直接通信指令，并且进一步配置其来控制无线通信电路以响应于直接通信指令中断无线链路，并建立和其它无线电话的中继无线链路。

13.如权利要求12所述的无线电话，其中，所述控制器被进一步配置来控制无线通信电路以检测来自其它无线电话的上行链路无线传输，并且响应于检测到的上行链路传输，填充中继候选者列表。

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