无线电电话系统和运行方法

本发明涉及无线电电话系统和这种系统的运行方法。

本发明的目的是简化安装在地铁系统里的无线电电话系统的呼叫 切换。在每一个地铁站安置一个基站。该基站不仅为地铁站区域还为 延伸到相邻地铁站的一段隧道提供无线电通信覆盖。当地铁列车从一 个地铁站开往相邻地铁站时，列车上的移动无线电电话从第一个基站 的服务区进入下一个基站服务区。为了在行进中保证呼叫连续，第一 个基站把该呼叫交给下一个基站，这一过程叫做呼叫切换。

在蜂窝系统里一个常用的切换方法是基站投票(base station voting)。察觉到需要切换时，相邻的站点(即相邻基站)用一个接 收机收听移动电话并测量链路质量。如果某些相邻站点链路质量更 好，就预约一个话务频道，并通过原基站指令该移动电话切换到这一 话务频道。

在使用漏馈电缆的地铁系统中，如果该电缆系统使用的是截断的 分段电缆，就不能使用这一方法。在电缆的端点信号衰减得非常快， 不可能进行投票，也不可能将移动电话切换到一个新的频道。此外， 信令指令和切换到新的频道都会产生额外的干扰和音频路径的中断。

实现切换的另一条途径是，让移动电话测量下行链路信号电平和 信号质量，看起来有必要时就请求切换。这种移动电话辅助的切换可 以用上述的基站投票法来完成，它也会产生同样的问题。

移动电话也可以通过测量相邻站点控制频道的信号质量来实现实 际的投票或选择新站点。采用这种方法不需要投票接收机，但即使没 有几个相邻站点而且精确地知道各个频道，这一过程进行得仍然非常 缓慢。在分段电缆系统里，移动电话在丢失旧站点以前，没有足够的 时间向目标站点发出呼叫请求。

移动投票切换可以在呼叫过程中通过让移动电话在一个特殊的监 测频道定期发射和/或接收信号来改善。如果它在该频道上收到了另一 个站点的信号，它可以立即向该目标站点发出切换请求。为此目的每 个站点都必须有一个单独的监测专用接收机和发射机。对该监测频道 的定期取样也会在音频路径里产生连续干扰。

本发明一方面提供了一个无线电电话系统，它包括服务于相应区 域的两个基站和相对于这些基站可以移动的一个移动电话，这样，当 该移动无线电电话离开第一个基站的服务区进入第二个基站的服务区 时，就启动呼叫切换程序。该系统还包括控制呼叫切换程序的控制装 置，这样，在移动电话和第一基站之间的频道上建立呼叫时，该控制 装置就在第二基站预约所述频道，为呼叫切换程序做好准备。

最好，将该系统安装在地铁系统里。在这种情况下，基站可以位 于相邻地铁站里，一条隧道将这些地铁站连接起来，从相应基站延伸 到该隧道的辐射电缆为该隧道提供服务。

本发明另一方面提供无线电电话系统里进行呼叫切换的一种方 法，它包括在移动电话和第一个基站之间的频道上建立呼叫，并在第 二个目标基站预约好同样的频道，当移动电话从第一基站的服务区进 入第二基站即目标基站的服务区时为呼叫切换做好准备。

在切换呼叫时，可以释放第一基站的频道，但最好关闭第一基站 的发射机而让第一基站的接收机进入等待模式。建立呼叫时最好在每 一个可能的目标基站都预约好这样的频道，而将呼叫切换到某一个目 标基站时就释放其余目标基站的这些频道。

在优选实施方案里，移动电话监测收到的信号强度，如果它下降 到一个预定电平以下，就发射一个切换请求信号，目标基站检测到切 换请求信号并启动呼叫切换，这包括打开目标基站的发射机和关闭第 一基站的发射机。

这一新的切换方法最适用于相邻基站不会因为电缆末端而相互干 扰的地铁系统。预料到需要切换时，就在相邻(目标)站点预约同样 的频道。因为在两个末端使用同一个频道时电缆末端区域的干扰不能 完全避免，所以不打开目标站点的发射机。

在该系统里所有的接收机都工作，所有的音频信号都叠加起来。 当移动电话接近末端区域时，两个接收机都可以收到它发射的信号， 但将信号解调相加后却没有任何干扰。在上行链路方向这样的切换确 实是无缝的。

在下行链路方向上电缆末端的基站信号迅速消失。系统必须能够 在关闭旧站点发射机的同时准时打开目标站点的发射机，以避免下行 链路音频路径的任何中断。

在半双工系统里，这一点很容易在移动电话发射信号时完成。当 目标站点收到移动电话发射的信号时它可以立即打开发射机。当移动 电话停止发射时，切换已经完成。为了避免干扰和噪声引发的所有切 换错误，目标站点必须用一种可靠的方法识别移动电话。

可用的技术标准要求移动电话在每次发射的末尾发射特殊的信令 消息。如果打开发射机的速度足够快，以至于在移动电话能接收它的 信号之前基站就已进入满功率状态，那么该信令消息就可以用于移动 电话的识别。呼叫期间里业务频道上还有其它的信令消息可以用于这 一目的而没有上述时间限制。

如果该半双工移动电话不再发射，它就必须检测电缆末端并发出 切换请求。这可以通过测量下行链路的信号电平来实现。如果该电平 低于某一特定电平，移动电话就发出切换请求消息，直到电平增大。 如果电平维持低值，在几次重复的尝试后就释放呼叫。

系统一发现目标基站传来的切换请求消息，就打开目标站点的发 射机并关闭旧站点的发射机来完成这一次切换。

在所有的目标站点上预约一个等待频道和一个硬件频道单元是另 一个问题。即使有足够的频道，这种慷慨的预约方法也会限制系统的 容量。另一方面使用额外的频道单元需要更多的硬件和更高的成本。

这一问题可以通过减少目标站点的数目和缩短待命频道的预约时 间来部分地解决。

系统有一个数据库，保存了每一个用户的切换特权，只在允许的 目标站点预约等待频道。如果同一个系统里有多种类型的用户，那么 就可能定义规定切换能力的几个用户文档。这些特权可能允许切换到 所有相邻站点，切换到有限数量的站点或不允许切换到任何站点。

由于地铁无线电网的主要用户是列车，因此预测下一次切换的实 际目标站点是可能的。因为列车通常不会改变行进方向，前一站点就 不可能是目标站点。交叉口的数量非常有限，因此通常只有一个可能 的目标站点。所以只需要在那里切换频道。

需要向任意方向或任意路径移动的一些便携式电话被赋予切换到 任意相邻站点的权力。这意味着需要在所有这些站点预约切换等待频 道。

另一方面，许多便携式电话根本不离开站区。不给它们任何切换 权力，也不预约任何等待频道。更进一步，这些单元可以共享相邻站 点同样的频道，因为不可能有电缆末端干扰。

如果可以预计实际的切换时刻，就可以缩短等候资源的预约时 间。于是可以“在最后时刻”预约等待频道。

列车是按时刻表运行的，这可以用于预测切换时刻。精度取决于 列车的准时程度。

更可靠的计时方法涉及到列车花在每一段轨道上的时间。每次从 一个站点变换到另一个站点，移动电话都按标准程序注册。对于每一 站点可以从距离、最大速度和最少停车时间计算出列车必须花在那一 段轨道上的最少时间。这“最短的站点通过时间”可以用于延迟等待 频道的预约。向某一站点注册以后，要经过这一最短的站点通过时间 以后再预约等待单元。

如果该站区覆盖有另一漏馈电缆，就有可能使用只跟车站馈线连 接的另一个投票单元，检测出列车是否在该车站。这样可以更精确地 预计列车从该站点到达电缆末端的时刻。

移动电话辅助的切换方法也可以用于预测切换时刻。当移动电话 能够检测到正在接近的切换点时，它可以用一个特殊消息通知系统。 为这一检测，移动电话可以使用几种方法：

-如果收到的信号的平均电平稳定地下降，那么列车是在离开该 站。

-如果电平下降到低于一个特定电平(例如该移动电话向该站点 注册时测量到的电平)，那么电缆末端就要到了。

-如果电平下降到低于要求的最小电平，那么就已经通过了电缆 末端。跟旧站点的任何信令尝试都已太迟，因此延缓向这一点预约等 待频道是非常危险的。

-在隧道里离开电缆末端一段合适的距离处可以安置特殊的信标 发射机。这一信标可以由另一个接收机检测，从而可以为移动电话给 出确切的地点。

预约切换等待对额外频道单元的需要，可以通过在那一站点只允 许这些单元分配给“真实的”呼叫而减少。于是系统的实际呼叫处理 容量没有因为切换预约而减小，而切换失败的可能性却增大了。

如果被呼叫释放后信令单元立即被任何(正在排队的)切换等待 所预约使用，那么该有限的硬件容量就工作在最佳状态。

对等待频道单元的需要可以通过用一种时间共享的方式检测几个 等待频道而进一步减少。

本发明最直接的实现就是将对目标站点的预测和立即预约等待单 元跟释放给其它呼叫的可能性相结合。

将参考作为实例的以下附图来说明本发明的无线电电话系统，其 中

图1是本发明第一个实施方案的略图，

图2是本发明第二个实施方案的略图。

参考图1，无线电电话系统包括跟电话交换机7相连并服务于地 铁系统里两个相邻地铁站3、4的基站1、2。地铁站3和4之间有隧 道5相连，铁轨6从第一个地铁站3通过隧道5延伸到相邻地铁站4， 假定这就是列车8的行进方向。第二个隧道(没有画出)将两个地铁 站相连，用于反向行进即从地铁站4到地铁站3的列车。

第一条辐射电缆9从基站1延伸到随道里，终止于末端10。第二 条辐射电缆12从基站2延伸到隧道里，终止于跟末端10相邻的末端 13。随着列车8沿着隧道行进，列车8上的移动无线电电话14通过跟 电缆9进行通信维持跟基站1的一条无线电链路，该电缆9是一根天 线。随着列车接近末端10，移动电话14接收到的信号的强度下降， 为了继续该移动电话和交换机之间的通信，就通过呼叫切换过程将无 线电通信转交给电缆12。当列车通过末端区域10、13时，接收到的 信号强度会突然下降，必须迅速切换以避免呼叫中断。

在跟基站1通信时，无线电电话占用一个特定的频道。根据本发 明，当预计到呼叫切换时，就已经在下一个基站2(在一个更复杂的 地铁网络里还可能在基站，见图2)预约好同样的频道。

当基站1和电话14之间成功地建立起话音呼叫时，无线电系统设 施就立即在目标基站2预约好同样的频道作为等待频道。作为这一提 前预约的结果，基站2的接收机处于等待模式，在预约的频道收听信 号。当接收机处于等待模式时不打开基站2的发射机。

当移动电话14在原基站1失去场强时，它就在业务频道上发送一 个切换请求消息。目标基站2在这一频道上有一个接收机，接收到该 消息，打开它的发射机并通知基础设施将基站1的频道单元转变到切 换等待状态。该基础设施同时释放所有可能的其它切换等待频道单 元。

当接收到的信号强度低于某一特定电平时，无线电电话14就周期 性地发出切换请求。如果无线电电话14在一个预定的期间里得不到一 个更好的场强，移动电话就释放这一频道。

如果目标基站2从移动电话14接收到任何其它可以识别的信令消 息，系统也实施切换。

基础设施根据以下数据来决定在一组基站里分配一个等待信道： 地铁网络结构、移动电话特权等级和此刻正工作的站点以及前一站 点。

如果地铁系统分成单独的线路，那么就可能在系统数据库里将移 动电话半永久性地分配给单一一条线路。这样仅仅需要将该线路上的 相邻站点看成可能的切换目标站点。

便携式单元那样的移动电话并不被约束在该路线，它们的切换权 限可以定得更高。可以给一些单元在所有相邻站点或一有限组站点上 预约切换等待频道。一些单元永远不会离开它们的站点区域，因此不 需要任何等待信道。

可以通过查表来分配上述等待信道，该表为每一“当前”和“前 一”站点对列出了可能的目标站点。每一移动电话都跟一个特定的查 阅表连接，需要的“前一”站点信息存储在系统注册数据库里。

本发明的另一个实施方案规定允许的线路为一系列地铁站。每一 个移动电话都跟这些系列中的一个(或几个)相连。

如果在“下一个”基站有一个空闲频道和频道单元，就分配一个 频道用作等待频道。如果没有频道或频道单元，基站就进入排队状态。 如果基站的一个频道或频道单元被释放，用户就可以得到处于排队状 态的基站的一个等待频道。基础设施检查是否有用户需要这一基站的 这一频道。如果一个用户需要该频道，就将该频道设置为等待频道。

如果用户都在进行同样的半双工呼叫，而且他们两个都需要同一 个基站的一个等待频道，那么基础设施就可以检测到这一点，并为两 个用户预约同样的频道。通过这种方式频道容量获得了更有效的使 用。

如果一个站点没有任何频道和频道单元可以预约成切换等待频 道，那么切换就要失败。

如果其它一些呼叫需要处于等待模式的这一频道单元或这一频 道，无线电路径管理子系统可以释放该频道用作普通业务频道。这一 频道不可能被释放用作等待频道。

提高切换成功可能性的另一个方法是如果“下一个”基站没有当 前频道，就在切换前改变使用的频道。

图2说明本发明在地铁系统里两条铁路线15、16的交汇处的应 用。线路15上有地铁站17、18、19，线路16上有地铁站20、18和 22，地铁站18是两条线路的交汇点。

象图1一样，每一个地铁站都有一个无线电基站和一根从基站辐 射到隧道去的电缆。线路15的列车23上所示位置上的便携式手机正 在跟地铁站17的基站进行无线电通信。建立这条无线电链路时，系统 就在每一个可能的目标基站预约同样的频道作为等待频道，在本例中 这些目标基站是地铁站18、19、20和22的基站。因为携带便携式手 机的人可能在地铁站18换乘到线路16，所以有必要将地铁站20和22 的基站也看作可能的目标基站。如果该移动电话安装在列车上，系统 在选择目标基站时就肯定会做出更进一步的选择。

再回到列车上的无线电话是一个便携式手机的实例，当一个基站 成方目标基站时，它的接收机就进入等待模式在预约频道收听便携式 手机的呼叫。当有关接收机处于等待模式时每一个目标基站的发射机 保持关机状态。

当一个目标基站的接收机，在这里该基站位于地铁站18，在预约 频道收到来自便携式手机，有预定的最小信号强度并包括满意的识别 信号的呼叫时，就实施切换，也就是说打开目标基站的发射机并且继 续这一呼叫(现在它建立在便携式手机和地铁站18的基站之间)。实 施切换后地铁站17、19、20和22的基站都变成目标基站。在每一个 新的目标基站里，接收机都进入等待或收听模式，它们的发射机被关 闭或维持关机状态。应当指出地铁站17的基站成为一个目标站是因为 该便携式手机的携带者有可能在地铁站18换乘列车并朝地铁站17反 向行进。

本发明的目的是促进安装在地铁系统里的无线电电话系统的呼叫 切换。这些方法可以被改变成适用于具有某些限制的其它类型的网 络。如果移动电话主要是作一维移动(列车、公路、河流)，那么本 发明的多数方法都是可用的。