CN101438605A - 用于建立移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间的直接无线电通信的过程和系统 - Google Patents
用于建立移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间的直接无线电通信的过程和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的过程，所述用户订阅同一运营商，该过程包括：使用感知无线电技术来检测可用于其中所述至少两个用户设备所位于的特定区域内的无线电通信的频谱资源，其特征在于该过程还包括：从所述可用资源中选择至少一个资源，所述资源是与所述两个或多个用户设备共有的运营商的资源，并且在所述两个用户之间使用所述检测的运营商的空闲资源来建立直接无线电链路。本发明还涉及用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的系统。
Description
技术领域
在移动电信领域中，本发明涉及了解其中移动终端所位于的无线电环境和基于这一了解做出决策的能力。更具体地，它涉及通过使用感知无线电技术在构成蜂窝系统一部分的终端之间建立直接无线电通信的可能性。
背景技术
感知无线电在研究开发领域是一个相对新的概念(首先由皇家技术学院的Joseph Mito1a在2000年5月8日在“Cognitive Radio.AnIntegrated Agent Architecture for Software Defined RadioDissertation”；然而，它已经引起了工业界的兴趣并且毫无疑问地将出现在未来的电信系统中。感知无线电基于这样的事实，即用户的通信设备能够了解它所位于的无线电环境并且使用这一了解做出决策(例如，它是否可以发射，以及当发射时它应当使用什么最佳频谱以便不产生干扰)。关于这一思想的方面之一是当前的无线电通信系统没有充分利用可用于它们的整个频谱，即给定任何时刻和地点(在为该系统所授权的地理区域内)，极有可能是存在可用于比正在进行的通信(发射/接收)更多的通信的频谱。例如，这将允许提供有感知无线电智能的用户设备来扫描这一点上的频率并且使用那些空闲(即未被系统使用)的频率。
另外，用户设备之间的直接无线电通信是已知的概念并且用于商业技术方案中，无论是在完全独立的系统(例如步话机)中还是作为存在于蜂窝系统中的功能(例如，TETRA)。正是基于这样的事实，即如果移动用户设备从无线电的角度来说可以相互“看到”对方的话则它们可以相互直接进行通信。最典型的通信是语音通信，通常遵循半双工模式(每次仅一个人可以讲话)。如果这个直接无线电通信发生在蜂窝系统中，则它可能专有地由终端来处理，而不需要网络的介入，或者它可能由蜂窝系统的网络节点(比如基站)辅助或者由蜂窝系统的网络节点(比如基站)控制。这一通信在物理层中是直接的，即无线电信号从一个设备到另一个设备；因此，不应当混淆涉及较高层中的直接通信的其他概念，比如举例来说在IP层中流行的“对等”通信(其中物理信号实际上穿越一个用户设备和另一个用户设备之间的许多中间节点)。
PTT(一键通)概念最初涉及半双工线路中的通信方法，包含按下按钮并且保持它以能够发射(即，讲话)并且释放它以能够接收(即，收听)，其是最老的移动电话协议之一。最近，术语PTT(一键通)被使用更多涉及存在于移动电话中的功能并且与由移动运营商提供的业务有关，使得所描述的动作被模仿；例如，在订阅该业务的一组用户中，其中一个用户(每次仅一个人)可以通过按下他或她的移动终端的PTT按钮来讲话而其他人将通过他们的电话的耳机即刻听到他或者她的讲话。在工业上这一业务的普遍实现，称作PoC(基于蜂窝的一键通)，现在正处于标准化过程中，基于分组传输(GPRS、UMTS)和SIP和RTP协议。
中继技术的概念通常与其他概念比如自建网络(自构网络、专有网络、网格网络等等)的概念结合。这是一个很宽泛的概念，其当前正处于很热情的研究中。对于这里所描述的本发明最有关的方面涉及扩大覆盖以使得实现从无线电的观点来说相互看不到对方的用户之间能够通信的可能性。举例来说，如果有一个用户A的移动设备，其中用户A位于另一个用户B的范围内，同时有一个第三设备C，也在B的范围内，但是这样以来A和C不能看到对方(即，在两者之间不能是直接无线电通信)，于是通过使用中继技术，B可以是A和C之间的桥接，这样以来他们可以相互讲话(从而存在直接无线电信号A-B部分和另一B-C部分)。这一中继可以从简单重复物理信号直到暗含寻址和路由的更复杂的算法。
有几种系统，这样的系统包括在蜂窝系统内的移动终端之间直接通信的思想，在蜂窝终端的单个设备中结合步话机或者一般的或者“通用的”步话机设备的概念。
因此，举例来说，公开号为WO 98/35515的PCT专利申请描述了在具有特定频率的移动终端之间直接通信的思想，或者德国专利申请DE10006688涉及一种结合GSM和DECT的系统。关于商业技术方案，可能提到了TETRA无线电通信系统，它包括终端之间，以及配备有MOTOtalk离网数字步话机功能的摩托罗拉终端(其将常规的蜂窝电话和常规的步话机结合)直接的直接模式。
然而，它们与下面将解释的本发明都不一样。区别本发明的关键点在于结合了感知无线电技术和利用了移动运营商的空闲频谱资源(即，在许可证下属于后者)
在现有文献中，当说到在一个系统中使用感知无线电技术这样用户设备可以使用在该系统中检测到的空闲无线电资源的可能性时，假定所述设备将作为系统的标准设备来工作(例如，GSM移动台将继续成为GSM移动台，或者4G终端将是按照4G系统中的终端的功能如何被定义的终端)，但是对于其他使用来说并非如此，比如在本发明中描述的直接无线电通信。
我们都知道，在移动电话领域中缩写词和首字母缩写词被频繁使用。下面提供了在整个这个说明书中使用的首字母缩写词/术语的术语表：
-ARFCN：绝对无线电频率信道号
-BCCH：广播控制信道
-BSC：基站控制器
-BTS：基地收发信台
-CCDC：蜂窝感知直接通信
-CDM：码分复用
-FDM：频分复用
-FR：全速率
-GMSK：高斯最小移频键控
-GSM：全球移动通信系统
-GPRS：通用分组无线电业务
-HLR：归属位置寄存器
-R&D：研究和开发
-IP：互联网协议
-OTA：空中下载
-SCH：同步信道
-SIM：订户身份模块
-MSC：移动交换中心
-PTT：一键通
-RTP：实时传输协议
-SDCCH：独立专用控制信道
-SMS：短消息业务
-SIP：会话发起协议
-TCH：业务信道
-TDM：时分复用
-TETRA：陆地集群无线电
-TS：时隙
-UMTS：通用移动电信系统
发明内容
本发明涉及分别根据权利要求1和12的在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的过程和系统。在从属权利要求中限定了该过程和该系统的优选实施例。
本发明主要基于结合“感知无线电”和“移动终端之间的直接无线电通信”的概念。其次并且可选地，根据本发明的特定实施例，后者还可以结合“一键通”和“中继技术”的概念或者机制。
所提出的发明的一般表述是，在移动蜂窝通信系统内，优选地以运营商控制的方式，用户设备单独地或者通过网络帮助，使用感知无线电技术在某一时间上在他们所位于的地方利用由所述运营商所提供的该移动系统的空闲频谱资源来在它们之间建立直接无线电通信。
因此，本发明的第一方面涉及用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的过程，所述两个或多个用户设备使用同一运营商的网络，该过程包括：
-使用感知无线电技术来检测可用于其中所述至少两个用户设备所位于的特定区域内的无线电通信的频谱资源，
其特征在于该过程还包括：
-从所述可用资源中选择至少一个资源，所述资源是与所述两个或多个用户设备共有的运营商的资源，并且
-在所述两个用户之间使用所述检测的运营商的空闲资源来建立直接无线电链路。
依靠本发明，用户设备(移动终端)因此使用由感知无线电技术为操作所检测的空闲资源，该操作尽管它可能由运营商所认证，但是它不是该系统的标准操作(例如，该移动台将不当作GSM移动台而是当作步话机)。
换言之，本发明旨在使用运营商许可的频谱-而不是在确定时间和地点上使用它-来在订阅所述运营商的两个用户设备之间建立直接无线电通信。
依靠使用感知无线电技术，用户设备被允许了解它的无线电环境，这样它检测和选择用户所订阅的蜂窝系统中的空闲资源，并且可以随着无线电环境变化而动态改变那个资源选择。
优选地，除了所述资源是空闲之外，所述资源还是不干扰运营商的正常业务的资源，即依靠一些感知无线电技术，在蜂窝系统中存在空闲信道或者资源-即那些没有被使用的信道或者资源被检测到，-为了建立直接无线电链路，使用这样的资源，如果用户设备使用它的话它不影响系统的正常工作(即，它不引起干扰)。
优选地，这个发明中所描述的直接无线电链路以运营商控制的方式来建立。可能的控制方法的一些例子将是：订阅的条件或者条款(例如，登记业务、使用限制等等)、对于在用户终端和/或在用户的身份卡中所引入的那个影响的特定机制(例如GSM系统中的SIM卡)、或者与移动网络的信令，如果存在与它的通信并且在本发明的实现中使用辅助模式的话。
使用感知无线电技术用于了解无线电环境可以通过用户设备自己(独立地)或者通过网络辅助来实现。也可以人工地(通过用户的介入)或者自动地(没有用户的介入)来实现。
优选地包括控制机制，这样当无线电环境改变时检测到它，并且正在被使用的资源被释放并且它被变成新的空闲资源。
根据优选实施例，该过程包括创建CCDC组，该组由所述两个或多个用户设备所组成。换言之，本发明的过程优选地使用管理算法用于创建一组CCDC用户(即，基于蜂窝系统的空闲资源通过使用直接无线电通信进行相互通信的用户)，协调那些在同一CCDC组的用户中选择和使用的空闲资源(在动态地创建该组时和创建该组之后，当至少一个成员的无线电环境改变时，其迫使切换空闲资源)，以及当在两组的一些成员之间存在地理重叠时协调在不同组用户之间使用的资源。
本发明可选地包括使用任何中继技术，依靠一个或几个无线电跳转，使同一CCDC组的两个用户置于通信中，即使这些用户没有位于直接无线电范围中。作为应用(可选地)中继技术(也涉及专有网络、自建网络等等的概念)的结果，可以提供在本发明的过程的基本操作上的改进。
PTT模式还可以优选地包括在CCDC组的用户终端中，这样它们具有PTT用户的体验，包含按压和保持PTT按钮来讲话、释放按钮来通过扬声器来收听。此外，如果CCDC组的任何成员与移动网络进行通信，则可选地可以添加任何机制，其允许包括在CCDC用户的移动运营商的蜂窝PTT业务中，即它们使用基于空闲资源的直接无线电通信。因此，同一PTT组可以具有与CCDC组的移动用户(其位于确定区域)一样多的标准移动用户(其可以在不同地理区域中找到)。
本发明的过程还可以包括使得CCDC用户能够使用紧急邮件(emergency post)进行通信。
本发明的第二方面涉及用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的系统，所述两个或多个用户设备使用同一运营商的网络，包括：
-感知无线电装置，用来检测可用于其中所述至少两个用户设备所位于的特定区域内的无线电通信的频谱资源，
-所述两个或多个用户设备具有蜂窝系统的标准通信模式和直接无线电通信模式或者步话机模式，
其特征在于该系统还包括：
-用于从所述可用资源中选择至少一个资源的装置，所述资源是与所述两个或多个用户设备共有的运营商的资源，并且
-在所述两个用户之间使用所述检测的运营商的空闲资源来建立直接无线电链路的装置。
蜂窝系统中的空闲资源的数量反比于该区域中的基站(延伸地来说为潜在用户)的密度。因此，在城市或者半城市环境中，很难找到空闲资源，即，没有被占用并且可以被获得和使用而不干扰系统的资源；它们是这样的区域，即其中移动运营商使用已经达到最大的频谱。相反，在乡下或者无人居住的区域，很有可能可以找到空闲资源；可以说移动运营商具有额外的或者多余的频谱。
本发明覆盖了在城市环境(例如，在城市中)或者半城市环境中(如在乡下环境中)使用空闲频谱的两种情况，假定执行这样的算法，即该算法动态搜索间隙或者空闲信道并且使用它们而不干扰系统(而不降低容量)。然而，观察到最有兴趣的应用将是在乡下或者无人居住的环境中。
附图说明
下面将简要地描述一系列附图，这些附图将帮助理解本发明，并且特别地涉及作为示例性而非其限制性的例子的所述发明的实施例。
图1示出了终端如何可以检测和选择空闲资源。
图2是工作在直接无线电模式(CCDC)中的一组终端的示意图。
图3描绘了本发明的具体终端的功能框图，所述终端具有标准GSM模式和直接无线电模式。
具体实施方式
图1示出了终端如何可以检测和选择空闲资源：在这个例子中，运营商的频谱的频率在该区域中不被使用并且其使用不干扰网络的工作。
首先，它包括发现蜂窝系统中的空闲信道或者资源-即，那些不正被使用的并且如果移动设备使用它们的话优选地不影响系统的正确工作(即它们不引起干扰)的空闲信道或者资源。蜂窝系统主要使用三种类型的资源复用：频率的(FDM)、时间的(TDM)以及码的(CDM)。被称为资源或者信道的通常是它们的组合。
在GSM系统中，信道对应频率和时隙(TS)的组合。每个频率包含在900、1800(欧洲)或者850、1800(美国)频带中的两对200KHz+200KHz的载波。此外，对于每个频率，时间被划分为连续的段或者帧(每帧4.615ms)，这样每帧具有八个时隙用于建立可区分的通信(见图1，元件1)。因此，“GSM信道”的例子将是由频率ARFCN＝11(892.2MHz上行链路载波+937.2MHz下行链路载波)以及时隙TS＝3(帧中存在的8个时隙中的时隙号4-因为GSM系统从0到7计数它们)构成的那个信道。上行链路载波用于从终端10到基站20的通信，而下行链路载波用于从基站20到移动终端10的通信(根据图1中所示的计数)。在GSM系统中，这个在时间上划分成帧和时隙要求基站和终端之间的“时钟”同步，这样使得它们关于何时每帧和每个时隙开始被准确地调整。
依靠感知无线电技术执行空闲信道或者资源的存在和从中选择它们中的一个。在这个情况中最直接的方案包含移动设备搜索那个移动系统的整个频谱，并且具体地搜索提供业务的运营商的已知频率，以便看到存在于广播中的信号电平。然后选择该一个/几个没有活动的信道(见图1中的元件2)。如前所述，为了考虑实际上空闲的资源，除了在那时没有信道的占用之外，必须确保当它被占用时它不将影响系统的工作(如何确保这一点将特别取决于每个系统)。
可以使用适用于检测和选择将被使用的资源的不同的感知无线电技术，比如举例来说，那些基于搜索频率、基于数据库、基于网络的帮助等等的感知无线电技术。
在GSM系统的情况中，由GSM移动运营商使用的典型的频率规划划分可用频率的规划成为两类：那些被认为是总是存在于广播中的频率(因为基站使用它们来发射或者播送信息，例如BCCH)，以及那些根据那时在那个地方上存在用户通信而可以存在于或者不存在于广播中的频率(例如用于SMS的SDCCH和用于语音呼叫的TCH)。在搜索对应运营商的GSM频率(其是整个GSM的子组)中，在第二组的频率中缺乏信号电平没有提供这样的保证，即这个频率实际上在这个区域中是空闲的；相反，在第一组的频率中缺乏信号(来自现在BCCH频率的呼叫)表明在使用它的区域中没有基站并且扩展地说，它可用于新的通信而不干扰蜂窝系统的正确操作。作为参考值，它将被视作“空白(clean)”并且在任何BCCH频率上可用，该BCCH频率的无线电信号电平小于-110dBm，其将确保不仅那个频率而且它的邻近频率没有正被这个区域中的基站所使用(见图1的元件2)。如果几个可用，则将被选择的最佳BCCH频率将是其中搜索被上下最大数量的其他空白频率所环绕的那个频率(假定用户可以移动和改变他或者她的无线电环境)。极端情况是GSM覆盖的整个缺乏，其中所有BCCH频率将是空白的和空闲的。从基站传输广播信息，如前所述的，总是被包含在两个组成BCCH频率的下行链路载波中。而且，它仅占用GSM帧中存在的八个时隙的时隙TS＝0中(见图1的元件3)，尽管如果搜索持续足够长的时间，检测那个信号也将没有问题(实际上，因为帧持续仅4.615ms，这很容易做到)。很基本的扫描将仅检测信号电平，而有点更高级的但同样简单的扫描可以进一步与基站同步并且为其中信号被检测到的那些频率读取它的广播信息(SYSTEM INFORMATION系统信息)。
如前所述，本发明的最感兴趣的应用是在乡下或者无人居住的环境中。在这种情况中，本发明的一些应用例子可以是：
a)在探险家或登山运动员之间的步话机业务(例如，在高山地区、丛林、沙漠等等)，在他们之间并且还可选地从紧急角度，其中之一具有直接的无线电可见度；
b)在森林或无人居住的地区提供通信给旅行者、猎人、童子军等等的休闲业务；
c)在具有极少或者无覆盖的地区中机动车之间的通信业务，比如参与划船比赛的船只、集会中的全地面机动车、小型飞机等等。
在所有这些情况下，依靠本发明，假定运营商不能使用它的网络提供业务，则运营商允许它的用户能够在他们之间，并且可选地与移动网络(如果该组的至少一个成员具有覆盖的话)或者与紧急邮件(其进而又可以完全本地的或者通过任何机制与外部世界进行连接，所述机制例如为移动网络、有线电话、无线电台等等)建立直接无线电通信。这种情形反映在图2中，它是工作在直接无线电模式中的一组终端10、10′、10″的示意图。在这种情况中，CCDC组由四个用户构成，都使用ARFCN＝11，在人工或者自动合并(pooling)之后，使用PTT协议来判定谁讲话谁收听。在图2中所示的情况中，四个用户中，终端10的用户在讲话，而终端10′在收听；同样，终端10″在收听，但是同时在中继模式中，这样终端之一10′可能实际上正在收听。另外在这个CCDC组之间可以存在与移动网络的通信，在直接模式中以及标准语音和数据业务下给它提供帮助。
本发明可以在其中被使用的区域中没有系统的覆盖的情况下和在当存在至少一个基站(通常其可以可选地提供某种类型的帮助给移动设备来帮助它的感知无线电任务和直接无线电通信业务)的覆盖时的情况下来实现。如果对于CCDC组的任一成员存在网络业务(因为存在提供覆盖的基站)，本发明将允许在它的用户设备中使用下列模式的通信：仅直接无线电模式、仅与移动网络的标准模式、或者同时两种模式(见图2的元件4；也见图3)。
另一种典型的缺乏覆盖的情况是在室内区域，比如洞穴或深渊(例如，本发明使得能够进行在一组洞穴学者之间的通信)。然而，这个例子也出现在城市(例如，车库、地下室)，于是用户室内已经占用的空闲资源在用户一出去到外面时可能干扰蜂窝系统的业务。因此，本发明的优选实施例还包括控制机制，它一检测到无线电环境改变时就允许资源空闲(并且可选地切换到另一个资源)。这被应用于改变无线电环境的任何情况中，即不仅是离开室内的情况，而且例如在其他情况下，比如例如车辆穿过足够长的距离，这样它们的区域的基站改变。
在本发明的优选实施例中，使用特定的移动终端，其允许不仅是蜂窝系统的标准通信模式而且允许直接无线电通信模式。直接无线电通信模式将实际上是标准模式的简化：一些资源比如纯无线电传输和接收资源，将被重复使用并且标准系统的许多协议(主要是信令和管理协议)不将需要，假定它们被设计为与网络进行交互；相反将需要简单的直接无线电通信控制协议(见图3)。
可选地，因为与本发明有关的业务之一是群语音通信业务，自然包括移动终端中的PTT体验(即，按压和保持PTT按钮来讲话，并且释放按钮来通过耳机收听)。这允许将用户设备基于当前的PTT移动终端。此外，在网络侧，如果在这个区域存在来自基站的覆盖，则本发明允许基于运营商的网络将直接无线电模式与PTT业务相结合。换言之，本发明使得一组PTT业务用户能够包括通过蜂窝网络通信的用户和依靠直接无线电模式通信的用户。在登山运动员的例子中，可能想象PTT用户在山上，他进而又与附近的另一个用户(与其的通信为直接无线电模式)和与另一远方用户(与其的通信是通过蜂窝系统的网络)进行群语音通信。尽管所组合的蜂窝步话机终端已经在现有技术发明中被提出，但是仍然有所不同，因为在这个发明中所提出的终端包括认知无线电智能来识别它的无线电环境和使用移动运营商的许可频谱中的空闲频率(见图3)。
在GSM系统的情况下，适合于本发明的终端包括标准GSM模式和直接无线电模式(或者步话机模式)，从技术实现的角度看，它是标准模式的简化，共享某些它的资源比如键盘、显示器、接触器(contact)、SIM卡、无线电子系统(天线、放大器和滤波器、发射机和接收机：GMSK调制、编解码器等等)并且除去了其他的比如更高层机制(呼叫控制、移动性管理等等)，即那些关于与基站和网络对话的部分。一些特征在步话机模式中是可选地，并且可以被包括或者不包括，其取决于特定实现，例如功率控制、加密等等。
图3示出了在终端的可能实现的示意图中的所有这些概念。这个终端将保存GSM系统的标准协议堆栈(元件200)并且将另外具有用于直接无线电模式的特定协议堆栈(元件201)。具体地，信令层面中的标准GSM堆栈，如可以在GSM系统的任何技术规范中发现的，从上到下包含以下层：Radio(无线电)、LAPDm(Dm信道上的链路接入协议)、RR(无线电资源管理)、MM(移动性管理)以及CC/SS/SMS(呼叫控制/增补业务/短消息业务)。相比而言，直接无线电模式的协议堆栈将更加简单，因为将不需要GSM较高层；具体地，如图3所示，从下到上具有以下层：Radio(元件100)、MACd(用于直接模式的介质接入控制，例如时隙的管理-元件101)以及CCd(用于直接模式的连接控制，例如感知无线电程序、在组的成员之间的频率共同分担过程等等-元件102)。在两个协议堆栈的较低层上，存在公共的元件，其将在终端的最佳实现的情况下被重复使用；具体地，整个无线电层以及介质接入功能性的一部分(换言之，标准GSM模式中的LDAPm和RR层的一部分和直接模式中的MACd层的一部分)将在终端中独特地实现，共享硬件和软件资源(元件202)。
继续图3的说明，在每个模式的协议堆栈上，存在模式切换功能(元件103)，其将要么专有地要么同时地允许选择两个工作模式之一。然后有该终端的工作系统(元件104)，并且在其上是输入/输出设备(比如键盘、显示器、PTT按钮、扬声器或麦克风-元件105)、存储设备(内存、数据库、SIM卡中的文件-元件106)、以及可以由两个工作模式模糊地、专有地或者同时地使用的该终端的任何其他资源(元件107)。
很基本的工作模式是直接模式下的一组用户的移动终端全部在同一资源或者信道上发射和接收。在标准GSM中，终端在上行链路频率上并在一定的时隙中发射，并在成对的下行链路频率上(位于45MHz以上)在另一不同的时隙(该时隙由两个或多个时隙分隔开)中(为了能够同时发射和接收)接收或者收听；这些频率和时隙值在呼叫的建立中由网络选择并且被传送到移动台。在本发明的基本实现中，CCDC组的所有移动终端可以在同一载波上发射和接收(如果有的话，依靠任何机制或者在网络的帮助下由它们建立)，使用PTT机制作为控制信道的装置(半双工模型)。在更高级的实现中，同步机制可以在同一CCDC组的终端之间添加，这样它们可以继续使用GSM系统的该帧和时隙结构，并且这样它们因此需要单个载波和时隙，为其他组释放同一频率的其他时隙。
本发明还可以可选地包括运营商网络中的修改，即它允许“自动”工作模式(其中终端使用它们自己的资源以及如果该区域有基站的话使用来自基站的标准信息)和“辅助”工作模式(其中为本发明特别修改的网络向它们提供特定信息)。
对于GSM的情况，这个辅助模式将要求本发明包括在BTS、BSC和MSC节点的软件中的较小修改(例如，系统信息(SYSTEM INFORMATION)消息中的变化或者用于网络和移动终端之间的对话的新协议，其中该移动终端将要使用步话机模式)。这个新的软件可以仅在其中运营商想要提供这种类型的业务的区域中(例如，乡下地区)被装载(图2的元件5)。
该系统优选地包括(直接或者间接的)由移动运营商提供给用户的业务的监控和控制机制，其可以是：a)SIM卡和它包含的信息；b)移动终端，例如该业务使用的特定记录(日志)、特定综合算法等等；c)网络，具有非修改网络中的标准记录(自动模式)或者为本发明修改的网络中的特定记录和特定算法(辅助模式)；d)HLR中和运营商的提供系统中的用户订阅。
此外，根据本发明的优选实施例，后者使用中继技术(图2的元件6)。在最基本的模式中，通信可以仅发生在位于共有无线电范围下的那些用户设备之间(例如，A看到B，C看到B，A和C不能相互看到，那么A不能直接收听到C说的话并且反之亦然)。结合中继技术的改进操作允许该组的所有用户相互通信，这样一些用户设备可以是基于一或多次跳转向目的地转发信号的桥路(每跳包含直接无线电通信)。这些技术可以从仅在所有到达设备的物理层中的中继(例如，如果B中继它从A接收到的信号，由此它也到达C，C在它的范围内)延伸到较高层(例如，OSI模型的层2、3)中的智能算法，其将包含设备之间的一些类型的寻址和协议应用(例如，路由表格维护)。重要的是要强调无线电通信在相互可以看到的移动终端之间总是直接的，而在较高层上，在相互看不到的移动终端之间存在端到端的通信。本发明打算考虑在用户到组的通信(例如，典型的是具有PTT体验的语音呼叫)和用户到用户的通信(对于组中的其他用户没有可见性)两种情况。它也打算考虑语音和数据业务。
在GSM系统的情况中，假定CCDC组中的所有移动台在同一频率上在同一时隙中发射和接收，在它们之间实现同步机制，可以添加很简单的中继机制，使得每个移动台在一个时隙中中继在不同于前者的另一个时隙中到达它的无论哪一种信号(并且通过GSM系统典型的发射和接收限制，两个或多个时隙与第一个时隙分隔开)。
最后，本发明还包括其他实现变型，其也在本发明所解释的一般概念内，比如举例来说：
-用于检测和选择空闲资源的算法：自动地或者通过网络辅助；
-用于检测和选择空闲资源的算法：人工(用户介入，例如从列表中选择)、自动(设备执行它而不需要用户的介入)或者混合的；
-在同一组的用户内用于共同分担空闲资源的算法：人工(例如，都选择它们列表上的同一个)或者自动地(例如，通过蓝牙通信将所有设备放在一起几秒)；
-用于防止所选资源与位于同一区域内的其他组用户冲突的算法；
-在每个用户中用于随着无线电环境改变动态地改变(或者消除)资源和用于维护与其他用户通信的算法；
-在设备中用于功率控制的算法，其允许节省电池和降低干扰；
-用于保留空闲信道或者资源的算法，其允许与存在于该区域内的紧急邮件通信；
-用于使得能够从一个设备中继到另一个设备的算法；等等。
应该看到，这些和其他算法允许各种变例或者特定实现方案而不改变这里所提出的本发明的一般概念。
在GSM系统的例子中本发明的很基本且易于实现的实施方式将如下所示：
-具有标准模式和直接模式的终端(步话机)，包括PTT按钮(见图3)。两种模式都专有地工作(一个或者另一个但不是同时)。
-用户人工选择模式，标准的或者直接的。
-直接模式中仅语音业务(非数据)。
-语音通信中的独有固定编解码器，例如GSM FR16Kbps。
-无功率控制。总是使用移动台的最大功率(例如，1W)来确保最大可能的覆盖。
-由网络辅助的模式没有被实现；在终端中全部是自动的。
-终端执行运营商的BCCH频率的搜索(由一些机制所已知，例如终端中的小型数据库或者SIM卡，其可以依靠OTA功能性由运营商更新)并且它在显示器上向用户呈现那些空闲的，这样用户人工地选择一个。如果没有，则它向用户表明该业务不可用。用于确定可用性的标准将是在那个频率上测量信号电平小于-110dBm。必须考虑到每个GSM频率实际上是一对：下行链路频率和上行链路频率。在这个实现中，前者仅被使用来检测基站，在直接模式中不能由终端所使用，而后者(上行链路部分)是在直接模式下用于通信的那个。不使用下行链路部分的判定，即使它也是可用的，牺牲CCDC系统的容量，但是作为交换它极大地简化了实现，即终端的实现和干扰检测机制的实现。在任何一种情况下，对于下行链路部分(来检测GSM基站)和对于上行链路部分(来检测该区域中的其他GSM移动台，两者都在标准模式下，只有存在基站时它们才将存在，并且在CCDC直接模式下，即使没有基站它也可能存在)必须执行搜索。
-CCDC组的用户必须相互协商来全部人工地选择同一频率(例如，ARFCN＝11)，并且终端将自动地取出与这个频率相关联的上行链路载波。
-在终端之间没有同步机制；因此它们不能使用时间复用(即，划分成时隙)。
-移动终端在同一频率(人工选择的频率)上发射和接收(可选地，在半双工模式下，依靠PTT协议)。
-没有中继，每个终端可以仅对那些具有它的直接无线电范围的终端讲话或者收听它们(这样播送消息到整个组不由该实现所确保，而是它由用户自身负责)。
-终端执行规则的定期搜索来检测无线电环境中的变化。如果用户的终端确定当前用于步话机模式下的BCCH频率可能干扰网络(一在那个频率的下行链路部分中检测到信号电平大于-110dBm，其就通知这一近似给GSM基站)，然后它向用户表明它必须放弃它或者切换到另一空闲频率。在这种情况中该实现不包括在其余用户中的频率更新机制；这也由用户自身负责。该终端打算考虑两种不同的门限信号电平用于检测使用的BCCH频率(即，该频率随着用户的移动从空白变为由网络所占用)：第一最低门限(在实际频率的下行链路部分中为-110dBm)是有用的，用于向用户表明他或者她必须改变频率，依靠声音通信允许他或者她的时间与其余用户协调；第二最高门限(对于实际频率的下行链路部分为-95dBm)将与那个频率的限定损失的表示相关联，因为移动网络业务将对直接模式具有优先权。
-在同一地理区域内存在几个组的情况下，这个实现不包括用于防止它们从所有那些可用资源中选择同一资源(即，同一频率)的任何机制。这是留给其他组(即，第二组用户，其一旦到达区域和构建成组，将检测到正在由第一组使用的上行链路载波中的活动并且它们的终端将不显示它为其中可用选择中的一个)的检测机制的可能性(因为存在几种可能的选择)，最后是口头交互和在各组用户之间的共同分担。
基于这个基本实现，从用户的角度看其给业务提供了重大的限制以及系统容量的无效率，可能执行更复杂的实现(在这里所描述的本发明的一般保护范围内)，增加用于解决这些限制中每一个的改进。
举例来说，系统容量(其被理解为CCDC组的数量，所述CCDC组可以在同一区域中共存而不相互干扰)通过在终端之间增加同步机制可以极大地提高(实际上，乘以7)。这将允许重复使用系统划分成任何GSM终端所准备的帧和时隙。在同一组的成员之间和在不同组之间获得同步的方式将适应于已经在GSM基站和移动台之间使用的过程。至此，每个上行链路载波(其是CCDC终端所使用的那些)的时隙TS＝0将被保留，并且与基站的SCH机制类似的SCH机制将在它上装配用于在终端之间建立时钟的目的，并且其全部关于每个帧和时隙何时开始和结束来进行协调。使用这个过程的实现，每个CCDC组将使用频率和时隙，例如ARFCN＝11(上行链路载波)和时隙TS＝3。最多达7组可以共享同一频率(时隙TS＝1直至TS＝7)。用于提高系统容量的另一不同方法包含允许CCDC组也能够使用频率下行链路(不仅是上行链路)载波。在这种情况中，搜索BCCH频率来检测基站的存在必须不仅考虑信号电平而且考虑同步和译码至少一个有效广播消息(SYSTEM INFORMATION)用于能够区分基站传输与CCDC终端传输的目的。一旦这个方面得到解决，则CCDC系统的容量将乘以2。
关于系统的范围，如果不是单个无线电跳转而是两个或多个是可能的，即处于收听状态(根据PTT模式)的每个终端专用于中继它接收的信号，则系统的范围被显著地提高。如果在前面段落中所提到的同步机制存在的话则这将以相对简单的方式成为可能。至此，每个CCDC组必须存在不是一个时隙而是两个时隙(例如，TS＝1和TS＝5)，这样前者(TS＝1)用于直接传输在PTT模式下所说的，后者(TS＝5)用于由那些正在收听的用户来中继—然而，应当注意，由于GSM要求，两者都必须由2个或更多时隙来分隔开，这样终端可以在接收和发射之间适当切换。于是，该机制包含处于收听PTT模式下的终端定期检查在两个时隙(TS＝1和TS＝5)中接收的信号电平。如果前者较大(TS＝1)，那么它将通过那个时隙专用于接收并且通过后者(TS＝5)专用于中继那个同一信号，因为它是能够直接收听谁在讲话的那个终端。相反，如果通过后一时隙(TS＝5)所接收的信号更大，那么该终端将专用于通过这样的时隙接收并且不将中继任何东西，因为它是来自讲话方的原始信号依靠中继到达的终端。考虑GSM频率中的每个无线电跳转并且最大功率可以是几千米(例如，5或10km)，这相当地增加了CCDC组的总体覆盖。此外，这将以降低系统容量为代价来获得，因为不是每载波7组；现在仅3组可以共存(例如，使用时隙对1和5，2和6，3和7)。
最后，该业务对用户的其他限制将通过增加以下技术来解决：数据业务、功率控制、自动感知无线电技术(无用户的人工介入)用于选择BCCH频率和时隙以及由于无线电环境而引起的动态改变、在一组内的自动共同分担机制和用于防止相互冲突的机制、中继机制(其依靠跳转来确保对整个组的最大可能的广播并且还提供用户到用户的通信等等)。
Claims (12)
1.用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的过程，所述用户订阅同一运营商，该过程包括：
-使用感知无线电技术来检测可用于其中所述至少两个用户设备所位于的特定区域内的无线电通信的频谱资源，
其特征在于该过程还包括：
-从所述可用资源中选择至少一个资源，所述资源是与所述两个或多个用户设备共有的运营商的资源，并且
-在所述两个用户之间使用所述检测的运营商的空闲资源来建立直接无线电链路。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于除了所述资源是空闲之外，所述资源还是不干扰运营商的正常业务的资源。
3.根据以上任一项权利要求所述的过程，其特征在于所述直接无线电链路在运营商的控制下来建立。
4.根据以上任一项权利要求所述的过程，其特征在于它包括检测到无线电环境改变并且切换到新的空闲资源。
5.根据以上任一项权利要求所述的过程，其特征在于通过用户设备单独地或者在网络的帮助下执行使用感知无线电技术。
6.根据以上任一项权利要求所述的过程，其特征在于它还包括构建由所述两个或多个用户设备形成的CCDC组。
7.根据权利要求6所述的过程，其特征在于它还包括使用中继技术用于使同一CCDC组的两个用户置于通信中，即使这些用户没有位于直接无线电范围中。
8.根据权利要求6-7的任一项权利要求所述的过程，其特征在于它还包括：包含依靠一键通PTT在同一CCDC组的用户之间的通信。
9.根据权利要求6-8的任一项权利要求所述的过程，其特征在于它还包括使用紧急邮件建立CCDC用户的通信。
10.根据以上任一项权利要求所述的过程，其特征在于所述用户设备工作在标准模式下、工作在直接无线电通信模式下或者同时工作在两种模式下。
11.根据权利要求6-10的任一项权利要求所述的过程，其特征在于它还包括如果CCDC组的至少一个成员与运营商的网络进行通信并且可以使用两个模式同时工作的话，在由运营商提供的一组PTT(或者PoC)业务内包括CCDC组的用户。
12.用于在移动蜂窝通信系统内的两个或多个用户设备之间建立直接无线电通信的系统，所述用户订阅同一运营商，包括：
-感知无线电装置，用来检测可用于其中所述至少两个用户设备所位于的特定区域内的无线电通信的频谱资源，
-所述两个或多个用户设备具有蜂窝系统的标准通信模式和直接无线电通信模式或者步话机模式，
其特征在于该系统还包括：
-用于从所述可用资源中选择至少一个资源的装置，所述资源是与所述两个或多个用户设备共有的运营商的资源，并且
-在所述两个用户之间使用所述检测的运营商的空闲资源来建立直接无线电链路的装置。
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