CN100505909C - 一种提高移动终端测量能力的方法 - Google Patents

Abstract

提高移动终端测量能力的方法，包括：(a)根据搜索得到的第一系统侧设备信息对邻近系统侧设备进行测量得到第二系统侧设备信息，所述系统侧设备信息包括同步信号开始时间信息、频率偏移信息；(b)根据上次测量时间与当前测量时间的时间间隔以及移动终端保存的频率偏移信息，采用预测算法计算出预测同步信号开始时间的时间差，采用该时间差进行预测性修正得到第三同步信号开始时间；(c)根据第三同步信号开始时间进行测量得到第四同步信号开始时间，计算第三、第四同步信号开始时间的差值，如果该差值小于所述移动终端搜索窗口，则采用快速测量模式进行测量，保存测量得到的信息，否则采用慢速测量模式进行测量，保存测量得到的信息。

Description

一种提高移动终端测量能力的方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，特别涉及在异步通讯系统中提高移动终端测量能力的方法。

背景技术

在无线通讯系统中，为保证系统侧设备与移动终端之间所建立的无线链路能保持相对稳定而连续的接收，移动终端需要不断对邻近的系统侧设备进行搜索和测量，通过比较系统侧设备的信号质量高低，移动终端可以选择与最佳的系统侧设备进行通信。

对于异步通讯系统，情况更复杂一些。在异步通讯系统中，系统侧设备之间存在一定的频率偏移，移动终端与系统侧设备之间也存在一定的频率偏移，由于现代通讯系统无论对系统侧设备还是对移动终端一般都要求频率稳定度达到0.1PPM以下，因此系统侧设备之间的频率偏移在短时期内可以视为常量。

移动终端的射频控制器一般都具有微调压控晶振的电压，进而修改自身频率的能力，为了正确解调系统侧设备下行发送的信号，移动终端需要将自身的时钟频率与选定的系统侧设备的时钟频率对齐；当移动终端选择另一个系统侧设备时，移动终端再将自身的时钟频率与新选定的系统侧设备的时钟频率对齐。

为了保证系统侧设备与移动终端之间建立的无线链路在切换系统侧设备时不发生中断，移动终端需要事先对邻近的系统侧设备进行搜索和测量，记录每个邻近系统侧设备的信号强度信息和同步信号开始时间信息。当某一邻近系统侧设备的信号质量达到移动终端重选系统侧设备进行通信的门限时，移动终端可以根据事先测量得到的邻近系统侧设备的同步信号开始时间信息进行快速的切换，以保证无线链路所承载的业务不发生中断。

由于系统侧设备之间的频率偏移，当移动终端锁定一个系统侧设备时，必然与其它系统侧设备之间存在频率偏移，这导致在不同时间对同一个系统侧设备进行测量得到的同步信号开始时间信息存在时间差，该时间差与两次测量时间间隔、移动终端相对被测系统侧设备的移动速度以及移动终端与被测系统侧设备的频率偏移大小相关。

如果上述的时间差较大，超过了移动终端所能承受的对同步信号开始时间的跟踪捕获能力，移动终端对被测系统侧设备的测量难度将加大，测量所耗费的时间也相应加长；反之，如果上述的时间差较小，移动终端能基于历史信息对被测系统侧设备进行快速测量，测量所耗费的时间将相应缩短。也就是说，当时间差较大时，历史信息较实际情况产生较大失真，时间差越大，历史信息的有效性越差，移动终端因此耗费的时间会成倍地增加，因而移动终端将因无法得益于历史测量信息而降低了测量能力。

以WCDMA系统为例，该系统是一典型的异步通讯系统。该系统中的移动终端为UE(用户设备)，系统侧设备是RAN(无线接入网)中的基站(NodeB)，一个基站下可包含有多个小区。UE可以同时与多个基站进行通信，通过对邻近小区的不断测量，UE能够事先获知并连续监测邻近小区的相关信息，如：主扰码、帧边界、信号强度等。

为了维护至少一条无线链路保持连续接收，UE在被测小区中选择最佳小区进行通信，这是由WCDMA系统特有的切换过程来完成的。为了实现平滑切换，无论UE是否处于业务连接状态，UE在移动到其它小区覆盖的区域时需要不断搜索和测量相邻小区的信号，不断与切换门限进行判决，及时切换到更为理想的相邻小区继续通讯，以提高下行接收的性能。

当UE锁定一个小区时，UE的自动频偏控制器将调整UE压控晶振的电压，使UE的频率保持与基站的频率一致。由于不同基站之间是异步工作的，其频率偏移也分别不同，因此UE测量到的与相邻基站之间的频率偏移主要由两个部分构成：UE相对于基站快速移动导致的多普勒频率偏移和基站之间存在的频率差。由于WCDMA系统中对基站的频率稳定度要求是不超过0.5PPM，因此基站的时钟精度抖动可暂不考虑。

UE与相邻基站之间的频率偏移是动态变化的，随着前后两次测量时间间隔的加大，频率偏移效应将被相应地累积放大，体现在小区测量的结果上就是小区的帧边界向频率偏移的方向上发生了位移。位移大小与频率偏移大小和时间间隔长短呈正相关。

在现有技术中，小区搜索和测量一般采用如图1所示的流程，受到硬件资源的限制，小区快速多径搜索窗口的范围一般不会太大，由于没有充分考虑频率偏移所带来的影响，当UE处于高速的移动环境或两次测量时间无法做到足够短时，频率偏移效应体现在小区测量的结果上就是小区的帧边界向频率偏移的方向上发生了一定的位移，当位移超出小区快速多径搜索窗口的范围时，小区快速多径搜索就无法奏效了，对该小区的测量必须基于慢速的识别测量模式，而无法从历史测量信息中获益，这大大降低了小区测量的效率。

因此，在现有技术条件下，解决该问题的方法是尽量缩短移动终端两次测量的时间间隔，例如：对邻近的系统侧设备每秒测量5次，以达到减小频率偏移的作用。但这导致移动终端需要提高搜索和测量的并行处理能力，体现在通讯处理器上，就是增加了芯片的面积和成本。而且，频繁地进行小区测量也导致软硬件处理负荷加大，增加了系统功耗。更糟的是，如果移动终端与被测系统侧设备的初始频率偏移就比较大，那么采用缩短测量时间的方法就无法奏效。而且，如果频率偏移超出了移动终端所能承受的对同步信号开始时间的跟踪捕获能力，将会导致移动终端的测量耗时大为延长，因此移动终端将无法满足在规定时间内完成对一定数量的系统侧设备进行测量的协议指标的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种提高移动终端测量能力的方法，无需缩短移动终端两次测量的时间间隔，即可避免因同步信号开始时间的时间差太大而导致移动终端测量能力降低。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高移动终端测量能力的方法，包括以下步骤：

(a)根据对邻近系统侧设备搜索得到的第一系统侧设备信息调整移动终端搜索窗口的位置，所述第一系统侧设备信息包括第一同步信号开始时间信息、第一频率偏移信息，对邻近系统侧设备进行测量，得到被测系统侧设备的第二系统侧设备信息，所述第二系统侧设备信息包括第二同步信号开始时间信息、第二频率偏移信息；

(b)根据上次对被测系统侧设备测量时间与当前测量时间的时间间隔以及移动终端保存的频率偏移信息，采用预测算法计算出预测同步信号开始时间的时间差，采用该预测的时间差对第二同步信号开始时间进行预测性修正，得到第三同步信号开始时间；

(c)根据第三同步信号开始时间调整移动终端搜索窗口的位置，对邻近系统侧设备进行测量，得到第四同步信号开始时间，计算第四同步信号开始时间与第三同步信号开始时间的差值，判断该差值是否小于所述移动终端搜索窗口，如果是，继续测量系统侧设备的其他信息或者采用快速测量模式对被测系统侧设备进行测量，保存测量得到的系统侧设备信息，否则采用慢速测量模式对被测系统设备进行测量，保存测量得到的系统侧设备信息。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(b)中，所述移动终端保存的频率偏移信息是指移动终端保存的前一次或者前几次或者所有的被测系统侧设备的频率偏移信息。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(b)中，所述预测算法为查表法或拟合法或加权法，其中：所述查表法是根据外场实测的经验数据列举出典型的频率偏移和对应的同步信号开始时间的时间差，通过查表得到所述时间差；所述拟合法是根据经验数据拟合出频率偏移与同步信号开始时间的时间差对应的比例因子，根据该比例因子计算得到所述时间差；所述加权法是采取对近期历史数据设较大预测权重，对远期历史数据设较小预测权重的原则计算所述时间差。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(b)中，所述采用该预测的时间差对第二同步信号开始时间进行预测性修正得到第三同步信号开始时间是指，第三同步信号开始时间＝第二同步信号开始时间±预测的时间差。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(c)中，所述移动终端搜索窗口为移动终端的最大搜索窗口。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在所述步骤(c)中，保存测量得到的系统侧设备信息后，返回步骤(b)继续测量。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：本方法适用于WCDMA系统、TDSCDMA系统或VSF-OFCDM系统。

进一步地，上述方法还可具有以下特点：在WCDMA系统中，所述同步信号开始时间为小区帧边界信息。

采用本发明所述的方法，与现有技术相比，充分考虑了频率偏移所带来的影响，移动终端可较为准确地对系统侧设备的同步信号开始时间进行预测，实现了对系统侧设备同步信号的快速锁定，加快了测量速度，减少了测量频度，降低了移动终端的系统功耗、成本和软硬件的复杂性，提高了移动终端在单位时间内的测量能力。

附图说明

图1为现有技术WCDMA系统中实现小区测量的流程图；

图2为移动终端小区搜索流程图；

图3为本实施例移动终端小区测量流程图；

图4为WCDMA系统中通过跟踪频率偏移信息实现快速小区测量流程图；

图5为WCDMA系统中慢速识别测量模式的操作步骤与时间关系的示意图；

图6为WCDMA系统中快速更新测量模式的操作步骤与时间关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图2为移动终端小区搜索流程图，包括以下步骤：

步骤201，移动终端发起对邻近系统侧设备的搜索；

当移动终端进行初始小区搜索(Initial Cell Search)时，由于对周围的邻近系统侧设备一无所知，因此该搜索过程通常比较耗时，需要经过多级同步过程才能完成对邻近系统侧设备同步信号的锁定。

步骤202，移动终端记录每个被搜索到的邻近系统侧设备信息(也称原始信息)，包括同步信号开始时间信息、频率偏移信息，以及其他信息，如信号强度信息等，对于WCDMA系统还包括小区主扰码信息。

所述频率偏移信息实际上是由移动终端相对于被测系统侧设备移动所导致的多普勒频率偏移以及移动终端与被测系统侧设备的频率偏移共同构成，即频率偏移信息等于多普勒频率偏移和移动终端与被测系统设备的频率偏移值的叠加值。

由于实际上测量的时间间隔都不会太长，在连续的几次测量过程中，终端的移动速度基本上不会有太大变化，而且频率偏移中实际上已经包含了终端移动导致的多普勒频率偏移，所以在一个相对短的时间窗口来看，频率偏移大小相对是稳定的，所以同步信号开始时间的时间差大小基本上只与时间间隔相关；如果在测量时间间隔一定的情况下，频率偏移大小只与移动终端在不同时间对同一个系统侧设备进行测量得到的同步信号开始时间信息的时间差大小相关，即频率偏移大小与该时间差成正相关，因此可以使用该时间差大小来计量频率偏移大小。对于WCDMA系统，可以使用小区帧边界位移大小来计量频率偏移量的大小。

图3为移动终端小区测量流程图，包括以下步骤：

步骤301，移动终端根据记录的原始信息(第一同步信号开始时间、第一频率偏移信息)调整移动终端搜索窗口的位置，对邻近系统侧设备进行测量，得到该被测系统侧设备的测量同步信号开始时间和频率偏移，为区别起见，以下称之为第二同步信号开始时间、第二频率偏移信息；

原始信息是搜索出来的，本步骤对这些信息再重新测量是为了动态地跟踪这些信息的变化，使移动终端更好地与系统侧设备保持联系。

步骤302，根据对该被测系统侧设备上次测量时间(即上一个测量流程的测量时间)与当前测量时间的时间间隔以及移动终端保留的所有被测系统侧设备的频率偏移信息，通过预测算法折算出预测的同步信号开始时间的时间差，并采用该时间差对测量得到的被测系统侧设备的第二同步信号开始时间进行预测性修正，得到第三同步信号开始时间；

在本实施例中，综合考虑了移动终端当前所保留的所有频率偏移信息(第一频率偏移信息和第二频率偏移信息)，如果当前准备预测第N个同步信号开始时间，而移动终端受资源约束，只保留了K个频率偏移信息，那么这里则考虑的是所有K个频率偏移信息。但是在其他实施例中也可只考虑前一次或者前几次的频率偏移信息，只是修正的效果不如考虑所有频率偏移信息时修正的效果好。

所述预测算法没有具体要求，如可以是查表法，根据外场实测的经验数据列举出典型的频率偏移和对应的时间差，通过查表得到所述时间差；也可以是拟合法，根据经验数据拟合出频率偏移-时间差对应的比例因子，根据该比例因子计算得到所述时间差；或者还可以是加权法，采取对近期历史数据设较大预测权重，对远期历史数据设较小预测权重的原则计算所述时间差。预测算法的目的是通过某种计算方法使同步信号开始时间得以修正，如假定已知同步信号开始时间为T1，通过某种预测算法计算得到的频率偏移量为D，则修正后的同步信号开始时间T2＝T1±D。预测算法并不是本发明所关注的重点，只要是符合根据历史信息对同步信号开始时间进行预测性修正的都视同本发明所指的预测算法。

步骤303，根据修正后的同步信号开始时间(第三同步信号开始时间)调整移动终端搜索窗口的位置，对邻近系统侧设备信息进行测量得到第四同步信号开始时间，计算测量得到的实际同步信号开始时刻与修正后的同步信号开始时间的偏移量，即第四同步信号开始时间与第三同步信号开始时间的差值；

经过预测性修正之后，同步信号开始时间点落在移动终端最大搜索窗口内的概率将比不进行预测性修正的概率大大提高。移动终端再通过计算实际同步信号开始时刻与预测值的偏移量，便可确定同步信号的开始时间点是否确实落在移动终端最大搜索窗口内。

步骤304，判断上述偏移量是否小于预设的移动终端搜索窗口(如最大搜索窗口)，即判断同步信号的开始时间点是否落在预设的移动终端搜索窗口内，如果是，执行下一步，否则，执行步骤306；

步骤305，采用快速测量模式对被测系统侧设备进行测量，执行步骤307；

同步信号的开始时间点落在移动终端最大搜索窗口内说明预测情况与实际情况较为接近，被测系统侧设备的时间信息是有价值的，采用快速测量模式对被测系统侧设备进行测量。

步骤306，采用慢速测量模式对被测系统侧设备进行测量，执行步骤307；

同步信号的开始时间点落不在移动终端最大搜索窗口内则说明预测情况与实际情况偏差较大，被测系统侧设备的时间信息没有什么价值，采用慢速测量模式对被测系统侧设备进行测量。

步骤307，保存测量所获得的邻近系统侧设备的同步信号开始时间信息和频率偏移信息。

上述信息通常都保存在移动终端的协议栈中。移动终端将测量所获得的邻近系统侧设备的同步信号开始时间信息和频率偏移信息更新到已知的系统侧设备频率偏移信息的历史数据中，用于下一次的时间差预测过程，即当执行完步骤307后，返回步骤302继续进行测量，当移动终端协议栈要求停止测量时，循环测量过程中止。或者在其他实施例中，根据需要仅测量一次。

在另一实施例中，可根据修正后的同步信号开始时间设置搜索窗口的位置，如果采用该搜索窗口可以测量到实际的同步信号开始时间，则继续测量邻近系统侧设备的其他信息，并保存为历史信息，如果测量不到，则采用慢速测量模式对系统侧设备进行测量。

对于典型的异步通讯系统WCDMA系统，该系统中的UE(用户设备)为移动终端，RAN(无线接入网)中的基站(NodeB)为系统侧设备，一个基站下可包含有多个小区。UE可以同时与多个基站进行通信，通过对邻近小区的不断测量，UE能够事先获知并连续监测邻近小区的相关信息，如：主扰码、帧边界、信号强度等。图4为在WCDMA系统中通过跟踪频率偏移信息实现快速小区测量流程图，实现过程同图3的描述，其中所述同步信号开始时间对应于WCDMA系统中的小区帧边界信息，且系统侧设备信息中还包括小区主扰码信息，这是WCDMA系统特有的一种码信息，所述移动终端搜索窗口在WCDMA中又称为快速多径搜索窗口。

图5为WCDMA系统中慢速识别测量模式的操作步骤与时间关系的示意图，图6是WCDMA系统中快速更新测量模式的操作步骤与时间关系的示意图，通过图5和图6可以看出，在WCDMA系统中，慢速识别测量模式所需花费的时间为快速更新测量模式所需花费时间的4倍。

实验表明，当采用图4中的方法考虑了频率偏移之后，根据历史频率偏移信息预测的小区帧边界与实际的小区帧边界的误差范围落入小区快速多径搜索窗口的概率可提高近3倍，单位时间内小区测量的总耗时平均减少了近60％。

本发明提出的通过跟踪历史频率偏移等信息，使移动终端可以较为准确地对被测系统侧设备的同步信号开始时间进行预测，在快速移动环境和不同基站的时钟有较大差异时，仍能实现对系统侧设备同步信号的快速锁定，加快了小区测量速度，减少测量频度，降低了移动终端的系统功耗、成本和软硬件的复杂性，延长了移动终端的待机时间，提高了移动终端在单位时间内的测量能力。

本发明主要可应用于码分复用的3G、4G无线通讯系统，如TDSCDMA(时分同步码分多址接入)和VSF-OFCDM(正交频率码分复用)。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种提高移动终端测量能力的方法，包括以下步骤：

(a)根据对邻近系统侧设备搜索得到的第一系统侧设备信息调整移动终端搜索窗口的位置，所述第一系统侧设备信息包括第一同步信号开始时间和第一频率偏移信息，对所述邻近系统侧设备进行测量，得到被测系统侧设备的第二系统侧设备信息，所述第二系统侧设备信息包括第二同步信号开始时间信息、第二频率偏移信息；

(b)根据上次对被测系统侧设备测量时间与当前测量时间的时间间隔以及移动终端保存的频率偏移信息，采用预测算法计算出预测同步信号开始时间的时间差，采用该预测的时间差对所述第二同步信号开始时间进行预测性修正，得到第三同步信号开始时间；

(c)根据所述第三同步信号开始时间调整移动终端搜索窗口的位置，对邻近系统侧设备进行测量，得到第四同步信号开始时间，计算所述第四同步信号开始时间与所述第三同步信号开始时间的差值，判断该差值是否小于所述移动终端搜索窗口，如果是，继续测量系统侧设备的其他信息或者采用快速测量模式对被测系统侧设备进行测量，保存测量得到的系统侧设备信息，否则采用慢速测量模式对被测系统设备进行测量，保存测量得到的系统侧设备信息。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述移动终端保存的频率偏移信息是指移动终端保存的前一次或者前几次或者所有的被测系统侧设备的频率偏移信息。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述预测算法为查表法或拟合法或加权法，其中：

所述查表法是根据外场实测的经验数据列举出典型的频率偏移和对应的同步信号开始时间的时间差，通过查表得到所述时间差；

所述拟合法是根据经验数据拟合出频率偏移与同步信号开始时间的时间差对应的比例因子，根据该比例因子计算得到所述时间差；

所述加权法是采取对近期历史数据设较大预测权重，对远期历史数据设较小预测权重的原则计算所述时间差。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述采用该预测的时间差对第二同步信号开始时间进行预测性修正得到第三同步信号开始时间是指，第三同步信号开始时间＝第二同步信号开始时间±预测的时间差。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述移动终端搜索窗口为移动终端的最大搜索窗口。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，保存测量得到的系统侧设备信息后，返回步骤(b)继续测量。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，本方法适用于WCDMA系统、TDSCDMA系统或VSF-OFCDM系统。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，在WCDMA系统中，所述同步信号开始时间为小区帧边界信息。

Images