CN1127271C

CN1127271C - 信道扫描方法和装置

Info

Publication number: CN1127271C
Application number: CN99126108A
Authority: CN
Inventors: 莱尔·A·加斯特拉
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC; Google Technology Holdings LLC
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: GB2346294B; DE19959136B4; GB2346294A; DE19959136A1; CN1257386A; GB9928951D0; US6327469B1

Abstract

信道扫描方法和装置使用一个优先权表(500)确定一个移动站(MS)在一个传输信道(TCH)的空闲帧期间应当采取的动作以便根据GSM规范05.08的要求每10秒一次对一个报告表中的各个信道的基站识别码(BSIC)进行解码。根据小区相对于MS的作用，从小区的广播信道(BCH)最近的同步开始所经过的时间，检测一个频率脉冲串(FCH)或解调一个同步脉冲串(SCH)所需的期望时间量，一个BCH的功率电平和检测的噪声电平，优先权表(500)具有信道组(510，520，530，540，550，560)。调度器(600)使用优先权表帮助MS有效利用各个空闲帧并且减少空闲帧的浪费。

Description

信道扫描方法和装置

本发明涉及同步蜂窝电话移动站(MS)及其服务小区基站和相邻小区基站，以便于蜂窝无线电话网中的切换判决。

在蜂窝无线电话系统中，系统服务的区域被分割成按照地理定义的小区。每个小区有一个为其地理区域内的MS提供服务的基站。MS被连接到其服务小区基站，并且必须识别多个相邻小区基站以便在MS移动到当前服务小区的地理范围之外时能够进行可靠的切换。

图1示出了部分蜂窝无线电话系统，其中使用了一个七小区小区簇。在小区簇中可以实现不同数量的小区，并且七个小区只是为了举例说明。小区110中的一个MS190应当被连接到小区110中的基站180，因而小区110是MS190的服务小区，并且服务小区基站应当在服务小区广播信道(BCH)分配表中包含环绕小区120，130，140，150，160，170。根据全球移动通信系统(GSM)规范，BCH分配表可以包含多达32个相邻小区的BCH频率。MS测量BCH分配表中各个信道的功率并且在报告表中向服务小区基站报告有关多达6个相邻小区的情况。通常，报告表中这六个信道是BCH分配表中六个最强的信道。

针对数字无线电话系统的GSM规范需要MS至少每10秒一次对报告表中各个信道的基站识别码(BSIC)进行解码。一个MS必须完成两个基本步骤以便对一个BSIC进行解码：(1)检测一个小区的BCH上的频率脉冲串或频率校正信道(FCH)以便在频域与基站同步(并且在时域与基站预同步)；并且(2)解调小区的BCH的同步脉冲串或同步信道(SCH)以便在时域内与基站同步。在对SCH解调后，移动站完全与基站同步并且BSIC被解码。

图2示出了一个基于GSM规范的BCH复合帧200。各个基站广播一个BCH并且BCH对使用一种重复的51-帧结构，如图所示，FCH210在帧号0，10，20，30和40处出现。在图2所示的BCH复合帧200中SCH 220在帧号1，11，21，31和41处出现。

图3示出了一个基于GSM规范的传输信道(TCH)复合帧(multiframe)300。MS使用一个TCH向其服务小区基站发送诸如话音或计算机数据的用户数据。TCH使用一种重复的26-帧结构，其中在各个TCH复合帧300的最后一帧处出现一个空闲帧310。在一个TCH复合帧300的空闲帧内，MS可以在小区的BCH上检测FCH或解调SCH。

图4示出了一个TCH复合帧的空闲帧是否会与一个小区的BCH的一个FCH或SCH相交。从图2所示的BCH复合帧200的，与图3所示的TCH复合帧300的帧0对齐的帧0开始，空闲帧310必须首先与BCH复合帧200的帧26对齐。并且，TCH复合帧300的帧0与BCH复合帧200的帧26对齐，空闲帧310接着会与下一个BCH复合帧的帧0中的FCH210对齐。这个FCH如图4中的FCH410所示。下一个空闲帧与BCH复合帧的帧26对齐，第四个空闲帧与第三个BCH复合帧200的帧1中的SCH220对齐。这个SCH如图4中的SCH420所示。下面六个空闲帧不会遇到FCH或SCH。空闲帧的后续对齐如图4所示。如图4所示，在一个小区的BCH上检测FCH脉冲串的最坏情况是遇到11个空闲帧。换而言之，在最坏的情况下，会浪费10个空闲帧。这样，有可能以更有效的方式利用未被使用的帧来与一个小区的基站进行同步。

图1示出了部分蜂窝无线电话系统，该系统使用了一个七小区小区簇。

图2示出了一个基于GSM规范的广播信道(BCH)复合帧。

图3示出了一个基于GSM规范的传输信道(TCH)复合帧。

图4示出了一个TCH复合帧的空闲帧是否会与一个小区的BCH复合帧的一个频率脉冲串(FCH)或同步脉冲串(SCH)相交。

图5示出了基于一个最优实施例的优先权表。

图6示出了基于一个最优实施例的调度流程图。

图7示出了基于一个最优实施例的蜂窝无线电话或MS的简化硬件模块图。

信道扫描方法和装置使用一个优先权表确定在TCH的一个空闲帧期间一个MS应当进行的动作，以便根据GSM规范05.08每10秒对MS报告表中各个信道的BSIC进行一个解码。可以根据小区相对于MS的作用，小区的BCH最近一次同步以来经过的时间，检测一个FCH或解调一个SCH所需的期望时间量，一个BCH的功率电平，检测出的噪声电平，多频带报告参数和信道参数，或其它因素来设置优先权表。优先权表帮助MS有效利用各个空闲帧并且减少对空闲帧的浪费。

信道扫描方法定义了两种模式：(1)搜寻；和(2)验证。在搜寻模式中，MS在频域和时域内与目标BCH均不同步，并且必须首先在选定的BCH上检测一个FCH脉冲串，接着解调SCH脉冲串以便对BSIC进行解码。在验证模式中，MS已经在频域和时域内与选定的BCH同步，并且MS只需要对SCH解码以便验证目标基站的定时和BSIC。

最优方法使用两种搜寻：(1)连续；和(2)随机。在连续搜寻中，MS使用多达11个连续的空闲帧在一个选定BCH上检测FCH。当MS在选定信道上检测到一个FCH并且SCH被解调时，更新同步状态的期限。尽管连续搜寻不能很有效地使用TCH空闲帧，但在预定的时间内可以在选定BCH上找到一个可用的FCH。

在随机搜寻中，只要这种搜寻有一个空闲的帧，便会按照优先权表的规定使用空闲帧在一个选定的BCH上搜寻FCH。在随机搜寻中，通常单个信道上的搜寻连续使用的空闲帧会少于11个；但在一个随机搜寻期间经常会连续使用几个空闲帧。如果检测到一个FCH，搜寻模式解调SCH并且更新同步状态期限。如果在使用预定数量的空闲帧在单个BCH上随机搜寻FCH后没有检测到FCH，则更新同步状态期限并且搜寻模式不会解调SCH。随机搜寻不保证会找到一个FCH；但它利用了TCH空闲帧，而这些空闲帧本来可能会浪费掉。随机搜寻减少了对低效利用空闲帧的连续搜寻的需要。

利用标准概率公式可以确定空闲帧的选定最大数量，其中在更新同步状态期限之前空闲帧被用来在单个BCH上搜寻一个FCH。由于在图2所示的51-帧BCH复合帧中有5个FCH帧，所以在单个空闲帧期间在一个选定BCH上搜寻到一个FCH(如果有并且功率足够被MS检测到)的概率P(1)等于5/51。假定成功检测到FCH帧是独立的事件，那么下面公式(1)给出了在N个帧后在选定BCH上至少一次检测到一个FCH(如果有并且功率足够被MS检测到)的概率P(N)：

P(N)＝1-P′(N)＝1-(46/51)^N (1)

下面的公式(2)给出了一个FCH与随机选择的第N个空闲帧第一次对齐的概率：

(5/51)(46/51)^N-1 (2)

如果随机变量X表示在检测到一个FCH之前被用来在一个BCH上随机搜寻一个FCH的空闲帧的数量，则使用下面的公式(3)可以计算出X的期望值：

Σ_{x = 1}^{\infty} x (5 / 51) {(46 / 51)}^{x - 1} - - - (3)

并且等于10.2。如果在更新BCH的同步状态期限之前被随机搜寻用于任何一个BCH的空闲帧的最大数量被选定为22(接近X的期望值的两倍)，根据公式(1)并且N＝22，至少一次检测到FCH的概率为0.89。利用诸如测试，或概率分析和测试的综合的经验方法的结果，也可以设置在BCH的同步状态期限被更新之前被用于随机搜寻的TCH空闲帧的数量。

图5示出了基于一个最优实施例的优先权表500。在这个优先权表500中，根据其相对于MS的作用，BCH的同步状态期限，和是否需要使用搜寻模式或验证模式确定BSIC来确定一个BCH的优先权。首先根据BCH的小区对MS所起的作用把广播信道分割成信道组。第一个信道组510只包含服务小区BCH。第二个信道组520包含在报告表中提供给服务小区基站的所有BCH。根据GSM规范，在报告表中最少有0个BCH，最多有6个BCH。MS在频域内与第一和第二信道组510，520中的BCH连续同步。这样，对于第一和第二信道组510，520只使用一个验证模式(即没有搜寻模式)。

附加信道组530，540，550，560在针对检测功率电平的排序表中最多包含32个相邻小区BCH，其中排序表中信道0对应于最强信号，较弱的信号以降序进入排序表。相邻小区BCH被服务小区基站发送到BCH分配表中的MS。第二信道组520中的BCH也可以在附加信道组530，540，550，560中找到，但复本信道与第二信道组520交叉引用以防止在确定优先权时发生冲突。

根据从最近一次更新同步状态期限后经过的时间，信道组510中的服务小区BCH的优先权为15或23。选择同步状态期限阈值以满足至少每10秒对报告表中的各个信道进行一次BSIC解码的GSM要求。如果同步状态期限大于阈值，信道组510中的信道的优先权为23，即最高优先权。如果同步状态期限小于阈值，信道组510中的信道的优先权为15。类似地，如果同步状态期限大于阈值，第二信道组520中的信道的优先权为22，如果同步状态期限小于阈值，则优先权为14。通过让信道组510的阈值小于所有其它信道组的阈值，使优先权分配有利于信道组510中的服务小区。

其它四个信道组530，540，550，560引用BCH分配表中的相邻小区，此前这些小区不必在时域中与MS同步。如果MS在频域中不与BCH同步(例如在基站的BCH分配表中包含一个新信道)，MS进入搜寻模式以便在频域中与BCH同步。如果相邻小区BCH已经在频域中与MS同步，则只需要使用SCH验证BCH中包含的BSIC以便在时域中同步。在最优实施例中，对单个BCH，为搜寻模式和验证模式分配不同的优先权。

如图5所示，如果最近的同步状态期限更新高于阈值，则解码第三信道组530中一个已经频率同步的信道的BSIC的优先权为21(在验证模式中)，而解码一个新的或未同步的信道的BSIC的优先权为20(在搜寻模式中)。如果同步状态期限小于阈值，则验证模式优先权为13而搜寻模式优先权为17。以类似方式分配信道组540，550，560中其它信道的优先权，其中如图5所示增加同步状态期限阈值并且减少优先权级别。

在最优实施例中，在特殊情况下可以使用全局优先权3，2，1和0。如果在使用随机搜寻和/或连续搜寻之前已经搜寻BCH五次并且这些搜寻没有得到一个经过验证的BSIC，则信道的优先权为3，不管BCH当前被分到哪个信道组中。当从最近的同步状态期限更新开始经过的时间是同步状态期限阈值的两倍时，BCH的优先权返回到表中指定的普通优先权。如果一个相邻小区的BCH有较低的功率，则在同步状态期限未超过同步状态期限阈值的两倍的情况下，该BCH的优先权为2，不管BCH当前被分到哪个信道组中。选择较低的功率使之低于接收器的噪声门限；但对于较低的功率阈值可以选择其它的值。

如果没有为一个信道分配优先权，则该信道的优先权为NOPRIORITY，其值等于1。如果在预定时间内TCH的一个空闲帧不与一个选定信道上的一个FCH对齐，则选定信道的优先权为NOTALIGNED PRIORITY，其值等于0并且是最低优先权。下面会详细解释NO PRIORITY和NOT ALIGNED PRIORITY优先权。

当一个新BCH首次出现在信道组530的排序表中时可以使用另一个全局优先权24。当一个MS在建筑物角落附近或山丘上移动时，在排序表中会经常出现一个新的，具有最强信号的信道。这个全局优先权24允许立即在新BCH上进行搜寻。针对特殊的情况可以使用其它的全局优先权，例如其它的强功率信道或自动频率控制(AFC)信道更新。

在优先权表中，根据同步状态期限阈值和是否需要搜寻或验证一个新BCH，不同的信道组被用来建立不同的优先权级别。最好根据信道相对于MS的作用分配信道组。例如，服务小区BCH对于MS有重要的作用。这样，同步状态期限阈值被确定为5秒，服务小区BCH的优先权是除特殊全局优先权之外高于同步状态期限阈值的最高优先权。报告表中的BCH也有重要作用，但次于服务小区BCH，因而同步状态期限阈值稍高并且第二信道组520的优先权稍低于服务小区BCH。根据MS检测的信号强度确定其优先权的附加信道组530，540，550，560具有降低的优先权和增加的同步状态期限阈值。

不同的优先权表实现可以使用不同的信道组，不同的同步状态期限阈值，不同的优先权分配或诸如多频带报告参数的附加因素。同步状态期限阈值可以从单阈值变为浮动比例阈值，这样每个信道组会有多于两个或四个的优先权。最优实施例的变化可以消除用于搜寻和验证的不同优先权，或者增加除搜寻和验证以外的其它模式的优先权，或者用不同模式取代一或多个当前模式。

优先权表被一个调度器用来确定MS应当搜寻或验证的下一个信道。最好以软件形式实现这个调度器。图6示出了基于一个最优实施例的调度器600的流程图。在起始步骤601之后，初始化步骤602把当前信道变量设置成图5所示的信道组510中的服务小区BCH，并且把相关的当前优先权变量设置成NO PRIORITY，即1。附加变量记录最高优先权级别以及与搜寻模式和验证模式的最高优先权级别相关的信道。这样，初始化步骤602还为最高搜寻信道变量设置一个初始值，最高搜寻优先权被设置成NO PRIORITY，为最高验证信道变量设置一个初始值，并且最高验证优先权被设置成NO PRIORITY。

在下一个步骤604，MS得到关于当前信道的参数，例如同步状态期限，MS当前是否在频域和时域内与BCH同步，和信号强度。通过测量，计算或其它方法可以得到这些参数。判定步骤610确定MS是否在频域和时域内与当前信道同步。如果当前信道完全同步，则步骤620确定TCH上的一个空闲帧在确定数量的TCH帧内是否与当前信道上的一个FCH对齐。MS的能力，或MS解码一个BSIC的时间会帮助确定在步骤620中指定的TCH数量。如果在指定数量的TCH帧内没有TCH的空闲帧能够对齐，则步骤629把当前优先权变量设置成NOT ALIGNED PRIORITY。如果在指定数量的TCH帧内有一个TCH的空闲帧能够对齐，则步骤626根据一个优先权表，例如图5所示的优先权表的验证部分设置当前优先权变量。

一旦设置了当前优先权变量，步骤630比较当前优先权变量和最高验证优先权变量。如果当前优先权高于存储的最高验证优先权，则步骤635把最高验证优先权设置成当前优先权并且把最高验证信道设置成当前信道。如果当前优先权不高于最高验证优先权，则步骤640确定当前优先权是否等于最高验证优先权。如果当前优先权等于最高验证优先权变量，则步骤645执行一个线路中断操作(tie-breakingoperation)。最优实施例中的线路中断操作(tie-breaker)取决于诸如同步状态期限和信道信号强度等因素。

如果在步骤650当前优先权赢得线路中断操作(tie-breaker)，则步骤635以上述方式设置最高验证优先权和最高验证信道。如果当前信道失去线路中断操作(tie-breaker)，或当前优先权既不大于也不等于最高验证优先权，则步骤690确定算法是否应当停止。如果算法应当继续，则步骤695得到一个新的当前信道并且返回到步骤604。调度器600从包含最高可能优先权的信道组中的BCH开始并且以优先权降序顺序扫描其它信道组中的BCH。这允许尽早结束算法。

回到判定步骤610，如果新的当前信道不与MS同步，则步骤615根据一个优先权表，例如图5所示的优先权表的搜寻部分设置当前优先权变量。接着，步骤660确定当前优先权是否大于最高搜寻优先权。如果当前优先权高于最高搜寻优先权，则步骤665设置最高搜寻优先权等于当前优先权并且最高搜寻信道等于当前信道。如果当前优先权不大于最高搜寻优先权，则步骤670确定两个变量是否相等。如果相等，则步骤675执行一个线路中断操作(tie-breaker)。搜寻模式中的线路中断操作(tie-breaker)也取决于诸如同步状态期限和信道信号强度等因素。如果在步骤680当前优先权可以继续使用，则步骤665设置最高搜寻优先权变量等于当前优先权并且最高搜寻信道变量等于当前信道。针对搜寻模式和验证模式可以使用不同的续断操作模式，尽管在最优实施例中两种线路中断方案(tie-breaking scheme)使用了相同的方法。

当在步骤665设置了最高搜寻优先权和最高搜寻信道变量之后，或者在步骤670确定当前优先权不等于最高搜寻优先权或步骤680确定当前优先权不能继续使用的情况下，步骤690确定算法是否应当停止。

当已经分析了优先权表中的所有BCH并且分配了一个优先权时，或者当已经为一个信道分配一个最高可用优先权时，步骤690确定算法应当停止。注意最高可用优先权不总是优先权表中所示的最高优先权。例如，如果在第一次经过流程时因同步状态期限的更新小于以前的5秒使得服务信道BCH的优先权被确定为15，则最高可用优先权为22。另外，如果图5所示的第二信道组520中的所有信道已经被分配了优先权，并且第二信道组中没有哪个信道的优先权等于22，则最高可用优先权为21。

在经过停止步骤699后，把最高搜寻优先权与最高验证优先权相比较并且与最高优先权变量相关的信道被蜂窝无线电话中的一个频率合成器所使用，以便在下一个空闲帧期间MS可以搜寻或验证指定信道的BSIC。

对齐判定步骤620有助于提高高优先权任务的TCH空闲帧的利用率。例如，如果调度器600确定当前信道的一个SCH会在当前开始的两个空闲帧内与一个TCH空闲帧对齐，调度器可以针对未来的两个空闲帧设置当前优先权。当调度器600为其它BCH分配优先权时也可以为没有对齐的下一个TCH空闲帧分配一个优先权。如果未来的任务具有高优先权，则调度器会保证低优先权任务会在开始调度高优先权任务之前结束。

这种高优先权任务优先的策略也适于确定是否选择连续搜寻或随机搜寻。例如，如果当前的高优先权动作是在一个具体的BCH上搜寻并且同步状态期限小于指定的阈值，则调度器600可以选择连续搜寻，其中可以使用多达11个的连续空闲帧。否则，只允许随机搜寻。

图7示出了基于一个最优实施例的蜂窝无线电话或MS700的简化硬件模块图。MS700包含一个与收发器710相连的天线705。收发器710包含一个可调晶体720，一个呼叫处理器730，一个数字信号处理器(DSP)740，和一个射频(RF)发送器和接收器部分750。图6所示的调度器600最好位于呼叫处理器730内，并且一个数据总线733向DSP740传递调度器的输出，在下一个TCH空闲帧内需要采取动作的BCH。DSP740利用线路743控制可调晶体720的信号频率以便RF部分750中的频率合成器能够得到合适的BCH并且根据命令进行搜寻或验证。通过总线755把来自RF接收器部分750的数据传递到DSP740以便确定BSIC。

这样，信道扫描方法和装置提供了一种更加有效的与BCH同步并且解码其BSIC的方式。虽然前面描述了信道扫描方法和装置的特定部件和功能，但本领域的技术人员在本发明的宗旨和范围内可以使用或多或少的功能。例如，独立专用控制信道(SDCCH)复合帧具有与TCH复合帧中的空闲帧类似的未使用帧。可以修改信道扫描方法和装置以便能够按照与有效利用TCH空闲帧相同的方式更有效地利用SDCCH空闲帧。本发明只受限于所附权利要求书。

Claims

1.一个划分扫描蜂窝无线电话系统中的广播信道(BCH)的优先权的信道扫描方法，该系统具有一个移动站(MS)和多个基站，该方法包括的步骤有：

检测多个基站发送的多个BCH；

从多个BCH中选择一个第一BCH；

确定MS是否在频域和时域内与第一BCH同步；

当MS在频域和时域内与第一BCH同步为第一BCH分配一个第一优先权，其中当MS被确定为在频域和时域内与第一BCH同步并且MS进入验证模式，第一优先权是第一验证优先权；当MS被确定为在频域和时域内与第一BCH不同步并且MS进入搜寻模式，第一优先权是第一搜寻优先权。

2.如权利要求1所述的信道扫描方法，其中选择第一BCH的步骤包括的步骤有：

测量各个BCH的信号强度；

选择具有最高信号强度的BCH。

3.如权利要求1所述的信道扫描方法，其中分配一个第一验证优先权的步骤包括的步骤有：

确定从MS在一个时域内与第一BCH同步开始所经过的时间是否超过一个预定的阈值；

在经过的时间超过预定阈值时分配一个较高的优先权；

在经过的时间未超过预定阈值时分配一个较低的优先权。

4.如权利要求1所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

从多个BCH中选择下一个不同于第一BCH的BCH；

确定MS是否在频域和时域内与下一个BCH同步；

当MS在频域和时域内不与下一个BCH同步时为下一个BCH分配一个第一搜寻优先权。

5.如权利要求4所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

当MS在频域和时域内不与下一个BCH同步时为下一个BCH分配一个第一验证优先权。

6.如权利要求5所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

根据第一验证优先权，第一搜寻优先权和下一个验证优先权确定一个最高分配优先权；

得到一个与最高分配优先权相关的BCH。

7.如权利要求6所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

如果最高分配优先权是一个搜寻优先权在所得到的BCH上检测一个频率脉冲串(FCH)；

如果最高分配优先权是一个搜寻优先权解调所得到的BCH上的一个同步脉冲串(SCH)。

8.一个划分扫描蜂窝通信系统中的信道的优先权的信道扫描方法，其中包括的步骤有：

从多个信道中选择一个第一信道；

得到与第一信道相关的第一参数；

为第一信道分配一个第一优先权，其中根据第一参数从多个优先权中选择第一优先权，其中当MS被确定为在频域和时域内与第一BCH同步并且MS进入验证模式，第一优先权是第一验证优先权；当MS被确定为在频域和时域内与第一BCH不同步并且MS进入搜寻模式，第一优先权是第一搜寻优先权；

从多个信道中选择一个不同于第一信道的后续信道；

得到与后续信道相关的后续参数；

为后续信道分配一个后续优先权，其中根据后续参数从多个优先权中选择后续优先权；

确定被分配了较高优先权的信道；

得到一个信道，该信道是被分配了较高优先权的信道。

9.如权利要求8所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

在较高优先权是预定的搜寻优先权时在一个频域内与所得到的信道同步，并且在一个时域内与所得到的信道同步。

10.如权利要求8所述的信道扫描方法，其中还包括的步骤有：

在较高优先权是预定的验证优先权时在一个频域内与所得到的信道同步。