CN1146270A

CN1146270A - 越区切换的方法与方案

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Publication number: CN1146270A
Application number: CN95192583.0A
Authority: CN
Inventors: 里斯托·阿尔托
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1994-04-15
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: WO1995028808A1; EP0755613A1; CN1102014C; FI941779A; FI941779A0; EP0755613B1; ATE539576T1; AU693190B2; JPH09512141A; AU2259695A; US6041235A

Abstract

本发明涉及越区切换方法和方案。移动台(MS)测量服务小区(C3)信号的接收电平，最好也测出信号质量，以及邻近小区(C1，C2，C4-C9)的信号电平，并把测量结果发送到一个固定网络(MSC，BSC)，该网络判断出需要进行切换，并根据测量结果，选出至少一个邻近小区作为切换的候选小区。在测量结果的基础上，采用切换算法来估算候选小区中的干扰电平，如载干比，并选出最终用于切换的候选小区，以减小切换到干扰电平很高的小区的可能。干扰电平也用作小区内部切换的一个标准。

Description

越区切换的方法与方案

本发明涉及越区切换的方法，包括以下各步：

在移动台测量服务小区信号的接收电平，最好还测量信号质量，

在移动台测量服务区邻近小区的信号的接收电平，

检测到需要越区切换，并

根据测量结果选出至少一个邻近小区作为切换的候选小区。

现代移动通信系统的一个特点是：当移动通信系统中的移动台从一个小区移动到另一个小区时，可以把通话从一个基站切换到另一个基站。这就是所谓的越区切换。为了使移动通信系统能够检测出切换的必要性，并为切换选出一个适当的目标小区，要求有针对链路质量和邻近小区场强的各种测量方法。例如，在泛欧移动通信系统GSM(全球移动通信系统)中，移动台(MS)监测从服务小区基站收到的信号(下行信号)的电平及质量，以及从与服务小区相邻的小区基站收到的下行信号的接收电平。下一步，小区的基站收发台监测从由所述基站服务的每个移动台发来的信号(上行信号)的电平及质量。从服务小区向邻近小区切换发生在以下两种情况：(1)移动台/基站的测量结果指出当前服务区中信号电平/或质量过低，可以从邻近小区获得更高的信号电平，或者(2)邻近小区允许在更低的发射功率电平下进行通信。后一种情况可能发生在移动台位于小区边界区域时。

上文描述的切换判决过程的缺点是：邻近小区的信号质量是一个完全未知的因素。按上述切换判决法进行的测量可能会指出从邻近小区收到的信号电平足以用于切换，尽管该邻近小区的信号质量因共道或邻道干扰而不能满足传输要求。例如，我们假设一次通话可能会在两个位置，位置A和位置B，从服务小区的基站BTS1切换给邻近小区的BTS2。在位置A处，新基站BTS2的发射信号受到第三个小区基站BTS3发射信号的干扰，使切换后的信号质量变坏。而假如在位置B处，基站的干扰信号很弱(比如由于建筑物的遮挡)，在这种情况下，当通话在位置B处被切换到基站BTS2后，信号的质量仍可以满足要求。

本发明的目标是当前服务小区的邻近小区中的信号电平足以满足切换要求时，估算这些邻近小区中的潜在干扰，并在选择切换的目标小区时利用所估计的干扰信息，把移动台切换到信号质量最好的小区。

这些是由具有以下特征的本发明中的切换方法实现的：

若在所述的至少一个候选小区中存在来自至少一个其它小区的潜在干扰源，则估算该候选小区中所述至少一个其它小区产生的干扰电平，

以估算出的干扰电平作为一个附加标准，来选择切换的目标小区，从而减少切换到一个高干扰电平小区的可能性。

本发明还涉及移动通信系统中的切换方案，该系统中移动台测量服务小区中基站信号的接收电平，最好还包括信号质量，以及邻近小区的信号电平，并把测量结果传到一个固定网络，该网络判断切换的需要，并依据测量结果选出至少一个相邻小区作为切换的候选小区。本发明切换方案有以下特征：固定网络的切换算法适于在测量结果的基础上估算候选小区中的干扰电平，并选择切换的候选小区，从而减少了切换到一个高干扰电平小区的可能性。

本发明进一步涉及一种控制小区内部切换的方法，该切换步骤如下：

监测出有必要内部切换，并

选该小区中的一个信道作为切换的候选信道。本方法有如下特征：假如所选候选信道上存在来自至少一个其它小区的潜在干扰源，则对该候选信道上至少一个其它小区所引起的干扰电平进行估算，并利用所估算出的干扰电平作为切换判断的一个附加标准，从而不会内部切换到一个高干扰电平的信道上。

本发明进一步涉及一种内部切换方案，在使用该方案的移动通信系统中，移动台测量服务小区基站信号的接收电平，最好还包括信号质量，以及邻近小区的信号电平，并把测量结果传到一个固定网络，该网络判断出需要从服务小区基站的一个收发单元向另一个收发单元进行内部切换，再选出至少一个收发单元作为切换候选单元。该方案的特征在于：固定网络的切换算法适合于在测量结果的基础上，估算由邻近小区在候选收发单元的信道上产生的干扰电平，如载干比(C/I ratio)，并作出切换的决定，从而不会内部切换到一个信道上有高干扰电平的收发单元上。

在本发明中，一个信号电平足够切换的候选小区的潜在干扰电平，通常为载波干扰比，是通过比较所测的候选小区的下行信号电平和可能会在候选小区内产生共道或邻道干扰的邻近小区的下行信号电平而得出的。这样做后，高干扰概率将使候选小区不可能被选为目标切换小区，以使切换到信号质量可能很差的小区的可能性降低，甚至被完全排除。若候选小区的干扰电平很低，或完全没有，则维持把该候选小区作为选择对象的可能性，甚至增加其最终被选中的可能性，使得移动台被引导到信号质量最好的小区。

因为通常一个移动台只能汇报有限数量信号接收质量最好的邻近小区，例如最多6个小区的测量结果，这些测量结果中可能不包括对候选小区产生干扰的小区的信息，因此不能直接估算干扰电平。根据本发明的优选的实现方式，在这种情况下，候选小区的干扰电平可以通过比较测量出的候选小区与其他邻近小区，称参考小区的下行信号电平来估算。本发明中，术语参考小区是指被移动台测量的有限个邻近小区中的某一个，它在服务小区的服务区域内有与一个不在被测量小区范围的更远的干扰小区相似的信号模式(profile)。移动台所处位置处的来自干扰小区的信号电平信息通过利用参考小区与干扰小区的信号电平差修正测出的参考小区的信号电平来得出。

下面，我们将参照附图，举例详述本发明，附图中：

图1所示为可应用本发明的一个移动通信系统的一部分，

图2所示为在城市环境中，图1中的一些小区的分布。

本发明可应用于任一蜂窝或集群移动通信系统中，如泛欧数字移动通信系统GSM，DCS1800(数字通信系统)，PCN(个人通信网)，UMC(通用移动通信)，UMTS(通用移动电信系统)，FPLMTS(未来公用陆地移动电信系统)，等等。

众所周知，在蜂窝无线网中网络所覆盖的地域被分割成更小的独立无线区，即，蜂窝小区，从而使移动无线站，即移动台MS，位于某小区时，通过该小区内的固定无线站，即基站BTS，与网络通信。移动台可在移动通信区域内自由地由一个小区移动到另一个小区。如移动台不在通话，越区时只须在新小区中重新登记。如移动台正在通话，越区时需把通话从一个移动台转接到另一个，并保证转接时对通话的影响尽可能小。在通话过程中发生的越区叫做越区切换。切换还可发生在同一小区内，从一个业务信道切换到另一个业务信道。

图1是根据GSM系统画出的一个移动通信系统。GSM(全球移动通信系统)是一个泛欧移动通信系统，它正在成为一个全球性的标准。图1非常简要地表示出GSM系统的基本结构，并没有进一步表示出它的特征或系统其它方面的情况。GSM系统的详细情况见GSM建议及“GSM移通信系统”，法国，帕莱索，M.Mouty & M.Pautel，1992，ISBN：2-9507190-0-7，它们在此用作参考。

移动业务交换中心(MSC)负责呼入及呼出话务的交换业务。它的工作与公共交换电话网(PSTN)的交换类似。除此之外，它还履行移动电信所特有的功能，如使用网络用户寄存器，进行用户位置管理。GSM系统至少有一个这样的用户寄存器，如归属位置寄存器(HLR)或来访用户位置寄存器(VLR)，图1中没有表示出这些寄存器。用户的更为准确的位置信息，如位置区域的准确度，存贮在来访用户位置寄存器VLR中，VLR的数目一般是每个移动业务交换中心(MSC)一个。另一方面，HLR知道移动台MS所在区域的VLR。移动台MS通过基站系统被接到交换中心(MSC)。一个基站系统由一个基站控制单元BSC和多个基站BTS组成。一个基站控制单元BSC用于控制多个基站BTS。BSC的职能包括如在下列情况下进行切换：在同一个基站内切换，或在同一BSC控制下的两个基站间切换。为清楚起见，图1仅表示出一个基站系统，其中基站控制单元BSC连有9个基站BTS1～BTS9，它们依次覆盖无线小区C1～C9。

在通话过程中进行切换的决定是由基站控制单元BSC根据为各小区所设的不同的切换参数及移动台和基站报告的测量结果而作出的。一般按照对无线信道设定的准则决定进行切换，但切换也可由其它原因引起，比如，为了分散载荷。为判定切换所进行的步骤和计算称作切算法。

例如，按照GSM系统的技术建议书所述，移动台MS监测(测量)服务小区的下行信号电平及质量，以及服务小区的相邻小区的下行信号电平。基站BTS监测(测量)发自它所服务的所有移动台MS的上行信号的电平及质量。所有的测量结果都被发送到基站控制单元。另一种方法是，所有切换决定由移动业务交换中心MSC作出，在这种情况下所有测量结果将会被送到该MSC。MSC至少还控制由一个基站控制单元辖区向另一个基站控制单元辖区进行的切换。

当一个移动台MS在一个无线网络中移动时，通常在以下两种情况下发生由一个服务小区向其邻近小区进行切换：(1)当该移动台和/或基站BTS的测量结果指出当前服务小区的下行信号电平和/或质量很低，可以从某邻近小区获得更好的信号电平时；(2)当某邻近小区允许在较低的发射功率电平下通信，也就是当移动台MS位于小区边缘时。无线网络设法避免不必要的高功率电平，以免干扰网络的其它部分。

基站控制单元BSC按照本系统中所使用的切换算法，以及根据所报告的测量结果，选出一些其无线信道满足切换要求的邻近小区。这些邻近小区在这里称作切换候选小区，将从中最后选定切换目标小区。选择目标小区最简单的方法是在候选小区中选择最佳的无线信道特性，即最好的信号电平。

不过，按照使用其它标准而定的优先级来为候选小区排队也是有好处。在判断优先级时，例如，可考虑邻近小区的位置，即，候选小区的基站是由与服务小区相同的基站控制单元(或MSC)控制的，还是由另外的基站控制单元(或MSC)控制的。优先级的判断还可考虑小区的负载情况，即负载高的小区应有较低的优先级。服务小区一般优先级最低，即仅当没有一个候选小区满足切换要求(例如信号强度)时才进行小区内部切换。使用优先级的主要原则是小区的优先级越高，越优先被选中，即当某小区比另一小区有更高的优先级时，该小区就排在前面，即使它的信号强度值较低。采用此原则后，测出的信号电平仅在当两个候选小区有相同的优先级时，它才在从候选小区中选择目标小区时起作用。

根据本发明，在实际切换之前，切换算法中要对切换候选单元中的干扰电平进行估算。之所以需要进行这种干扰电平估算是由于尽管候选小区中的信号强度(场强)足够高，使该小区适于充当切换的目标小区，但该小区可能因受到其它小区的干扰，不一定能提供高话音质量。根据本发明，事先估计干扰电平，通常是候选小区的载波-干扰比(C/I)，这样就防止了切换到有高干扰电平的小区。换句话说，本发明的基本原理是估算每个候选小区中潜在的共道或邻道干扰电平，把这些信息用于选择目标小区，以指引移动台切换到信号质量最好的小区。

对潜在载干比(C/I)的估算基于候选小区的下行信号电平的测量结果与至少包括那些会对该候选小区产生共道或邻道干扰的邻近小区在内的小区测量结果的比较。例如，如图1所示，如服务小区是C1，服务基站是BTS1，切换的候选小区是C2，基站BTS2，潜在的干扰小区是C3(基站BTS3)。在这种情况下，C/I由下式得出：

C/I＝RXLEV-BTS2-RXLEV-BTS3 (1)其中，RXLEV-BTS2和RXLEV-BTS3是由移动台分别测出的基站BTS2和BTS3的下行信号电平。若基站BTS2和BTS3的下行信号电平分别为-72dBm，-90dBm，则可得到载干比C/I＝18dB。

当任两个基站的信号电平可直接相比时，可直接估算干扰电平。但实际工作时，移动台MS仅能汇报有限数目(比如6个)的它接收效果最好的邻近小区的测量结果。在这种情况下，由移动台MS发给一个固定网，通常是一个基站控制单元BSC的测量报告中可能没有包含对候选小区产生干扰的小区的信号电平信息，这样就不能按式1直接计算出载干比C/I。

所以，在本发明优选的实施方式中，候选小区的C/I这样估算：把测出的候选小区的下行信号电平与被称为候选小区参考小区的邻近小区的下行信号电平相比。从移动台信号接收效果最好的有限数目的小区中选在服务小区的服务范围内其信号模式(profile)与候选小区的干扰小区相类似的一个作为候选小区的参考小区，术语信号遮挡模式(Signaloverspill profile)是指例如，干扰信号被建筑物遮挡，参考小区的信号也会同样被遮挡。在这种情况下，测出的参考小区下行信号电平与实际干扰小区的下行信号电平成比例，因此干扰小区的干扰电平就可通过参考小区的下行信号电平估算出来。在测量点处，参考小区与干扰小区的下行信号电平自然会有差别，这是由于例如发射功率电平和到测量点的传输距离不同引起的。在用分别为每个参考小区设定的恰当的参数来估算信号电平时，必须要考虑上述信号电平差异。合适的参考小区以及相应的校正参数的选择必须由实验及分析来完成。

在本发明优选的实施方式中，切换算法只对已确定了参考小区的邻近小区采用干扰电平的估算。如果切换候选小区的一些参考小区不包括在移动台测出的最佳邻近小区的范围内，切换算法将不考虑这些参考小区。如果候选小区根本没有参考小区，那么在选择切换目标小区时，将不对该候选小区的干扰电平进行估算。类似地，如果候选小区的参考小区没有一个包括在移动台测得的最佳小区范围内，该候选小区中的干扰电平的估算将不能进行，不过可假设该干扰电平很低。若在候选小区中引起干扰的小区是移动台直接测量的小区之一，它的干扰电平自然通过对干扰小区进行直接测量的方法得到，用不着参考小区。

根据本发明中用参考小区估算干扰电平的方法还进一步用图2所示的一个例子来说明。图2画出图1中位于城市环境中的小区C2，C4，C5，C6以及相应的基站BTS2，BTS4，BTS5，BTS6。矩形21表示建筑物，它们之间的区域22代表街道，虚线表示的矩形23代表一块开阔地。三个移动台MS正分别在位置A、B、C处从服务区C6接近邻区C5。小区C5的基站BTS5中有一个绝对无线信道号为90的收发台。小区C2和C5使用相同的频率。换句话说，小区C2的基站BTS2中也有一个绝对无线信道号为90的收发台。基站为BTS4的小区C4是小区C5的参考小区，与小区C2在小区C5中有相类似的信号遮挡模式(overspill pattern)。用于校正基站BTS2和参考基站BTS4之间差异的参数的电平调节值为10dB。

小区C5的潜在C/I比可按如下计算：位置A

接收到的基站BTS6，BTS5和BTS4的信号电平分别为RXLEV-BTS6＝-82dBm，RXLEV-BTS5＝-76dBm，RXLEV-BTS4＝-80dBm。这样，估算出C/I比为：

C/I＝RXLEV-BTS5-(RXLEV-BTS4-电平调节值)

＝-76dBm-(-80dBm-10dB)＝14dB、位置B

接收到的基站BTS6，BTS5，BTS4的信号电平分别为-82dBm，-76dBm，-95dBm。这样，位置B处C/I比的估算值为：

C/I＝-76dBm-(-95dBm-10dB)＝29dB位置C

接收到的基站BTS6，BTS5，BTS4的信号电平分别为-88dBm，-70dBm，-82dBm，这样，估算位置C处C/I比为：

C/I＝-70dBm-(-82dBm-10dB)＝22dB

本例中，基站的接收电平在所有位置处基本相同。以载干比为例，在位置C处载干比很差，以至切换到基站BTS5所在的小区显得不合理。而在位置B处，载干比足够好，从而向基站BTS5所在的小区进行切换是合理的。

实际工作时，在候选小区内可能要考虑不止一个干扰小区引起的干扰。一个切换算法中可以使用不同的估算方法来估算来自多个干扰小区的潜在干扰电平。这些估算方法包括，例如平均值法及最大值法。使用平均值法时，计算候选小区的来自所有干扰小区的干扰电平的平均值，所述电平直接由公式(1)得出，或由参考小区间接得出。如果某些参考小区或干扰小区比其它小区大很多，可用各小区专用的加权系数对这些小区加权。用这种方法计算出的平均干扰电平或加权平均干扰电平在切换算法选择切换目标小区时被用作候选小区的干扰电平。

在最大值法中，候选小区里由各干扰小区引起的干扰电平或者由公式(1)直接算出，或者由参考小区求出。以此方法求出的干扰电平中最大的一个(最大值)被当作候选小区的干扰电平。

在选择目标小区的过程中估算出的干扰电平要这样使用，即候选小区的潜在干扰电平越高，被选为目标小区的可能性越小，这样可减小或完全避免切换到一个信号质量可能很差的小区的可能。若候选小区的干扰电平很低或者完全没有干扰，则它被最后选中的可能性不变，或有所增加，这样移动台将被切换到有最高信号质量的小区中。

在本发明的一个优选的实施方法中，用到了前文所描述过的候选小区优先级，估算出的干扰电平同其它因素一道考虑，如小区载荷，它们在根据候选小区优先级来选择目标小区的过程中共同影响候选小区的优先级别。在本发明的一个优选的实施方法中是这样做的：候选小区干扰电平很低或完全没有干扰则将维持该候选小区的优先级不变，或在必要时增加优先级。候选小区干扰电平很高则将降低该候选小区的优先级，或在必要时从切换候选小区名单中删掉该小区。

在候选小区的优先级根据估算的干扰电平进行过改动之后，切换算法选择有最高优先级的候选小区作为切换的目标小区。假如仍有两候选小区优先级相同，就选择信号质量更好的那一个。

在本发明的另外一个优选实施方式中，本发明中干扰电平的估算还应用到小区内部切换上。小区的基站中有多个收发单元，每个收发单元占用一个不同的载频。一个载频可被用于传送一个(FDMA系统)或多个(TDMA系统)业务信道。有时，会出现要求在同一个小区中从一个收发机切换到另一个收发机的情况，比如，为了分配业务负载。按照本发明，当检测出需要进行小区内部切换时，选出至少一个收发机作为切换的候选者，并估算所述收发机所在信道上的干扰电平。除了服务小区的候选信道的信号电平与服务小区的参考小区的信号电平，和/或潜在的邻近干扰小区的信号电平之间相比之外，估算所依据的基本原理与前述相同所述信号电平都是由移动台测得。如果估算出的某收发机的信道中干扰电平超过了预定的门限值，切换算法就不会内切换到该收发机的该信道上来。

这里列出的附图和描述仅仅是为了说明本发明。本发明可在所附的权利说明书的范围和实质内，在细节上有所改动。

Claims

1.一种切换方法，包括以下各步：

在移动台测量服务小区信号的接收电平，最好也测出信号质量，

在移动台测量服务小区的邻近小区信号的接收电平，

检测出需要越区切换，并

根据测量结果选出至少一个邻近小区作切换的候选小区，

其特征在于：

如果所述至少一个候选小区中有来自至少一个其它小区的潜在干扰源，就要对该候选小区中的由所述至少一个小区引起的干扰电平进行估算，如载干比C/I，

把估算出的干扰电平作为选择切换目标小区的一个附加标准，以减少切换到一个干扰电平很高的小区的可能。

2.如权利要求1所述的一种方法，其特征在于：防止切换到干扰电平高于某预定阈值的候选小区中去。

3.如权利要求1或2所述的一种方法，其特征在于：在选择目标小区时，利用估算出的干扰电平作为一个附加标准，按照候选小区的干扰电平，逐步修改候选小区的优先级，使优先级随干扰电平上升而下降。

4.如权利要求1、2或3中任一个所述的一种方法，其特征在于：移动台仅测量有限个数的邻近小区，并从要被测量的邻近小区当中，为每个候选小区指定一个或多个参考小区，参考小区与更远处某个对候选小区形成潜在的共道或邻道干扰源，但干扰又无法被移动台直接测到的小区有相类似的信号模式。

5.如权利要求4所述的一种方法，其特征在于：对没有指定参考小区的候选小区，不估算其干扰电平。

6.如权利要求4所述的一种方法，其特征在于：当移动台的测量结果中没有关于任何参考小区的信号电平的信息时，则认为该候选小区的干扰电平很低，于是提高或维持该候选小区的优先级。

7.如权利要求4所述的一种方法，其特征在于：考虑到参考小区与实际干扰小区的信号电平差异，通过校正测出的参考小区的信号电平来确定实际干扰小区的信号电平。

8.如权利要求4所述的一种方法，其特征在于：如果潜在干扰小区是移动台可直接测量的邻近小区中的一个，则不使用参考小区，直接测量其干扰电平。

9.移动通信系统中的越区切换方案，其中移动台(MS)测量服务小区(C3)的信号接收电平、最好也测出信号质量，以及邻近小区(C1，C2，C4-C9)的信号电平，并把测量结果发送给一个固定网络(MSC，BSC)，该网络根据测量结果，判断出需要切换，并为切换选出至少一个邻近小区作为候选小区，其特征在于：在测量结果的基础上，采用切换算法来估算候选小区中的干扰电平，如载干比，并选择用作切换的候选小区，使切换到一个有高干扰电平的小区的可能得以减少。

10.如权利要求9所述的切换方案，其特征在于：移动台的测量结果只涉及有限个数的相邻小区；基本上每个候选小区都被从这些测量过的相邻小区中指定至少一个参考小区，参考小区与更远处某个形成候选小区的共道或邻道干扰源，但其干扰又无法被移动台直接测出的小区具有相似的遮挡模式(overspill profile)；如果候选小区在已测量的小区中至少有一个参考小区，则使用用于选择切换目标小区的切换算法来估算该候选小区的干扰电平，并在候选小区选出最适合切换的，这样便减小了切换到一个有高干扰电平的小区的可能。

11.如权利要求10所述的方案，其特征在于：通过考虑参考小区和实际干扰小区的信号电平之差，校正已测得的参考小区的接收电平，切换算法由此来估算实际干扰小区的信号电平。

12.一种控制小区内部切换的方法，包括以下各步：

检测出需要进行小区内部切换，

选择该小区的一个信道作为切换候选信道，其特征在于：

若有至少一个其它小区形成所述候选信道的干扰源，则估算所述至少一个其它小区在该所选候选信道上的干扰电平，

利用估算出的干扰电平作为切换判决的一个附加依据，从而不会内部切换到一个有高干扰电平的信道上去。

13.移动通信系统中的内部切换的切换方案，其中移动台(MS)测量服务小区(C3)信号的接收电平，最好还测出信号质量，以及邻近小区(C1，C2，C4-C9)的信号电平，并把测量结果发送给一个固定网络，该网络判断出需要从服务小区的基站(BTS3)中的一个收发单元内部切换到另一个收发单元，并选出至少一个收发单元作为切换的候选单元，其特征在于：在测量结果的基础上，采用切换算法来估算由邻近小区在候选收发单元所在的信道上产生的干扰电平，如载干比，并作出切换决定，从而不会内部切换到一个所在信道上有高干扰电平的收发单元上去。