CN1157086A - 用以识别快速移动站的方法，以及一个基站 - Google Patents

Abstract

一种用以识别一个无线电系统中快速移动站(MS)的方法，上述方法包括测量从一个移动站所接收的无线电信号之频率误差。为使快速移动站较之以前更为可靠地被识别，该方法包括从预先设定长度的时间间隔(t)中计算频率误差中的变化(df)，并且，如果所计算的频率误差中的变化(df)超过一个预先设定的极限值，则将该移动站识别为快速移动站。

Description

用以识别快速移动站的方法，以及一个基站

本发明涉及一种用以识别无线电系统中快速移动站的方法，上述方法包括测量所接收的来自移动站的无线电信号频率误差。

本发明进一步涉及无线电系统的基站，上述基站包括用以接收由无线电单元所发送信号的接收机装置，及用以测量所接收信号频率误差的测量装置。

本发明尤其涉及当快速移动站(FSMS)在微蜂窝网络中漫游并因此而频繁变更基站时，产生于蜂窝无线电系统中的问题。基站的变更大量加载于网络管理资源，另外还破坏接合质量。在这种情况下，更可取的是将一个快速移动站移交给一个较大无线电小区，它在微小区“之上”服务于一个较大区域，即它所覆盖的区域等同于诸微小区一并覆盖之地区性区域。所出现的问题是难以可靠地识别快速移动站。

先前众知的用以识别快速移动站的诸方法基于测量时间。这些方法包括测量两个移交之间的时间。如果所测得的时间足够短，则假定该站为一个快速移动站。由于上述识别方法基于测量时间，一个快速移动站通常在被识别之前已到达微蜂窝网络中的第二个或者第三个微小区；因此识别实现于相当晚的阶段。另外，在一个小区的周边上移动的移动站将被理解为快速移动站，如果它沿不利的方向穿过小区的周边。因为以上所提及的较大无线电小区通常具由有限的容量，将慢速移动站解释为快速移动站将不必要地使该较大无线电小区超载。

本发明的目的是解决以上所述的问题，并提供一种较之以前更为快速和可靠的方法用以识别快速移动站。该目的通过本发明的方法而达到，该方法的特征在于从一个预先设定长度的时间间隔中计算频率误差中的变化，如果所计算的频率误差中的变化超过一个预先设定的极限值，则将一个移动站识别为快速移动站。

本发明进一步涉及一个基站，在该基站中可以利用本发明的方法。本发明的基站特征在于它进一步包括一个计算器单元，响应于测量装置并被用以计算预先设定长度的时间间隔内频率误差中的变化；一个比较器装置，响应于计算器单元并被用以比较频率误差中的变化与预先设定的极限值，以及如果频率误差中的变化超过上述极限值则将一个无线电单元识别为快速无线电单元。

本发明是基于下述思想，通过测量由移动站移动所导致的频率误差(多普勒效应)，可以较之以前更为快速和可靠地识别快速移动站。这是因为，实际中一个移动站总会通过一个基站，籍此由多普勒效应产生的频率误差将发生变化。“通过”在这里系指上述移动站与基站之间的距离缩短直至该移动站到达一个特定点，该点之后它们之间的距离开始增大。频率误差中的变化速率，即单位时间内频率的变化，取决于该移动站相对于基站的速度。因此，对通过该基站的高速移动站的识别基于下述事实，即频率误差中的变化超过一个特定极限。本发明之解决方法的最主要优势在于较之以前快速移动站可以在相当早的阶段予以识别，即在第一个无线电小区内；在于“普通的”、慢速移动站不会被错误地解释为快速移动站，无论其相对于基站的运动方向如何；还在于本方法可以用于现有的诸基站—譬如利用计算机程序，因为它仅要求上述基站包括本质上众知的测量装置用以测量接收信号的频率误差。

根据本发明的一个最佳实施例，通过计算一个第一时间间隔内的第一平均频率误差，然后计算一个第二时间间隔内的第二平均频率误差，最后计算第一与第二平均频率误差之差的绝对值，求得频率误差中的变化。上述时间间隔的持续长度已更可取地被选取为若干秒钟。由不准确性所引起并存在于各测量结果之间的振荡通过一个滤波器予以滤除，故频率误差中的上述变化可以计算得比以前更为准确。

根据本发明一个最佳实施例的基站包括用以调节上述极限值以使之相关联于由操作员所给定的一个设定值，和/或相应地用以调节时间间隔的长度，根据该时间间隔计算作为上述比较之基础的平均频率。这允许基站—特定地调节频率变化—以此为基础该基站将一个移动站解释为一个快速移动站；因此，这有可能将比如一条道路经过该基站之路段考虑在内。这亦可能将该道路这一路段上的速度极限考虑在内。

本发明最佳实施例的方法和本发明的基站被揭示于后附的从属权利要求2和4至8中。以下通过本发明的一个最佳实施例并参考附图，本方法将被更为详细地描述。其中

图1描述移动站在一个蜂窝无线电系统中的移动，

图2描述基站所探测到的作为该移动站位置函数的频率误差，

图3为本发明之方法的第一最佳实施例的流程图，以及

图4是本发明之基站的第一最佳实施例的方框图。

图1描述移动站在一个蜂窝无线电系统中的移动。蜂窝无线电系统被图示于图1的部分可以是比如GSM系统(Groupe Special Mobile)。微小区A，B和C沿一条路线设置，另外，此路的该路段由一个较大小区D服务。

当图1中汽车内的移动站MS沿该线路移动，它首先由小区A基站服务。之后，出现向小区B基站的移交，最后出现向小区C基站的移交。如果该移动站是一个快速移动站(FSMS)，这些移交出现于非常短的间隔内，将不必要地加载于网络管理系统资源，另外还破坏接合质量。因此在图1的情形下，如果移动站MS被识别为快速移动站，将其移交给较大小区D更为有利。

图2描述基站所探测到的作为该移动站MS位置函数的频率误差。在图2的情形下，该载有移动站MS的汽车以一个不变的速度从左向右通过小区A的基站。如出现在图2中的，基站BTS和移动站之间的距离减小直至移动站到达点P，  自此之后其间距离开始增加。

从图2的曲线中可看出，点P之通过可以被基站BTS由下述方法检测：多普勒效应引起的频率误差变化，即以阶跃方式变小，如图2所示。在实际中，频率误差变化的符号几乎总是从正到负。当基站计算频率误差中变化速率df/t，其中t表示具有预先设定长度的时间间隔，该基站可以根据本发明，通过比较所得结果的绝对值与一个预先设定极限值，确定所讨论的移动站是否是一个快速移动站。

当该基站将该移动站MS识别为快速移动站之后，向基站控制器BSC发送一个关于这一结果的报告。因此，如有必要，上述基站控制器BSC可执行比如一个移交，将快速移动站从微小区A移交给小区D，它服务于一个较大的区域(参看图1)。

一个按照GSM规范工作的移动站连续不断地测量其环境，并通过一个基站BTS向基站控制器BSC报告测量数据。上述测量包含，例如，在呼叫中测量附近诸基站的覆盖状态并比较当前基站与相邻诸基站的信号电平。按照GSM规范，当测量过程结束之后，将这些测量数据报告给基站控制器BSC，因此报告间隔约为480ms。

另外，在一次呼叫中基站BTS执行对比如RX LEVEL(从一个移动站接收的信号电平)，RX QUAL(信号质量，即比特差错率)，以及定时超前量(移动站与基站之间的距离)的测量。按照GSM规范，该基站将以上所述及的测量结果与来自移动站MS的诸测量结果合并，并将它们报告给基站控制器BSC。上述测量结果之报告以比如GSM规范08.58的形式描述，该规范以参考文献方式插述于此。

根据本发明，将关于移动站速度的一字段加入以上所述及之关于诸测量结果的报告。通过该字段基站控制器可被告知所讨论的移动站是一个快速移动站。根据一个最简单的实施例，可通过一个单一比特告知基站控制器该移动站为一个快速移动站。然而，亦向基站控制器发送有关该快速移动站的其它信息将更有利；因此，插入于测量报告之中的可选字段更可取地含有进一步的信息。术语“可选字段”在此表示如下事实，即有关移动站速度的信息并不在每一个测量报告中都发送，而在仅在是快速移动站的情形下发送。

被插入测量报告中的可选字段可含有比如以下信息：

—该移动站的速度级别。永远包含该信息，它以所需精度指示该移动站的速度。所用精度可以是小区—特定可调节的：例如特快/快/移动/慢(实际中，没有必要告知基站控制器BSC最后一个选择，因为它在测量报告中不含有可选字段时可被用作缺省值)。

—加速/减速移动站。该信息不必需。然而，当一个移动站并不真正经过该基站而仅是移动例如总是以一个加速的速度远离该基站时，它是有用的；在这种情形下，强力加速过程中，基于频率误差的变化该移动站可能被错误的解释为一个快速移动站。该基站可以识别加速移动站，例如，因为其定时超前量值不同于诸快速移动站的相应值。

—距移动站的距离。该信息不必需，因为基站控制器BSC在任何情况下知道报告时刻距该移动站的距离。假如将要报告的距离不同于报告时刻的距离，例如对该移动站开始监视之时刻的距离，可将这一信息发送给基站控制器。

—所测频率误差。该信息不必需但有用，例如在该移动站正在移动而远离该基站时。这是因为沿远离该基站的道路移动的移动站从来难以被探测为快速移动站，因为，以距之较近道路的观点来看，基站的接收机被调节成最优的。因此，例如，根据其计算频率误差的时间间隔，对于远离该基站之道路上移动的快速移动站，可能过于短而不足于可靠的识别。

为允许图2中所示基站BTS即便在基站控制器因某快速移动站出现与有关呼叫保持之信令相接合的问题而不能接收信息的情况下尚能工作，该基站更可取地包括可假以开关该特性的装置。因此，该基站应被初始化以发送速度报告。这一初始化可通过比如由上述基站控制器BSC根据比如其它TRX参数所发送的一个分离命令来实现。

图3为本发明之方法的第一最佳实施例的流程图。

在框A中，上述基站以一种本质上众知的方式测量来自接收信号的频率误差。在GSM系统中上述频率误差的测量基于，例如，脉冲串开始或结束时的相位差。一旦得知相位误差，接收信号的频率误差可以在其基础上计算。随后测量中即可利用一个复匹配滤波器的各种特性。该滤波器之后，上述信号相位误差为0，并且固定频率误差的情形下，上述相位误差线性增长至脉冲串的边沿。根据本发明，该频率误差可被测量，例如，对于接收到的每一串脉冲。

在框B中，根据测量频率误差计算出一个平均值。在比如最后4秒钟期间所获得的测量结果之基础上计算上述平均值。

在框C中，计算最后算得的平均值与其前一个平均值之差E。之后，上述最后算得的平均值被存入存储器直至下一次计算。

在框D中，检测所计算的差E之绝对值是否大于一个由操作员给定的预先设定极限值ref。如果不是这样，过程返回框A。如果频率误差中的变化的确大于上述极限值，过程继续执行框E，在那里该移动站被识别为快速移动站。在框D中，如果需要亦可能进行一个附加检测以便确定频率误差的符号是否已改变。

该移动站被识别为快速移动站之后，有关这一结果的信息被发送至基站控制器。该基站更可取地将这一信息插入即将发往基站控制器的有关测量结果之报告中。因此该信息与有关呼叫保持的信令接合，被发送至基站控制器。

图4是本发明之基站的第一最佳实施例的方框图。图4显示一个GSM基站接收机单元。该接收机单元以本质上众知的方式测量接收脉冲串的频率误差。测量中利用一个复匹配滤波器的诸特性。在滤波器之后，接收信号的频率误差在训练序列脉冲串中部为0。在固定频率误差的情形下，上述相位误差线性增长至脉冲串的边沿。因此，估计脉冲串开始和结束时的相位误差便足够了。

由天线10所接收的一个射频脉冲串提供给接收机11。接收机11使用一个振荡器LO接收所提供给它的信号，之后将接收信号提供给一个AD转换器。从该AD转换器输出端获得的样值提供给一个冲击响应计算单元12和一个测量块13。

冲击响应计算单元12以本质上众知的方式计算冲击响应。在GSM系统中，在已知接收脉冲串的训练序列码基础上采用互相关技术计算一个信道的冲击响应，上述码位于脉冲串的中部。所估计的信道冲击响应抽值(样值)提供给测量块13，它包括一个至少在脉冲串中部与接收信号完全匹配的复匹配滤波器。上述抽值为复值且每一脉冲串有5个。在1比特序列间隔(3，69μs)内估计这些抽值。

在测量块13中，样值以下述方式取自位于接近该脉冲串端部的两个测量点，即使得诸样值以16比特的距离取自每一测量点。之后，这些样值由上述复匹配滤波器过滤。适宜的滤波器是比如数字FIR滤波器。如果接收脉冲串中存在相位误差，则可在过滤结果中观察到虚部的增长的现象。

作为过滤的结果，在脉冲串的首部所获得的向量之本身与在脉冲串的尾部所获得的向量之倒序相加。这给出相位向量V，它表示从脉冲串的中部到诸测量点之间的平均相移。

在脉冲串端部的总相移β可通过相位向量V获得：

β＝2^*arctan(Im(V)/Re(V))

关于所测量的相位误差的信息提供给一个计算器14。因为频率是相位的导数，即在单位时间内的变化，计算器14可计算出一个预先设定时间间隔内频率误差中的变化，为比较器15提供表示它的信号df和表示频率误差符号的信号。更可取地给该计算器提供一个存储器，以便它能够计算在预先设定时间间隔内所测得的相位误差之平均值，并存储这一计算出的平均值直至计算出下一个平均值。

如果比较器15发现频率误差中的变化df超过由操作员所预先设定的极限值ref，即向基站控制器指明该脉冲串系由一个快速移动站所发送。

将被理解的是，以上说明以及附图旨在描述本发明。对于本领域技术人员将十分明显的是，可以对本发明进行各种修改，而不离开揭示于其后所附权利要求之中的本发明之范围和精神。

Claims (8)

1.一种用以识别一个无线电系统中快速移动站(MS)的方法，上述方法包括测量从一个移动站所接收的无线电信号之频率误差，其特征在于

从一个具有预先设定长度的时间间隔(t)中计算频率误差中的变化(df)，以及

如果所计算出的频率误差中的变化(df)超过一个预先设定的极限值(ref)，则将一个移动站识别为一个快速移动站。

2.根据权利要求1所述的一种方法，其特征在于通过计算一个第一时间间隔内的第一平均频率误差，之后计算一个第二时间间隔内的第二平均频率误差，最后计算第一与第二平均频率误差之差的绝对值，求得频率误差中的变化(df)。

3.一种无线电系统的基站(BTS)，上述基站包括接收机装置(10，11)，用以接收由一个无线电单元(MS)所发送的信号，和测量装置(12-14)，用以测量接收信号的频率变化，其特征在于进一步包括

一个计算器单元(14)，响应于上述测量装置并被用以计算在预先设定长度的时间间隔(t)内频率误差中的变化(df)，以及

一个比较器装置(15)，响应于计算器单元并被用以比较频率误差中的变化(df)与预先设定的极限值(ref)，并且如果频率误差中的变化超过上述极限值则将一个无线电单元(MS)识别为快速无线电单元。

4.根据权利要求3所述的基站，其特征在于计算器单元(14)被用以根据一个第一时间间隔中所获测量结果计算一个第一平均频率误差，之后根据一个第二时间间隔中所获测量结果计算一个第二时间内的第二平均频率误差频率误差，最后计算第一与第二平均频率误差之差的绝对值以确定频率误差(df)中的变化。

5.根据权利要求3所述的基站，其特征在于基站(BTS)包括用以根据操作员所给的设定值调节上述时间间隔长度(t)和上述预先设定极限值(ref)的装置。

6.根据权利要求3所述的基站，其特征在于基站(BTS)包括响应于比较器单元(15)，用以在识别出一个快速移动站(MS)后作出响应，与有关呼叫保持之信令相接合向基站控制器(BSC)发送一份关于一移动站(MS)之速度的报告。

7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于上述基站(BTS)为一GSM系统基站，并且它被用以向基站控制器(BSC)发送一份与GSM规范08.58中所规定的测量报告有关的关于一快速移动站(MS)之速度的报告。

8.根据权利要求6或7所述的基站，其特征在于要发往基站控制器(BSC)的速度报告中至少含有移动站(MS)的速度级别。

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