CN1197583A - 选择越区切换执行方式的方法和蜂窝无线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以在蜂窝无线系统中选择一种执行越区切换方式的方法,和一种采用码分多址的蜂窝无线系统。该系统在每个小区中包括至少一个发射导频信号的基站(100,102),和可与一个或多个基站同时相连的用户终端设备(110—118),所述终端设备包括装置(320,326)用以测量由其接收的导频信号,并包括装置(320,310)用以执行至少两种类型的越区切换。为节省系统的容量和资源,根据本发明的系统终端设备包括装置(326),用以根据由其接收的导频信号来选择每一次在终端设备和基站之间的连接中采用的越区切换技术。

Description

选择越区切换执行方式的方法和蜂窝无线系统

本发明涉及一种用以在采用码分多址的蜂窝无线系统中选择越区切换执行方式的方法，该系统在每个小区中包括至少一个发射导频信号的基站，和多个可与一个或多个基站同时相连的用户终端设备，所述终端设备测量接收到的导频信号，并可执行两种类型的越区切换。

本发明适用于采用码分多址的无线系统，并特别适用于所述的WLL(无线本地环路)系统。除了现有的FDMA和TDMA方法，码分多址CDMA是一种基于扩频技术的多址方法，近来已被应用于蜂窝通信系统。较现有的方法CDMA具有几个优点，例如频谱效率和频率分配的简易性。

在CDMA中，通过一种其带宽较数据信号宽得多的扩展码，用户的窄带数据信号被复用至相对宽的频带。在已知测试系统中采用的带宽为例如1.25MHz，10MHz和25MHz。通过复用，数据信号扩展至所用的整个频带。所有的用户通过使用相同的频带来同时发射。在基站和移动台之间的每一连接上使用专用的扩展码，并且在接收机中基于每个用户的扩展码将不同用户的信号相互区分开来。

接收机中的适配滤波器与所需的信号同步，该信号是基于扩展码来识别的。在接收机中通过使用与发射过程相同的扩展码来复用数据信号，从而将其返回至起始频带。在理想情况下，通过某种其他扩展码被复用的信号既不相关也不会返回至窄频带。由此从所需信号的观点来看，它们显示为噪声。努力选择系统的扩展码，以使其相互间不相关，换句话说，它们是正交的。实际上，扩展码并非是不相关的，而且其他用户的信号通过使接收信号失真，可使所需信号的检测复杂化。这种由用户引起的相互间干扰被称为多址干扰。

在几种根据现有技术的CDMA系统中，采用一种所谓的导频信号，它由每个基站发射，用于基站的识别和功率测量中，并使一个基站中的相干接收得以实现。导频信号是一种数据未调制的扩展码信号，并且通过与实际的业务信道中相同的方式将其发射到基站的覆盖区。由于终端设备在呼叫建立的过程中利用了它，实际上导频信号的覆盖区确定了基站的小区大小。

基站连续发射导频信号，而在不同基站的导频信号的发射中使用的扩展码相互不同，从而终端设备可以基于由其发射的导频信号来识别基站。

使用无线电话网来替代传统的固定电话网的系统被称为WLL系统。在WLL系统中，用户终端设备被固定在用户的房屋里，就象普通的电话。在所有利用无线信道的数据传输方法中，在无线路径上发生干涉，例如由于在接收机中经不同方式传输的信号的累加而引起的信号的多路径衰落。由于在WLL系统中发射机和接收机均是稳定的，多路径衰落是由位于周围的物体的运动引起的。因此，从无线技术的角度来讲，这种衰落是十分缓慢的。衰落周期从一秒到几秒变化。而且，衰落深度可以很深，以至于影响连接质量，特别是在用户终端设备位于两个小区的外围区域的情况下。

位于外围区域的终端设备会遭受到下述情况，即，只有当从相邻基站处到达的信号较所需信号强几个分贝时，从其基站处接收到的信号才会衰落。由此，从其基站处接收到的信号的信号于扰比，即连接质量可严重降低。因此在小区的外围区域内的几个不同的基站之间需要使用某种方法的越区切换，该方法也考虑多路径衰落。

诸如GSM的已知蜂窝无线系统采用所谓的硬越区切换，其中终端设备在某一时刻只与一个基站通信。如果连接质量变弱，则执行越区切换到一个新的基站，从该基站接收到的信号更强。

CDMA蜂窝无线系统通常采用所谓的软越区切换。在软越区切换中，终端设备可在越区切换过程中同时与多个基站通信。终端设备可与之通信的基站们被称为一个有效群(active group)。终端设备与之通信的所有基站向终端设备发射同一信号，该终端设备可从所述信号中选择最强的信号分量，并将其有利地结合。这样，接收信号的信号干扰比可达到最大值。

一并行国际申请“越区切换方法和蜂窝无线系统”PCT/FI95/00467公开了一种在软越区切换过程中终端设备直接控制基站的发射功率的方法。通过该方法，可以只转换有效群中的所需基站用于向终端设备发射信号。

然而，这些已知方法存在许多缺点。如果在考虑多路径衰落的WLL系统中采用软越区切换，它可导致所谓的乒乓现象，其中该连接被连续地在两个基站之间转换。这引起无线路径上相对很大的信号传送。

在WLL系统中软越区切换的缺点在于，额外的干扰功率会被不必要地发送到无线路径上。由于从不同基站处发送的信号的衰落过程是不相关的，从一个基站处接收到的信号正在衰落时，从另一个基站处接收到的信号可以同时达到最强。如果该衰落是几个分贝，从前一基站处接收到的信号在终端设备中几乎是无效的。然而，所述信号在所述基站的覆盖区内引起干扰，从而使小区的容量减小。在传统的蜂窝无线系统中，由于衰落过程要迅速得多，因此这一问题是无关紧要的。然而在WLL系统中，该公开状态会持续几秒钟。

对于衰落动态非常高，而且对于越区切换的需要不是太频繁的WLL环境，在并行国际申请“越区切换方法和蜂窝无线系统”PCT/FI95/00467中公开的方法非常适合。然而必须考虑到，在WLL系统中，不同的传输方向是相互间无关的过程。如果基于上行线路方向中的最佳连接将上行线路方向上的功率控制指令传送至终端设备，可能出现下述情况，即，从中接收到的下行线路信号为最佳的基站并不接听上行线路方向上的信号。

上述的每一种越区切换方法都有其缺点，如果在整个系统中采用同一种方法，将会浪费容量和资源。

本发明的目的在于，实施一种方法，在其中选择最适用于每种情况的越区切换方案，所述方案浪费的容量和资源尽可能少。

这一点通过在介绍中提出的一类方法获得，其特征在于，该终端设备根据由其接收的导频信号来确定每一次在终端设备和基站之间的连接中采用的越区切换技术。

本发明进一步涉及一种采用码分多址的蜂窝无线系统，该系统在每个小区中包含至少一个发射导频信号的基站，和多个可与一个或多个基站同时相连的用户终端设备，所述设备包括用以测量由其接收的导频信号的装置，并包括用以执行至少两种越区切换的装置。本发明的蜂窝无线系统其特征在于，该系统的终端设备包括用以根据由其接收的导频信号来选择每一次在终端设备和基站之间的连接中采用的越区切换技术的装置。

通过本发明的方法，可避免传统方法所涉及的额外数据的传输与处理。根据导频信号的测量，终端设备可预先发现每一次哪种越区切换技术是最有利的。终端设备在一段时间内测量导频信号，该段时间的长度在本质上长于无线信道的衰落周期。在WLL系统中，测量时间可以达到半小时长。通过在连接期间的测量，也可在连接期间内改变执行越区切换的方法。在本发明的最佳实施例中，终端设备计算由其接收的导频信号中最弱信号与最强信号之间的功率差值。此外，终端设备根据由其测量的导频信号来计算当只执行硬越区切换时越区切换的估计的时间分布。根据这些参数，终端设备可断定每一次哪种越区切换技术是最有利的。

在下文中，将参照附图中的示例更详尽地描述本发明，其中

图1所示为一个采用本发明方法的WIL系统，

图2更详尽地阐释了分割为软越区切换和其中部分基站被关闭了的硬越区切换的标准，

图3的方框图阐释了本发明的蜂窝无线系统终端设备的结构，

图4的方框图阐释了本发明的蜂窝无线系统基站的结构。

图1所示为一个有利地采用了本发明方法的WLL系统的简图。WLL系统指的是采用无线电话系统来替代传统的固定电话网的系统。在WLL系统中，用户终端设备就象普通的电话一样被固定在用户的房屋中。本系统的结构正如传统的蜂窝无线系统的结构一样。图1的示例系统包括两个基站100，102，它们经由数字传输链路106，108与基站控制器104相连，进一步与该系统的其它部件相连，并与固定的电话网相连。

该系统进一步包括多个用户终端设备110-118，它们就象普通的电话一样被固定在例如每个用户的住处中。终端设备在无线路径上与基站通信，典型地与提供最佳连接质量的基站通信。在该图的示例中，终端设备110，112和116与基站100通信，而终端设备114和118与基站102通信。然而，终端设备118位于基站100和102覆盖区的边界区域，而越区切换的概率很高，特别是在涉及该终端设备的时候。必须注意到，在真实系统中终端设备的数目本质上自然大于图1中所示的示例情况。典型地，CDMA系统在该区域的所有基站中使用相同的频段，通过给予每个用户的一个伪随机序列将用户相互区别开来，每个用户的信号被所述序列复用起来。

每个基站100，102发射一个导频信号，该导频信号是一个数据未调制信号，提前用一个先前已知的伪随机序列将其编码，终端设备可根据该信号来识别每个基站。通过测量所述信号可以选择提供最佳连接的基站。在图1的示例情况下，终端装置118具有最高的概率来遇到下述状态，即，来自基站102的信号正在衰落，但同时来自基站100的信号未衰落，而是可以较基站102的信号强得多。

由此在根据本发明的方案中，每个终端设备测量由其接收到的导频信号，并基于该测量来确定在下一连接或当前连接中哪种越区切换技术对其最有利。在本发明的最佳实施例中，终端设备无需连续地测量由其接收到的所有导频信号，而只需测量属于所谓有效列表的那些信号，该列表中包括那些从终端设备的角度来讲值得执行越区切换的基站。在实际中，这是指最近的基站。终端设备在一段足够长的时间(即，较平均的衰落周期长得多，例如半小时)内测量有效列表的导频，并且基于该测量来确定它是愿意采用硬越区切换，软越区切换，还是其中部分基站可在下一连接中关闭的软越区切换。

在本发明的最佳实施例中，终端设备可根据这些测量来计算各种参数。基于所述参数，可以评估最有利的越区切换技术。

终端设备根据这些测量来计算，如果终端设备将根据由其测量的导频信号的强度来执行硬越区切换，则在连续的越区切换之间时隙Tslot的时间分布将是怎样的。在WLL系统中，有效列表的大小，即，将被测量的基站数目在最佳情况下为1-3个基站。对于执行硬越区切换的标准，存在几种选择。一种可能性是，通常选择在功率级方面最强的导频信号。另一种选择性是，选择一个导频，其功率级超过一个确定阈值，并且同时不低于其它导频一个确定阈值。

终端设备根据这些测量来进一步计算，在有效群中以分贝测量的最强的和最弱的导频信号之间的功率差值P_diff的分布是怎样的。在计算该分布时，该衰落并未最终得到平衡。

在本发明的最佳实施例中，终端设备根据时隙和功率差值分布来确定下一连接所需的越区切换技术。终端设备自然可以继续这些测量，更新这些分布结果，并且如果无线路径上的条件改变，则根据改变的结果来更新所需的越区切换技术。

根据这些分布可以以几种方式来确定越区切换技术。在所附表中阐释了一种最佳方法。根据本方法，在确定过程中使用T_slot和P_diff的累积概率值P_cuml(P__diff＞5dB)和P_cum2(P_slot＞1s)。此外，为硬越区切换确定一个累积概率值P_cum3(T_slot＞30分钟)。根据该系统，除了该表中的示例值还可有其它参数值。

Pcuml(Pdiff＞5dB)，Pcum2(Pslot＞1s)	Pcum3(Tslot＞30分钟)	越区切换技术
			Pcuml＜10％或Pcum2＜10％	-	软(1)
Pcuml＞10％且Pcum2＞10％	-	软，部分被关闭(2)
			Pcuml＞10％且Pcum2＝100％	＜1％	硬(3)

图2更详尽地阐释了软越区切换和其中部分基站可以被关闭的硬越区切换的分割。图中的无阴影区200所示为一个在其中部分基站可以被关闭的参数区，而阴影区202所示为一个在其中执行软越区切换的参数区。必须注意到，图中所示的这些参数无意于显示最佳的参数选择，而仅用于阐释本发明。根据本方法，如果在有效群中最强的和最弱的导频信号之间的功率差值在大多数时间内保持在5dB的界限内，或者如果连续越区切换的间隔在大多数时间内小于一秒，则采用软越区切换。此外，如果在有效群中最强的和最弱的导频信号之间的功率差值在相对大部分时间内超过5dB，可建议采用在其中可将部分基站关闭的软越区切换。

当每次越区切换之间的间隔超过一秒，并且该间隔超过例如半小时的概率很高(99％)时，可根据该表的示例选择硬越区切换。

当下一次终端设备想要将一个呼叫建立消息发送给基站时，它将其发送给具有最强导频信号的基站。在呼叫建立消息中，终端设备汇报它想在下一连接中采用哪种越区切换技术。它可通过使用两个比特(越区切换技术＝1/2/3)来汇报这一点。在呼叫建立消息中，终端设备无需确定有效群，即，它想在越区切换中使用的基站的列表。这是由于下述事实，即，在WLL系统中，终端设备可能在此之前已经做了汇报，并且所述信息被存储在基站控制器中。如果在周围环境中没有发生变化，终端设备通常使用相同的有效群，并且无需发射新的信息。然而如果情况已经改变，可以将有关新的有效群的信息记录在基站控制器中来替代旧的有效群。同一情况也适用于属于该有效群的基站之间的帧相位差值。WLL终端设备在建立一个呼叫之后立即将其发送，此后将该信息记录在基站控制器中。此后，只有当旧的信息已经改变时，终端设备才发送有关帧相位差值的信息。

在下文中，让我们从本发明的观点来分析不同的越区切换技术。如果所需的越区切换技术为软越区切换(上述表中的选择方案1)，该网络将由此立即建立一个从属于终端设备的该有效群的所有基站到WLL终端设备的连接。

如果所需的越区切换技术为硬越区切换(上述表中的选择方案3)，该网络将仅仅经由终端设备已向其发送了呼叫建立消息的基站来建立一个呼叫。如果在此后出现对越区切换的需求(这一点可能非常罕见)，则采用传统的越区切换。然而，如果在连接期间对越区切换需求的增长变得非常明显，则可以向基站控制器发出信号以改变越区切换技术。例如，如果终端设备想要改变为采用软越区切换(越区切换技术1)，则将该信息以信息形式发给基站控制器，基站控制器经由属于该有效群的基站建立一个至终端设备的呼叫。

如果所需的越区切换技术为在其中可将部分基站关闭的软越区切换(上述表中的选择方案2)，则该网络将经由属于该有效群的所有基站立即建立一个至WLL终端设备的呼叫。换句话说，该呼叫是以传统软越区切换情况下相同的方式来起动的。一旦该呼叫已经建立，终端设备在传输的上行线路方向上开始在每一帧中发射基站的选择符号。通过所述符号，它确定它在将来想要向其发射的基站。终端设备可以从有效群中选择一个基站或者所需数目的基站。在选择过程中，它可利用一种适当的算法，来预测基站导频信号的衰落过程。在传输的上行线路方向上，有效群的所有基站接收由终端设备发射的同一信号。在基站控制器中将不同基站接收到的帧组合，该基站控制器还一帧一帧地接收并解释基站的选择符号。基站控制器的目的在于负责下述过程，即，由选择符号确定的基站在传输的下行线路方向上向终端设备发射信号。如果一个确定基站将要根据选择符号在传输的下行线路方向上发射，基站控制器向基站发射将要被发射的帧，由基站将其发送到无线路径上。依次，如果基站将要终止发射，则基站控制器不再向其发射帧。

可假设，对基站选择符号的描述的发生使得，例如，当终端设备几乎已经向基站控制器发送了有关有效群的信息时，采用该列表作为在终端设备和基站控制器处的一个参考。例如，如果有效群包括两个基站，第一基站被确定为01，而在有效列表中第二有效群被确定为10。如果它们都要在传输的下行线路方向上发射，则采用选择符号11。

通过上述方法，可以为每次连接选择最有利的越区切换技术。由此可以使无线路径上额外数据的传输以及在收发信机中的处理达到最小量。例如，如果根据测量结果提前已知，越区切换可能很少发生，则可建议建立该呼叫，从而通过硬越区切换来执行所需的越区切换。由此由于该过程并不保持在软越区切换状态，并且在这些帧中并不发射额外的选择符号，无线路径上的干扰功率量将达到最小值。

在下文中，让我们通过图3所示的方框图来分析根据本发明的蜂窝无线系统的终端设备的一种可能结构。

终端设备包括用以编码将发射信号的装置300，所述装置被用于将编码信号输入给装置302，从而间插该编码信号。间插装置的输出信号与装置304的输入信号相连，在该装置中形成将要被发射的脉冲串。由此得到的信号被应用于调制装置308，经由收发信机单元310和双向滤波器312将该装置的输出信号输入给天线314。

终端设备在接收方向上进一步包括射频部件316，在其中将天线314接收到的信号转换为中频，以及变换器装置318，在其中将信号变换为一种数字形式。将该变换信号输入给检测装置320，从此处将检测信号继续输入给去间插装置322和装置324，在其中将接收信号解码，即，执行信道解码和语音解码。该设备进一步包括控制和计算装置326，由其控制上述其它块的操作。通常通过一个处理器来实施控制和计算装置。当然正如熟练的技术人员所显而易见的，除了该图中所示的部件之外，终端设备还包括其它部件，诸如滤波器和变换器，但为清晰起见，在该图中并未将其示出。

根据本发明的终端设备包括装置316-320，326，用以接收并测量由属于有效群的基站发射的导频信号，并进一步包括装置326，用以根据由其接收的导频信号来选择每一次在终端设备和基站之间的连接中所采用的越区切换技术。终端设备在检测装置320中检测由已知扩展码复用的导频信号，测量其强度，并将所需数据发射至控制单元326，在其中为选择越区切换技术而执行所需的参数计算。该系统的终端设备进一步包括装置(326，310)，用以向基站发射有关所选越区切换技术的信息。

图4通过一个方框图阐释了根据本发明的蜂窝无线系统基站的结构。该基站包括装置400用以将发射信号编码，所述编码信号被输入给装置402，在其中执行编码信号的间插并构成脉冲串。将由此得到的信号输入给调制装置404，经由射频部件和双向滤波器406将该装置的输出信号输入给天线408。

该基站在接收方向上进一步包括检测装置410，在其中检测由天线408接收到并在无线频率部件406中被变换的信号。进一步将该检测信号输入给去间插装置412和装置414，在其中将接收信号解码，即，执行信道解码和语音解码。该设备进一步包括控制和计算装置416，用以控制上述其它块的操作。该基站进一步包括装置(412，416)，用以将有关所选越区切换技术的信息接收并解码。

虽然上述参照根据所附插图的示例描述了本发明，但显而易见本发明并非局限于此，而是可以在所附权利要求书中公开的发明思想的范围内以多种方式被修改。

Claims (14)

1.一种用以在采用码分多址的蜂窝无线系统中选择越区切换技术的方法，

在每个小区中包括至少一个发射导频信号的基站(100)，和

多个可与一个或多个基站同时相连的用户终端设备(110-118)，

所述终端设备测量由其接收到的导频信号，并

能够执行至少两种类型的越区切换，

其特征在于

该终端设备根据由其接收到的导频信号来确定每一次在终端设备和基站之间的连接上采用的越区切换技术。

2.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，该终端设备计算在由其接收的导频信号中最强信号与最弱信号之间功率差值的分布。

3.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，该终端设备根据由其测量的导频信号，计算当只执行硬越区切换时在越区切换之间的估计的时间分布是怎样的。

4.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，有关越区切换技术的确定是在呼叫建立之前实现的。

5.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，有关越区切换技术的确定是在呼叫期间实现的。

6.一种如权利要求4中要求的方法，其特征在于，该终端设备在呼叫建立消息中向基站发射有关所选越区切换技术的信息。

7.一种如权利要求5中要求的方法，其特征在于，该终端设备通过在连接期间使用控制信道来发射有关所选越区切换技术的信息。

8.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，每个终端设备保留有其位置靠近终端设备的基站的列表，并仅仅测量由属于该列表的基站发射的导频信号。

9.一种如权利要求1中要求的方法，其特征在于，每个终端设备在一段时间内测量导频信号，该段时间的长度在本质上大于无线信道的衰落周期。

10.一种采用码分多址的蜂窝无线系统，

在每个小区中包括至少一个发射导频信号的基站(100，102)，和

多个可与一个或多个基站同时相连的用户终端设备(110-118)，

所述终端设备包括用以测量由其接收到的导频信号的装置(320，326)，并

包括用以执行至少两种类型的越区切换的装置(320，310)，

其特征在于

该系统的终端设备包括装置(326)，用以根据由其接收到的信号来选择每一次在终端设备和基站之间的连接上采用的越区切换技术。

11.一种如权利要求10中要求的蜂窝无线系统，其特征在于，该系统的终端设备包括装置(320，326)，用以计算由其接收到的导频信号中最强信号与最弱信号的功率差值的分布。

12.一种如权利要求10中要求的蜂窝无线系统，其特征在于，该系统的终端设备包括装置(320，326)，用以根据由其测量的导频信号，计算当只执行硬越区切换时，在越区切换之间的估计的时间分布是怎样的。

13.一种如权利要求10中要求的蜂窝无线系统，其特征在于，该系统的终端设备包括装置(326，310)，用以向基站发射有关所选越区切换技术的信息。

14.一种如权利要求13中要求的蜂窝无线系统，其特征在于，该系统的基站包括装置(412，416)，用以接收并记录有关所选越区切换技术的信息。

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