CN1219335A - 在下频段的蜂窝无线通信系统中定位数字控制信道的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于定位控制信道、特别是数字控制信道的方法和系统。通过将信道分组,这些信道专用于传递指示它们用作控制信道的相对似然率的块中监视消息,移动站可开始查找控制信道,该控制信道具有实际上最可能是控制信道的信道。

Description

在下频段的蜂窝无线通信系统中定位数字 控制信道的方法和设备
本发明一般涉及具有控制信道的无线电通信系统，特别涉及在下频段的蜂窝无线电通信系统中数字控制信道的分配。
传统的蜂窝系统实质上是模拟的。但是，无线电通信系统的迅速增长迫使系统设计者寻找可增加系统容量而通信质量降低不超过用户容许的阈值的途径。可提供增加容量的一个方法是通过改变模拟为数字通信技术。在北美，这个改变是通过从以模拟AMPS标准规定的系统过渡为数字系统(D-AMPS)，该数字系统由电信工业协会公布的技术要求文件中标准化了。具体地是TIA/EIA IS-54B和随后的IS-136。
由于大量用户基站具有只在引入数字技术之前存在的模拟域中工作的设备，在IS-54B中采用双模式(模拟和数字)蜂窝标准，使得在与数字通信设备配用时提供模拟兼容。例如，IS-54B标准提供模拟和数字业务信道，其中系统操作者可以数字业务信道代替模拟业务信道，反之亦然，这是以动态方式进行以适应模拟和数字用户之间波动的业务负荷曲线。
除了业方信道之外，蜂窝系统还提供控制信道，用于在基站和移动站之间传递呼叫建立数据消息。根据IS-54B，例如，有21条专用的模拟控制信道指定给每个A及B载波的固定频率。这些模拟控制信道之所以称为“专用的”，因为它们总是在同一频率找到，因此，可由移动站容易地定位，移动站需要监视在其上发送的数据。
例如，在空闲状态时(即，接通电源但未使用)，根据IS-54B指定的蜂窝系统中的移动站调谐到并且随后连续地在其已知频率上监视最强的控制信道(一般地，在那时刻移动站所在的服务小区的控制信道)，并且可通过相应的基站接收或发出电话呼叫。当在空闲状态在服务小区之间移动时，移动站最终将“丢失”在“旧”服务小区的控制信道上的无线电连接并且调谐到“新”服务小区的控制信道。初始调谐到和改变控制信道二者是通过在蜂窝系统中它们的已知频率扫描所有的控制信道以寻找“最好的”控制信道自动地实现的。当找到具有好的接收质量的控制信道时，移动站仍调谐到这个信道，直到质量再恶化为止。以这个方式，所有的移动站几乎总是与系统保持联系。
由于这样的混合系统特性，可以预料，模拟用户数量将减少，而数字用户数量将增加。最终所有的模拟业务信道可能以数字业务信道代替。当这情况出现时，较不昂贵的只是数字移动单元可能代替目前的双模式单元。但是，这样的只是数字的移动单元不能扫描目前在IS-54B系统中提供的模拟控制信道。
因此，希望提供数字控制信道给无线电通信系统，这些无线电通信系统支持数字技术，诸如由IS-136叙述的技术。除了兼容问题之外，由于在上述应用中叙述的其它原因，例如移动单元的增强睡眠模式数字控制信道也是需要的，该增强的睡眠模式导致较长的电池寿命。而IS-54B在固定频率上提供控制信道，在分配控制信道号和这些控制信道的频率以优化系统容量和支持六角形服务小区结构即微服务小区、微微服务小区等希望更灵活。但是，如果数字控制信道不是位于已知的频率上，则提出了远端单元如何能够定位用于监视的这些控制信道。专利申请(美国专利申请序号08/331711)叙述定位数字控制信道的几个示例的技术，这些数字控制信道可分配给蜂窝频带内的任意频率。
与频谱上更有效的技术的实现一样，由于用户台未预料地快速增长蜂窝通信系统的容量继续是关心的。可增加蜂窝通信系统容量的另一方式是提供附加的频谱。例如，在美国FCC原来分配两个频率组(即825-845MHz(上行链路)和870-890MHz(下行链路))用于蜂窝业务。在1987年，FCC分配另外5MHz给每个频率组以增加蜂窝系统容量来响应用户需要。当然，这个解决方案有自然的限制，因为可使用的频谱是有限的，而且现有的通信系统已经拥有一些频谱带宽。
在与本申请同一天提交的美国专利申请序号08/622331、标题为“下频段蜂窝系统和方法”中叙述另一个解决方案，其公开内容特意引用在这里供参考。其中，这些技术被叙述用于适应由FCC分配给陆上移动无线电(LMR)用作附加下频段蜂窝(DBC)信道的频谱部分以补充和/或附加只使用蜂窝带宽可取得的容量。LMR系统典型地用于提供特定机构各个单元之间的无线电通信业务。例如，警察局使用一种LMR(通常称为公共服务中继(PST)系统)在巡逻车与总部之间通信。但是不像蜂窝系统，LMR系统历史地作为由一个(或几个发送基站服务的大的独立站点实现，而不是经过如在蜂窝系统中由许多发送基站服务的宽的地理区域。在每个LMR站点，分配给经营者一部分LMR频谱，在频谱内经营者选择固定的频率用于控制信道，而所有其它频率可用于业务。因此，在常规LMR系统中，远端单元典型地以在接通或复位时它锁定到的基本的控制信道频率编程。替代的控制信道频率也可编程入该远端单元，以适应基本控制信道故障或断开服务(如发送单元维护)的情况。
但是，如果LMR频谱用于提供下频段蜂窝能力，该能力与用于数字控制信道的现有标准(如TIA/EIA IS-136)兼容，如在“下频段蜂窝系统和方法”专利申请中叙述的，因而需要提供能够定位这样的数字控制信道的远端单元，而不管哪些频率(例如LMR或蜂窝频段)用于支持这些控制信道。
根据本发明克服了常规系统和方法的这些和其它缺点及限制，其中数字控制信道是通过例如基于在一个特定DBC信道或DBC信道组寻找一个数字信道的相对似然率的搜索模式来简捷地定位的。根据本发明的示例实施例，信道被分组为概率快，它们根据每块中寻找数字控制信道的相对似然率分等级。然后移动单元可在最高等级概率快内查找数字控制信道，接着在第二最高等级概率块，以此类推，直到定位数字控制信道为止。在例如可在移动站没有有关在移动站当前地理位置中的正用作为控制信道的频率的信息时例如首次将移动、站转接到新区域时，采用这个过程。
根据本发明的另一个示例实施例，在初始控制信道捕获之后，预定数量的控制信道频率存储在该移动单元的存储器中。根据用户的喜好，控制信道频率可在捕获的基础上或在识别的基础上存储。例如，每次移动站实际上锁定到控制信道(即选择控制信道作为工作的控制信道)，控制信道可存储在FIFO缓冲器中。如果在识别的基础上存储，当移动站通知其它控制信道，例如在它接收服务小区重选测量的相邻列表时，控制信道频率也可加到FIFO缓冲器。然后在下一次移动站接通时使用存储的列表预测控制信道捕获
当结合附图阅读以下详细叙述时更容易理解本发明的上述及其它目的、特性和优点，其中：
图1(a)表示与蜂窝系统相邻的DBC系统；
图1(b)表示在物理上与蜂窝系统一致的DBC系统；
图2是根据本发明的示例无线电通信系统一部分的方框图；
图3是表示根据本发明第一示例概率块方案的表；
图4是表示根据本发明第二示例概率块方案的表；
图5(a)表示根据本发明第三示例概率块方案的一部分；
图5(b)完成图5(a)的表；
图6表示根据本发明的示例实施例可用于减少控制信道捕获时间的示例FIFO缓冲器；
图7是表示根据本发明用于捕获控制信道的示例方法的流程图；
图8(a)是用于数字业务信道的示例帧格式；和
图8(b)是用于数字控制信道的示例帧格式。
图1(a)表示DBC系统的一个预料的应用。在该图中，DBC系统与蜂窝系统相邻放置。DBC系统被表示为具有多个服务小区，每个服务小区由移动交换中心(MSC)10支持。类似地，蜂窝系统具有由三个MSC12、14和16支持的多个服务小区。每个服务小区包括接到其相应MSC的一个或几个基站(未示出)。用于发送信号到该服务小区内的移动站或从该移动站接收信号。在这个示例配置中，DBC系统提供附加的地理覆盖，该地理覆盖例如允许该蜂窝系统的经营者提供较大的地理服务给它的用户。
图1(b)中示出另一个例子。其中，每个较大的圆圈和椭圆代表蜂窝系统，而在蜂窝系统20内的每个较小的圆圈代表DBC系统。因此，这个例子表示DBC系统与蜂窝一起存在和可用于补充蜂窝系统容量的情况。
已经叙述了在服务小区级DBC系统的示例性应用，提供基站和移动站的一些一般细节，但是不提供可能使本发明模糊不清的不必要的细节。本领域的技术人员懂得，DBC基站和移动站可使用与常规蜂窝基站及移动站基本上相同的部件制造，一些例外，如DBC设备具有在LMR频带中操作的射频能力。有兴趣获得有关示例的移动站和基站实现的更具体细节的附加信息的读者请参阅P.Dent与B.Ekelund于1992年10月27日提交的序号为07/967027、名称为“多模式信号处理”的待审查美国专利申请，其公开引用在这里供参考。
图2表示根据本发明的一个实施例可用于实现前述方案的示例下频段蜂窝无线电通信系统一部分的方框图。该系统表示出一个示例基站110和移动站120。基站包括一个控制与处理单元130，它接到MSCl40，后者又接到公共交换电话网(未示出)。
服务小区的基站110包括由话音信道收发信机150处理的多个话音信道，话音信道收发信机150由控制与处理单元130控制。而且，每个基站包括一个控制信道收发信机160，后者可处理一条以上的控制信道。控制信道收发信机160由控制与处理单元130控制。控制信道收发信机160在基站或服务小区的控制信道上广播控制信息给锁定在那条控制信道的移动站。该话音信道收发信机处理业务或话音信道。当移动站120首先进入空闲模式时，它将定位DBC控制信道，它可从DBC控制信道获得开销信息和侦听寻呼。在常规的LMR系统中，通过处理单元180调谐移动站的话音/控制信道收发信机170到控制信道识别控制信道，该控制信道由网络经营者编程入该移动站。但是，这个技术对于控制信道可放置在任何DBC信道频率上的DBC系统是不合适的。
根据本发明的示例实施例，可使用几个技术加速由移动站进行的DBC控制信道的捕获。可用于帮助移动站搜索数字控制信道的一个技术是将可用频率分组为块，这些块指定不同的概率，这些概率反映在每块中寻找数字控制信道的相对似然率。以这个方式，移动站业务获取要求的时间与例如在LMR频谱中第一编号的信道开始并以编号顺序读出每个信道直到找到控制信道为止相比可显著地减少，图3中所示的表是LMR超频带中的信道如何可指定不同的相对概率以支持数字控制信道获取的一个例子。在这个例子中，LMR频谱划分为16块，除第一块(最低概率)外都包括37信道。提供信道号和发送频率。对如何确定这些频率和LMR频谱的DBC信道化的其它方面感兴趣的读者请参阅名称为“下频段蜂窝系统与方法”的上面引用的专利申请。使用图3的示例概率块方案的移动站首先扫描块#10中的信道。如果控制信道不在这个第一个37信道块中，则移动站接着扫描与块#6相关的信道，以此类推，直到找到DBC控制信道为止。下面提供这个过程的更详细的例子。
图4和图5(a)及图5(c)一起提供频谱的LMR部分可分组为频率的概率块的方式的两个其它例子。例如，图4所示的概率块方案可在LMR频谱分开为三个不同频带或信道组时使用，使得移动站在其分配的频带中查找控制信道。类似地，图5(a)和5(b)提供了如果LMR频谱再细分为所示的4个信道组时的LMR频谱的示例概率块方案。本领域的技术人员懂得，这些信道分组只是示例的，而且使用所公开的技术可适应任何其它分组。这些概率块方案技术可由移动站用于数字控制信道定位开始点，例如在DBC系统中该移动站第一次加电时或在移动站不能使用其它信息定位控制信道的任何其它时间。移动站如何能得到其它控制信道信息并用于进一步减少控制信道获得时间的例子在下面叙述。
根据本发明的另一个方面，在移动站中包含了基于FIFO的控制信道扫描表以进一步预测控制信道获得。根据在图6中所示的一个示例的实施例，在存储最后N(例如24)控制信道(CC)的移动站中可提供FIFO缓冲器60，这些控制信道由该移动站锁定。例如，当处于空闲模式的移动站从一个服务小区移动到另一个服务小区时，使用众所周知的服务小区重选技术锁定到与新服务小区相关的控制信道。新捕获的控制信道将输入到FIFO缓冲器，因而FIF0缓冲器60中的所有当前项移位1。如果FIFO缓冲器60是满的，则24项将被移出该缓冲器。DBC移动站可如下使用控制信道表。当移动站工作时，它首先检查FIFO缓冲器60，确定其中是否列表任何控制信道并尝试锁定到所列的控制信道，以便它们存储在FIF0(即N至1)中。正如是经常的情况，如果用户在服务小区的重复图内旅行时，则很可能在移动站加电时可接入N个存储的控制信道之一。另一种情况，如果移动站不能定位在FIF0缓冲器60中识别的任何控制信道，或者如果在FIFO缓冲器中未列出控制信道，则移动站将使用上述技术寻找使用存储的概率块方案的控制信道。
根据本发明的另一个示例实施例，FIFO缓冲器60不仅存储移动站已捕获的那些控制信道，而且还存储它已知道的任何其它控制信道。例如，网络可传送与基站相邻服务小区相关的相邻的控制信道表。这个相邻的表可用于测量目的，例如确定何时移动站应重选另一个服务小区的控制信道。在任何情况下，这个相邻的控制信道表也可加到FIFO缓冲器，以便存储并稍后在如上所述的控制信道捕获中使用。加上识别的但不是捕获的控制信道的需要性取决于每个移动站的运动图，因此可利用作为移动站的用户接口一部分提供的可选择菜单项在用户的选项加到FIFO缓冲器60。
已经叙述了可用于加速DBC控制信道位置的示例的技术，现在叙述本发明的其它示例的实施例，其中这些技术应用在各种情况中。例如，和参见图7的流程图，假定移动站在DBC系统的A频段寻找DBC控制信道，其中采用图4的概率块方案。如在方框72所示的，假定在移动站不能得到其它信息(方框74)，移动站首先检查最高等级概率块内的信道，该最高等级概率块例如具有图4中的信道号78-87的块#8。在这个信道块内，移动站选择第一信道根据一些预定的准则读出。例如，如在方框76中叙述的，这个准则可能是该概率块内信道的测量信号强度。另一种情况，信道可能以该块内的编号顺序读出。因此，移动站测量信道78-87的信号强度(RSSI)并且以从最强到最弱的顺序分等级。然后在方框78选择用于读出的在本讨论中表示信道‘X’的最高信号强度信道。在所有数字系统中，这个信道或者是数字业务信道(DTC)或者是数字控制信道(DCC)。如果在方框80所选择的信道‘X’被识别为DCC，则过程结束。另一方面，如果信道‘X’是DTC，则流程返回到方框78，选择次最高等级信道用于读。可以用各种方式执行识别信道为DTC或DCC。
作为数字业务信道和数字控制信道之间区别的一个例子，在IS-54B标准中叙述的信令格式再次用作示例性的参考。虽然IS-54B数字业务信道和数字控制信道下行链路时隙格式具结构上的共同性，如在图8(a)和8(b)中看到的，但是还有一些差别，能够使数字控制信道与数字业务信道。首先，因为数字校验色码(DVCC)和超帧(SFP)字段的信道编码不同，不管由基站发送那个CDVCC或CSFP码字，在每对CDVCC和CSFP码字对中的12比特总有4比特是不同的(但是由于无线电信道损伤引入的比特差错可能改变该内容，在它们由移动站接收时与发送的码字不同)。更具体地讲，SCFP的4个校验比特相对于CDVCC的校验比特是颠倒的。其次，CDVCC内容在数字业务信道上比特到比特是固定的，而CSFP的内容以可预测的方式在数字控制信道上一时隙一时隙地变化。
可使用的另一个区别是在数字业务的信道上采用的信道编码和交织与在数字控制信道采用的不同，与DTC业务(语音或FACCA)无关。例如，数字业务信道可使用1/2速率编码，而数字控制信道使用1/4速率编码。而且，IS-54B SACCH和RESERVED字段在数字控制信道上具有不同的功能。在图8(a)和8(b)中所示的每个字段的实际功能与这里讨论的无关，但是，对上面引用的申请进行这些字段基准的功能的更详细说明。
如在方框74所确定的，如果在FIFO缓冲器60中列出一条或几条控制信道，则流程沿“是”分支移动。在方框82，移动单元则操作其收发信机顺序扫描在FIFO缓冲器60中的每条控制信道。在方框84，如果找到控制信道，则过程结束。同样地，当FIFO缓冲器60中识别的所有控制信道已从考虑的信道中删除时，则移动站恢复到定位控制信道的概率快，由于流程移到方框72。
上述示例的诸实施例是为说明本发明的各个方面而不是限制。虽然根据基站和移动站已叙述了前述的示例实施例，但是本发明可应用于任何无线电系统。例如，卫星可发送和接收使用DBC信道与远端设备通信的数据。
因此，本发明能够在具体实现中有很多变化，本领域的技术人员可从这里所包含的叙述中得出。所有这样的变化和修改都认为是在由权利要求书限定的本发明的范围和精神内。

Claims (17)

1．在多个下频段蜂窝(DBC)信道中定位DBC控制信道的方法，包括步骤：
将所述多个DBC信道分组为多个块；
根据查找所述DBC控制信道的相对似然率给每个所述块分等级；以及
在最高等级块内探查DBC信道。
2．根据权利要求1的方法，其中所述多个DBC信道具有在851和869MHz之间的范围的中心频率。
3．一种无线电通信系统，包括：
一个基站，它使用多个DBC信道与移动站通信，所述DBC信道被分组为多个块，根据查找每块中的DBC控制信道的相对似然率给这些块分等级；以及
在所述移动站中根据所述等级调查所述块中DBC信道的装置。
4．根据权利要求3的无线电通信系统，其中所述多个DBC信道具有在851与869MHz范围中的中心频率。
5．在具有多个DBC信道的无线电通信系统中定位DBC控制信道的方法，包括步骤：
将所述多个DBC信道分组为多个块；
根据查找所述DBC控制信道的相对似然率给每个所述块分等级；
读出最高等级的一个所述块内的DBC信道；
确定所述读出DBC信道是否为业务信道；和
如果所述读出DBC信道不是业务信道，继续读出和确定所述最高等级的一个所述块中的DBC信道，直到定位DBC控制信道为止。
6．根据权利要求5的方法，其中所述多个DBC信道具有在851与869MHz范围中的中心频率。
7．在多个DBC信道中定位DBC控制信道的方法，包括步骤：
将所述多个DBC信道分组为多个块；
根据查找所述DBC控制信道的相对似然率给每个所述块分等级；
读出最高等级块中的信道以便定位DBC控制信道；
在存储设备中存储所述DBC控制信道的识别符；
在所述存储设备中存储任何随后获得的DBC控制信道的识别符；以及
使用在所述存储设备中的所述存储的识别符定位下一个DBC控制信道。
8．根据权利要求7的方法，其中所述多个DBC信道具有在851与869MHz范围中的中心频率。
9．根据权利要求7的方法，其中所述存储的步骤包括以下步骤：
提供FIFO缓冲器作为所述存储设备，其中存储预定数量的先前获得的DBC控制信道识别符。
10．根据权利要求5的方法，其中确定所述读出DBC信道是否为业务信道的所述步骤还包括以下步骤：
识别信道的时隙中的字段，取决于所述信道是数字业务信道或数字控制信道，该字段分别是CDVCC字段或CSFP字段；
确定所述字段是否具有校验比特，这些校验比特相对于数字业务信道的校验比特是颠倒的；以及
如果所述校验比特是颠倒的，则以数字控制信道表征所述信道，否则以数字业务信道表征所述信道。
11．根据权利要求5的方法，其中确定所述读出的DBC信道是否为业务信道的所述步骤还包括以下步骤：
接收和解码已在空中接口广播的DBC信道中的字段；
确定所述字段中的纠错比特是否相对于预定的纠错比特组是颠倒的；和
根据所述的确定步骤识别所述DBC信道为业务信道或DBC控制信道。
12．根据权利要求5的方法，其中确定所述读出的DBC信道是否为业务信道的所述步骤还包括以下步骤：
如果所述DBC信道的卷积编码速率是第一速率，识别所述DBC信道为DBC控制信道，而如果所述卷积编码速率为第二速率，识别所述DBC信道为业务信道。
13．根据权利要求2的方法，其中所述第一速率是1/4，而所述第二速率是1/2。
14．一种移动站，包括：
一个收发信机，经过空中接口发送和接收无线电信号；
一个存储设备，包括用于概率块方案的第一存储区和用于存储控制信道识别符的第二存储区；以及
一个处理器，使用在所述存储设备中存储的信息捕获DBC控制信道。
15．根据权利要求14的移动站，其中如果有存储的控制信道识别符，所述处理器首先使用所述存储的控制信道识别符捕获所述DBG控制信道，然后，如果不成功，使用所述概率块方案捕获所述DBC控制信道。
16．根据权利要求14的移动站，其中所述DBC控制信道具有在851MHz与869MHz之间的中心频率。
17．根据权利要求14的移动站，其中所述第二存储区是一个FIFO缓冲器。
CN97194774.0A 1996-03-27 1997-03-24 在下频段的蜂窝无线通信系统中定位数字控制信道的方法和设备 Pending CN1219335A (zh)

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US08/622,403 1996-03-27
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