CN1239391A - 确定频率间硬切换的执行时间和建立硬切换环境的方法 - Google Patents

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Abstract

确定CDMA系统中BSC硬切换的执行时间和方向的方法。CDMA系统服务区分成多个小区，每个小区可包括一个或多个共频子小区和边界频率子小区。该方法包括：BSC接收导频强度测量消息PSMM；通过PSMM判断正在通信的所有子小区是否为边界频率子小区。如果不是，则进行一般切换，反之发出要求PSMM的指令；若所接收的导频信号强度均低于预定功率电平，则起动定时器；若定时器计满，则指令移动台进行小区内频率间硬切换。

Description

确定频率间硬切换的执行时间 和建立硬切换环境的方法
本发明一般涉及无线通信，尤其涉及一种确定码分多址(CDMA)移动通信系统中由基站控制器(BSC)进行的硬切换的执行时间和切换方向的方法。
蜂窝移动通信系统将整个区域分成多个小区，每个小区由一基站收发信台(BTS)提供服务。通过将基站收发信台设置在每个小区的中央，用户可在各小区之间移动时彼此进行通信。也就是说，蜂窝系统配置可使移动台在移出由一个BTS提供服务的小区而进入由另一个BTS提供服务的另一个小区时继续保持通话。
图1示出使用传统CDMA技术的蜂窝系统结构。如图1所示，该蜂窝系统包括：移动台(MS)40，它接收移动通信服务；基站收发信台(BTS)30、31，用于向MS40提供移动通信服务；基站控制器(BSC)20，用于控制BTS30、31；和移动交换中心(MSC)10，将BSC20与公用交换电话网(PSTN)11相连。MSC通过从归属用户位置寄存器(HLR)12和访问用户位置寄存器(VLR)13接收有关MS40的信息来提供服务。
在图1所示的蜂窝系统中，在本领域中通常将从BTS30、31至MS40的链路称作前向链路，而将从MS40至BTS30、31的链路称作反向链路。与特定BTS关联的所有前向链路共享相同的伪噪声(PN)序列偏移。该PN偏移通过作为前向信道之一的导频信道来发送，并被称作导频信号。该导频信号用于区分各BTS的识别信号。
蜂窝系统可采用多种技术来容纳额外的用户。其中的一种技术是小区分割。在小区分割中，通过以120°的间隔分别设置3个120度天线，而将一小区三等分，从而使一个天线专用于3个扇区之一。移动台将每个扇区天线识别为单独的BTS。
使用CDMA技术的蜂窝系统和个人通信服务(PCS)系统提供各种切换，以保证通话的连续。通过在从由于移动台从一个服务区移动到另一个服务区而丢失当前建立的信道开始的极短时间内建立新信道，切换使通话连续。丢失一个信道和建立另一个信道所用的时间要足够小以致于用户不能察觉到已经发生了切换。
当必须要将蜂窝系统的容量升级以容纳另外的用户时，蜂窝系统为BTS分配附加频率(即信道)。频率分配通常称作FA。这种情形常常发生在城区环境中，在城区环境下，由于人口密集，所以在城市中心需要很多FA。相反，郊区中只需设置较少的FA。
在传统的蜂窝系统中，当通过特定频率信道(即FA)进行通信的移动台移动到由未提供该特定频率信道的服务的另一BTS或不具有空闲业务信道的BTS提供服务的相邻服务区时，移动台则通过接收导频信号来识别其移入由相邻BTS提供服务的区域，该导频信号是通过该相邻BTS连续发送的导频信道接收的。在移动辅助硬切换(mobile assisted hard handoff)中，传统的系统必须在移动台中安装分离的导频发射机，以识别来自相邻BTS的导频信号，从而支持硬切换。
采用导频信号的硬切换方法公开于题为“用于提供从CDMA通信系统到另外的接入通信系统的移动台辅助硬切换的方法和装置(Method and apparatusfor mobile unit assisted hard handoff from a CDMA communication system to analternative access communication system)”的美国专利No.5,594,718。
在移动辅助的硬切换中，移动台使用特别安装在移动台中的导频发射机/接收机来检测相邻BTS的导频信号强度是否满足要求。如果移动台确定导频信号强度满意的话，它便计算诸如切换执行时间的切换判定参数，从而向BSC要求进行切换。也就是说，在传统系统所描述的移动辅助切换中，在相邻BTS的导频信号强度等于预定功率电平T_ADD时的执行时间，移动台向BSC要求进行切换。
如果由移动台检测到的相邻BTS的发送频率正保持为仅用于硬切换目的的伪导频，则该BSC判定：虽然移动台要求进行切换，但在相邻BTS中没有可用的相应通信资源。所以，BSC通过传递(hand-down)到由当前提供服务的BTS和相邻BTS共同使用的共频(即传递允许频率)，而进行频率间硬切换。然后，该BSC进行到相邻BTS的小区间软切换。
本发明公开了一种当移动台在具有不同频率分配(即不同FA)的两个基站收发信机之间移动时确定频率间硬切换的执行时间和切换方向的方法。
本发明的方法一般包括如下步骤：基站控制器(BSC)从移动台接收导频强度测量消息(PSMM)，该PSMM包括多个导频信号，每个导频信号具有一导频信号强度；当该BSC接收到所述PSMM时，确定移动台当前与之进行通信的所有子小区是否为边界频率子小区；如果确定至少有一个子小区不是边界频率子小区，则进行一般的切换；如果所有子小区被确定为是边界频率子小区，则该BSC周期地指令来自移动台当前与之进行通信的所有子小区的PSMM；对响应于该BSC所指令的PSMM而接收到的由移动台发送的PSMM进行分析，判断从所有子小区接收到的导频信号强度是否低于预定功率电平T_DOWN；如果从所有子小区接收到的导频信号强度低于预定功率电平T_DOWN，则起动设置到预定时间T_TDOWN的定时器；和如果该定时器计满并在时间间隔T_TDOWN内没有中断，则指令移动台进行到由所有基站收发信台提供服务的共频的小区内频率间硬切换。
本发明参照具有分成扇区的小区结构的移动通信系统的相关内容进行了描述，但是，本发明更一般地应用到不采用这种结构布置的其他系统中。
本发明的优势在于，它可仅采用软件实现而不需附加硬件。
参照附图对本发明的详细描述，本发明的各种目的、特征和优点将变得更加清楚，附图中：
图1示出使用传统CDMA技术的蜂窝系统结构；
图2是将服务区域分成3个小区“A”、“B”、“C”的示例性表示；
图3是表示本发明确定小区内频率间硬切换的执行时间的方法的流程图；和
图4是表示本发明用于确定小区内频率间硬切换的执行时间的方法的消息流。
本发明公开了一种在移动通信系统中使基站控制器(BSC)确定频率间硬切换的执行时间的方法。小区内频率间硬切换可定义为移动台(MS)切断一频率信道而切换到另一频率的切换。为了确定频率间硬切换的执行时间，必须将信息存储于由BSC管理的基站收发信台(BTS)的数据库中。该信息包括每个BTS中每个扇区的频率分配(FA)。本发明将扇区定义为子小区。例如，假设将BTS服务区域分成(扇区化为)具有分别被分配2个频率FA1、FA2的3个扇区。可认为该服务区域包括6个子小区(即(3个扇区)×(每扇区2个FA))。子小区又可根据共频的服务状态来被定义为共频子小区或边界频率(border frequency)子小区。也就是说，将共频子小区定义为其相邻子小区的共频全部被使用的子小区。将边界频率子小区定义为其相邻子小区的共频没有全部被使用的子小区。
除了上述所存储的信息外，在数据库中针对每个子小区存储附加信息字段，以表示相邻子小区共用的那些频率的服务状态。该附加字段表示特定服务区的哪些所分配的频率当前在相邻子小区内服务。
图2是将服务区域分成3个小区“A”、“B”、“C”的示例性表示。该服务区由BTS提供服务。如图所示，小区“A”被进一步分成未进行子小区扇区化的2个子小区。在本示例中，小区“A”已分配有(即管理)2个频率分配，其中FA1与子小区(1)关联，而FA2与子小区(2)关联。频率分配/子小区关联可简短地表示为FA1(1)和FA2(2)。也就是说，将频率分配1(即FA1)分配到子小区(1)，而将频率分配2分配到子小区(2)。
下面参看图2的小区“B”，它与小区“A”相邻，在本示例中，小区“B”已被分配有与小区“A”相同的2个频率分配，即FA1和FA2。频率分配FA2被分配到子小区(3)和(6)。但是，与小区“A”的不同之处在于，小区“B”的各子小区3-7被扇区化为3个扇区(α、β、γ)。扇区α和β与小区“A”相邻，而扇区γ与小区“C”相邻。小区“B”管理频率FA1和FA2。下面参照包含一个未被扇区化的子小区即子小区(8)的小区“C”。在本示例中，小区“C”管理1个频率分配即FA1。
下面的解释将涉及前述子小区分别为共频子小区或边界频率子小区的两种情况。从小区“A”开始，由于小区“A”的各相邻子小区(即小区“B”的子小区3和4)服务于由小区“A”管理的所有频率(即FA1、FA2)，因此，小区的子小区1和2被定义为共频子小区。相应地，由于小区“A”服务于由与小区“A”相邻的扇区α和β管理的所有频率(即频率FA1和FA2)，因此对于小区“B”，扇区α和β的各子小区3、4和5为共频子小区。
与小区“C”相邻的小区“B”的γ扇区的子小区(6)被定义为共频子小区，这是因为相邻小区“C”服务于FA1。相反，由于相邻小区“C”不服务于FA2，即子小区(7)的频率分配，因此，小区“B”的子小区(7)被定义为边界频率子小区。
相应地，对于小区“C”，由于相邻小区“B”服务于分配给小区“C”的频率，即FA1，因此，小区“C”的子小区(8)被定义为共频子小区。
不能保证边界频率子小区能够在相邻BTS中根据移动台的移动方向连续接收相应频率的通信服务。因此，在该边界频率子小区中当前被提供服务的移动台试图首先进行到共频子小区的小区内频率间硬切换，当不成功时，则尝试到切换目标小区的小区间软切换。
为了进行到目标小区的软切换，BTS必须事先从提供服务的多个频率中建立至少一个频率作为传递允许频率。要建立的该传递允许频率必须是所有BTS可共同服务的共频。这样的频率的分配使得每当移动台开始呼叫时能够执行到任意BTS的软切换。
如果存储了基于BTS的服务状态的子小区的信息并且允许进行频率传递，则BSC通过周期地向移动台发送导频测量请求指令(PMRO)来发出要求导频强度测量消息(PSMM)的指今。该BSC通过PSMM来监视移动台的无线电环境。BSC设置PMRO的周期并将其保存在BTS数据库中。
如果进行了小区内频率间硬切换，则有其他要求。BSC必须设置标准参数T_DOWN，该参数是对应于导频信号的接收信号强度值的预定门限。如果由移动台接收到的电平信号强度在预定时间内低于T_DOWN，则进行频率间硬切换。该T_DOWN值被建立为高于通常硬切换所采用的传统门限T_DROP的电平。
根据本发明的方法，当BTS指令移动台进行小区内频率间硬切换时，必须满足下面的3个条件：
条件1：其中移动台建立有信道的所有子小区仅由边界频率子小区构成。
条件2：其中移动台建立有信道的子小区的所有导频信号强度小于T_DOWN。
条件3：在等于或大于预定时间T_TDOWN的连续时间上，条件2的导频信号强度小于门限T_DOWN。
因此，BSC可通过分析从移动台接收到的PSMM来确认上述3个条件是否已经满足，来确定小区内频率间硬切换的执行时间。
图3是表示本发明确定小区内频率间硬切换的执行时间的方法的流程图。首先，在步骤110，BSC从移动台接收导频强度测量消息(PSMM)。在步骤120，根据接收到的消息，BSC可确定移动台与之当前正通信(即建立有信道)的子小区是否为边界频率子小区。在步骤130，如果当前与移动台进行通信的任何子小区都不是边界频率子小区，则BSC进行一般的切换(即软切换)。特别是，如果有一个共频子小区，则BSC进行到该共频子小区中的目标BTS的软切换。
在确定了移动台当前与之进行通信的所有子小区仅为边界频率子小区的情况下，BSC确定相邻BTS不能服务于移动台当前使用的频率，并且不能进行软切换。然而，移动台仍可执行小区内频率间硬切换。为了作出这种判断，在步骤140，BSC通过发送PMRO消息来要求来自移动台的PSMM，以便确定移动台是否连续地向不能提供服务的BTS的方向移动。在步骤150，移动台接收PMRO，并通过测量目前可检测到的所有导频信号的强度，向BSC发送PSMM，然后，BTS接收所要求的PSMM作为响应。
在步骤160，BTS通过分析根据PMRO指令周期地接收到的PSMM来判断是否有必要进行切换。在步骤180，当判断结果表示没有必要进行切换时，BSC将移动台当前与之进行通信的所有子小区的导频强度与预定门限值T_DOWN进行比较，以确定移动台的移动状态。如果所有子小区的导频强度均小于T_DOWN，则BSC起动设置到T_TDOWN的定时器。
在步骤190，作为分析PSMM的结果，当所有子小区的信号强度中至少有一个接收值不小于门限信号电平T_DOWN时，或当建立共频子小区的附加信道时，取消该定时器。在步骤190，如果该定时器计满并在时间间隔T_TDOWN期间未被取消时，则在步骤170，BSC指令移动台进行小区内频率间硬切换。发生硬切换是由于在时间间隔T_TDOWN期间所有导频信号强度连续保持低于或等于T_DOWN的结果。
在步骤160，如果在周期地接收到的PSMM中不包括BTS的导频信号强度，则在步骤170，BSC判定已经发生切换丢失(handoff drop)，并进行频率间硬切换。也就是说，移动台发出当前连接到所有子小区的各信道丢失的指令。在这种情况下，信道质量严重恶化，以致于要采取果断措施。
在步骤160，如果已将新导频信号附加到所接收到的PSMM上，则BSC在步骤130确定已经发生切换，并进行一般的切换。也就是说，命令移动台增添到新检测到的子小区的相应信道。
在步骤170，BSC指令移动台进行到传递允许频率的小区内频率间硬切换。在进行了小区内频率间硬切换之后，BSC通过确定目标BTS并进行与正常软切换相关的各步骤来完成切换。
图4是表示本发明用于确定小区内频率间硬切换的执行时间的方法的消息流。移动台40周期地或每当其检测到新导频信号时向BSC发送PSMM，BSC20从移动台40接收PSMM。然后，BSC确认通过PSMM从移动台报告的所有导频信号均为边界频率，并在步骤210开始监视小区内频率间硬切换。
为了进行小区内频率间硬切换，BSC根据PSMM指令周期向移动台周期地发送PMRO。如果移动台回应了PSMM，则BSC在步骤220确定通过PSMM接收到的导频信号强度是否均小于T_DOWN。如果所接收到的导频信号强度不是全部低于T_DOWN，则BSC在下一周期再次发送PMRO，并在步骤230重复再次将所接收到的PSMM与T_DOWN相比较的各步骤。
如果通过PSMM接收到的导频信号的强度全部低于T_DOWN，则BSC在步骤240起动T_DOWN定时器。然后，BSC连续地发送PMRO并接收PSMM。
通过连续检查通过PSMM接收到的导频信号的强度，BSC在步骤250确定所有接收到的导频信号的强度是否在由T_TDOWN定义的连续周期内低于T_DOWN。如果该判断结果是肯定的，则BSC在步骤260进行小区内频率间硬切换。
通过BSC的指令进行小区内频率间硬切换的移动台，可容易地进行到目标BTS的软切换。
尽管上面已参照附图以示例形式详细描述了本发明的具体实施例，但本发明也可有各种变形和替换形式。应理解，本发明不局限于上述所公开的特定形式，相反，本发明将覆盖落入所附权利要求限定的本发明宗旨和范围内的所有修改、等效和替换形式。

Claims (14)

1.一种用于确定分成多个扇区的移动通信系统中的频率间硬切换的执行时间的方法，所述通信系统包括：至少一个移动台，为用户提供移动通信服务；多个基站收发信台(BTS)，它们中的每个为所述多个扇区之一提供服务，每个BTS发送识别所述BTS的唯一的导频信号；和基站控制器，用于管理子小区，所述方法包括如下步骤：
(a)基站控制器(BSC)从移动台接收导频强度测量消息(PSMM)，所述PSMM包括多个导频信号，每个导频信号具有一导频信号强度；
(b)当所述BSC接收到所述PSMM时，确定移动台当前与之进行通信的所有子小区是否为边界频率子小区；
(c)如果确定至少有一个子小区不是边界频率子小区，则进行一般的切换；
(d)如果所有子小区被确定为是边界频率子小区，则所述BSC周期地发出要求来自移动台当前与之进行通信的所有子小区的PSMM的指令；
(e)对响应于所述BSC发出的PSMM指令所接收到的由所述移动台发送的PSMM进行分析，以判断从所有子小区接收到的导频信号强度是否低于预定功率电平T_DOWN，如果该判断结果是肯定的，则起动设置到预定时间T_TDOWN的定时器；和
(f)如果所述定时器正常计满，则指令所述移动台进行到由所有基站收发信台提供服务的共频的小区内频率间硬切换。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述T_DOWN功率电平被设置为大于切换丢失门限T_DROP的功率电平。
3.如权利要求2所述的方法，其中在起动所述定时器的步骤之后，所述方法还包括若在步骤(e)判定所接收到的所有子小区的导频信号强度不低于T_DOWN就取消所述定时器并返回到步骤(d)的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括若在步骤(e)判定所接收到的所有子小区的导频信号强度低于T_DOWN就返回到步骤(d)的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括若分析所要求的PSMM的结果为判定需要共频子小区附加信道则进行一般切换的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述方法还包括停止所述PSMM指令并取消所述定时器的步骤。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述需要共频子小区附加信道的判断是根据作为部分周期性PSMM消息接收到的与共频子小区关联的新接收到的导频信号而作出的。
8.如权利要求1所述的方法，其中如果根据所述分析步骤判定必须丢掉所有子小区，则所述方法还包括进行到共频的小区内频率间硬切换的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述必须丢掉所有子小区的判断是根据具有低于切换丢失门限T DROP的相关导频信号强度的所有子小区而作出的。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述起动所述定时器的步骤还包括如下步骤：
(a)判断所述T_TDOWN定时器是否已经起动；和
(b)如果所述T_TDOWN定时器已经起动，则返回到所述步骤(d)，否则起动所述T_TDOWN定时器。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述起动所述定时器的步骤还包括将传递允许频率设置成所述共频的步骤，所述共频是为进行频率间硬切换而分配的频率。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述基站控制器按照每个基站收发信台单元来存储所述共频。
13.一种用于确定移动通信系统中的频率间硬切换的执行时间的方法，所述移动通信系统包括：移动台，与多个基站进行通信，每个基站发送用于唯一地识别每个基站的导频信号；多个基站收发信台，每个基站收发信台为至少一个扇区提供服务，并分别具有频率不同的固有导频信号；和基站控制器，用于连接所述多个基站和移动交换中心并控制移动台的切换，所述方法包括如下步骤：
(a)将相邻基站收发信台可服务的频率设置成所有当前可服务的子小区内的共频，并将相邻基站收发信台不能服务的频率设置成所有当前可服务的子小区内的边界频率；
(b)如果判定所有当前可服务的子小区为边界频率子小区，则判断所有子小区的导频信号强度的功率电平是否在至少T_TDOWN的连续时间上低于T_DOWN；
(c)如果所述判断的结果是肯定的，则指令所述移动台进行到所述移动台当前与之进行通信的所有子小区的小区内频率间硬切换。
14.一种用于确定移动通信系统中的小区内频率间硬切换的执行时间的方法，所述移动通信系统包括：移动台，将用户信号连接到多个基站，并采用导频信号来鉴别每个基站；多个基站收发信台，由至少一个扇区构成，并分别具有频率不同的固有导频信号；和基站控制器，用于连接所述多个基站和移动交换中心，并用于控制移动台的切换，所述方法包括如下步骤：将至少一个传递允许频率设置成共频，所述传递允许频率为所有当前可服务的频率中的小区内频率间硬切换的目标频率。
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