CN1248137A - 为蜂窝系统中的移动站建立搜索窗口尺寸的方法 - Google Patents

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Abstract

一种为蜂窝系统中的移动站建立搜索窗口尺寸的方法,为移动站搜索基站收发信机的导频信号,收集移动站输出的最大索引信息,最大索引是在预定窗口尺寸内检测最强信号的索引号。对最大索引建立置信度并计算平均值,由此计算最大索引的置信间隔。从置信间隔计算加在搜索窗口的最大偏移,通过增加最大偏移到两倍估算加在当前无线形态的搜索窗口。通过用从移动站收集的搜索结果数据估算搜索窗口,本发明可适合移动站的特性和蜂窝系统的无线形态。

Description

为蜂窝系统中的移动站建立 搜索窗口尺寸的方法
本申请参考于1998年6月25日在韩国工业产权局(Korean IndustrialProperty Office)在先提交的、其相应转让系列号为1998-24069、题目为“为蜂窝系统中的移动站建立搜索窗口尺寸的方法”的申请，在此将之并入，并要求在35U.S.C§119下产生的所有利益。
本发明涉及在蜂窝系统中建立移动站的搜索窗口尺寸的方法，更具体地，涉及估算其中移动站搜索从蜂窝系统的基站收发信机(base transceiverstation，BTS)发送的导频信号的搜索窗口尺寸的方法。
蜂窝移动通信系统将整个业务覆盖划分为多个无线BTS区域。一个BTS区域也称为一个网孔，具有小业务覆盖区。几个BTS可以由移动交换中心(mobile switching center，MSC)集中控制，这就使得当用户在网孔之间移动时彼此继续通信成为可能。
图1说明利用码分多址(code division multiple access，CDMA)技术的蜂窝系统的设计结构。如图1所述，蜂窝系统包括：移动站(mobile station，MS)40，为它提供移动通信业务；基站收发信机(BTS)30、31，它给移动站40提供业务；基站控制器(base station controller，BSC)20，控制基站收发信机30、31；和移动交换中心(MSC)10，将基站控制器20连接到通用公共交换电话网(public switched telephone network，PSTN)11。移动交换中心10通过从归属位置寄存器(home location register，HLR)12和访问位置寄存器(visitor location register，VLR)13获得有关移动站40的信息来提供业务。
在按上述配置的CDMA系统中，从基站收发信机到移动站的链路被称为前向链路，而从移动站到基站收发信机的链路被称为反向链路。在基站收发信机的所有前向链路具有相同的伪随机噪声(pseudo-random noise，PN)序列时间偏移。PN偏移经过作为一个前向信道的导频信道，也被称为导频信号，来发送。导频信号是个识别信号，它识别CDMA系统中的多个基站收发信机。
CDMA移动站总是监视导频信号，以便在前向信道获得质量好的信号。位于基站收发信机的业务覆盖内的移动站利用导频信号同步。移动站从导频信号可捕获前向CDMA信道的定时和获得相干解调的相位基准。
CDMA移动站可以同时与多个基站收发信机通信而区分代码。以上功能描述了软切换，其中搜索器用于在多个基站收发信机路径中选择最佳质量信道。即，每个基站收发信机发送具有其自己PN偏移的导频信号，使得移动站搜索从中接收最强导频信号的定时单元。此步骤被称为导频信号捕获。
移动站从基站收发信机接收导频信号之后，基站收发信机继续命令移动站从其它基站收发信机和利用每个基站收发信机的特定定时位置搜索发送的导频信号。CDMA系统利用多个数字接收机来执行传输分集方案以便通过多路径反射从基站收发信机发送的信号。这种多个数字接收机被称为手指(fingers)。
此时移动站具有定时间隔以便搜索导频信号，而基站收发信机为移动站提供每个导频信号的特定定时间隔，即经过寻呼信道的窗口尺寸。当移动站初始连接到基站收发信机时，基站收发信机发送对应于每现用组/邻居组/候选组/剩余组的每一组的搜索窗口给移动站。从基站收发信机发送的搜索窗口对于相应的基站收发信机来说是固定的。
移动站的搜索器在当前连接的多个导频信号中连续地在搜索窗口之内检测最强的导频信号，即PN偏移。如果搜索窗口太大，那么要花费太长的时间搜索最强导频信号，而如果太小，则难以得到确切的搜索结果。因此，建立合适的搜索窗口尺寸是很重要的，以便在前向信道获得好的质量信号。
根据现有技术建立搜索窗口尺寸的两种方法是模型方法和测量方法。模型方法通过多路径模型估算搜索窗口尺寸。但搜索窗口根据基于地域环境产生实际限制的多路径模型而变化。
测量方法以这样一种方法测量搜索窗口：接收机通过对输出的连续波的功率分布来测量延时扩散。这个方法比模型方法更可靠。但是，缺点是该方法没有考虑移动站本身的特性。
美国专利号5726982题目为“CDMA接收机的人工的窗口尺寸中断减少系统”，公开了用于通过事先建立窗口尺寸经过CDMA系统的移动站捕获PN序列的相位信息的方法。该方法建立每个现有/候选/邻居/剩余组的搜索窗口中心，并通过增加从基站到搜索窗口中心提供的上/下限来建立搜索窗口。然而，那个方法的缺陷仍然是没有考虑移动站的特性或实际无线形态(radiomorphology)的特性。
为解决上述现有技术缺陷，本发明提供为在具有当前无线形态的蜂窝系统中的移动站建立搜索窗口尺寸的方法。根据本发明方法的一个优选实施例，其中给移动站提供来自多个基站收发信机(BTS)的通信业务，该多个BTS的每个BTS具有固有导频信号，移动站在时间轴的搜索窗口内具有恒定时间间隔的每个搜索器位置上搜索导频信号，该方法包括：在每个搜索器位置求出相关能量值，利用该能量值，移动站的搜索器在预定第一搜索窗口内的每个搜索器位置搜索从多个BTS接收的导频信号，并输出搜索结果；利用连接到移动站的诊断监视器(diagnostic monitor，DM)收集从移动站搜索器输出的搜索结果；和根据收集的搜索结果估算要用到当前无线形态的第二搜索窗口的尺寸，并对移动站使用第二搜索窗口尺寸。
根据本发明的另一个优选实施例，其中给移动站提供来自多个基站收发信机(BTS)的通信业务，和该多个BTS的每个BTS具有固有导频信号，以及移动站在时间轴的搜索窗口内具有恒定时间间隔的每个搜索器位置上搜索导频信号，该方法包括：在每个搜索器位置求出相关能量值，利用该能量值，移动站的搜索器在预定第一搜索窗口内的每个搜索器位置搜索从多个BTS接收的导频信号；利用连接到移动站的诊断监视器(DM)从移动站的搜索器收集最大索引样值，其中最大索引样值包括表示来自第一搜索窗口中心的搜索位置地点(location)的信息，其中搜索器位置具有在第一搜索窗口内的最高相关能量值；为收集的最大索引样值建立置信度值p；为收集的最大索引样值建立计算平均值m，和标准偏移σ；利用建立的置信度值p、计算的平均值m、和标准偏移σ计算收集的最大索引样值的置信间隔，并利用计算的置信间隔估算要用到当前无线形态的第二搜索窗口的尺寸和对移动站使用估算的第二搜索窗口尺寸。
图1是说明利用常规码分多址(CDMA)技术的蜂窝系统配置的方框图；
图2是说明根据本发明的CDMA移动站的接收单元的方框图；和
图3是说明用于根据本发明建立移动站搜索窗口尺寸的方法的流程图。
在本发明中，移动站使用搜索器的搜索结果数据并从该数据中估算搜索窗口。
图2说明用于本发明的CDMA移动站的接收单元的结构。
在天线120接收的蜂窝无线信号输入到接收单元130。该接收的信号输入到多个数字接收机(手指)140、142、144和搜素器134中。三个数字接收机140、142、144和控制逻辑146构成了解调多路径信息的解调手指。该多路径信息然后送入分集组合器150。组合的信号通过去交错器152和解码器154输入到中央处理单元(CPU)160。CPU 160发送从解码器154输入的信号到声码器170以便将它输出到数/摸(D/A)转换器和扬声器172。
由搜索器使用控制逻辑146的信息来搜索导频信号。如果搜索器134完成搜索，则搜索结果信息输出到CPU 160。CPU 160在存储器190中存储搜索结果。
如果移动站从一个或多个基站收发信机中接收导频信号，则该移动站在具有在时间轴上的恒定时间间隔的每个搜索器的缓冲器中存储接收的导频信号。存储在缓冲器中的导频信号在每个搜索器位置由移动站的搜索器进行搜索。
也就是，搜索器通过比较存储在缓冲器中的导频信号的能量与预定的标准能量值，来找到在每个搜索器位置的相关能量值。搜索器将在每个搜索器位置找到的相关能量值彼此进行比较，并找到具有最强或最高相关能量值的搜索器位置。搜索结果存储在存储器190中。如果找到具有最强相关值的搜索器位置，则移动站在找到的搜索器位置上固定解调手指。
对于存储在存储器中的搜索结果信息，有最大索引(Search_Max_Index)和最大能量(Search_Max_Energy)。最大索引代表找到作为搜索结果的最强能量的搜索器位置，而最大能量代表检测的能量值。最大索引被用于本发明中。
根据本发明的移动站通过参考从搜索器输出的最大索引建立索引窗口。最大索引以1/2片(chip)为单位输出，并代表对相应PN偏移，即定时单元τ具有最大能量的PN相位信息。因此，最大索引与本发明发现的搜索窗口密切相关。
最大索引是表示来自具有检测的PN相位的第一搜索窗口中心的搜索器位置(即索引)单元的信息。如果最大索引小，则搜索窗口可能变的更小。相反，如果最大窗口大，则搜索位置可能需要变的更大，以便得到更确切的搜索结果。
例如，当从基站收发信机接收的现有组的搜索窗口是±14片并且在移动站建立的存储器容量是±12片时，搜索窗口中心是0(零)。此时，因为移动站最大允许搜索窗口是1/2片，所以搜索器以1/2片为单位输出在±12片范围内检测的PN相位。
本发明使用置信度定义，以从最大索引信息中估算搜索窗口，因为根据自相关特性的正交，PN序列代表对数正态分布。
图3表示说明根据本发明建立移动站搜索窗口尺寸的方法的流程图。如图3所示，该方法包括在步骤210记录(即收集)搜索数据，在步骤220从记录(收集)的数据中建立最大索引置信度，在步骤230计算最大索引的平均值，在步骤240计算最大索引的置信间隔，和在步骤250从计算的置信间隔中建立搜索窗口。
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
用户将诊断监视器(DM)连接到移动站并在步骤210通过诊断监视器重复地从移动站获得记录的搜索结果数据，特别是最大索引样值。诊断监视器在步骤220从记录的最大索引样值中建立希望的置信度p。
这里，置信度代表在特定间隔中的样值平均概率，特定间隔被称为置信间隔，这在统计领域是众所周知的。本发明的一个目的是找到一个间隔，使得数据样值为密的概率较高。因此，本发明建立必要的置信度并确定相应的置信间隔为搜索窗口。
现在将按如下描述从建立的置信度中建立置信间隔即搜索窗口的方法。
当样值形成对数正态分布时，利用以下等式能够表示预定置信度p。
[等式1] 1 - 2 Q ( k ) = p = P [ - k ≤ x - m σ ≤ k ]
        ＝P[m-kσ≤x≤m+kσ]
这里，Q(k)是Q函数，大致表示为： Q ( k ) = 1 2 π ∫ k ∞ e - x 2 / 2 dx
其中k是根据最大索引样值N的改变而改变的变量。
一旦确定了k，就在步骤230求出最大索引样值的平均值m和求出标准偏移σ。然后可以利用m和σ求出最大索引样值的统计分布。
接着，在步骤240，利用考虑N、最大索引样值x的以下等式2来计算最大索引样值平均的数据的置信度。
[等式2]
m-kσ≤x≤m+kσ
最大索引m的样值平均具有正或负值，所以应该考虑为一个绝对值。考虑到最大索引样值首先从建立的窗口中心分开的概率，最大索引样值的最大偏移S′是根据置信度建立的。因此，通过增加最大偏移S′到两倍求出最后的搜索窗口S，其中最大偏移具有最大索引样值从搜索窗口中心分开的量。
也就是，在步骤250经过如上计算的置信间隔利用以下等式3估算搜索窗口。
[等式3]
S′＝|m|+MAX(|m-kσ|，|m+kσ|)
S＝S′
如上所述，本发明能够从移动站输出的搜索结果中建立置信间隔并估算搜索窗口。因此，能够充分考虑移动站的特性和/或当前无线形态，并应付可变的无线形态。
本发明直接从移动站的搜索器中收集有关的数据并进行分析以便估算搜索窗口。因此，有可能建立每个无线形态的搜索窗口。也有可能通过适当的搜索窗口借助于降低移动站过载和借助于增加获得导频信号所需的平均获取时间和借助于增加检测可能性来改善呼叫质量。
虽然参照确定的优选实施例表示和说明了本发明，但本领域技术人员将意识到可以进行形式和细节上的各种变化而不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范畴。

Claims (8)

1.一种在具有当前无线形态的蜂窝系统中的移动站建立搜索窗口尺寸的方法，给所述移动站提供来自多个基站收发信机(BTS)的通信业务，所述多个基站收发信机(BTS)的每个基站收发信机具有固有导频信号，所述移动站在时间轴的搜索窗口内具有恒定时间间隔的每个搜索器位置上搜索所述导频信号，所述方法包括步骤：
在每个搜索器位置求出相关能量值，利用该能量值，所述移动站内的搜索器在预定第一搜索窗口内的每个搜索器位置搜索从所述多个BTS接收的导频信号，并输出搜索结果；
利用连接到所述移动站的诊断监视器(DM)收集从所述移动站的所述搜索器输出的搜索结果；和
根据收集的搜索结果估算要用到当前无线形态的第二搜索窗口的尺寸，并对所述移动站使用第二搜索窗口尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其中收集所述搜索结果的所述步骤重复地收集最大索引样值，所述最大索引样值包括表示来自第一搜索窗口的中心的特定搜索器位置的单元的信息，其中特定搜索器位置在第一搜索窗口内具有最高相关能量值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中估算所述第二搜索窗口的尺寸并对所述移动站使用第二搜索窗口尺寸的步骤包含以下步骤：
考虑收集的最大索引样值的分布，以便从来自所述第一搜索窗口中心的最大索引样值中找到最大可允许的偏移值；和
通过增加最大可允许偏移到两倍和对所述移动站使用第二搜索窗口来找到第二搜索窗口。
4.根据权利要求3所述的方法，其中考虑收集的最大索引样值的分布以便找到最大可允许的偏移的所述步骤包含以下步骤：
将收集的最大索引样值的分布转换为对数正态分布；
对转换为对数正态分布的最大索引样值建立一个可允许的置信度值；
从建立的可允许的置信度值中找到最大索引样值的置信间隔；和
从找到的置信间隔中求出最大可允许的偏移。
5.一种在具有当前无线形态的蜂窝系统中建立移动站搜索窗口的方法，给所述移动站提供来自多个基站收发信机(BTS)的通信业务，所述多个BTS的每个BTS具有固有导频信号，所述移动站在时间轴的搜索窗口内具有恒定时间间隔的每个搜索器位置上搜索所述导频信号，所述方法包括步骤：
在每个搜索器位置求出相关能量值，利用该能量值，所述移动站的搜索器在预定第一搜索窗口内的每个搜索器位置搜索从所述多个BTS接收的导频信号；
利用连接到移动站的诊断监视器(DM)从所述移动站的所述搜索器收集最大索引样值，所述最大索引样值包括表示来自第一搜索窗口中心的搜索器位置单元的信息，搜索器位置具有在第一搜索窗口内的最高相关能量值；
为收集的最大索引样值建立置信度值p；
计算收集的最大索引样值的平均值m和标准偏移σ；
利用建立的置信度值p、计算的平均值m和标准偏移σ，计算收集的最大索引样值的置信间隔，和
利用计算的置信间隔估算要用到当前无线形态的第二搜索窗口的尺寸，并应用估算的第二搜索窗口尺寸到所述移动站。
6.根据权利要求5所述的方法，其中计算所述置信间隔的所述步骤包括步骤：
将收集的最大索引样值的分布转换为正态的对数正态分布；
求出满足1-2Q(k)＝p的k值，其中Q(k)是任意变量k的Q函数；和
根据m，k和σ值确定一个间隔作为所述置信间隔，所述间隔大于或等于m-kσ值并小于或等于m+kσ值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中估算第二搜索窗口的尺寸并应用估算的第二搜索窗口尺寸到所述移动站的所述步骤包含以下步骤：
根据确定的置信间隔从来自所述第一搜索窗口中心的最大索引样值中求出最大偏移值；和
通过增加最大偏移值到两倍求出所述第二搜索窗口尺寸。
8.根据权利要求7所述的方法，其中求出最大偏移值的所述步骤确定S′值作为最大偏移值，所述S′值由S′＝|m|+MAX(|m-kσ|，|m+kσ|)来确定。
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