CN1248540C - 无缝过区切换系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种其中一个漫游用户与多个基站收发信机之间的发射被保持在整个区域上的多蜂窝通信系统。每个移动用户单元具有用于整个通信系统的全局码籽数或一个更新的邻域表，并且在保持与一个基站的通信链路的同时连续地搜索以接入可用蜂窝基站。查询候选蜂窝基站并与之通信。严密监测需要来自移动用户单元的较小发射能量的候选基站。当移动用户单元能够成功地以小于现存基站当前所需的发射功率通信时，将移动用户单元过区切换到候选基站收发信机。

Description

无缝过区切换系统及方法

本申请是1999年6月4日提交的第98801473.4号申请(PCT/US98/20978)的分案申请。

技术领域

本发明涉及通信系统。更具体地讲，本发明涉及在多蜂窝通信环境中用于控制移动用户的各蜂窝之间过区切换的系统和方法。

背景技术

过区切换是一个一般性的词，它说明了当一用户越过蜂窝区时为这个移动用户从一个基站收发信机向另一个基站收发信机传送通信信号的功能。有两种在蜂窝通信系统中进行过区切换的常用方法，软过区切换和硬过区切换。在移动用户利用上述任何一种过区切换方法转接各蜂窝之间的基站时，都可能遇到质量问题。

硬过区切换一般发生在蜂窝间边界附近。通过连续测量从移动用户接收的信号功率，用户已经在其中建立了通信的基站确定信号功率是否降低到靠近蜂窝边界的额定值。到候选蜂窝的基站的硬过区切换是在瞬间完成的，不会中断进行中的呼叫。在候选蜂窝基站的接收功率远大于保证理想过区切换所需的功率。由于其它用户的干扰，当前蜂窝功率与候选蜂窝功率之间的差会显著地降低容量。

在从当前和候选蜂窝基站起始的指定距离范围内都可以进行软过区切换。在软过区切换方法中，当用户移动到共同蜂窝边界附近时，他与两个基站都连接。根据移动用户的导频信号的接收作出切换决定。中央交换中心决定在哪一点应当中断基站中的一个。仅在一有限的时间周期中进行共享通信，在此期间需要来自当前和候选蜂窝的发射。

在典型的CDMA通信系统中，在相同的频带内发送多个信号。频率复用不仅应用于相同蜂窝中的用户，而且也应用于所有其它蜂窝中的用户。由于使用了相同的频率，必须严密地监视来自移动用户和基站的发射功率电平。如果不坚持严格的功率控制，总发射干扰和可用信道总数将受到有害影响。因此，可以成功地发射和接收的信号数量是与全部用户的总功率相关的。

软和硬过区切换都存在着缺陷。硬过区切换可能有高的漏失率。软过区切换方法则需要来自当前基站和来自至少一个候选蜂窝的基站的双重的发射资源。移动用户必须建立两个并存的通信链路，因而需要在一个通信链路上发送所需的双倍的发射功率。发射功率的提高浪费了电能和传播容量，并且在进行过区切换的同时增大了总系统干扰。必须把每个用户在CDMA系统中的发射功率或能量保持在所需的最小功率或能量，以传输信息并使对其它用户的干扰降至最低。仔细地控制发射功率还能够延长依赖电池电能的便携装置的使用时间。此外，在中央交换中心的双重信号的各种组合也是很难处理的，除非来自两个蜂窝基站的延迟几乎相同。

因此，需要一种有效、快速和可靠的过区切换方法。

发明内容

本发明涉及一种其中保持了一个漫游用户与多个基站收发信机之间的发射的多蜂窝通信系统。每个移动用户单元具有用于整个通信系统的全局代码籽数(seed)，并且连续地搜索以便保持与一个基站的通信链路的同时接入可用蜂窝基站。候选蜂窝基站询问并与移动用户单元通信。密切监视需要来自移动用户单元的最小发射功率的候选基站。当移动用户单元成功地用小于当前基站当前所需的功率通信时，移动用户单元执行过区切换到候选基站收发信机的决定。

因此本发明的一个目的是要提供一种在多蜂窝通信环境中各蜂窝间过区切换的有效系统和方法。

本发明的另一个目的是要提供一种允许移动用户单元以较小的复杂性和干扰在多蜂窝发射系统中的蜂窝之间过区切换的系统和方法。

为了实现本发明的目的，提供了一种用于在多蜂窝CDMA通信系统中当漫游在各蜂窝间时移动用户控制蜂窝过区切换的方法，每个蜂窝与一个发射全局导频信号的基站相关，其中用户与基站之一具有预先存在的通信链路，该方法包括步骤：a)接收来自没有与之建立预先存在的链路的多个候选基站的多个发射信号；b)选择接收到的与一个候选基站相关的发射信号；c)试图从所述选择的发射信号获取全局导频信号；d)如果不能获取所述全局导频信号，选择接收到的与一不同候选基站相关的发射信号；e)重复进行步骤b-d直到接收到与一选择的候选基站相关的全局导频信号；f)在从移动用户向所述选择的候选基站发射一短接入码的同时，逐渐提高移动用户的发射机功率；g)监测到所述选择的候选基站的发射功率；h)检测来自所述候选基站的返回发射信号；i)把到所述选择的候选基站的发射功率与到预先存在的通信链路的发射功率进行比较；j)如果到所述选择的候选基站的所述发射功率等于或大于预先存在的通信链路的发射功率，重复进行步骤b-i，否则向所述选择的候选基站发射长接入导频信号和建立新通信链路；和k)放弃预先存在的通信链路。

为了实现本发明的目的，还提供了一种在多蜂窝CDMA通信系统中当漫游在各蜂窝间时控制蜂窝过区切换的移动用户系统，每个蜂窝与一个发射全局导频信号的基站相关，其中用户与基站之一具有预先存在的通信链路，该系统包括：用于从与其没有建立预先存在的链路的多个候选基站接收多个发射信号的装置；用于选择接收到的与一候选基站相关的发射信号的装置；用于试图从所述选择的发射信号获取全局导频信号的装置；用于如果不能获取所述全局导频信号时选择接收到的与一不同候选基站相关的发射信号的装置；用于在从移动用户向所述选择的候选基站发射一短接入码的同时逐渐提高移动用户的发射机功率的装置；用于监测到所述选择的候选基站的发射功率的装置；用于检测来自所述候选基站的返回发射信号的装置；用于把到所述选择的候选基站的发射功率与到预先存在的通信链路的发射功率进行比较的装置；用于如果到所述选择的候选基站的所述发射功率等于或大于预先存在的通信链路的发射功率时向所述选择的候选基站发射一长接入导频码并建立新的通信链路的装置；和用于放弃预先存在的通信链路的装置。

在阅读了对优选实施例的详细说明后，熟悉本领域的技术人员将对本发明的其它目的和优点有清楚的了解。

附图说明

图1是一种与本发明结合的过区切换系统。

图2是一种与本发明结合的过区切换系统。

图3是同步时实现本发明过区切换方法的流程图。

图4是未同步时实现本发明过区切换方法的流程图。

图5A和5B是实现本发明过区切换方法的流程图。

图6是实现本发明的系统和方法的移动用户单元。

优选实施例说明

现在参考附图对本发明进行说明，在所有附图中相同的标号代表相同的元件。

图1和2中示出了说明本发明的过区切换系统和方法15的系统图。示出了一个多蜂窝电信系统15的四个蜂窝17，19，21，23，以及它们各自的基站收发信机17′，19′，21′，23′。为了简单起见，没有对各单独的蜂窝进行分区。在靠近两个单独蜂窝17，21之间的共同边界处示出了一个移动用户单元25。

在操作中，假设移动用户单元25正在与第一基站17′通信，当移动用户单元25从一个蜂窝位置移动到另一个位置时，移动用户单元25继续与第一基站17′通信，与此同时，移动用户单元25对系统15中其它基站19′，21′，23′的发射进行分析。在这一点上，仅建立了移动用户单元25与基站17’之间的一个业务信道。

在操作中，本发明的移动用户单元25恒定地接收来自基站17′19′，21′，23′以及移动用户单元25通信范围内其它基站的发射。移动用户单元25可以连续地搜索，以发现需要较小发射功率的新通信链路，或仅在对现有链路的发射功率趋近接近于最大值的阈值时进行搜索。为了建立新通信链路，移动用户单元25必须首先与候选基站收发信机同步。同步化是移动用户单元25必须把其本地产生的伪随机码与从候选基站接收的相位偏移的代码对准的过程。来自候选基站的发射包括一个候选基站收发信机发射的并被移动用户单元25使用来确定同步化相位模糊性的短码。移动用户单元25本地产生一个从基站发射的全局导频码的复制码。然后，移动用户单元25进行接收信号与本地产生的全局导频码的复制码的相关运算。如果接收的和本地产生的导频码对准，那么就已经发现了代码的相位，否则移动用户单元25改变本地码的相位并继续搜索直到发现匹配。移动用户单元25从存储在存储器中的全局码籽数集进行搜索，以确定接收的全局导频码是否与一个全局码籽数匹配。移动用户单元25的存储器可以包含一个小的“邻域表”，或者它可以包括所有在系统15中使用的全局码。如图2中所示，邻域表可以包括第一层中的六个蜂窝19，21，23，27，29，31，和第二层中的十二个蜂窝33，35，37，39，41，43，45，47，49，51，53，55。邻域表一般包括最靠近现存链路基站的18个全局码，因为移动用户单元25最可能转移到这些蜂窝中的一个中。

把全局籽数分配给各基站，并在基站服务区中使用以扩展全局信道。还给各基站基本籽数，基站从中产生分配籽数。这些分配的籽数被分配给基站与用户单元之间的各链路，和用于扩展分配信道。在每个移动用户单元25内为全局码籽数编程。作为选择，移动用户单元25也可以通过周期性地接收从系统15中每个基站收发信机播发的更新表获得全局码籽数。

移动用户单元25接收从其它基站发射的多个短码，并利用它们加快获得来自基站的全局导频码。移动用户单元25通过检查每个基站播发的短码连续地搜索存储器中所有全局码籽数，直到它发现匹配。移动用户单元25仅须检查短码来确定蜂窝的全局码。如果移动用户单元25没有识别出短码，它放弃与那个基站同步化的尝试，并检查另一个接收的代码。

当完成了移动用户单元25与候选基站之间的同步化时(说明书中以后将对其进行更为详细的说明)，移动用户单元25发射另一个码元长度的短码，同时逐渐地提高发射功率电平。移动用户单元25监视候选基站的确认信号，确认信号的作用像一个“交通灯”，用来确定基站是否接收到和确认了短码。在两种条件下发射功率停止逐渐提高：1)如果在与到现有基站的导频的当前功率电平相比时短码发射功率在一预定切换差值内保持有限时间周期；或2)候选基站确认了短码检测并通过交通灯通知移动用户单元25。现有链路与候选链路功率电平之间的切换差值在两个发射功率电平在幅值相近时防止在两个基站间往复切换。如果短码发射需要比当前导频功率电平更高的发射功率电平，那么不发生过区切换。

过区切换过程不要求基站同步化。但是，如果使基站同步化，移动用户单元25将更易于检测候选基站和与其同步化。如果基站没有被同步化，那么基站除了发射全局导频码之外还发射短同步码。移动用户单元25使用一种多级获取方法，其中移动用户单元25首先获得短同步码，然后利用获得的相位信息加快全局导频的获取。在基站同步化的系统中，不需要短同步码，由于来自相邻蜂窝基站的导频之间的相对相位差很小，移动用户单元25可以快速地获得全局导频。

现在参考图3，4和5A-5B，示出了利用同步或非同步基站的优选方法的流程。当各蜂窝基站收发信机被同步化时(如图3，5A-5B中所示)，通过接收从通信范围内可用蜂窝基站收发信机播发的短码序列开始(步骤101)本发明方法15的过程。利用每个移动用户单元25内存储的全局码籽数集(步骤103)产生短码并与接收的从一候选蜂窝基站播发的短码比较(步骤105a)。移动用户单元25可以在少于10ms的时间内捕获来自一个候选基站收发信机的全局导频信号，同时保持着当前通信链路。从一非同步候选蜂窝基站收发信机获取导频信号可能要进行3秒钟。由于非同步情况的长时间不可接受，因而采取了多级搜索，以便在最短的时间内同步化。

如果蜂窝基站没有同步化(如图4，5A-5B中所示)，移动用户单元25(步骤101)把从存储的全局码籽数产生的短码与接收的从候选蜂窝基站播发的短码比较(步骤103)。移动用户单元25通过存储的全局码籽数集搜索(步骤105b)直到发现匹配于一个属于服务于该特定蜂窝的基站收发信机的短码。如果移动用户单元25不能发现与播发的短码的匹配(步骤107)，移动用户单元25不再继续搜索来自该特定基站的短码，而测试另一个(步骤109)。

如果发现匹配(步骤107)，移动用户单元25进行搜索以获得一个快速广播信道(步骤111)。移动用户单元25利用从短同步码得到的相位信息解决全局导频信号的相位模糊性，并确定快速广播信道。如果搜索不成功(步骤113)，移动用户单元25试验另一个全局码籽数(步骤109)。否则，移动用户单元25再次搜索以获取全局导频信号(步骤115)。如果不能从短同步码获得全局导频信号(步骤117)，那么试验另一个全局籽数(步骤109)。

一旦移动用户单元25获得了对应于一个同步或非同步候选蜂窝基站收发信机的全局导频信号(步骤117)，移动用户单元25向候选基站发射一个码元长度的短码，同时逐步提高发射功率电平(步骤119)。在缓慢提高功率电平时，移动用户单元25监视发射功率(步骤121)和来自候选基站的反向交通灯(步骤123)，以确定候选收发信机是否接收到和确认了发射的码元长度的短码。当比较两个通信链路的功率电平后任一个短码发射功率在预定切换差值内时，或当通过观察交通灯候选蜂窝基站收发信机确认了发射短码的检测时，停止从移动用户单元25发射短码(步骤123)。

如果移动用户单元保持并通过全局码的全部表而不是邻域表搜索，那么被测试码常常不属于紧邻基站。例如，总共可能有64个全局码，但是移动用户单元仅能从相邻基站接收到它们中的少数几个。

过区切换决定是由在过区切换过程中比现有技术披露方法需要更少广播容量的移动用户单元25控制的。由于过区切换决定是由移动用户单元25控制的，系统15不像现有技术那样是固定不变的。系统15根据蜂窝边界灵活改变以反映各蜂窝内的广播容量。

移动用户单元25建立到需要来自移动用户单元25的最小发射功率维持通信链路的蜂窝基站的链路。移动用户单元25向选定的候选蜂窝基站发送一个包括一个将进一步传送到一无线电分配单元的指令的长接入导频信号(步骤125)。无线电分配单元保存着每个移动用户单元当前正与哪个基站联系的记录。在移动用户试图跨越不同蜂窝时，无线电分配单元确定从一陆线到适当蜂窝基站收发信机的通信链路。发送的消息指示过区切换。

在这短暂的瞬间，移动用户单元25仍然链接于当前蜂窝基站收发信机(步骤127)。到原始蜂窝基站收发信机的通信链路控制移动用户单元25的发射功率。但是，候选蜂窝基站收发信机也正在发送功率控制命令。来自候选蜂窝基站收发信机的功率控制命令根据候选通信链路降低移动用户单元25的发射功率。移动用户单元25放弃(步骤129)至当前蜂窝基站收发信机的第一通信链路，并恢复功率控制和至一蜂窝基站收发信机的以前是候选的、现在是唯一的通信链路(步骤131)。

图6中示出了一个与本发明结合的系统。如上所述，该方法需要两个分离的通信链路：1)一个搜索新候选基站的替代链路61a，63a，和2)一个预先存在的通信链路61b，63b。移动用户单元25包括一个能够解扩67a，67b至少两个不同信道的接收机65。与之保持对称的是能够扩展71a，71b至少两个与解扩器67a，67b相关的信道的发射机69。在保持预先存在的通信链路的同时，移动用户单元25接收73来自候选基站的可用广播。

本发明在机载ROM75中存储无缝过区切换处理码，和在控制去扩展器67a，67b和扩展器71a，71b的高速微处理器77中执行该代码，使得能够存储全局码籽数，和为紧邻的蜂窝地点从RAM79调用全局码籽数，以稳定地获取替代通信链路。

预先存在的通信链路61b，63b包括话音处理81，其讨论超出了本发明的范围。微处理器77查询83，85，接收机65和发射机69，以监视来自候选基站的应答码的接收，并且还在逐渐提高功率的步骤中比较发射功率。处理过程是在ROM75中预编程的，并且在移动用户单元25操作时在微处理器77中连续地装载和执行。当发现一个需要较小发射功率的通信链路时，微处理器77在防止两个同时的数据通信的同时，切换到91保持恒定的话音和数据发送的替代链路61a，61b。

移动用户单元25搜索需要较小发射功率的通信链路，并总是把预期的通信链路与预先存在的通信链路比较。在处理过程中任何一点上都不建立两条通信链路发送数据。当前蜂窝基站收发信机与候选蜂窝基站收发信机之间的切换是在瞬间完成的。

如上所述，上述系统涉及一种未分区的蜂窝网。如果使用了有效倍增蜂窝基站数量的分区，本发明的过区切换方法必然可以在短得多的时间中完成。当在同一蜂窝的分区中过区切换时，同步化服务于蜂窝内不同分区的基站，并且进行有限的搜索过程。在进行包括全部全局码的总体搜索之前，搜索每个全局码的一小部分。这使得移动用户单元25可以在较少的时间中获取候选基站。

尽管本发明是以优选实施例说明的，熟悉本发明的技术人员应当清楚下面权利要求中所指出的本发明范围内的其它变化。

Claims (6)

1.一种用于在多蜂窝CDMA通信系统中当漫游在各蜂窝间时移动用户控制蜂窝过区切换的方法，每个蜂窝与一个发射全局导频码的基站相关，其中用户与基站之一具有预先存在的通信链路，并监视该预先存在的通信链路的发射功率，该方法包括与所述用户及多个可下载的导频码有关的下列步骤：

(a)所述移动用户接收多个包含由多个候选基站发射的第一导频码的发射信号；

(b)选择所接收到的一个来自所述候选基站的发射信号，检查它的第一导频码是否有效，从而识别所选的候选基站，如果所述的第一导频码无效，则重复步骤(a)-(b)；

(c)对具有所述移动用户的最小发射功率的所述移动用户与所述选定的候选基站间的初始双向握手通信进行同步；和

(d)如果所述移动用户与所述选定基站间的所述最小发射功率小于所述预先存在的通信链路的发射功率，则建立新的通信链路，放弃所述预先存在的通信链路，把所述新的通信链路定义为预先存在的通信链路。

2-根据权利要求1所述的方法，其中检查第一导频码是否有效的步骤进一步包括下列步骤：

di)由存储在存储器中的多个全局码籽数生成一个第二导频码；

dii)通过执行所述预先存在的通信链路与所述选择的候选基站间的最大预期相移，从而准备所述第二导频码；以及

diii)比较所述第一导频码与所述第二导频码，其中如果所述第一导频码与所述第二导频码对准，则所述第一导频码有效。

3.根据权利要求1所述的方法，其中对初始双向握手通信进行同步的步骤进一步包括以下步骤：

ei)所述移动用户以一个选定的发射功率向所述的候选基站发射一短接入码；和

eii)在一段预定的时间内，检测来自所述候选基站的返回发射信号，其中所述的选定发射功率是所述最小发射功率。

4.一种在多蜂窝CDMA通信系统中当漫游在各蜂窝间时移动用户控制蜂窝过区切换的移动用户系统，每个蜂窝与一个发射全局导频码的基站相关，其中用户与基站之一具有预先存在的通信链路，并监视所述通信链路的发射功率，该移动用户系统包括：

用于所述移动用户接收由多个与所述预先存在的链路无关的候选基站发射的具有第一导频码的发射信号的装置；

用于选择来自一个所述候选基站的具有有效的第一导频码的发射信号的装置；

用于基于所述第一导频码获取一第二导频码的装置；

用于对具有一最小发射功率的所述移动用户以及与有效第二导频码相关的选定候选基站间的初始双向握手通信进行同步的装置；和

用于在所述移动用户与所述选定基站间的所述最小发射功率比所述预先存在的通信链路的发射功率小时，建立新的通信链路，放弃所述预先存在的通信链路，从而把所述的新通信链路定义为预先存在的通信链路的装置。

5.根据权利要求4所述的系统，其中获取所述第二导频码的装置进一步包括：

用于基于所述第一导频码从存储于存储器中的多个第二导频码中选择一个与所述多个候选基站中的一个相关的第二导频码的装置；

用于在所述预先存在的通信链路与所述选择的候选基站之间执行最大预期相移的装置；和

通过比较所述第一导频码和所述第二导频码从而准备所述第二导频码的装置，其中如果所述第一导频码与所述第二导频码对准，则所述第一导频码有效。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述用于同步的装置进一步包括：

用于在所述移动用户与所述多个候选基站中的一个之间顺序地交换预定信号码的装置；

用于根据从一接收到的短同步码中获得的相位信息而获取快速广播信道的装置；

用于如果所述顺序交换预定信号码未能在预定时间内完成，或不能获取所述快速广播信道，则选择与另一个候选基站相关的发射信号的装置；和

用于利用从所述快速广播信道获得的相位信息而获取第一导频码的装置。

Images