CN1251014A - 触发边界小区之间移动台的越区留传和越区切换 - Google Patents

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Abstract

一种触发由蜂窝式无线通信系统基站服务的移动台的越区留传或越区切换过程。最初确定基站与位于该基站小区内移动台之间信号链路的容许路径损耗。该基站在其小区内发射一个已知发射功率电平的控制信号。根据发射的功率电平和容许路径损耗,确定该移动台接收的控制信号的接收功率电平阈值。在该移动台得到接收的控制信号功率电平以后,并确定此接收的功率电平小于接收功率电平阈值,则触发该移动台的越区留传。

Description

触发边界小区之间 移动台的越区留传和越区切换
本发明涉及在蜂窝式无线通信系统相邻小区或重叠小区之间运动移动台的越区留传和越区切换过程。特别是，根据移动台与当前正服务于该移动台的基站之间传播路径损耗，本发明给出这种情况下触发的越区留传和越区切换过程。
除了携带话音业务的信号以外，蜂窝式无线通信系统的基站在其覆盖的地理区域或“小区”还至少发射一个已知功率电平的控制信号。例如，码分多址(CDMA)系统的基站发射具有重复伪随机二元序列码的稳定导频信号。给定CDMA系统所有基站的导频信号有相同的二元序列码，但相对于零时基准有不同的时间偏移。当被移动台接收时，导频信号允许该移动台得到最初的系统同步，并允许该移动台与系统的基站联系，其接收的导频信号是其他接收到的导频信号中最强的。导频信号还提供一种代码，移动台利用它解码来自系统诸基站的其他信号，即，同步(sync)，寻呼，和业务信道。
时分多址(TDMA)系统和频分多址(FDMA或“模拟”)系统的基站通过正向控制频率信道也发射已知功率电平的稳定控制信号给在该基站诸小区中运动的移动台。在TDMA系统中，例如，美国数字蜂窝式(ADC)系统，全球移动通信(GSM)系统，和日本数字蜂窝式(ADC)系统，这种信号包括同步(SYNC)，慢关联控制信道(SACCH)和数字验证彩色码(DVCCH)信号。在模拟系统中，例如，高级移动电话系统(AMPS)，每个基站发射连续的声频监测音(SAT)控制信号，由该基站小区中的移动台接收。一般请参阅R.C.V.Macario，蜂窝式无线电原理和设计(McGraw-Hill 1993)；和K.Kuruppillai等人，无线PCS(McGraw-Hill 1997)。
在典型的蜂窝式无线通信系统中，系统小区内的移动台由服务的基站联系，与公共交换电话网(PSTN)或移动交换中心(MSC)进行双向通信。系统基站本身用线路连接到移动交换中心。借助于有线的PSTN，MSC通过基站与移动台之间的无线链路联系用户的通信业务。MSC的一个重要功能是，当移动台运动时，因而该移动台与服务的基站之间信令(即，传播)条件发生了变化，能保证该移动台与PSTN的联系满足最低的质量标准。所以，每当与当前服务的基站之间高质量联系不可能保持时，MSC的作用是把移动台切换到由另一个基站提供服务。
若一个移动台正在由附属于第一通信系统(例如，使用第一组频道(F1)的CDMA系统)的第一基站提供服务，而那个基站的小区与附属于第二通信系统(例如，高级移动电话系统或AMPS的FDMA，或使用第二组频道(F2)的CDMA系统)的第二基站小区接壤，当该移动台接近于第二基站和移出第一基站的范围时，一定发生该移动台的“硬”越区切换到由第二基站提供服务。否则，该移动台将失去与PSTN的联系(所谓的“下线的”呼叫)。可以直接地实现硬越区切换，即，把该移动台直接地切换到由第二基站提供服务；或者间接地经过中间的“越区留传”过程，其中当前正在服务的基站利用第二通信系统的运行协议开始服务于该移动台(例如，服务的基站把该移动台从CDMA越区留传到AMPS)。
在CDMA系统中，一个确定何时需要硬越区切换或越区留传的已知方法涉及到测量该移动台接收的导频信号强度，其形式为比率EC/IO，其中EC是移动台接收的导频信号功率和IO是接收的全部信号功率，当测得的比率EC/IO在设定的阈值以下时，就启动硬越区切换或越区留传。目前，CDMA移动台测量EC/IO和根据测得的EC/IO发射相应的导频强度测量消息(PSMM)给服务的基站，或者是，对来自该基站导频强度测量请求指令(PMRO)的响应，或者是，若符合某些越区切换触发阈值。虽然CDMA基站定期地向它们当前服务的移动台请求PSMM，这种请求或响应往往不会导致这些移动台的越区切换。这些进行中信号交换的发生与触发阈值是否符合无关，而是增加了系统基础设施的处理器负荷，因此有降低现有呼叫话音质量的趋势。
然而，利用EC/IO测量结果触发越区留传和/或越区切换招致以下问题。
1.移动台位置处接收的全部功率IO是小区负荷的函数，这个条件通常随时间变化。利用基于移动台处比率EC/IO的触发阈值，因此使该阈值对于服务的基站当前通信业务负荷条件很敏感。所以，基于接收的EC/IO，这种越区切换触发值并不准确地反映服务的基站与给定移动台之间维持高质量话音联系的能力。
2.利用基于EC/IO的越区切换或越区留传触发阈值可能导致越区切换太早或太迟，因为与阈值进行比较的EC/IO测量结果随系统通信业务负荷的情况而变化。当移动台向着(即，接近)服务的基站运动时，若设定的阈值太高，会导致越区切换启动得太早；当移动台运动到深入第二通信系统边界的小区内时，若设定的阈值较低，可能严重延迟越区切换或越区留传。此外，触发越区切换或越区留传太早会不必要地导致基站小区降低其通信业务容量。另一方面，迟到的越区切换或越区留传损害现有话音联系的质量。
3.在诸如AMPS的模拟系统中，典型的基站覆盖区域小于典型的CDMA基站覆盖区域。在因通信业务负荷轻而形成强的CDMA导频信号区域内，因为移动台接收的比率EC/IO增大，CDMA基站的导频信号覆盖区域就扩展。因此，若该基站试图越区留传该移动台到这一区域内同一基站提供的AMPS服务，因为与其CDMA导频信号覆盖相比，该基站的AMPS覆盖太小了，则此呼叫可能中断。
本发明提出一个触发由蜂窝式无线通信系统中基站服务的移动台的越区切换或越区留传设计方案。利用基站与移动台之间信号链路的传播路径损耗触发越区切换或越区留传。例如，此设计方案可以包括：确定移动台与基站之间信号链路的容许路径损耗，和该基站在其相关的小区发射一个已知发射功率电平的控制信号。根据控制信号的已知发射功率电平和容许路径损耗，确定该移动台控制信号的接收功率电平阈值。在该移动台得到控制信号的接收功率电平以后，并确定此接收功率电平小于接收功率电平阈值，则触发该移动台的越区留传或越区切换。
按照本发明的另一方面，一个触发蜂窝式无线通信系统中基站服务的移动台的越区留传或越区切换方法包括：移动台接收基站发射的已知功率电平的控制信号和此控制信号的接收功率电平阈值，此阈值相当于此控制信号的已知发射功率电平和基站与移动台之间信号链路的容许路径损耗。在该移动台获得此控制信号的接收功率电平以后，并确定此接收功率电平小于接收功率电平阈值，则触发该移动台的越区留传或越区切换。
为了更好地理解本发明，请结合附图和所附权利要求书参阅以下的描述。在此附图中：
图1表示有一个小区和一个移动台的CDMA系统基站，该小区与另一个系统基站的小区接壤，该移动台由此CDMA系统的基站提供服务；
图2表示如图1中所示接壤小区的两个基站，其中移动台跨越规定的越区留传边界；
图3是移动台接收机部分的示意方框图；
图4是按照本发明的越区留传过程的流程图；和
图5是按照本发明的越区切换过程的流程图。
如在此处所使用到的，“越区留传(handdown)”术语的定义包括这样一个过程，其中由第一基站利用第一无线通信系统中第一多址系统(例如，CDMA(F1))服务的移动台被第一基站越区留传服务，但使用第二多址系统的频道和/或信令协议。此外，在某些实施例中，第二多址系统相当于第二无线通信系统的第二基站，其小区与第一基站的小区接壤或重叠。而且，接壤小区的第二基站可以属于不同于第一基站中服务供应站的另一个服务供应站。
此处“越区切换(handoff)”术语的定义包括这样一个过程，其中由第一基站服务的移动台被越区切换成由第二基站提供服务，第二基站的小区与第一基站的小区接壤或重叠。
在确定启动移动台越区留传或越区切换的触发值时做了以下的考虑。
I.确定触发值是根据移动台与当前服务的基站之间传播路径损耗。传播路径损耗与服务的基站在任何给定时间的通信业务负荷条件无关。
II.应该减少有关此触发值的移动台与基站之间信令。这就避免了把进行中信号处理的要求加到移动台或基站以及它们的系统基础设施上。
所说明的实施例涉及一个CDMA系统，它运行在第一分配频道(F1)和多个基站，且该基站的小区与相邻AMPS基站的小区接壤，或与运行在第二分配频道(F2)相邻CDMA基站的小区接壤。专业人员明白，这个公开的发明可适用于启动任何两个基站小区之间或给定基站小区的扇区之间运动移动台的越区切换，不管这些基站运行在相同的或不同的频道和/或系统协议下。
图1表示一个基站10，它的结构和布置适合于给第一蜂窝式无线通信系统12地理区域的小区A内诸移动台提供服务。在这个实施例中，基站10的运行作为具有第一分配频道(F1)CDMA系统的一部分。与实施例有关，基站10可以从CDMA系统(F1)越区留传到AMPS系统，或越区留传到不同的CDMA系统(F2)。在这个实施例中，安排基站10越区留传该基站10正在服务的CDMA移动台16，仍由基站10提供连续的服务，但利用第二无线通信系统22的信令和/或频率协议。例如，系统22可以是一个模拟(AMPS)系统，其基站24的小区B与小区A接壤或部分重叠。或者，利用对应于第二CDMA无线通信系统22的频道F2，可以安排成基站10越区留传移动台16到该基站10提供不同的CDMA服务。
在这个公开的实施例中，配备基站10以便能够发射对应于CDMA-F1系统12设定功率电平的主导频信号，使主导频信号有效地发射到主导频信号边界14。例如，且不受限制，通过设定基站发射机输出功率在8瓦左右，并把该输出信号馈入到基站的天线，可以发射典型的导频信号，该天线通常的增益约为8dB。因此，边界14规定了利用第一通信系统12协议中基站10的CDMA服务覆盖区域的外部界限。可以理解，边界14不总是圆形的，因为它取决于信号路径损耗，由于插入在中间的构造和地形的关系，此损耗随与该基站的不同方位而变化。
按照第二通信系统22的协议，配备小区B中的基站24以便与小区B内的移动台建立双向无线联系。如上所述，第二系统22可以是一个“模拟”系统，例如，按照AMPS协议运行的系统，或者，它可以是一个第二CDMA系统，采用不同于第一CDMA频道分配(F1)的另一种频道分配(F2)。边界26规定基站24覆盖服务区域的最大界限。
由于它与小区B相邻，配备第一系统12的基站10以便越区留传移动台16的服务，使该移动台16继续由基站10服务，但是按照第二通信系统22的协议。或者，越区切换触发过程也能够直接地导致硬越区切换移动台16到基站24。如以下所说明的，越区留传或越区切换的决定可以取决于基站10与移动台16之间的经受的信号路径损耗量。在这个实施例中，在完成越区留传以后，只要仍在规定的基站10的外边界18以内，基站10利用与小区B基站24所用相同的频道和信令协议(例如，AMPS或CDMA-F2)服务于移动台16。因此，边界18相当于基站10覆盖的越区留传服务区域，例如，与第二无线通信系统22接壤的性质有关，在此区域内它可以提供AMPS服务或利用第二频道分配(F2)的CDMA服务二者之一。
在这个公开的实施例中，根据基站10主导频信号的已知发射功率电平和基站10与移动台16之间的容许信号传播路径损耗，确定越区留传触发值(T_Handdown)，这个容许信号传播路径损耗是在第一(CDMA-F1)通信系统12协议下所需服务质量所规定的。对于当前已知的CDMA系统，容许路径损耗(tolerable path loss)一般在142至148dB之间。通常，根据现有技术所知，允许路径损耗(allowablepath loss)是从给定移动台可以获得最大的上行链路信号功率的函数。
在此实施例中，例如，利用基站10的正向通信业务信道，最初发射越区留传触发值到移动台。于是，该移动台16存储此触发值。然后，该移动台定期地从基站10得到发射的主(F1)导频信号的接收功率电平，并确定是否已达到越区留传触发值。
在图1中，容许路径损耗对应于离基站10的固定距离，因此确定了圆形越区留传触发边界20。如以上有关导频信号边界14的说明，触发边界20不一定是圆形的。触发边界20的确定是根据容许信号传播路径损耗。因此，与该移动台相对基站的方位有关，基站10的正向通信业务(话音)信号在离基站10的不同距离处可以经受相同的路径损耗。
如上所述，移动台16从基站10接收到触发值T_Handdown以后，它定期地从基站10得到发射的主导频信号接收功率。可以进行这样的计算，例如，实行常规的导频信号强度测量EC/IO，并把测得的比率EC/IO乘以IO。至于有关IO本身的值，例如，移动台可以定期地测量第一通信系统12工作频道上接收到的全部信号功率，并计算全部接收的信号功率平均值，取此平均值为IO。如果EC/IO和IO的测量结果各自的计算用分贝表示，则其结果可以相加以得到用分贝表示的相对接收导频信号功率EC。还可能有另外的确定这些测量结果的方法。
图3表示移动台16的接收机部分40。按照现有技术，比率EC/IO的测量一般是由电路42完成的，此电路42连接到长码解扰级44的输出端。例如，IO值的测量可以由功率测量电路46来完成，此电路46连接到原有接收机的带通滤波器48，其中接收机部分40的天线50连接到滤波器48的输入端。
其次，移动台16把得到的导频信号功率电平EC与T_Handdown进行比较。只要EC大于T_Handdown，就不需要从移动台16发射越区切换有关的信号到基站10。所以，可减少移动台与基站之间有关阈值的控制信令，该移动台与该基站之间进行中的通信业务可以继续且具有所需的服务质量。
在图2中，当移动台16运动到深入小区B的内部时，该移动台就越过小区A的越区留传触发边界20。当该移动台在边界20以外把EC与T_Handdown进行比较时，EC就变成小于T_Handdown。在这个实施例中，于是该移动台16发射其EC/IO和IO的测量结果给服务的基站10。然后，通常基站10把这个测量结果报告给与它有线路连接的MSC。另外的一些实施例可以让该移动台只发射其得到的EC值给服务的基站。
至少可以发生两种情况。请参考图4和图5。例如，在图4中，所报告的测量结果反映的信号路径损耗是这样的，移动台16可以在第二系统22的协议下由基站10提供服务，即，移动台16是在基站10的第二服务边界18以内。因此，基站10越区留传这个服务给该移动台。当该移动台继续运动到小区B内部时，例如，若移动台16已被越区留传到对应于第二基站24的CDMA(F2)系统，则可以启动已知的“软”越区切换过程，其中移动台16同时与基站10和基站24通信。
例如，假设允许路径损耗为145dB，通常，越区留传触发值设定在小于允许路径损耗5dB，即，容许路径损耗为140dB。若该移动台测量结果所指出的路径损耗最高达到大于越区留传触发值3dB(在140dB与143dB之间)，则越区留传移动台16到基站10是合适的。
图5表示直接或“硬”越区切换到基站24。其中，接收的EC/IO和IO测量结果可能指出，信号路径损耗超出越区留传触发值3dB或更多。例如，移动台16可能已越过基站10的第二服务覆盖边界18进入小区B的内部。于是，该移动台就被直接地越区切换到小区B的基站24。
如上所述，按照本发明一个实施例，只有当移动台与其服务的基站之间的传播路径损耗超过某一电平时，该移动台才发射代表越区留传或越区切换请求的信号。CDMA基站通常总是监测其发射的导频信号功率(P_pilot)。所以，越区留传触发值T_Handdown可以定义为接收的导频信号功率电平阈值，因此；
T_Handdown＝P_pilot-T_pathloss(都用dB表示)；
其中：
P_pilot＝基站的发射信号功率
T_pathloss＝所需服务质量下的容许链路路径损耗
在CDMA系统中，例如，且不受此限制，可以通过以下步骤实现这个公开的过程：
1.在获得通信业务信道上的移动台以后，服务的基站送出接收的导频功率阈值(PILOT_PWR_THRES)值到该移动台。
2.该基站向该移动台送出请求定期的导频强度测量结果(EC/IO)以及相应接收的全部信号功率测量结果(IO)。当该移动台计算出最强的接收导频功率(EC/IO)+IO小于PILOT_PWR_THRES时，指令该移动台给以报告。
3.在从该移动台接收到一个或多个报告以后，并指出接收的导频信号功率小于PILOT_PWR_THRES，基站及其相关的MSC确定是否越区留传该移动台(图4)，或者是否直接地越区切换该移动台到由接壤小区不同基站提供的服务(图5)。
现有系统如何适合于利用路径损耗去触发越区留传或越区切换的一个例子表示如下：
1.定义一个新的周期性导频强度测量请求指令，其指令码＝‘010001’，ORDQ＝nnnnnnnn(其中nnnnnnnn规定报告周期)，和定义一个指令专用字段以确定导频信号功率阈值(PILOT_PWR_THRES)。
2.在获得通信业务信道上的移动台以后，服务的基站送出新的指令以便向该移动台请求周期性导频强度测量结果，规定报告的时间间隔和该移动台报告测量结果的条件。
3.当得到接收的最强导频功率(EC/IO)(dB)+IO(dBm)小于PILOT_PWR_THRES时，该移动台定期地发射导频强度测量消息(PSMM)和服务的全部频率信号功率值(SF_RX_PWR)给基站。因此，新确定的PSMM可以考虑成现有IS-95标准中所用PSMM的扩展。
虽然以上的描述代表本发明一个优选实施例，但是专业人员显然知道，在不偏离以下权利要求书指出的本发明精神和范围条件下，可以作各种变化和改动。例如，移动台可以独立地发射周期性导频强度测量结果(EC/IO)和相应接收的全部信号功率测量结果(IO)给基站。于是，该基站可以计算该移动台接收的控制信号功率电平，并确定接收的信号功率电平是否小于功率电平阈值。

Claims (18)

1.一种触发由蜂窝式无线通信系统基站服务的移动台的越区留传或越区切换的方法，其特征是：
基站在所述小区发射一个已知发射功率电平的控制信号；
根据发射功率电平和该基站与移动台之间信号链路的容许路径损耗，确定该移动台控制信号的接收功率电平阈值；和
在得到该移动台控制信号的接收功率电平以后，并确定此接收的功率电平小于接收功率电平阈值，则触发该移动台的越区留传或越区切换。
2.按照权利要求1的方法，其特征是，所述发射步骤包括：从作为码分多址(CDMA)系统一部分运行的基站发射一个作为控制信号的导频信号。
3.按照权利要求1的方法，其特征是，在基站获得要求服务的移动台以后，从该基站发射一个接收功率电平阈值到该移动台。
4.按照权利要求1的方法，其特征是，触发步骤包括：该基站从该移动台接收信号，此信号指出接收的功率电平小于接收功率电平阈值。
5.按照权利要求4的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤和确定步骤是由基站完成的。
6.按照权利要求4的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤和确定步骤是由移动台完成的。
7.按照权利要求4的方法，其特征是，利用无线通信系统的系统协议，越区留传该基站服务的移动台，此系统具有与该基站的小区接壤的小区。
8.按照权利要求4的方法，其特征是，越区切换该移动台到不同基站提供的服务，此不同基站具有与前一个基站的小区接壤的相关小区。
9.按照权利要求8的方法，其特征是，在越区切换该移动台到所述不同基站提供的服务以前，利用无线通信系统的系统协议，越区留传该基站服务的移动台，此系统具有与该基站的小区接壤的小区。
10.按照权利要求1的方法，其特征是，保持控制信号的发射功率电平基本上与基站的通信业务负荷无关。
11.按照权利要求1的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤包括：测量接收的控制信号功率除以接收的全部信号功率之比率，和测量接收的控制信号功率。
12.按照权利要求2的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤包括：测量接收的导频信号功率除以接收的全部信号功率之比率(EC/IO)，和测量接收的全部信号功率(IO)。
13.一种触发由蜂窝式无线通信系统基站服务的移动台的越区留传或越区切换的方法，其特征是：
移动台接收一个从服务基站以已知发射功率电平发射的控制信号；
该移动台接收一个此控制信号的接收功率电平阈值，该阈值相当于该基站与该移动台之间信号链路的容许路径损耗；和
在该移动台得到接收的控制信号功率电平以后，并确定此接收的功率电平小于接收功率电平阈值，则触发该移动台的越区切换。
14.按照权利要求13的方法，其特征是，第一接收步骤包括：从作为码分多址(CDMA)系统一部分的基站接收作为一个控制信号的导频信号。
15.按照权利要求13的方法，其特征是，第二接收步骤包括：在基站获得要求服务的移动台以后，从该基站接收一个接收功率电平阈值。
16.按照权利要求13的方法，其特征是，触发步骤包括：从该移动台至少发射一个信号，此信号指示，该移动台接收的控制信号功率电平小于接收功率电平阈值。
17.按照权利要求13的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤包括：测量控制信号功率除以接收的全部信号功率之比率，和测量接收的信号功率。
18.按照权利要求14的方法，其特征是，触发步骤中的得到步骤包括：测量接收的导频信号功率除以接收的全部信号功率之比率(EC/IO)，和测量接收的信号功率(IO)。
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