CN1282496A - 用于改善蜂窝移动无线系统中的切换的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

给出用于进行对包括定向天线阵列(401,403)的基站(BS2,BS3)的小区的小区间切换的方法(300)和系统(200,400)。切换算法(309)包括考虑在至少一个候选目标基站中的上行到达方向测量(305),该测量是对从移动无线终端(203,417)到其服务基站的(BS1)的信号进行的,并且在切换之后直接使用来自天线阵列的窄波瓣。在切换(313)完成之后,在拥有阵列天线(401,413)的无线基站(BS2,BS3)中可以立即使用窄波瓣,在发送到目标基站的切换命令(311)中要包含有(到达信息的)指向移动无线终端(203,417)的方向。还给出了用于在空闲窄波瓣业务信道(307)上测量上行干扰、并且在切换过程中选择目标基站和业务信道(309)的时候使用该信息的方法和系统。

Description

用于改善蜂窝移动无线系统中的切换的系统和方法
发明背景
本发明总体涉及移动无线通信领域，并且特别涉及到用于改善无线基站之间的移动无线终端的切换的方法和系统。
相关技术描述
在蜂窝移动无线系统中，移动无线终端(移动台或MS)被允许从一个小区移动到另外一个小区。因此就存在这样一种需要，能够把这些MS从一个小区的无线基站(BS)切换到另外一个小区的无线BS(小区间切换)。当要把MS从服务BS切换到目标BS时，目标BS的选择典型地是基于以下三条准则的(其重要性递减)：(1)关于在切换后要被考虑的连接质量所期望的提高的信息(出于“自身利益”的角度)；(2)有关其它连接质量所期望的降低的信息(出于“礼貌”的角度)；(3)有关被考虑的目标BS内的业务负担的信息(出于“可行性”的角度)。
在这一点上，为了更加精确地把来自BS的窄发送和接收波束(波瓣)指向被服务的MS，(定向)天线阵列或“智能天线”已经被引入到了蜂窝移动无线系统的无线BS中进行应用。这些定向窄波束天线的使用能够提高蜂窝系统的载波干扰比(C/I)，并且还可以提高系统的业务处理容量。这样就提出了一种能够提供有效切换技术的需求，以使其可以利用包括配有定向天线阵列的无线BS在内的蜂窝系统的好处。
PCT申请No.PCT/SE95/00764(WO96/00484)阐述了一种在使用由天线阵列测量的空间信息的基础上的小区内(在一个小区内部)切换的方法。瑞典专利申请No.9702597-7(PO8214)阐述了一种在包括阵列天线的无线BS上使用的小区内切换方法。在这些方法中，关于在切换发生之前用于来自BS的传输的到达方向(DOA)信息的信息，在切换之后可由服务发射-接收机提供给目标发射-接收机使用。然而，这些常规方法的共同缺点是他们都处理特定处理小区内的切换。因此，当采用天线阵列或“智能天线”的时候，需要有一种改进的方法去处理小区之间的切换。
发明概要
在蜂窝网络无线BS中阵列天线的使用会产生这样一种需求：要求切换过程中，在多个无线BS中选择一个最佳的目标无线BS。这些BS可以使用全向天线、扇形天线、以及阵列天线。还有随之而来的需要就是能够在目标BS中选择业务信道。
这样，本发明所提出的问题就是当系统包括配有阵列天线的BS在内的时候，如何提供一个供切换算法所使用的度量。本发明所提出的另外一个问题是如何在小区间切换发生之后，立即在目标BS内使用窄波束。
因此，本发明的一个目的在于提供这样一种系统和方法，该系统和方法能够在小区间切换发生之前很好地判断用于小区间切换后通信的路径损耗和窄波束的方向，其中用于MS切换的目标BS要至少在两个候选目标BS之中选取，并且至少其中一个候选目标BS上配有阵列天线。结果得到的度量信息可以被用于切换算法，以便去选择目标基站以及要被使用的业务信道。
本发明另一个目的就是提供这样一种系统和方法，该系统和方法能够在小区间切换发生之前很好地判断用于小区间切换后通信的路径损耗和窄波束的方向，其中用于MS切换的目标BS要至少在两个候选目标BS之中选取，至少其中一个候选目标BS上配有阵列天线，并且还要能够提前(但要采用相对简单的技术)很好地判断配有阵列天线的目标BS内的窄波瓣业务信道上期望的连接质量。结果得到的补充度量信息可以被用于切换算法，以便去选择目标基站以及要被使用的业务信道。(注意：路径损耗等于发射信号强度减去接收信号强度。由于系统已知MS发射信号的强度，所以此后不再引用“路径损耗”这个术语，而是使用BS接收信号强度来代替。)
本发明还有一个目的就是提供这样一种系统和方法，使得小区间切换发生之后，立即就能在目标基站中使用窄波束业务信道。
前面所述的以及其它的目的都是通过这样一种用于改进小区间切换的方法和系统来实现的，其中在至少一个包括阵列天线的目标基站上配有改进接收模块(ModRX)。ModRX被命令去进行对由附近BS提供服务的MS的测量。该测量至少要包括DOA信息以及上行接收信号强度(SS-ur)信息。ModRX向网络控制器报告测量信息，该网络控制器可以在某种程度上根据由ModRX报告的测量信息来决定把MS切换到目标BS的一个特定业务信道上。
在本发明的一个实施例中，DOA和SS-ur测量信息可以由目标BS中的ModRX针对一个或多个拥有与要被切换的MS的所测量的DOA相同的DOA(例如，一个公共的波瓣)的空闲(候选BS)的业务信道所做的质量测量来补充。例如，这些质量度量优选包括空闲候选BS业务信道中干扰的上行链路接收信号强度(SS-ur-i)。然后来自MS的SS-ur和空闲候选者的SS-ur-i与已知的MS上行发送信号强度(SS-ut)一起做为切换算法的输入，以便用于选择目标BS和业务信道。
在本发明的第二个实施例中，在切换判断做出之后网络控制器使用由ModRX所测量和报告的DOA以便去命令目标BS在ModRX所报告的方向(来自DOA信息)上进行发送。
本发明的一个重要的技术优点在于，通过报告有关MS要被切换的DOA信息、以及相同DOA方向上的可能的窄波瓣目标业务信道的干扰，对于所有类型的使用可比的准则(例如C/I)的BS来说，网络控制器能使用简单的切换算法在窄波瓣和可替换的宽波瓣业务信道中做选择。
本发明的另外一个重要的技术优点在于，切换方法可以被用来允许在切换后立即使用窄波瓣，而不是常规方法中那样，首先在目标BS中使用宽波瓣，找到目标BS的(新)DOA，然后再使用窄波瓣。
本发明还有一个重要的技术优点是，使用切换方法来识别从要被切换的MS到目标BS的最佳窄波瓣DOA信息，即使反射波束是要使用的最佳波束。
另外本发明还有一个重要的技术优点是，在例如爱立信CMS88移动通信系统等某些流行的移动通信系统中，在BS内包括有可以在切换之前进行“验证”(即查询目标BS的SS-ur)的同时测量SS-ur的模块。这样，专用的ModRX可以是现有测量模块的修改，即例如在现有的测量模块中增加一个DOA测量装置。因此，执行DOA以及其它测量所必需的程序和信号协议在现有模块中已经是可用的。
附图简述
可以参考随后的详细描述以及附图来更加完整的理解本发明的方法和装置，其中：
图1是说明常规的小区内切换的框图，其中DOA信息立即被新的业务信道所重新使用；
图2根据本发明的优选实施例，给出可以被用来说明小区间切换的示范移动无线系统的框图；
图3是可以被用来实施图2中给出的本发明优选实施例的示范小区间切换方法的流程图；以及
图4是图2中给出的示范移动无线系统的详细框图。
发明详述
参考图1-4可以完全理解本发明的优选实施例及其优点，相同的标号被用于各图中相同或对应部分。
实质上，本发明的小区间切换方法是在爱立信公司开发的验证程序的基础上提出的，该方法可以与IS-54、IS-136和PDC(太平洋数字蜂窝通信系统)标准中的切换方法共同应用。这样，在爱立信移动通信系统中，当切换请求被送到移动服务交换中心(MSC)时，该MSC选择目标小区，并且命令目标小区的BS内的模块执行验证程序。在爱立信的系统中，这种模块在IS-136标准中被称做定位和验证模块(LVM)，在PDC标准中被称做验证接收机(VRX)。这种验证功能的主要目的在于验证MS是否存在于目标小区内。验证模块在旧信道上调谐并且验证MS的存在(在切换之前)。然后该验证结果被送到MSC。
根据本发明，由候选目标BS(接收要切换的MS的候选者)所执行的验证“上行”测量包括常规的SS测量以及DOA测量。为了能够使MSC选择最佳的目标BS和业务信道，这些SS和DOA测量由至少两个候选目标BS报告给MSC。切换之后，DOA信息还被立即用于促成定向的下行窄波瓣传输。窄波瓣业务信道的选择可以仅仅基于DOA信息。或者，窄波瓣业务信道的选择可以基于DOA信息以及在候选目标BS的空闲信道上做出的上行质量测量(例如干扰“Ⅰ”)，该候选目标BS使用根据被判断用于MS的DOA方向上的窄上行波束。该信息可以通过在切换之前(例如事件驱动)执行、或者定期地(周期地)执行或收集的测量得到。
图1是说明常规小区内切换方法的框图，其中DOA信息立即被新业务信道重新使用。一个无线基站BSO通过有线连接102被连接到MSC101。无线基站BSO包括一个阵列天线以及多个收发机模块(TRX)(图中没有清楚地给出)。一个移动无线终端(MS)由小区内切换程序从一个TRX被切换到另一个处于同一基站BSO内的TRX。无线基站BSO的传输是由图1中的窄波瓣103和105所指示的，两者拥有相同的DOA。通过存储与更新在无线基站BSO存储器位置内的信息，DOA信息从一个TRX到另外一个TRX都是可用的。
图2是根据本发明的优选实施例用于说明小区间切换的示范移动无线系统200的框图。移动无线系统200包括多个无线基站。尽管图中给出了三个这样的基站(例如BS1、BS2和BS3)，但是在系统200内可以包括多于三个这类的基站(例如BS1…BSn)。图中给出，无线基站通过通信链接201被连接到有线网络上，该网络包括例如MSC202。在本实施例中，移动无线终端MS203从无线基站BS1被切换到其它基站BS2或BS3中的一个上。
图3是在图2中给出的移动无线系统200中被用来实施本发明优选实施例的示范小区间切换方法的流程图。在步骤301，移动无线终端MS203被定位在由无线基站BS1所服务的小区的边缘。对于本实施例来说，无线基站BS1包括一个多方向定向天线。在这一时刻上，假设移动无线终端MS203已经进行了从临近基站接收到的信号的下行测量，并且在执行一个通常被认为是移动辅助切换(MAHO)的程序之前先把结果报告给MSC202。
在步骤303，MSC202判定(基于特定的包含MAHO测量结果在内的准则)：希望要把移动无线终端MS203切换到多个无线基站BSn中的一个上(例如BS2或BS3)。
在步骤305，MSC202命令无线基站BS2和BS3报告它们各自对于从移动无线终端MS203在其业务信道上发送到其服务无线基站BS1去的上行链路信号所测量的SS和DOA信息。最好是，业务信道的参数(例如频率、时隙等)在命令消息内有指示。这些测量可以在无线基站BS2和BS3中进行，其中包括使用常规方法判定它们各自的DOA，测量各自的上行接收信号强度(SS-ur)，然后向MSC202报告各自的DOA和SS-ur信息。
在步骤307，干扰(Ⅰ)(即在空闲业务信道上的接收信号强度SS-ur-i)也被报告给MSC202。当马上就要进行切换的时候，该信息的检索可以是事件驱动的，或者对于所有信道和/或DOA来说，可以周期性地向MSC202报告。
在步骤309，在MSC202中执行切换算法，选择一个目标无线基站(例如BS2或BS3)与一个业务信道(TCH)用于切换。该选择要基于所报告的信息，该信息至少包括一个候选业务信道的DOA、SS-ur以及SS-ur-i。
在步骤311，MSC202向被选中的无线基站(例如BS2)发送切换命令。该切换命令消息包含用于该无线基站的DOA信息，或者是先前所报告过的DOA的参考信息(它可以在无线基站BS2存储预定的时间)。
在步骤313，执行切换命令，其中包括把一个窄波束TCH下行链接指向切换的移动无线终端MS203，其方向由在切换命令中的DOA信息所指定。
图4是用于说明图2中给出的示范移动无线系统200细节的原理图。无线基站BS2(或BS2…BSn)还包括天线阵列401，该天线阵列可以在空间上按照宽和窄发送与接收波瓣进行工作。这些天线工作的控制由控制单元402规定，该单元用于向天线开关403发送切换命令。无线基站BS2还包括通过组合器407和分离器408连接到天线开关403上的发射机TX405和接收机RX406。根据本发明，专用接收模块ModTX409在SS测量设备411中进行上行SS测量，并且在DOA测量设备412中进行DOA测量。该SS和DOA测量在控制单元402的控制下使用公知的方法进行测量，该控制单元402用于控制天线开关403和ModRX409，以及SS测量设备411和DOA测量设备412。图中，第二个无线基站BS3还配有天线阵列413。无线基站BS3的运行以及结构都类似无线基站BS2。
在图中还给出无线基站BS1与MSC414的连接。MSC414包括处理器415和存储器416，这些可以被用来执行切换算法并且向无线基站和移动无线终端MS417提供适当的切换命令。在本示范实施例中，MS417从BS1被切换到BS2。
对于不同的实施例(还指图4)来说，为了能够进行适当的测量，在使用专用接收机ModRX以进行SS和DOA测量的另一种方案中，必须要配有至少一些带有SS和DOA测量能力的接收机RX406，并且能够把这些接收机调谐在它们各自无线基站(例如BS2)的非业务频率上。
尽管在附图以及前面的详细描述中描述了本发明的方法和装置的优选实施例，但是应该可以理解到，本发明并不局限于在此给出的实施例，还可以有多种重新设计、修改和替换，而没有脱离在随后权利要求中提出的以及定义的本发明的精神。

Claims (12)

1．用于执行移动通信系统中的小区间切换的方法，包含步骤：
在至少一个候选目标基站上测量由移动终端向服务无线基站发射的上行链路信号的信号强度与到达方向参数；
向网络控制器报告该所测量的信号强度以及到达方向参数；
该网络控制器在至少两个候选目标基站中选择一个目标基站，该两个目标候选基站至少包括该一个使用该测量参数的候选目标基站；以及
命令该被选中的目标基站去完成该移动终端的切换。
2．权利要求1中的方法，其中命令步骤包括如下步骤：
在发送到该目标基站的命令消息中包括该所测量的到达方向参数；以及
在与该到达方向参数相关的该窄波瓣方向上切换完成之后该目标基站立即进行发送，以响应该命令消息。
3．权利要求1中的方法，其中命令步骤还包括如下步骤：
在发送给目标基站的命令消息中包含一个与该到达方向参数相关的参考；以及
在该切换之后该目标基站立即检索该到达方向参数并且在与该到达方向参数相关的方向上发送窄波瓣，以响应该命令消息。
4．权利要求1中的方法，其中测量步骤还包括在由该到达方向参数所指示的方向上、在空闲窄波瓣候选业务信道上测量干扰信号强度的步骤。
5．在移动通信系统中用于进行小区间切换的方法，包含步骤：
在至少一个候选目标基站上测量由移动终端向服务无线基站发射的上行链路信号的信号强度与到达方向参数；
向网络控制器报告该所测量的信号强度以及到达方向参数；
判断该报告的信号强度参数是否大于或等于一个门限值；以及
如果该报告的信号强度参数大于或等于该门限值，则命令该目标基站在与该到达方向参数相关的方向上使用窄波瓣完成该移动终端的该切换。
6．在移动通信系统中进行小区间切换的方法，包含步骤：
在至少一个候选目标基站上测量由移动终端向服务无线基站发射的上行链路信号的信号强度与到达方向参数；
向网络控制器报告该所测量的信号强度以及到达方向参数；
该网络控制器通过使用该所测量的参数从多个空闲业务信道中选择一个业务信道；以及
命令被选中的目标基站根据测量步骤中判断出的方向使用窄波瓣去完成该切换。
7．权利要求6中的方法，其中测量步骤还包括：
使用窄波瓣在该到达方向上在该至少一个候选基站内在一个空闲业务信道上测量来自至少一个上行干扰信号的干扰信号强度参数。
8．在移动通信系统中用于改善小区间切换的系统，包括：
一个网络控制器；
至少一个包含测量单元的目标基站，该测量单元用于测量从移动终端发射到服务无线基站的上行链路信号的信号强度与到达方向参数；以及
用于向该网络控制器报告该所测量的信号强度和到达方向参数的装置，该网络控制器使用该所测量的信号强度和到达方向参数选择该目标基站，并且命令该被选中的基站去完成该移动终端的切换。
9．权利要求8中的系统，其中该测量单元包含一个改进的接收机模块。
10．权利要求8中的系统，其中该用于命令的装置包含用于命令该选中的目标基站通过使用与该所报告的到达方向参数相关的方向上的窄波瓣去完成该移动终端的切换的装置。
11．无线基站包括：
定向天线；
用于测量与从无线终端向服务无线基站发送的信号相关的到达方向和上行接收信号强度的装置；以及
用于向该网络控制器报告该所测量的到达方向和上行接收信号强度的装置。
12．权利要求11中的无线基站，还包括：
用于测量至少一个包含该到达方向上的窄波瓣的空闲业务信道质量的装置；以及
用于向网络控制器报告该所测量的到达方向、该所测量的上行接收信号强度以及该所测量质量的装置。
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