CN1287630C - 具有扫描接收机的蜂窝通信装置和采用它的连续移动通信系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种装置和方法，用于通过将监视报告嵌入携带信息内容的信号，从而在发射携带信息内容的信号的同时，发射监视报告给当前基站。当前基站利用这个监视报告，通过发送适当的信号给移动交换中心(移动交换中心则通知所述基站接管这个移动通信装置的服务)，从而将给这个移动通信装置的服务转交给具有最强载波信号强度的基站。在信道滤波和解调之前，一个宽带数字化电路从这个接收机获得放大了的宽带模拟信号，并将它们转换成复数字样本。获得数字样本的速率大于总扫描带宽的奈奎斯特速率，但仅仅在相当于信道间隔的倒数的很短的时间间隔内进行，从而最大程度地降低功耗。随后用一个微处理器或者信号处理器对这些数字样本进行处理，最好是用快速傅里叶变换，以确定多个信道的能量。分析的结果产生出对具有最强信号的信道的指示，这一信息在一个监视报告中发送给当前基站。

Description

具有扫描接收机的蜂窝通信装置和 采用它的连续移动通信系统

发明背景

本发明总的涉及无线电接收机，具体地说，涉及用于蜂窝电话的无线电接收机和蜂窝电话系统。

在蜂窝电话通信系统中，移动电话从载频信号强度占优势的基站收发信机的地理范围(或者小区)漫游到另外一个小区(通常是相邻小区)，其中这另外一个小区的载频信号强度占据优势。一个与陆基公共电话系统之间具有陆基连接的移动业务中心，为陆基连接提供了在移动业务区内整个地理业务区内分布的多个基站接收机。多个移动业务中心具有一些相互接壤的服务区。因为随着与发射机之间的距离增大，无线电载波信号的强度迅速下降，因此需要在通信协议中提供一种“越区切换”程序。按照这一越区切换协议，当某个移动电话从一个基站服务区内某个点移动到载波信号强度比一个相邻基站的载波信号强度弱的位置的时候，给这个移动电话提供的服务从这个基站转交给这个相邻基站。这一转交，或者越区切换，是在移动业务中心的控制之下，响应当前正在为这个移动电话提供服务的基站的越区切换信号进行的。

在美国使用的、叫做AMPS(美国移动电话系统)的模拟蜂窝电话系统中，移动电话在一次呼叫中连续地发射和接收信号，在呼叫过程中根本不扫描其它基站的信号。这是一种连续通信系统。每个基站都有一个扫描接收机，搜索从相邻基站那边接近自己的服务区地理边界的移动电话。这样，AMPS中的基站承担的成本超出了它们可提供的通信能力所需要的硬件成本。

在采用时分多址(TDMA)的数字非连续蜂窝电话通信系统中，比如美国使用的D-AMPS通信系统和欧洲使用的GSM系统，采用了划分时隙的方式，在既不发射信号又不接收信号的时候，进行移动辅助越区切换扫描。在这些TDMA蜂窝非连续通信系统中，在每个连续的周期性通信周期或者帧里，移动蜂窝电话在第一个时隙中接收代表编码语音的数字数据，在第二个时隙中发射数字编码语音信号给基站，并在第三个时隙中暂时将接收机重新调谐到另外一个频率上，以便评估来自另外一个基站的信号的质量。这一周期，或者TDMA帧，以每秒钟50到300次的速率重复，具体取决于系统。在每个TDMA帧中，只扫描多个不同基站载波频率中的一个，因此得到了每秒50到300个测量数据。同一个载波频率的重复测量结果被平均起来，被扫描的每个载波频率的平均信号强度大概每一秒钟报告一次。移动台在第二个周期或者发射周期里，通过将信号报告跟发射给基站的数字编码语音信号多路复用起来，将扫描报告发送给提供服务的当前基站。

在采用频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)协议(比如美国使用的IS-95系统协议)的连续数字通信系统中，已经返回到了以前采用的模拟系统中的连续发射和接收方式，在这种方式中，没有任何时候不发射或者接收携带信息内容的通信信号。因此，跟现有技术中模拟连续通信系统中的情形一样，在数字连续通信系统中，现有技术中的移动接收机不能监视相邻基站的载波信号强度，以便告诉当前基站是否有一个信号更强的基站或者有可能更接近的基站可以切换过去。本发明通过让移动台进行越区切换测量而不中断通信，解决了这一问题。

发明概要

根据本发明，已知连续通信系统中的这些切换问题和缺点是这样来解决的，在移动电话中提供这样的一种装置，用于接收多个不同基站发射机的多个不同载波频率接收信道，在接收装置接收携带信息内容的信号的同时，监视这些载波信号强度。

在一个实施方案中，这个通信装置通过将监视报告嵌入到携带信息内容的信号中，从而将该监视报告与携带信息内容的信号一起发射给当前基站。当前基站利用这一监视报告去启动将对这个移动通信装置的服务转交给具有最强载波信号强度的基站，为此当前基站要发送适当的信号给移动交换中心，而移动交换中心接下来则指令该基站去接管这一通信装置。最好是一个宽带数字电路在信道滤波和解调之前从接收机中得到放大了的宽带模拟信号，并将它们转换成复数字样本。这些数字样本是以一个比整个扫描带宽的奈奎斯特速率要高的速率获得的，但只在跟信道间隔的倒数相称的一个非常短的时间段内提取，从而降低功耗。然后用一个微处理器或者信号处理器处理这些数字样本，以便确定多个信道的能量，最好是通过使用快速傅里叶变换来进行。这一分析能够给出哪些信道的信号最强的指示，这一信息被放在要发送给当前基站的监视报告中。本发明能够与连续发射和接收协议结合起来应用，它也能用于划分时隙的系统，以便增加每个时间单元内能够扫描的信道数量。

附图简述

下面参考附图，详细地描述本发明的优选实施方案，从而说明本发明的上述优点和其它优点。在这些附图中：

图1是本发明中蜂窝通信系统的优选实施方案的一个功能框图；

图2是图1所示通信系统中一个框所说明的本发明的移动蜂窝电话优选实施方案的一个详细功能框图；

图3是图2中用单独一个功能框说明的解调接收机/调谐电路的优选实施方案的一个详细功能框图；

图4是图2中用单独一个框说明的宽带数字电路的优选实施方案的一个详细功能框图；

图5是图2的微计算机采用的优选计算机程序的一个逻辑流程图，这个程序用来监视和控制图4所示的宽带数字化电路获得的宽带样本的产生，并将监视报告发送给提供服务的当前基站；

图6是图1所示移动业务中心根据从扫描移动电话获得的监视报告，从提供服务的当前基站切换到被选中的相邻基站而进行的优选操作的逻辑流程图；

图7是核实被扫描基站身份的一个流程图；和

图8是一个用于多个子带的宽带数字化接收机的功能框图。

发明详述

现在参考图1，从图中可以看到，本发明中蜂窝通信系统10的优选实施方案包括一个移动业务中心12，用于将功能上基本相同、标为1～N的多个基站无线电收发信机或者基站14跟公共电话网(没有画出)连接起来。这个公共电话网则跟其它移动业务中心和其它电话交换机以及其它通信装置(没有画出)对接。小区半径取决于发射的信号能够从基站14向移动台16传播多远，使移动天线20仍然能够检测到适当的信号强度。这些天线不仅从提供服务的基站14接收无线电波，还从相邻基站14和其它源接收信号。不同基站14的无线电波或者无线电信号可能具有不同的频率。但现有技术中的移动电话16每次只能调谐到一个频率上。无线电波的信号强度在最接近基站14的位置最强，在接近这个小区边界的地方逐渐地下降到最小的可接收电平。

在每个小区中有多个相似的移动蜂窝电话16，它们最好按照本发明来构造和工作，分别编成号1～M。移动电话16能够自由地从一个小区移动到另外一个小区，但是在任何时候主要只能跟其中的一个基站14通信。在两个或者多个小区的边界，移动台有可能通过使用宏分集跟两个或者多个最接近的基站通信。当移动电话16离开给这个移动电话16提供移动通信服务的基站14的小区的地理区域的时候，当前基站16的载波信号强度变得如此之小，从而使通过当前基站14进行良好的通信变得非常困难并最终不可能。

这多个小区互相接壤，在它们的边界上互相重叠，从而使漫游的移动电话16离开当前的服务小区的时候，就进入相邻的另外一个小区。当这个漫游的移动电话进入相邻小区的时候，需要一个越区切换程序将这个漫游的移动电话16“切换”到相邻基站14，在那以后这个相邻基站成为新的当前服务基站。从一个基站过渡到另外一个基站的时候可以采用宏分集，从而实现“软”切换。

蜂窝通信系统10可以按照一种通信协议工作，比如按照IS-95码分多址系统工作，其中的整个通信周期都被用于发射携带内容的通信信号，比方说编码数字语音或者其它声音，使用现有技术中的移动接收机的时候，不会剩下任何时间来测量不同频率上其它基站的信号强度。但是，跟已知的连续通信系统不一样，使用本发明的移动单元16的时候，它们要进行这种信号强度测量，从而使通信系统10不会将确定何时进行切换的责任全部交给基站14。相反，这种蜂窝通信系统10采用一种移动辅助扫描程序，在此以前，只有TDMA系统能够采用这样的程序，按照这个程序，移动电话提供一个信号给当前基站14，用以指明相邻基站的载波信号强度。关于相邻基站14载波信号强度的这一指示信号被当前基站14传递给移动业务中心12，移动业务中心12利用这一指示信号来判断正在漫游的这个移动电话16应该什么时候从当前基站14切换并且应切换到哪一个相邻基站。

如同下面要参考图2～4详细描述的一样，每个移动电话16都有一个接收机，用于有选择地调谐到一个基站14的频率上，从多个基站之一接收携带信息内容的通信信号；还有监视装置，用来监视多个其它相邻基站14的不同的无线电频道，在该移动电话16与当前小区14连续通信的同时测量它们的无线电信号强度。跟上面提到的已知非连续(例如TDMA)通信系统中采用的速度既慢效率又低的顺序扫描方式不同，这种扫描最好是通过接收宽带信号、并在移动电话16中对这些宽带信号进行适当的数学分析来进行。一次计算出不同无线电频带内的能量，而不打断两个方向上的连续通信。这一宽带扫描方法还被用于非连续系统中，以用于提高扫描速度，而这些非连续系统至少具有一个传统的现有技术方法。但是，现有技术中没有任何方法能够用于连续通信系统，对于这种情况本发明非常重要。

在连续通信系统10中，监视报告最好是跟从移动蜂窝电话发出的携带编码信息内容的信号一起从移动电话16发送给提供服务的当前基站14，最好是在与语音信号多路复用的慢速随路控制信道(SACCH)上发射监视报告。监视报告被当前基站14中继给移动业务中心12，移动业务中心12对这一报告做出响应，将移动电话通信业务从当前基站14切换到另外一个基站，在此通常是切换到监视报告中指明具有发送该监视报告的移动电话16收到的最强信号或者最强信号之一的那个基站。

参考图2，移动蜂窝电话16的这个优选实施方案具有一个天线20，它与一个收发双工带通滤波器或者T/R双工器24的输入端22连接，它能够将相对较宽频带信号(它包括这个通信系统10中所有基站14的整个信道频率范围)传递给通信接收机和调谐电路或者接收机28的一个输入端26。天线在与多个不同的基站收发信机14有关的多个不同频道上接收携带信息内容的通信信号以及控制信号。接收机28有选择地调谐在提供服务的当前基站14的无线电频道上，对携带信息内容的通信信号进行解调，提供一个输出30给处理器34的输入端32。

处理器34处理输入端32上来自当前基站的通信信号，将它们转换成对应的音频信号，在处理器的输出端36输出，随后被放大器38放大。放大器38放大输入端36上的音频信号，并将放大了的信号提供给扬声器42的输入端40。扬声器42用一个话音信号和其它声音的形式再现通信信号携带的信息内容。或者，处理器34处理语音以外的输出信号，例如传真或者数据。接收机28可以对收到的信号进行数字化，处理器34以数字方式处理数字化信号，从中提取信息。或者接收机28包括一个模拟解调器，比方说鉴频器。

在发射机一侧，输入麦克风44的话音和声音被转换成对应的音频电信号，提供给放大音频信号的麦克风电路48的输入端46，并将它们施加在处理器34的音频输入端上。处理器34对音频输入信号进行数字化，以便将它们转换成其输出端52上的调制信号，以便将它们传递给调制发射信号产生电路或者发射机56的输入端54。处理系统34还在跟发射机56的另外一个输入端60连接的另外一个输出端58产生发射控制信号。发射机将调制信号放大到发射功率电平，并将它们通过输出端62施加在T/R双工器24的输入端64上。T/R双工器24对这个放大了的调制信号进行滤波，并将它们施加在天线20上，以便发射给提供服务的当前基站14。处理器34还有一个输入端66，用于从小键盘68接收手工产生的输入信号，还有一个输出端，在它上面产生输出的显示信号，以便施加在适当的显示器屏幕或者显示器72上。接收机28和发射机56都要使用的本地振荡器和其它公用电路以便给接收机28的输入端76和发射机的输入端78提供本地振荡信号。处理器34还处理除了传真或者数据以外的其它语音信号。

按照本发明，用一个宽带数字化电路80来产生接收范围内所有被选基站14载波信号的数字样本。这个宽带数字化电路80在输入端82从接收机电路28的输出端84接收放大了的宽带信号。如同下面将详细描述的一样，这个宽带数字化电路80在它的输入端82产生放大后的宽带载波信号的数字化样本，并在它的输出端86将这些样本提供给处理器34的输入端88。这个宽带数字化电路采样和提供样本是按照施加在宽带数字化电路80的输入端92上的处理器34的输出端90上的控制信号来进行的。最重要的控制信号是功率允许/禁止信号，它控制着宽带数字化电路80只有在需要进行测量的时候才消耗功率。处理器34对周期性地收集的宽带信号数字化样本进行数学分析，以确定分别跟多个基站14发射的信号有关的不同频道的信号强度。这一监视最好是在移动电话16和当前基站14之间传递通信业务信号的时候进行。跟相邻基站14的载波信号强度有关的这一信息随后通过发射机56和T/R双工器24以及天线20以与用户业务信号多路复用的监视报告的形式传递给当前的基站14。

如前所述，宽带数字化电路80响应从通信接收机输出端84和调谐器电路28收到的放大了的宽带载波调制信号。参考图3，在本发明的优选实施方案中，天线20、收发双工器24和接收机28的三个子电路(94，96和98)为通信接收机28和宽带数字化电路80完成两项功能。完成两项功能的接收机28的三个子电路或者单元是一个低噪声放大器94、一个抗泄漏带通滤波器96和一个调谐器前置放大器98。低噪声放大器94直接从天线20接收接收机28输入端26上没有改变的宽带天线输入信号(图2)它包括来自当前基站14的信号、来自相邻基站14的信号、来自移动电话16本身的发射机56的信号、以及来自所有其它源以后被作为噪声处理的电磁信号。

收发双工器24是一个带通滤波器，它只将感兴趣的基站14所有发射机频率范围内的信号输入给接收机的输入端26，也就是跟移动业务中心12有关的被选中的多个基站14的信号。被选中通带频率范围以外的其它信号都被滤除掉。从输入端26滤除掉的信号频率是来自移动电话16本身的发射机56的信号和通带以外的所有噪声。

接收机输入端的已调制过的接收信号首先被低噪声放大器94放大，低噪声放大器放大过的接收信号被随后送给另外一个抗泄漏带通滤波器96，除了感兴趣的频带范围以外，它将发射机56发射的所有信号都过滤掉。两次滤波的接收信号再一次被调谐器前置放大器98放大。调谐器前置放大器98在两个输出端产生放大和过滤了的信号。用一个输出端100跟一个超外差式下变频混频器104连接，另一个输出端102跟连接在宽带数字化电路80的输入端82上的接收机输出端84连接，两个输出端100和102上经过了过滤、放大的宽带接收信号基本相同。输出端100上的接收信号被超外差式下变频变频器以传统的方式加以处理，它将来自本地振荡器电路74的一个本地振荡器信号施加在接收机输入端76上，产生一个下变频信号，施加在第一个中频滤波器106上，后者只让所选频带范围内的信道带宽通过，以便到达中频放大器或者中频前置放大器108。中频前置放大器108将经过了放大和信道滤波的中频信号传递给模数转换器110。模数转换器产生接收信号的连续信号样本的复数字化代表形式，并将它们传递给跟处理器输入端32连接的接收机输出端30。处理器34对施加在它的输入端32的经过了数字化的、接收到的样本流加以处理，将样本流转换成语音、传真和用户数据信号中间的一个。在发射机输出端62和天线20之间，收发双工器24包括一个滤波器部分，它能通过发射频带信号，同时抑制发射机产生的接收频带范围内的噪声。低噪声放大器94能够放大接收机频带内的所有信号。

参考图4，调谐器前置放大器输出端102上的携带了经过滤波和放大的接收信号的接收机输出84被提供给宽带数字化电路80的输入端82。宽带数字化器输入端82上的宽带接收信号被提供给自动增益控制放大器(也就是AGC放大器)112的一个输入端。这个AGC放大器112的增益由AGC控制信号源127加以调整，使得输出端114上放大了的宽带接收信号的电平维持最适合于数字化。放大器输出端114上放大了的宽带接收信号被提供给一个实的、也就是同相的下变频器116的一个输入端，和一个虚的、也就是正交的下变频器118的一个输入端，它们两个分别将相应输入端收到的宽带接收信号跟来自宽带数字化本地振荡器124输出端120和122的振荡器信号混频。在输出端120和122产生的振荡器信号的相位互相之间相差90度，从而将收到的宽带信号变成实部分量和虚部分量，分别在同相下变频器116的输出端126和正交下变频器的输出端128输出。输出端120和122上的数字化本地振荡器信号的频率最好是处于接收频带的中间，以便使所分解的实部和虚部分量的频率范围减小到0和总带宽的一半之间。

输出端126和128上的实信号(也就是同相信号)和虚信号(也就是正交信号)被分别提供给较高速度的模数转换器(也就是A/D转换器)132的输入端130和132。输入端130和132上的信号分量最好以大于奈奎斯特频率的采样频率被数字化，也就是该采样频率要大于实信号分量或者虚信号分量的带宽的两倍。在数字化电路输出端86产生数字化样本流，并传递给处理器输入端88。处理器34将这些数字化宽带样本临时储存在一个样本存储器中，然后才进行数学分析，以便按照图5的软件逻辑流程图确定各个无线电频道的信号强度。

微型计算机34进行的数学分析最好是傅里叶分析，它确定每个基站发射机的频率占宽带信号总能量的多少。微计算机随后在监视报告中向当前基站14至少报告那些信号最强的基站的信号强度。这一监视报告最好是利用所谓的慢速随路控制信道(也就是SACCH)将其与语音信息或者用户数据通过多路复用一起发送，这一信道在GSM和被称为IS 136或者IS 54的美国D-AMPS标准这样的数字蜂窝电话系统领域中所公知的。

傅里叶分析最好采用快速傅里叶变换也就是FFT，在现有技术中快速傅里叶变换是公知的。为了弄清不同频道里的能量大小，FFT的谱线间隔被设置成等于无线电频道的间隔，或者等于无线电频道间隔的几分之一。FFT的谱线间隔还等于所采集的样本组占据的时间周期的倒数。为了使能量在间隔为dF赫的信道中进行分析，需要在1/dF秒钟(或者它的倍数)期间采集样本组。例如，在美国的AMPS系统中，频道间隔dF是30kHz。因此，采样时间是1/30000秒，也就是33.3微秒，或者它的倍数，例如66.6微秒。

在超出最小时间段1/dF的时间段内采集样本，就能够利用加窗(windowing)函数来提高辨别相邻频道的能力，这是优选采用的方法。这个加窗函数是一个加权曲线，它在整个时间范围的中心1/dF近似地平坦，但是在样本组的边缘平滑地下降到0。采用的加窗函数最好是提升余弦函数1+COS(Pi*(i-N/2)/N)，其中的“N”是总样本数，“i”是样本的下标，通过将该函数的值跟样本相乘，从而获得加权的样本值。

已经确定，当N是2的幂的时候，FFT程序效率很高，因此，最好是在2/dF这样的时间段中采集个数为2的幂的样本。模数转换器的采样和数字化速率应该是2的幂乘以频道间隔。这样，采样速率最好被选择成最接近的该频道间隔乘以2的幂，它大于被数字化的总带宽的奈奎斯特速率。例如，如果总带宽是25MHz，要求的频道分辨率是30kHz，那么这一比率是833。大于833、最接近的2的幂是1024，也就是2的10次方。于是采样速率是1024×30kHz，也就是30.72MHz(复样本)，采样持续时间是2/30000秒，总共得到2048个样本。

在加窗和快速傅里叶变换处理以后，宽带信号的总能量被分解到频率间隔为dF/2＝15kHz的仓(bin)中。但是，只有编号为偶数的仓(或者编号为奇数的仓)才跟30kHz频道的中心对应。在1024个偶数(或者奇数)仓中，833个对应于25MHz的接收频带范围内的这些频道，其它191个值对应于不能被收发双工滤波器24和抗泄漏带通滤波器96通过的频道，因而将它们舍弃。宽带数字化电路80最好是只用66.7微秒的时间段来采集宽带信号样本组，微计算机确定所有833个蜂窝频道中的能量。

即使是做成更大硅集成电路芯片的一部分，宽带数字化电路80在工作的时候也会消耗大量的电流。但是，没有必要连续地测量各个相邻蜂窝基站14的信号强度。事实上，每秒钟采样一次就足够了。因此，在本发明的优选实施方案中，宽带数字化电路是按照微计算机34产生的周期性采样控制信号(该信号是从连接在输入端92和宽带数字化电路80的每一个单元的控制输出端输出的)，每秒钟采集一次样本。宽带数字化电路80最好是在每一秒钟的很小一部分中采集样本，比方说66.7微秒，它使得数字化电路80的平均功耗可以忽略。例如，即使数字化电路80的工作电流高达1安，每秒钟工作66.6微秒的平均电流是66.7微安培。处理器34完成2048点FFT需要的能力近似为12×11×2048次实的定点运算，或者近似为0.25兆条指令每秒，也就是0.25MIPS。

这是微计算机处理器容量和功耗微不足道的一部分，在典型的数字蜂窝呼叫中它工作在10MIPS和40MIPS之间。这样，本发明的移动电话16提供了快速测量相邻基站14所有不同频道的信号强度的一种非常省电的方法。相反，非连续系统中采用的现有技术的按顺序的方法的功耗跟正常接收时一样大，在这样的非连续系统中，蜂窝电话接收机在每一帧中不工作的时候，(也就是不接收也不发射信息的时候)都要周期性地重新调谐到多个不同频道的一个中。另一方面，本发明中利用宽带数字化电路的平均功耗比正常接收要低三个数量级，提供的扫描容量是现有技术中按顺序方法的50倍。

因为被接收的信号最强的基站是要搜索的主要信息，所以，可以降低宽带数字化电路80的宽带数字化动态范围(也就是在最强信号中检测弱信号的能力)以便降低复杂性。在某些应用中，利用硬限幅器将来自正交下变频器(116，118)的同相和正交(I和Q)信号量化到1个比特精度(它们的符号)就足够了。在这种情况下，模数转换器134的复杂程度下降，只需要两个硬限幅器和采样锁存器。

按照本发明的一个方面，由于有些时候所有基站的蜂窝频带都被划分给多个互相竞争的服务提供商，所以只监视提供了实现监视功能的移动电话的预约的那些服务提供商的信号。移动电话16通常仅在多个服务提供商中的一个那里获得预约，虽然它们也能够从其它服务提供商那里获得服务。在这种情况下，如果在呼叫过程中要从当前基站16切换到另外一个相邻基站，这一切换最好是切换到最佳的服务提供商的基站上去。由于本发明中的这一个方面，对其它基站载波信号的扫描范围可以有选择地限制在所选服务提供商使用的一个子带或者部分频带。

用于选择子带的宽带数字化接收机的组成如图8所示。

射频放大级(94，96，98，112)的输出被提供给下变频器(116，118)，在那里，这一信号跟来自频率综合器124的正交本地振荡器信号混频。这个频率综合器被编程，使得其中心频率可以在任何一个频道上，最好是在频道之间。在这任一种情况下，频率综合器被编程到一个处于要被扫描的频带或者子带中心频率附近的频道上，故意避开通信接收机28使用的频率，从而防止频率综合器124对通信信道的干扰。下变频器(116，118)的输出随后通过低通滤波器115a、115c或者滤波器115b、115d(它们的带宽比滤波器115a、115c的带宽要窄)，从而选择出一个其中心频率在频率综合器124的频率附近的子带。滤波以后的信号随后被模数转换器134进行模数转换。如果需要，在选择处理子带的时候，可以例如通过控制开关117来使模数转换器134的采样率可以降低。

采用子带滤波比较有利的一种特定情形是实施图7所示的基站识别。可以提供和选择滤波器115b、115d或者具有单频道带宽的第三对滤波器(没有画出)，和一个低速单频道采样率的模数转换器134的组合。这一较好的组合能够避免当把扩展的扫描作为识别步骤的一部分的时候在存储器中收集过多的样本，下面将详细加以描述。

这一识别步骤最好是由一个控制宽带数字化本地振荡器124使其工作在所需子带或者其它部分频带的中心频率上的微计算机来执行，如同图5中的流程图所示。模数转换器134只在0和子带部分的带宽的一半之间对来自下变频机116和118的信号进行数字化。

这个宽带数字化电路80最好是一个零差类型的接收机，其中从射频频带到复基带的转换只在混频器116、118中一的个混频步骤中完成。下变频器116和118有一个非零的直流电平输出，对应于接收到一个与宽带数字化本地振荡器124的频率相同的信号，从而为这个频道给出一个虚假的大信号。1993年8月31日授予本申请人的标题为“无线电接收机的直流偏置补偿”的第5241702号美国专利涉及的就是这一直流偏置补偿问题，它能够用于本发明，因此将它引入作为参考。

或者，将宽带数字化本地振荡器124设置成工作在蜂窝频带的两个频道之间的一个频率上。于是这一直流偏置对应于偶数(或者奇数)组FFT仓(它最后要被舍弃)的一个中的信号。

或者，用一个高通滤波器防止直流偏置进入模数转换器134，也可以按照上述专利用微分电路来这样做。

在1991年9月10日授予本申请人的第5048059号美国专利“对数极坐标信号处理”描述了对信号进行数字化的同时，保留它们的复矢量形式的其它方法，在这里将该专利的内容引入作为参考。

参考图5，根据本发明的另外一个方面，在一个比采样率低的频率的基础上判断给定频率的某个需要测量其信号强度的信号是确实跟被分配以该频率的基站14有关、还是与该所需要的基站14采用相同频率的另外一个基站有关。识别与被测信号相关的基站14的这一过程需要有比仅仅确定信号强度所需要的更长的信号采样时间来进行傅里叶分析。这最好是大约每10秒钟进行一次，这是通过利用通信接收机26在从基站14到移动电话16的方向上不接收语音和其它音频通信信号的时候来进行的。已经确定，在对话过程中有近似百分之五十的时间会发生这种间歇情况。由于要在发射机56和接收机28之间共享本地振荡器电路74，并不是总是能够重新调谐接收机28而不会打断发射机的发射。因此，最好是在两个方向上都没有通信业务的间歇时期，将接收机28用于识别另外一个基站14，例如在从一个人说话变成另外一个人说话的时候。已经确定，大约占据10～20毫秒的话音业务时间来进行识别是可以容忍的，并且如果进行得不太频繁，用户很难发现。当然，也可以用宽带数字化接收机进行识别，下面将详细描述。

图5是图2的处理器34用来监视和控制从图4所示宽带数字化电路获得的宽带样本的产生、并且发射监视报告给当前服务基站所使用的优选计算机程序。

在图5中，这一方法从步骤140开始。在步骤145中，用60微秒的时间进行宽带测量，并通过直接存储器访问而将测量值存入存储器。在步骤150中，处理程序被设置成“活动的”状态，然后在步骤155中，处理宽带测量结果，以确定功率谱。在步骤160中，在多个信道间隔仓中计算功率谱的平均值。在步骤165中，确定具有最高能量的六个仓，在步骤170中，向当前基站报告仓数和能量。在步骤180中，停下来等待下一次测量。这一方法在步骤185结束。或者，在步骤160以后，在步骤190中计算对应于相邻基站清单的仓之间的平均能量。然后在步骤195中，向当前基站报告相邻基站的信号强度。然后这一方法进入步骤180，停止并等待下一次测量。随后在步骤185结束。

图6是图1所示移动业务中心按照从扫描移动电话获得的监视报告进行优选操作、以便从当前服务基站向所选相邻基站进行越区切换的流程图。

在图6中，这一方法从步骤200开始。在步骤205中，这一方法从移动台接收信号强度报告并进行译码。在步骤210中，判断当前链路的质量是否处于临界状态。如果不是，就回到步骤205。如果是，就进入步骤215，利用移动信号报告确定是否切换基站。在步骤220中，确定切换基站的空闲频道。如果没有空闲频道，就选择质量第二好的基站，进入步骤215。如果有空闲信道，就进入步骤225，发送一则消息，让切换基站准备好接收这一呼叫。然后进入步骤230，接收确认信号，说明切换基站能够在旧频道上收到移动台的信号。如果没有得到确认，就进入步骤215。如果得到了确认，就进入步骤235，发送消息给移动台，以便切换到切换基站新的频道上。然后进入步骤240，从切换基站接收确认信号，说明切换成功。如果没有成功，就尝试另外一个基站，返回步骤215。如果成功，就进入步骤245，旧基站的消息就终止。这一方法在步骤250结束。

或者不那么频繁地，按照图7所示的流程图控制宽带数字化电路80。这一方法从步骤290开始。这在步骤295中，判断是不是识别基站的时候。如果不是，就进入步骤300，继续正常的扫描。如果是，就进入步骤301。在步骤301中，在一个稍微扩展了的时间段中收集样本，从而能够在步骤302中进行监测，当处理器34进行了处理以后，在步骤302中，一些信息码元调制在被扫描信号上。即使是在AMPS这样的模拟系统中，被扫描的信道通常都被选择成可以利用曼彻斯特编码频率调制来发射数字调制广播控制信号的那些信道。通过在步骤303中报告检测到的控制信道信息码元以及它们被检测的时刻，当前基站14在步骤305中判断是哪个其他基站在这个时候在发送这些码元，从而核实这个其它基站14的身份，如同图7的流程图所示。即使由于缺乏相位基准，也不可能在短信号样本的基础之上无模糊地确定发射的信息码元，控制处理器也能够对信号进行差分译码，以便在步骤302中确定信号的极性从一个信号码元向另外一个转变。当前基站14在步骤304中收到这一差分译码的时候，它被用于识别另外一个基站，将它跟使用同样频道但发射不同信息的其它源区分开来。在步骤305中，在与时间标记所指明的同一时刻，将调制的样本与被扫描基站发射的调制信号进行比较。在步骤306中，当样本与具有足够的一致性的相关的基站的调制不相符合的时候，就舍弃这一信号强度报告。这一方法在步骤307结束。

本发明中降低监视信号强度所需要的功率和提高测量速度的优点即使是在时分多址系统和其它非连续通信系统中也非常有用，但是它对于采用连续发射和接收的模拟的频分多址或者码分多址系统是十分重要的。

了解了本发明的本领域里的技术人员会明白，本发明可以采用许多形式和实施方案。已经给出了一些实施方案，以便理解本发明。这些实施方案只是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。相反，本发明覆盖了所有的修正方案、等同方案和落入后面的权利要求给定的本发明的实质和范围的方案。

Claims (52)

1.具有改进的信道扫描性能的一种蜂窝通信设备，包括：

接收机，用于通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率的载波接收信道来接收携带信息内容的通信信号，所述接收机包括一个处理器；

解调和解码电路，可操作地用来将这些不同频率的载波接收信道中被选中的一个的接收到的通信信号转换成这些不同频率接收信道中被选中的那一个的通信信号携带的信息内容的一个指示；和

宽带数字化电路，响应所述处理器，并且可操作地用来在所述接收机接收携带信息内容的通信信号的同时间歇地监视多个不同频率载波接收信道上的载波频率信号强度，该宽带数字化电路不能将所述多个不同频率的载波接收信道转换为信息内容的指示。

2.权利要求1的蜂窝通信设备，包括

一个发射机，用于通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率载波发射信道中被选中的那一个，将携带信息内容的通信信号发射给多个基站中被选中的一个，其中

在发射机发射携带信息内容的信号给多个基站中被选中的那一个的同时，所述宽带数字化电路监视这多个不同频率的载波接收信道。

3.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述解调和解码电路包括一个扬声器，用于产生携带信息内容的通信信号所代表的可听的声音。

4.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述处理器控制所述宽带数字化电路使其在持续时间为1秒的量级的连续时间周期内周期性地进行监视。

5.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路在每个连续扫描周期的万分之一这个量级以内进行监视。

6.权利要求1的蜂窝通信设备，包括一个控制器，它控制所述宽带数字化电路使其只监视分配给相关服务提供商的多个不同载波接收信道中被选中的那些。

7.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述通信设备可操作地与按照连续发射和接收通信协议工作的蜂窝无线电通信系统中的基站对接。

8.权利要求7的蜂窝通信设备，其中，所述蜂窝通信系统是以下系统之一：

连续模拟通信系统，

连续频分多址接入通信系统，和

连续码分多址接入通信系统。

9.权利要求7的蜂窝通信设备，其中，所述蜂窝通信系统是以下系统之一：

采用AMPS协议的连续通信系统，和

采用IS 95协议的连续通信系统。

10.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述接收机包括：

放大器，可操作地用于放大载波和由多个不同频率载波接收信道的载波所携带的通信信号，和

解调器，可操作地用来解调该载波以便在放大后提取所述通信信号，

其中，所述宽带数字化电路还连接到该放大器，用于在解调之前和被放大器放大以后去监视载波和该载波所携带通信信号的信号强度。

11.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述通信设备可操作地用于将监视报告信号发射给基站，指示多个信道中哪一个信道具有最强的载波信号强度。

12.权利要求11的蜂窝通信设备，其中，所述监视报告信号包括最强载波信号的信号强度的指示。

13.权利要求11的蜂窝通信设备，其中，所述监视报告信号包括说明多个不同频率接收信道中至少两个信道的信道标识和信号强度的指示。

14.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路接收包括所有多个不同频率载波接收信道的宽带频率信号，并且包括电路，该电路包括本地振荡器，用于将宽带频率信号分解成实部即同相信号和虚部即正交信号。

15.权利要求14的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路包括可操作地用于对同相信号和正交信号进行数字化的模-数转换器。

16.权利要求15的蜂窝通信设备，其中，所述同相信号和正交信号具有最大带宽，而所述模-数转换器的数字化采样率大于同相信号和正交信号的最大带宽的两倍。

17.权利要求15的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路可操作地连接到处理器，该处理器对被数字化后的同相信号和正交信号进行傅里叶分析，以确定多个不同频率载波接收信道的信号强度。

18.权利要求17的蜂窝通信设备，其中，所述傅里叶分析包括快速傅里叶变换。

19.权利要求17的蜂窝通信设备，其中，所述处理器对被数字化后的同相信号和正交信号按照一个加窗函数进行分析，以增强多个不同频率载波接收信道中相邻的那些信道之间的鉴别力。

20.权利要求19的蜂窝通信设备，其中，所述加窗函数是1+COS[Pi*(i-N/2)/N]，其中的N等于采集的数字化样本总数，i是样本的索引，该样本与该函数的值相乘从而得到加权的样本值。

21.权利要求1的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路可操作用于确定多个不同频率载波接收信道中每一个的个体信号强度。

22.权利要求1的蜂窝通信设备，包括可操作地连接到所述宽带数字化电路的处理器，并且可编程用于执行傅里叶分析以确定多个不同频率信道的信号强度。

23.权利要求1的蜂窝通信设备，包括可操作地连接到所述宽带数字化电路的处理器，可操作地用于检测被监视信道之一的信号确实是来自所述多个基站之一的信号而不是一个假信号。

24.权利要求23的蜂窝通信设备，其中，在接收机不接收所述信道中被选中的一个的携带信息内容的通信信号的时候，所述处理器获得被验证为来自基站的信号的样本，其中所述通信信号正被所述解调和解码电路转换为信息内容的指示。

25.权利要求24的蜂窝通信设备，包括一个发射机，用于将信号发射给接收信道中选中的一个的基站，并且所述宽带数字化电路只能在发射机不发射的时候获得样本。

26.权利要求23的蜂窝通信设备，其中，所述宽带数字化电路可操作地用于在足够长的采样周期里收集被监视的一个信道的信号样本、以检测被调制在携带信息内容的通信信号上的接口信号。

27.权利要求23的蜂窝通信设备，其中，所述处理器可操作地用于检测从一个接口信号到一个相继的接口信号的信号极性变化，并且用于响应这一极性检测来识别提供这一接口信号的基站。

28.在包括具有用来跟多个移动蜂窝通信设备进行通信的发射机的多个基站的蜂窝通信系统中对通信业务的一种移动辅助切换方法，当该移动通信设备从一个基站的服务区漫游到另外一个相邻基站的服务区的时候操作该方法，该方法包括以下步骤：

通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率载波接收信道，来接收携带信息内容的通信信号；

将收到的不同频率载波接收信道中被选中的一个信道的通信信号，转换成不同频率接收信道中被选中的一个的通信信号所携带的信息内容的指示；

通过不能将载波接收信道转换为信息内容的指示的宽带数字化电路，在接收携带信息内容的通信信号的同时，监视接收到的多个不同频率载波接收信道的载波频率信号强度，所述监视包括用本地振荡器将包含所述多个不同频率载波接收信道的宽带频率信号分解成实部即同相信号和虚部即正交信号；和

向为这个移动通信设备提供服务的基站发射一个信号，该信号指示相对于其它基站发射机具有最大信号强度的至少一个相邻基站的身份。

29.权利要求28的方法，包括以下步骤：

通过分别跟所述多个不同基站发射机有关的多个不同频率载波发射信道中有关的被选中的一个，从所述移动通信设备向多个基站中被选中的一个发射携带信息内容的通信信号，和

通过不能将所述多个不同频率载波接收信道转换为信息内容的指示的宽带数字化电路，在所述发射装置发射所述携带信息内容的信号给多个基站中被选中的一个的同时，监视所述多个不同的频率载波接收信道。

30.权利要求28的方法，其中，在不转换的情况下的所述监视步骤仅在接收携带信息内容的通信信号的期间间歇地进行。

31.权利要求28的方法，所述在不转换情况下的所述监视的步骤仅选择多个不同载波接收信道中被分配给相关服务提供商的那些信道。

32.权利要求28的方法，包括可操作地将移动通信设备跟按照连续发射和接收通信协议工作的蜂窝无线通信系统的基站对接的步骤。

33.权利要求28的方法，其中，所述监视步骤包括对同相信号和正交信号进行数字化的步骤。

34.权利要求33的方法，其中，所述同相信号和正交信号有一个最大带宽，其中的数字化步骤是以一个大于同相信号和正交信号的最大带宽的两倍的数字化采样率进行的。

35.权利要求33的方法，其中，所述监视步骤包括在数字化以后对同相信号和正交信号进行傅里叶分析以确定多个不同频率载波接收信道的强度的步骤。

36.权利要求35的方法，其中，所述执行傅里叶分析的步骤是通过采用快速傅里叶变换进行的。

37.权利要求33的方法，其中监视装置的步骤包括在数字化以后按照加窗函数对同相信号和正交信号进行处理，以提高多个不同频率载波接收信道中相邻信道之间的鉴别力的步骤。

38.权利要求37的方法，其中，所述加窗函数是1+COS[Pi*(i-N/2)/N]，其中的N等于数字化样本总个数，i是样本索引，该样本跟该函数的值相乘以获得加权的样本值。

39.权利要求28的方法，其中，所述在不转换的情况下的监视步骤包括确定多个不同频率载波接收信道中每一个的各个单独的信号强度的步骤。

40.权利要求28的方法，其中，所述在不转换的情况下的监视步骤包括进行傅里叶分析以确定多个不同频率信道的信号强度的步骤。

41.权利要求28的方法，其中，所述监视步骤包括检测被监视信道之一的信号事实上是来自多个基站之一的信号而不是一个假信号的步骤。

42.权利要求41的方法，其中，所述检测步骤包括以下步骤：在接收装置没有接收被选中的那一个信道的携带信息内容的通信信号的一个时间周期中，获得被监视的那一个信道的信号样本，该通信信号被转换装置转换成信息内容的指示。

43.权利要求42的方法，包括发射信号给接收信道中被选中的一个的基站的步骤，并且其中该步骤允许所述检测步骤只在发射机不发射的时间周期内获得样本。

44.权利要求41的方法，其中，所述检测步骤包括收集在足够长的采样周期内被监视的一个信道的信号的采样、以检测被调制到携带信息内容的通信信号上的接口信号的步骤。

45.权利要求41的方法，其中，所述检测步骤包括检测从一个接口信号到一个相继的接口信号的信号极性变化的步骤，以及响应该极性变化检测装置以便识别提供接口信号的基站的装置。

46.一种蜂窝通信系统，包括：

多个无线电信号收发基站，用于按照连续通信系统协议在多个不同频率载波发射信道上发射携带内容的通信信号；和

一个移动通信电话，具有：

一个接收机，用于有选择地调谐在一个基站上，以便从多个基站之一接收携带信息内容的通信信号，和

宽带数字化电路，可操作地用来在从多个基站中被选中的一个接收携带信息内容的通信信号的同时，监视除了多个基站中的所选择的那一个以外的多个基站的信道的载波频率信号强度，而不用将相关的信号转换为信息内容的指示。

47.权利要求46的蜂窝通信系统，其中，移动蜂窝电话响应所述宽带数字化电路，向所述那一个选择的基站发射监视报告，发射该监视报告与发射来源于该移动蜂窝电话的携带编码信息内容的通信信号相结合。

48.权利要求47的蜂窝通信系统，其中，所述监视报告与语音信息一起多路复用到慢速随路控制信道上。

49.权利要求47的蜂窝通信系统，包括一个移动业务中心，它响应监视报告，将服务从所述一个选择的基站切换到另一个基站。

50.具有改进的信道扫描性能的一种蜂窝通信设备，包括：

用于通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率的载波接收信道来接收携带信息内容的通信信号的装置；

用于将这些不同频率的载波接收信道中被选中的一个的接收到的通信信号转换成由这些不同频率接收信道中被选中的那一个的通信信号携带的信息内容的一个指示的装置；

用于响应所述接收装置以便在所述接收装置接收携带信息内容的通信信号的同时监视多个不同频率载波接收信道上载波频率信号强度的装置；和

用于控制所述监视装置仅仅在接收携带信息内容的通信信号期间间歇地进行监视的装置。

51.在包括具有用来跟多个移动蜂窝通信设备进行通信的发射机的多个基站的蜂窝通信系统中对通信业务的一种移动辅助切换方法，当该移动通信设备从一个基站的服务区漫游到另外一个相邻基站的服务区的时候操作该方法，该方法包括以下步骤：

通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率载波接收信道，来接收携带信息内容的通信信号；

将收到的不同频率载波接收信道中被选中的一个信道的通信信号，转换成不同频率接收信道中被选中的一个的通信信号所携带的信息内容的指示；和

通过不能将载波接收信道转换为信息内容的指示的宽带数字化电路，在接收携带信息内容的通信信号的同时，监视接收到的该被选中的一个信道之外的多个不同频率载波接收信道的载波频率信号强度，所述监视包括检测被监视信道之一的信号事实上是来自多个基站之一的信号而不是假信号；和

向为这个移动通信设备提供服务的基站发射一个信号，该信号指示相对于其它基站发射机具有最大信号强度的至少一个相邻基站的身份。

52.一种用于无线通信系统的移动终端，包括：

处理器；

接收机，可操作地用来通过分别跟多个不同基站发射机有关的多个不同频率的载波接收信道来接收通信信号；

解调和解码电路，可操作地用来从所述信道中选择的一个信道中提取话音和数据信息；和

一个不能提取话音和数据信息的宽带数字化电路，响应所述处理器，可操作地用来在所述接收机接收所述选择信道的同时间歇地监视所述选择的一个信道之外的所述多个信道上的载波频率信号强度。

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