CN1330850A - 用于估算无线电网络功能所用的频率间测量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于估算无线电网络功能所用的频率间测量的装置,系统和方法。所描述的系统和方法,通过使用偏移调整对第一频率的测量,来估算第二频率的质量。通过使用所述的方法,利用提供“低成本”的测量机构,来支持显著平衡在两个或多个频带之间的负载的转移,增加了系统容量。通过该提议的方法,可以更频繁地执行转移,因此可将每一频带内的干扰保持在一个更佳的水平。

Description

用于估算无线电网络功能所用的 频率间测量的系统和方法
本发明涉及蜂窝无线电通信系统，更具体地涉及增加系统容量。通过提供主要促使保持在平衡的两个或多个频带的每一个中的负载的转移机构，来增加系统容量。因此，使这些频带的每一个中的干扰可保持在不引起严重性能降低的电平。
电信中的不断增涨强调增加蜂窝系统的容量。对于蜂窝通信可利用的有限频谱要求蜂窝系统具有增加的网络容量和对各种通信业务情况的适应性。尽管对于蜂窝系统的数字调制的引入增加了系统容量，但仅仅这些增加可能不足以满足对于容量和无线电覆盖的增加需求。其它的增加容量的措施，诸如减小城域网的小区的大小，对满足增涨的需求可能是必要的。
另一种增加容量的方法是通过使用扩频调制和码分多址(CDMA)技术。在典型的直接序列CDMA系统中，将要发送的信息数据流叠加到更高的符号率数据流上，有时称为扩展序列。将该扩展序列的每个符号通常称为片。对每个信息信号分配一个唯一的扩展码，用于通常通过周期性重复产生该扩展序列。通常通过在有时称为编码或扩展信息信号的方法中的乘法将该信息信号和该扩展序列组合。将一组扩展信息信号作为射频载波发送，并在接收机上作为复合信号一起接收。该扩展信号的每个在频率和时间上叠加所有其它的编码信号，以及与噪声相关的信号。通过将该复合信号与该唯一扩展序列的一个进行相关，则可将相应的信息信号分离和译码。因为在CDMA系统中的信号在频率和时间上互相重叠，故通常将它们称为自干扰。
可将移动通信系统的覆盖区域细分为依赖于该系统的小区。可将一个小区定义为由一个基站覆盖的区域。该基站通常位于小区的中心。每个小区可以是覆盖360度的全小区(omnicell)或可将该小区分为几个扇区，例如每覆盖120度的三个扇区，称为物理扇区。
该基站是作为移动站(MS)和固定网络之间的接口。在呼叫情况，可将MS经过一个频带的一个或多个逻辑扇区连接到一个(或多个)基站(BTSs)。将由该MS用于与该BTS通信的逻辑扇区称为活动组(active sets)。
在移动通信系统中，将下行链路(DL)和上行链路(UL)用于发送数据到BTS和从BTS到MS。该BTS经DL发送数据给MS，而经UL将数据从MS发送到BTS。该UL和DL可利用两个频带。通常，在移动通信系统中，UL或DL的两个频带的一个通常可能被使用的比另一个频带多。因此，会有对该两个可利用频带和对应的系统资源的不平衡使用。例如，多数的信息可能在一个频带上传输，而只有很小的传输负载是在另一频带上。所以，该系统浪费了它的容量。
因此，有一种避免频带和系统资源的不平衡使用的需要。因此，希望每个MS能够执行从一个频带向另一个的转移，以便在两个可利用的频带之间相等地分配整个系统的传输负载。
图1表示一个典型的小区10。将该小区10分为三个物理扇区12，14和16。将物理扇区12分配给逻辑扇区18和20。将逻辑扇区18指定给频带f1。将逻辑扇区20指定给频带f2。同样，将物理扇区14分配给逻辑扇区22和24。将逻辑扇区22和24分别指定给频带f1和频带f2。将物理扇区16分配给逻辑扇区26和28。将逻辑扇区26和28分别指定给频带f1和频带f2。
经过逻辑扇区18，20，22，24，26和28在每个物理扇区12，14和16的频带f1和频带f2上完成传输。将同一物理扇区中的逻辑扇区称为同级。例如，逻辑扇区18和20是同级。本领域的普通技术人员会理解，可能在某些情况下只有物理扇区的一个逻辑扇区可支持在单一频带上的业务信道。因此，在这些情况下，一个逻辑扇区可发送一个只用于支持测量的信号。通常将此称为信标(beacon)。
本领域的普通技术人员还会理解，可以将该小区10分为具有任何数目逻辑扇区和任何数目频带的任何数目的物理扇区。
传统的转移程序有一些缺点。例如，由于MS的硬件限制，该MS每次可能只能执行对两个或多个频带的一个的测量。结果，对于任何物理扇区该MS可完成对于两个逻辑扇区的一个而不是它的同级的质量测量。另外，一个逻辑扇区和它的同级的覆盖区可以是不同的。
因此，希望MS能够同时对多个频带而不是如前所知的单个频带完成传输质量测量。作为结果，对于任何的物理扇区，MS将能够确定对于多个逻辑扇区(包括它的同级)的传输质量测量。此外，希望当一个逻辑扇区与它的同级的覆盖区域不同时能完成这种测量，而且，希望得到关于其它频带上的传输质量的信息，以使MS执行频率间转移。
通过本发明解决了与蜂窝通信相关的这些和其它问题。
在本发明的方法中，该转移或更精确地说，确定在蜂窝系统中执行转移的决定包括步骤：
对第一频带测量传输质量；
确定质量偏差；
根据该质量偏差和该测得的质量估算第二频带的传输质量。
估价在该转移过程中该估算的质量。
例如，移动站测量频带f1上的传输质量QF1，并通过将偏差QF1，2加到该测得的传输质量QF1上来估算在频带f2上的质量QF2。一旦该估算的传输质量QF2超过了质量阈值，就实行从频带f1到频带f2的频率间转移。由该系统操作员或由其它手段来确定该质量阈值。
移动站用质量偏差来估算一个逻辑扇区的质量，而不是使用对该逻辑扇区的实际测量。此外，应用该质量偏差使该移动站执行频率间转移，即使该移动站只能对一个频带执行传输质量测量。而且，根据在一个物理扇区中的活动移动用户的数量，可以显著地增加系统的容量，因为在该系统使用的两个频带上能够具有一个更平衡的负载。
在一个最佳实施方案中，对该第二频带估算传输质量的步骤包括步骤：将该质量偏差加到第一频带的传输质量上。
优点是，一旦在所选的频带上的传输质量超过预定的质量阈值就进行转移。
该方法特别适用于重新同步可用于改变传输中的频带的硬转移。在硬转移中，移动站在它开始从第二发送源接收信息之前停止从第一发送源接收信息。
该偏差最好依赖于在该频带上例如由基站的发射机发射的功率水平。
在蜂窝系统中的一个最好的质量估算装置包括用于对第一频带测量第一传输质量的测量装置和用于确定质量偏差的装置。处理装置通过将该质量偏差加到第一传输质量来估算第二频带的第二传输质量。可将该装置实施为在通信系统的一个节点的处理系统中执行的软件程序。
一个可取的控制装置包括上述的质量估算装置和用于确定质量阈值的装置。一旦该第二传输质量超过该质量阈值，该质量偏差是正的，就由该控制装置起动从第一频带到第二频带的转移。可将该控制装置设置在蜂窝系统的转换机中，例如，在MSC(移动交换中心)，BSC(基站控制器)，RNC(无线电网络控制器)或另一交换节点中，例如在GSM或UMTS的技术规范中所描述的。另外可将该控制装置设置在该蜂窝系统的移动站中。
根据本发明的最佳蜂窝系统包括至少一个基本收发信机站和一个在第一频带上彼此发送信号的移动站。该蜂窝系统对第一频带测量传输质量并确定质量偏差。该系统通过将该质量偏差加到第一频带的该传输质量上来估算第二频带的传输质量。该蜂窝系统包括具有至少两个逻辑扇区的至少一个小区，以便将这些逻辑扇区的一个指定给第一频带，将另一逻辑扇区指定给第二频带。
现在将参考附图描述本发明，其中：
图1表示将蜂窝系统的一个小区分为三个物理扇区，其中每个物理扇区包括两个逻辑扇区和两个频带；
图2表示一个具有三个小区的典型蜂窝系统；和
图3表示根据本发明的频率间转移。
在以下的描述中，目的在于说明而不是限定，所述的诸如具体电路，电路部件，技巧等具体细节是为了更好地理解本发明。然而，对于本领域的技术人员来说很明显，可以用不脱离这些具体细节的其它实施方案来实现本发明。在其它的例子中，忽略了对众所周知的方法、设备和电路的详细描述，以便不模糊本发明的描述。
为了简化本发明的讨论，以后将频带f1的最大范围称为小区的覆盖区域，小区边界，或简称为小区。另外，本领域的技术人员将认识到，一个频带的最大范围，即在该频带上基本收发信机站的发送最远的距离，在这里该移动站可以接收具有在预定阈值以上的信号强度或质量的信号。
尽管下面描述由移动站执行的某些测量和计算，而本领域的技术人员将认识到，另外可在蜂窝网络中进行这些测量和计算。另外，尽管下面描述在基本收发信机站中执行的某些计算，但本领域的技术人员将认识到，可以在该蜂窝网络的其它部分，例如，在无线电网络控制器中执行这些计算。
例如，尽管这里没有详细描述，本发明可应用到无线电通信系统，这些无线电通信系统可采用任何种类的接入方法，例如，频分多址(FDMA)，时分多址(TDMA)，码分多址(CDMA)，宽带码分多址(WCDMA)，或它们的任何混合。
在讨论根据本发明的示例性越区切换程序之前，下面描述通常的越区切换程序。在某些通常CDMA系统中，将控制信息经过控制信道或导频信道广播到移动站，如在UMTS技术规范中所定义的，在该领域中该信道称为Perch信道或主公共控制物理信道(PCCPCH)。为了易于说明，这里将该控制信道称为Perch信道。例如，将逻辑广播控制信道(BCCH)映射到在该Perch信道中的信息字符。该BCCH传送小区特定信息(例如，小区标识和扇区标识)，与系统相关的信息(例如，发射功率，上行链路干扰功率)，和小区专用的相邻小区信息(例如，由相邻小区使用的长码，移动站将在其上进行测量的相邻小区等等)。为了移动站识别越区切换到的其它基本收发信机站，该移动站使用如上述提供的该长码来识别该周围基本收发信机站的该Perch信道。使用这些长码该移动站可进行与相邻小区相关的该Perch信道的连续测量，以识别作为越区切换后选的可能的基本收发信机站。
在通常的CDMA系统中，当移动站正在使用诸语言的实时业务进行通信时，该移动站正在不断地进行发送和接收。因此，在典型的CDMA系统中，在不具备第二接收机的情况下移动站不能对其它频率进行测量。然而，第二接收机增加了该移动站的质量和复杂性。一种建议的使移动站对另一频率进行测量的解决方案是改变传输的占空因数，使之操作在所谓的“压缩模式”。在该压缩模式中，在时间上压缩在该业务信道中的信息并以比正常短的一个或多个短脉冲串发送。因为在较少的时间中接收在该业务信道上的信息，该移动站可使用多余的时间对其它频率进行测量。然而，对于同样的信息量使用较少的时间意味着必须采用更高的传输速率。这种高的传输速率导致了所用功率的增加，也导致了更大的干扰量。因此，希望在没有另外的接收机和不采用压缩模式的情况下对在其它频率上发送的Perch信道能够进行测量。
根据本发明，可将用于确定对于一个特定的移动站与基本收发信机站之间的连接是否该第二频带f2具有一个可接受的信号质量的方法称为等距法(offset method)。根据这个方法，如果作出了越区切换决定，将在频带f1上发送的Perch信道1与在频带f2上发送的Perch信道2之间的功率水平偏移通知给该移动站或该基本收发信机站。因为该移动站已经在测量频带f1上的Perch信道1，故是否该频带f2提供可接受的信号质量的决定可考虑这个功率水平偏移。例如，越区切换决定可基于到该基本收发信机站的路径损耗，通过从该基本收发信机站发送该Perch信道的功率减去该接收的Perch信道功率可得到该路径损耗。在本领域的技术人员将认识到，该越区切换还可基于其它的参数，例如，信噪比，接收信号强度指示(RSSI)，延迟，误码率(BER)，误帧率(FER)，或这些参数的任何组合。
图2举例表示了具有小区A，B和C的一个蜂窝系统。这些小区A，B和C使用频带f1。小区A，B和C在第一频带f1上扩展通信信号。这些小区在共享的区210和220上彼此重叠，使得在转移中对正在进行的呼叫有最少的中断。因此，当通过频带f1正在与小区A内的基本收发信机站通信的移动站200，从完全包含在小区A内的区域移动到共享区210时，在移动站200和小区A之间的该连接将产生对小区B中的连接的干扰，在越区切换到小区B之前它也在频带f1上通信。该移动站200将测量Perch信道1的接收功率。当移动站200正在测量小区B中的频带f1上的Perch信道时，该Perch信道可将频带f1的发送功率和在频带f1和小区B中的频带f2之间的功率偏移通知给该移动站200。然后该移动站200计算频带f1的路径损耗。通过加上离移动站200对小区B中的频带f1所确定的路径损耗的偏移值，该移动站200可估算对于频带f2的路径损耗。根据频带f1上的发送功率与频带f2上的发送功率相比较的关系，该偏移值可能是正的或负的。
当Perch信道1上所测量的质量减小到某个阈值以下时，移动站可决定从频带f1越区切换到频带f2。同样，当在频带f2上发送的Perch信道2上所测量的质量增加到某个阈值以上时，移动站将从频带左越区切换到频带f1。本领域的技术人员将容易认识到，如果该越区切换决定是根据RSSI或SIR则可实施同样的阈值。
有时，在某个物理扇区内的许多移动站对两个频带中的一个(例如，频带f1)另一频带(f2)上的只有几个执行传输。在这种情况下，系统性能是有些不平衡的，即由于大量使用使频带f1上的性能降低时，对频带f2只有很轻的系统负载。因此，为了在两个频带上增加整个系统性能，希望在两个频带中等同地分配用户。在上面例子的情况，移动站必须能够执行从一个频带到在同一或不同物理扇区中的另一个的频率间转移。以下面的方式执行这种频率间转移，即，该移动站对几个逻辑扇区测量传输质量，并将这些质量与预定的质量阈值比较。本领域的一个普通技术人员会理解，用于比较频率的传输质量可能是几种类型。例如，在WCDMA系统中，可能利用该接收的每片的能量除以在该频带中的噪声功率密度(Ec/No)。另外，也可利用将该接收信号码功率除以干扰信号码功率，称为信号对干扰之比(SIR)。可将该SIR定义为该接收信号码功率(RSCP)除以该干扰信号码功率(ISCP)。另外，可以利用该路径损耗(即，该发送功率减去该接收信号码功率)。
将这些质量测量滤波一个预定的滤波器长度是重要的。其原因是，对于转移焦点是得到该信道的长期特征信息(慢衰落)，而不是它的短期特征(快衰落效应)。由于将对两个频带f1和f2的该长期信道特征进行相关，故通过只对频带f1测量传输质量，并将一个适当的偏移值加到对频带f1所测得的该传输质量上，可以估算频带f2的传输质量。例如，对于路径损耗，假设对于慢衰落和路径损耗的信道动态特性大大地大于快衰落，即动态(慢衰落＋路径损耗/动态(快衰落)＞＞1
根据本发明，因为该移动站在能对两个频带(f1和f2)测量DL，故通过对第一频带f1测量传输质量，并将一个适当的偏移加到这个第一频带f1的传输质量上，该移动站可估算第二频带f2的传输质量。该偏移可以是在频带f1上的DL传输功率与在频带f2上所用的DL传输功率之比的函数。例如，对于计算该偏移的直接方案是，取频带f2上的DL传输功率与频带f1上所用的DL传输功率之比，以dB(分贝)给出：
偏移＝10log[DL功率(频带f2)/DL功率(频带f1)]
因此，举例来说，如果在频带f2上发送的DL功率是在频带f1上发送的DL功率的两倍，则该偏移值是+3dB。相反，如果在频带f2上发送的DL功率是在频带f1上发送的DL功率的一半，则该偏移值是-3dB。
应用这种扇区特定的偏移，与该移动站相关的处理器可计算和估算频带上的质量，而它不能测量该质量。这个方法使该移动站在一个物理扇区内完成从频带f1到频带f2的频率间转移。
图3通过举例表示根据本发明的频率间转移的示范性实施例。移动站(未示出)测量频带f1上的传输质量QF1，并通过将偏移QF1，2加到该测得的传输质量QF1上，来估算频带f2上的传输质量QF2。以这个方法估算同级扇区的质量得到结果是，在不同频带之间的质量差值是不变的。由于这个判定为使得从具有更好质量的频带到另一频带的转移(例如，如果该偏移QF1，2是正的则从估算频带f1到测量频带的转移，如果该偏移是负的则从测量的频带f1到估算频带)，定义一个绝对质量阈值。一旦该估算的传输质量QF2超过了绝对质量阈值，例如，(在这个例中的路径损耗阈值)，就可实行从频带f1到频带f2的频率间转移。可由系统操作员或由其它手段来确定该质量阈值。
根据本发明，由移动站使用质量偏移来估算该移动站不能对其执行测量逻辑扇区的质量。
此外，应用该质量偏移使该移动站完成频率间转移，即使该移动站只能执行对一个频带的质量测量。另外，根据在一个物理扇区中的活动移动用户的数量，因为对该系统所用的两个频带可能具有更平衡的负载，所以可显著地增加系统容量。
根据本发明，使用该扇区特定的偏移，该MS能计算该移动站不能对其执行测量的一个频带上的一个逻辑扇区的质量估值。这一特征使得能够进行不同频带的逻辑扇区之间的转移。此外，在信息传输所用的两个频带之间的通信业务负载更加均衡。因此，将更有效地使用系统资源。与该系统包含两个频带但由于该MS只能同时进行对一个频带的测量而不能执行转移的情况相比，深信会改善系统的容量。
通过不将本发明局限于此的示范性实施例描述了本发明。对于本领域的技术人员来说，在不脱离在权利要求书中所限定的本发明范围的精神之下，可进行许多修改和变化。

Claims (10)

1.一种在蜂窝系统中执行转移的方法，该方法包括步骤：
测量在第一频带上的传输质量；
确定质量偏移；
根据该质量偏移和该测量的质量估算第二频带的传输质量；和
估价在该转移程序中的该估算质量。
2.根据权利要求1的方法，估算第二频带的传输质量的步骤包括步骤：将质量偏移加到第一频带的传输质量上。
3.根据权利要求1或2的方法，其中一旦所选频带上的传输质量超过预定的质量阈值，就进行转移。
4.根据前面任何权利要求的方法，其中该转移是硬转移。
5.根据前面任何权利要求的方法，其中该偏移依赖于在该频带上发送的功率水平。
6.一种在蜂窝系统中的质量估算装置，包括：
测量装置，用于测量在第一频带上的第一传输质量；
确定装置，用于确定质量偏移；
处理装置，通过将该质量偏移加到该第一传输质量上，来估算第二频带上的第二传输质量。
7.一种控制装置，包括权利要求6的质量估算装置，还包括用于确定质量阈值的装置，其中一旦该第二传输质量超过该质量阈值，如果该质量偏移是正的，就开始从该第一频带向该第二频带的转移。
8.根据权利要求7的控制装置，其中将该控制装置设置在该蜂窝系统的交换机中。
9.根据权利要求7的控制装置，其中将该控制装置设置在该蜂窝系统的移动站中。
10.一种蜂窝系统包括在第一频带上相互发送信号的基本收发信机站和移动站，该蜂窝系统测量第一频带上的传输质量，其中该蜂窝系统确定质量偏移，并通过将该质量偏移加到第一频带的传输质量上来估算第二频带上的传输质量，其中该蜂窝系统包括具有至少两个逻辑扇区的至少一个小区使得将该逻辑扇区的一个指定给第一频带而将另一个逻辑扇区指定给第二频带。
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