CN1461536A - 响应于信号强度动态调整搜索窗大小 - Google Patents

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Abstract

时隙模式无线通信系统中的远端单元调整搜索窗大小的一种方法和设备。在时隙模式通信系统中，远端单元在它的分配时隙期间处于“工作状态”。当处于工作状态时，远端单元中的控制器把选定的搜索参数组传递给搜索引擎。搜索引擎在基站上用选定的搜索参数组进行搜索。响应于测得的第一基站信号的信号强度，对一个搜索参数(搜索窗大小)进行调整。远端单元在搜索其他基站时使用调整的搜索窗大小。

Description

响应于信号强度动态调整搜索窗大小
I.发明领域
本发明涉及无线通信系统。本发明尤其涉及在无线通信系统中，远端单元为了搜索基站，响应于较佳基站的信号强度而动态调整搜索窗大小。
II.发明背景
无线通信系统可以包括多个远端单元和多个基站。图1示例了具有三个远端单元10A、10B和10C和两个基站12的地面无线通信系统的实施例。在图1中，这三个远端单元显示为在汽车10A中安装的移动电话单元、便携式计算机远端单元10B和固定位置单元10C(比如可在无线本地环路或读表系统中找到)。远端单元可以是任何类型的通信单元，比如手持式个人通信系统单元、个人数据助理之类的便携式数据单元或固定位置数据单元(比如读表设备)。图1示出了从基站12到远端单元10的前向链路14和从远端单元10到基站12的反向链路16。
远端单元和基站间通过无线信道的通信可以利用促进有限频率频谱中有大量用户的各种多址技术的其中之一来完成。这些多址技术包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)。CDMA的工业标准在题为“Mobile Station-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread SpectrumCellular System”的TIA/EIA临时标准TIA/EIA/IS-95以及它的后续成果(在这里统称为IS-95)中提出，它的内容通过引用完全合并在这里。关于CDMA通信系统的附加信息是在美国专利号为4901307题为《SPREAD SPECTRUN MULTIPLE ACCESSCOMMUNICATION SYSTEM USING SATELLITE OR TERRESTRIAL REPEATERS》(‘307专利)的专利中公开的，它已转让给本发明的受让人并通过引用完全合并在这里。
‘307专利中，公开了多址技术，每个都具有收发机的大量移动电话系统用户通过使用CDMA扩展频谱信号通过基站进行通信。在‘307专利中公开的CDMA调制技术提供了优于其他用于无线通信系统中调制技术比如TDMA和FDMA的许多优点。例如，CDMA允许频率频谱被重复利用多次，由此系统用户容量得到了增加。此外，CDMA技术的使用还通过缓解负面多径效应(比如衰落)使得陆地信道的特殊问题得到克服，进一步开拓了它的优点。
在无线通信系统中，信号在基站和远端单元间传播时可以穿行若干不同的传播路径。由无线信道特性产生的多径信号对通信系统提出问题。多径信道的一个特性就是在通过信道发送的信号中引入了时间扩展。例如，如果通过多径信道发送理想脉冲，那么所接收的信号呈现为脉冲流。多径信道的另一个特性就是通过信道的每条路径可以导致不同的衰减因数。例如，如果通过多径信道发送理想脉冲，那么所接收脉冲流的每个脉冲一般对于其他所接收的脉冲具有不同的信号能量。多径信道还有另一个特性就是通过信道的每条路经在信号上可以导致不同的相位。例如，如果通过多径信道发送理想脉冲，那么所接收脉冲流的每个脉冲一般对于其他所接收的脉冲有不同的相位。
在无线信道中，通过来自环境中诸如建筑物、树木、汽车和人等障碍物的信号反射产生多径。因此，由于产生多径的结构的相对运动，无线信道一般是时变多径信道。例如，如果通过时变多径信道发送理想脉冲，那么所接受的脉冲流在时间延迟、衰减和相位上都随发送理想脉冲的时间变化。
信道的多径特性可影响由远端单元接收的信号，导致信号的衰落等各种后果。衰落是多径信道相位特性所导致的结果。当破坏性地相加多径矢量，产生幅度比任一单独矢量要小的接收的信号时，衰落就发生了。例如，如果通过具有两个路径的多径信道发送正弦波形，其中第一路径具有XdB的衰减因数、δ的时间延迟以及Θ弧度的相移，而第二路径具有XdB的衰减因数、δ的时间延迟以及Θ+π弧度的相移，那么在信道的输出就没有接收到信号，这是因为两个幅值相同相位相反的信号互相抵消了。这样，衰落对无线通信系统的性能具有严重的负面影响。
在多路径环境中，需要优化CDMA通信系统来进行工作。例如，用高频伪噪声(PN)序列来调制前向链路和反向链路信号。PN调制使同一信号的许多不同的多径实例可以通过使用“分离多径”(rake)接收机的设计独立接收。在分离多径接收机中，一组解调单元中的每一个都可以被分配给单独的信号多径实例。然后组合解调单元的解调输出来生成组合的信号。因此，所有的多径信号实例，必须一起衰落，其后组合信号才会经历一次深度衰落。
在基于CDMA工业标准IS-95的通信系统中，多个基站中的每一个都发射具有公共PN序列的导频信号。每个基站所发射的导频信号都和相邻的基站在时间上有偏移量，这样信号可以在远端单元相互区分开。在任一给定时刻，远端单元可以从多个基站接收到多个导频信号。用本地PN生成器产生的PN序列的拷贝，远端单元可以搜索整个PN序列。用搜索的结果，远端单元中的控制器根据时间偏移量可以区分出多个基站的导频信号。
在远端单元中，控制器用于分配解调单元给可获得的多径信号实例。搜索引擎用于提供关于接收信号的多径分量的数据给控制器。搜索引擎测量基站所发射导频信号的多径分量的到达时间和幅度。多径环境对公共基站发射的导频信号和数据信号所产生的影响是非常类似的，因为信号同时经过相同的信道。因此，确定多径环境对导频信号产生的影响使控制器可分配解调单元给数据信道多径信号的各个实例。
搜索引擎通过搜索潜在PN偏移的序列，以及测量在每个潜在PN偏移接收到的导频信号的能量，确定远端单元附近的基站的导频信号的多径分量。控制器评估对应于潜在偏移的能量，并且如果它超过阈值，就分配信号解调单元给该偏移。在美国专利第5490165号，题为《DEMODULATION ELEMENT ASSIGNMENT IN A SYSTEMCAPABLE OF RECEIVING MULTIPLE SIGNALS》(‘165专利)的专利文件中揭示了根据搜索器能量电平来分配解调单元的一种方法和设备，上述专利已转让给本发明的受让人。
图2示出了到达远端单元的来自基站的单个导频信号的一组多径信号示例。垂直坐标轴代表接收的功率分贝(dB)数。水平坐标轴代表由于多径延时造成的信号示例到达时间的延迟。朝向纸面内部的坐标轴(未示出)代表时间段。在纸上同一平面中的每个信号峰值都同时到达，但由基站在不同时间发射。每个信号峰值22-27都经过了不同的路径，因而呈现不同的时间延迟、不同的幅度以及不同的相位响应。由峰值22-27表示的六个不同的信号峰值代表严重的多径环境。典型的市内环境将产生较少的可用路径。系统的噪声下限由具有较低能量电平的峰值和斜降来表示。搜索引擎的任务是为潜在的解调单元分配识别信号峰值22-27的时延(如水平轴所测量的)以及幅度(如垂直轴所测量的)。
值得注意的是，如图2所示，每个多径峰值在幅度上都随时间变化，这一点可以从每个峰值的不平坦的脊部看出来。在所显示有限的时间内，多径峰值没有显著的变化。在更长的时间范围内，多径峰值将消失，而随着时间的发展，将会产生新的路径。多径峰值可能随着时间而合并在一起或是模糊成宽的峰值。
通常，搜索引擎的工作由控制器监视。控制器命令搜索引擎步进越过一组偏移量(称为搜索窗口)，它很有可能包含适合分配给解调单元的一个或多个多径信号峰值。对于每个偏移量，搜索引擎把它发现偏移的能量回告控制器。然后控制器可将解调单元分配给搜索引擎识别出的路径(即让这些单元的PN生成器的定时基准和所识别的路径的定时对准)。一旦解调单元已锁定在信号上，它随后就可以在不需要控制器监控的情况下自己跟踪该路径，直到该路径完全衰落或该解调单元被控制器分配给另一路径。
如前面所指出的那样，给定地理区域中的每个基站都分配到公共PN导频序列的序列偏移量。例如，根据IS-95，PN序列有215个码片，并且每26.66毫秒(ms)重复一次，它被系统中的每个基站作为导频信号在512个PN序列的偏移量中的一个上发射。根据IS-95的操作，基站持续地发射导频信号，导频信号可被远端单元用来识别基站以及其它的功能，例如确定远端单元所处的多径环境，以及远端单元定时和基站定时的同步。
在刚开启电源期间，或是远端单元丢失导频信号的任何其它情况下，如进行硬切换到另一工作频率时，远端单元检测导频序列的所有可能PN偏移量。通常，搜索引擎在所有可能的PN偏移量上测量导频信号强度，并以在相应偏移量产生的导频信号精确测量的测量速率继续下去。按照这种方法继续进行，搜索引擎确定地理上靠近远端单元的基站的PN偏移量。按照这种方法搜索每个PN偏移量可以根据捕获期间的信道条件，在从几百毫秒到几秒钟之间的任何时间进行取值。远端单元用来重新捕获导频信号的这个时间量对于远端单元的工作是有害的，并且可能引起远端单元的使用者的厌烦。
图3示出了在水平轴上的PN空间的一个扩展部分。三个峰值组30，32，34代表了来自三个基站的发射。如图所示，从每个基站来的信号都经历了不同的多径环境。同样，每个基站都有相对于PN基准36的不同的PN偏移量。这样，控制器可以为任一识别到的基站选择一组对应于搜索窗口的PN偏移量。这使得远端单元可以通过适当分配解调单元同时解调来自多个基站的信号。
在一般的CDMA通信系统中，远端单元继续地和基站间建立双向通信。例如，当不处理通话时，蜂窝电话在很长一段时间内保持空闲状态。然而，为了确保接收了所有给远端单元的消息，远端单元继续监视通信信道，即使当它空闲时。例如，在空闲时，远端单元监视来自基站的前向链路信道，来检测进入的呼叫。在这种空闲状态期间，蜂窝电话继续消耗电量来维持监视来自基站的信号所需的工作。很多远端单元都是便携式的，并且是由内部电池来供电的。例如，个人通信系统(PCS)手持设备几乎无一例外地都用电池供电。远端单元在空闲模式下对电池资源的消耗减少了在发出或接收呼叫时所能够提供给远端单元的电池资源。因此，就需要使远端单元在空闲状态下的耗电量最小化，从而提高电池寿命。
在美国专利第5392287号，题为《APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING POWERCONSUMPTION IN A MOBILE COMMUNICATION RECEIVER》(‘287专利)的专利中揭示了在通信系统中减少远端单元的功耗的设备和方法，上述专利已转让给本发明的受让人并在这里通过引用完整合并在这里。在‘287专利中，揭示了一种用来减少远端单元在空闲模式下(即远端单元没有进行和基站间的双向通信)耗电量的技术。在空闲状态中，每个远端单元周期性地进入“工作”状态，在该状态期间它在前向链路通信信道上准备并接收消息。在连续的两个工作状态之间的时间段，远端单元进入“非工作”状态。在远端单元的非工作状态期间，基站不发送任何消息给该远端单元，尽管它可以发送消息给系统中其它的处于工作状态的远端单元。
如‘287专利中所揭示，基站在“寻呼信道”上广播消息，这些消息被基站覆盖区域内的所有远端单元的接收。基站覆盖区域内的所有空闲远端单元监控该寻呼信道。该寻呼信道在时间上被分成连续的“时隙”流。每个工作在时隙模式的远端单元只监控分配给它作为分配时隙的特定时隙。寻呼信道在编号的时隙中持续地发送消息，重复该时隙序列，例如，每640个时隙一次。当远端单元进入基站的覆盖区域时，或者如果远端单元刚刚开启电源，它将把它的存在通知给较佳的基站。通常，该较佳基站是远端单元测量到的具有最强的导频信号的基站。
该较佳基站，连同多个地理上靠近的相邻基站，在它们各自的寻呼信道内为该远端单元分配一个或多个时隙来进行监控。如果有必要的话，该基站使用该寻呼信道中的时隙来发送控制信息给远端单元。该远端单元还可以监视从较佳基站来的定时信号，该信号使得该远端单元在时间上可以和基站时隙定时对准。通过在时间上和较佳基站时隙定时对准该远端单元可以确定寻呼信道时隙序列是何时开始的。这样，知道了寻呼信道时隙序列何时开始，分配哪些时隙给该序列进行监控，重复的寻呼信道时隙序列中的时隙总个数以及每个时隙的长度，该远端单元就能够确定分配给它的时隙何时开始。
当基站在寻呼信道上，在不处于分配给该远端单元的时隙组内的时隙中进行发送时，该远端单元通常处于非工作状态。当处于非工作状态时，远端单元不监视基站所发送的定时信号，而是用内部时钟源来维持时隙定时。另外，当处于非工作状态时，远端单元可以切断所选电路的电源，例如，监视基站所发射的导频信号以检测无线信道中的变化的电路，包括搜索引擎。用它的内部定时，远端单元可以在下一个分配给它的时隙出现之前的一小段时间转换至它的工作状态。
当转换至工作状态时，远端单元提供电源给监控无线信道的电路，包括搜索引擎。搜索引擎用于重新捕获较佳基站的导频信号，并检测无线信道上的变化，这些变化可能是由于远端单元的移动，或是基站的覆盖区域内物体移动而引起的。除了重新捕获导频信号之外，远端单元可以完成准备在分配给它的时隙的开始处接收消息的其它任何操作或初始化。
当远端单元进入工作状态时，它可以在寻呼信道中它的分配时隙上接收消息，并响应来自基站的命令。例如，可以命令远端单元激活“话务”信道来响应进入的呼叫而建立用于进行接下来的语音通信的双向通信链路。如果没有来自基站的消息，或者没有命令要求远端单元保持工作状态，在分配时隙结束时远端单元将回到非工作状态。另外，如果基站命令远端单元立即回到非工作状态，远端单元将这样做。
在远端单元的工作状态期间，该单元的搜索引擎测量较佳基站的导频信号强度，以及相邻基站的导频信号强度。如果远端单元从一个基站的覆盖区域进入另一个相邻基站的覆盖区域，远端单元就需要切换到相邻的基站上。当相邻基站所发射的导频信号强度变得足够大于较佳基站时，将发生切换。当发生切换时，相邻基站被指定为较佳基站。在切换之后，在下一个工作状态，远端单元监控新的较佳基站的寻呼信道，以接收消息和命令。
除了提供数据用于确定何时应该发生切换之外，搜索较佳基站的导频信号使得远端单元可以进行调整来补偿在多径环境中的变化。例如，如果多径信号实例衰减到无法使用的点时，该远端单元可以因此而重新分配解调单元。
知道了较佳基站的标称PN偏移量，以及相邻的基站组，控制器通常把一组搜索参数传递给搜索引擎，指出可能发现导频信号的多径信号实例的PN偏移量。在完成了搜索之后，搜索引擎把搜索结果传递给控制器。控制器分析该搜索结果，并为下一次搜索选择一组搜索参数。在选择了新的搜索参数之后，控制器把参数传递给搜索引擎，并重复搜索过程。一直重复该过程，直至远端单元再一次进入非工作空闲状态。
由于搜索可用的时间有限，希望减少完成任何单独基站的导频信号的搜索所需的时间。通过减少单个搜索所需的时间，可以在给定的时间段进行更多的搜索。增加搜索的基站个数提供了更稳固的无线通信系统，改善了远端单元监视多径环境以及更好地确定何时应该发生切换的能力。
因此，在本领域中需要一种减少完成基站信号搜索所需的时间的方法和设备。
                          发明概述
本发明通过提供一种系统和方法着手解决这些和其他需要，其中远端单元动态地调整搜索基站信号的PN空间部分。远端单元调整响应于远端单元所接收到的第一基站发射的信号特性而搜索的PN空间部分大小。
在本发明的一个方面，在远端单元测量第一基站所发射的信号强度。信号强度上的提高通常表明远端单元在地理上更加靠近基站，信号强度上的降低则表明远端单元在地理上更加远离基站。远端单元接收基站所发射的信号，并把它的本地定时同步到最早到达的该信号的多径。所有的基站都被同步，这样各个基站所发射的信号之间的PN偏移量(如，时延)相互之间将保持对准。这样，如果远端单元从第一基站接收到一个强信号，该远端单元就很有可能在地理上靠近该基站。另外，因为远端单元定时是和第一基站同步的，从第二基站来的能量不可能在时间上比从第一基站接收到的能量更早。因此，如果远端单元从第一基站接收到一个强信号，用于搜索第二基站所发射的信号的一组PN偏移量(称为搜索窗)将随着时间推移而减少。相反地，如果远端单元从第一基站接收到一个弱信号，该远端单元就很有可能在地理上远离该基站，且很有可能从第二基站来的能量在时间上接收得更靠近从第一基站接收到的能量。这样，随着时间推移，可以选择相应的更大的搜索窗。
在另一个方面，响应于接收到的信号强度所选择的搜索窗大小可以被用于一个搜索子集。由基站选择的并通知远端单元的默认搜索窗大小可以被用于剩下的搜索。例如，通知给远端单元的搜索窗大小可以在搜索5个特定基站中的4个时使用。由远端单元选择的较小的搜索窗，可以在5个搜索中剩下的1个期间使用。可以预期，远端单元还可以进行使用不同搜索窗大小的其他的搜索组合。
在另一个方面，第一基站是较佳基站，第二基站是多个相邻基站。另外，远端单元接收到的基站所发射的信号是导频信号。
在再一个方面，第一基站和远端单元之间的距离是根据例如全球定位系统(GPS)或其他提供了足够用于确定距离的信息的已知定位系统来估计的。远端单元可以使用这个距离信息来选择搜索窗大小。
                          附图简述
通过下面将要结合附图进行的详细描述将会更清楚本发明的特征、目的和优点，附图中相同参考符标识相应的部分，其中：
图1是示出典型现代无线通信系统的示意图。
图2是示出从单个基站到达远端单元的导频信号的多信号实例的示例组的示意图。
图3是示出从多个基站到达远端单元的导频信号的多信号实例的示例组的示意图。
图4是示出在时隙模式通信系统中在远端单元所分配的时隙从非工作状态转移到工作状态的示意图。
图5是远端单元的实施例框图。
图6是示出两个基站覆盖区域和一个远端单元的示意图。
图7是显示了远端单元接收到的从图6所示的两个基站来的示范导频信号。
图7A是显示了远端单元所接收到的第二基站的导频信号的扩展图。
图8是示出确定相邻基站搜索窗大小的流程图。
                         发明详述
图4示出了两个分离部分中存在的时间系列。上部41表示时间从左到右流逝的时隙的连续序列。下部42表示在时隙模式通信系统中远端单元工作状态和非工作状态之间转换期间发生的事件，其中时隙5是所分配的时隙。已扩展了下部的时间标度以便可以更详细地示出转换。
具体而言，图4的下部43示出了从非工作状态40到工作状态42的转换。在工作状态42中，远端单元在至少时隙5的一部分期间监控基站信号。在时隙5开始之前，远端单元从非工作状态40经过渡状态44转换到工作状态42。如上所述，工作状态40下，在远端单元中的所选电路未上电，这样减少了功率消耗并延长了远端单元的电池寿命。例如，可以在非工作状态40期间从搜索引擎去除电源。
在过渡状态44期间，重新把电源施加到远端单元的所选电路上。例如，如果搜索引擎未上电，就在过渡状态44中重新施加电源。过渡状态44的持续时间足以允许远端单元对电路进行上电并使功能初始化，以便远端单元运转，可在过渡状态44结束时进行搜索。
过渡状态44之后，远端单元进入工作状态42。工作状态42由两部分组成：准备时段46和所分配的时隙时段。在准备时段46期间，进行初始搜索重新捕获较佳基站的导频信号以便准备远端单元在所分配的时隙时段48监视寻呼信道。所分配的时隙时段48开始于时隙5的始端。
在所分配的时隙时段48期间，远端单元从较佳基站接收寻呼信道上的消息。额定在时隙5结束时，所分配的时隙时段48和工作状态42终止，并且远端单元进入非工作状态40。为了进一步减少远端单元的功率损耗，基站可以命令远端单元在时隙5结束之前进入非工作状态40。此外，如果基站不能在时隙5期间完成消息的发送，那么基站就可以命令远端单元在时隙5结束之后保持在所分配的时隙时段48中。随后，基站命令远端单元进入非工作状态40。进入非工作状态40，搜索就终止并且可从搜索引擎去除电源。
图5是显示远端单元50一部分的框图。接收器51接收无线链路信号。接收器51提供无线链路信号的接收和下变频，并且也提供在CDMA环境中的去扩展以及其他解调功能。接收器51在它的输出提供一系列的数字值。
根据熟知的无线链路协议，比如IS-95，在通过无线链路发送数据之前，该数据被分为一系列分组。在时间上重新排列分组以使在通过无线链路发送时分组的顺序是非时序的。发送分组的这个方法被称作为交织，并且再次排列分组的过程被称作为去交织。去交织器52进行去交织操作。去交织器52从接收器51接收样值并累计一系列分组数据。当接收了整组的分组，去交织器52就在时序上重排分组并把它们输出到解码器53。
在一个实施例中，解码器53是卷积解码器。卷积解码器的一种普通形式是Viterbi解码器。如以上所讨论，Viterbi解码器根据数据组产生软判决数据。当解码器缓冲器包含足够的数据时，把数据传递到消息分析器54。消息分析器54进行这样的操作：在消息中收集比特、计算并识别任何循环冗余码(CRC)或其他纠错码、把消息转换成内部格式、把已转换的消息复制到缓冲器里，并且把已转换的消息放置到适当协议任务的队列中。消息被一个字段一个字段地评估。总之，由控制器55控制解码器53和消息分析器54的过程。
控制器55还和存储在存储器(例如RAM或专用集成电路(ASIC)的一部分或其他合适的电子存储器)中的搜索列表56保持联系。另外，控制器55和搜索引擎57保持联系，以把搜索参数传递给搜索引擎57。搜索引擎57和数据阵列58进行通信，以把搜索结果存储在数据阵列58中。控制器55还和数据阵列58进行通信，从而提供控制器55对其中所存储的搜索结果的访问。在一个实施例中，控制器55是微处理器，在另外的实施例中，控制器55可以是ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑、模拟电路或其他控制电路。在另一个实施例中，控制器55和搜索引擎57两者可以在同一块ASIC上制成。另外，搜索表56和数据阵列58可以被包括在同一块或是不同的ASIC上。在其他实施例中，远端单元50中的配置可以通过固件来控制，并允许通过下载新的固件来现场更新。
总之，远端单元50的操作由在控制器55上实现的硬件和软件的配置控制。硬件配置可以通过固件、软件、离散设备的硬连线或以上任意组合建立。
当远端单元50刚开电源时，在搜索列表56中没有项。远端单元50可以根据在以上所参考的美国专利序列号第09/540128号题为《FAST ACQUISITIONOF A PILOT SIGNAL IN A WIRELESS COMMUNICATION DEVICE》(代理人档案号第PA990253号)的专利中揭示的技术或其他熟知的技术进行搜索以评估导频信号强度。在搜索完成时，把搜索结果存储在数据阵列58中。
在远端单元50根据熟知的技术捕获了较佳基站信号之后，基站根据IS-95把相邻基站的标称PN偏移量发送到远端单元50。远端单元50使用这些偏移量搜索相邻基站的导频信号并测量它们的导频信号强度。控制器55建立包括相邻基站标识、所测量的导频信号强度以及测量时间的搜索表56。在远端单元50随后的搜索期间，更新搜索表56中的项。这样，搜索表56保持相邻基站最近的相邻基站测量导频信号强度以及何时进行测量的指示。
在一个实施例中，只在进入图4所描绘的时隙时段48后，远端单元50才开始总搜索从相邻基站来的导频信号。在另一个实施例中，当远端单元仍然处于准备时段46时，开始总搜索从相邻基站来的导频信号，紧跟着的是重新捕获和与较佳基站保持一致。在总搜索期间，远端单元可以继续测量从较佳基站来的导频信号强度。
图6是示出了两个基站的覆盖区域的示意图，并展示了远端单元接收到的由基站所发射的信号与远端单元以及基站的位置有关的一些特性。第一基站60具有用圆区域62表示的主要覆盖区域。第二基站64具有用圆区域66表示的主要覆盖区域。实际系统中的基站的主要覆盖区域一般不是圆形的，而是不规则的形状，这是由于基站周围的物理环境所造成的。但是，圆形的几何形状便于讨论本发明的各个方面。
如图6所示，两个基站60和64的主要覆盖区域在一个公共区域68重叠。当远端单元穿过公共区域68时，它从第一基站60的主要覆盖区域转换至第二基站64的主要覆盖区域，要进行切换。
处于第一位置70的远端单元是处于第一基站60的主要覆盖区域中的。因此，远端单元把基站60指定为它的较佳基站。距离D1指出了从基站60发射的信号传输到在位置70上的远端单元的最短距离。在第一位置70的远端单元还从第二基站64接收信号。距离D2指出了从第二基站64发射的信号传输到在第一位置70上的远端单元的最短距离。如果远端单元重新定位到了第二位置76，它将更靠近较佳基站60，并更远离第二基站64。对于在第二位置76上的远端单元，距离D3指出了从较佳基站60发射的信号传输到该远端单元的最短距离，它小于距离D1。距离D4指出了从第二基站64发射的信号传输到在第二位置76上的远端单元的距离。
总之，由于如上所述的地面环境的多径属性，远端单元从基站接收多个信号。尽管远端单元可以接收传输了比最短距离更长的路径的信号，但是远端单元从不接收传输了比最短距离更短距离的信号。
图7是示出了从两个基站60和64所接收的，到达图6所示的远端单元的信号。水平轴表示的是从两个基站来的信号的到达时间上的PN偏移量，或时延，以PN码片为单位。垂直轴表示的是接收到的功率，以分贝(dB)为单位。较佳基站60的实际导频信号传输时间是PN偏移量102。当远端单元处于第一位置70时，它从较佳基站60以PN偏移量106接收发射信号。PN偏移量106对实际基站偏移量102延迟一段时间108。第一多径实例的时延108的最小值是由距离D1确定的，从较佳基站60到处于第一位置70的远端单元的信号必须经过距离D1。
当远端单元重新定位到第二位置76时，它以PN偏移量118接收从较佳基站60来的发射信号。第一多径实例PN偏移量110对实际基站偏移量102延迟一度时间112。时延112的最小值是由距离D3确定的，从较佳基站60到处于第二位置76的远端单元的信号必须经过距离D3。
一般而言，当信号传输的距离增加时，它衰减的程度就越大。图7中示出了这种增加的衰减。如图7所示，当较佳基站60和远端单元之间的距离减少时，通常远端单元接收的信号的幅度将增加，而相对于基站的实际传输时间的延迟将减小。
远端单元不能精确地确定时延108和时延112的值。但是，根据接收到的信号的幅度，远端单元可以估计何时时延相当短。本发明的一个实施例的工作正是基于这样的估计。
在图7中，第二基站64的实际导频信号传输时间是在PN偏移量118上。因为基站相互间同步，所以较佳基站和第二基站间的PN偏移量是恒定的，如固定PN偏移量120所示PN偏移量表示的那样。因此，第二基站总是在第一基站所发射的导频信号基础上延迟固定的PN偏移量120来发射它的导频信号。
远端单元用标称PN偏移量118估计相邻基站导频信号相对于较佳基站导频信号的到达时间的标称相对PN偏移量。第二基站64导频信号的估计到达时间对其实际传输时间延迟和较佳基站60到达时间对其实际传输时间的延时相同的量。如图7所示，当远端单元在第一位置70时，较佳基站60的导频信号在PN偏移量106上到达，在它的实际传输时间基础上延迟了PN偏移量102。这样，远端单元估计从第二基站64来的导频信号将在较佳基站导频信号到达后，在120所表示的它的标称PN偏移量上到达。这个过程导致了远端单元估计第二基站的导频信号的到达时间在PN偏移量122上发生。估计的到达PN偏移量122对实际导频信号传输PN偏移量118在时间上延迟了PN偏移量108的时延。
当远端单元移动到第二位置76时，较佳基站60的实际导频信号到达远端单元的时间是在PN偏移量110上。远端单元再一次相对于检测到较佳基站的PN偏移量110估计从第二基站64来的导频信号的到达时间。这个过程导致了远端单元估计第二基站64的导频信号的到达时间在PN偏移量124上发生。估计的到达PN偏移量124对实际导频信号传输PN偏移量118的在时间上延迟了PN偏移量112的时延。
当远端单元在地理上靠近较佳基站时，较佳基站的导频信号通常具有较小的衰减，因为信号传输了相对较短的距离，如图7中通过比较在PN偏移量110所接收的功率和在PN偏移量106所接收的功率所示。另外，在被远端单元接收之前导频信号经历了较小的时延。由于该时延减小，较佳基站实际发射它的导频信号的时间和导频信号到达远端单元的时间之间的时间差也是相当小的。
如上面讨论的那样，第二基站导频信号一般不是恰好在估计的时间上到达。由于导频信号所传输的距离以及多径环境，导频信号可以比估计时间早到或晚到。但是，第二基站64的导频信号可以到达远端单元的最早时间是第二基站实际发射导频信号的时间，即，PN偏移量118。因为相邻基站导频信号不可能在它的实际发射时间之前到达，如果估计到达时间和实际发射时间之间的时延很小，搜索窗的大小(一组PN偏移量)可以被限制为不包括在时间上早于PN偏移量118的PN偏移量。
如图7所示，通过对上面所讨论的远端单元的两个位置的所进行的第二基站的导频信号的估计到达时间的比较，展示了限制搜索窗大小的能力。如上文所讨论，当远端单元处于第一位置70时，导频信号的估计到达时间是在PN偏移量122。当远端单元移动到更接近较佳基站的第二位置76时，第二基站的导频信号的估计到达时间是PN偏移量124。两个估计到达时间的比较展示出了PN偏移量124是比PN偏移量122更好的对于实际发射偏移量118的估计。在每种情况下，第二基站的导频信号能够到达远端单元的最早PN偏移量是实际发射时间，PN偏移量118。
但是，因为其他因素可以影响较佳基站的接收导频信号强度，例如，噪声或干扰，所以就降低了限制搜索窗大小的能力。这样，在一个实施例中，根据接收导频信号强度所选择的搜索窗大小可以被用于一个搜索子集。基站所选择的、并通知远端单元的默认搜索窗大小可以被用于剩下的搜索。例如，通知给远端单元的搜索窗大小可以在搜索5个特定基站中的4个时使用。由远端单元选择的较小的搜索窗，可以在5个搜索中剩下的1个期间使用。另外，远端单元还可以进行使用不同搜索窗大小的其他的搜索组合。
图7A是图7的PN偏移量区域在第二基站导频信号的实际传输时间(PN偏移量118)附近的的扩展图。远端单元中的一般搜索窗的宽度是以估计到达PN偏移量为中心的121个码片。这个窗口大小导致了在导频信号的估计到达偏移量之前和之后各搜索60个码片。搜索窗140展示了以估计PN偏移量122为中心的搜索窗121码片宽度。搜索窗144展示了以估计PN偏移量124为中心的搜索窗121码片宽度。如图7A所示，搜索窗144的一部分可以发生在处于PN偏移量118的第二基站导频信号的实际发射之前。在第二基站导频信号PN偏移量118的实际发射之前发生的搜索窗144的区域148不需要搜索，因为发射第二基站导频信号之前无法接收该信号。只搜索搜索窗144的区域152将得到和搜索整个搜索窗144相同的搜索结果。因此，远端单元可以限制搜索窗不包括区域148的至少一部分。正如远端单元无法精确预测时延108和112一样，它也无法精确预测区域148的确切大小。但是，远端单元可以根据例如从较佳基站接收到的信号幅度估计区域148的大小。
尽管从较佳基站接收到的信号幅度可能受到距离之外的因素的影响，例如，噪声或干扰，但是仍然可以指出远端单元和较佳基站之间的距离。除去距离之外的可以造成信号强度的幅度变化的因素可能不允许用限制的搜索窗来进行所有的搜索。但是，如上文所讨论，一个搜索子集能够使用限制的搜索窗，并仍然达到相同的搜索结果。
如上文所讨论，当从基站来的信号发射和远端单元对该信号的接收间的时延减小时，可以限制搜索窗的大小。为了确定是否可以减小搜索窗的大小，远端单元可以评估从较佳基站60接收到的导频信号强度。如图7所示，当远端单元处于更靠近较佳基站60的第二位置76时，接收到的导频信号的强度和在第一位置70所接收的信号强度相比有所增加。如上文所讨论，信号强度的增加可能是因为导频信号传输了较短的距离而导致该信号的衰减较小。因此，可以推定较强的导频信号标志着远端单元可能更加靠近较佳基站。较佳基站的实际发射时间和到达时间之间的较小的差异产生了较接近第二基站实际发射时间的第二基站所发导频信号的估计到达时间。因而，可减小搜索窗的大小。
如上文所讨论，当第一基站对导频信号或其他信号的发射和远端单元对该信号的接收之间的时延改变时，可以调整搜索从第二基站来的信号的PN空间部分(搜索窗)。例如，当时延减小时，因为远端单元能够更精确地预测第二基站的信号发射时间，可以减小搜索窗大小。相反地，当时延增加时，搜索窗的大小可以相应地增加，因为预测第二基站的信号发射时间的精确度的不确定度增加了。
大体上，第一基站的信号发射和远端单元的信号接收之间的时延减小对应于第一基站和远端单元之间的距离上的减小。在一个实施例中，第一基站是较佳基站，第二基站是特定的相邻基站。较佳基站和远端单元之间的距离是根据远端单元所接收到的信号强度来估计的。在其他实施例中，较佳基站和远端单元之间的距离可以根据例如全球定位系统(GPS)或其他提供了足够用于确定距离的信息的已知定位系统来估计。
在一个实施例中，搜索窗是两种大小中的一种。一个搜索窗是以第二基站64的导频信号的估计到达偏移量为中心的。如果较佳基站60的接收导频信号强度超过了一个阈值，远端单元就使用确定了较小PN偏移量范围的第二搜索窗。第二搜索窗不是以导频信号的估计到达时间为中心的，而是进行了偏置，这样可以搜索对应于比估计到达时间迟的到达偏移量的更大的偏移量范围。例如，第一搜索窗140的持续长度可以是121个码片，其中心安排成搜索估计到达偏移量之前和之后各有60个码片。第二搜索窗144的持续长度可以是81个码片，其中心安排成估计PN偏移量之前有20个码片而在搜索标称PN偏移量之后有60个码片。上面例子中的搜索窗的大小和偏置纯粹是示范性的。本领域的普通技术人员将很清楚使用其它大小的搜索窗将不脱离本发明的要旨。大体而言，可以根据远端单元能够如何在和较佳基站的关系上精确确定它的位置来改变搜索窗的大小和偏置。
在另一个实施例中，有一系列的阈值和相应的搜索窗。当较佳基站的导频信号的信号强度超过了每个阈值时，将使用相应较受限制的搜索窗。当导频信号强度减小到低于一个或多个阈值时，将选择相应扩展的搜索窗。如果导频信号强度低于一个最小阈值，将选择以估计到达时间为中心的默认搜索窗。默认搜索窗大小可以由基站选择并通知远端单元。
在再一个实施例中，当所接收到的较佳基站导频信号强度在上阈值和下阈值之间改变时，可以连续地或是不定地调整搜索窗大小。例如，当较佳基站的导频信号强度提高并超过了上阈值时，将选择最小搜索窗大小，即使信号强度继续提高。如果导频信号强度低于下阈值时，将选择最大搜索窗大小，即使信号强度继续减小。在这两个阈值之间，搜索窗大小随较佳基站的导频信号强度反向改变。
在另一个实施例中，响应于接收到的信号强度所选择的搜索窗大小可以用于一个搜索子集。由基站选择的并通知远端单元的默认搜索窗大小可以用于剩下的搜索。例如，通知给远端单元的搜索窗大小可以在搜索5个特定基站中的4个时使用。由远端单元选择的较小的搜索窗，可以在5个搜索中剩下的1个期间使用。可以预期，远端单元还可以进行使用不同搜索窗大小的其他的搜索组合。
图8是示出了本发明的一个实施例的流程图，其中相对接收到的较佳基站的导频信号的信号强度调整和搜索窗的大小。在例如控制器上所运行的软件或固件的控制下，图8中所表示的过程可以在图5所描绘的远端单元中实现。流程开始于块200。流程继续至块220。在块220中，远端单元进入它的工作状态。在它的非工作和工作状态之间的过渡期间，远端单元提供电源给选定的电路，例如，搜索引擎。流程随后继续至块230。在块230中，远端单元进行搜索，重新捕获并测量较佳基站的导频信号的信号强度。流程随后继续至块235，远端单元从较佳基站接收对应于相邻基站的标称PN偏移量信息和默认搜索窗大小。流程继续至240。
在块240中，检验较佳基站的导频信号电平以确定它是否超过一个阈值。如果导频信号电平没有超过阈值，流程继续至块250。在块250中，把搜索窗大小设置为第一大小。流程随后继续至块270。回到块240，如果导频信号强度超过了阈值，那么流程将继续至块260。在块260中，根据较佳基站导频信号强度对搜索窗的大小做出调整。如上所文讨论，在一个实施例中，根据导频信号强度是否超过阈值将从两个大小中选择搜索窗的大小。这样，图8中，在块260选择第二搜索窗大小。在另一个实施例中，搜索窗大小是从一组搜索窗中选择的，该组搜索窗的大小将随着导频信号强度的提高和减小而分别增大和缩小。在再一个实施例中，搜索窗是响应于导频信号强度而连续调整的。在调整了搜索窗大小之后，流程继续至块270。
在块270中，利用搜索窗进行相邻基站导频信号的搜索。搜索基站的搜索窗可以是基站选择的并通知给远端单元的搜索窗，或者大小是在块250或260中确定的。另外，在块250或260中所选择的搜索窗大小可以用于一个搜索子集。例如，通知给远端单元的搜索窗大小可以在搜索5个特定基站中的4个时使用。由远端单元选择的较小的搜索窗，可以在5个搜索中剩下的1个期间使用。远端单元还可以进行使用不同搜索窗大小的其他的搜索组合。
在块270中继续搜索，直到较佳基站命令远端单元重新进入非工作状态或者到了分配时隙的结尾。流程随后继续至块280。在块280中，远端单元进入非工作状态。远端单元保持在非工作状态，直到发生了下一个工作状态，此时流程将继续至220。
尽管所讨论的实施例把本发明描述成涉及无线通信系统中较佳基站导频信号的应用，但是本领域的普通技术人员将很容易清楚所揭示的技术还可以应用于监视相互同步的多个源的任何系统。例如，该技术可配合用于从多个源(例如，低轨卫星)发送的数据信号或者因特网通信业务。
在下列文件中可以找到更多关于搜索过程、解调单元分配和搜索引擎的信息：
(1)美国专利号5644591，题为《METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMINGSEARCH ACQUISITION IN A CDMA COMMUNICATIONS SYSTEM》的专利；
(2)美国专利号5805648，题为《METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMINGSEARCH ACQUISITION IN A CDMA COMMUNICATIONS SYSTEM》的专利；
(3)美国专利号5867527和5710768，题为《METHOD OF SEARCHING FOR ABURSTY SIGNAL》的专利；
(4)美国专利号5764687，题为《MOBILE DEMODULATOR ARCHITECTURE FOR ASPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATION SYSTEM》的专利；
(5)美国专利号5577022，题为《PILOT SIGNAL SEARCHING TECHNIQUE FORA CELLULAR COMMUNICATIONS SYSTEM》的专利；
(6)美国专利号5654979，题为《CELL SITE DEMODULATION ARCHITECTURE FORA SPREAD SPECTRUM MULTIPLE ACCESS COMMUNICATIONS SYSTEMS》的专利；
(7)申请号08/987172，1997年12月9日提交的题为《MULTI CHANNELDEMODULATION》的专利；
(8)申请号09/283010，1999年3月31日提交的题为《PROGRAMMABLEMATCHED FILTER SEARCHER》的专利；以上每一个都已转让给本发明的受让人并通过引用整体地引入这里。
以上详细描述了本发明的某些实施例。然而可以理解不管以上所述如何详细，可以在不离开它的要旨和必要特征的情况下以其他特定形式具体化本发明。无论从哪方面来看所述的实施例只是说明性的并不是限制性的，因此由所附权利要求书而不是以上的描述来表示本发明的范围。在权利要求书等效含义和范围中的所有变化都包含在它们的范围内。

Claims (28)

1.一种通信系统中的远端单元所使用的选择一组PN偏移量的方法，在该通信系统中远端单元监视多个基站，所述多个基站以相互间固定的PN偏移量发送信号，其特征在于，该方法包括：
确定从选定基站来的信号发送和远端单元对所述信号的接收间的时延；以及
根据所述时延选择搜索其他非选定基站发送的信号用的一组PN偏移量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述时延包括：
测量从所述选定基站来的所述信号的强度；以及
根据所述测量的信号强度估计所述时延。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述时延包括：
确定所述选定基站和所述远端单元之间的距离；以及
根据所述测量的距离估计所述时延。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择搜索其他非选定基站发送的信号用的所述PN偏移量组包括：
如果所述时延减小，缩小所述PN偏移量组的大小；以及
如果所述时延增大，提高所述PN偏移量组的大小。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，选择搜索其他非选定基站发送的信号用的所述PN偏移量组包括：
从所述选定基站接收默认PN偏移量组；以及
搜索所述多个基站，其中一个搜索子集用所述默认PN偏移量组进行，而剩下的搜索用所述选择的PN偏移量组进行。
6.一种通信系统中的远端单元使用的调整搜索窗大小的方法，在该通信系统中远端单元监视多个基站，所述多个基站以相互间固定的时间发送信号，其特征在于，该方法包括：
确定从选定基站来的信号发送和远端单元对所述信号的接收间的时延；以及
根据所述时延选择所述远端单元用于搜索其他非选定基站发送的信号的搜索窗大小。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定该时延包括：
测量所述选定基站的所述信号强度；以及
根据所述测量的信号强度估计所述时延。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定所述时延包括：
确定所述选定基站和所述远端单元之间的距离；以及
根据所述测量的距离估计所述时延。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，选择用于搜索其他非选定基站发送的信号的搜索窗大小包括：
如果所述时延减小，缩小所述搜索窗的大小；以及
如果所述时延增大，提高所述搜索窗的大小。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，选择所述搜索窗的大小来把搜索窗大小限制到时间上早于所述非选定基站的预测到达时间。
11.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信号是导频信号。
12.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选定基站是较佳基站。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述非选定基站是相邻基站。
14.一种时隙无线通信系统中的远端单元所使用的选择搜索窗大小的方法，在该通信系统中具有多个基站，它们被配置成以和相邻基站不同的时间偏移量发送PN编码信号，至少一个远端单元被配置成接收所述基站发送的所述PN编码信号，其特征在于，该方法包括：
测量较佳基站发送的所述PN编码信号强度；
响应于所述PN编码信号的所述强度选择搜索窗；以及
为相邻基站发送的PN编码信号搜索所述搜索窗。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，选择所述搜索窗的大小来把搜索窗大小调整到时间上早于相邻基站的预测到达时间。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，如果所述较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度低于阈值，就选择第一搜索窗大小，如果较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度等于或超过阈值，就选择第二搜索窗大小。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，有多个阈值，且每当所述较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度跨越阈值时就改变搜索窗大小。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，大小选定的搜索窗用于搜索多个相邻基站。
19.一种时隙无线通信系统中的远端单元，在该通信系统中具有多个基站，它们被配置成以和相邻基站不同的时间偏移量发送PN编码信号，至少一个远端单元被配置成接收所述基站发送的所述PN编码信号，其特征在于，该远端单元包括：
用于测量较佳基站发送的所述PN编码信号强度的装置；
用于响应于所述PN编码信号的所述强度选择搜索窗的装置；以及
用于为相邻基站发送的PN编码信号搜索所述搜索窗的装置。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，如果所述较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度低于阈值，就选择第一搜索窗大小，如果较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度等于或超过阈值，就选择第二搜索窗大小。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，有多个阈值，且每当所述较佳基站发送的所述PN编码信号的所述强度跨越阈值时就改变搜索窗大小。
22.如权利要求19所述的远端单元，其特征在于，大小选定的搜索窗用于搜索多个相邻基站。
23.如权利要求19所述的远端单元，其特征在于，所述PN偏移量组被选择成比参考时间在时间上提早二十个码片到比参考时间在时间上迟后六十个码片。
24.一种用于无线通信系统的远端单元，其特征在于，包括：
搜索引擎，被配置成确定接收到的信号的信号强度，并搜索基站所发送的信号；以及
和所述搜索引擎进行通信的控制器，被配置成
把选定的搜索参数传递给搜索引擎，
接收搜索结果，
评估所述接收信号的所述确定的信号强度，
选择PN偏移量组来搜索基站所发送的信号。
25.如权利要求24所述的远端单元，其特征在于，所述控制器进一步被配置成响应所述确定的信号强度选择所述PN偏移量组。
26.如权利要求24所述的远端单元，其特征在于，所述控制器进一步被配置成如果所述确定的信号强度低于阈值电平，就选择所述PN偏移量的所述组的第一大小，如果所述确定的信号强度等于或超过所述阈值电平，就选择所述PN偏移量的所述组的第二大小。
27.如权利要求24所述的远端单元，其特征在于，所述控制器进一步被配置成有多个阈值，且每当所述确定的信号强度跨越一个所述阈值电平时就改变所述PN偏移量组的大小。
28.如权利要求24所述的远端单元，其特征在于，进一步包括：
由较佳基站通知给所述远端单元的默认PN偏移量组；
其中，所述控制器传递用于对基站发送的信号进行一些搜索的所述默认PN偏移量组以及作为响应所述确定的信号强度而选择的用于对基站发送的信号进行其他搜索的所述PN偏移量组。
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