CN1254144C - 由移动台和基站辅助的网络估计切换 - Google Patents

Abstract

在所描述的电信***中切换是根据在移动无线台与相邻小区的基站之间的上行链路和下行链路条件而被确定和规定的。移动无线电把对于相邻的小区的下行链路条件报告给网络，网络指示相邻小区的基站报告来自移动台的上行链路条件。网络根据上行链路和下行链路条件信息报告切换技术条件和移动台功率电平。

Description

由移动台和基站辅助的网络估计切换

                        发明领域

本发明涉及无线通信***，更具体地，涉及在相邻的小区之间有效地切换移动无线台的方法和设备。

                      发明背景和概要

在典型的蜂窝无线***中，地理区域被划分成由连接到无线网的基站提供服务的小区。蜂窝无线***中的每个用户(移动用户)配备有便携式、袖珍式、手持式、或安装在汽车上的移动台，它们与移动网通信话音和/或数据。每个基站包括多个信道单元，它们包含发射机、接收机和控制器，以及配备有用于在所有的方向上相等地发射的全向天线，或配备有定向天线，每个定向天线服务于一个特定的扇区形小区。每个移动台也包括发射机、接收机、控制器和用户接口，以及由特定的移动台识别器识别。第一个公共移动无线***是在1970年代后期与1980年代初期提出的。作为一个集合，现在熟知的那些***被称为“第一代”***。它们包括美国的“高级移动电话***”(AMPS)、斯堪的纳维亚的“北欧移动电话***”(NMT)、英国的“全接入通信***”(TACS)、和日本的“日本移动电话***”(NAMTS)。它们通常具有某些共同的传输特性，诸如，在网络中的无线模拟频率调制和数字控制。然而，每个***相对于其它***使用独特的通信标准。

在传统的模拟蜂窝***中，当移动台是空闲时(没有在使用业务信道)，它调谐到和相应于网络中它的当前的小区的控制信道并不断地对其进行监视。因此，移动台可以不断地确定是否在控制信道上接收到以它为目的地的寻呼消息。如果是的话，则移动台在控制信道上发送寻呼应答到基站，基站再把寻呼应答转发到无线网。在接收到寻呼应答后，无线网选择曾经从其中接收了寻呼应答的小区中的一个可供使用的话音信道，以及请求该小区中的基站通过控制信道命令移动台建立一个直接的连接。

另外，移动台可以接入网络，以便通过拨打电话号码和按压电话手机上的“发送”按钮而发起呼叫。包括移动台识另号和拨打的电话号码在内的控制信号通过控制信道被发送到基站，以及被转发到无线网，后者验证移动台、分配业务信道、和建立直接的连接。

如果移动台在小区之间移动而同时连接被建立，则在小区之间发生该连接的“切换”。切换可以由于在移动台与网络之间的通信中可出现的各种改变而发生。当移动台在与服务于移动台所处在的小区的单个基站通信时，出现一种通常的切换。当移动台从该小区来到由新的基站服务的新的小区时，第一基站把通信切换到新的基站。这样，当移动台从由各自的基站提供服务的小区移动出去时，移动台结束与第一基站的通信，以及开始与第二基站的通信。

在另一种类型的切换时，移动台可能正在从多个基站接收冗余的通信，以便确保传输的质量。例如，在图1上，无线网核心100从网络(未示出)接收通信102。并且打算把通信102通过已建立的用于通信的业务信道TCH引向移动台MS。无线网核心100把通信102传递到分集切换DHO实体101，后者把信号分割成以基站BS1和基站BS2为目的地的冗余消息。基站BS1和BS2把通信通过同一个业务信道TCH传递到移动台MS。已知有各种各样的、用于提供上述的分集切换的技术。因为移动台通过在业务信道上冗余的通信接收消息，因此，通过有机会选择来自业务信道的信号或通过按照已知的协议来组合在业务信道上接收的信号，能够改进接收(以及传送)的质量。

当移动台从A点移动到B点时，往返于基站BS1和BS2之间的发送和接收的质量改变。从通信的某种观点来看，移动台MS和当前的基站BS1和BS2在分集通信方案中可以从附加基站BS3获得好处。也就是说，移动台MS可被看作为是与当前的一组基站(BS1和BS2)进行通信，并且具有可供使用的、作为将来的通信链路有希望的备用者的相邻的基站(BS3)。

在从A点移动到B点的过程中，基站2在移动台的整个行进期间保持与移动台MS的通信，以及基站BS1和BS3可以取决于信号质量而保持或不保持通信。在图1上，移动台通过使用业务信道TCH进行通信，而与它正在与之进行通信的基站无关。

移动台保持它的当前的基站的记录，以及可以测试(或受指示去测试)相邻的小区，以便将其包括在该记录中。按照条件规定，当前通信的基站被添加到当前的记录中，或从当前的记录中被去除。

即使在单个基站的范围内也可以发生切换，如图2所示。在图上，基站被显示为具有四个天线A1-A4，规定了四个地理服务区域。在位置A处的移动台MS通过业务信道TCH与基站通信。在位置A，移动台通过向天线A1和A4的冗余的接收/发送来与基站通信。然而，在移动到位置B后，移动台MS可以开始向天线A1和A2进行接收和发送。当移动台从A点移动到B点时，出现在天线A1/A4与天线A1/A2之间的切换。

如图1和2所示的分集接收/分割的好处在于：在基站与移动台(图2的情形)之间和在无线网核心与移动台(图1的情形)之间的的通信从不中断。也就是，在图1的情形下，即使当移动台从A点移动到B点时以及即使当它从基站1切换到基站3时，移动台MS总是通过基站2保持与无线网核心的通信。同样地，在图2的情形下，即使当移动台从A点移动到B点时以及即使当它从天线A4切换到天线A2时，移动台MS保持与天线A1的通信。

由于出现规定的条件(诸如在移动台与接收器之间的信号强度)，发生切换情形。在图1的情形下，例如，当移动台从A点移动到B点时(如图上由波动线显示的)，可以作出判定：在移动台MS与基站BS3之间的信号强度优选地适于进行与移动台MS的通信，而不是与BS1进行通信。在先前的切换情形中，由移动台MS或者基站(BS1-BS3)来测量在移动台与相邻的小区之间的当前的无线条件(常常由MS来测量和报告)以及资源条件(找出通过MS测量所指出的小区中的自由信道)。在目前，一般是由MS测量小区条件和把结果报告给网络，网络根据需要的资源来估计切换。然而，这是有问题的，因为：作为同样的条件，在从网络看来可以预期进行切换，但是从移动台看来可能并不能预期进行切换。也就是，网络由于一些信号条件可能希望进行切换，但移动台认为的切换条件则可能不同，以及反之亦然。如果由网络进行切换判定，则它会这样做而不管移动台条件。另一方面，如果由网移动台进行切换，则它会这样做而不管网络条件。

在本发明中，往返于移动无线台和无线网的上行链路和下行链路信号都涉及切换估计。只要在一个网络中上行链路和下行链路条件不同时、或当移动台靠近两个不同的网络运营者的边界时，本发明是特别有用的。在这样的情形下，来自移动台的与切换有关的测量报告可被传递到无线网和被网络使用来确定基站应当何时测量来自移动台的上行链路传输质量。这两个测量被使用来作出切换判定。

本发明允许BS对MS作出某些测量，这与MS对BS的测量同时进行。另外，某些BS在不通过下行链路上进行发送的情况下监听上行链路，而不是从其它的BS使用现有的下行链路传送功率控制命令。

本发明也允许网络在无线台切换到新的小区广播区域以前校正信道和/或功率电平上行链路条件。

                    附图简述

通过以下的优选实施例的说明以及附图的显示，将会明白本发明的上述的和其它的目的、特性、和优点，图上参考字符在全文中指相同的部件。虽然在许多图上显示各个功能块和部件，但本领域技术人员将会看到，这些功能可以通过各个硬件电路、通过适当地编程的数字微处理器、通过专用集成电路(ASIC)，和/或通过一个或多个数字信号处理器(DSP)而被实施。

图1是简化的移动无线通信***的示意图；

图2是简化的移动台-基站通信***的示意图；

图3是移动台-基站通信链路的示意表示；

图4是简化的移动台通信网的示意表示；

图5是被连接到基站的简化的无线网控制器的示意表示；

图6是简化的移动台的示意表示；

图7是由本发明的示例的实施例采用的当前的组和相邻的组的门限值的图形表示；

图8是简化的移动通信***的示意表示，其中移动台通过上行链路和下行链路与不同的基站通信；以及

图9是在不同的运营者之间的边界处使用的本发明的示例的实施例的示意表示。

                     附图详细说明

在以下的说明中，为了解释而不是限制，阐述具体的细节，诸如特定的实施例、数据流、信令实施方案、协议、技术等等，以便提供对本发明的了解。然而，本领域技术人员将会看到，本发明可以用不同于这些具体细节的其它的实施例来实施。在其它的事例中，熟知的方法、接口、设备、和信令技术的详细说明被忽略，以免用不必要的细节干扰对本发明的说明。

本发明以图4所示的通用移动电信(UMTS)10的非限制的例子来说明。一个有代表性的面向连接的外部核心网被显示为云12，它例如可以是公共交换电话网(PSTN)和/或综合业务数字网(ISDN)。另一个有代表性的面向非连接的外部核心网被显示为云14，它例如可以是互联网。这两个核心网被耦合到相应的业务节点16。PSTN/ISDN面向连接的网络12被连接到用于提供电路交换的业务的面向连接的业务节点，诸如移动交换中心(MSC)节点18。在现有的GSM模型中，MSC 18通过接口A被连接到基站子***(BSS)22，后者又通过接口A’被连接到无线基站23。互联网面向无连接的网络14被连接到通用分组无线业务(GPRS)节点20，它被定做来提供分组交换类型的业务，并且有时被称为提供服务的GPRS业务节点(SGSN)。每个核心网业务节点18和20通过无线接入网(RAN)接口连接到UMTS地面无线接入网(UTRAN)24。UTRAN 24包括一个或多个无线网控制器26。每个RNC 26被连接到多个基站(BS)28和UTRAN 24中的任何其它的RNC。

优选地，无线接入是基于宽带码分多址(WCDMA)，其中通过使用CDMA扩频码来分配各个无线信道。当然，也可以采用其它的接入方法。WCDMA提供用于多媒体业务的宽的带宽和其它高的传输速率要求以及可靠的特性(诸如分集切换和RAKE接收机)，从而确保高的质量。移动台30使用传输码，这样，基站28能识别来自特定的移动台30的传输。在当前的WCDMA标准中，假定代码按如下方式分配给专用信道：

(a)上行链路和下行链路传输使用信道化代码以及在它的顶部的加扰码；

(b)信道化代码确定扩频因子，以及扩频因子确定最大比特率；

(c)在同一个小区中使用同一个频率和同一个扩频因子的移动台将使用不同的用于下行链路信道的信道化代码，但是使用同一个加扰码；

(d)在其它小区中的移动台使用同一个信道化代码，但是使用不同的加扰码。

加扰码确保在不同的小区中使用同一个信道化代码的下行链路传输之间的整体性。在上行链路中使用的加扰码确保在同一个或不同的小区中在来自不同的移动台的上行链路传输之间的整体性。

因此，MS得到它自己的加扰码，而在专用信道上向特定的移动台的BS传输将使用公共的加扰码但使用独特的信道化代码。MS具有将使用不同的加扰码和不同的信道化代码的下行链路传输组合起来的能力(今天的一个限制是：来自所有小区的信道化代码的扩频因子必须是相同的)。

图5所示的无线网控制器26和基站28是无线网节点，每个节点包括相应的数据处理和控制单元32和33，用于执行对于在RNC 26与移动台30之间进行通信所需要的大量无线和数据处理操作。由基站数据处理和控制单元33控制的一部分设备包括多个被连接到一个或多个天线35的射频收发信机34。图6所示的移动台30也包括用于控制移动台所需要的各种操作的数据处理和控制单元36。移动台的数据处理和控制单元36提供控制信号以及数据给被连接到天线38的射频收发信机37。数据处理和控制单元36以及收发信机37由电池39供给的电压来供电。由电池39供给数据处理和控制单元40以及收发信机37的功率量可以由来自数据处理和控制单元36的一个或多个其控制信号进行调整。

本发明可以在图4所示的示例的移动通信***10的环境下被采用，其中无线网控制器26和基站28形成在核心网节点(像MSC 16)与移动台30之间的无线接入网。在先前的切换情形下，移动台执行无线条件评估，以及网络执行资源评估，以便确定是否应当发生切换。作为这样的结果而发生的主要问题是过一或欠一功率条件，其中对于在相邻的切换小区中存在的条件，该MS广播太强的信号强度或太弱的信号强度。另一方面，在网络发送切换命令之前，本发明允许由网络来进行测量，这种操作将替代从移动台接收测量报告的操作，或者这种操作(在较可能的情况下)将与从移动台接收测量报告的操作并行地进行。

图3更详细地显示这些条件。当移动台MS处在位置A时，业务信道TCH提供从移动台MS到基站BS1的上行链路和从基站BS1到移动台MS的下行链路。在移动台与基站之间的通信质量通过参考上行链路条件和下行链路条件而被规定。当移动台移动到位置B时，必须作出在基站BS1和基站BS2之间的切换判决。为了确保高质量通信，通过对该移动台与基站BS1之间的上行链路和下行链路通信质量与基站BS2中的移动台相比较而作出切换判决。

具体地，如果在基站BS1与基站BS2之间的切换只由网络作出，则网络不确知在移动台MS与基站BS1之间相对于移动台MS与基站BS2之间的下行链路条件。当前的协议允许网络作出资源估计，而不管MS或BS是否作出无线条件估计。也就是说，MS可以报告无线条件信息，以供网络使用来估计切换，或BS可以根据上行链路条件提供无线条件估计。无线条件信息可通过使用由MS测量的路径损耗而被估计，但该信息可以由BS明显地测量到更为精确的程度。

现在参照图1-3，本发明的优选实施例使得移动台把关于下行链路概况资料报告给RNC 100，RNC使用这个概况资料来命令切换操作。MS将使用BCCH信道来对于它与之通信的小区(即被包括在激活组中的小区)进行测量。在位置A，MS保持它与之通信的当前的基站的记录。MS也根据公共导引信道的接收质量连续地监视相邻的小区的下行链路信号的质量。替换地，包含具有恒定的输出功率的导引比特和覆盖整个小区的任何信道可被使用于相邻小区的测量。因此，当MS从位置A移动到位置B时，MS测量来自基站BS3的BCH下行链路条件。无论何时来自相邻的小区的概况资料超过标准时，MS就把来自下行链路的这些测量概况资料报告给RNC 100。RNC通知基站(例如基站BS3)：MS把基站识别为用于当前的和近期的通信的预期的基站。当移动台从位置A移动到位置B时，RNC 100指示BS3测量从MS接收的上行链路传输功率。如果移动台正在以由基站报告的高的功率发送(上行链路)、以及正在接收在基站BS3(相邻的小区)的由移动台报告的高的功率(下行链路)，则RNC 100使用在MS-BS1与MS-BS2之间的现有的链路命令移动台降低它的功率电平到适当的无干扰的电平，以供BS3规定的小区用。通过暂时降低MS输出功率，BS3上行链路被保护不受过量的干扰，直至在MS与BS3之间的无线链路以充分地支持快速功率控制的方式被建立起来为止。

基站BS1和BS2继续在先前已建立的传输信道TCH上与移动台MS通信。首先，在MS与BS3之间只提供控制功率，直至BS3向RNC 100报告：来自MS的上行链路处在适当的电平为止。这时，RNC 100通知MS：它应当建立切换，以便把BS3包括在它的当前的关于TCH的通信报告内(或者，如果移动台容量不再能接受基站，则从当前的报告中去除最弱的基站以及用BS3代替它)。当然，RNC 100在它把BS3包括在正在TCH上与移动台进行通信的基站的当前的报告中时，将会通知移动台MS去减小它的发射功率到适当的电平。

也有可能在BS3被命令在下行链路上开始它的发射很久之前，让BS3接收上行链路以及把这个上行链路与BS1和BS2相组合。由于对来自BS1、2和3的上行链路进行组合的结果，可以指示MS降低它的功率。这典型地是通过改变BS1和BS2中的信号干扰比目标而达到的，因为BS1和BS2具有在下行链路上与MS的快速功率控制连接。

通常，本发明的优选实施例在下行链路和上行链路都很弱的情形下去除任何链路。移动台在它的激活的通信组内保持与这样的基站通信，在这些基站中，强的上行链路、即低的路径损耗和低的干扰(使得有可能使用低功率来达到质量目标的因素)将与弱的下行链路相联系(或反之亦然)。最后，强的上行链路和下行链路信号将会确保在移动台和任何带有由RNC向MS提供的可能的功率减小指令的基站之间的通信的连续性。

按照本发明的示例性实施例，移动台对于所有的相邻的小区报告BCH功率电平，无论该信号是弱还是强。RNC使用来自移动台的测量结果，以便根据所报告的下行链路信息来确定相邻的基站应当何时测量由移动台发射的上行链路信息。当上行链路信息满足门限值时，就会触发切换。用于启动BS测量的其它的原因也可以是：BS受到高的干扰电平损害、MS输出功率即将达到它的极限、或在激活组内的BS成员将用尽功率。另一个原因：MS使用的频率将达到过载，从而MS必须被切换到另一个频率。然后，BS可以对MS进行测量，以及估计在频率改变后UE应当使用哪个BS(假定其它的频率不被区域中所有的小区支持的话)。当BS对MS进行测量时，MS通过它的独特的加扰码而被标识。作为BS测量的结果，MS通过它的独特的加扰码而被识别。另外，***应当能够作出更多的可靠的频率间切换判决。

图7显示当移动台随时间移动通过靠近BS1、BS2和BS3的地理区域时，在移动台处从各个基站接收的信号质量的比较。在早先的时间，移动台只与BS 1进行话音通信(并且可能监视来自BS2和BS3的下行链路条件)。BS2和BS#都不被包括在移动台当前的基站激活组中。无论如何，移动台继续向RNC 100报告有关对于相邻的小区BS2和BS3的下行链路信号强度的情形。在时间t1，对于BS2下行链路的信号强度达到可被包括在当前的通信激活组)CS的门限值。这可被看作为对于更新的请求。(在IS-95中，请求是更明显的，诸如“MS向网络发出一个它不能拒绝的提议”)。

移动台继续测试来自基站BS3的下行链路信号强度。当来自BS3的下行链路信号强度超过相邻的小区组门限值)NS时，移动台报告：BS3现在是可被包括在当前组的候选者。对于硬切换，RNC通知BS3去估计上行链路条件以及报告有关可能的干扰和功率电平条件。RNC向MS返回一个报告：与BS3的连接可以在何时以及以多大的功率电平开始。当RNC通知MS：存在适当的切换技术条件(和适当的功率电平)、以及MS检测到来自BS3的)CS下行链路门限值时，于是BS3被添加到当前的报告中。对于软切换，MS不明显地调整它的功率；当在激活组的下行链路上传送的功率控制比特表示：MS功率应当被减小时，它调节它的功率。

图8显示另一个在其中本发明提供有利的应用的示例性实施例。在图8上，移动台MS1在位置A以来自三个基站BS1、BS2和BS3的TCH上的上行链路和下行链路开始通信。这样，MS具有等于BS1、BS2和BS3的当前的通信组。移动台MS1监视来自BS4和BS5的BCH，最终把它们添加到它的建议的相邻的小区中。然而，存在把BS4和BS5添加到当前的报告中的问题。对于BS4，信号强度太大，从而应当尽可能快速地被减小。如果BS4检测到强的信号，则BS4可指示BS1、2、3降低它们的信号干扰的目标，由此，通过使用快速功率控制比特来迫使MS快速降低功率，以使得它不干扰BS4。如果BS4上行链路被包括在DHO组合内从而补偿UE的减小的上行链路功率，则它也是有利的。BS4下行链路可被启动，以及当网络认为适当时MS激活组以后可被更新。对于BS5，MS在TCH上进行的通信将对MS1和BS5之间在信道TCHρ上已建立的通信造成不能接受的干扰。

如果移动台MS1仅仅根据在BS1、BS2、BS3相对BS4和BS5之间的下行链路信号强度的比较，从而独立于网络地作出切换的判决，则通信将在上行链路侧被阻止，因为网络MS功率淹没了BS4并且干扰BS5中现有的通信。另一方面，按照本发明的优选实施例，当MS1移动到位置B时，MS1检测来自BS4’和BS5’的BCH下行链路，以及当对于每个相邻的基站，)NS被超过时，MS1向网络报告。当达到门限值时，网络不立即命令进行切换过程，而是通知基站进行上行链路估计。在这样做以后，基站BS4或BS5将检测功率电平问题或干扰条件，以及将把条件报告给网络。如果BS4和BS1、2、3正在同一个频率上运行，则切换应当被看作为是早先为了使这个MS受制约以便有利于所有的其它使用BS4的MS而进行的功率控制。如果MS功率被减小，则BS5不再受到这个MS的妨碍。RNC然后等待来自移动台的、对于其它的相邻的小区的另外的下行链路信息输入。

图9显示能有利地使用本发明的再一个示例实施例。图9上，移动台由在所指示的边界的左边的运营者1提供服务，一旦移动到位置B，移动台就由在边界的右边的不同的运营者(运营者2)提供服务。而在运营者1的小区1中，移动台MS以频率F1进行上行链路通信。如果移动台移动到运营者2的小区，移动台可能以频率F1进行上行链路通信，从而与其它传输有干扰。应用本发明后，由移动台MS创建用于运营者1(超过)CS门限值的那些基站)的当前的清单，以及通过检测运营者2小区的BCH下行链路创建用于运营者2()NS门限值)的相邻的清单。这个信息被报告给运营者2的RNC，它指令小区2中的基站2去测量来自移动台MS的上行链路。这个上行链路测量可以呈现来自这个特定的MS的高的信号强度，所以，只要MS没有被连接到小区2，小区2就受到来自这个MS的干扰的损害。用于运营者2的RNC然后向用于运营者1的RNC报告：相邻的清单不允许移动台在小区2中以频率F1进行上行链路通信。在从运营者2处接收该信息后，至少有三个任选项要做。

1.进行从小区1(运营者1)到小区2(运营者2)的内部运营者切换。

2.进行内部频率切换，但仍旧驻留在运营者1处。

3.限制输出功率。

如果选择按照1的方法，则用于运营者1的RNC将请求执行从小区1到小区2的切换，并且RNC运营者2命令在小区2中的BS对用户实体进行测量，以及根据测量结果来回答对于切换的请求。

虽然本发明是结合当前被认为最实际的和优选的实施例来描述的，但应当看到，本发明并不限于所揭示的实施例，相反，本发明意图覆盖被包括在附属权利要求的精神和范围内的各种修改和等同的安排。

Claims (7)

1.一种用于具有多个基站的网络的切换方法，其中一个移动无线台与至少一个基站进行通信，该方法的特征在于：

从移动无线台接收网络的下行链路测量数据，并根据下行链路测量数据确定一个或多个基站是否应当测量来自移动台的上行链路传输的一个或多个特性；

测量从移动无线台到一个或多个相邻的基站的无线上行链路传输的一个或多个特性；

根据测量的下行链路和上行链路特性估计一个或多个基站的空闲信道，以便确定哪些空闲信道适用于该移动无线台；

根据测量的上行链路和下行链路特性，把切换事件技术条件和移动台的功率电平报告给移动台；以及

按照切换事件技术条件和移动台的功率电平来切换移动无线台。

2.权利要求1的方法，其中切换是软切换。

3.权利要求1的方法，其中切换是硬切换。

4.权利要求1的方法，其中切换是运营者间切换。

5.权利要求1的方法，其中移动无线台在切换后保持与当前的基站的通信。

6.权利要求1的方法，其中规定的下行链路测量数据根据在测量数据与一个涉及在该移动无线台和基站之间的下行链路信号参考电平的门限值之间的关系而被报告给网络。

7.权利要求1的方法，其中下行链路和上行链路测量数据中的至少一个是以下各项中的至少一项的数值：

-信号强度，

-信号噪声比，

-路径损耗，

-时间差，和

-往返行程延时。

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