CN1313717A - 蜂窝移动电话网以及操作该网络的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝移动电话网络以及操作该网络的方法,其中移动站请求以数据形式调制在公共随机接入信道(RACH)上的业务,该公共随机接入信道具有与一个第一小区相关的格式,其中移动站位于该第一小区中,并且位于与该第一小区相邻的小区中的移动站用于解调RACH消息突发,该消息突发具有与第一小区相关的格式,并且该移动站向无线电网络控制器(RNC)传送解调后的数据。这可以减少用于成功RACH传输所需要的平均功率。

Description

蜂窝移动电话网以及操作该网络的方法
本发明涉及一种蜂窝电话网络以及操作该网络的方法。本发明的背景将通过参考特定应用进行描述。阅读者将很快地理解本发明可以应用得更普遍。
当移动站在一个蜂窝***中工作时，它首先搜索可以连接到的最佳小区，并且接着向发现的最佳小区发送一个消息。例如，这个消息的内容向网络提供了一个该移动站的唯一标识符、一个下行链路(DL)质量的指示以及所需要连接的类型(空闲/已连接)。移动站对于网络连接消息的初始请求的传输是不协调的，结果是需要一般被称为随机接入信道(RACH)进程的复合进程，以减少同时经过同一小区尝试接入该网络的相邻移动站之间干扰和冲突的可能性。
在CDMA蜂窝***中，移动站的RACH消息被小区成功接收的可能性主要依赖于它的传输功率。不利的是，使所有移动站以可能的最大功率传输在许多情况下不仅是不必要的，而且由于在小区内产生合成干扰而不能接受。业已提出了根据缓慢地斜升RACH消息的移动传输功率来减少RACH消息传送的多种方法。
减少RACH消息的平均传送功率的方法可以用于优化CDMA蜂窝***的不同方面。可以改进的方面包括上行链路蜂窝容量和/或小区覆盖。
根据这个背景，提供了一种蜂窝移动电话网络，其中移动站请求以数据形式调制在公共随机接入信道(RACH)上的业务，该公共随机接入信道具有与一个第一小区相关的格式，其中移动站位于该第一小区中，并且位于与该第一小区相邻的小区中的移动站用于解调RACH消息突发，该消息突发具有与第一小区相关的格式，并且该移动站向无线电网络控制器(RNC)传送解调后的数据。如下文将要解释的，这可以减少用于成功RACH传输所需要的平均功率。
在一种优选形式中，所述的数据在分离的前置码和消息突发中传送，并且无线电网络控制器(RNC)响应于该前置码突发的接收，以指示相邻小区中的基站调制具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据发送到无线电网络控制器(RNC)。
在这种情况下，RNC可以根据来自位于第一小区中移动站的数据突发的传播延迟，确定该移动站是否位于一个越区切换区域，如果该移动站处于越区切换区域，该RNC指示可能从越区切换区域移动到的相邻小区中的移动站，解调具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据传送到所述的无线电网络控制器(RNC)。
移动站可以比较从不同基站接收到的传输的信号强度，以确定它是否位于越区切换区域，并且如果该基站位于越区切换区域，则发送带有预定物理信道属性组中的一个属性的RACH数据。
在这种情况下，RNC优选地用于指示第一小区中的基站指配第一硬件，来搜索具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据，并且指配第二硬件，来搜索具有属于位于非越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据。
在该配置中，RNC优选地用于指示处于相邻小区中的基站指配一个硬件，来搜索这样的RACH数据，即该数据具有与第一小区相关的格式，并且具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性。
本发明也扩展为一种操作蜂窝移动电话***的方法，该方法包括步骤：通过调制在公共随机接入信道(RACH)上的数据，发送来自移动站的业务，该公共随机接入信道具有与一个第一小区相关的格式，其中移动站位于该第一小区中，并且位于与该第一小区相邻的小区中的移动站解调具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且向无线电网络控制器(RNC)传送解调后的数据。
本发明进一步扩展为执行该方法的计算机程序。
下面将参照附图描述本发明的实施例，其中：
图1描述了基于RACH接入突发的前置码；
图2描述了软切换。
近来，RACH信道的小区覆盖范围已经被认为是3GPP标准的主要问题。原始的基本RACH消息的最大小区覆盖范围明显地小于主要连接模式业务的最大小区覆盖范围，这种情况需要与RACH相比的更低的最小信号与干扰电平，该主要连接模式业务诸如AMR语音。
在此描述的本发明能够减少在CDMA蜂窝***中成功地RACH传输所需要的平均功率，从而改进潜在的RACH覆盖范围或者UL容量。
在现有的建议中，蜂窝***中的UL RACH接入突发必须执行两个主要的功能。首先，它必须通知(在概念上与信标类似)BTS移动站希望接入该网络。其次，它必须传送足够的信息到该网络，以便该网络可以识别出请求接入的移动站、移动站希望进入的业务模式，并且还潜在地识别出DL信道的质量。
在CDMA***中，UL CDMA***的物理格式一般落入两种类别中的一种，这取决于接入突发的这两个主要功能被分开在两个(或者更多)物理分隔的突发之间，或者被组合以形成一个突发。
参照图1,IS-95是使用一个组合物理突发结构的CDMA蜂窝***的实例，该组合物理突发被称为用于其RACH信道的RACH接入突发。为了使通过RACH形式增加到UL的干扰功率实现最小，移动站首先以这样的功率传送该突发，即该功率基于通过测量公共信道(诸如导频信道)的下行链路功率所得到的信道路径损失的估计值。如果该突发被成功地检测到并被解调，则IS-95 BTS将立即在UL上通知该移动站，以便该移动站停止进一步的RACH接入尝试。如果该移动站的初始RACH突发在1.333ms内没有被确认，则移动站假定它以前的RACH突发没有成功，并且只是以稍微高的功率传送相同的RACH消息。RACH突发没有被成功地检测到及确认的原因包括冲突、没有足够的功率来克服信道衰落、或者只是BTS中没有足够的处理资源。利用这种所谓的功率斜升进程，可以使通过RACH形式增加到LU上的干扰功率实现最小。
接着参考图1，近来的诸如3GPP的CDMA蜂窝***将移动随机接入突发分成两个独立的部分，这两个部分在时间上分开。第一部分，有时被称为前置码，起到信标的作用以吸引BTS的注意，而第二部分，或者“消息”部分，包含建立网络连接所需要的所有相关信息。前置码的主要特征包括：
1)它具有很短的长度和格式，这使得可以很容易地检测到；
2)多个可能的物理格式以及传输定时排列减少了冲突的可能性；
3)定义其传输功率的进程是基于重复、但是以越来越高的功率传输；
4)传送存在于被成功检测到、确认的前置码与相应RACH消息部分之间的时间上的间隙。
每个前置码是一个重复256次的16比特的签名模式，并且由扩展码调制。移动站一旦检测到它的前置码(或者探针)已经在UL上被BTS确认，就只传送消息部分。通过直接将RACH消息部分的传输功率与前置码被成功传送时的功率相联系，由RACH增加到UL上的干扰功率可以被极小化到有限的程度。
对于当前建议的CDMA蜂窝***来说，RACH突发的物理格式(无论其结构怎样)对于各个小区都是唯一的。一个特定的BTS仅被配制成检测、解调和响应它自己的RACH突发的格式。
将被描述的本发明的某些实施例假定应用基于RACH接入突发的前置码，例如由3GPP所应用的前置码。图1示出了用于3GPP的移动站RACH消息的基本物理格式。它包括一个由独立的消息部分所紧随的短前置码。该突发的物理属性，诸如被发送的时间，使用的扩展和/或信道化码可以随机地从已知的集合中选择，以便减少两个或者多个移动站之间冲突的可能性。移动站将前置码部分用作信标，通知BTS该移动站希望传送一个RACH消息。移动站以预定的间隔、但利用不断增加的功率(最高可达固定的最大值)向BTS发送一个前置码，直到BTS成功地检测到该前置码。当移动站确定该BTS已经成功地检测到该前置码，它就停止传送其前置码，等待预定的周期，并且以与被成功检测到的前置码的传输功率直接相关的功率传送对相应的消息部分。
当前CDMA蜂窝***的主要特征在于，使用2个或更多的BTS以支持特定移动站往复的专用DL和UL业务的能力，这种能力被称为切换或者越区切换。BTS控制器，或者3GPP中的RNC，能够使用移动站UL业务数据的不同版本，以改进进一步通过该网络的数据业务的总的质量，其中该移动站UL业务数据从服务特定移动站的BTS的“有效集”中接收到。RNC可以改进它所处理的UL数据业务的方法(诸如软组合以及帧选择)可以为本领域技术人员所理解。
在本发明的实施例中，CDMA蜂窝***的BTS可以被配置成检测、解调和不仅响应于它们的小区，如现有技术已知的，而且响应于相邻小区。在这种情况下，在小区之间重叠区域中的平均RACH突发的传输功率可以被明显地减少，而不会损失性能。该处理有效地将对于专用上行链路信道充分开发的软切换原理应用到公共RACH信道。
下面将描述利用相邻BTS的能力来处理彼此的RACH突发的多种不同技术。它们的区别在于增加了网络和/或移动站所要求的复杂性(或者智能)
在基本实施例中，BTS具有接入它们相邻小区的RACH突发的潜在能力。BTS在处理资源空闲时，BTS以一种不协调的方式处理相邻小区的RACH突发。BTS自动地向RNC传送处理过的RACH突发(它们自己的以及相邻小区的)。
本发明的这个实施例的主要优点在于，标准所需要的最小变化允许这种增强的功能，并且可能应用到单级RACH突发以及基于多级RACH突发的前置码。
本发明的这个实施例的缺点在于，产生的附加业务穿过RNC-BTS接口，以及没有在BTS中有效地使用处理资源。
在一种更复杂的实施例中，BTS被配置成能够完全处理(检测并调制)它们自己小区的2级RACH突发，并且部分地处理(仅解调)相邻小区的相应RACH突发。BTS以由RNC所指示的协调方式来处理相邻小区的RACH突发。
一旦BTS检测到前置码的存在，它就象以前一样向移动站发出确认，并且向RNC发送一个消息，用以在特定时刻识别出它自己以及潜在RACH突发的存在。RNC可以使用该信息来简单地触发所有相邻小区，以将任何备用的2nd级RACH处理资源配置成期待对于特定相邻小区的RACH消息。或者，RNC可以使用RACH的第一前置码级的时刻(被称为传播延迟)，以确定从移动站到达的RACH突发是否处于可能的软切换区域。如果RNC判定是这种情况，它可以通知合适的相邻小区准备接收相应的消息部分。
该实施例的主要优点在于，与上述最简单的实现方式相比，在BTS中更有效地使用了可以利用的RACH处理资源，并且减少了BTS-RNC业务。
该实施例的缺点在于，它需要辅助的相邻小区来执行信道估计，而没有从RACH突发检测阶段第一部分得到的信道和定时确认。这种方法也需要BTS-RNC-BTS之间的通信。此外还会有多次这种机会，即相邻BTS所提供的附加处理能力由于移动站没有处于软切换区域而被浪费，除非RNC利用关于传播延迟的信息。
在另一种更复杂的实施例中，BTS被配置成能够完全处理(检测并调制)它们自己小区的2级RACH突发，并且部分地处理(仅解调)相邻小区的响应RACH突发。BTS以由RNC所指示的协调方式来处理相邻小区的RACH突发。移动站能够识别出它们处于一个潜在的软切换区域中，并且相应地选择一个专供该特定地理区域中移动站使用的RACH物理信道属性的一个子集。
在该实施例中，某些RACH物理信道属性，诸如前置码签名或者信道化码，专供已经检测出它们处于软切换区域中的移动站使用。移动站通过测量由小区广播的导频和/或公共控制信道的相对接收的功率电平，来自动地确定它是否处于一个软切换区域。已经确定该移动站处于该特定的“切换”区域之后，它选择最强小区，“A小区”的RACH信道的物理属性，该RACH信道已经由该小区广播，并且专供处于可能的软切换区域中的移动站使用。
在“小区A”的BTS中，RACH检测硬件被智能地划分，以利用特定物理属性，在被分类为覆盖软切换范围或者没有被分类为软切换范围的地理性区域上搜索RACH突发。应该注意的是，网络可以动态地改变这种划分，在取决于该区域中RACH业务强度的其中一个范围中提供或多或少的RACH处理能力。
参照图2，移动站2位于小区6的软切换区域4。
与小区6相邻的小区8具有用于扫描/搜索来自软切换区域4的移动站、目标在于小区6的RACH突发的硬件资源。这些资源用于不断地搜索RACH突发(单级或多级突发)。当小区6成功地检测到一个RACH突发，它可以以不协调的形式，盲目地向RNC 10报告该结果(如第一实施例所建议的)。或者，如果使用了基于RACH突发的2级前置码，一旦原来的小区6已经确认移动站的前置码，RNC可以指令小区8处理相邻小区的RACH。当然这需要经过RNC快速地进行BTS间通信。
在原理上，利用唯一的物理属性专供每个可能“最佳”的相邻小区使用RACH突发的子集可以用于扩展这个构思。例如：
RACH突发的前置码签名(或者接入时隙)1-4可以专供已经确定它们不处于切换区域的移动站使用；
RACH突发的前置码签名(或者接入时隙)5-6可以专供已经确定它们处于强的切换区域的移动站使用，其中小区6最强，小区8次强；
RACH突发的前置码签名(或者接入时隙)7-8可以专供已经确定它们处于强的切换区域的移动站使用，其中小区6最强，小区12次强。
该实施例的主要优点在于，通过缩小RACH物理格式的范围，来更有效地使用BTS中可利用的RACH资源，其中相邻BTS需要搜索该RACH物理格式以提供RACH软切换能力。这种构思的另一种优点在于，通过从BTS向RNC适当地发送消息，可以立即清楚移动站在任何瞬间可以进入稳定状态的切换模式的网络。这应该减少移动站进入软切换状态的时间。
该实施例的确定在于，需要附加的信息在下行链路上广播以定义：何种RACH物理属性专供特定软切换区域使用；以及移动站使用何种准则/门限来确定它是否处于切换区域。

Claims (13)

1．一种蜂窝移动电话网络，其中移动站请求以数据形式调制在公共随机接入信道(RACH)上的业务，该公共随机接入信道具有与一个第一小区相关的格式，其中移动站位于该第一小区中，并且位于与该第一小区相邻的小区中的移动站用于解调RACH消息突发，该消息突发具有与第一小区相关的格式，并且该移动站向无线电网络控制器(RNC)传送解调后的数据。
2．根据权利要求1的蜂窝移动电话网络，其中所述的数据在分离的前置码和消息突发中传送，并且无线电网络控制器(RNC)响应于该前置码突发的接收，以指示相邻小区中的基站调制具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据发送到无线电网络控制器(RNC)。
3．根据权利要求2的蜂窝移动电话网络，其中RNC可以根据来自位于第一小区中移动站的数据突发的传播延迟，确定该移动站是否位于一个越区切换区域，如果该移动站处于越区切换区域，该RNC指示可能从越区切换区域移动到的相邻小区中的该移动站，解调具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据传送到所述的无线电网络(RNC)。
4．根据权利要求1或2的蜂窝移动电话网络，其中移动站可以比较从不同基站接收到的传输的信号强度，以确定它是否位于越区切换区域，并且如果该基站位于越区切换区域，则发送带有预定物理信道属性组中的一个属性的RACH数据。
5．根据权利要求4的蜂窝移动电话网络，其中RNC用于指示第一小区中的基站指配第一硬件，来搜索具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据，并且指配第二硬件，来搜索具有属于位于非越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据。
6．根据权利要求5的蜂窝移动电话网络，其中RNC用于指示处于相邻小区中的基站指配一个硬件，来搜索这样的RACH数据，即该数据具有与第一小区相关的格式，并且具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性。
7．一种操作蜂窝移动电话***的方法，该方法包括步骤：通过调制在公共随机接入信道(RACH)上的数据，发送来自移动站的业务，该公共随机接入信道具有与一个第一小区相关的格式，其中移动站位于该第一小区中，并且位于与该第一小区相邻的小区中的移动站解调具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且向无线电网络控制器(RNC)传送解调后的数据。
8．根据权利要求7的方法，其中所述数据在分离的前置码和消息突发中传送，并且包括RNC响应于接收到的该前置码突发，以指示相邻小区中的基站调制具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据发送到无线电网络控制器(RNC)。
9．根据权利要求8的方法，包括根据来自位于第一小区中移动站的数据突发的传播延迟，确定该移动站是否位于一个越区切换区域，如果该移动站处于越区切换区域，指示位于移动站可能从越区切换区域移动到的相邻小区中的该移动站，解调具有与第一小区相关的格式的RACH消息突发，并且将解调后的数据传送到所述的无线电网络控制器(RNC)。
10．根据权利要求8或9的方法，包括比较从不同基站接收到的传输的信号强度，以确定它是否位于越区切换区域，并且如果该基站位于越区切换区域，则发送带有预定物理信道属性组中的一个属性的RACH数据。
11．根据权利要求10的方法，包括指示第一小区中的基站指配第一硬件，来搜索具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据，并且指配第二硬件，来搜索具有属于位于非越区切换区域的移动站的物理信道属性的RACH数据。
12．根据权利要求11的方法，包括指示处于相邻小区中的基站指配一个硬件，来搜索这样的RACH数据，即该数据具有与第一小区相关的格式，并且具有属于位于越区切换区域的移动站的物理信道属性。
13．一种用于执行权利要求7到12中任何一种方法的计算机程序。
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