CN1262847A - 用于在蜂窝状通信系统中提供静锥区的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在通信网络中,远端单元(125)通过至少一个基站(B1A)与另一个用户(30)进行通信。网络具有由移动转换中心(MSC-I)控制的多个基站(B1A-B1E)。多个基站(B1A-B1E)中的每个基站发送识别导频信号。限定其中禁止在基站组和远端单元(125)之间进行通信的区域,辅助天线(130)发送静区域识别导频信号。远端单元(125)测量与邻近基站(B2A-B2E)组相对应的识别导频信号组的信号强度,并测量静区域识别导频信号的信号强度。远端单元(125)通过第一基站(B1A)把导频强度测量报告送到移动交换中心(MSC-I),其中远端单元(125)建立与第一基站之间的通信。如果导频强度测量报告包括与静区域识别区域相对应的入口,那么启动对在远端单元(125)和第一基站(B1A)之间的已建立通信的切换。

Description

用于在蜂窝状通信系统中提供静锥区的方法和装置
发明领域
本发明一般涉及其中设有多个基站的蜂窝状通信系统。特别是,本发明涉及用于在不同蜂窝状系统的基站之间进行切换的新颖和经改进的技术。
相关技术描述
对于码分多址(CDMA)调制技术的运用只是用于利用其中出现大量系统用户的通信的几种技术中的一种技术。虽然已知其它技术(诸如,时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA),但是CDMA比起这些其它调制技术具有明显的优点。在美国专利第4,901,307号(发明名称“运用地面中继站或卫星的扩频多址通信系统”,已转让给本发明的受让人,并作为参考资料在此引入)中描述对于在多址通信系统中的CDMA技术的运用。
在上述专利中,描述多址技术,其中大量移动电话系统用户(每个用户都具有收发机(也称为远端单元(remote unit))),运用CDMA扩频通信信号,通过卫星中继站或地面基站(也称为基站或蜂窝区点(cell-site))进行通信。在运用CDMA通信过程中,可以多次重复使用频谱。比起运用其它多址技术可获得的频谱效率,对CDMA技术的运用导致更高的频谱效率,从而允许系统用户容量的增加。
在美国国内所用的传统的FM蜂窝状电话系统一般被称为先进的移动电话业务(AMPS),而且在电子工业协会标准EIA/TIA-553“移动站-地站兼容性规范”中详细描述。在这种传统FM蜂窝状电话系统中,把可获得的频带分成带宽一般为30KHz(kHz)的信道。地理上,把系统业务区分成尺寸可变化的基站覆盖区。把可获得的频率信道分成组。用这种方法,把频率组分配给覆盖区,以使同信道干扰的可能性减至最小。例如,考虑到其中存在几个频率组和覆盖区是等边六边形的系统。在六个最邻近的覆盖区中不运用在一个覆盖区中用到的频率组。
在传统蜂窝状系统中,用切换方案以当远端单元通过在两个不同基站的覆盖区之间的边界时,允许继续通信连接。在AMPS系统中,当在现行基站中处理呼叫的接收机注意到来自远端单元的信号强度低于预定阈值时,启动从一个基站到另一个基站的切换。低信号强度指示意味着远端单元必需在基站的覆盖区边界附近。当信号电平低于预定阈值时,现行基站要求系统控制器确定附近的基站是否接收到具有强于当前基站的信号强度的远端单元信号。
系统控制器响应于现行基站询问,把消息送到发出切换请求的邻近基站。在该现行基站附近的每个基站采用特定的扫描接收机,它在它进行操作的信道上寻找来自远端单元的信号。如果一个邻近的基站向系统控制器报告足够的信号电平,就试图对现被看作目标基站的该邻近基站进行切换。然后,通过从在目标基站中用到的信道组中选择空闲信道启动切换支持的新信道。把控制消息送到远端单元,命令它从当前信道转换到目标基站支持的新信道。与此同时,系统控制器将呼叫连接从现行基站转换到目标基站。把该处理过程称为硬切换。用术语硬用于表示切换的“进行之前断开(break-before-make”特性。
在传统的系统中,如果对目的基站进行的切换不成功的话,那么落下(drop)(即,断开)呼叫连接。可能出现硬切换失败的原因有很多。如果在目标基站中没有可获得的空闲信道,那么切换可能失败。当事实上基站正运用相同信道与远程基站通信来接收不同的远端单元信号时,如果一个邻近基站报告接收到来自远端单元的信号,那么切换也可能失败。这个报告误差导致把呼叫连接转移到错误的基站,一般是其中来自实际远端单元的信号强度不足以保持通信。此外,如果远端单元不能接收转换信道的命令,切换就失败。实际操作经验表示经常发生切换失败,这样大大降低系统的可靠性。
当远端单元在大多时间内保持在两个覆盖区之间的边界附近时会发生在传统AMPS电话系统中的另一个普遍问题。在这种情况下,当远端单元位置变化或者当在覆盖区内的其它反射或衰落物体的位置变化时,信号电平趋于相对于每个基站而波动。这种信号电平波动可以导致“乒乓”(ping-ponging)情况,其中进行重复请求以在两个基站之间来回切换呼叫。这种附加的不需要的切换增加了不留意中断呼叫的可能性。此外,即使重复切换成功,要就此影响到信号的质量。
在美国专利第5,101,501号(发明名称“用于在CDMA蜂窝状电话系统中进行通信的过程中提供软切换的方法和系统”,1992年3月31日颁布,并已转让给本发明的受让人)中,揭示了用于在CDMA呼叫的切换期间,通过多个基站与远端单元进行通信的方法和系统。在蜂窝状系统中运用这种切换通信不会被从现行基站到目标基站的切换中断。可以把这种切换称为“软”切换,其中在终止与第一现行基站进行的通信之前,建立与目标基站的同时通信,其中目标基站称为第二现行基站。
在美国专利第5,267,261号(发明名称“在CDMA蜂窝状通信系统中的移动站辅助(assisted)软切换”,1993年11月30日颁布,下面称为第’261号专利,已被转让给本发明的受让人)中揭示了经改进的软切换技术。在’261号专利的系统中,根据在远端单元处对由在系统内的每个基站发送的“导频”信号的强度进行测量的结果,控制软切换处理。这些导频强度测量通过利用可行的(viable)基站切换候选者的标识协助软切换处理。
更具体地说,在’261号专利的系统中,远端单元监测来自邻近基站的导频信号的信号强度。邻近基站的覆盖区实际上不需要与该基站的覆盖区邻接,而与该基站建立现行通信。当来自一个邻近基站的导频信号的测得信号强度超过给定阈值时,远端单元通过现行基站,把信号强度消息送到系统控制器。系统控制器命令目标基站建立与远端单元的通信,并通过现行基站命令远端单元建立通过目标基站的同步通信,同时保持与现行基站进行通信。对于附加基站可以继续该处理过程。
当远端单元检测到与远端单元进行通信的一个基站相对应的导频的信号强度已低于预定电平时,远端单元通过现行基站,向系统控制器报告相应基站的测得信号强度。系统控制器把命令消息送到指定的基站和远端单元,以终止通过指定的基站进行的通信,同时保持通过另一现行基站或另几个基站进行的通信。
虽然上述技术很适于由相同系统控制器控制的在相同蜂窝状系统中的基站之间的呼叫转移,但是当远端单元从另一个蜂窝状系统移至由基站服务的覆盖区时将会出现更加困难的情况。存在于这种“系统间(intersystem)”切换的一个复杂的因素是由不同的系统控制器控制每个系统,而且一般在第一系统的基站和第二系统的系统控制器之间没有直接链路(反之亦然)。从而,阻止两个系统在切换过程中,通过多个基站同时进行远端单元通信。即使当在两个系统之间存在的系统间链路可以利用系统间软切换,但是两个系统的不同特性经常使软切换处理复杂化。
当不能用资源来进行系统间软切换时,如果要保持不可中断的业务,那么对从一个系统到另一个系统的呼叫连接进行“硬”切换就变得很关键了。必须在可能导致成功地在系统之间转换呼叫连接的时间和位置进行系统间切换。例如,仅在下列时候进行切换:
(i)在目标基站中可获得空闲信道,
(ii)远端单元在目标基站和现行基站的范围内,和
(iii)远端单元在保证接收到转换信道的命令。
理想的是,应用把在不同系统的基站之间进行“乒乓”(ping-ponging)切换的请求的可能性减至最小的方法,进行这种系统间硬切换。
现存系统间切换技术的这些和其它缺点损坏了蜂窝状通信的质量,而且预计当竞争蜂窝状系统(competing cellular system)继续增加,可能降低性能。因此,需要能够在不同系统的基站之间可靠地执行系统间切换的技术。
发明概述
本发明是用于在通信网络内识别区域的方法和装置。在空间上,在点到点微波链路周围构造静锥区。静锥区是导频信号,它作为对检测它的远端单元的参考信号。当远端单元向与静锥区相对应的导频信号报告检测结果时,系统控制器知道导频信号是静锥区指示,而不是可变候选导频信号。系统控制器用对静锥区导频信号的接收作为启动硬切换的激励信号。一般,虽然可以执行其它类型的切换,但是执行的切换是系统内CDMA至CDMA不同频率切换。
特别是,静锥区导频信号与任一基站无关。一般,由与提供点到点微波链路的定向微波天线并排排列的导频信标单元生成静锥区导频信号。存在着可以使用的两种不同的静锥区拓扑结构。在第一种拓扑结构中,窄发送频带保护点到点微波链路的两侧。在第二中拓扑结构中,静锥区导频信号和点到点微波链路实际上覆盖相同的覆盖区。
附图说明
当结合附图,通过下面的详细说明,本发明的特性、目的和优点将变得显而易见。
图1示出蜂窝状WLL、PCS或无线PBX系统的示例图;
图2示出包括分别由第一(MSC-I)和第二(MSC-II)移动交换中心控制的第一和第二蜂窝状系统的蜂窝状通信网络;
图3示出与在两个定向微波天线之间的点到点微波链路并排排列的蜂窝状通信系统;
图4A示出FM系统的硬切换区域的更理想表示法;
图4B示出CDMA系统的硬和软切换区域的更理想表示法;
图4C示出与CDMA至CDMA不同频率切换相对应的切换区域的更理想表示法;
图5示出一组内部的、过渡和第二系统基站,并用于示出远端单元测量指向硬切换(remote unit measurement directed hard handoff)表格的功能;
图6示出三扇区基站的天线模式;
图7示出在CDMA至CDMA相同频率切换中检测规则的运用;
图8示出在CDMA至CDMA不同频率切换中检测规则的运用;
图9示出在提供CDMA至CDMA不同频率切换的结构中两个并排设置的基站;
图10示出从CDMA系统至运用不同技术提供业务的系统的切换;
图11示出运用单个多扇区基站提供CDMA至CDMA不同频率切换的另一种结构;
图12是包括接收分集的现有技术基站的方框图;
图13是具有发送分集(transmit diversity)的边分基站产生路径分集(pathdiversity)的方框图
图14表示用并排设置的基站来执行硬切换;
图15表示用大部分覆盖区重叠的相邻设置的基站来执行硬切换;
图16示出在与点到点微波链路交叉的CDMA系统中的“静锥区”的应用;和
图17示出在与点到点微波链路交叉的CDMA系统中的“静锥区”的应用,其中静锥覆盖区(cone of silence coverage area)与微波覆盖区实质上是相同的。
较佳实施例的描述
在图1中示出蜂窝状电话系统、无线专用小交换机(PBX)系统、无线本地环路(WLL)、个人通信系统(PCS)系统或其它类似的无线通信系统。在另一个实施例中,图1的基站可能基于卫星。如图1所示的系统可以采用用于在大量远端单元和大量基站之间进行通信的各种多址调制技术。在现有技术中已知大量多址通信系统技术(诸如,时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)和幅度调制(AM)方案(诸如,幅度压缩单变带(amplitude companded single sideband)。然而,CDMA的扩展频谱调制技术要优于这些用于多址通信系统的调制技术。在美国专利第4,901,307号(1990年2月13日颁布,发明名称“运用地面中继站的卫星的扩频谱多址通信系统”,已转让给本发明的受让人,并作为资料在此引入)中描述了在多址通信系统中CDMA技术的应用。即使相对于CDMA系统描述较佳实施例,这里所述的多个原理可以接合多种通信技术一起使用。
在上述美国专利第4,901,307号中,描述多址技术,其中具有收发机的大量移动电话系统用户运用CDMA扩展频谱通信信号,通过卫星中继站或地面基站进行通信。在运用CDMA通信的过程中,可以多次重复使用相同的频谱,来与多个不同的通信信号通信。运用CDMA可获得比通过运用其它多址技术可获得的频谱效率(spectral efficiency)更高的频谱效率,从而增加了系统用户的容量。
在典型的CDMA系统中,每个基站发送唯一导频信号。在较佳实施例中,导频信号是由每个基站运用普通伪随机噪声(PN)扩展码陆续发送的不经调制、定向序列(direct sequence)、扩展频谱信号。每个基站或基站扇区及时发送来自其它基站的公共导频序列偏置。远端单元可以根据它接收到的来自基站的导频信号的代码相位偏置,识别基站。导频信号还提供用于相干解调和用于切换确定的信号强度测量的基础的相位参考。
再参考图1,系统控制器和交换机10(还称为移动交换中心(MSC))一般包括用于向基站提供系统控制的接口和处理电路。控制器10还控制电话呼叫从公共交换电话网(PSTN)到适当的基站的路径以发送到适当远端单元。控制器10还控制呼叫从远端单元通过至少一个基站到PSTN的路径。控制器10还通过适当的基站在远端单元之间指导呼叫。
典型的无线通信系统包括具有多个扇区的一些基站。多扇区基站包括多个独立的发送和接收天线以及一些独立处理电路。本发明一样用于分区基站的每个扇区和单个扇区独立基站。可假设术语基站是指基站的扇区或者单扇区基站。
控制器10还可通过各种装置(诸如,专用电话线、光纤链路或者通过微波通信链路)耦连到基站上。图1示出示例基站12、14、16和示例远端单元18。远端单元18可以是基于车辆的电话、手提便携式装置、PCS装置或者固定位置无线本地环装置或者任何其它确认话音或者数据通信装置。箭头20A-20B示出在基站12和远端单元18之间的可行通信链路。箭头22A-22B示出示出在基站14和远端单元18之间的可行通信链路。类似地,箭头24A-24B示出在基站16和远端单元18之间的可行通信链路。
设计基站位置以向位于它们覆盖区内的远端单元提供业务。当远端单元是空的,即,没有任何呼叫正在进行中,远端单元不断地监测从每个邻近基站的导频信号发送。如图1所示,由基站12、14和16分别在通信链路20B、22B和24B上把导频信号发送到远端单元18。一般而言,术语前向链路是指从基站到远端单元的连接。一般而言,术语反向链路是指从远端单元到基站的连接。
在如图1所示的例子中,远端单元18可被认为是在基站16的覆盖区中。当这种远端单元18趋于在高于它监测的任何其它导频信号的电平下,接收来自基站16的导频信号。当远端单元18开始话务信道通信(traffic channelcommunication)(即,电话呼叫)时,把控制消息发送到基站16。基站16一旦接收到呼叫请求消息,信号控制器10就传递被呼电话号码。然后,控制器10通过PSTN把呼叫连接到预定接收者。
如果从PSTN启动呼叫,控制器10就把呼叫信息发送到在远端单元最近出现的位置附近的一组基站。基站反过来广播寻呼消息。当预定远端单元接收到它的寻呼消息,它就用发送到最近基站的控制消息来响应。控制消息通知控制器10,它的特定基站正与远端单元进行通信。控制器10最初通过该基站把呼叫送到远端单元。
如果远端单元18移出最初的基站(例如,基站16)的覆盖区,那么把通信转移到另一个基站。把通信转移到另一个基站的处理称为切换。在较佳实施例中,远端单元启动并协助切换处理。
根据“用于双模式宽带扩频谱蜂窝状系统的移动站-基站兼容性标准”TIA/EIA/IS-95(一般简称为IS-95),可由远端单元本身启动“远端单元协助”的切换。远端单元安装有搜索接收机,它用于扫描邻近基站的导频信号发送并执行其它功能。如果一个邻近基站(例如,基站12)的导频信号的强度大于给定阈值,那么远端单元18把消息发送到当前基站,基站16。通过基站16把信息送到控制器10。控制器10一旦接收到该信息,就可以开始在远端单元18和基站12之间的连接。控制器10要求基站12把资源分配给呼叫。在较佳实施例中,基站12分配信道单元(channel element)以处理呼叫并向控制器报告这种分配。控制器10通过基站16通知远端单元18搜索来自基站12的信号并通知远端单元的基站话务信道参数。远端单元18通过基站12和16进行通信。在这个处理过程中,远端单元继续识别和测量它接收到的导频信号的信号强度。通过这种方法,获得远端单元协助的软切换。
还可以把上述处理称为“软”切换,其中远端单元同时通过多个基站进行通信。在软切换期间,MSC可以组合从正与远端单元进行通信的每个基站接收到的信号或在它们之间进行选择。MSC把来自PSTN的信号转接到正与远端单元进行通信的每个基站。远端单元把它从每个基站接收到的信号组合起来以产生总和结果。
一旦检查软切换的处理,显然MSC提供对处理的集中控制。如果远端单元偶尔位于不在相同蜂窝状系统内(即,不由相同的MSC控制的)的两个或多个基站的覆盖区内,那么由远端单元协助的切换趋于更加复杂。
图2示出蜂窝状通信网络30,它包括分别在第一和第二移动交换中心(即,MSC-I和MSC-II)的控制下的第一和第二蜂窝状系统。MSC-I和MSC-II通过各种装置(诸如,专用的电话线、光纤链路或者通过微波通信链路),分别耦连到第一和第二蜂窝状系统的基站上。在图2中,示例出分别设置在第一系统的覆盖区C1A-C1E中的五个这样的示例基站B1A-B1E,和分别设置在第二系统的覆盖区C2A-C2E中的五个这样的示例基站B2A-B2E
为了便于说明,如图所示,图2的覆盖区C1A-C1E和C2A-C2E和图3的覆盖区(下面将要介绍)是圆形或六边形,而且高度理想化。在实际通信环境中,基站覆盖区的尺寸和形状可以改变。基站覆盖区可以与限定不同于理想的圆形或者六边形的覆盖区形状的覆盖边界重叠。此外,还可以对基站分区,诸如,分成三个扇区(如现有技术中已知的那样)。
以下,可将覆盖区C1A-C1E和C2A-C2E称为边缘或者过渡覆盖区,因为这些覆盖区接近于在第一和第二蜂窝状系统之间的边界。把在每个系统中剩余覆盖区称为内在或者内部覆盖区。
快速审查图2可见MSC-II没有与基站B1A-B1E通信的直接入口(access),而且MSC-I也没有与基站B2A-B2E进行通信的直接入口。如图2所示,MSC-I和MSC-II可以互相进行通信。例如,名为“蜂窝状无线电信系统间操作”的EIA/TIA/IS-41和它的校订本,定义了用于在不同操作区域的交换机之间进行通信标准(如图2中系统间数据链路34所示)。为了在基站B1C-B1E之一和基站B2C-B2E之一之间提供软切换,必须在MSC-I和MSC-II之间通过大音量的呼叫信号和功率控制信息。交换机-交换机连接和大音量呼叫信号及率控制信息的延迟特性可能导致过度延迟(undue delay),而且可能牺牲过度资源。提供软切换的另一个困难之处在于由MSC-I控制的系统结构和由MSC-II控制的系统结构可能很不相同。此外,由两个系统所用到的功率控制法可能很不相同。因此,本发明涉及提供在两个系统之间的硬切换的机理,以避免系统间软切换的复杂性和高成本。
可在几种情况下使用硬切换机理。例如,由MSC-II控制的系统可能不用CDMA来传送信号,而是用FM、TDMA或其它方法来传送信号。在这种情况下,即使在由MSC-I控制的系统中提供系统间软切换机理,也需要硬切换,因为如果两个系统都用CDMA进行操作的话,软切换是唯一可行的。因此,本发明可用于在采用不同空中接口的两个系统之间切换远端单元。可能需要改变第二系统以发送导频信号或者其它CDMA信标,从而有助于启动硬切换处理。在待批的美国专利申请第08/413,306号(发明名称为“用于移动单元协助的CDMA到另一种系统硬切换的方法和装置”,1995年3月30日申请)中详细描述了采用导频信标的系统。在待批美国专利申请第08/522,469号(发明名称为“相同频率、时分双工中继站”,1995年8月31日申请,上述两个申请都已转让给本发明的受让人)中详细描述另一种系统。在美国专利申请第08/322,817号(发明名称为“用于在不同蜂窝状通信系统之间切换的方法和装置”,1995年10月13日申请,并已转让给本发明的受让人)中详细描述了可运用导频信标单元的系统。
其中硬切换可能是有用的另一种情况是远端单元必须改变它操作的频率的情况。例如,在PCS频带内,点到点微波链路可以与CDMA通信系统共处进行操作。在图3中,在定向微波天线130和定向微波天线135之间示出点到点微波链路140。基站40、100和110可能需要避免运用由点到点微波链路140所使用的频带,从而避免在两个系统之间的干扰。有用定向微波天线130和定向微波天线135有很高的方向性,所以点到点微波链路140具有很窄的区域。如此,系统的其它基站(诸如,基站115、120和扇区50和70)可在不干扰点到点微波链路140的情况下进行操作。于是,远端单元125可以在CDMA信道上,在与点到点微波链路140相同的频带下进行操作。如果远端单元125移向基站110,它不支持在远端单元125当前进行操作的频率下的通信,那么不可能完成从基站115到基站110的软切换。而是,基站115可能命令远端单元125执行到由基站110支持的另一个频带的硬切换。
其中硬切换可能是有用的另一种情况是远端单元必须改变它所操作的频率以更平衡分布负载的情况。例如,在PCS频带内,CDMA在多个频带中(诸如,频带f1和频带f2)中与话务信道信号(traffic channel)进行通信。如果频带f2的现行通信信号的负担要比频带f1负载重得多,那么从频带f2卸下一些现行通信信号到频带f1是十分有利的。为了影响负载分担,通过执行系统内硬切换,命令在频带f2下进行操作的一个或多个远端单元在频带f2下开始操作。
执行硬切换的最可靠的方法可以是使基站115在它内部执行到另一个频率的硬切换。于是,在某种程度上,当远端单元125接收来自基站115的更大更可靠的信号时,基站115命令远端单元125在由基站115支持的不同频率下进行操作。基站115开始发送并试图接收在新的频率下远端单元发送的信号。作为替代,在基站115的第一频率和基站110的第二频率之间发生硬切换。两种硬切换都不要求任何系统间通信。
再参照图2,第一移动交换中心(MSC-I)控制电话呼叫从PSTN到适当的基站B1A-B1E的路径,以发送到指定的远端单元。MSC-I还控制呼叫从在覆盖区内的远端单元经过至少一个基站到PSTN的路径。MSC-II用相同的方法进行操作,以调节(govern)基站B2A-B2E的操作,从而在PSTN和基站B2A-B2E之间传送呼叫。运用工业标准(诸如IS-41或以后校正的标准),在系统间数据链路34上在MSC-I和MSC-II之间可以传送控制消息等。
当远端单元位于内部基站的覆盖区内时,对远端单元编程以监测来自一组邻近基站的导频信号发送。考虑到远端单元位于覆盖区C1D内当接近于覆盖区C2D的情况。在这个例子中,远端单元可以开始接收来自基站B2D的可用信号电平,然后向基站B1D和远端单元正与其进行通信的任何其它基站报告。通过测量接收到的信号的一个或多个可计量的参数(例如,信号强度、信噪比、帧差错率、帧删除率(frame erasure rate)比特误码率和/或相关时延),可以确定远端单元帧接收可用信号电平的时刻。在较佳实施例中,测量是根据由远端单元接收到的导频信号强度。在远端单元处检测这种可用接收到的信号电平并运用信号强度或质量消息向基站B1D报告之后,可以如下处理从基站B1D到基站B2D的相同频率远端单元协助的硬切换:
(i)意识到由MSC-II控制基站B2D,基站B1D延迟远端单元向MSC-I报告从基站B2D接收到的信号电平的时间;
(ii)MSC-I通过系统间数据链路34请求在来自MSC-II的基站B2D处的两个系统之间的信道资源和系统间中继线设备;
(iii)MSC-II通过系统间数据链路34向MSC-I提供信息,对上述请求作出响应,其中系统数据链路34识别在其上建立通信的信道以及其它信息。此外,控制器把用于与远端单元和中继线资源进行通信的指定信道保留在基站B2D中;
(iv)MSC-I通过基站B1D向远端单元提供新的信道信息,而且指定远端单元开始与基站B2D进行通信的时刻;
(v)在指定的时刻,通过在远端单元和基站B2D之间的硬切换,建立通信;和
(vi)MSC-II向MSC-I确认远端单元成功过渡入该系统。
这种方法的一个困难之处在于,MSC-I不知道是否基站B2D在充足的导频下接收来自远端单元的信号以支持在该时刻的通信。MSC-I命令远端单元建立与基站B2D的通信。同样,基站B2D到目前为止可能还没有接收到来自远端单元的可用信号电平。结果,在控制转移到MSC-II的处理过程中,可用掉下(drop)呼叫连接。如果掉下呼叫连接,那么将把误差消息而不是确认从MSC-II发送到MSC-I。
提供硬切换的另一个困难之处在于,CDMA系统的覆盖区边界的本质(nature)。在FM系统中(诸如,AMPS),覆盖区重叠区域范围更大。覆盖区重叠区域是其中可以支持在远端单元和两个不同基站中的任一基站之间的通信的区域。在FM系统中,由于只有当远端单元位于覆盖区重叠区域中上硬切换才是成功的,所以这种覆盖区重叠区域必须范围很广。例如,图4A高度理想地示出FM系统。基站150和基站165能够向远端单元155提供前行和反向链路FM通信。(前向链路是指从基站到远端单元的连接。反向链路是指从远端单元到基站的连接。)在区域160中,来自基站150和基站165的信号强度是足以支持与远端单元155的通信的电平。注意,由于FM系统的本质,基站150和165不能同时与远端单元155进行通信。当在区域160内发生从基站150到基站165的硬切换时,新频率用于在基站165和远端单元155之间的通信,而不是用于在基站150和远端单元155之间的通信。基站165不再在基站150所用的任何频率下发送,于是标称地,基站165对在基站150和正与它进行通信的任何远端单元之间的通信没有任何干扰,边界182表示这样的位置,即,超过这个位置从基站165到远端单元155的通信是不可能的。同样,边界188表示这样的位置,即,超过这个位置从基站150到远端单元155的通信是不可能的。显然,图4A以及图4B和4C并不是按比例绘制的,实际上覆盖区重叠区域比起每个基站的整个覆盖区要相对窄。
通过CDMA软切换,覆盖区重叠区域的存在并不是关键的,其中可仅由两个基站中的一个基站完全支持在上述覆盖区重叠区域中的通信。在发生软切换的区域中,如果同时建立与两个或多个基站的通信,那么足以保持可靠通信。在CDMA系统中,一般现行或者邻近基站在相同频率下进行操作。于是,当远端单元靠近相邻基站的覆盖区上,来自现行基站的信号电平下降,而且来自邻近基站的干扰电平上升。由于来自邻近基站的干扰增加,所以如果不建立软切换,那么可能危害在现行基站和远端单元之间的连接。如果信号相对于现行基站,而不是相对于邻近基站衰落,那么这样特别会危害连接。
图4B更加理想地示出CDMA系统。CDMA基站200和CDMA基站205能够向远端单元155提供前向链路和反向链路CDMA通信。在最暗(darkest region)的区域170内,来自基站200和基站205的信号强度是足以支持与远端单元155进行通信的电平,即使建立仅与基站200或基站205之一的通信。超过边界184,仅通过基站205的通信是不可靠的。同样,超过边界186,仅通过基站200的通信也是不可靠的。
区域175A、170和175B表示其中远端单元可能处于在基站200和205之间的软切换的区域。建立通过基站200和205的通信提高了系统的整个可靠性,即使在区域175A内的远端单元到基站205之间的通信链路不能单独可靠地支持通信。超过边界180,来自基站205的信号电平不足以支持与远端单元155的通信,即使处于软切换状态下。超过边界190,来自基站200的信号电平不足以支持与远端单元155的通信,即使处于软切换状态下。
注意,互相参照绘制图4A和4B。用于指明边界180、182、184、186、188和190的标号随着与基站150和基站200的距离的增加,它们的值也增加。如此,在边界180和190之间的软切换区域是范围最广的区域。在边界182和188之间的FM覆盖区重复区域位于CDMA软切换区域内。CDMA“硬切换”区域是在边界184和186之间最窄的区域。
注意,如果基站200属于第一系统,而基站205属于第二系统,那么基站200和基站205可能不能同时与远端单元155进行通信。如果需要把通信从基站200转移到基站205,那么需要执行从基站200到基站205的硬切换。注意,远端单元必须位于在区域170中边界184和186之间的CDMA硬切换区域,已使硬切换具有高成功可靠性。存在的问题是硬切换区域170可能非常窄,而且远端单元155要进出硬切换区域170所能花费的时间可能很少。此外,很难辨别远端单元155是否位于硬切换区域170中。一旦确定远端单元155位于硬切换170中,必须确定何时和对哪个基站执行硬切换。本发明涉及这些问题。
本发明的第一方面在于,用于确定在覆盖区内需要并可能成功实现硬切换的区域,并确定对哪个基站实行硬切换。如图3所示的六边形结构是十分理想的。当实际布置系统时,所得覆盖区具有十分不同的形状。图5示出一组基站的更理想表示法。基站T1-T3和基站I1-I3是由系统1控制器212控制的第一通信系统的一部分。基站I1-I3是只与相同系统的其它基站相邻的内部基站。基站T1-T3是具有邻近于属于不同操作系统的基站覆盖区的过渡或边界基站。基站S1-S3是由系统2控制器214控制的第二系统的一部分。围绕基站S3、基站I1-I3和基站T1-T3的最外面的厚同心园表示基站的理想化覆盖区,其中可以建立与相应基站的通信。围绕基站S1-S2的最外面的厚波浪线示出相应基站的更加理想的覆盖区。例如,波浪线228表示基站S1的覆盖区。覆盖区的形状在很大程度上受基站位于其中的地域的影响,诸如天线安装的高度、数量、反射率和在覆盖区中高楼大厦的高度以及在覆盖区内树木、小山和其它遮蔽物。为了便于绘图,这里没有示出对于每个基站的实际覆盖区。
在实际系统中,可以对一些基站分区,诸如,分成三个扇区。图6示出三分区的基站的天线模式。为了便于绘图,在图5中没有任何示出三分区基站。本发明的原理可直接应用于分区基站。
在图6中,用最细线表示覆盖区300A。用中粗线表示覆盖区300B。用最粗线表示覆盖区300C。如图6所示的三个覆盖区的形状是由标准定向偶极子天线产生的形状。可以认为覆盖区的边缘是远端单元接收到支持通过那个扇区的通信所需的最小信号电平的位置。当远端单元移入该扇区时,如该远端单元所检测到的从基站接收到的信号强度增加。在点302处,远端单元通过扇区300A进行通信。在点303处,远端单元通过扇区300A和扇区300B进行通信。在点304处,远端单元通过扇区300B进行通信。当远端单元移过扇区的边缘时,通过该扇区的通信质量可以下降。在图6中的远端单元和图未示出的邻近基站之间的软切换模式下进行操作的远端单元可能位于一个扇区的边缘附近。
图3的基站60表示更理想的三分区基站。基站60具有三个扇区,每个扇区覆盖多于120度的基站覆盖区。具有由连续线55表示的覆盖区的扇区50与扇区70的覆盖区重叠,其中扇区70具有由粗虚线75表示的覆盖区。扇区50还与具有由细虚线85表示的覆盖区的扇区80重叠。例如,由X表示的位置90位于扇区和扇区70的覆盖区内。
总之,对基站进行分区从而减小对位于基站的覆盖区内的远端单元的全部干扰功率,同时增加可通过基站进行通信的远端单元的数量。例如,扇区80不发送对于位于位置90上的远端单元的信号,从而位于80中的远端单元没有一个受在位置90处的远端单元与基站60的通信的干扰。
对于位于位置90处的远端单元,全部干扰受扇区50和70的影响,也受扇区115和120的影响。位于位置90处的远端单元可处于与扇区50和70的更软切换状态下。在位置90处的远端单元可同时处于与基站115和120之一或两者的软切换的状态下。
远端单元协助的软切换根据由远端单元测量的几组基站的导频信号强度进行操作。现行组是基站组,通过它们建立现行通信。邻近组是围绕现行基站的基站组,它包括很可能具有足以建立通信的信号强度的基站。候选组是具有足以建立通信的导频信号强度的基站组。
当最初建立通信时,远端单元通过第一基站进行通信,而现行组只包括第一基站。远端单元检测现行组、候选组和邻近组的基站的导频信号强度。当在邻近组中的基站的导频信号超过预定阈值时,把基站加到候选组,并在远端单元处从邻近组中除去该基站。远端单元把消息传送到识别新基站的第一基站。系统控制器决定是否在新基站和远端单元之间建立通信。如果系统控制器决定这样做,系统控制器把消息送到带有关于远端单元识别信息和与它建立通信的命令的新基站。还通过第一基站把消息发送到远端单元。消息识别新现行组,它包括第一和新基站。远端单元搜索发送信息信号的新基站,而且建立与新基站的通信,而不终止通过第一基站的通信。对于附加基站,还可继续这种处理过程。
当远端单元通过多个基站进行通信时,它继续检测现行组、候选组和邻近组的基站的信号强度。如果在预定时间内,与现行组的基站相对应的信号强度低于预定阈值,那么远端单元生成并发送消息以报告该事件。系统控制器通过远端单元正与其进行通信的至少一个基站接收该消息。系统控制器还确定终止通过具有弱导频信号强度的基站的通信。
系统控制器一旦确定终止通过基站的通信,基站就生成识别新现行组基站的消息。新现行组不包括终止通过它的通信的基站。建立通过它的通信的基站把消息送到远端单元。系统控制器还把信息送到基站以终止与远端单元的通信。远端单元通信只通过在新现行组中识别的基站。
当远端单元处于软切换状态下时,系统控制器接收来自作为现行组的一个成员的每个基站的经解码的数据组。根据信号组,系统控制器必须产生用于发送到PSTN的单个信号。在每个基站内,在解码之前,可以组合从公共远端单元接收到的信号,然后充分利用接收到的多个信号。向系统控制器提供来自每个基站的解码结果。一旦解码信号,就不能容易并有利地把它与其它信号“组合”。在较佳实施例中,系统控制器必须在与基站一一对应的多个经解码信号之间进行选择,在来自基站的数据组中选择最有利的经解码信号,而且简单丢弃其它信号。
除了软切换之外,系统还可以采用“更软(softer)”切换。更软切换一般指在公共基站的扇区之间的切换。由于公共基站的扇区更紧密地连接,所以通过组合未经解码的数据,而不是通过选择经解码的数据,可以在公共基站的扇区之间执行切换。无论是否在任一系统内采用更软切换,都同样应用本发明。在美国专利申请第08/405,611号(发明名称“用于在公共基站的扇区之间执行切换的方法和装置”,1995年3月13日申请,它是现已被撤销的在1993年10月10日申请的美国专利申请第08/144,903号续展申请,上述两个申请都已被转让给本发明的受让人)中描述更软切换的处理过程。
在较佳实施例中,由在选择器组子系统(selector bank subsystem)(SBS)内的系统控制器执行选择处理。SBS包括选择器组。每个选择器处理对应一个远端单元的现行通信。在终止呼叫连接时,可以把选择器分配给另一个现行远端单元。选择器为远端单元和基站提供所有控制功能的方式。选择器送出并接收来自基站的消息。这种消息的例子是由基站送出的消息,每当在基站和远端单元之间的环程延迟改变达阈值量。选择器还可以命令基站把消息送到远端单元。这种消息的例子是送到基站的消息,基站命令它命令远端单元提供导频强度测量消息(PSMM)。下面更加详细解释这些信号的用途。在最普通的实施例中,它不必是控制切换处理的选择器,而且任何通信控制方式都可以执行在本较佳实施例被赋予选择器的功能。
当远端单元以建立与基站的通信时,基站可以测量与远端单元相关的环程延迟(RTD)。基站根据格林威治时间,及时对准它到远端单元的发送时间。通过无线空中链路,把信号从基站发送到远端单元。发送的信号需要一些时间来从基站到远端单元。远端单元用它从基站接收到的信号来对准它送回到基站的发送。通过把基站从远端单元接收到的信号的时间对准与基站送到远端单元的信号的对准相比较,基站可以确定环程延迟。可用环程延迟来估计在基站和远端单元之间的距离。根据较佳实施例,无论何时环程延迟改变大于预定值,基站向选择器报告环程延迟。
本发明的一个方面是运用在作为现行和候选组成员的远端单元和基站之间的环程延迟,以识别远端单元的位置。获得在远端单元和作为候选组成员的基站之间的环程延迟在某种情况下,要比确定现行组成员的环程延迟要复杂得多。由于作为候选组的成员的基站不解调来自远端单元的信号,因此候选基站不能直接测量环程延迟。
把从远端单元送到基站的消息称为导频强度测量消息(PSMM),其中所述基站包括候选和现行组成员的导频信号信息。响应于来自基站的请求,或者由于邻近组的基站的信号强度超过阈值或者在候选组中的基站的信号强度达预定值,或者由于切换落下(drop)计时器到时,由远端单元送出PSMM。
四个参数控制软切换处理。首先,导频检测阈值,T_ADD,指定作为邻近组成员的基站的导频信号强度必须超过的电平,以被分类为候选组的成员。导频落下阈值,T_DROP,指定作为现行或者候选组成员的基站的导频信号强度必须低于的程度,以触发计时器。由T_TDOP指定触发计时器的持续时间:在由T_TDROP指定的时间过后,如果导频信号强度仍低于T_DROP程度,那么远端单元开始把相应基站从它当前属于的组中去除。现行组与候选组的比较阈值,T_COMP,设定候选组成员的导频信号强度必须超过现行组成员的导频信号强度的量,以触发PSMM。把这四个参数中的每个参数存储在远端单元中。可由从基站送出的消息把这四个参数中的每个参数重新编程为新值。
PSMM包括与本发明相关的两个信息。PSMM包括对于与作为现行或候选组成员的基站相对应的每个导频信号的记录。首先,PSMM包括信号强度的测量。第二,PSMM包括导频信号相位的测量。远端单元测量在候选组中每个导频信号的导频信号相位。通过把候选导频信号的最早到达的可用多路径成分的相位与现行组成员的最早到达可用多路径成员相位作比较,在远端单元处测量导频信号相位。在相关PN子码中可以测量导频信号相位。把在提供最早到达信号的现行组中的基站的导频信号称为参考导频信号。
运用下列等式,系统控制器可以把导频信号相位转换成环程延迟的估计:
RTDcan1=RTDref+2*(PilotPhasecan1-Channel Offsetcan1 *Pilot Inc)  等式1
其中,RTDcan1=在候选组中具有入口的基站的环程延迟的经计算估计;
RTDref=对于参考导频信号报告的环程延迟;
PilotPhasecan1=与在以PN子码为单位的PSMM中报告的远端单元所检测到的格林威治时间相关的相位;
ChannelOffsetcan1=候选基站的信道偏置,它是无单位数;和
PilotIne=每信道以PN子码为单位的系统宽导频序列偏置指数(index)增值。
由与选择器相对应的基站提供对于参考导频信号报告的环程延迟,RTDref。对于参考导频信号的环程延迟作为用于估计在远端单元和作为候选组成员的基站之间的环程延迟。记住,在较佳实施例中,每个基站及时发送相同的导频序列偏置,从而远端单元可以根据导频信号的代码相位偏置识别基站。导频序列偏置指数增值,PilotInc,是偏置基站导频信号的代码相位偏置增值。候选基站的信道偏置,ChannelOffsetcan1,指定把哪个代码相位分配给候选基站。候选基站的相关相位,PilotPhasecan1,是由基站测得的与以PN子码为单位的参考导频信号相比,候选基站的代码相位偏置。向在PSMM中的基站报告PilotPhasecan1。选择器已知ChannelOffsetcan1和PilotPhase。
如果在系统中发送没有延迟,那么候选基站的相位是信道偏置,ChannelOffsetcan1,和系统宽导频序列偏置指数增值,PilotInc,的乘积。由于在系统中存在发送延迟,所以远端单元检测带有不同和变化延迟的参考导频信号和候选基站导频信号。从检测到的PN偏置(=PilotPhasecan1)中减去系统感应(induced)PN偏置(=ChannelOffsetcan1与PilotInc的乘积)产生在参考导频信号和候选基站的导频信号之间的相关偏置。如果差是负的,那么在参考基站和基站之间的RTD大于在候选基站和远端单元之间的RTD。由远端单元检测到的差反映了前向链路相关延迟。把前向链路相关延迟加倍以考虑到全部环程延迟。
为了这个例子,假设系统宽导频序列偏置指数增值是64PN子码,而且将下列信息作为环程延迟测量的基础。
PilotPhaseref=0  RTD=137(基站Id=12)
PilotPhase14=948 RTD=244(基站Id=14,相关偏置52PN)
PilotPhase16=1009(基站Id=16,相关偏置-15PN)
由于在较佳实施例中,每个基站或基站扇区及时发送相同的导频序列偏置,所以可以将基站标识认为是由基站用于发送导频信号的信道PN偏置。此外,假设基站12和14(可假设是指在图1中所示的基站)是现行组的成员,而且分别将由基站12和14进行的RTD测量报告为137和244PN子码。
注意,对于基站14的导频相位和环程延迟数据的真相(right)是经计算的相关偏置。基站14的测得的导频相位是948PN子码。基站14的固定偏置等于基站ID(14)倍的导频序列偏置增值(64),即,等于896PN子码。在测得的导频相位和基站的导频相位偏置之差是基站和远端单元之间的相关偏置,在这种情况下,是52PN子码(=948-896)。不必用这些远端数字来计算在基站14和远端单元之间的环程延迟,因为由于基站14是现行组成员,所以基站14直接进行环程延迟测量。
然而,由于基站16是候选组成员,所以基站16不能直接进行任何环程延迟测量,而且必须用上述等式1来确定环程延迟。对于基站16,参数是:
RTDcan1=137PN子码;
PilotPhasecan1=1009PN子码;
ChannelOffsetcan1=16;和
PilotInc=64PN子码每信道。
直接把这些数代入等式1,得出在远端单元和基站16之间的环程延迟,即,107PN子码。如上所述,为了找到候选基站的绝对偏置,从PilotPhasecan1中减去ChannelOffsetcan1和PilotInc之积,在这个情况下得出-15PN子码。一个有趣的方面是在基站16和远端单元之间的环程延迟小于在基站12之间的环程延迟。
识别远端单元的位置的方法是根据对特定远端单元测量定向硬切换(MDHO)状态的运用。为了使处理影响减至最小,系统只当在现行组的任一成员被标为过渡基站时才进入MDHO状态。在另一个实施例中,系统只在现行组中的所有成员都是过渡基站上进入MDHO状态。在第三实施例中,系统至在在现行组中存在单个基站而且基站是过渡基站上才进入MDHO状态。在第四实施例中,存在充足的处理资源,从而MDHO状态永远是现行的。虽然处于MDHO状态下,但是选择器检测现行组成员的环程延迟,并对于候选组成员计算环程延迟。在触发MDHO状态的条件改变之后,可以退出MDHO状态。
MDHO状态根据MDHO表的运用。在MDHO表中,每行代表覆盖区的扇区,它是覆盖区重叠区域。如上所述,覆盖区重叠区域是其中只可支持在远端单元和两个不同基站之一之间的通信的区域。每行包括基站标识号对和环程延迟范围的列表。以最小和最大环程延迟来特定环程延迟范围。
为了运用MDHO表,用网络计划工具或实验数据来识别区域组和对于每个区域相应的适当动作。作为替代,可用基于规则或专家系统来生成MDHO表。如上所述,图5示出内部、过渡和第二系统基站组,而且用于示出远端单元测量定向硬切换表的功能。在基站周围的阴影线指出环程延迟测量阈值。例如,包围基站S2的阴影线222表示从基站S2到位于阴影线222上的远端单元的直接路径显示200PN子码的环程延迟的位置。包围基站S2的阴影线表示从基站S2到位于阴影线222上的远端单元直接路径显示220PN子码的环程延迟的位置。因此,位于阴影线220和阴影线222之间的任何远端单元都显示在200和220PN子码之间的环程延迟。
同样,包围基站T1的阴影线226表示从基站T1到位于阴影线226上的远端单元的直接路径显示160PN子码的环程延迟的位置。包围基站T1阴影线224表示从基站T1到位于阴影线224上的远端单元的直接路径显示180PN子码的环程延迟的位置。因此,位于阴影线224和阴影线226之间的任何远端单元都显示在160和180PN子码之间的环程延迟。
此外,包围基站T1的阴影线232表示从基站S1到位于阴影线232上的远端单元的直接路径显示170PN子码的环程延迟的位置。包围基站S1阴影线230表示从基站S1到位于阴影线230上的远端单元的直接路径显示180PN子码的环程延迟的位置。因此,位于阴影线230和阴影线232之间的任何远端单元都显示在170和180PN子码之间的环程延迟。
如上所述,由在这种环境中的反射元件产生不经过在远端单元和基站之间的直接路径的多路径信号。如果信号不通过直接路径,那么环程延迟将增加。最早的到达信号是经过在远端单元和基站之间的最短路径的信号。它是结合本发明测得的最早到达的信号,以估计环程延迟。
注意,可由在各种基站之间的环程延迟来识别特定区域。例如,可用在远端单元和基站T1之间的环程延迟在160和180PN子码之间,而在远端单元和基站S2之间的环程延迟在200和220PN子码之间的这些事实,来识别覆盖区240和242。还由无论环程延迟是多少都可检测到来自基站S1的导频信号的这一事实来限定覆盖区242。假设对于位于区域240内并正与基站T1进行通信的远端单元的适当动作是执行到CDMA基站S2的相同频率硬切换。此外,假设,在区域242中,全部干扰是这么高,从而另一种方法只能是执行到由基站S1支持的AMPS系统的硬切换。
表1示出示例MDHO表的一部分。第一列表示覆盖区与对应于在MDHO表中的行的区域重叠。例如,覆盖区242与在表I中的覆盖区N相对应,而覆盖区240与在表I中的覆盖区N+1相对应。注意,位于覆盖区242中的远端单元与对于覆盖区240给定的参数相匹配。在示例实施例中,以数字序列横穿MDHO表,而且选择与给定参数相匹配的第一区域,从而给定参数组与区域N+1相比较的唯一方法是假设已消除区域N作为可能的位置。第二列包括第一基站ID。第三列包括环程延迟的范围,它与由行指定的覆盖区相对应。第四和第五列示出第二基站ID和环程延迟对,与第六和第七列相同。如果需要的话,可以添加指定基站ID和环程延迟对的更多的列。
在较佳实施例中,把MDHO表存储在选择器组子系统选择器(SBSC)中。SBSC已存储提供邻近表和导频偏置及标准操作所需的其它这些数据的导频数据库。在较佳实施例中,每次接收到新PSMM或者无论对任一现行基站的RTD测量何时有较大改变,选择器都要求SBSC访问MDHO表。
覆盖区 基站[1]  RTD范围[1] 基站[2]   RTD范围[2] 基站[3]   RTD范围[3]   动作 系统ID   目标基站
●●●
    N   T1   160,180   S2   200,220   S1   0,1000   HO到AMPS 系统2     S1
    N+1   T2   160,180   S2   200,220   HO到CDMA     系统2   S2
    N+2   T2   160,180   S2   200,220   HO到CDMA     系统2   S2
    N+3   T2   160,200   T3   0,1000   HO到不同频率CDMA     系统1   T2
    N+4   T2   200,240   S3   190,210   S2   200,240   HO到Amps     系统1   T2
●●●
                                表I
标注的动作的列表示当远端单元的位置映射到一个覆盖区时应进行的动作。下面是可以采取的几种示例动作:
系统间基站CDMA到AMPS硬切换;
系统内基站CDMA到AMPS硬切换;
系统内基站CDMA到CDMA硬切换;
系统间基站CDMA到不同频率CDMA硬切换;和
系统间基站CDMA到相同频率CDMA硬切换。
如果需要更多的环程延迟信息来识别远端单元的位置,那么当远端单元处于MDHO状态下时,可以改变T_ADD和T_DROP阈值。通过减小T_DROP和T_ADD阈值,低导频信号强度使相应基站符合候选和现行组成员资格,而且远在落下之前低导频信号强度保留在候选和现行组中。列在候选组和现行组中的增加的基站数增加可用于设置远端单元的环程延迟数据点的数量。减小T_ADD和T_DROP系统宽度可能会起到负面影响,其中处于切换状态下的每个远端单元运用来自两个基站的系统资源。理想的是,使处于切换状态下的远端单元数量最小,以保存在每个基站处的资源并使容量最大。因此在较佳实施例中,在过渡基站中T_ADD和T_DROP仅仅数值减小。此外,由T_TDROP指定的时间长度可以增加,以在低于T_DROP之后增加基站保留在现行组中的时间。
在较佳实施例中,如果第二系统没有在第一系统中用到的频率下发送来自边界基站的CDMA导频信号,那么改变第二系统以发送导频信号或其它CDMA信标,从而有助于硬切换处理的开始,正如在上述美国专利申请第08/413,306号和美国专利申请第08/522,469号中详细所述。在另一个实施例中,即使系统没有发送来自边界基站的CDMA导频信号,在第二系统中的边界基站也不产生导频信号,而且在与基站S1-S3相对应的MDHO表的基站ID列中没有入口。导频信标单元还可用于内部基站以帮助识别受点到点微波链路影响的区域。
在一些情况下,还可以不用将候选基站作为识别远端单元的位置的装置,从而只需现行基站信息来确定远端单元位置。例如,通过聪明的网络规划,只用现行组成员的环程延迟,就可以有效地识别覆盖区重叠区域。
如上所述,为了便于绘图,在图5中没有示出任何经分区的基站。实际上,分区的存在通过使远端单元可能位于的区域变窄,有助于位置处理。注意,例如,图3的基站60的地理位置。在考虑到环程延迟之前,把基站60的覆盖区分成6个不同区域:只由扇区50覆盖区域、只由扇区50和扇区70覆盖区域、只由扇区70覆盖区域、只由扇区70和扇区80覆盖区域、只由扇区80覆盖区域和只由扇区80和扇区50覆盖区域。如果用网络规划来使三分区基站沿着在两个系统之间的边界取向,那么可以不必使用在系统2边界基站中的导频信标,也不必使用候选基站环程延迟确定。
最初校准在系统中的每个基站,从而测得的以分贝为单位的去负载(unloaded)的接收机路径噪声与测得的以分贝为单位的所需导频功率之和等于一些常数。在整个基站系统中,校准常数是一致的。当系统有负载时(即,远端单元开始与基站进行通信),反向链路切换边界有效地移至基站。因此,为了模仿对前向链路的相同影响,通过当负载增加(loading)时减小导频功率,补偿网络保留在基站处接收到的反向链路功率和从基站发送的导频功率之间的恒定关系。把将前向链路切换边界与反向链路切换边界平衡的处理过程称为基站周期性小变化(breathing),在美国专利第__号(发明名称为“用于在蜂窝状通信系统中将前向链路切换边界与反向链路切换边界平衡的方法和装置”,1996年__颁布并已转让给本发明的受让人)中详细描述。
周期性小变化处理可以对MDHO状态有不利的影响。再参照图4B,如果与由基站205发送的功率相比,由基站200发送的功率减小,那么覆盖区重叠边界移近至基站200,然后移离基站205。信号电平不影响在任一位置上的远端单元和基站之间的环程延迟。因此,当实际边界已改变时,MDHO表开始识别与适于切换的位置相同的位置。
有几种处理周期性小变化问题的方法。一种方法是使如存储在MDHO表中的规定覆盖区重叠区域变得很窄,从而覆盖区重叠区域保持独立于当前的周期性小变化状态。
处理基站周期性小变化的第二种方法是使在边界基站处的周期性小变化无效或受限制。周期性小变化机理对前向链路信号进行操作以迫使前向链路模仿反向链路对负载程度的自然反应(natural reaction)。因此,消除周期性小变化并不能消除边界随着反向链路上的负载而改变,从而即使系统不采用周期性小变化负载也保留因素的危险。
处理基站周期性小变化问题的第三种方法是通过网络规划。如果第二系统的边界基站不在由第一系统的边界基站所使用的频率下发送话务信道信号(即,现行远端单元特定信号),那么将使周期性小变化的影响减至最小。如果边界基站发送来自导频信标单元的导频信号,那么由于当运用导频信标单元时不生成任何话务信道信号,所以还使周期性小变化的影响减至最小。由导频信标输出的功率随着时间变化而保持不变。
处理基站周期性小变化的第四种方法是通过使用基于规则系统。如果边界基站正在周期性小变化,那么把周期性小变化参数从每个基站发送到系统控制器。系统控制器根据当前周期性小变化值更新MDHO表。一般,系统控制器增加在MDO表中的环程延迟值,以反映周期性小变化影响。
在大多数情况下,周期性小变化影响可能根本不是一个问题。因为这些边界区域一般已是技术和商业问题(business issuess)的来源,所以网络规划一般努力设置在低话务区域中的两个系统之间的边界。较低话务量与周期性小变化的较小影响相对应。
在一些情况下,理想的是,避免存储和访问MDHO表。在这种情况下,可以用其它方法来影响切换。例如,在另一个实施例中,用两种方法来触发切换。第一种方法称为检测规则。指定某些基站(或者基站扇区)作为参考基站,R。如果远端单元在参考基站的覆盖区内,而且它报告对触发导频信号(PB)的检测,那么选择器用于由数据组(R,PB)确定的目标基站触发切换。检测规则一般,但并不是总是,与导频信标单元一起使用。
第二种方法称为不费力(hand-down)规则。把某些基站标为边界基站。如果远端单元现行组只包括一个基站,而且这个基站是边界基站,以及参考导频信号环程延迟超过阈值,那么选择器触发切换。作为替代,如果远端单元现行组只包括作为边界基站的基站,而且参考导频信号环程延迟超过阈值。一般而言,阈值因基站不同而不同,而且独立于剩余的现行组。由当前参考导频确定不费力动作。在用于测量定向切换的一组规则中,不费力规则可能是最重要的。注意,指定为边界基站的基站不必具有邻近于另一个系统的基站的覆盖区的覆盖区。可将不费力规则用于系统间切换和系统内切换。
检测规则和不费力规则可以依赖于系统的物理特征。对于这两个规则的应用可以增加网络的设计负担,诸如,对基站的设置、在多扇区基站内扇区的取向和天线的物理设置。
如果远端单元或者基站试图在边界基站中开始呼叫,那么远端单元和基站在访问信道上交换始发消息。在较佳实施例中,附加信道管理器位于基站内,而且控制访问信道。附加信道管理器检查根据始发消息计算的环程延迟估计。如果环程延迟超过阈值,那么附加信道管理器通知移动交换中心,它可以命令基站把业务重定向消息送到远端单元。业务重定向消息可以把可实施AMPS的远端单元送到AMPS系统或者另一个CDMA频率或系统。重定向消息还依赖于由远端单元所要求的业务类型。如果要求数据连接而不受话音连接,那么AMPS系统可能不能支持该连接。由于这个原因,所进行的动作一般必须依赖于远端单元的能力和所处状态。一般,每个在系统中的每个远端单元具有类别指示,指定了它的能力。基站可以询问远端单元当前所处的状态,而且可以估计返回的信息作出决定。
图7示出在CDMA至CDMA相同频率切换中检测规则的应用。假设,在C1A/C2区域中远端单元从系统S1移至系统S2。当远端单元达到C2时,它开始检测由它发送的导频信号。运用这个检测规则,如果C1A是参考基站,那么选择器要求切换到由覆盖区C1A控制的AMPS基站。如上所述,可以在比从CDMA系统到在相同频率下操作的另一个CDMA系统的硬切换更大的物理区域内获得从FMAMPS系统到另一个FM AMPS系统的硬切换。注意,必须在边界基站中有一一映射或者至少在CDMA基站覆盖区和AMPS基站覆盖区之间的基本重叠。已转换到FM AMPS操作,在FM系统之间的成功系统间硬切换的概率很高。
图8示出对在CDMA至CDMA不同频率切换中的检测规则的应用。在图8中,将与系统S2相对应的区域打阴影线表示系统S2正在频率f2下与话务信道信号进行通信,但不在频率f1下与话务信道信号进行通信。在图8中,不将与系统S1相对应的区域打阴影线以表示系统S1正在频率f1下与话务信道信号进行通信,但不在频率f2下与话务信道信号进行通信。可以或不可以有在系统S1或系统S2或两者的边界基站中操作的导频信标。如果存在导频信标单元,那么可以运用检测规则。作为替代,如果C1A和C1B只成为在现行组中的基站,那么一旦环程延迟测量超过阈值,可以采用不费力规则。在上述情况之一中,可以进行到在C1A或C1B内的并排排列的AMPS基站的切换。
图8的结构具有比图7的结构更大的有利之处。图4C示出运用两个不同的CDMA频率的切换的优点。图4C是在与图4A和4B中相同的格式下,采用两个不同CDMA频率的切换区域的高度理想化表示法。在图4C中,基站205不在与基站200相同的频率下发送话务信道信号,如发自基站205和远端单元155的虚线发送箭头所表示的那样。边界189表示在频率f1下可以建立在远端单元155和基站200之间的可靠通信的点。在边界180和边界189之间的区域176表示如果基站205设有导频信标单元同时通过基站200进行通信,那么远端单元155可以检测来自基站205的导频信号的区域。
在图4B和4C之间进行的比较显示不同频率切换的优点。如果基站205不发送导频信号,那么不存在基站205对在基站200和远端单元155之间的信号的干扰。如果基站205发送导频信号,那么由来自基站205的导频信号引起的对在基站200和远端单元155之间的信号的干扰量将大大低于如果基站205发送话务信道信号所产生的干扰。因此,边界189比边界186更靠近基站205。
边界181表示在频率f2下可以建立在基站155和基站205之间的可靠通信的点。在边界181和边界190之间的区域178表示如果基站200设有在频率f2下操作的导频信标单元同时通过基站205进行通信,远端单元155可以检测来自基站200的导频信号的区域。再次,注意边界181离基站比边界184离基站近多少。在边界181和边界189之间的区域174表示其中可以完成从在频率f1下基站200的通信到在频率f2下基站205的通信的切换或者反之亦然的区域。注意,在图4B中区域174比区域170大多少。更大尺寸的区域174对硬切换处理更有利。使用两个不同的频率的这个事实对硬切换处理的影响不大,因为在相同频率或是在不同频率下,通信的转移具有“进行之前断开”的硬切换特征。不同频率情况的唯一小缺陷可能是远端单元需要一些时间来从第一频率操作转换到第二频率操作。
在较佳实施例中,基站和远端单元都用不同频率来发送而不是接收。在图4C和其它附图及描述在两个不同CDMA操作频率之间的切换的说明书中,可以假设即使为了简单说明书和附图都提到单个频率(诸如频率f1)来指定对发送和接收频率组的应用,在进行切换之后,发送和接收频率还是不同的。
再参照图8,在系统S2中的每个基站不必制止在频率f1下进行操作。只需要,边界基站而且有可能的话在系统S2中的下一层内部基站制止在频率f1下进行操作。在系统S2中的内部基站可以使用用于CDMA或FM或TDMA或点到点微波链路或任何其它功能的频率f1
图9示出对于在两个系统之间过渡区域的又一个实施例。图9的结构需要在第一和第二系统的业务供应者之间的合作,而且当两个系统都属于相同的业务供应者时最适用。图9示出两个并排排列或者基本上并排排列的基站B1和B2,它们提供CDMA至CDMA不同频率切换。基站B1和基站B2是向覆盖区310提供覆盖范围的两扇区基站。系统S1的基站在扇区α和扇区β中提供在频率f1下的CDMA业务,而系统S2的基站B2在扇区α和扇区β中提供在频率f2下的CDMA业务。
注意,由公路(highway)312与覆盖区310交叉。当远端单元从运用频率f1的系统S1进入覆盖区310时,用标准的系统内软切换来将呼叫控制转移到基站B1,扇区β。当远端单元继续沿着公路312下时,用软切换或更软切换来将通信从基站B1,扇区β,转移到基站B1,扇区α。当基站B1的扇区α只是在现行组中的扇区时,不费力规则将触发切换用于在频率f2下,基站B2的系统S2扇区β。
在基站B2的扇区α和基站B1的扇区β之间,以类似的方法,对从系统S2至系统S1的远端单元执行切换。由于基站B1的扇区α和基站B2的扇区β并排排列,而且基站B2的扇区α和基站B1的扇区β并排排列,所以在每种情况下,可以成功地竞争(compete)硬切换,而不必担心远端单元不在目标基站的覆盖区内。
图9的结构具有几个优点。因为其中执行从系统S1到系统S2的切换的区域与其中执行从系统S2到系统S1的切换区域不同,使乒乓情况的概率最小。例如,如果其中执行从系统S1到系统S2的切换的区域基本上与其中执行从系统S2到系统S1的切换的区域相同,那么进入切换区域然后停止移动或移入该区域的远端单元可以连续切换到一个系统,然后回到另一个系统。图9的结构引入空间滞后现象。一旦在下半覆盖区310中远端单元将对系统S1的控制转换到对系统S2的控制,远端单元将不会将控制移回到系统S1,除非它改变方向并完全重进入上半覆盖区310,从而基站B2的扇区α是远端单元的现行组的唯一成员。
根据图8的结构,在图9的结构中,在系统S2中的每个基站不必制止运用频率f1。只需要边界基站,而且有可能的话,在系统S2中下一层内部基站制止运用频率f1。在系统S2中的内部基站可以用频率f1来发送CDMA或FM或TDMA或点到点微波链路或者用于任何其它功能。此外,在图9中,基站不必一定包括两个扇区,而是可以应用更多的扇区。
图10示出这种情况,其中CDMA系统接近于运用不同技术提供业务的系统。可以用与图8类似的方法处理这种情况。图10示出美国底特列,Michigan的特定拓扑结构。底特律(Detroit)一侧邻接加拿大。一条河限定底特列和加拿大之间的边界。在河上架有几座桥以连接这两个国家。
在河的美国这一侧,采用CDMA系统S1。在河的加拿大这一侧,采用TDMA系统S2。美国和加拿大都操作AMPS系统以及所选的数字技术。在系统的Detroit侧上移动的远端单元连续处于CDMA覆盖区内,可能处于软或更软切换状态下。然而,当发现远端单元唯一处在覆盖区CA的扇区α或覆盖区Cc的扇区α的覆盖区内时,一旦环程延迟超过预定阈值,那么运用不费力规则,触发到各个并排排列的AMPS基站的切换。在水上的远端单元可以或不可能呆在CDMA覆盖区内,这取决于所选RTD阈值。网络规划必须保证天线适当取向,而且这样设置基站,从而根据过渡扇区可以唯一确定AMPS基站,而且当这些扇区变成在仅在现行组中的扇区时呼叫不落下。
图14示出本发明的一个实施例,其中操作两个系统的载波能够并排排列两个基站。图14是地理表示法。覆盖区C1A与在频率f1下操作的系统S1中的内部基站相对应。覆盖区C1B与在频率f1下操作的系统S1中的过渡基站相对应。导频信标P1是在与覆盖区C2A并排排列的在频率f1下操作的导频信标单元。覆盖区C2A与在频率f2下操作的系统S2中的内部基站相对应。覆盖区C2B与在频率f2下操作的系统S2中的过渡基站相对应。导频信标P2是在与覆盖区C1A并排排列的在频率f2下操作的导频信标单元。
注意,在图14的结构中,当远端单元在系统S1和系统S2之间移动时,必须执行在基站C1B和基站C2B之间的硬切换。由于内部基站不在进行硬切换的频率下发送话务信道,所以在频率f1下基站C1B和位于覆盖区C1B和C2B中的远端单元之间的通信可靠性很高。同样,在频率f2下基站C2B和位于覆盖区C1B和C2B中的远端单元之间的通信可靠性也很高。
与图14的结构相关的一个问题是覆盖区C1B和C2B并排排列。基站并排排列需要在两个系统操作者之间的一些协调(some amount of coordination)。如果由不同的载波操作两个系统,那么载波可以不要共享物理设备。此外,并排排列可以引起调整问题。图15与图14相类似,除了覆盖区C1B和覆盖区C2B不完全并排排列。这个实施例的原理应用与两个基站覆盖区基本上重叠的情况。空间滞后区域大约缩小由两个覆盖区互相偏移的量。
根据图14或图15,操作是相同和十分简单的。在系统S1移到系统S2的远端单元最初运用频率f1与覆盖区C1A进行通信。当远端单元达到两个并排排列的覆盖区时,在频率f1下的软切换用于将通信转移到覆盖区C1B。如果远端单元继续移至系统S2,那么远端单元开始检测来自导频信标P1的导频信号。当现行组只包括与覆盖区C1B相对应的基站,和/或导频信号P1的导频信号强度超过某一阈值时,执行从与覆盖区C1B相对应的基站到与覆盖区C2B相对应的基站的硬切换。当远端单元继续移向系统S2时,将软切换用于在与覆盖区C2B相对应的基站和与覆盖区C2A相对应的基站之间过渡通信。与此相反的操作用于完成从系统S2到系统S1的切换。
图14和15的结构与图9的结构相类似,其中它们都引入一些空间滞后现象的测量。例如,由虚线356表示从系统S1移到系统S2的远端单元的连接。注意,直至远端单元达到由箭头350所示的位置,仍然由在与覆盖区C1B相对应的基站中的系统S1在频率f1下向它提供业务。同样,由虚线354表示从系统S2移至系统S1的远端单元的连接,仍然由与覆盖区C2B相对应的基站向它提供业务。因此,在箭头350和箭头352之间,向远端单元提供通信的业务依赖于当远端单元进入区域时哪个系统正在提供通信。远端单元可在箭头352和350之间的区域内移动,而不必在两个系统之间切换。
再参照图4B,解决硬切换问题的另一种方法是增加硬切换区域170的尺寸。一个原因是由于衰落影响使该区域变窄。由于位于硬切换区域170内的远端单元只能建立与基站200或基站205之间的通信,所以如果信号相对于现行基站衰落但是不相对于非现行基站衰落,那么来自非现行基站的干扰会变得很明显。增加区域的尺寸和在该区域内通信的可靠性的一种方法是使在该区域中远端单元经历的衰落量最小。分集是缓解衰落的严重影响的一种途径。存在三种主要的分集方法:时间分集、频率分集和空间分集。在扩频CDMA系统中,固有时间和频率分集。
由公共信号的多个信号路径产生空间分集(也被称为路径分集)。通过分开接收和处理带有不同传播延迟到达的信号,经过扩频处理可以有利地利用路径分集。在美国专利第5,101,501号(发明名称为“在CDMA蜂窝状电话系统中的软切换”,1992年3月31日颁布)和美国专利第5,109,390号(发明名称为“在CDMA蜂窝状电话系统中的分集接收机”,1992年4月28日颁布)中描述了路径分集运用的例子,上述两个专利已被转让给本发明的受让人。
多路径环境的存在可以向宽带CDMA系统提供路径分集。如果以大于一个子码持续时间的差分路径延迟产生两个或多个信号路径,那么可以用两个或更多接收机来在单个基站或远端单元接收机处分开接收信号。(所需的一个子码路径延迟差分是在接收机中完成时间跟踪的装置的功能)。在分开接收到信号之后,在解码处理之前可以分集组合它们。于是,在解码处理中应用来自多个路径的全部组合能量,从而增加了能量和解码处理的精确度。多路径信号一般在衰落方面显示它的独立性,即,不同的多路径信号一般不一同衰落。于是,如果可以分集组合两个接收机的输出,那么只有当两个多路径信号同时衰落才发生性能的显著损失。
再参照图4B,假设基站200是现行基站。如果存在来自基站200的由远端单元155接收到的两个不同信号分量,那么两个不同信号独立或近乎独立衰落。因此,当只接收到一个不同信号时,发生来自基站200的全部信号的衰落不严重的情况。结果,来自基站205的信号支配从基站200到远端单元155的信号的可能性不大。
可以人工引入多路径,而不是依赖于自然或统计发展的多路径信号。典型的基站具有两个接收天线和一根发送天线。发送天线通常与一根接收天线相同。图12中示出这种基站结构。
在图12中,发射机330向双工器332提供发送信号,而双工器332又反过来向天线334提供信号。天线334向接收机338的端口1提供第一接收信号,而天线336向接收机338的端口2提供第二接收信号。在接收机338内,分开接收到端口1和端口2接收信号,然后为了获得最大利益在解码之前组合上述信号。天线334和天线336如此构造,从而从每根天线接收到的信号独立于互相接收到的信号而衰落。由于向不同接收机提供来自天线334和336的接收信号,而且直至在接收机338内解调上述信号之后才将它们组合起来,所以不严格要求在天线334上接收到的信号偏离在天线336上接收到的信号至少达1PN子码方位(direction)。
为了将分集引入图12的系统,可以用第二双工器来将发送信号通过延迟线耦连到以前仅作接收用的天线(formerly receive-only antenna)。
在图13中,发射机330向双工器332提供发送信号,而双工器332反过来向天线334提供信号。此外,发射机330向延迟线340并向双工器342和天线336提供发送信号(在大多数基本实施例中,它包括与原始发送信号相同的信号)。如图12所示,如此构成天线334和天线336,从而在远端单元处从每根天线接收到的信号独立衰落。由于在远端单元处通过单根天线接收到的两个信号,所以除在衰落方面的独立性,必须在时间上将两个信号充分地分开,从而远端单元可以分开地区分信号。延迟线添加充足的延迟,从而相对于来自天线334的信号,从天线336发射的信号以大于一个子码的延迟到达远端单元,从而远端单元可以区分信号并分开接收和解调它们。在较佳实施例中,图13的分集基站结构仅用于边界基站。
在另一个实施例中,延迟线340包括增益调节元件。可用增益调节元件,相对于由天线334发送的信号来调节由天线336发送的信号电平。这种结构的优点在于来自天线336的信号对在系统中的其它信号干扰不大。然而,当来自天线334的信号衰落时,来自天线336的信号电平相对于来自天线334的信号,变得很重要。于是,在较佳实施例中,如果相对于远端单元,来自天线334的信号的衰落很深,那么来自天线336的信号足够大从而在衰落的持续时间内提供可靠的通信。
只有当至少一个远端单元位于硬切换区域中时,提供来信天线336的信号才有可能是有利的。这种技术还可用于下列实施例中的任一个实施例。
又一个不同的实施例可以产生携带不同信号组的分开信号路径,以通过天线336发送。在该实施例中,基站确定那些远端单元需要分集(即,哪些远端单元位于硬切换区域)。通过天线336发送的信号组可以单独包括用于在硬切换区域中的远端单元的话务信道信号和导频信号。另外,还可以包括寻呼和同步信道发送。如上所述,只有当至少一个远端单元位于硬切换区域中时,提供来自天线336的导频和其它信号才是有利的。例如,通过检测需要超过一些阈值的发送功率的远端单元或者根据环程延迟,可以识别需要分集的远端单元。对两个发射机的运用减小净发送功率量,从而减小系统中的干扰,包括对在硬切换区域170内正与基站205进行通信的远端单元的干扰。在图13中,虚线348示出第二实施例,其中运用携带不同信号组的两个分开的信号路径。假设,在发射机330内,引入所需的在两个信号之间的任何延迟。
应注意,不需要把第二辐射器(radiator)与基站并排排列。可将它分开很长一段距离,而且可位于硬切换边缘附近。作为替代,可以从不同天线发送信号,而不是运用以前仅作接收的天线来发送分集信号。不同天线可以是高度定向点天线(spot antenna),它将能量聚集在硬切换区域内。
通过结合不同天线一起运用分开信号路径,可以获得特别有利的结构。在这种情况下,通过将与标称地分配给发射机330的PN偏置不同的PN偏置分配由不同天线发送的信号,可以获得更多分集。通过这种方法,当远端单元进入不同天线的覆盖区时,基站执行软切换。当远端单元位于硬切换区域中时,不同PN偏置的运用对识别很有用。可以用多种不同的拓扑结构来执行上述实施例以提供相同结果。
还应注意,将分集引入系统有几种方法。例如,通过来自分集天线的信号相位的游移,还可以将衰落影响减至最小。相位游移分裂了多路径信号幅度和相位的对准,它可以在信道中产生深衰落。在美国专利第5,437,055号(发明名称为“用于在室内微型蜂窝状通信系统中多路径分集的天线系统”,1996年7月25日颁布,并转让给本发明的受让人)中详细描述这种系统的例子。
通过控制发送功率,在CDMA系统中,可以在某种程度上进一步控制衰落的不利影响。通过增加由基站发送的功率,可以补偿减小由远端单元接收到的来自基站的功率衰落。功率控制功能根据时间常数进行操作。根据功率控制环的时间常数和衰落的时间长度,系统可以通过增加基站的发送功率来对衰落作出补偿。当远端单元处于可以执行硬切换的区域内上,可以增加从基站发送到远端单元的标称功率电平。再者,例如,可以根据环程延迟或者通过报告超过阈值的导频信号来识别需要功率增加的远端单元。只通过增加发送到那些需要的远端单元的功率,减小净发送功率量,从而减小系统中的全部干扰。
如结合图3所述,其中需要执行硬切换的一种情况是远端单元必须改变它在单个系统内操作的频率的情况。例如,可以进行这种切换以避免对与CDMA通信系统同时存在操作的点到点微波链路的干扰,或者使所有话务信道信号过渡至单个频率,从而在系统的边界处可能发生CDMA至CDMA不同频率切换。在图3中,在定向微波天线130和定向微波天线135之间示出点到点微波链路140。由于定向微型天线130和定向微波天线135是高度定向,所以点到点微波链路140具有很窄的场。如此,系统的其它基站(诸如,115、120)和扇区50、70和80可以进行操作,而不干扰点到点微波链路140。
在较佳实施例的例子中,在微波频率下发送CDMA信号,因此与系统交叉的点到点链路只有在它还在微波频率下操作的情况下才产生干扰。在最一般的实施例中,点到点链路可以在高于或低于一般指定为微波频率的频率下进行操作。
虽然上述技术可用于那些硬切换,但是一般系统内硬切换优于系统间硬切换,其中由相同的控制器控制其中完成切换的两个基站。图11示出用于提供运用单个多分区基站的CDMA至CDMA不同频率切换的另一种结构。基站B1A和基站B1B具有两个差分扇区,标为α和β。在基站B1A中,扇区α和β在频率f1下进行操作。在基站B1B中,扇区α和β在频率f2下进行操作。基站B1A和基站B1B都具有一个全方向扇区,γ,在与该基站内的定向扇区不同的频率下进行操作。例如,在基站B1A中,扇区γ在频率f2下进行操作,而且在基站B1B中扇区γ在频率f1下进行操作。
图11运用不费力规则。全方向扇区γ被标为边界扇区,环程延迟阈值为0意味着如果γ扇区之一是在现行组中的唯一基站,那么无论环程延迟是多少,都立即触发切换。注意,γ扇区实际上不是两个系统之间的边界扇区,但从远端单元透视的角度看来所产生的作用是相同的。当远端单元在频率f1下从在系统S1内的邻近覆盖区移入基站B1A,用软切换来建立与基站B1A的扇区α的通信,而用软或更软切换来将连接转移到基站B1A的扇区β。然后,用软切换来将连接转移到被标为边界基站的基站B1B的扇区γ。一旦基站B1B的扇区γ变成现行组的唯一成员,进行从基站B1B的扇区γ到基站B1B的扇区β的硬切换。
注意,这种结构还引入空间滞后现象,其中一旦将操作转移到频率f2下,不将操作转移回到频率f1,除非远端单元进入基站B1A的扇区γ的覆盖区到这样的程度,从而它变成现行组的唯一成员。此外,注意运用三个不同扇区的选择依赖大多数多分区基站包括三个扇区的事实,因而可获得的基站设备一般支持三个扇区。如此,运用三个扇区的设计具有现实意义。当然,可以用更多或更少量的扇区。
存在其中可以运用这种结构的两种不同情况。可在所有话务必须改变频率的位置上运用图11的结构。在这种情况下,在基站B1A左侧的基站不用频率f2,而且在基站B1B右侧的基站不用频率f1。在这种情况下,从一侧进入并从另一侧出来的远端单元必须过渡频率。在另一种情况下,例如,在基站B1B右侧的基站只用频率f2,诸如因为微波链路禁止在该区域使用频率f1。然而,在基站B1A左侧的基站可以在频率f1或频率f2下进行操作。在这种情况下,所有、一些或没有从基站B1B移至基站B1A的远端单元可以从频率f2过渡到频率f1
图16中示出处理其中需要清除频谱的点到点微波链路或其它区域的第二种不同的方法。在图16中,在点到点微波链路140周围构成“静锥区”(如波束364和366所示)。静锥区是导频信号,它作为对检测它的远端单元的参考信号。当远端单元报告检测与静锥区相对应的导频信号,系统控制器知道导频信号是静锥区表示,而不受可变候选导频信号。系统控制器将接收到与静锥区相对应的导频信号作为开始硬切换激励信号(stimulus)。虽然可以执行其它类型的切换,但是一般执行的切换是系统内CDMA至CDMA不同频率切换。
静锥区的感兴趣方面是静锥区导频信号与任一基站特别不相关。一般,由与定向微波天线130和135并排排列的导频信标单元生成静锥区导频信号。由可以使用的两个不同的静锥区拓扑结构。在如图16所示的第一种拓扑结构中,波束364和366实际上是保护点到点微波链路140的任一侧的窄发送频带。在如图17所示的第二种拓扑结构中,波束360和362限定导频信号发送覆盖区的边界。在图17中,导频信号覆盖区和点到点微波链路140覆盖区实际上覆盖相同区域。一般,由与微波天线不同的两个分开的天线产生波束364和366。可由与微波信号相同的天线、与所述微波天线不同但全同天线或限定稍宽覆盖区的天线,产生波束360和362。
图16中的第一拓扑结构具有即使点到点微波链路在与静锥区导频信号相同的频率下进行操作,静锥区导频信号也不干扰点到点微波链路的优点。第一拓扑结构具有这样的缺陷,即,如果远端单元通过静锥区导频信号波束而没有检测到信号并且没有改变频率,那么连接可能落下或者连接可能连续并对点到点微波链路产生干扰。此外,如果将功率施于远端单元,同时它位于波束364和366内,那么远端单元将不能检测导频信号,而且可以对微波链路有干扰。
微波链路可以是双向,而且链路的这种操作可能需要两个CDMA频率信道。在一个实施例中,清除两个CDMA反向链路信道以容纳点到点微波链路。在与为点到点微波链路清除的两个反向链路信道中的每个信道相对应的静锥区覆盖区内发送两个不同前向链路静锥区导频信号。用这种方法,由于频率分集,两个导频信号可以覆盖点到点微波链路覆盖区而不干扰在两个定向天线之间的实际通信。
在第三实施例中,导频信号可在相同的频率下与点到点微波链路同时存在,而不对点到点微波链路有显著的影响。CDMA导频信号是宽带、低功率、扩频信号。将这种信号认为是对其它类型的通信系统的简单的高斯噪声。固有CDMA信号性能使它唯一能与其它通信系统同时存在,而不产生显著的干扰。
在两个点到点微波链路天线之间的距离可以大于在一般基站和它所限定的覆盖区边缘之间的距离。因此,远端单元检测到静锥区导频信号的延迟可以大大长于一般与蜂窝状系统相关的延迟。如此,可能需要将静锥区导频信号认为是连续导频信号偏置组中的一员。例如,引入静锥区导频信号的延迟大于将检测到的导频信号偏置映射在下一个连续导频信号偏置上的在导频信号之间的正常偏置。一般这种操作不是问题,因为一般系统运用每第七或第八PN偏置。可以将预计静锥区导频信号的偏置组加入邻近组,从而远端单元用与它搜索其它邻近表入口相同的方法搜索这些信号。
一旦检测到静锥区导频信号所进行的动作依赖于建立与其进行的现行通信的基站。由于相同的静锥区导频信号可以横穿多个基站覆盖区,所以导频信号本身提供关于远端单元位置或者需要进行的动作的极少信息。当检测到导频信号时,应执行切换的基站和频率是根据现行组的成员。此外,可由现行或候选组成员确定所进行的动作。此外,所进行的动作可以根据静锥区导频信号的检测到的PN偏置。此外,延迟要进行的动作直至静锥区导频信号的信号强度超过第二高阈值。由于静锥区导频信号提供如此少的信息,所以在这个系统中可以用相同的导频信号偏置来保护多个不同的点到点微波链路。在图16中,所有波束364和366可以在相同或四个不同PN偏置处进行操作。
如果在两个点到点微波链路天线之间的距离变长。可以用中继站来延伸导频信号的覆盖区。在待批美国专利申请第08/522,469号(发明名称为“相同频率、十分双工中继站”,1995年8月31日申请,并转让给本发明的受让人)中详细描述了用于在CDMA系统中提供中继站的方法和装置。
作为替代,可以沿着微波长度路径安装提供相同或不同偏置导频序列的一系列天线,以更窄、更精确和可靠地限定静锥区。
可以组合本发明的多个原理。例如,可以结合提供系统内和系统间空间滞后现象的物理覆盖区结构一起使用检测和不费力规则。这些规则可以与其它网络规划结构组合起来以提供最大利益,诸如对CDMA至CDMA不同频率切换的运用。可以增加控制软切换处理的参数以增加候选和现行组成员数量。还增加基站周期性小变化。可以把远端单元测量定向硬切换原理与提供系统内和系统间空间滞后现象的物理覆盖区结构相结合。还可以将它与规划提供最大利益的结构的其它网络(诸如运用CDMA至CDMA不同频率切换)结合起来。
向熟悉本技术领域的人员提供较佳实施例的上述描述以执行或运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员而言,对这些实施例的各种变更是显而易见的,而且可以把这里所限定的一般理论应用于其它实施例,而不用进行创造性劳动。于是,本发明并不局限于这里所揭示的实施例,而是根据与这里所揭示的原理和新颖性一致的最宽范围。

Claims (57)

1.在一种通信网络中,其中远端单元通过至少一个基站与另一个用户进行通信,所述网络包括由移动交换中心控制的多个基站,其特征在于,用于限定在给定频率下禁止在所述基站组和所述远端单元之间的通信的区域方法包括下列步骤:
从所述多个基站的每个基站发送识别导频信号;
从辅助天线发送静区域识别导频信号;
在所述远端单元处测量与邻近基站组相对应的识别导频信号组的信号强度;
在所述远端单元处测量所述静区域识别导频信号的信号强度;
由所述远端单元通过已使其建立通信的第一基站向所述移动交换中心报告导频强度测量报告,其中所述导频强度测量报告包括具有超过预定阈值的信号强度的测得的导频偏移表;和
如果所述导频强度测量报告包括与所述静区域识别导频信号相对应的入口,则开始对在所述远端单元和所述第一基站之间的所述已建立的通信执行切换。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括从所述多个基站中的每个基站发送公共导频序列,其中所述多个基站中的每个基站在识别信道偏置处发送所述公共导频序列,以提供所述识别导频信号的步骤。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,由导频信标单元生成所述静区域识别导频信号。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,包括下列步骤:
在所述远端单元处,存储包括与每个基站相对应的入口的现行基站表,其中建立与所述每个基站的现行通信;
在所述远端单元处,存储包括与每个基站相对应的入口的候选基站表,其中可以但是还没有建立通过所述每个基站的现行通信;和
在所述远端单元处,存储邻近基站表,从所述邻近基站表中选择所述候选基站表,而且包括与所述静区域识别导频信号相对应的至少一个入口。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述邻近基站表包括与所述静区域识别导频信号相对应的一系列连续入口。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,包括由在所述移动交换中心中的现行通信控制单元检测通信的所述切换的步骤,其中所述现行通信控制单元可以与每个基站进行通信,所述远端单元已建立与所述每个基站的通信。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述现行通信控制单元是选择器。
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括由所述现行通信控制单元确定应进行的切换类型的步骤。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述切换类型是从运用码分多址(CDMA)在第一频率下与所述远端单元进行通信的所述第一基站到运用另一种调制技术在第二频率下进行操作的所述第一基站的切换。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述另一种调制技术是调频(FM)。
11.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述另一种调制技术时分多址(TDMA)。
12.如权利要求8所述的方法,其特征在于,应采取的动作类型是从运用CDMA在第一频率下与所述远端单元进行通信的所述第一基站到运用CDMA在第二频率下进行通信的所述第一基站的切换。
13.如权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括根据所述现行基站表确定应启动的动作类型的步骤。
14.如权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括根据所述现行基站表和所述候选基站表确定应启动的切换类型的步骤。
15.如权利要求4所述的方法,其特征在于,还包括根据现行基站表和代码相位,确定应启动的切换类型,其中在所述代码相位下接收到所述静区域识别导频信号。
16.如权利要求1所述的方法,其特征在于,如果所述静区域识别导频信号超过第二预定阈值,那么执行所述启动步骤。
17.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述远端单元运用由伪随机噪声(PN)序列扩展的扩频信号与所述第一基站进行通信,而且以PN子码指定所述识别信道偏置。
18.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括从所述辅助天线发送点到点信号的步骤,其中所述点到点信号不是由所述通信网络用来与所述远端单元进行通信的信号。
19.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述点到点信号和所述静区域识别导频信号在公共频率下,在公共覆盖区内进行操作。
20.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述点到点信号在与用于发送所述静区域识别导频信号的通信网络前向链路频带相关的通信网络反向链路频带内进行操作。
21.如权利要求18所述的方法,其特征在于,所述点到点信号是在两个不同频率下进行操作的双向链路,每条链路在通信网络反向链路频带内进行操作,而且所述静区域识别导频信号在与所述两个通信网络反向链路频带之一相对应的通信网络前向链路频带中进行操作。
22.如权利要求1所述的方法,其特征在于,把所述辅助天线与用于发送点到点信号的点到点天线并排排列,而且所述辅助天线提供不是大量重叠由所述点到点天线产生的覆盖区的保护导频覆盖区。
23.如权利要求22所述的方法,其特征在于,把第二辅助天线与所述点到点天线并排排列,而且所述第二辅助天线提供没有大量重叠由所述点到点天线产生的所述覆盖区的第二保护频带覆盖区,而且所述保护频带覆盖区和所述第二保护频带覆盖区位于由所述点到点天线产生的所述覆盖区的相对两侧上。
24.如权利要求1所述的方法,其特征在于,把所述辅助天线与点到点发射机并排排列,还包括从第二辅助天线发送识别导频信号的第二静区域的步骤,其中所述第二辅助天线与用于接收由所述点到点发射机发送的点到点信号的点到点接收机并排排列。
25.如权利要求24所述的方法,其特征在于,所述多个基站中的每个基站发送由伪随机噪声(PN)序列扩展的公共导频序列,而且所述多个基站中的每个基站在以PN子码指定的识别信道偏置下发送所述公共导频序列,从而提供所述识别导频信号。
26.如权利要求25所述的方法,其特征在于,所述识别信道偏置是所有多个系统宽导频序列偏置指数增值,而且所述静区域识别导频信号与所述识别信道偏置的连续序列相关。
27.如权利要求25所述的方法,其特征在于,在第一识别信道偏置下生成所述静区域识别导频信号,而且在所述第一识别信道偏置下生成所述第二静区域识别导频信号。
28.如权利要求25所述的方法,其特征在于,在第一识别信道偏置下生成所述静区域识别导频信号,而且在第二信道偏置下生成所述第二静区域识别导频信号。
29.如权利要求28所述的方法,其特征在于,由导频信标单元生成所述静区域识别导频信号。
30.如权利要求1所述的方法,其特征在于,把所述辅助天线与点到点发射机并排排列,还包括从第二辅助天线发送识别导频信号的第二静区域的步骤,其中把所述第二辅助天线与第二点到点发射机并排排列。
31.如权利要求30所述的方法,其特征在于,从所述多个基站中的每个基站发送由伪随机噪声(PN)序列扩展的公共导频序列,而且所述多个基站中的每个基站在以PN子码指定的识别信道偏置下发送所述公共导频序列,以提供所述识别导频信号。
32.如权利要求31所述的方法,其特征在于,所述识别信道偏置是所有多个系统宽导频序列偏置指数增值,而且所述静区域识别导频信号与所述识别信道偏置的连续序列相关。
33.如权利要求32所述的方法,其特征在于,在所述第一识别信道偏置下生成所述静区域识别导频信号,而且在所述第一识别信道偏置下生成所述第二静区域识别导频信号。
34.如权利要求30所述的方法,其特征在于,在第一识别信道偏置下生成所述静区域识别导频信号,而且在第二识别信道偏置下生成所述第二静区域识别导频信号。
35.如权利要求34所述的方法,其特征在于,由导频信标单元生成所述第二静区域识别导频信号。
36.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括下列步骤:
在中间中继站处,接收所述静区域识别导频信号;和
从所述中间中继站重发送识别静区域导频信号的所述静区域。
37.如权利要求36所述的方法,其特征在于,所述中继站是时分双工中继站。
38.一种用于指定通信系统的区域的装置,其中由至少一个远端单元用所述通信系统来与另一个用户进行通信,所述通信系统包括发送识别导频信号的多个基站.其中远端单元测量与邻近基站组相对应的识别导频信号组的信号强度,并通过建立与其进行的通信的第一基站向移动交换中心报告导频强度测量消息,其特征在于,所述装置包括;
用于生成区域识别导频信号的导频信标单元;和
用于发送所述区域识别导频信号和点到点信号的天线系统,其中所述点到点信号不是由所述通信系统用来与所述至少一个远端单元进行通信的信号。
39.如权利要求38所述的装置,其特征在于,所述点到点信号和所述区域识别导频信号在公共频率下,在由通信系统产生的公共覆盖区内进行操作。
40.如权利要求38所述的装置,其特征在于,所述点到点信号在落在所述通信系统的反向链路频带内的频率下进行操作,而且所述区域识别导频信号在落在与所述反向链路频带相关的前向链路频带内的频率下进行操作。
41.如权利要求40所述的装置,其特征在于,所述点到点信号和所述区域识别导频信号在由所述通信系统产生的公共覆盖区中进行操作。
42.如权利要求38所述的装置,其特征在于,所述点到点信号是在两个不同频率下进行操作的双向链路的一部分,每个链路在通信系统反向链路频带内进行操作,而且所述区域识别导频信号在与所述两个通信系统反向链路频带之一相对应的通信系统前向链路频带上进行操作。
43.如权利要求42所述的装置,其特征在于,所述点到点信号和所述区域识别导频信号在由所述天线系统产生的公共覆盖区内进行操作。
44.如权利要求38所述的装置,其特征在于,所述天线系统是天线组,它包括用于在第一覆盖区内发送所述点到点信号的点到点天线和用于在偏离由所述点到点天线产生的所述覆盖区的第一保护频带覆盖区内发送所述区域识别导频信号的导频信号天线。
45.如权利要求44所述的装置,其特征在于,所述天线系统包括用于在偏离由所述点到点天线产生的所述覆盖区的第二保护频带覆盖区上内发送第二区域识别导频信号的第二导频信号天线,而且把所述第一保护频带覆盖区和所述第二保护频带覆盖区设置在由所述点到点天线产生的所述覆盖区的相对侧上。
46.如权利要求45所述的装置,其特征在于,所述多个基站中的每个基站发送由伪随机噪声(PN)序列扩展的公共导频序列,而且所述多个基站中的每个基站在以PN子码指定的识别信道偏置下发送所述公共导频序列以提供所述识别导频信号。
47.如权利要求46所述的装置,其特征在于,所述识别信道偏置是所有多个系统宽导频序列偏置指数增量,而且所述区域识别导频信号与所述识别信道偏置的连续序列相关。
48.如权利要求46所述的装置,其特征在于,在第一识别信道偏置下产生所述区域识别导频信号,而且在所述第一识别信道偏置下产生所述第二区域识别导频信号。
49.如权利要求46所述的装置,其特征在于,在第一识别信道偏置下生成所述区域识别导频信号,而且在第二识别信道偏置下生成所述第二区域识别导频信号。
50.如权利要求38所述的装置,其特征在于,还包括用于发送第二区域识别导频信号和接收由所述天线系统发送的所述点到点信号的第二天线系统。
51.如权利要求50所述的装置,其特征在于,所述多个基站中的每个基站发送由伪随机噪声(PN)序列扩展的公共导频序列,而且所述多个基站中的每个基站在以PN子码指定的识别信道偏置下发送所述公共导频序列以提供所述识别导频信号。
52.如权利要求51所述的装置,其特征在于,所述识别信道偏置是所有多个系统宽导频序列偏置指数增值,而且所述区域识别导频信号与所述识别信道偏置的连续序列相关。
53.如权利要求51所述的装置,其特征在于,在第一识别信道偏置下产生所述区域识别导频信号,而且在所述第一识别信道偏置下产生所述第二识别导频信号。
54.如权利要求51所述的装置,其特征在于,在第一识别信道偏置下产生所述区域识别导频信号,而且在第二识别信道偏置下产生所述第二区域识别导频信号。
55.如权利要求50所述的装置,其特征在于,由导频信标单元生成所述区域识别导频信号。
56.如权利要求38所述的装置,其特征在于,还包括接收所述区域识别导频信号和从所述中间中继站重发送所述区域识别静区域导频信号的中间中继站。
57.如权利要求56所述的装置,其特征在于,所述中继站是时分双工中继站。
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