蜂窝系统中使用位置数据来提供智能化小区选择的方法和系统的制作方法

专利名称：蜂窝系统中使用位置数据来提供智能化小区选择的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及蜂窝通信系统，特别是在执行小区到小区转换，以及起始选择时用于选择用户单元所使用的目标小区的方法和系统。
一个蜂窝通信系统包括地面上不同地点任意数目的小区。通过编码对不同小区分配不同范围的频域、时域，或者它们的组合以便相邻的小区之间使用不同的信道进行通信时减少相互干扰的机会。另一方面，相邻位置较远的小区之间的通信可能使用相同的信道，公共信道上通信的远距离防止了相互干扰。在大范围模式的小区之间，总是通过在整个范围中分配公用信道而使远距离小区重复使用同一频域来尽可能地重复使用一个频域。频域的有效利用可以导致没有相互干扰。
蜂窝通信系统要解决的一个问题是小区之间通信的转换，以及起始小区的选择。终端用户和小区之间的相对运动造成了终端用户和通信的连接在指示小区之间移动。为了允许正在进行的呼叫的连续通信，当终端用户穿过一个小区边界时，该系统必须对正在进行的呼叫切换(handoff)。当离开一旧的小区进入一新的小区时，若一个呼叫没有切换，则最终将被丢失掉，因为在系统无线发射设备不能接收到终端用户传输信息的某点，通信信号的强度将会越来越弱，以致消失，或者反之亦然。
当一个用户单元为了能够接收或初始化通信而转到一个新的小区时，必须完成侍服小区的决策。在侍服小区决策当中，用户单元把新的小区报告给系统，籍此确定任意到用户单元的通信路径。
传统的蜂窝通信系统通过监视和比较信号强度来决定转换问题(例如，切换和侍服小区决策)。通过另一个小区中的用户单元来监视和比较与一个小区相关联的正在使用的信道。因而，通信便转给具有较强的信号的小区。
当用户单元和系统收发机之间的距离较小时，在小区和用户单元之间的移动速度较低时，以及转换在一段时间内相对均衡分布时、传统的转换技术能够工作得较好。从以往的情况看，这些情况存在于传统的陆地蜂窝系统。在这些系统中，小区相对于地面并不运动，是与传统运输方式相一致的用户单元的运动导致了小区和用户单元之间的移动。然而，随着传统的小区变得越来越拥挤，以及小区被分成微小区，转换就变得越来越频繁。
在卫星蜂窝系统中，无线设备被放在以运动轨道绕地面旋转的卫星上，小区之间的转换也比较频繁。因而传统的转换技术变得也不实用。
例如，旋转的卫星一般都位于距用户单元较远的位置，通常为几百公里远。距离越小，卫星相对于地面某点运动的速度就越高。典型的是每小时20000公里以上。相对于用户单元如此高的运动速度导致了卫星和用户单元之间传输信号的范围较大的和变化较迅速的传播延迟以及多普勒(Doppler)频率偏移。
当一个移动用户单元从一个小区移动到另一个小区时，必须完成一转换过程。网关(gateway)和交换式网络指示该移动用户单元从在前一个小区使用的信道频率转换为下一个小区所用新信道的频率。
因为有许多移动用户单元可能要移动到其中的连续性小区，因而需要一种方法来决定用户单元将要转换为哪个小区。如果把用户单元转换到一个不正确的具有新频率的小区，则该移动用户单元的呼叫就会丢失和断线，或者指向或来源于用户单元的呼叫将不能被传递。这样的转换决策典型地是靠测量移动用户单元接收到的信号幅值来完成。采用这种方式的陆地蜂窝电话系统可参见美国专利4、654、879，1987年3月31号发行，见S.Goldman。
通过在通信中使用较高的频率，现代陆地蜂窝系统提高了用户单元和收发机之间相对运动的检测能力。在卫星蜂窝系统中，规化的地面上的小区比陆地系统中的要大的多。另外，由于卫星的高速运动，因而，用户单元从一个小区移动到下一个小区要比陆地系统频繁的多。
因此，本发明的优点在于提供了一种方法在侍服小区决策和蜂窝通信系统的切换(handoff)中使用位置数据来选择目标小区。
所附权利要求书详细说明了本发明。然而，通过参考如下详细的描述并结合附图，本发明的其它特征将变得更加明显，本发明也更容易理解

图1图示了可使用本发明的一个陆地蜂窝通信系统。
图2图示了可使用本发明的一个卫星蜂窝通信系统。
图3图示了遵循本发明的较好的一个实施例，来自卫星的关于用户单元的多个小区的蜂窝规划。
图4-6图示了遵循本发明的较好的一个应用实列，利用位置和信号质量数据选择目标小区的方法的流程图。
图1图示了可能使用本发明的一个陆地蜂窝通信系统。网关8作为传统电话底层构造系统和一个蜂窝系统的接口。网关8可以作为公共交换电话网或者其它任何通信系统的接口。网关8还包括用来规划如呼叫终止路由指示等功能的蜂窝系统，以及其它包括产生用来传递到用户单元24的控制信道列表的规划功能的系统。
当用户单元24通过一个蜂窝系统通信时，它通过多个束流进行传递。用户单元24必须在可能的多个候选中选择目标小区。用户单元24必须在一个系统中通过选择第一个到达的或开机的单元来选择目标单元。尽管技术中的侍服小区决策还包括其它本发明未涉及的功能(如位置报告等)，但在这样一个非通信阶段的目标小区选择仍被称作“侍服小区决策”。
当在一个蜂窝系统中通信时，用户单元24也必须通过漫游选择目标小区。通信阶段小区的选择被称作“切换”，技术中切换的概念还包括未在本发明中描述到的更多的功能。
每个陆地收发机10使用非近邻干扰频率或信道规化(project)关于本身的小区。陆地收发机10规划的小区并不需规则的形状，为了方便而图示为圆形。在本发明中，小区的特殊形状并不重要。每个小区传送一控制信道，该控制信道可包括许多信息，如能够进行通信的信道的位置，小区的轨迹或位置信息，每天的时间，小区标识等等。每个小区有其专门的控制信道，从一个单独控制信道来的信息可被用来区别和评估每个小区的期望值。
如图1所示，用户单元24位于小区12中。用户单元24有一种用来执行此处描述的方法的计算方法和收发方法。技术中的收发和计算方法包括微处理器、存储器、发送器、接收器、同步器、时钟等等。当用户单元24沿方向18连续移动时，它最终到达了图示小区12的边界。用户单元24通过注意信号质量或其它监测特征，如距离小区源的范围和距离等的减弱来检测这一信息。用户单元24开始选择目标小区。如图1所示，用户单元24可位于非侍服小区14和16中，每个都有足够的信号质量。用户单元24开始评测小区14和16中陆地收发机10所传送的控制信道。
在蜂窝系统中不必要的传到中间小区的传输浪费了资源，象能量、带宽等。这些都可能导致通信信息的丢失，包括错误的路由数据、信号覆盖范围的快速衰减等。另外，策略的安排和完成交换都可能造成不必要的延迟。如图1所示，用户单元24仅仅基于信号质量的选择，可导致选择小区14。然而，当小区16的选择提供一个较长阶段的服务时，小区14完全是一中间小区。
陆地收发机10传输用来广播定义小区地点的位置数据的控制信道。如图1所示，收发机10在小区12中传送位置数据。该位置数据可能是小区中心的坐标信息，外围边界，或任何关于小区12的指示信息。
图2图示了可能使用本发明的一个卫星蜂窝通信系统。网关28作为传统电话底层构造系统和一个蜂窝系统的接口。网关28可以作为公共交换电话网或者其它任何通信系统的接口。网关28还包括用来规划象呼叫终止路由指示等功能的蜂窝系统，以及其它包括产生用来传递到用户单元24的控制信道列表的规划功能的系统。每个卫星收发机30沿方向32的轨道旋转，并规划一位于地面上的小区。用户单元24必须在可能的多个候选中选择目标小区。象上面所讨论的那样，用户单元24必须通过注册或经过切换来选择目标小区。每个卫星收发机30规划地面上一单独的小区或多个小区(图3)。卫星收发机30在每个小区中广播单独的控制信道。
象陆地收发机10(图1)一样，卫星收发机30向每个小区中传送单独的控制信道。这些控制信道包括描述专门小区几何形状的位置数据。卫星收发机30产生包含单独控制信道的小区34。该控制信道包括描述小区特征和小区34当前位置的专门的位置信息的位置数据。这样的位置数据可能采用如下形式，小区中心、卫星地面轨迹偏移，外围坐标或其它位置数据的描述信息。本发明的一个应用实列使用了位置数据来完成目标小区的小区选择。
如图2所示。用户单元24位于小区34中。当卫星收发机30连续沿方向32旋转时，用户单元24最终到达如图所示小区34的边界。用户单元24通过注意信号质量或其它监测特征，如距离小区起源的范围和距离等的减弱来检测这一信息。用户单元24开始选择目标小区。如图2所示，用户单元24可能位于小区36和38，每个都有足够的信号质量。用户单元24评测小区36和38中卫星收发机30所传送的控制信道。
图3图示了遵循本发明的较好的一个实施例的来自卫星的用户单元的多个小区的蜂窝规划。当卫星收发机30沿方向32旋转时，它也规划了地面上的许多小区40、41和42。用户单元24必须在几个可能的候选中选择一目标小区。卫星30在每个小区上广播独立的控制信道。
用户单元24使用位置数据方式进行小区选择，应该注意到在图3所示的卫星内部转换到小区时，卫星内部小区之间的多普勒频率是相等的。在这种情况下，即多普勒差别一致的情况下，必须采用位置数据的方式进行目标小区选择。
在本发明中，用户单元采用类似卫星收发机规划一个或多个小区的方式来进行目标小区选择。
图4-6图示了遵循本发明的较好的一个应用实列，利用位置和信号质量数据选择目标小区的方法的流程图。这种方式使用用户单元相对于与候选小区相关的位置数据和信号质量的当前位置来选择目标小区。
为了有效地引导通信到用户单元24，蜂窝通信系统需要位置信息。因为用户单元的自治和移动的特点，通信系统为每个单独的用户单元分配目标小区的选择。用户单元能够评测每个小区的电磁传播特性。当用户单元在一个蜂窝系统中漫游时，它们必须连续评测小区来提高通信质量。
当用户单元24的侍服小区的通信质量降低时，用户单元24初始化几何小区选择方法90，方法90评测从收发机10和30发出的位置数据和信号质量。
如果有数据存在，查询任务92就检查用户单元24的当前位置数据。如果一个用户单元的位置数据没有或无效，则任务94就获得新的数据。用户单元24使用内部或外部地理定位(geolocation)技术。技术中当前位置数据的获得很普遍。
任务92和94完成之后，任务96就会通过用户单元24来检索一用来评测的控制信道列表。如上所述，控制信道列表可能会从几个数据源来到用户单元24。在用户单元的配置中可能会安装一个列表，在先前的传输中被系统所传递，或者被蜂窝频率复用形状所定义。控制信道列表包含有潜在目标小区的标识符。标识符可以为用户单元24所认识的频率或信道标识。
在任务98中，用户单元24开始分析控制列表中的一个控制的信号质量。用户单于24接收一个控制信道的样本并分析信号质量。该分析可能使用接收到的能量级别、位出错率(BER)分析或任意现有的信号质量评测技术。
任务99使用评测技术从控制信道中获取位置数据。该位置数据定义了在其中传输控制信道的小区的特征。如上所述，该位置数据可定义小区的中心位置或其它象周围坐标等特征。
查询任务100把接收到的控制信道样本与用户单元24所知道的阈值相比较。为了获得可靠的通信质量，可以由系统来定义该比较阈值或由用户单元24来动态地进行调节。
如果有足够的信号质量来保证附加观察，那么在任务102中，用户单元24就通过评测注意到该控制信道为候选小区，进而，就会受到附加的评测。任务104保存描述在评测下与控制信道相关的候选小区的第一个位置数据。
当任务104或任务100中不充分的信号质量检测完成后，查询任务106就会评测在控制信道列表中每个控制信道抽样的完成。
如果整个列表未被抽样，则任务108就对下一个控制列表进行分析，并如上所述进行任务98。在完成所有控制信道列表的分析后，进程进入如图5所示的测量不同位置的过程110。
在图5中，任务112收集从任务102产生的列表的候选小区的一个更新的位置。用户单元24监视一个候选小区的控制信道并接收与该小区相关的位置数据。随后的样本显示了用户单元和收发机之间任何位置的差异和位置关系的变化。任务114保存描述在评测下与控制信道向关的候选小区的第二位置数据。
在任务120中，用户单元24使用第一个和第二位置数据来计算出一个范围比率。该范围比率代表了收发机10或30接近或远离用户单元24的比率。
查询任务126评测任务102中获得的候选小区的计算出的范围比率。该任务把当前正被分析的控制信道的范围比率和这以前评测出的最好的小区相比较。该任务使用任务120中所作的计算。如果这是本步骤中第一个被评测的控制信道，则任务128就会保留计算出的范围比率，并作为比较其余控制信道的基准。
当完成任务126或128后，查询任务132就评定表中每个候选的检测的完成情况。如果整个列表未被抽样，则任务134就对下一个控制信道列表进行分析。在完成整个控制信道列表的分析后，就转入如图6所示的分析范围比率过程136。
在图6中，进一步对任务102中建立的候选小区列表进行评测。任务138检测一个候选小区的范围比率与前面任务126和128(图5)发现的最大范围比率的接近程度。
查询任务140评测候选小区的范围比率与最大范围比率的接近程度。在任务148中，在接近程度阈值以外的候选小区将被遗弃。
在任务140中满足范围比率阈值的小区靠任务142保留。理想情况下，最优的候选小区是那些具有足够信号质量，以及最远和趋近的。然而，因为用户单元环境所引起的干扰和衰减常常使得选择较近的小区或甚至是后退的收发机或卫星。
查询任务144评测任务142中保留的候选小区的信号质量。该任务决定当前被分析的控制信道的信号质量是否是迄今为止所评测的小区中最优的。该任务使用任务98(图4)保留的检测结果，或在需要时进行附加的检测。如果这是本步骤中第一个被评测的控制信道，则任务146就会获得检测出的信号质量，并作为与进一步精炼候选列表的其余控制信道相比较的基准。
当任务148、144或146完成后，查询任务150就评定候选列表检测的完成情况。如果整个列表未被抽样，则任务152就对候选控制列表的下一个成员进行分析。
当整个候选列表被检测完后，任务154就把任务146中具有最优信号质量的候选小区指定为目标小区。选择过程就完成了。接着用户单元24请求把目标小区作为它新的侍服小区。该请求过程在本发明的范围之外，然而，它通常伴随有如前所述的一个侍服小区决策和切换过程之后。
在另一个应用实列中，任务144和146可能要区分候选小区的优先级并把一系列具有优先级别的候选小区传给任务154。一个小区选择方法可提供该优先级化的候选列表以用于请求特定的侍服小区。
可以理解，本发明因而提供了一种蜂窝系统中选择目标小区的改良的方法和系统。并对附加的小区特殊信息进行分析而能够智能化地选择目标小区。
另外，本发明为减少小区转换而智能化地进行小区选择，降低了系统负担，因而减少了与系统因进行和确认转换请求相关的开支。
此外，通过减少通迅系统中伺服小区决策或切换的数量，本发明减少了在目标小区转变过程中由于通迅遗漏而引起通迅中断的可能性。
另外，对于熟悉本领域的专家而言，本发明可以进行多种修改，可能有超过前述所论及的更多的应用实列。
因此，有必要作出附加的权利要求来涵盖所有属于本发明的精神实质和本发明范围之内的修改。
权利要求
1.蜂窝通迅系统中一种为用户单元选择一个目标小区的方法，所述系统有众多规划地面上小区的收发机，所述方法由下列步骤组成(a)搜索所述用户单元所包括的一个控制信道列表；(b)测量每个所述控制信道的所述用户单元接收的信号质量；(c)收集所述具有足够信号质量的控制信道的一组候选小区；(d)存贮每个所述候选小区的位置数据；和(e)从所述候选小区中选择所述目标小区。
2.在权利要求1中阐述的方法，其中的步骤(d)由以下几部分组成(d1)接收每一个所述控制信道的第一个地理位置；(d2)等待所述用户单元和所述收发机之间位置的变化的时延；和(d3)接收每一个所述控制信道的第一个地理位置。
3.在权利要求1中阐述的方法，其中的步骤(e)由以下几部分组成(e1)检索存贮在所述用户单元的一个用户单元的地理位置；(e2)对每一个所述控制信道的所述第一和所述第二地理位置与用户单元的地理位置作出比较；和(e3)从所述用户单元内选择一个趋向所述用户单元并具有自所述用户单元的最大趋向范围比率的所述候选小区；
4.在权利要求3中阐述的方法，其中步骤(e2)由以下几部分组成(e21)根据信号质量区分所述候选小区的优先次序；和(e22)选择大量具备足够信号质量的所述候选小区，所述大量候选小区形成一个请求目标小区的优先列表；
5.在权利要求1中阐述的方法，其中的步骤(e)由以下几部分组成(e11)检索存贮在所述用户单元的一个用户单元地理位置；(e12)作出每一个所述控制信道的第一和第二地理位置与所述用户单元地理位置之间的比较；(e13)删除自所述用户单元的范围未达到阈值的候选小区；和(e14)选择一个具有最优信号质量的候选小区。
6.蜂窝通迅系统中一种为用户单元选择目标小区的方法，所述系统具有众多规划地面上小区的收发机，所述方法由以下几个步骤组成(a)获得搜索用的控制信道列表；(b)从已知列表中测量一个控制信道的一个信号的质量，已知控制信道包括描述所述候选小区的第一个位置数据；(c)作出所述控制信道的信号质量与阈值之间的比较；(d)当所述信号质量超过所述阈值时，保留一个所述控制信道作为一个候选小区；(e)存贮所述第一个位置数据；(f)对于所述列表中的每一个所述控制信道重复步骤(b)到(e)；(g)从已知候选列表中测量一个所述控制信道的信号质量，所述控制信道包括描述所述候选小区的第二个位置数据；(h)存贮所述第二个位置数据；(i)对所述列表中的每一个所述控制信道重复步骤(g)到(h)；(j)通过比较所述第一和所述第二位置，从所述候选信道中选择一组优先的小区；和(k)从所述优先小区组中选择目标小区，在所述组中目标小区具备最优信号质量。
7.在权利要求6中阐述的方法，其中的步骤(a)构成了执行地理定位的过程，以用来更新一个用户单元的地理位置。
8.一个使用位置数据进行目标小区选择的蜂窝通迅系统，所述系统由以下几个部分组成一个用户单元，用于分析所述位置数据和选择用于接收与发送通信的目标小区；大量的收发机，在地面上规划小区，所述收发机和所述用户单元之间存在相对运动而产生了位置数据的变化；和一种网关(gateway)，作为电话通迅和蜂窝系统基础构造之间的接口。
9.在蜂窝通迅系统中使用的一个用户单元，所述系统具有大量规划地面上小区的小区收发机，所述用户单元由以下部分组成从所述大量小区收发机接收大量控制信道的收发装置；为每个所述控制信道提取在所述用户单元接收到的位置数据的装置；对所述接收到的控制信道的位置数据进行评测的方法；响应所述评测装置用于识别出一组信号传输参数超过预定阈值的控制信道的装置；选择出对应于一组被识别出的控制信道中一条控制信道的一个目标小区的装置。
10.应用于如在权利要求9中所述的蜂窝通迅系统的用户单元，其中所述系统进一步包括测量每个所述控制信道的用户单元接收到信号的质量的一种装置。
全文摘要
蜂窝通信系统在一个用户区域中规划多个小区，当用户单元(24)在该用户区域中漫游时，或者当小区经过用户单元(24)时，用户单元(24)都会遇到多个小区。当用户单元(24)经过一个小区的边界时，为了保持与系统的联系它必须选择并转换到一目标小区。用户单元(24)就利用候选小区中控制信道传来的位置数据对候选目标小区的位置、距离、以计预计的停留时间进行分析，进而依据这些因素选择目标小区。
文档编号H04B7/26GK1164950SQ95195995
公开日1997年11月12日 申请日期1995年8月14日 优先权日1994年10月31日
发明者乔那森·爱德华·休切森, 卡达瑟尔·苏布拉芒亚·纳塔拉詹, 雷蒙德·约塞夫·莱奥波尔德 申请人:摩托罗拉公司