蜂窝网络中的载波扫描的制作方法

专利名称：蜂窝网络中的载波扫描的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动通信，更特别地涉及用于从大量可能的载频之中有效地搜索一个载频的方法和装置。
背景技术：
现代移动通信系统(例如，蜂窝电话系统)依靠诸如无线技术之类的无线媒体来在通信各方之间传送信息。通过把期望信息(例如，表示音频信息的信息)(例如，通过调制)加到一个载频上来完成通信。因此，为了进行通信，通信每一方必须就使用哪一载频达成一致意见。
可用载频的范围是有限的，并且因此根据政府的规则来被分配。已经分配了一部分射频频谱用于由一个特定类型的通信技术(例如，根据IMT-2000(ITU)、通用移动电信系统(UMTS)或GSM的增强型数据速率以及TDMA/136发展(EDGE)标准的任何标准来工作的移动通信，所有这些标准被认为是第三代系统)所使用，已分配的带宽还必须进一步被分成许多子频带，它被分配来由不同的系统操作员所使用。根据在任何特定地理区域中存在的操作者数量，每个操作者只可以被分配这些子频带中的一些。
给出一个给定带宽的信道光栅(raster)以及在载波中心频率之间的一个期望间隔，则可以确定可能的载频数。例如，UMTS系统需要一个已定义的2×60MHz带宽，用于频分双工(FDD)以便进一步被划分成为5MHz宽的载波，因此它们是60/5＝12个。一个光栅被定义为200kHz，这允许在一个5MHz带宽内有25个子载波位置。因此，这里有12×25＝300个可能的载波位置。
虽然可以定义300个可能的子载波，但是预期实际上只需要它们的一个小的子组。例如，在UMTS中，与由于在每个国家定义的频率规则所引起的操作者或位置无关，FDD系统，只期望可能的子载波(每个为200kHz宽)中的五分之一被使用。可是，与系统已失去连接的一个移动终端(例如，已经关闭电源，或者已经离开预先服务系统的范围)需要恢复联系，并且通过定位正被一个邻近系统使用的一个子载频来执行之。执行之的一种策略使该移动终端扫描所有可能的300个子载波直到它找到正在使用中的一个为止。可是，这可能是一个冗长的过程。考虑到实际上只有五分之一的可能子载波在使用中，很明显，开始扫描所有子载波的过程不但浪费时间而且浪费能量，能量是一个电池电源设备中的一个贵重商品。
已经建议了通过向移动终端提供对于每个已知服务区域识别使用中的子载波的信息来处理这个问题。提供这种信息的一种方法是通过将它广播给移动终端，移动终端然后将它存储在一个存储器中。在运转中，不论何时移动终端失去与服务提供者的连接，它首先“猜测”它的当前位置，并且使用此猜测来检索在该猜测位置中被已知使用的子载波的列表。在列表中的子载波然后被该移动终端扫描。如果猜测是正确的，那么花少力气就应该找到一个子载波。可是，如果猜测是不正确的，那么最初的扫描操作可能没有找到一个子载波，在这种情况中，该移动终端可能采取扫描所有可能的子载波直到找到一个为止。因此，此技术遭受仅仅与移动终端的猜测一样好的问题并且事实上不可能具有关于所有服务区域的完整信息。可是，许多移动终端就在旅行之前，例如在飞机上，例行地被关掉。因此，难以期望一个移动终端在它被打开时非常准确地猜测它在哪里。
另一解决方案是预定义可能的载波位置，并从而降低不得不扫描的载波数。这将给出较少的灵活性，并且将可能降低总体容量。
再一建议的解决方案包括分配一个公共信道，其在每个服务区域中提供识别在第一优先权上应该搜索的子载频的信息。这样一个解决方案提供了一个理想的扫描，因此只需要一个最小的搜索时间。可是，这种解决方案要求世界范围内的操作者就对于世界范围内的逻辑或物理导频信道的一个公共解决方案达成一致意见，并且操作者愿意在它们的公共信道部分中提供有关其竞争系统的信息。
迄今为止，上面的实例已集中注意力在指向UMTS的FDD部分(也通称“成对(paired)频带”)的实例上。可是，有关UMTS频带的时分双工(TDD)部分(也通称为“非成对频带”)也同样出现同一问题。
因为在获得关于这些问题的一致建议中存在分岐，所以希望找到另一种方法，该方法将减少移动终端执行的扫描时间并且可以以通用陆上无线接入(UTRA)概念本身为基础。

发明内容
应该强调，使用于此详细说明书的术语“包括”和“包含”被采用来规定所声明的特征、整数、步骤或组件的存在；但是这些术语的使用不妨碍一个或多个其他特征、整数、步骤、组件或它们的组的存在或增加。
按照本发明的一个方面，在用于操作一个移动终端的方法和设备中实现前述及其它目的。这包括不考虑使用的操作者身份或位置就存储已知在使用中的子载频的标识符。只执行被储存的标识符识别的子载频的第一次扫描以便找到一个被使用的子载频。如果在第一次扫描中没有发现被使用的子载频，那么执行与储存的标识符不相关的子载频的第二次扫描。


通过结合附图阅读下列详细描述将理解本发明的目的和优点，附图中图1是实现本发明的硬件元件的方框图；图2是说明根据本发明执行的步骤的一个流程图；图3是示出了成对IMT-2000频带和非成对IMT-2000频带的参数Fo、Fs及Nc数值的一个表；图4是示出了在2×59.45MHz中的四个操作员的可仿效载波分配方案的表格，对于每个操作者给定2×14.8MHz；图5是在2×20MHz中的三个操作者的可仿效载波分配方案的表格；图6是示出了在4×2×10MHz及1×2×20MHz中的五个操作员的可仿效载波分配方案的表格；和图7是示出了在IMT-2000成对频带中2×40MHz某处中的一个操作者的可仿效载波分配方案的表格。
最佳实施方式现在将相对于附图描述本发明的各个特征，附图中，相同的零件用相同的附图标记来识别。
现在将联系若干可仿效实施例更详细地描述本发明的这些和其他方面。为了帮助本发明的理解，本发明的许多方面按照由计算机系统的元件执行的操作序列来描述。应该承认，在每一实施例中，各个操作可以通过专门的电路(例如，被相互连接来执行一个专门功能的分离逻辑门)、通过由一个或多个处理器执行的程序指令、或者通过二者的组合来完成。而且，另外可以认为本发明被完全具体化在任意形式的计算机可读存储媒体之中，在该计算机可读存储媒体中已经储存了适当组的计算机指令，其将使处理器实现在此描述的技术。因此，本发明的各个方面可以按照许多不同的形式来使之具体化，并且所有的这些形式被预期落入本发明的范围之内。对于本发明的每一方面，实施例的任何此类形式在此处称为″逻辑配置来″执行一个描述的操作。
图1是实现本发明的硬件元件的方框图。移动终端101(例如，一个蜂窝电话、个人数字助理、移动计算技术设备等等)被提供来用于提供移动通信。移动终端能够与由服务提供者操作的一个基站103进行无线(例如，无线电)通信。基站103是一个以地面为基地的网络中的一个元件，该网络还可以包括，但是不局限于，如移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)及拜访位置寄存器(VLR)之类的这些元件。形成一个公共陆地移动网络(PLMN)的这些元件的结构是熟知的，并且不需要在这里详细地描述。
如背景部分中所解释，移动终端101可能会与一个服务提供者失去联系。例如，如果该移动终端101已经关闭电源时，这可能会发生。当移动终端101在基站103的附近地区开启电源时，任务是要识别哪一可能的300子载波正被基站103所使用。为此，该移动终端不但包括收发信机电路105(其可以为常规设计，因此不需要在这里详细地描述)，而且包括一个控制电路107和一个存储单元109。控制电路107能够访问储存在存储电路109中的信息，并且还能够控制由收发信机电路105实现的扫描过程。正如将在下面进一步描述的，存储电路109已经在其中储存了一个扫描列表111，该扫描列表111识别最可能作为子载波而被使用的那些候选频率。
虽然在某些实施例中可能存储单元109位于可更换的用户信息模块(SIM)(SIM是本领域所熟知的)中，但是利用一个非可拆卸的存储电路更好。这样做的理由是储存在其中的信息(即，扫描列表111)不会一个用户和另一个不同，并因此能在移动终端的制造期间被储存在存储电路109中(并且因此也在移动终端101中)。
图2是说明根据本发明执行的步骤的一个流程图。所采用的策略是使移动终端101首先扫描最可能在使用中的那些候选子载波。如果成功，则由最初的扫描过程识别的该子载波被使用。如果最可能载波的最初扫描没有成功，那么可以执行一个传统的所有子载波的扫描。可替代地，代替扫描所有子载波，实施例可以被设计为只扫描在″最可能″子载波的最初扫描中还没有被扫描的那些子载波。通过只最初扫描最可能的子载波，一般来说，由于大部分情况下期望为成功的，所以通常可很大程度地降低移动终端101的扫描工作量。
现在参见图2，最可能的子载频被储存在存储器109中(步骤201)。可能的载波取决于规划操作者自己的容量，或者一个国家或地区内部的整个容量。基于频带频谱中的可用频带边界，完全地和在操作者之间，最可能扫描的载波被估计。为此，设计者将协商各种规则和规章，其确定在料想该移动单元将被操作在其中的各个地理区域中如何分配频率。这些规则和/或规章使人们能够估计在相关的地理区域中频率将如何分配，从而导出要扫描的最可能载波。例如，在UMTS FDD频带中，在某些地区中，不同的操作者的载波之间需要一个5MHz的最小间距。在单个操作者的载波之间理想的距离可以由操作者根据对于各种方案的容量估计来选择。一些仿真已经证明了一个最小的有用载波距离为4.4MHz。
存储器的特定形式对本发明来说不重要。例如，最可能子载频的身份可以以一个或多个列表的形式被储存。可替代地，也可定义一个公式，可以从中导出该列表。为了帮助本发明的描述，术语″列表″在此处被使用来指任意以及所有的如此形式的数据存储，而术语″检索″被用来指通过它可从实际上储存在存储器109中的信息中产生该列表的任何手段。储存的信息在图1中被表示为扫描列表111。应该理解，虽然仅仅示出了单个扫描列表111，但是在某些实施例中实际上可以实现好几个列表。例如，第一列表可以定义要扫描的最可能载波。另外，第二列表可以定义要扫描的第二最可能载波的第二级(tier)。还可以定义附加的列表，其每个都表示一个递减的可能载波组。在一个实施例中，第一列表可以是一个预定义列表同时第二列表是一个可更新的列表。含有一个、两个甚至更多列表的特定选择是具体的应用，并且超出了本发明的范围。
已经储存了最可能候选子载波的一个频率扫描列表(或列表组)之后，只要不需要搜索一个子载波(判断模块203的″NO″路径)，则移动终端101根据已知的过程来操作。当确定必须执行一个子载波搜索(判断模块203的″YES″路径)时(例如，在确定移动终端已经失去与一个服务提供者的联系之后，或者在开启电源之后)，则从存储器109中检索扫描列表111并且只有在扫描列表111中被识别的那些子载波被扫描(步骤205)。实际上，此列表基本上应该比所有可能的子载波的一个列表要短。因此，在这里执行的第一次扫描操作基本上包括比一个完整频率扫描更小的努力，而同时很可能成功(即，识别能被使用的一个子载波)。对于在其中储存了一个以上列表111的那些实施例，列表组应该按照如下顺序来扫描以最可能的子载波开始，然后继续与一个递减的成功概率相关的载波。例如，在使用两个列表时，即，如上所述的一个预定义列表和一个可更新列表，在任何扫描动作之前可在第一次扫描中估计哪一列表应该获得最佳击中(hit)比，然后具有最高概率的那个列表可以被首先扫描。例如，如果该终端在最近的少数几次连接已经连接到同一网络，则可更新的列表很可能导致一个击中。
在执行第一次扫描操作之后，执行一个测试以便确定第一次扫描操作其结果是否发现一个适当的子载波(判断模块207)。如果第一次扫描操作成功(判断模块207的″YES″路径)，那么移动终端101的操作按照已知技术而继续。
如果第一次扫描操作没有成功(判断模块207的″NO″路径)，那么执行更完整的扫描(步骤209)。在某些实施例中，这可以意味着执行所有可能子载波的一个完整扫描。在替换实施例中，这可以改为意味着只扫描在第一次扫描操作中没有被扫描的那些可能子载波(即，在扫描列表111中没有被识别的那些子载波)。此第二次扫描之后，移动终端101的操作按照已知技术来继续。
然后，可以看到，通过执行一个两级(two-tiered)的信道扫描操作(即，其中，只对最可能子载波的第一次扫描搜索，如果有必要则接着一个更完整的扫描)，有关移动终端101部分上的本质处理努力可以消除，因为第一次扫描操作很可能成功。还应当理解，通过定义扫描列表包括最可能的子载频，不管在哪里或者哪个业务提供者，本发明都能够应用，而无需首先在各业务提供者之间关于如何向移动台发送子载波列表达成共识，也无需请求移动终端首先“猜测”它目前位于何处，以便它能够确定应该使用可能的许多不同子载波中的哪一个。
虽然它不是一个重要的特征，但是也可在上述的本发明上扩展。例如，在某一个国家或地区，对于一个具体的频带，某些操作者(即，服务提供者)可能需要比扫描列表111中识别的子载频的缺省组更多的适应性。某些国家或地区有一个特定的载波分配，在此，本方法将改进比通常少的扫描，因为将可能不得不依靠第二次扫描。可是，当终端接于不同的网络上并且存储使用于这些网络中的载频时，通过更新频率表(例如，如上所述的可更新列表)可以增强本方法。
该可更新列表还可以被使用在终端所连接的网络内。然后该频率被储存，因为该终端可能将重新连接到这个网络上。
如上所述的技术也允许该终端改进归属和有规则地访问的网络中的搜索次数，因为该终端很可能可以存储这些载频。
正如早先提及的，可利用定义一组最可能载波的一个公式。在2×60MHz中200kHz的一个信道光栅内部，用于60个中心频率Fc的一种缺省载频子集的一个可能公式是Fc＝F0+Fs*n+200kHz*k-2≤k≤2；0≤n≤11F0＝1922.4MHZ上行链路；2112.4MHZ下行链路；Fs＝5MHZ.
在此，Fo是第一标称中心频率。
参数Fo和Fs取决于所使用的码片速率和频带。图3是示出了成对IMT-2000频带和非成对IMT-2000频带的这些参数值的一个表301。
接下来，许多可仿效的载波分配被给出。从这些分配中，可以产生要扫描的最可能频率的一个列表。用于层次型小区结构(HCS)和非HCS系统二者的分配实例被给出。当然，这些只是可能的载波分配的一些示例。应该理解，还存在没有说明的许多其他可能的分配。
图4是示出了在2×60MHz中的四个操作员的可仿效载波分配方案的表格401，对于每个操作者给定2×14.8MHz。这意味着最前和最后载波向UMTS频带的中心移动400kHz从而总的带宽从4×15降低到4×14.8MHz。如表401所示的可仿效分配与上述的公式一致并且满足要求，即，它在操作者之间提供更多间隔，对于交互层边界提供更多媒体间隔，并且对于同一层中的小区提供较小间隔。表401示出了建议值，这些建议值为每一基本载波n的k、相应的载波中心频率Fc、离前面载波的间隔，哪一个操作者将使用该载波以及关于载频间隔的说明。
图5是在2×20MHz中的三个操作者的可仿效载波分配方案的表格501。再一次，要求可以被符合。示例示出为操作者只使用单个层或者在各层中具有不同小区数量的HCS。防护频带也被考虑进去。
图6是示出了在4×2×10MHz及1×2×20MHz中的五个操作员的典型载波分配方案的表格601。再一次，要求可以被符合。这个示例包括具有操作者使用20MHz的两个层中的3和1个频率的HCS，但是其他情况也将以与图5示例中示出的相同方式来工作。再一次，防护频带被考虑进去。
图7是示出了在IMT-2000成对频带中2×40MHz某处中的一个操作者的典型载波分配方案的表格701。这个示例证明了可以容纳一个大频率分配，包括例如HCS。
上面的示例示出了根据上述的公式可以找到对于各种情况的明智的频率分配。可是，如果要使用完全灵活的载波光栅，那么任何时候遍及全世界的所有移动站将不得不执行一个详尽的频率扫描而不论何时它们发现它们自己在覆盖范围之外。这在这些方案中对备用时间将有严重的影响，并且从终端用户的观点来看，可能导致移动站难以预料的行为——这取决于该移动终端是否碰巧在覆盖范围之内或者之外。很显然，顾客将很严重地感觉到一个料想不到的服务故障(例如，在晚上发生的过度的电池耗光之后在第二无早晨发生的一次失败)。
根据上述理由，如上所述的有效载波光栅扫描技术在传统的扫描技术之上提供改进。
参考特定的实施例已经描述了本发明。可是，对本领域技术人员来说很明显，可按照除上述的优选实施例之外的其他具体形式来把本发明具体表达。这可以不偏离本发明的精神而进行。
例如，在任何实施例中实现的列表数对本发明来说并不重要。在不同级中可以定义有一个、两个或者任意数目的列表，当执行一个扫描时最可能的载波产生一个击中。
同时，许多实例提到UMTS的FDD部分(即，所谓的成对频带)。可是，本发明同样适用于UMTS频带的TDD部分(即，所谓的非成对双频带)。
因此，优选实施例只是说明性的并且不应该以任何方式被认为是限定的。本发明的范围由附加权利要求而不是由在前的说明书来给定，并且落在权利要求之内的所有变化和等价物意指包含在其中。
权利要求
1.一种操作移动终端的方法，包括不考虑使用的操作者身份或位置而存储已知在使用中的子载频的标识符；第一次只扫描被储存的标识符识别的子载频以便找到一个被使用的子载频；如果在第一次扫描中没有发现被使用的子载频，那么执行与储存的标识符不相关的子载频的第二次扫描。
2.如权利要求1所述的方法，其中，存储标识符的步骤包括不考虑使用的操作者身份或位置而存储已知在使用中的子载频的标识符的一个列表。
3.如权利要求1所述的方法，其中，存储标识符的步骤包括不考虑使用的操作者身份或位置而存储一个公式，该公式用于产生已知在使用中的子载频的标识符的一个列表。
4.如权利要求1所述的方法，其中，存储标识符的步骤包括不考虑使用的操作者身份或位置而存储已知在使用中的子载频的标识符的一个预定义列表；和不考虑使用的操作者身份或位置而存储已知在使用中的子载频的标识符的一个可更新列表。
5.如权利要求4所述的方法，其中，第一次扫描只被储存的标识符识别的子载频以便找到一个被使用的子载频的步骤包括确定预定义列表和可更新列表中的哪一个是最可能列表；和在扫描预定义列表和可更新列表的剩余那一个之前扫描最可能列表。
6.如权利要求1所述的方法，其中，第二次扫描要扫描所有可能的子载频。
7.如权利要求1所述的方法，其中，第二次扫描只扫描与储存的标识符不相关的子载频。
8.一种控制一个移动终端操作的设备，包括一个存储电路，该存储电路不考虑使用的操作者身份或位置就存储已知在使用中的子载频的标识符；逻辑，其第一次扫描只被储存的标识符识别的子载频以便找到一个被使用的子载频；逻辑，如果在第一次扫描中没有发现被使用的子载频，那么其执行与储存的标识符不相关的子载频的第二次扫描。
9.如权利要求8所述的设备，其中，不考虑使用的操作者身份或位置，该存储电路存储已知在使用中的子载频的标识符的一个列表。
10.如权利要求8所述的设备，其中，不考虑使用的操作者身份或位置，该存储电路存储一个公式，该公式用于产生已知在使用中的子载频的标识符的一个列表。
11.如权利要求8所述的设备，其中，该存储电路存储不考虑使用的操作者身份或位置而已知在使用中的子载频的标识符的一个预定义列表；和不考虑使用的操作者身份或位置而已知在使用中的子载频的标识符的一个可更新列表。
12.如权利要求11所述的设备，其中，第一次扫描只被储存的标识符识别的子载频以便找到一个被使用的子载频的逻辑包括逻辑，其确定预定义列表和可更新列表中的哪一个是一个最可能列表；和逻辑，其在扫描预定义列表和可更新列表的剩余那一个之前扫描最可能列表。
13.如权利要求8所述的设备，其中，执行第二次扫描的逻辑扫描所有可能的子载频。
14.如权利要求8所述的设备，其中，执行第二次扫描的逻辑只扫描与储存的标识符不相关的子载频。
全文摘要
一个在移动终端中的扫描操作包括不考虑使用的操作者身份或位置就存储已知在使用中的子载频的标识符。在试图找到一个被使用的子载频中,执行只有被储存的标识符识别的子载频的第一次扫描。如果在第一次扫描中没有发现被使用的子载频,那么执行与储存的标识符不相关的子载频的第二次扫描。
文档编号H04J1/00GK1369180SQ00811415
公开日2002年9月11日 申请日期2000年6月7日 优先权日1999年6月9日
发明者P·范德贝里 申请人:艾利森电话股份有限公司