专利名称：在多蜂窝环境中确定转换的候选网孔的方法
一般地讲本发明涉及在多蜂窝环境中确定可能的基站作为转换候选站的方法，具体地讲涉及根据从相邻网孔的至少一个网孔或者服务的网孔来的话信号参数的阶跃变化确定在多个蜂窝环境中转换的候选站。
在蜂窝环境中，在任一个时间，通常有一个服务网孔被规定为具有基站的网孔，移动单元从它接收业务，以致移动单元可接收和发送通信，和称为相邻网孔的多个周围的网孔。该服务网孔也可称为该移动单元驻留(camp on)的网孔。
在多蜂窝孔环境中，可有不同大小的网孔，多个相同大小的网孔放置在一个较大的网孔(伞网孔)内。在伞网孔内的较小网孔称为微网孔。微网孔在用户稠密群中建立以允许在蜂窝系统的更大的用户容量。微网孔便于在较小的距离重用频率。因此，移动单元可位于微网孔及伞网孔内。
典型地，没有大量用户或者不要求大容量的农村地区只需分为较大的网孔。随着地区增大或者这些网孔更接近稠密人口区域，较大的网孔没有能力更便于增加的用户数。没有足够的可分配的频率。所以在较大的网孔内建立微网孔而较大的网孔变为伞网孔。这允许在微网孔中频率重用。这些微蜂窝技术改善了频谱效率和增加蜂窝网络的容量。
微网孔有缺点。一个缺点是在微型蜂窝区域中转换次数增加和进行转换决定可用的时间减少。例如，在有快速运动的移动单元的地区中具有许多的较小面积的微网孔，该快速运动的移动单元在一个短的时间中，通过多个微网孔移动使得许多转换被处理。在短时间中转换的次数的增加降低了呼叫的可靠性并且增加通信中断的次数，因此，降低了通信质量，并且在极端情况下丢失呼叫。
因此，需要建立在多蜂窝环境中快速和可靠的确定何时转换的方法。一种这样的方法已在由莫托罗拉公司于1993年11月27提交的名称为“在多蜂窝环境中确定转换的方法”的共同未授权的英国专利申请9324428.3中提出了。
数字蜂窝通信系统如GSM(移动通信全球系统)综合微蜂窝环境中的大量的网孔。在GSM中要求移动站报告其六个最强的邻近网孔的接收信号电平强度。目前的转换技术从六个最强的邻近网孔之一选择一个转换的候选网孔。在微网孔环境中，信号强度快速地变化，一个网孔可在一个测量报告中产生一个强的信号电平强度，然后在下一个测量报告中产生弱的信号强度。因此，仅根据第一报告作业快换决定可能导致选择一个基站，它不是该移动站的可靠的服务网孔。
希望防止使其信号强度快速变化的一个邻近网孔被认为是一个转换的候选网孔。因此希望有一个确定转换候选网孔的方法，只在它确实是一个可靠的转换候选网孔时邻近的网孔才被认为是一个转换候选网孔。
根据本发明，提供在蜂窝通信系统中确定转换候选网孔的方法，该蜂窝通信系统具有与一个服务网孔通信的至少一个移动单元和多个邻近网孔，该服务网孔和邻近网孔由至少一个伞网孔和多个微网孔组成。每个网孔有各自的基站。确定是否从该服务网孔转换到一个邻近网孔的方法包括确定从至少一个网孔基站到该移动单元的来话信号的参数的步进变化和确定依赖该阶跃变化的转换。
本发明的优选实施例中，参数是所接收信号电平的变化率。
在另一个实施例中，参数是从邻近网孔在一个时间期间测量的所接收信号强度电平。
图1表示在多蜂窝环境中的一个快速运动的移动单元。
图2表示图1的多蜂窝环境中的一个慢运动的移动单元。
图3表示本发明的优选实施例的两个缓冲器装置。
图4表示一个典型的多蜂窝环境。
图5表示为图4的移动站所画的接收信号电平图。
图6表示本发明的优选实施例的流程图。
图7表示本发明的优选实施例的判定图。
参见图1，示出一个多蜂窝(或微型蜂窝)环境，由至少一个伞网孔1和多个微网孔2，3，4，5，6组成。每个网孔包括一个基站，它典型地放置在该网孔覆盖的地理区域中。图1中没有示出所有的基站。基站通常确定网孔的大小和容量。一个通信系统可包括不同大小的网孔以及一个移动无线电单元20，该单元20可从伞网孔1的基站23或从一个微网孔3的基站25接收业务。从依据能够接收和发送呼叫的特别基站接收业务也称为驻留在那个特别的基站。当移动无线电单元进入该多蜂窝环境时要进行判定以确定是仍然由目前的网孔类型服务还是转换到一个新的网孔类型。该判定可依赖于该移动单元的速度而定。
当移动无线电单元进入一个多蜂窝环境或覆盖区时可定义两个情况。移动单元可以以图1中的汽车20所示的高速或以图2中的一个人30所示的较慢速度在运动。图1和2都假定该服务网孔是伞网孔1和多个邻近网孔是微网孔2，3，4，5，6。
当如图1所示的快速运动的移动单元20进入多蜂窝环境时，本发明要求该移动站保持在目前的网孔类型(伞网孔)以减少在短时间内要求的转换次数。通过在一个时期测量从多个邻近网孔来的接收的信号强度电平或者测量该接收信号电平的阶跃变化，没有邻近微网孔会由该移动站报告为转换的候选网孔。这些微网孔作为转换的候选网孔对于该基站是透明的，而且任何要求的转换是到伞网孔的。
另一方面，当如图2所示的慢运动移动站30进入微蜂窝环境时，本发明要求该慢运动移动站30转换到一个微网孔。这就保证该伞网孔不会变为阻塞和由微网孔处理最大的业务量。因此，根据本发明的一个实施例当移动站30进入微蜂窝环境时，依据在该移动站接收的接收信号强度电平的六个最强网孔是来自邻近微网孔周围的基站。由于该移动站是慢运动的，足够长的或在一个预定的时间期间将报告一些邻近网孔被认为是转换的候选网孔。本发明要求转换到最适合的网孔。
根据本发明的一个实施例，除非一个网孔在一个给定的时间期间Tn它是最强的网孔之一，否则该网孔不会成为转换的候选网孔。一个计时器与每个邻近网孔相连，而且对每个邻近网孔可能是不同的。它可由该数据库的用户预先确定或自适应地规定。
图3表示可在一个基站转换方法中使用的计时器Tn的一个方式。在图3中，该移动站依据接收的信号电平向该基站报告六个最强的邻近载波。该基站的系统控制器将它们放入第一缓冲器35并且起动计时器Tn。如果在计时器Tn时间到，该网孔仍然是六个最强的载波之一，则它运动到第二缓冲器37作为一个转换的候选网孔。
转换候选网孔表应总是包含至少一个网孔，该网孔是一个备用转换网孔。备用转换网孔可定义为对正常呼叫始发方是禁止的但是对于任何紧急的转换是可用的网孔的一个网孔。它将是一个伞网孔(或在给定的伞网孔中的一些时隙)。这将保证在要求转换但是没有合适的可用微网孔的情况下，呼叫可被转换而不失掉。
下面的任何一个标准可用于检验一个网孔是否适合作为转换候选网孔在时间Tn内在移动测量报告(例如SACCH多帧)中已连续地报告的一个邻近网孔。在这个条件下，该邻近网孔有最大的可能性成为一个好的转换候选网孔但是它有缺点，即它没有考虑由于衰落、遮蔽等所接收的信号电平(RXLEV)的快速变化。
在时间期间Tn内该邻近网孔在该移动测量报告中至少已报告了m次中的n次。这个方法考虑在邻近网孔报告中接收信号电平中任何快速变化，因此具有识别一个好的转换候选网孔的高概率。n和m的值对每个网孔必须是最佳的。
邻近网孔的平均接收信号电平在时间Tn内超过一个阈值。这个方法平均接收信号电平的所有的峰值和谷值。
如果该邻近网孔被认为是转换的候选网孔，目前在确定转换中使用的信号质量和其它的标准也必须是满足的。
微蜂窝环境是以接收信号电平的变化的快速率(例如在拐角，在桥下运动等)为特征，这使得目前的转换方法有时在预测转换的候选网孔中不准确。
图4表示一个典型的多蜂窝环境。特别是，当移动站40从点A运动到点B时，第一邻近基站44的接收信号电平增加到点X的相对高的电平，并且根据本发明变成一个邻近网孔由移动站40报告为一个强的载波，而同时第一邻近基站44的接收信号电平保持相对地恒定。
类似地，当移动站40从点B运动到C时，服务网孔基站42的接收信号电平在点Y突然减少到一个低电平，而同时邻近基站44的接收信号电平保持相对地恒定。由于微网孔的特性，服务网孔42和邻近网孔44的接收信号电平的变化是如图5中所示的阶跃函数，而且根据本发明这种特征可用于预测转换的候选网孔。
图5表示为移动站40从图4中的点A到B到C运动时所收到的接收信号电平。从点A到B，邻近网孔44的接收信号电平在点X突然增加，产生一个阶跃变化函数，然后保持相对恒定。服务网孔42的接收信号电平保持恒定。
类似地，当该移动站从点B到点C移动时，该服务网孔的接收信号电平在Y点突然减小，产生一个阶跃变化函数。邻近网孔44的接收信号电平保持恒定。点X和Y代表网孔覆盖的边缘。
邻近网孔的接收信号电平的阶跃变化表明该移动站是在拐角或大街的结合处。服务网孔接收的信号电平的阶跃变化表明该移动站已转过一个拐角和很可能要求转换。当由本发明的转换方法识别这些阶跃变化时，该系统因而可进到不同的操作方式。因此与特别的邻近网孔相关的计时器Tn可省去，所以可进行快速转换判定。需要确定一个平均的方法，它能够检测接收信号电平的阶跃变化。
图6表示本发明的一个实施例，将两个参数组合在一起，从而当识别到阶跃变化时，与每个邻近网孔相关的计时器Tn交互作用地变化。当在接收的信号中有检测的阶跃变化时(例如移动单在拐弯时)，这使得一个给定的邻近网孔更可能变为一个转换的候选网孔。此外，阶跃变化的识别还使本方法能重新估计本转换的候选网孔的优先级。
按照图6，该移动站或服务网孔基站监视邻近的网孔或在该移动站接收的周围的载波，如在步骤50那样。如果在步骤52没有检测到阶跃变化，则它确定各自的计时器是否已期满和转换标准是否满足，如在步骤54那样。如果是这样的，则在步骤56，该载波或邻近网孔被加到转换候选表，然后过程再开始。如果是否定的，则如在步骤58那样，它必须确定是否已识别到一个新的载波，如果是否定的，过程结束。如果是这样，则如在步骤60那样，对于新的载波该各自计数器Tn开始了而且过程结束。
在步骤52中如果识别到阶跃变化，则如在步骤62那样估计该阶跃变化。在步骤64，确定是否有要求的转换。如果要求转换，则在步骤66中确定是否有一个微网孔作为转换的候选网孔。如果是的话，则在步骤70中执行转换到最高优先级的微网孔。在步骤66中，如果没有微网孔作为转换的候选网孔，则如在步骤68中那样转换到各用网孔。
如果在步骤64中没有要求转换，则如在步骤72中那样它确定是否要求计时器变化。如果如由步骤72所确定的，要求计时器变化，则如在步骤74中那样，各个计数器被变化。
如果由步骤72确定不要求计时器变化，则如在步骤76中那样，它确定是否要求转换表估计，如果是否定的，则该过程再开始，如果是肯定的，则如在步骤78中那样重新估计转换表优先级，然后该过程再开始。
根据邻近网孔和服务网孔中的阶跃变化，可采取一些步骤，这些步骤归纳在图7所示的表中。顶行叙述一个服务网孔的可能状态，而第一列叙述邻近网孔的可能状态。如果该移动站从该服务网孔接收一个恒定的接收信号电平，和该移动站从邻近网孔接收一个阶跃变化增加，则该移动站可能在如状态80叙述的n个网孔的结合处。如果该邻近网孔已是第二缓冲器的一个成员，则重新估计优先级。如果该邻近网孔不是第二缓冲器的一个成员，则在第一缓冲器中其相关的计时器Tn被改变。
服务网孔的接收信号电平表示阶跃变化增加和邻近网孔的接收信号电平表示阶跃变化增加，则如在状态82中所叙述的，如果邻近网孔电平与服务网孔电平不相上下，该移动站可能在n个网孔的结合处。如果邻近网孔已经是在第二缓冲器的一个成员，则重新估计优先级。如果邻近网孔不是第二缓冲器的成员，则在第一缓冲器中其相关的计时器Tn被改变。
如果该服务网孔的接收信号电平表示一个阶跃变化减少和该邻近网孔的接收信号电平表示一个阶跃变化增加，则如在状态84所叙述的，该移动站可能已拐一个弯而且可能要求切换。如果该邻近网孔已经是第二缓冲器的成员，则重新估计优先级。如该邻近网孔不是第二缓冲器的成员，则在第一缓冲器中其相关的计时器Tn被改变。如果没有微网孔是第二缓冲器的成员，则转换到备用转换网孔。
如果该服务网孔的接收信号电平是恒定的，而从邻近网孔的接收信号电平表示一个阶跃变化减少，则如在状态86中那样继续监视接收信号电平。类似地如果从该服务网孔的接收信号电平表示一个阶跃变化增加或阶跃变化减少，从而该邻近网孔的接收信号电平表示一个阶跃变化减少，则如在状态88和90那样，接收信号电平将继续被监视。
如果从服务网孔的接收信号电平是恒定的或者表示一个阶跃变化增加，而从该邻近网孔接收的信号电平是恒定的，则如在状态92和94中那样，接收的信号电平将继续被监视。
如果该服务网孔的接收信号电平表示一个阶跃减少，而从该邻近网孔的接收信号电平是恒定的，则如在状态96中叙述的，该移动站可能已拐一个弯并可能要求转换。如果该邻近网孔已经是第二缓冲器的成员，则重新估计优先级。如果该邻近网孔不是第二冲缓器的成员，则在第一缓冲器中其相关的计时器Tn被改变。如果没有微网孔是第二缓冲器的成员，则转换到备用转换网孔。
因此，本发明提供一个方法，它可确定可靠地减少丢失呼叫的可能性的转换候选网孔。有四个重要的情况，它们可根据本发明的方法进行分析。
首先，移动站驻留在一个伞网孔和该移动站以高速运动。根据对照图1所叙述的本发明的方法，在一个足够长的时间没有微网孔被该基站报告作为转换的候选网孔。因此，要求的任何转换将是到伞网孔的。
其次，移动站驻留在一个伞网孔并且以慢速运动。如在对照图2所叙述的，该移动站将报告六个最强的网孔作为邻近网孔，和其中的一些网孔在足够长的时间内被报告变为转换的候选网孔。因此将发生转换到一个微网孔。
第三，该移动站驻留在一个微网孔并以快速运动。该移动站在一个微网孔始发呼叫，和该呼叫将转换到一个伞网孔以减少所要求的转换次数。随着所执行的每个转换，有可能呼叫被丢失。因此，减少转换的次数减少了丢失呼叫的可能性。
如果该移动站运动快速通过微蜂窝覆盖区，由该移动站报告的邻近微网孔表持续变化，而且没有微网孔变为转换的候选网孔。但是由该移动站报告回的一个网孔将是一个伞网孔，它将是转换的候选网孔。这个伞网孔可能已备用的转换网孔。如果要求转换和没有合适的网孔可用，则该移动站将被转换到该伞网孔。
第四，如果该移动站运动慢慢通过微蜂窝覆盖区，在足够长时间期间该移动站报告一些微网孔被认为是转换候选网孔。如果需要转换，该移动站将被转换到最合适的微网孔。如在图7中所叙述的在邻近和服务网孔的接收信号电平的测量的(或检测的)阶跃变化可用于预测该移站将被转换到的网孔。
特别是，接收的信号电平已被叙述为用于确定阶跃变化和转换候选网孔。从所监视的网孔接收的接收信号电平通过功率控制命令通常保持恒定。
本发明的另一个实施例可使用该功率控制电平的阶跃变化作为确定参数。因此，根据从在该移动单元被监视的网孔基站接收的功率控制信号的阶跃变化，可由该服务网孔的基站作出转换的决定。
虽然该方法已叙述为在服务网孔的基站实现，但是，如果要求智能地装入该移动单元中，则该方法实际上可在该移动单元中实现。如果合适的信息通过该邻近网孔的基站，则本方法也可在该邻近网孔的基站实现。随着蜂窝系统的扩展，诸如本发明的方法的这些方法可在该系统的基础结构的任何地方实现。
在本方法中规定的参数可用于预测应进行转换的最合适网孔。这个预测是基于监视该服务和邻近网孔的接收信号电平的任何阶跃变化或者可基于在特定的时间期间内检测的阶跃变化次数的。例如，如果在一个相当短的时间期间中有多次的阶跃变化，它可进行检测到一个伞网孔转换以避免大量的微网孔转换是有道理的。
最后，本发明提供用于一个微蜂窝通信系统的方法，该通信系统包括微网孔和伞网孔，慢运动的移动单元使用微网孔，而较快运动的移动单元使用伞网孔。特别是，当快速运动的移动单元进入微网孔时，要求该移动单元仍然由目前网孔类型伞网孔服务，以使需要的转换次数减至最少。因此，转换的次数显著地减少了而且有效地使用该蜂窝环境。通过有效地使用该蜂窝环境，蜂窝通信系统的能力增加了。本发明改善了转换的可靠性，结果丢失呼叫次数较少而且由该网络进行的处理量减少了。
权利要求
1.在微蜂窝通信系统中确定转换的候选网孔的方法，该微蜂窝通信系统包括一个服务网孔和多个邻近网孔，该服务网孔和邻近网孔由至少一个伞网孔和多个微网孔组成，每个网孔有各自的基站，该确定转换候选网孔的方法包述步骤测量从该服务网孔和该多个邻近网孔的每个网孔接收的接收信号参数；检测从该服务网孔和该多个邻近网孔的每个网孔接收的接收信号参数的阶跃变化；和基于在该服务网孔和该多个邻近网孔的每个网孔的接收信号参数中检测的阶跃变化确定一个转换的候选网孔。
2.根据权利要求1的方法还包括步骤在一个时间期间测量从该服务网孔和多个邻近网孔的接收信号参数；和基于该时间期间之后的测量的接收信号参数和在该服务网孔及该多个邻近网孔的每个网孔的接收信号参数中检测的任何阶跃变化，确定一个转换的候选网孔。
3.根据前面的任一个权利要求的方法，其中的参数是接收的信号电平。
4.根据权利要求1或2的方法，其中的参数是功率电平控制信号。
5.在蜂窝通信系统中确定一个移动单元的转换候选网孔的方法基本上如对照附图的图6所叙述的那样。
全文摘要
在蜂窝通信系统中确定一个移动站的转换候选网孔的方法，该蜂窝通信系统包括一个服务网孔和多个邻近网孔，该服务网孔和邻近网孔包括至少一个伞网孔和多个微网孔。从该服务网孔向一个邻近网孔转换的候选网孔的决定是通过测量该来话信号的移动站从至少一个蜂窝基站接收的参数进行的。该准则包括确定所测量的参数中的阶跃变化。
文档编号H04W36/04GK1123997SQ95102709
公开日1996年6月5日 申请日期1995年3月20日 优先权日1994年3月21日
发明者鲁平德·辛·奥伯罗伊, 保罗·克赖顿, 罗伯特·伊奥·戴维斯 申请人:莫托罗拉有限公司