扩频通讯系统中执行切换的方法和装置的制作方法

专利名称：扩频通讯系统中执行切换的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及无线通讯系统，而且特别地涉及扩频通讯系统中的切换。
人们知道无线通讯系统使用切换的方法，该方法中远程单元(如蜂窝用户)在通讯系统内部的各基站间切换。具体地讲，当一个远程单元进入服务基站的覆盖范围的边界时，服务基站和远程单元间逐渐增加的路径损耗可能导致出现相邻的基站能更好地为远程单元服务的情况。如电子工业联盟/电信工业联盟临时标准95A(TIA/EIA/IS-95A)中描述的那样，这样一个采用切换方法的通讯系统为码分多址(CDMA)扩频通讯系统。(EIA/TIA的联系地址为纽约华盛顿DC20006，2001 Pennsylvania区)。通过同时监测几个基站(此处指活动基站集)并当发现具有较强信号的基站时替换掉活动基站集内部的一个基站，可以能够实现CDMA通讯系统中的切换。虽然TIA/EIA/IS-95A给出一个用于CDMA基站和采用其它通讯系统协议(如高级移动电话业务(AMPS)协议)的基站之间切换的方法，但是TIA/EIA/IS-95A并没有给出什么时候会发生这样的切换。基于这一原因，将从CDMA向其它系统协议切换方法的开发任务留给了设备制造商。
从CDMA向AMPS协议切换的现有技术方法如

图1的图解所示。参考图1，通讯系统100包括众多的具有对应覆盖范围122-128的CDMA基站101-107，通讯系统100还包括众多的具有对应覆盖范围126-132的AMPS基站109-115，远程单元117按AMPS和CDMA协议均能工作。t＝1时，沿路径119移动的远程单元117处于非边界(Non-border)CDMA基站(非边界基站指没有相应AMPS覆盖区的那些CDMA基站)101和103的软切换状态(即与一个以上的基站进行通讯)。t＝2时，远程单元117进入覆盖区126，并继续保持与非边界CDMA基站101和103通讯的软切换状态，并且还与边界CDMA基站105通讯。t＝3时，远程单元117离开覆盖区124，并被置于与非边界CDMA基站101和边界CDMA基站105进行通讯的软切换状态。最后，t＝4时，远程单元117离开覆盖区122，只与边界CDMA基站105进行通讯。
当远程单元117不再与非边界CDMA基站进行通讯时，从CDMA切换到AMPS协议的现有技术方法是将远程单元117立即切换到AMPS基站109。换句话说，由于与非边界CDMA基站101失去通讯联系，远程单元117被立即切换到AMPS基站109。由于过早地将远程单元117切换到AMPS基站109而导致了CDMA容量的浪费，从CDMA切换到AMPS协议的现有技术方法效率很低。
因而在扩频通讯系统中需要克服现有技术缺陷的切换方法和装置。
图1说明了采用码分多址(CDMA)协议和高级移动电话业务(AMPS)协议的无线通讯系统。
图2为能够实现本发明基站接收机的最佳实施例的方框图。
图3为能够实现本发明基站发射机的最佳实施例的方框图。
图4说明了根据本发明的最佳实施例的以双向软切换方式工作的远程单元的方框图。
图5说明了根据本发明的最佳实施例的将远程单元从CDMA协议切换到AMPS协议的最佳实施例的逻辑流程图。
图6说明了根据本发明的另一实施例的CDMA通讯系统的运行方法流程图。
图7说明了根据本发明的另一实施例的将远程单元从CDMA协议切换到AMPS协议的逻辑流程图。
一般地规定，通过比较远程单元的相移测量值与临界值和从CDMA基站的有效集中确定一个参考CDMA基站，使CDMA协议切换到AMPS协议，接下来，计算有效集中的每个CDMA基站的校正相移，将远程单元切换到位于CDMA覆盖区具有最小校正相移的AMPS基站。在切换到AMPS基站之前远程单元一直等待收到一个临界值，允许远程单元在被切换到AMPS基站覆盖区之前更进一步地深入移动到边界小区的CDMA覆盖区，从而增加了CDMA系统的容量。
本发明包括扩频通讯系统中进行切换的方法，该方法包含测量远程单元非校正相移的步骤，及比较测量的相移和临界值的步骤。校正测量的相移，并根据校正的相移和比较结果切换远程单元。
另一实施例包括扩频通讯系统中进行切换的方法，该方法包含在第一基站和远程单元之间在第一频率上进行通讯的步骤和测量远程单元相移的步骤。将相移与临界值比较，第一基站和远程单元之间的通讯根据比较结果发生在第二频率点上。
而另一实施例包括码分多址(CDMA)通讯系统中进行切换的方法，该方法包括与众多基站进行通讯的步骤和测量众多基站相移的步骤。从多基站中确定存在的基站是否是非边界基站，并将基站的相移测量值与临界值进行比较。校正相移测量值，并根据校正的相移测量值切换远程单元。
一个备选实施例包括通讯系统中实施切换的设施，该备选实施例包含测量远程单元未校正相移的方法，与测量方法一起将测量的相移与临界值进行比较的方法，与比较方法一起用于校正测量相移的方法，及与校正方法一起用于根据校正后的相移和比较结果进行切换远程单元的方法。
图2为用于接收远程单元的发射信号230的基站接收机200的最佳实施例的方框图。本最佳实施例中，基站接收机200被包含在CDMA基站101～107中。正交编码的扩频数字信号230在接收天线231被接收到，并在被236解扩和解调成同相240和正交分量238之前被接收机232放大。解扩数字采样分量238和240然后被分组成采样信号的预定长度分组(group)(即64样本长度分组)，采样信号被分别输入到以快速哈达玛变换器242，244形式存在的正交解码器中，快速哈达玛变换器将正交编码信号分量解扩，并分别产生众多的解扩信号分量246、260(即当64个采样长度分组被输入后，就产生64个解扩信号)。而且，每个变换器的输出信号246，260具有相关的沃尔什系数符号，系数符号将每个具体的正交编码从相互正交编码集中识别出来。(即当64采样长度分组被输入后，然后6位长度的系数数据符号可与变换器输出信号相关，以指示具体的64位长度正交编码与变换器的哪个输出信号相对应)。来自接收机200每个支路的结果信号256的每个分组中，具有相同沃尔什系数的能量值将在加法器264处被相加，以提供累加能量值分组266。系数(index)为i的累加能量值266分组中的能量值对应于采样信号分组中与第i个沃尔什符号对应的置信度测量值，该采样信号产生累加能量值分组266。具有相关系数的累加能量值分组然后被送到软判决度量发生器268，在这里确定每个编码数据位的单个度量，然后产生组合软判决数据270的单集。组合软判决数据270然后在解码器276的最大似然的最终解码之前，被去交织器272进行去交织。
图3为将信号310发射给远程单元的CDMA发射机300的最佳实施例的方框图。最佳实施例中，发射机300被包含在CDMA基站101～107中。发射机300最好是符合TIA/EIA/IS-95A规定的发射机。发射机300包括卷积编码器312，交织器316，正交编码器320，调制器324，上变频器(upconverter)328，天线329。
运行过程中卷积编码器312以特定位速率(即9.6千比特/秒)接收信号310(业务信道数据位流)。输入的业务信道数据位流310通常包括被声编码器变成数据的话音数据、纯数据，或两种类型数据的组合。卷积编码器312将输入数据位流310用利于随后最大似然解码的编码算法(即卷积或块编码算法)以固定编码速率编码成数据符号。例如，卷积编码器312以一个数据位比两个数据符号的(即1/2速率)的固定编码速率将输入数据信流310(以9.6kb/s的速率接收)编码，从而使卷积编码器312的数据符号314的输出速率为19.2千符号/秒。
数据符号314然后被输入到交织器316。交织器316按符号电平对输入数据符号314进行交织。在交织器316中，数据符号314被分别地输入到定义数据符号314块大小的预定义矩阵。数据符号314被输入到矩阵内部的相应位置，从而按一列接一列的方式填充矩阵。数据符号314被从矩阵内部的相应位置输出，从而按一行接一行的方式清空矩阵。典型情况下，矩阵为行列数相等的方阵；然而，为了增加连续输入的非交织数据符号间的输出交织间距，也可以选择其它类型的矩阵。交织后的数据符号318以与输入(即19.2千符号/秒)相同的数据符号速率由交织器316输出。由矩阵定义的数据符号块的预定义大小从预定义长度的传输块内能以预定义符号速率传输的数据符号的最大数中推算出来。例如，如果传输块的预定义长度为20毫秒，数据符号块的预定义大小就为19.2千符号/秒乘以20毫秒，等于384个数据符号，从而定义了一个16乘24的矩阵。
交织后的数据符号318被输入到正交编码器320。正交编码器320将正交码(即64维的沃尔什码)模2相加到每个交织及扰码后的数据符号318。例如，64维(64-ary)正交编码中，交织及扰码后的数据符号318分别被64符号正交码或其逆(inverse)替换。这些64正交码最好与来自64乘64哈达玛矩阵的沃尔什码对应，哈达玛矩阵中沃尔什码为矩阵的单个行或列。正交编码器320重复地输出与以固定符号速率(即19.2千符号/秒)的输入数据符号318对应的沃尔什码或其逆322。
沃尔什码序列322是为在被调制器324调制的通讯信道上传输作准备的。扩展码是以固定码片速率(如1.228M码片/秒)输出的用户特别定义的符号序列或专门的用户码。而且，由用户码扩展的编码码片由一对短伪随机码(即与长码相比时的短码)扰码后产生I信道和Q信道的扩展序列码。I信道和Q信道的码扩展序列通过驱动一对正弦信号的电平功率控制来双相调制一对正交的正弦信号。正弦输出信号被相加，带通滤波，变换成RF频率，放大，经由上变换器328滤波，并经天线329辐射，以完成信道数据位流310的发射传输。
本发明最佳实施例中，校正相移(定义为基站发射信号和相应的发自远程单元的接收信号之间的校正时间)，被有效集每个CDMA基站用来确定何时将远程单元从CDMA切换到AMPS协议。虽然通过在CDMA和AMPS协议之间切换远程单元的描述来说明最佳实施例，普通的熟练技术人员将认识到远程单元也可切换到其它的系统协议(例如个人数字蜂窝(PDC)系统，联邦数字蜂窝(USDC)，总体接入通讯系统(TACS))。在说明将远程单元从CDMA切换到AMPS协议的最佳实施例之前，先直观地讨论用于CDMA基站的校正相移理论。
校正相移的测量可参考图4解释说明确定远程单元的未校正相移的最佳实施例。如图4所示，远程单元405位于CDMA基站401和403之间，CDMA基站401提供参考导频(参考导频被远程单元405用于上行传输的定时)。远程单元405与CDMA基站401的距离为(x-a)，与CDMA基站403的距离为(b-x)。在时刻t0，CDMA基站401和403都分别向远程单元405发射相同的下行信号407和409。在t1时刻，发自CDMA基站401的下行信号407到达远程单元405。在t2时刻，远程单元405通过发射上行信号411来响应CDMA基站401的下行信号407。在t3时刻，上行传输信号411到达CDMA基站401，最后在时刻t4上行传输信号411到达CDMA基站403。
因为CDMA基站401向远程单元405提供参考导频，所以远程单元405在收到下行传输信号407(参考导频)之后激活(initiate)上行传输信号411。因而CDMA基站401测量Φ1相移，其中Φ1＝t3-t0＝2*(x-a)/C，其中C为下行信号407的传播速度。由于上行传输411先于下行传输信号409到达远程单元405之前被激活，所以CDMA基站403将测量非校正相移Φ2，其中Φ2＝t4-t0＝(x-a)/C+(b-x)/C＝1/2*Φ1+(b-x)/C。
由于上行传输411先于下行传输409到达移动单元405之前被激活的事实，所以非参考CDMA基站403将通过测量相移Φ2一直处于对它与远程单元之间的相移进行估值的状态中。因为这样的原因，在推导基站403和远程单元405之间校正相移时必须将参考CDMA基站的相移(Φreference)考虑进来。
利用TIA/EIA/IS-95A协议，当需要导频强度测量报文(PSMM)时，远程单元405将向CDMA基站401和403报告远程单元405正在使用哪个CDMA基站作为参考导频。而且，远程单元405还将提供接收信号407和409之间的时间差(ψ)。PSMM提供的接收信号407和409之间时间差本身只能说明远程单元405距离CDMA基站401比距离CDMA基站403近多少。然而，如果已知确定的参考导频和任何Φ，可通过等式求出校正相移(Θ1，Θ2)。
Θ1＝Φ1，Θ2＝2*Φ2-Φ1，ψ＝Φ2-Φ1虽然上面的例子解释说明了当远程单元处于两个CDMA基站间的软切换状态时如何求得Θ1和Θ2，但是这种分析可推广到远程单元与多于两个CDMA基站的N路切换时的情况。确定何时从CDMA切换到AMPS图5解释说明了远程单元从CDMA协议切换到另一种系统协议的最佳实施例的逻辑流程图。最佳实施例中，远程单元从CDMA协议切换到AMPS协议。最佳实施例中，软切换状态的所有基站的未校正相移(Θ1，Θ2，Θ3)与相移临界值(τ1，τ2，τ3)相比较，确定远程单元从CDMA协议向AMPS协议切换。远程单元被切换到作为具有最小校正相移的CDMA基站的基础的AMPS基站。
逻辑流程开始于步骤501，临界计数值为0。该最佳实施例中，临界计数值被用来确定已发生了多少次临界事件。步骤503，基站检查确定是否接收了临界事件。该最佳实施例中，只有边界CDMA基站被指定了相移临界值(τ)。这样，任何收到的临界事件指示至少有一个边界CDMA基站是有效集的一部分。备选实施例中，如果非边界CDMA基站位于有效集中，将不允许临界情况，因而如果有一个非边界CDMA基站位于有效集中就不会收到任何临界事件。最佳实施例中，如果与远程单元处于软切换状态的任一个CDMA基站具有超过相移临界值(τ1)的非校正相移的话，就会收到一个临界事件。具体地讲，如果Φi＞τ1就会收到一个临界事件。
接下来，如果在步骤503，远程单元未收到临界事件，那么逻辑流程图就简单地返回到步骤503，否则的话逻辑流程将继续到步骤505。步骤505中，基站通知基础通讯设备已发生了临界事件，基础通讯设备(例如未画出的中心基站控制器)将确定呼叫状态。最佳实施例中，呼叫状态向基础通讯设备指示服务基站和远程单元的确定切换状态(1路，2路，3路，…等等)。接下来，步骤506，基础通讯设备确定有效集中是否至少有一个CDMA基站为非边界CDMA基站。备选实施例中，步骤506可确定有效集中的大多数CDMA基站是否是非边界CDMA基站，但在最佳实施例中，边界小区和非边界小区之间的软切换不会将远程单元的切换激活到潜在的(underlying)AMPS基站，即使临界事件发生也不会。因而，如果在步骤506确定了至少一个服务的CDMA基站为非边界基站的话，那么逻辑流程就返回到步骤503，否则的话逻辑流程将继续到步骤507。
步骤507，基础通讯设备确定远程单元目前是否为1路切换，如果是这样的话，逻辑流程就继续到步骤509，此处远程单元被切换到潜在的AMPS基站。如果在步骤507，确定远程单元目前不是1路切换，那么就在步骤511向远程单元要求PSMM。
由于服务CDMA基站与远程单元间的路径损耗，PSMM可能不能到达基础通讯设备。这样可能导致不能确定Φreference，以及服务CDMA基站的校正相移(Θ1，Θ2，Θ3)不可得的情形。因为这种原因，在步骤513，基础通讯设备确定是否收到了PSMM。如果在步骤513，基础通讯设备确定未收到PSMM，逻辑流程将继续到确定Φi＞＞τ1是否成立的步骤527。这通过在其中(Φi-τ1)被比较的第二临界值δi完成，并检查(在步骤527) (Φi-τi)＞δ1成立否。如果在步骤527(Φ1-τ1)不大于δ1，那么流程图就终止于步骤537，此处远程单元被切换到作为收到临界事件的CDMA基站的基础的AMPS基站。
如果步骤527确定(Φi-τ1)＞δ1，那么步骤531就确定目前的临界计数值是否为零。如果在步骤531确定当前的临界计数值为零，那么当前的临界计数值就在步骤532被置为1，逻辑流程将返回到步骤503。如果在步骤531确定当前临界计数值不为零，那么将获得保留的CDMA基站的相移测量值(步骤533)，远程单元被优先切换到作为具有最小相移的CDMA基站的基础的AMPS基站。
返回步骤513，如果确定已收到PSMM，逻辑流程图将继续到从PSMM中提供参考导频的CDMA基站的识别(identity)被使用的步骤515。接下来，在步骤517，由蜂窝基础通讯设备按上面描述的方法确定Φ1，Φ2和Φ3。一旦知道了Φ1，Φ2，Φ3和提供参考导频的CDMA基站的识别，就可计算Θ1，Θ2和Θ3(步骤521)。在步骤523，确定具有最小Θ值的CDMA小区，而且远程单元被切换到与具有最低Θ值的CDMA小区相对应的潜在的AMPS基站。在切换到AMPS基站之前一直等到CDMA基站收到一个临界事件，这样允许远程单元在被切换到增加CDMA系统容量的潜在的AMPS基站之前更远地深入到边界小区的CDMA覆盖区域。
图6解释说明了根据本发明备选实施例的CDMA通讯系统600的运行。如图6所示的远程单元607正行进在CDMA基站603和CDMA基站605之间，其中CDMA基站603只能在F1和F2组内的频率上运行，CDMA基站605只能在F2组中的频率上运行还示出了只能支持F1组中的频率的CDMA基站601。备选实施例中，在进入CDMA基站603和CDMA基站605之间的软切换之前，根据校正相位测量的临界事件将远程单元607从F1组内的一个频率切换到F2组内的一个频率。
通讯系统600的运行过程如下所示时刻t0，远程单元607在F1组内的频率上运行，并与CDMA基站603进行通讯。时刻t1，远程单元607的相移变得大于临界值，这向CDMA基础通讯设备指示了远程单元607正在向CDMA基站605移动，并可能需要进入与CDMA基站603和CDMA基站605软切换的状态。由于远程单元607(运行在F1组的频率上)不能被设置到与CDMA基站603和CDMA基站605之间软切换的模式，远程单元607被切换到F2组内的频率。在时刻t2，远程单元607离CDMA基站605足够近，它可被设置到CDMA基站603和CDMA基站605之间软切换的模式。最后在时刻t3，远程单元走出CDMA基站603的覆盖区，并只在F2组内的频率上与CDMA基站605进行通讯。除了随着远程单元607移向CDMA基站605从频率F1切换到F2之外，远程单元607也可能根据向CDMA基站603的接近和超过临界值的情况切换回F1组内的频率。这将允许远程单元607最后进入只支持F1组内的频率的与CDMA基站601软切换的状态。
图7说明了根据本发明备选实施例的CDMA通讯系统600的运行流程图。逻辑流程开始于步骤701。在步骤703，基础通讯设备确定远程单元607是否工作在与F1组有关的频率上。如果在步骤703确定远程单元607工作在与F1组有关的频率上，逻辑流程就继续到步骤705。在步骤705，小区基础通讯设备确定远程单元607是否越过临界线。该备选实施例中，通过为远程单元确定Φ值来确定远程单元607的Φ值是否大于临界值(τ)并按上面所述完成本步骤。如果在步骤705确定远程单元607的Φ值未超过临界值，逻辑流程就简单地返回到步骤705。如果在步骤705确定远程单元607的Φ值已超过临界值，远程单元就切换到与F2有关的频率上，逻辑流程图返回到步骤703。
返回步骤703后，如果在步骤703确定远程单元607不是工作在与F1组有关的频率上，逻辑流程图就继续到小区基础通讯设备确定远程单元607是否越过临界线的步骤709。备选实施例中，通过为远程单元607确定Φ值，并确定远程单元607的R值是否低于临界值(τ)来按上面的所述完成本步骤。如果在步骤709确定远程单元607的Φ值不小于临界值，逻辑流程图就简单地返回到步骤709，如果在步骤709确定远程单元607的Φ值已低于临界值，逻辑流程图就继续到远程单元被切换到与F1组有关的频率上的步骤711，然后逻辑流程图就继续到步骤703。
对于本发明，具体细节及上面提到的附图的说明解释并不意味着限制了本发明的范围。例如，除了从CDMA向AMPS协议切换之外，本发明可被用来进行CDMA小区内的硬切换。发明者的意愿是在不违背本发明的精神和范围情况下可对本发明进行各种形式的调整，并且希望所有这样的调整在下述的权利要求范围内进行。
权利要求
1.扩频通讯系统中进行切换的方法，该方法包含步骤测量远程单元的未校正相移，产生一个测量相移；比较测量相移与临界值，产生一个比较结果；校正测量相移，产生一个校正相移；而且根据校正相移和比较结果切换远程单元。
2.权利要求1的方法，其中校正测量相移的步骤包括确定一个参考基站，产生一个确定的参考基站；而且根据测量的相移和确定的参考基站确定校正相移。
3.权利要求1的方法，其中切换远程单元的步骤包括确定一个最小校正相移测量值；而且将远程单元切换到具有第一覆盖区的第一个基站，所述的第一覆盖区与第二个基站的第二覆盖区有关，所述第二基站具有最小的校正相移测量值。
4.权利要求1的方法进一步包括步骤确定非边界基站是否为有效集的一部分，以产生一个确定；而且根据该确定、校正相移和比较结果，切换远程单元。
5.权利要求1的方法，其中扩频通讯系统为码分多址(CDMA)通讯系统。
6.码分多址(CDMA)通讯系统中的切换方法，该方法包含步骤与众多基站通讯；测量众多基站的相移，以产生众多的相移测量值；确定众多基站内存在的基站是否为非边界基站，以产生一个基站确定；将众多相移测量值与众多临界值比较，以产生一个比较结果；校正众多的相移测量值，以产生众多的校正相移测量值；而且根据众多校正相移测量值、比较结果以及基站确定进行远程单元切换。
7.权利要求11的方法，其中校正众多相移测量值的步骤包括确定一个参考基站，以产生一个确定的参考基站；而且根据确定的参考基站和众多的相移测量值，确定众多的校正相移。
8.通讯系统中执行切换的装置，该装置包含用于测量远程单元的未校正相移来产生测量相移的装置；与测量装置连接在一起的，用于比较测量相移和临界值以产生比较结果的装置；与比较装置连接在一起的，用于校正测量相移以产生校正相移的装置；与校正装置连接在一起的，用于根据校正相移和比较结果切换远程单元的装置。
9.权利要求14的装置，其中扩频通讯系统为码分多址(CDMA)通讯系统。
10.权利要求14的装置，其中切换远程单元的装置包含将远程单元从码分多址(CDMA)协议切换到高级移动电话业务(AMPS)协议的装置。
全文摘要
通过比较远程单元(405)的相移测量值和临界值(503),并且从CDMA基站(515)的有效集中确定一个参考CDMA基站401,来进行从码分多址(CDMA)协议到高级移动电话业务(AMPS)协议的切换。接下来,为有效集(521)中的每个CDMA基站计算校正相移,将远程单元(405)切换到作为具有最小校正相移(525)的CDMA覆盖区域(126)的基础的AMPS基站(109)。
文档编号H04W36/14GK1194740SQ97190565
公开日1998年9月30日 申请日期1997年2月7日 优先权日1996年5月10日
发明者巴里J·梅尼奇, 詹姆斯P·奥尔德里奇, 塞缪尔D·费尔南德斯 申请人:摩托罗拉公司