专利名称：执行切换的先进方法
一般地说，本发明涉及在蜂窝无线系统中如何进行判定移动站切换到新的基站。具体地说，涉及如何以切换的优先顺序设定不同的基站。
在蜂窝无线系统中，已知一个所谓的切换过程，根据该过程，当通过旧基站的连接变得太弱或者有太多的干扰时，选择移动站与系统的固定部分之间的数据传输连接的路由通过新的基站。例如在GSM系统(全球移动通信系统)中，每个基站在给定的所谓BCCH信道(广播控制信道)中发送信号，在这种情况，该移动站测量接收的BCCH信号的功率并在此基础上确定哪个网孔是对于该无线电连接最有利的。基站还通知该移动站在相邻网孔中使用的BCCH频率，使得移动站知道它们必须侦听哪些频率以便找到相邻网孔的BCCH传输。
图1表示第二代蜂窝系统，包括属于蜂窝系统的核网络的移动交换中心MSC，以及属于无线接入网络RAN的基站控制器BSC和基站BS；移动站MS与所述基站连接。图2表示在另一个第二代蜂窝系统中的基站201-209的覆盖区201a-209a。
在第二代蜂窝系统中，诸如GSM系统，通过基站进行基站BS与核网络CN之间的数据传输。一个基站控制器通常控制大量的基站，使得在移动站从一个网孔的区域移位到另一个网孔的区域时，两个旧的和新的网孔的基站通常连接到相同基站控制器。这时可在该基站控制器进行工作基站的切换。接着，例如在正常的GSM系统中在移动站从接到第一基站控制器的基站移动到接至第二基站控制器的基站时出现很少这样的网孔切换。如果这种情况发生，该交换中心必须与第一基站控制器闭合该连接并且建立与新基站控制器的新连接。这类型的过程包括基站控制器与交换中心之间的许多信令，而且因为基站控制器和交换中心之间的距离可能长，在切换期间可能出现干扰，二者与基站和基站控制器相关。
切换工作的基站和基站控制器的现有技术的安排很适合于所谓的第二代数字蜂窝无线系统，诸如GSM及其扩展版本DCS 1800(1800MHz的数字通信系统)，IS-54(临时标准54)和PDC(个人数字蜂窝)。但是，已建议在未来第三代数字蜂窝无线系统，对该移动站由网孔提供的业务质量一个网孔一个网孔显著地不同。第三代系统的建议是UMTS(通用移动通信系统)和FPLMTS/IMT-2000(未来公用陆上移动通信系统200MHz国际移动通信)。在这些方案中，在它们的大小和特性的基础上网孔例如被划分为微微、毫微、微和宏网孔，而且例如数据传输容量可用于叙述业务的质量。最高数据传输容量由微微网孔提供和最低数据传输容量由宏网孔提供。网孔可部分地或全部重叠，而且可能是不同的移动终端设备，在这种情况，所有移动站不能需要地使用由所有网孔提供的业务质量。而且，基站可以不同的方式支持要求实时和非实时数据传输的业务。
图3表示一种型式的未来蜂窝无线系统，例如对于已知的GSM系统它不是完全新的，而是包含已知的单元和完全新的单元。目前蜂窝无线系统的瓶颈阻止提供最先进的业务给移动站，该瓶颈是由基站和基站控制器形成的无线电接入网络RAN。蜂窝无线系统的核网络包括移动业务交换中心(MSC)，其它网络单元(如在GSM中连接到分组无线传输的SGSN和GGSN，即服务GPRS支持节点和网关GPRS支持节点，这里的GPRS是指一般的分组无线业务)及接到它们的传输系统的单元。根据从GSM得到的GSM+定义，核网络也能够发送新型的业务。
在图3中，蜂窝无线系统300的核网络是GSM+核网络301，而且三个并行无线接入网络与其相连。在其中，网络302和303是UMTS无线接入网络，而网络304是GSM+无线接入网络。最上部表示的UMTS无线接入网络即302例如是提供移动通信业务和同等地服务所述经营者的用户的所有用户的电信经营者拥有的商用无线接入网络。下面的UMTS无线接入网络303可能例如是由企业拥有的专用的无线接入网，它便于所述无线接入网孔功能。专用无线接入网络303中的网孔典型地是毫微和/或微微网孔，而且只有拥有企业的雇员的终端能够设置在它们中。所有三个无线接入网络可包含提供不同类型业务和大小变化的网孔。而且，所有三种无线接入网络302,303和304的网孔可能全部或部分地重叠。在每种情况应用的比特率取决于无线电环境、所采用业务的特性、蜂窝无线系统的地区总容量和其它用户的容量需要。上述新型无线接入网络一般称为一般无线接入网络(GRAN)。这样的网络可被连接与不同类型的核网络CN合作使用，特别与GSM系统的GPRS网络合作使用。一般无线接入网络GRAN可定义为一组这样的基站BS和控制它们的无线网络控制器RNC，该组的数量能够交换信息消息。在下面的说明中，一般无线接入网络简称为无线网络GRAN。
图3中所示的移动站305最有利地是一个所谓双模式站，根据在所讨论的时间点它所在区域能得到那种业务和用户需要什么数据传输，该移动站可起着第二代GSM终端或第三代UMTS终端的作用。它也可用作多模式终端，根据业务的需要和可能性可起着几个不同数据传输系统的移动站的作用。移动接入网络和用户可得到的业务在用户识别模块SIM306中定义。
图4更详细地表示第三代蜂窝无线电系统的核网络CN,CN包括一个交换中心MSC和接到核网络的无线网络GRAN。无线网络GRAN包括无线网络控制器RNC和所连接的基站BS。现在给定的无线网络控制器RNC和所连接的基站能够在宽频带上提供业务，而另一个无线网络控制器和所连接基站可能能够只提供传统的窄频率业务，但是可能具有大的覆盖区。
图5表示第三代蜂窝无线系统中基站501-506的覆盖区501a-506a。如在图5中看到的，固定终端或者甚至短距离移动的终端可在建立无线连接时在几个不同基站中选择。
现在让我们调整研究现有技术装置如何应用到所设计的第三代数字蜂窝无线系统中。在第三代系统中，工作基站和工作无线网络控制器的切换与第二代系统比较非常普通。即，其中由于网孔规模可能极小和在无线连接期间的事实，业务类型希望例如从窄带改变为宽带。而且要求实时或非实时数据传输的各种业务的开始或结束可能影响改变基站或基站控制器的需要。
移动站中接收信号功率电平的现有技术测量没有给出可能最好的关于新基站如何能够响应该移动站的业务需要的效果。如果经常执行基站和/或无线网络控制器的切换，该连接的新路由毕竟相对于移动站的业务需要不是可能最好的，由于不必要的切换该网络被加载。交换中心应该执行极大量的连接切断/建立，这在交换中心与无线网络控制器之间要求大量的额外信令。而且，在一个交换中心区域中，有相当大量的小规模的网孔，而在宽带应用中，要发送的用户数据的数量也是很大的。这导致对交换中心设备极高容量和速度要求，当使用目前的技术时，不能以合理的费用在大系统中实现。
本发明的目的是引入用于执行切换的方法和装置，以便考虑基站提供移动站需要的业务的可能性。
通过在新基站可能提供的载波干扰比电平以及基站现有负荷的基础上以优先顺序排列潜在的新基站实现本发明的目的。
根据本发明的方法，其特征在于为了选择新基站，选择一组潜在的新基站和估测属于所述组的每个潜在新基站可提供的载波干扰比。
本发明还涉及蜂窝无线系统，其特征在于为了选择新基站，它包括用于估测属于该组潜在新基站的每个基站可提供的载波干扰比的装置。
根据本发明，估测由每个潜在新基站进行的；这个估测是根据在知道了该基站使用的总传输功率和该基站网孔区中占优势的干扰电平，以及知道在基站中可得到的空闲数据传输容量时在基站与移动站之间的测量信号衰耗。这些估测连续地保持，而选择的新基站是根据该估测最有利的一个新基站。为了防止移动站继续在根据估测具有相当类似优点的两个这样基站之间往复切换的情况，可要求只在新基站的估测超过目前基站的估测一个给定阈值时该移动站才切换到新基站有一个滞后。
基站和移动站之间的信号衰耗通过考虑在给定控制或导频信道上基站的发送功率与相应移动站的接收功率之间的差进行计算。在控制或导频信道上所有基站可使用相同的发送功率，或者每个基站可通知移动站在任何给定情况下使用什么功率。为了规定总的发送功率和干扰功率的电平，每个基站计算给定的总功率参数和给定的干扰功率参数，并且在这些基础上预测在基站与移动站之间在上行链路和下行链路方向中得到的C/I比(载波干扰比)是多高。除此之外，相对于实时和非实时数据传输计算潜在的新基站的负荷系数。在本发明的优选实施例中，连接到实时数据传输的负荷参数指示在新基站可得到的数据传输容量是否与在目前基站为该移动站预留的数据传输容量一样大，和连接到非实时数据传输的负荷参数指示可得到的分配给非实时数据传输的新基站数据传输容量的多大份额。
描述新基站优点的估测由预测的C/I比和负荷参数汇编的，所有这些最好对上行链路和下行链路连接分开计算。上行链路和下行链路方向在形成估测时可不同地加权，如果希望强调用于切换的一个或另一个方向的重要。根据本发明，要求实时数据传输的连接向着得到最好C/I比的网孔，而要求非实时数据传输的连接向着具有最好的全信道加权的C/I比的网孔，即“空闲”传输能量的最大数量。从系统操作的观点看，本发明试图在每个连接中和在同时使C/I比最大，使得使用的总传输功率最小，因此优化利用可用的资源。
下面参照以例子提供的几个优选实施例和附图更详细地说明本发明。
图1表示已知的第二代蜂窝无线系统，图2表示根据图1的系统中的一些覆盖区，图3表示蜂窝无线系统的未来形式，图4表示图3的细节，图5表示根据图3以该系统中所示的顺序的一些覆盖区，图6表示根据本发明系统中一些参数的格式，图7表示本发明的优选实施例中的信令，和图8表示本发明的另一个优选实施例中的信令。
在上面现有技术的叙述中，我们参照图1-5，而在本发明及其优选实施的下面叙述中，我们主要参照图6-8。
图6表示移动站600，它接收由基站601、602和603发送的信号，特别是在所谓的广播控制信道BCCH上发送的信号。每个基站在其BCCH发送中使用给定的发送功率，在该图示中以符号Ptx-BCCHi标记，对于基站601、602和603该下标i得到值1,2和3。由基站发送的信号以不同的方式在它们到移动站600的路上衰落，移动站600以功率Prx-BCCHi接收它们，下标i得到值1,2和3。移动站600根据下式计算每个基站的路径衰耗Lipl=Prx-BCCHiPtx-BCCHi---(1)]]>因为路径衰耗LiPL定义为比率，它没有单位。关于它应接收基站的哪个BCCH传输的知识，移动站600已知的方式从包括在其传输中的当前基站获得一列表的周围基站。如果在该系统中基站的BCCH传输功率不是恒定的，则移动站也以已知方式知道由每个基站使用的BCCH传输功率Ptx-BCCHi。移动站编辑所有这样基站的候选表，计算的路径衰耗用于所谓切换余量的量低于(和参数LiPL高于)对目前基站计算的路径衰耗。该多动站可给该基站和经过基站进一步到无线网络控制器604发测量的路径衰耗的信息信号。
为了叙述总的传输功率，根据下式计算每个基站的下行链路传输功率参数Ptxiinv,downPtxiinv,down=1NΣn,f1Pn,f---(2)]]>替代倒置频率(inverted frequencywise)和时隙位置(slotwise)功率，可根据下式直接使用该功率Ptxidown=1NΣn,fPn,f---(2a)]]>(2)式中定义的传输功率参数Ptxiinv,down的单位是W-1，而传输功率参数Ptxidown的单位是W。在这里我们假定每个基站的下行链路传输是具有时隙的帧和频率的编译，因此Pnf是在频率f的时隙n中使用的传输功率。则由该时隙和频率定义的、包含在该帧中的总时隙数量N。因此，在(2)式中我们取每个时隙中发送的功率的倒数并相加，之后该和除以时隙总数。根据另一个优选实施例，根据(2)式的值也可分别对每个时隙进行计算；这个方法特别适合于不使用时隙跳跃的系统。
为了叙述总干扰电平，还根据下式计算Iiinv,up=1NΣn,f1In,f---(3)]]>作为另一个方案，甚至现在可根据倒置频率功率使用下式Iiup=1NΣn,fIn,f---(3a)]]>干扰功率参数Iiinv,up的单位也是W-1和替代的干扰功率参数Iiup的单元是W。因此在(3)式中测量在每个上行链路时隙期间接收的干扰功率的倒数值，之后所得到的倒数值相加，而该和除以时隙总数。根据上述第二实施例，也能够根据(3)式对每个时隙分开地计算一个值。
当根据(2)式和(3)式计算值时，每个基站可估测在新基站的网孔中该移动站检测到的下行链路干扰功率。根据下式以单位W-1估测下行链路干扰功率Iiinv,downIinv,down=Σi=1MPtxiinv,downLipl---(4)]]>式中M是包含在候选表中的这样新基站数量，正在估测的这些新基站以与正在估测新基站相同的传输频率工作。而替换式为下式Idown=Σi=iMPtxidown·Lipi---(4a)]]>现在我们可根据下式估测在新基站的网孔中移动站可检测到的下行链路C/I比(以下标i标记)(C/I)idown=Ptxdown·Lipi·(Iinv,down-Ptxiinv,downLipl)---(5)]]>根据替换我们得到下式(C/I)idown=Ptxdown·Lipl(Idown-Ptxidown·Lipl)---(5a)]]>C/I比无单位，因为它是一个比率。在这里没有下标的符号Ptxdown用于表示在向移动站发送时目前基站使用的发送功率。
相应地，以下标i标记的在新基站网孔中上行链路C/I比可从下式估测(C/I)iup=Ptxup·Lipl·(Iinv,up-Ptxiinv,upLipl)---(6)]]>式中无下标的符号Ptxup表示在向目前基站发送时移动站使用的发送功率。作为替代，我们得到下式(C/I)iup=Ptxup·Lipl(Iup-Ptxiup·Lipl)---(6a)]]>上面提供的替代式是根据必须只应用2-6式2a-6a式的原理替代。
为了叙述基站衰耗，可使用许多不同的定义。我们已发现对要求实时数据传输的业务和要求非实时数据传输的业务分别使用描述在基站可得到的数据传输容量的数量的负荷参数是有利的。让我们利用下式定义有关非实时数据传输的负荷参数fiNRTfiNRT=Ctot-CtotRTUiNRT+1---(7)]]>式中Ctot是目前使用的帧结构中可能的最高时隙数，CtotRT是在这些中间分配给实时数据传输的时隙数。帧结构例如可与芬兰专利申请号964308和1997年2月19日申请的相应美国专利申请号802645中介绍的结构相符，因此包含在其中的时隙数量及大小可变化。为了保证不致模糊，式(7)中出现的C系数有利地表示了，因此采用的单元是允许的最小时隙大小，例如可能是帧容量的1/64。在式(7)中，符号UiNRT表示通过所述基站的有效非实时载体的数量。这里的概念“载体”是指由影响基站和给定移动站之间的数据传输的所有这种系数构成的实体。概念“载体”其中包括数据传输率、延迟和误码率以及在给定的最小与最大值内这些系数的波动。载体可理解为由于所有这些系数、连接基站与给定移动站的所述路径的组合影响建立的数据传输路径，而且通过该路径能够发送有用数据，即有效负荷信息。多功能移动站可同时保持连接该移动站到一个或几个基站的几个载体。
有关实时数据传输的负荷参数fiRT由下式定义
式中S是为与目前基站连接的移动站预留的时隙数。系数S必须以与C系数相同的单位给出。根据式(7)和(8)的负荷参数可分开地对上行链路和下行链路方向进行定义，使得在式中(7)式中的C系数和U系数只应用在所讨论的传输方向中，而负荷系数有一个额外的上标“up”或“down”。
根据本发明，对于在路径衰耗测量的基础上候选表已接受的那些基站，计算一个估测，基站根据此估测以相互优先顺序排列。在计算该估测中使用负荷系数和估测的C/I比。用于计算全基站估测Wi的有利式子是Wi=10log10([fiRT,.down·fiNRT,down•(C/I)idown]2•[fiRT.up•fiNRT.up•(C/I)iup]b)---(9)]]>得到以分贝表示的值Wi。通过选择幂次a和b，规定对于新基站的选择哪个传输方向(上行链路或下行链路)更主要，或者两个传输方向同等重要。不用a和b，式(9)中方括号内的各项的幂次可用式子(1+a/64)和(1-a/64)定义，数a是在范围〔-64,64〕内的一个整数。因此我们取得较高的精度，特别是如果用于代表它保留很有限数量比特的情况数a必须从蜂窝无线系统的一个终端在消息中发信号通知另一个终端。幂次的合适值可通过试验找到。
其原则是选择具有最高计算的估测Wi的基站作为新的基站。为了防止移动站在具有相等值的计算的估测Wi和Wj的两个这样的基站i和j之间往复切换，它可要求新基站计算的估测必须比目前基站计算的估测高H分贝，这里的H是0之外的正实数。另一个可能是在路径衰耗的计算中和/或在C/I比估测中包括与时间有关的运动平均，这降低了两个基站得到完全相同结果的可能性。
在上面的说明中，我们还未说明在蜂窝无线系统的那些部分中实现由系统要求的计算和估测。路径衰耗测量最有利地在移动站中进行，因为基站以已知的发送功率规则地发送BCCH信号或相应的信号，因此路径衰耗容易在这个基础上测量。根据式(2)和(3)的计算最有利地由基站进行，因为它们知道在其不同时隙中使用的帧结构和发送功率。同样地，在基站中结合一个测量接收机是容易的，在帧结构的不同时隙期间测量接收机测量式(3)所要求的接收干扰功率。根据式(4)-(9)的计算例如可在无线网络控制器中进行，自然在移动站和基站为无线网络控制器发信号通知测量和计算信息的前提下。在根据式(9)计算该估测之后，在需要时控制器经过某个基站给移动站发送切换命令。
根据式(4)-(9)的计算也可在该移动站中进行，但是这要求移动站的相当大量的计算容量。而且，根据式(4)-(9)的计算也可在某个基站中进行，但是这要求基站之间相当广泛的信令。自然，蜂窝无线系统也可装备在上述图中未示出的某个设备；这个设备的任务是接收有关测量结果的信令和根据式(4)-(9)进行计算，以及给出执行切换的命令。
本发明不要求结合每个切换使用所有叙述的计算和估测。如果进行切换有关计算的蜂窝无线系统中的部件被加载使得不能进行所有的计算，或者如果有进行有关切换的较简单判定的某个其它原因(例如潜在的新基站数量只有一个)，则新基站的判定甚至可只在路径衰耗测量的基础上进行。
接着我们应该观察在由无线网络控制器执行根据式(4)-(9)的计算的示例实施例中根据图7的信令需要。当路径衰耗条件改变时或在基站BS为此发送命令702之后，移动站MS以给定间隔执行接到路径衰耗计算的接收功率测量701。例如在检测传输功率或干扰功率情况(式(2)和(3))变化之后，基站可发送所述命令702。测量的结果，移动站给基站并且通过它进一步给无线网络控制器RNC发送包含在候选表中所有基站的测量数据的测量消息703。基站可命令移动站执行路径衰耗测量的可能的测量命令702包含有关哪些基站包括在候选表中的信息。当基站已发送测量消息703给无线网络控制器时，在需要时无线网络控制器给移动站发送切换命令704，切换命令704以已知的方式包含移动站需要的所有信息，以便与新基站开始数据传输。移动站或者经过旧的或者经过新的基站给无线网络控制器发送证实消息705证实该切换命令。
图8表示在另一个实施例中的信令，其中移动站开始切换。经过包括在候选表中的基站发送的BCCH信道，移动站得到由基站执行的发送功率和干扰功率测量的信息802。如果移动站决定执行切换，它为此经过该基站给无线网络控制器发送消息803。无线网络控制器发送一个证实消息804，它或者接受或者拒绝该切换。
在移动站突然丢失与目前基站连接的情况下或者在移动站开机，而它没有当前基站时，则在移动站和发送最强的BCCH信号或相应信号的那个基站之间建立连接。
作为结论，下表包含所有这样的信息，这些信息在根据本发明的优选实施例的方法中(切换的决定在移动站中或在无线网络控制器中进行)作为在移动站、基站和基站控制器之间的信令发送。
(对于本领域的技术人员是显而易见的，上面使用的专门术语诸如“BCCH信道”仅仅用于表明本发明的可能应用，它们无论如何不限定本发明。
权利要求
1．在包括基站和移动站的蜂窝无线系统中执行切换的方法，其特征在于为了选择新基站，选择一组潜在的新基站和估测包括在所述组中每个潜在新基站可提供的载波干扰比。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于分开地估测包括在所述组中每个潜在新基站可提供给要求实时数据传输的连接的载波干扰比和每个潜在新基站可提供给要求非实时数据传输连接的载波干扰比。
3．根据权利要求1的方法，其特征在于分开地估测包括在所述组中每个潜在新基站可提供给上行链路连接的载波干扰比和每个潜在新基站可提供给下行链路连接的载波干扰比。
4．根据权利要求1的方法，其特征在于还测量包括在所述组中每个潜在新基站的负荷情况。
5．根据权利要求4的方法，其特征在于分开地测量在上行链路方向包括在所述组中的每个潜在新基站的负荷情况和在下行链路方向包括在所述组中的每个潜在新基站的负荷情况。
6．根据权利要求4的方法，其特征在于分开地测量与要求实时数据传输连接有关的，包括在所述组中的每个潜在新基站的负荷情况和与求非实时数据传输连接有关的、包括在所述组中每个潜在新基站的负荷情况。
7．根据权利要求4的方法，其特征在于对包括在所述组中的每个潜在新基站进行估测，所述估测描述所述基站可提供的载波干扰比和所述基站的负荷情况，和所选的新基站是具有最有利估测的基站。
8．一种包括基站和移动站的蜂窝无线系统，其特征在于它包括为了选择新基站，用于估测属于给定组的潜在新基站的潜在新基站可提供的载波干扰比的装置。
9．根据权利要求8的蜂窝无线系统，其特征在于它包括在移动站中，用于测量该移动站与目前基站以及该潜在新基站之间的路径衰耗的装置，和用于发信号通知该基站描述该测量的路径衰耗的测量结果的装置，在基站中，用于描述该基站发送的功率和功率参数中的接收的干扰功率的装置，和发信号给无线网络控制器和/或该移动站通知所述功率参数的装置，和在无线网络控制器中，用于进行关于相应基站可给该移动站提供的载波干扰比应是多高的基站范围的估测的装置。
10．根据权利要求9的蜂窝无线系统，其特征在于它还包括在该基站中，用于测量该基站负荷和发信号给该无线网络控制器通知描述所述负荷的测量信息。
全文摘要
一种蜂窝无线系统包括基站和移动站。为了执行切换,选择一组潜在的新基站和估测包括在所述组中的每个潜在新基站可提供的载波干扰比。可分开对实时与非实时连接和/或对上行链路与下行链路连接估测载波干扰比。
文档编号H04W36/30GK1211887SQ9811928
公开日1999年3月24日 申请日期1998年9月17日 优先权日1997年9月17日
发明者S·海迈莱南, O·萨罗纳霍, A·拉佩特莱南, N·拉克索南 申请人:诺基亚流动电话有限公司