专利名称：在数字蜂窝式移动无线网的两个小区之间的越区切换呼叫的方法
技术领域：
本发明的领域是蜂窝式移动无线系统中的数字通信。本发明特别应用于采用时分多址(TDMA)技术的数字传输系统(话音、数据、信令、…)，例如GSM(全球移动通信系统)网。
确切地说，本发明涉及在数字蜂窝式移动无线网的两个邻接小区之间对呼叫的越区切换。
蜂窝式移动无线网，例如GSM或DCS网，包括多个小区，每个小区由一个基站控制。按常规，当一个移动站从一个小区越到另一个小区时，一种越区切换机理确保该移动站从处理该呼叫的一个基站改变到另一个基站。
越区切换相对复杂。从移动站的观点看，它好象是用重新分配的呼叫参数(使用的频率、跳频规则、时隙、…)在新小区中开始一个新的呼叫。网络(基站和基站上游的装置)用远程终端管理呼叫的连续性。
现有技术的解决方案具有的主要缺陷是在呼叫从第一小区越区切换到第二小区时造成暂时的信息丢失(通常是几帧)，该缺陷产生可使用户听到的讨厌噪声。
此外，对于每个传送，在网络中和所涉及的移动站(它必须采用新呼叫参数)中都强加了许多处理操作。
此外，该标准解决方案需要向网络的每个小区分配频率的严密计划。为防止两个邻接小区的干扰一定不能使用相同频率。
目前考虑使用微小区，特别是在城市环境中。定位低于屋顶级别的基站(或其天线)允许以更紧密的格局重复使用频率(基站的“范围”保持局部化，因此有少量同信道干扰)。因此，微小区解决方案在频谱方面更有效，并且小区更小的事实表明对于给定的频谱，可相对于常规宏小区的解决方案增加容量(表示为厄兰(Erlang)/km2/MHz)。
因此，该技术解决了业务处理容量的问题。然而，它强加了不停的越区切换，具有上面列出的所有问题。
另外，需要所谓的“伞形”小区。不幸的是，这些伞形小区构成了一个附加层，增加了系统的复杂性。上面这类系统的计划和实施很困难。
本发明的一个目的是缓解现有技术的各种缺陷。
更准确地说，本发明的一个目的是提供一种以就将要执行的处理而言对移动站的用户和移动站本身是透明的或准透明的方式在管理越区切换的数字蜂窝式移动无线网的两个小区之间越区切换呼叫的方法。
本发明的一个补充目的是提供一种确保在有关移动站改变小区时不中断呼叫的方法。
本发明的一个特别目的是提供一种改进频率重复使用的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在构成网络时简化向小区分配频率的方法。
本发明的另一个目的是提供一种确保特定呼叫质量水平(例如由接收的功率电平或信噪比表示的和/或由载波干扰比加权的)，和特定的业务等级(对应于阻塞级别(使用所有物理资源和/或不能利用的不可用资源，因而不能进行新呼叫)和呼叫丢失率(与越区切换问题直接有关))。
本发明的再一个目的是提供一种限制发射的无线电功率的方法，随后提供一种限制分配给网络的无线频谱(射频)中干扰电平的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在越区切换期间改善呼叫质量的方法。该目的体现了下面的辅助目的改善系统的反应性；阻止“乒乓”效应(当移动站在小区边界附近时不断地越区切换)。
通过在数字蜂窝式移动无线网两个小区之间的越区切换呼叫的方法根据本发明实现上述目的和下面变得显而易见的其它目的，该方法的特征在于每个所述小区包括一组在所述小区内地理分布的至少两个发射接收中继站，每个所述中继站能够向所述小区的区域中出现的移动站发射信号，并接收由所述区域中的所述移动站发射的信号，通过移动站将一组至少所述中继站之一有选择地分配给每个移动站的呼叫，以便把与所述移动站的信号交换仅应用到一部分小区，其中当所述移动站从第一小区越到第二小区时，把至少一个明确表征呼叫的参数从控制所述第一小区的基站传送到控制所述第二小区的基站，以便当所述移动站从第一小区越到第二小区时能够连续使用所述至少一个参数。
因此，本发明的主要原理是以网络的每个小区内多个中继站的地理分布为基础。因此可选择相同小区的至少两个中继站，以便在上行链路和下行链路信道上向和从移动站发射和接收信号。
越区切换期间，管理第一小区的基站向假设负责该呼叫其余部分的基站发射保持在第一小区中的呼叫的至少一个参数。换句话说，该呼叫的其余部分使用相同的参数。这些参数包括明确表征呼叫的那些(信道、移动站正在离开的小区、时隙、频率组、…)因此，利用本发明，移动站确实需要涉及(或明显涉及)发射参数和/或甚至始终跟上该操作的进程和/或了解正在进行的越区切换。
换句话说，越区切换实质上对移动站来说是透明的，因此对其用户也是透明的。
在一个优选实施例中，每个所述小区包括一个处理每个所述中继站接收的信号和向每个所述中继站传送将要发射的信号的集中中心(concentration center)，各集中中心和/或一组小区的中继站同步。
在两个等级有助于实现同步在比特级；在帧级。
在该优选实施例中，“分布”基站意味着包括集中中心和多个中继站。
在该优选实施例中，保证最佳越区切换效率。这样避免了专用于将要传送的呼叫的数据丢失，并在整个呼叫期间保持相同参数。因此，保持了最佳呼叫质量。
在有益的实施例中，每个呼叫利用跳频技术。
所述小区有益地利用所有所述小区公用的相同载频组，和在呼叫初始化阶段期间向每个呼叫分配唯一的跳频规则。
在这种情况中，有益地使用慢(例如一帧接一帧)跳频规则。
每个小区最好使用专用于该小区的至少一个(通常只有一个)信标频率以发射信令数据。
传送能使移动站注册的信息的信标频率(通常是每个小区一个)或信令频率各小区间相互不同。另一方面，在其上传输呼叫信息的信道从该呼叫开始到结束保持相同。很显然，这仅在移动站保持在具有分布基站的蜂窝网的覆盖区内时应用。
两个相邻小区的呼叫有益地使用相同频率组，并且由在相同小区内初始的呼叫使用的跳频规则相互正交；由两个小区初始的呼叫使用的跳频规则相互独立地被确定。
这样防止了相同小区内的干扰。另外，由于由两个小区初始的呼叫使用的跳频规则彼此无关，减小了邻接小区之间的干扰电平，即使频率重复使用系数等于1。
表征呼叫的所述至少一个参数最好包括至少一个从包括下列内容的组选择的指示-时隙数和帧数；-跳频规则的指示；-作为新近找到的“最佳”站的服务器中继站的指示；-初始该呼叫的小区的指示。
因此，上面的参数提供所需的信息用于同步(时隙数和帧数)，将要使用的(呼叫)跳频规则(跳频规则)，预测将在新小区中使用的中继站(作为新近发现的最佳站的服务器中继站)，预测将要被告警的集中中心和/或保持该信道和移动站正在离开的和在其中初始该呼叫的小区的识别符，以便在呼叫结束时能够将信道恢复(restore)到该小区(初始该呼叫的小区)。
例如，在GSM网中，跳频规则的指示对应于跳频中将要使用的第一频率的指示，被授权使用跳频规则的频率组的指示，和跳频序列发生器的指示。
很显然，为了明确表征呼叫，本发明不限于上面列出的指示。
每个小区根据每个通信移动站的预定选择标准有益地执行选择最佳中继站的步骤。向第二小区中的所述呼叫分配一组中继站，并且从所述第一小区向所述第二小区越区切换时考虑该选择。
因此，就地理覆盖而言，越区切换不在小区级别上，而仅在与被激活的中继站对应的小区区域级别上。
选择最佳中继站的技术减小了使用的功率，能够从一个小区到另一个小区重复使用相同频率，并且通常改善呼叫质量。
在一个有益的实施例中，所述的选择标准以分析至少下列信息条目之一为基础-由所述呼叫的所述中继站接收的功率；-所述呼叫的信噪比；-所述呼叫的载波干扰比；-原始误差率或对所述呼叫解码后的误差率；-所述呼叫的帧丢失率；-地理位置指示。
应指出，信噪比和载波干扰比是特别有利的选择标准。
很显然，组合上面的多个指示产生能使装置(集中中心和中继站)恒定反应(reactive)(适应于呼叫情况)的最佳中继站的最佳选择。
例如，在呼叫建立的有效呼叫阶段期间，可由相同中继站的载波干扰比和/或信噪比对每个中继站的平均接收功率电平加权。该加权包括根据例如载波干扰比是低于还是高于上述呼叫的预定阈值来使用等于0或1的加权系数。特别是，这表明如果一个障碍和/或干扰源来到通信的移动站和所选择的中继站之一之间，可将该选择临时切换到另外一个中继站而不是所选择的那些中继站。
如果合适，可同样考虑来自另一个系统，例如GPS系统的地理位置指示。
在一个优选实施例中，对至少所述信息条目之一的所述分析是根据下列内容实现的在一个有效呼叫阶段期间的预定时间周期测量的至少所述信息条目之一的值的平均值；在呼叫初始化阶段期间测量的至少所述信息条目之一的唯一值。
在有效呼叫阶段，预定的平均周期对应于例如固定帧数。
因此，在有效呼叫阶段期间，以平均值为基础进行分析的事实表明该装置(集中中心和中继站)不需要立即反应。换句话说，合并测量的数据(例如计算的平均值)以避免例如因局部化失败而造成中继站不必要和不合时宜的改变。
另一方面，在呼叫初始化阶段，该装置(集中中心和中继站)非常快速地反应(例如在一帧内)，并因此允许立即预选最佳中继站。
在一个有益的实施例中，所述中继站组根据所述选择标准包括预定数量的n个最佳中继站。
定期地和/或如果表示呼叫质量的至少一个参数低于预定阈值则最好更新所分配的中继站组。
应指出，必须保证用于在最佳中继站上更新信息的周期相对短(例如一或二秒)，以便仅偶尔地触发“紧急重新定位”。紧急重新定位对应于在两个连续周期之间检测到呼叫质量问题时最佳中继站的新选择。
呼叫初始化阶段期间，每个呼叫最好分配专用于该呼叫的唯一跳频规则，当呼叫从所述第一小区越区切换到所述第二小区时该呼叫保持该跳频规则，当所述呼叫结束和/或当所述移动站已离开所述网络的覆盖区时，专用于所述呼叫的所述跳频规则恢复到初始该呼叫的小区。
因此，在已进行越区切换的每个呼叫结束时和/或当移动站已离开具有分布基站的小区网的覆盖区时，把呼叫初始化阶段期间分配的跳频规则恢复到初始该呼叫的小区，以便可将其分配给另一个呼叫。换句话说，只要越区切换到另一个小区的给定呼叫仍未结束，初始该呼叫的小区不能把专用于该呼叫的跳频规则分配给另一个呼叫。这样减少了某些干扰问题。
在本发明的一个优选实施例中，在呼叫初始化阶段期间，所述选择步骤覆盖所述小区的所有中继站，以便预选最佳中继站继续所述呼叫。
因此，当发送呼叫请求或确认消息时，例如在GSM随机接入信道(RACH)上的短脉冲串中，选择处理中包括所涉及小区的所有中继站。
在有效呼叫阶段期间，所述选择步骤有益地实现，以便更新最佳中继站的选择仅覆盖已分配的中继站和至少一个可使用的中继站。
因此，当已建立呼叫时，该选择限于已分配给进行中的呼叫的中继站和至少可使用的中继站中的某些中继站(例如最靠近已分配的中继站的那些中继站)。很显然，一个中继站因各种原因而不能提供，包括故障或就已支持的呼叫数量而言的饱和。
通过阅读下面作为说明给出的本发明的优选实施例的描述以及非限定性实例和附图将使本发明的其它特性和优点变得显而易见，其中
图1是使用根据本发明方法的系统的一个特定实施例的简化方框图；图2是在象图1所示的系统中实施的本发明方法的流程图。
因此，本发明涉及在数字蜂窝式移动无线网的两个小区之间越区切换呼叫的方法。
本发明特别基于下列内容依据取决于进行中的呼叫质量的标准选择中继站，使用中继站和负责收集中继站发射的信令的集中中心；发射明确定义在整个呼叫期间保持的呼叫信道的参数，或至少这些参数中的某些参数，以保证呼叫的连续性。
在移动站的行迹上所涉及的第一和第二小区的相应集中中心之间传送这些参数。
本发明通过获得等于1的呼叫频率重复使用模式来提供增加的频谱容量。
这可利用各种干扰限制技术来实现-跳频。例如，当在相同小区中初始呼叫时跳频规则相互正交，而在相邻小区中初始呼叫时跳频相互无关；-在所有小区中指定用于控制每个呼叫的中继站，以便该移动站在任何时侯与至少一个(或两个)中继站保持(无线)通信。
通过下面内容保证业务等级-由构成每个小区的多个中继站确保的良好覆盖；-小区内和小区外越区切换数量的最佳限制(大多数呼叫在越区切换时丢失)。
在图1所示的实例中，移动站11在市区的大街上，市区中有许多建筑物12。
在呼叫初始化阶段期间，由小区14的所有中继站13监测移动站11。因此，如果移动站11在GSM随机接入信道上以短脉冲串发送请求(呼出呼叫)或确认消息(呼入呼叫)，所有中继站13接收该请求或确认消息。中继站13把对应的接收信号向前转送到集中中心15，由集中中心决定选择哪一个中继站继续进行中的呼叫(预选)。例如，根据对由每个中继站接收的、由载波干扰比(或信噪比)加权(例如根据载波干扰比是低于还是高于预定阈值由0或1值加权)的功率电平的分析来进行选择。在该阶段期间，该分析从单个帧中测量的值开始。
在所示的实例中，由于中继站16和17最靠近移动站11或更精确地说由于它们提供最好的通信而预选中继站16和17。
中继站13以比特等级和帧等级同步。
当已建立呼叫时(即在有效通信阶段)，对于最佳中继站的每个新选择，仅考虑已指定给进行中的呼叫的中继站和可用的并靠近后者的中继站。从而以比呼叫初始化阶段中更少数量的中继站来实现监测并由此进行选择。
在有效呼叫阶段，可在计算测量值的平均值的给定时间(例如预定帧数)期间进行分析。使用由该呼叫中涉及的每个中继站接收的平均功率电平，例如，可能已由载波干扰比(或信噪比)加权的平均功率电平。
移动站移动到位置18。因而从小区14越到邻接小区19。
当移动站从第一小区14越到小区19时，小区14的集中中心15向小区19的集中中心111发送下列参数-初始该呼叫的小区14的目的地指示，-已处理一部分呼叫的中继站16和17的目的地的指示，-一帧中的时隙(TN)数目，-跳频规则被授权使用的频率组(移动射频信道分配(MA))，-跳频序列发生器(跳频序列数(HSN))，-使用的第一频率(移动分配变址偏移(index offset)(MAIO))。
因此，为所有呼叫保持这些参数。该呼叫继续利用单一信道上的相同参数。尽管进行越区切换，该单一信道可确保在对所有呼叫相同的一个载频(不使用跳频规则时)或一组载频(使用跳频规则时)上的通信。
集中中心15和111相互同步并以比特等级和帧等级与其相应的中继站13和112同步。
集中中心111根据到达的信息选择中继站113。集中中心15同时释放中继站16。因而在任何时侯选择最佳的两个中继站。
移动站继续移动并到达位置114。此后，由于与中继站17通信的质量已降低到预定等级以下，因而选择中继站115并释放中继站17。
定期执行选择最佳中继站的过程，以便能够按照需要在中继站之间逐步进行小区内或小区间的越区切换。
集中中心15、111、116与连接到(118)数字蜂窝式移动无线网其余部分的集中中心控制器117通信(110)。它们确保小区与小区间的数据传输和同步。
图2是如前所述的系统小区中采用的方法的流程图。
呼叫初始化阶段(21)，在GSM随机接入信道(RACH)上以短脉冲串发送请求(呼出呼叫)或确认消息(呼入呼叫)，该小区的所有中继站监测(22)初始该呼叫的移动站并向被叫移动站发射。
如果已建立了呼叫(即在随后的有效呼叫阶段(23)，只有已分配的中继站和可用的中继站中的某些中继站监测(24)通信的移动站。
为集中中心监测的所有呼叫有规律地测量(25)(例如每隔一秒或每隔两秒)小区的每个监测中继站的接收质量(在上行链路信道上)。
然后，分析(26)质量测量结果，以便识别例如最佳的两个中继站。
分析(26)质量测量结果-在呼叫初始化阶段的单个帧中。例如，由载波干扰比对该小区的每个中继站的接收功率电平的测量值加权。该加权在于根据载波干扰比是低于还是高于预定阈值来把接收的功率电平的值与0或1相乘；-在与有效呼叫阶段中的固定周期对应的预定帧数上。例如，利用相应的载波干扰比对由已分配给进行中的呼叫的中继站和可用的并靠近它们的中继站接收的平均功率电平的测量值加权。
很显然，其它类型的加权是可行的(例如根据信噪比或利用更多数量的系数)。
根据对质量测量结果的分析(26)决定(27)改变中继站的选择。
如果已改变中继站的选择，需要确定移动站是否已改变小区(28)。
如果移动站已改变小区，连到呼叫已离开的小区的集中中心向与呼叫已进入的小区相连的集中中心发射(29)该呼叫的参数。因此，尽管进行越区切换，每个呼叫从呼叫开始到结束保持相同参数，特别是分配给该呼叫的跳频规则。
然后确定移动站已离开的小区是否是初始该呼叫的小区(210)。
如果移动站已离开的小区是初始该呼叫的小区，为初始该呼叫的小区锁定(211)该呼叫的参数。换句话说，禁止将它们临时用于另一个呼叫。
如果移动站已离开的小区不是初始该呼叫的小区，一旦锁定(211)了参数，把呼叫已进入的小区的最佳中继站分配给该呼叫(212)。与此同时，为该呼叫去激活移动站已离开的小区的中继站。
如果必须改变中继站选择(在决定27之后)并且如果移动站仍未改变小区(步骤28之后)，选择比前一个中继站更好的新中继站(213)。与此同时，去激活该小区的前一个中继站。
如果不需要改变中继站选择(决定27之后)或当已选择新中继站时(213)或在已选择新小区的中继站之后，执行下一个步骤(214)。
如果呼叫已结束或如果移动站已离开具有分布基站的小区网的覆盖区，可以对初始该呼叫的小区恢复跳频规则(可能是一个或多个其它参数)(215)。
如果呼叫仍未结束，做出是否进行新监测过程的决定(216)。
如果呼叫然未结束并且进行新监测过程，重复步骤(21)至(212)。
否则处理返回步骤(214)。
权利要求
1.一种在数字蜂窝式移动无线网的两个小区(14)和(19)之间越区切换呼叫的方法，其特征在于每个所述小区包括一组在所述小区内地理分布的至少两个发射接收中继站(13)，每个所述中继站能够向所述小区的区域中出现的移动站发射信号，并接收由所述区域中的所述移动站发射的信号，将一组至少所述中继站(16)和(17)之一有选择地分配给与移动站(11)有关的每个呼叫，以便把与所述移动站(11)的信号交换仅应用到一部分小区，其中当所述移动站(11)从第一小区(14)越到第二小区(19)时，把明确表征该呼叫的至少一个参数(29)从控制所述第一小区(14)的基站发射到(110)控制所述第二小区(19)的基站，以便能够连续地使用所述至少一个参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于每个所述小区包括一个处理每个所述中继站(13)接收的信号和向每个所述中继站(13)传送将要发射的信号的集中中心(15)，其中集中中心(15)、(111)和(116)和/或一组小区的中继站(13)同步。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于在两个级实现同步-在比特级；-在帧级。
4.根据权利要求1至3中任何一个所述的方法，其特征在于每个所述呼叫使用跳频技术。
5.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于所述小区使用所有所述小区公用的相同载频组，其中在呼叫初始化阶段向每个所述呼叫分配唯一的跳频规则。
6.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于每个所述小区使用至少一个专用于该小区的信标频率以发射信令数据。
7.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于两个相邻小区的呼叫使用相同通信频率组，其中-在相同小区内初始的呼叫使用的跳频规则相互正交；-由两个小区初始的呼叫使用的跳频规则相互无关地被确定。
8.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于表征该呼叫的至少一个参数(29)包括至少下列信息条目之一-时隙数和帧数；-跳频规则指示；-作为最新找到的最佳站的服务器中继站的指示；-初始该呼叫的小区的指示。
9.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于每个所述小区根据每个通信移动站(11)的预定选择标准选择(211)最佳中继站，其中分配给所述呼叫的该组中继站(16)和(17)和从所述第一小区(14)到所述第二小区(19)的越区切换允许所述选择。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述选择标准以对至少下列信息条目之一的分析(26)为基础-由用于所述呼叫的所述中继站接收的功率；-所述呼叫的信噪比；-所述呼叫的载波干扰比；-原始误差率和/或对所述呼叫解码后的误差率；-所述呼叫的帧丢失率；-地理位置指示。
11.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于根据下列内容分析(26)至少所述信息条目之一-有效呼叫阶段在预定时间期间测量的至少所述信息条目之一的值的平均值(24)；-呼叫初始化阶段测量的至少所述信息条目之一的单一值(22)。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于所述中继站组(16)和(17)根据所述选择标准包括预定数量的n个最佳中继站。
13.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于定期地和/或如果表示呼叫质量的至少一个参数低于预定阈值则更新所分配的中继站组(27)。
14.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在呼叫初始化阶段向每个呼叫被分配专用于该呼叫的唯一跳频规则，并在从所述第一小区(14)向所述第二小区(19)越区切换中保持该跳频规则，其中当所述呼叫已结束时和/或当所述移动站(11)已离开所述网络的覆盖区时，把专用于所述呼叫的所述跳频规则恢复给初始该呼叫的小区(14)。
15.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于呼叫初始化阶段(22)，所述选择步骤覆盖所述小区(19)的所有中继站(112)，以便预选最佳中继站(113，115)以继续所述呼叫。
16.根据前面任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在有效呼叫阶段(24)，所述选择步骤仅覆盖已分配的中继站(113，115)和至少某些可用的中继站(112)，以便更新最佳中继站的选择。
全文摘要
本发明涉及一种在数字蜂窝式移动无线网的两个小区(14)和(19)之间越区切换呼叫的方法，其特征在于每个所述小区包括一组在所述小区内地理分布的至少两个发射接收中继站(13)，每个所述中继站能够向所述小区的区域中出现的移动站发射信号，并接收由所述区域中的所述移动站发射的信号，将一组至少所述中继站(16)和(17)之一有选择地分配给与移动站(11)有关的每个呼叫，以便把与所述移动站(11)的信号交换仅应用到一部分小区，其中当所述移动站(11)从第一小区(14)越到第二小区(19)时，把明确表征该呼叫的至少一个参数(29)从控制所述第一小区(14)的基站发射到(110)控制所述第二小区(19)的基站，以便能够连续地使用所述至少一个参数。
文档编号H04W36/08GK1239634SQ9880129
公开日1999年12月22日 申请日期1998年9月8日 优先权日1997年9月8日
发明者亚恩·贝加萨特, 维诺德·库马尔 申请人:阿尔卡塔尔公司