CN1119058C - 一种在无线通信系统中信号强度测量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

描述了无线通信系统中移动站测量信号强度的方法和设备。更具体地，当在信道上发射和接收时，可能需要信号强度测量。例如，超帧开始处广播信息时隙的接收信号强度可以对于几个载波测量预定的次数。但是，移动站可能忙于执行信息接收和发送任务。根据一个实施例，当移动站在信道上发射和接收时可以延迟信号强度的测量，而当没有通信时会较频繁地测量信号强度。换句话说，信号强度测量不必在时间上均匀出现，而是如果被延误了就更频繁地进行。或者，移动站可以“挪用”一个或多个时隙完成信号强度测量，而不管它的接收及/或发射信息的任务。

Description

一种在无线通信系统中 信号强度测量的装置及方法

背景

申请者的发明一般涉及电信，并更具体地涉及无线通信系统，例如蜂窝和卫星无线系统，在其中进行信号强度测量。

在北美，诸如TDMA这样的数字通信和多址技术目前由称为数字先进移动电话业务(D-AMPS)的数字蜂窝无线电话系统所提供，它的一些特征在暂行标准TIA/EIA/IS-54-B“双模式移动站-基站兼容标准”中规定，该标准由电信工业委员会和电子工业委员会(TIA/EIA)公布。

在TDMA蜂窝无线电话系统中，将每条无线信道分成一系列时隙，每个时隙包含来自数据源的信息突发，例如语音变换的数字编码部分。将这些时隙组成具有预定持续时间的连续TDMA帧。每个TDMA帧中的时隙数与可以同时共享无线信道的不同用户数相关联。如果将TDMA帧中的每个时隙分配给不同的用户，TDMA帧的持续时间就是分配给同一用户的相继时隙之间的最小时间量。

分配给同一用户的相继时隙，一般不是无线载波上的连贯时隙，它们组成用户的数字业务信道，可以认为是分配给用户的逻辑信道。正如下面将更详细描述的，数字控制信道(DCCHs)也可以用于交换控制信号，而且这种DCCH是无线载波上一连串通常不连续时隙所构成的逻辑信道。

在上述TDMA系统的多种可能实施例的仅有的一个中，TIA/EIA/IS-54-B标准假设每个TDMA帧由六个连续时隙组成，而且持续40毫秒(msec)。因此，每个无线信道可以传输三到六个DTCs(例如，三到六个电话通话)，根据用于对通话进行数字编码的语音编码器/解码器(声码器)的源速率而定。这种语音声码器可以工作在全速率或半速率。在给定时间间隔内全速率DTC比半速率DTC需要两倍的时隙，而且在TIA/EIA/IS-54-B中，每个全速率DTC使用每个TDMA帧中的两个时隙，即TDMA帧的六个时隙中第一和第四个、第二和第五个、或第三和第六个。每个半速率DTC使用每个TDMA帧中的一个时隙。双倍和三速率通信也可提供，如下表所示。

时隙数	使用时隙	速率
			1	1	半
2	1，4	全
			4	1，4，2，5	倍
6	1，4，2，5，3，6	三

在蜂窝通信系统中，允许用户在一次通话过程中从一个服务小区移动到下一个。为了保持通话质量，用户由不同基站服务，依据能够最佳支持与特定用户的无线通信的基站而定。因此，存在将通话从一个基站切换到下一个的控制机构，该机构通常需要从一个通信信道切换到另一个。

一般，这些控制机构依赖于在基站使用扫描接收机进行的信号能量或信号强度测量得来的信息以便确定何时应该进行切换。因为一些第一蜂窝系统使用FDMA接入方案，扫描接收机扫描不同频率并进行信号强度测量。然后来自不同基站的测量在无线通信网的中央控制点进行检查，确定何时及何处应该发生切换。这些测量只对通信信道的一条链路进行，即从用户到基站的上行链路。

最近，已经配置了在下行链路上也进行测量的数字蜂窝系统，即从基站到用户的传输。由用户设备进行这些测量并通过控制信道传回基站。将这些测量称为移动站协助的切换(MAHO)测量。MAHO测量在经济上是可行的，因为这些数字蜂窝系统是混合的FDMA/TDMA。因此，移动站一般在一个时隙上接收它的下行链路信号并将它的上行链路信号在另一个时隙中发射。但是，这些系统中的每个TDMA帧一般具有两个以上的时隙，例如每帧六个或八个时隙。将这些其它时隙一般分配为上述不同的通信信道所使用。因此，以这种方式连接到FDMA/TDMA系统的移动站在每帧中的几个时隙上是空闲的。可将这些空闲时隙用于进行MAHO测量。因此，移动站中同样的接收机硬件既用于接收下行链路信号也用于进行MAHO测量。

MAHO的一个例子可以在Michel Mouly和Marie-Bernadette Pautet的 The GSM System for Mobile Communications的第332-336页上的讨论中找到。其它MAHO的例子在WO92/10886和EP-A-0 458 768中描述。

在话音或业务信道之外，蜂窝无线通信系统也提供寻呼/接入、或控制信道，在基站和移动站之间传输通话建立消息。例如，当处于空闲状态时(即，打开开关但没有发起或接收通话)，移动站调谐到控制信道(一般，是移动站此时所处服务小区的控制信道)然后定期监视它，并可以通过相应的基站接收或发起通话。当处于空闲状态在服务小区之间移动时，移动站将最终“丢失”“旧”服务小区控制信道上的无线连接，并调谐到“新”服务小区的控制信道。最初调谐以及随后重调谐到控制信道都通过在它们已知频率上扫描所有可用控制信道以找到“最佳”控制信道——例如，接收最强的控制信道——而自动完成。当找到接收质量好的控制信道时，移动站保持调谐到这条信道直到质量再恶化。用这种方式，移动站可以保持与系统的“接触”。为了适应这种功能，移动站也可以周期性地测量不同控制信道的接收信号强度。

上述的无线通信系统，例如TIA/EIA IS-54-B和TIA/EIA/IS-136标准所规定的那些，是线路交换技术，这是一种“面向连接”的通信，只要通信终端系统有数据要交换就必需建立一条物理的通话连接并维持该连接。将线路交换的直接连接作为开放管道，允许终端系统将该线路用于它们认为合适的任何东西。尽管线路交换的数据通信也适合于恒定带宽应用，但是对于低带宽和“突发”应用不太有效。

分组交换技术，可以是面向连接的(例如，X.25)或“无连接的”(例如，网际协议“IP”)，不需要建立和拆除物理连接，这是与线路交换技术的明显对照。通过将很多用户复接在一起，在处理相对短的、突发的、或交互式业务中提高了信道的效率。无连接的分组交换网将路由选择功能分配到多个路由选择站点，藉此避免了当使用中央交换中心时可能会出现的流量瓶颈。数据“变成分组”，带有恰当的终端系统寻址，然后以独立的单元沿着数据通道发射。处于通信终端系统之间的中间系统，有时称为“路由器”，以每个分组为单位对要采取的最合适路由进行判决。路由选择判决基于多种特性，包括：成本最低路由或成本尺度；链路容量；等待传输的分组数；链路的安全需要；以及中间系统(节点)操作状态。

沿着一条考虑到路径尺度的路由分组传输，与单条线路建立相反，提供了应用和通信的灵活性。也已知的是多数标准的局域网(LANs)和广域网(WANs)都在共同的环境中发展。分组交换对于数据通信很合适，因为很多应用及所使用的例如键盘终端这样的设备，都是交互式的并以突发方式发射数据。分组交换不是当用户向终端输入更多数据、或停顿思考问题时让信道空闲，而是将来自多个终端的多个传输交织在信道上。

由于路径独立而且路由器能够当网络节点出现故障时选择另一条路径，分组数据提供了更多的网络强壮性(鲁棒性)。因此，分组交换允许更有效地使用网络线路。分组技术提供对终端用户计费的选项基于所发射的数据量而不是连接时间。如果终端用户的应用被设计为有效地使用空间链路，那么所发射的分组数将是最少的。如果每个单独用户的流量保持为最小，那么业务提供者就具有效地提高了网络的容量。

分组网络，类似国际互连网或企业LAN，是当今业务和通信环境的组成部分。随着移动计算在这些环境中的逐渐渗透，诸如使用TIA/EIA/IS-136这样的无线业务提供者最适合提供对这些网络的接入。不过，蜂窝系统所提供的或为蜂窝系统设计的数据业务一般是基于线路交换操作模式的，每个激活的移动用户使用专用的无线信道。

对于常规的“面向连接的”话音或数据无线通信，或者分组数据无线通信，移动站可能希望周期性地以一定速率接收或发送信息，在一帧中可用的所有或很多时隙中占据其收发机，例如上述倍或三速率通信。在这些周期中，或为MAHO或服务小区重选择目的，不可能执行所请求的周期性信号强度测量。因此，在同时保持高带宽通信时，为系统提供所请求的信号强度信息的技术和机构是必需的。

根据发明的一个方面，在适应高带宽下行链路业务信道并使复杂性最小的无线通信系统中，提供了用移动站测量信号强度的方法。更具体地，当在信道上发射和接收时，也可需要定期的信号强度测量。为了适应高带宽发送及/或接收，所需的信号强度测量可以由移动站规划，进行的次数以对发送和接收消息的任务干扰最小为准。例如，当移动站在信道上发送和接收时可以延缓定期的信号强度测量，然后在移动站随后变空闲时进行更频繁的信号强度测量。换句话说，信号强度测量不必在时间上均匀进行，如果被延误了可以更频繁地进行。

根据本发明的另一个方面，移动站可以不管它正常的接收数据帧的责任，而是在“挪用”的帧中进行测量。如果必要的话，可以唤醒重发协议，使移动站在“挪用”帧中忽略的信息可以在其后接收。帧挪用可以是定期的或不定期的。

通过结合附图阅读这些描述，可以理解申请者的发明特征和优点，其中：

图1是示范蜂窝移动无线电话系统的框图，包括示范基站和移动站；

图2A是倍速率分组数据连接的超帧格式和时隙利用的图示；

图2B是三速率分组数据连接的超帧格式和时隙利用的图示；

图3是说明根据本发明的一个实施例进行信号强度测量的方法的步骤流程图；以及

图4是说明根据本发明的另一个实施例进行信号强度测量的方法的步骤流程图。

在描述根据本发明测量信号强度的技术和机构之前，因上下文关系提供了可用于实现无线通信系统的设备的简要描述。

首先，应该理解下面描述的各种示范性实施例，有的主要涉及分组数据通信，其它一些则主要涉及非分组数据通信，例如话音或数据，而且还有一些可以用于两类系统。为了有助于读者理解正在提到的系统类型，这里使用了如下术语。数字业务信道(DTCs)用于称为支持非分组数据连接所使用的信道。与此相反，分组数据信道(PDCHs)用于称为支持分组数据通信的信道。

图1表示蜂窝移动无线电话系统框图的示例，包括基站110和移动站120。基站包括连接到MSC 140的控制和处理单元130，140再连接到PSTN(未表示)。这种蜂窝无线电话系统的大致方面在本领域是已知的，如授予Wejke等人的题为“Neighbor-Assisted Handoff in aCellular Communication System”的US专利No.5,175,867中所描述的。

基站110通过业务信道收发机150处理多个话音信道，该收发机由控制和处理单元130所控制。而且，每个基站包括控制信道收发机160，能够处理一条以上的控制信道。控制信道收发机160由控制和处理单元130所控制。控制信道收发机160在基站或服务小区的控制信道上向锁定到该控制信道的移动站广播控制信息。将会理解的是收发机150和160可以作为单个设备实现，类似业务和控制收发机170，与共享同一无线载波频率的DTCs(或PDCHs)一起使用。

移动站120以它的业务和控制信道收发机170中接收控制信道上发射的信息。然后，处理单元180处理所接收的控制信道信息，包括该移动站要锁定到的候选服务小区的特性，并确定移动站应该锁定到哪个服务小区。有利地，所接收的控制信道信息不仅包括有关它所关联的服务小区的绝对信息，也包括有关该控制信道所关联服务小区相邻的其它服务小区的相对信息，如授予Raith等人的题为“Method and Apparatus forCommunication Control in a Radiotelephone System”的US专利No.5,353,332所述。

考虑一种示范情况，其中移动站在几个连贯帧的每个时隙中接收或发送分组数据信息，即几个IS-136规定帧的全部六个时隙。那些本领域的技术人员将会同意倍速率或三速率接收或发送在所有可用时隙中可以足够占据移动站的收发机。同时假设这个移动站已经接收了它将测量信号强度的信道列表，例如通过快速关联控制信道(FACCH)。因为移动站没有空闲时间进行所需的测量，只使用一个接收机已知的信号强度测量技术不能完成所需的信号强度测量。

当移动站忙于发送或接收时得到所需信号强度测量的一个可能办法是提供两个接收机，一个用于在PDCH上接收分组数据信息，另一个用于测量信号强度。但是，这种方法是不期望的，因为移动站会变得成本很高又复杂。

根据本发明的一个实施例，移动站为了诸如MAHO或服务小区重选择这样的目的而进行的信号强度测量可以受控，使得信道上的可用时间最佳地用于发送、接收和测量。更具体地，当移动站在分组数据信道上忙于发射和接收时，所请求的信号强度测量可以围绕发送和接收任务规划。

因此，根据本发明的一个实施例，当移动站在一个分组数据信道上发送和接收时，提供了一种技术，为测量接收信号强度规划时间。例如，在一个超帧的开始，正在PDCH上发送的某个时隙可以用于进行信号强度测量。这种时隙可以当作空闲时隙对待，因为它们重复了移动站以前已经获得的信息。在分组数据的特定例子中，当在PDCH激活状态接收消息时，可将分组广播控制信道(PBCCH)时隙(它是复接到PDCH的控制信道)用于进行部分信号强度测量。例如，如图2A所示，倍速率连接在超帧的时隙1和4中提供PBCCH时隙。类似地，在图2B中，三速率连接也在超帧的时隙1和4中提供PBCCH时隙。尽管这种技术可以在移动站正在接收时使用，但是应该注意当移动站以倍速或三速发送时，必须监视也在PBCCH时隙上发送的分组信道反馈(PCF)信道。结果，根据这个实施例，接收信号强度测量应该在移动站无发送的期间进行。

在涉及分组数据通信的本发明另一个实施例中，定期信号强度测量可以延迟，然后在它们恢复之后的一段时间内更频繁地进行，以便得到所请求的信号强度测量数目。例如，可将有关所请求信号强度测量的信息(例如进行该测量的频繁程度)发送到移动站。分组数据通信趋向于“突发”的性质，即移动站可以接收或发送几个连贯分组，此后一段时间没有接收或发送。因此，当没有用于实现信号强度测量的时间时，可以延迟进行，然后当有时间时再进行更频繁的信号强度测量(即，信号强度测量在时间上可以压缩得更紧密些)。因此，使用全、倍、或三速率发送的移动站处理器对信号强度测量进行规划，使得对移动站的消息接收及/或移动站的消息发送的干扰最小。

在分组数据的例子中，移动站可以如IS-136的节6.3.3中提到的在指定PDCH上进行信号强度测量，将指定的PDCH当作当前DCCH对待。对于指定PDCH以外的其它信道，移动站可以根据两种技术之一来进行信号强度测量。在第一种技术中，信号强度测量可以根据IS-136的节6.3.3进行，按照速率它可能需要另一个接收机。在第二种技术中，信号强度测量可以在测量间隔(Ω)中禁止，该间隔可以预置或在PBCCH上的一条消息中发送到移动站，而移动站可以处于接收和发送消息的过程中，长达最大数目如八个测量间隔。例如，测量间隔的最大数目可以为一个预定值或PBCCH消息中接收的值。对确定测量间隔的示范方法有关的更多信息感兴趣的读者可以参考授予Raith的US专利No，5,539,748。在测量间隔中，当信号强度测量恢复时(可能需要或不需要停止移动站的传输)，对于信道测量列表中的每一项，移动站最好执行最小数目(β)的测量，其中：

β＝min{4，Ω}，对于标为HL_FREQ＝HIGH的项    (1)

β＝min{2，Ω}，对于标为HL_FREQ＝LOW的项     (2)

对通知移动站如何及何时进行这些类型测量的示范技术(包括HL_FREQ的讨论)有关的更多细节感兴趣的那些读者，可以参考US专利No.5,539,748。

正如上面所解释的，信号强度测量技术可以由移动站改变，特别是使用倍速或三速传输和分组数据模式通过移动站测量信号强度时。因为由于分组通信的性质，分组数据发送和接收通常以“突发”(非时隙突发)方式进行，用于信号强度测量的空闲时间一般是存在的。

图3是表示根据发明的实施例移动站进行信号强度测量的方法的步骤流程图。在步骤S10，移动站从系统接收有关信号强度测量的信息或需求。在步骤S20，移动站确定测量是否以常规方式、基于传输速率或移动站的设计这类因素，在可用的空闲时间进行(例如根据IS-136)。当信号强度测量以这种方式进行时，移动站在步骤S30，根据例如IS-136的节6.3.3测量信号强度。

如果在步骤S20移动站确定测量不能在根据IS-136的空闲时间进行，在步骤S40将测量间隔计数器设为零，然后在步骤S50将信号强度测量禁止一个测量间隔。在步骤S60确定移动站是否正在发送或接收。如果移动站不在发送或接收，要进行的信号强度测量的最小数目由移动站的处理器在步骤S80根据例如上面的式1和2确定。然后，移动站在步骤S90进行最小数目的信号强度测量。

如果在步骤S60确定移动站正在发送或接收，在步骤S70将测量间隔计数器加一，并在步骤S100确定是否达到了测量间隔的最大数目。如果测量间隔的最大数目尚未达到，处理返回步骤S50，并在另一个测量间隔禁止信号强度测量。如果达到了测量间隔的最大数目，在步骤S110确定是否有充足时间进行信号强度测量。如果没有充足时间进行信号强度测量，就在步骤S120禁止移动站的接收或发送，直到完成所需的信号强度测量。如果在步骤S110确定存在足够时间用于信号强度测量，在S80计算测量的最小数目。

根据本发明的另一个实施例，另一种可能的适应高带宽通信及信道测量的方法是所谓“时隙挪用”技术，其中移动站从发送/接收时间中“挪用”一个或多个时隙完成由于缺少足够空闲时间进行常规测量的信号强度测量。这个实施例可以在任何专用的面向连接的连接过程中使用，例如通过DTC连接的移动站。或者，将这个示范实施例用于PDCH上出现长“突发”的情况。

根据这个实施例，移动站不读取指定的业务信道以便进行其它信道的测量。时隙挪用的示例类型包括“无限制”挪用，其中移动站自主决定挪用哪个时隙或哪些时隙；以及有规划的挪用，其中系统知道移动站何时不读取指定的业务信道。当系统知道移动站将不读取指定的业务信道时，有规划挪用为系统提供了停止发送的机会，而且当信道质量很差时可能是有利的，即，由于重发窗口可完全用于没有正确接收的数据。在另一方面，无限制挪用为提供信道测量机会提供了复杂性不高的技术。

尽管，对于无限制挪用，系统不控制移动站选择哪个特定时隙或帧为测量挪用，但是应该实现一些测量方针保证移动站提供准确而及时的测量信息，同时使挪用对输出的倍速或三速通信连接的影响最小。例如，考虑一种示范系统，其中重发协议和交织提供了在每个时隙中发射的数据传输两个无线链路协议(RLP)帧。对于这样一种系统，应该建立每预定时间间隔忽略RLP帧的预定的最大数目，以便限制对重发窗口的影响。作为例子，倍速连接可以建立每秒忽略8个RLP帧的门限，而三速连接可以建立每秒忽略16个RLP帧的门限。如果一些空闲时隙在倍速时可用，例如如果移动站具有独立的接收和发送能力，倍速门限可以低于为三速门限所提供的。本领域技术人员也将理解可能希望上行链路与下行链路具有相同的准则，或者可能希望为上行链路和下行链路建立独立的准则。

根据这个实施例，移动站有机会将其接收机用于测量，时隙挪用允许建立信道测量列表中每一项的最小抽样数规定，例如，如果该列表中有12或更少的信道，那么每秒每信道6个测量，或者该列表中如果有13或更多的信道，那么每秒每信道四次测量，保证足够的测量信息。类似地，可能需要测量在时间上足够地分开，使瑞利衰落的影响适宜地平均掉。

在为特定系统建立的限制中，移动站可以基于其自身的连接详情确定挪用哪个RLP帧。例如，如果移动站以分组数据模式在上行链路上发送，可能有很多时间没有分组数据用于发送。在这些时间，移动站可以使用一个或更多的上行链路时隙完成下行链路测量。类似地，如果移动站以非分组数据模式发送，例如语音，移动用户可能有一段静默时间，没有“真正的”数据要发送。尽管一些无线通信系统可能需要移动站发送假数据，例如与缓和的噪音有关的，但是移动站可以编程为在要发送假数据时挪用时隙进行下行链路测量。本领域的技术人员将会理解这些仅仅是移动站确定无限制挪用的最佳时隙的方法的例子，根据本发明也可以实现其它技术。

通过图4的流程图来表明根据本发明实现时隙或帧挪用的示范方法。其中，在步骤S300，确定移动站是否有空闲时隙进行信号强度测量，例如，是否它工作在全速率。如果是这样，那么流程进行到步骤S310，在空闲时隙中进行信号强度测量。否则，流程转到判决块S320，确定是否实现有规划的挪用方案。如果是这样，那么移动站在步骤S330在规划的时隙中进行信号强度测量。否则，处理转到步骤S340，移动站本身标明一个或多个将至的时隙，在这些时隙中将在所列的信道上进行信号强度测量。如上所述，这个确定可以考虑为该系统规定的不同准则或法则以及与特定移动站和系统的这个连接有关的特殊考虑。然后在步骤S350，移动站在所标的时隙中进行信号强度测量。当然，本领域的技术人员会理解，如果系统不提供规划挪用，图3中所说明的有关规划挪用的步骤S320和S330可以忽略。

已经描述的发明显然可以以很多方式加以改变。不能把这些变化看作是背离本发明的精神和范围，而且所有这些修正都包括在如下权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.移动站(120)在一组信道上进行信号强度测量的方法，该移动站在另一条信道上与无线通信系统进行通信，包括如下步骤：

(a)在所述另一条信道上接收有关所述移动站(120)将要进行的信号强度测量的信息；

(b)确定从进行前一次信号强度测量以来是否经历了门限时间；

(c)如果经历了门限时间，在至少一个时间间隔内省略在所述另一条信道上的接收和发送以便进行所述信号强度测量，否则在该间隔内会接收或发送数据；以及

(d)在所述至少一个时间间隔内在一组信道上进行所述信号强度测量。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述至少一个时间间隔是由所述通信终端(120)所选择的。

3.根据权利要求2的方法，还包括如下步骤：

所述系统在所述至少一个时间间隔中暂停向所述移动站(120)发送信息。

4.在一条信道上连接到无线通信系统的通信终端，包括：

在所述信道上接收有关所述通信终端将在一组其它信道(170)上进行信号强度测量的信息的装置；以及

一个处理器(180)，确定自从进行了前次信号强度测量以来是否经历了门限时间，而且如果经历了门限时间，在至少一个时间间隔中省略所述信道上的接收或发送，以便在所述至少一个时间间隔中进行所述一组其它信道的所述信号强度测量，否则该时间间隔内应接收或发送数据。

5.根据权利要求5的通信终端(120)，其特征在于所述至少一个时间间隔由所述系统指定。

6.根据权利要求5的通信终端(120)，其特征在于所述至少一个时间间隔由所述通信终端(120)选择。

7.一种进行信号强度测量的方法，基本上如这里参考附图3或4所说明的。

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