CN1217626A

CN1217626A - 电话系统中进行频间切换的方法和系统

Info

Publication number: CN1217626A
Application number: CN98102635A
Authority: CN
Inventors: 金钟润
Original assignee: LG Information and Communications Ltd
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1997-11-06
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 1999-05-26
Anticipated expiration: 2018-06-22
Also published as: US20010046217A1; CN1109469C; GB2331205A; US7136366B2; JP4322880B2; JPH11225358A; GB2331205A9; GB9824283D0; JP2006174514A; US6339590B2; GB2331205B; JP4087516B2; KR19990038710A; KR100252932B1; US20020041577A1

Abstract

在本优选实施例中,非全传送速率帧的发射长度是被缩短了的帧,其目的是为了使移动终端100能够利用单一接收机对其它的频率进行监视。非全传送速率帧调制标记是以减少重复次数的方式被发射出去的,从而使重复标记的能量的总和保持一定。本系统可以采用比率限制的方法来产生一个非全传送速率帧。可以利用可移动专用预定随机代码对发射标记的起始位置进行随机化处理,从而减少不同移动终端之间的相互干扰。

Description

电话系统中进行频间切换的方法和系统

本发明涉及一种电话系统。具体地说，它涉及一种在码分多址(CDMA)蜂窝电话系统中控制频间切换的方法。

一般来说，一个蜂窝电话系统含有一个服务区域，该服务区域又被划分为许多单元。每个单元可通过基站为多个移动终端提供无线通信服务。为使移动终端在单元之间移动时能保持高质量的通信，必须及时建立一种切换(它可改变从一个基站到另一个基站的通信链路或信道)。因此，移动终端在通信期间必须有能力对来自周边基站的信号质量进行测量，并为基站系统提供信号质量信息，以便及时运行切换，这种切换就称为移动辅助切换(mobile-assisted handoff)。

具体来说，CDMA系统可在使用相同频率并改变一公用伪随机代码(它包含在发射信号带宽中)的偏移量来实现通信。CDMA系统含有一个第一数字接收机，即用于搜索频率相同的不同CDMA信号的搜索器，以及一个第二数字接收机，用于对数据进行解调制。通常CDMA系统使用多个第二数字接收机，称为”RAKE”接收机，能够接收通过多个途径发射的数据。因此，移动终端可在通信期间对相同频率的不同基站信号的质量进行测量。在CDMA方法中，数据的传送速率可以在多个层次上变化，而且发射频率内的综合无线容量也可通过减少不同信道(它们在传送速率减低时，使用相同的频率)间的干扰而获得增加。例如，语言数据的信息量随时间而变化，通信的一半时间用于听(即接收语音数据)，而剩余时间则用于说(即发射语音数据)。如果采用不同的传送速率进行发射，则可使容量增加百分之五十或更多。

通过减少单元的大小以增加服务区域内的单元数，可使蜂窝电话系统的系统容量得到增加。但是，如果单元被缩小，将使得高速移动的移动终端的频率切换过于频繁，进而增加了基站进行正确切换的难度。

因此，人们采用了分级单元结构或分层单元结构(即在为高速移动移动终端进行服务的较小的微单元上置有一个较大的宏单元)。在该单元结构中，微单元和宏单元之间的切换将取决于移动终端的移动速度。当然，各宏单元之间的切换也必须被提供。

在分级单元结构中，宏单元基站的信号强度可能比微单元基站的信号强度强许多。因此甚至在CDMA系统中也会出现许多问题，例如”鸡尾酒”效应，”鸡蛋”现象等。为了在不同频率上提供分级单元结构，必须在CDMA系统内提供一种(移动辅助)频间切换。

为实现(移动辅助)频间切换，移动终端在通信期间必须能够接收不同频率的基站信号，并且还必须配备一附加的射频RF接收机。另外，在利用时分多路(TDM)方法时，移动终端必须使用单一RF接收机以接收不同频率的信号。

上述相关CDMA蜂窝电话系统持续从基站向移动终端发射正向信号，移动终端可含有两个或更多的RF接收机以便在通信期间接收不同频率的基站信号。但是，由于移动终端价格及尺寸的增加，使得这种方法不可取。

上述CDMA系统还可采用另一种方法，即使用一特定时间周期(在该周期中，移动终端中断一部分接收信号，并接收不同频率的信号)以实现在单一RF接收机上进行频间切换。但是这种方法可能会降低通信质量，并且可能在未接收到需要的信号时使通信中断。

因此，本发明旨在从本质上消除现有技术中所存在的问题。

本发明的一个目的是为能够保持最佳通信质量的码分多址蜂窝电话系统提供一种频间切换的方法。

本发明的另一个目的是使得移动终端在对其它基站频率进行搜索或发射搜索到的信息时，能够迅速在周边基站与移动终端之间建立频间切换。

本发明进一步的目的是允许在不使用双收发器的情况下，进行频间切换。

为实现根据本发明所述的这些目的及其它优点，如优选实施例及其文字描述所言，一种用于在码分多址蜂窝电话系统进行频间切换的方法包括以下步骤：通过控制一帧或一个位置中发射标记的重复次数，在发射帧中产生一非发射周期，或者利用发射信号可变速率的特征来产生一发射周期；控制信号的能量发射水平(信号是通过上述步骤并以与要发射的重复次数成反比的方式而被重建的)；用一个周期来搜索不同频率的基站信号(在该周期中，用上述步骤进行发射的帧信号未被发射)、或通过移动终端向不同频率的基站发射信号。

通过为电话系统提供一种用于频间切换的办法，可以部分或全部地实现本发明的目的。该方法包括以下步骤：通过控制发射标记的重复次数，将数据调制为一帧单元的预定能量水平；在已调制的帧中插入一个搜索周期以将调制帧重建为发射帧；用发射帧搜索站点的频率信息以实现频间切换。

通过为电话系统提供一种用于频间切换的方法，可以部分或全部地实现本发明的目的。该方法包括以下步骤：通过根据一全速率帧(full rateframe)改变能量发射水平，将频带调制为含有一个重复帧周期的调制帧；在调制帧中产生一个非发射周期，并通过控制能量水平重复次数来重建重复发射帧；利用发射帧搜索周边基站的频率信息以实现频间切换，并将搜索到的信息发射到基站的接收机上。

通过为电话系统提供一种用于进行频间切换的方法，可以部分或全部地实现本发明的目的。该方法包括以下步骤：通过控制帧内至少一个位置上的发射标记的重复次数，使发射帧中产生一个非发射周期，并利用发射帧可变速率的特征产生一发射周期；以与重复次数成反比的关系来控制发射标记的能量水平；在非发射周期中搜索不同频率的基站信号；或通过移动终端将信号发射至具有不同频率的基站上。

通过一种电话系统，可以部分或全部地实现本发明的目的。该系统包括：一能够将数据调制为发射帧(它所含有的能量水平与帧内至少一个位置上的发射标记的重复次数成反比关系)并能利用发射帧可变速率的特征产生一发射周期的基站。该基站能够根据重复次数而产生一非发射周期，并能将该非发射周期作为搜索周期；一能够在搜索周期中对频率信息进行搜索，并能将搜索到的频率信息发射到基站的移动终端(终端)。

本发明的其它特点及优点将在下面得到说明。通过这些说明或本发明的一些优选实施例，可以使本发明的内容更加清晰。通过说明中特别指出的结构及权利要求和附图，可了解和掌握本发明的目的及其它优点。

以下将参考附图对本发明进行详细阐述，图中相同的标号指代同类单元。

图1A-1D是适用于可变速率的CDMA系统的正向链路(或信道)的发射定时图。

图2A-2D是适用于可变传送速率的CDMA系统的反向链路(或信道)的发射定时图。

图3是CDMA蜂窝电话系统的优选实施例框图。

图4A-4E是根据本发明一优选实施例所述且用于频间切换方法的发射定时图。

图5A-5E是根据本发明一优选实施例所述且用于控制频间切换的一个连续频率搜索周期的发射定时图。

图1A-1D和图2A-2D分别显示了“IS-95”型(见美国专利NO.5,416,797)码分多址蜂窝电话系统中所使用的可变速率信号的发射定时图。图1A-1D显示的是适用于改变发射能量的方法，图2A-2D则是适用于改变发射时间的方法。

换句话说，图1A-1D是从基站向移动终端发射的正向链路(语音信道)的信号发射定时图。而图2A-2D则是从移动终端向基站发射的反向链路(话音信道)的信号发射定时图。

从基站发射出的话音信道的发射帧被分为十六个子帧，并被以四级不同的发射速率发往移动终端，如全发射率(图1A)、半发射率(图1B)、四分之一发射率(图1C)和八分之一发射率(图1D)。如果数据的传送速率减小至1/n(此处n为2,4,8)，则发射数据每帧的位数也将相应减小。因此必须对发射数据重复n次发射，以保持传送速率为一常数。

如果发射方对发射数据的每个标记进行重复发射，则接收方将把重复的标记混合起来以实现分时。由于标记是在不同的时间被重复发射的，因此，即使部分重复标记被损坏，也不会影响发射标记的正确解调。由于重复工作是在一列发射数据被完全发射之后才进行的，所以每个待重复的发射标记之间有足够的时间距离以达到最大的分时效果。

参考图2A-2D，从基站发射的话音信息发射帧在待发射的发射/接收周期中被分为一组随机方案。例如：在图2A中，所有的帧都被发射。在图2B所示的1/2传送速率中，两个子帧中只有任意一个子帧被发射。在图2C所示的1/4传送速率中，四个子帧中只有任意一个子帧被发射。在图2D所示的1/8传送速率中，八个子帧中只有任意一个子帧被选定并被以随机方案的形式发射到移动终端的接收机上。

图3的框图显示了适用于本发明所述CDMA蜂窝电话系统中的频间切换控制方法的收发机。参考图3，用于在CDMA蜂窝电话系统中进行频间切换的收发机包括：一移动终端的接收部分100和一基站的发射部分200。

移动终端接收部分100包括：一RF接收机102，用于接收从基站发射部分200所发射的无线信号中选择出来的无线信号；一数字解调器101，用于将无线信号解调为原始信号；一频率合成器103，用于产生一个频率，使得RF接收机102可有选择地接收任何一个无线信号。

基站发射部分200包括：一数字调制器202，用于在帧单元中形成数据发射帧，并将每个数据位都转换为调制标记；一增益控制单元203，它以n/m的方式控制调制后的发射标记的能量水平；一RF发射机201，用于改变并放大由增益控制的无线信号的频率，并将信号通过天线发射出去。

在该优选实施例中，非全传送速率的帧的长度被缩短，从而使得移动终端100能够用单一接收机来监视其它的频率。在非全传送速率的帧中，调制标记的重复次数也相应减少，以使重复标记的总能量保持一定。一般来说，对于1/n(n=2,4,8)的发射长度来说，传送速率为1/m(m＞n)的帧将被重复m/n次，其标记的发射能量为全传送速率帧的n/m。在帧的非发射周期中，其它信道(除发射到移动终端的话音信道以外)的帧都不发射。因此，系统可通过对传送速率进行限制以产生一非全传送速率帧。

图4A显示了一个全发射(n=1)，它是通过将1/2(m=2)传送速率的帧重复发射两次(m/n=2)而完成的。图4B-4D分别显示了用1/2(m=2)传送速率帧、1/4(m=4)传送速率帧、和1/8(m=8)传送速率帧来完成的1/2(n=2)发射。在图4B中，1/2传送速率帧没有被重复发射(m/n=1)，其标记能量与全传送速率帧的标记能量相同。在图4C中，1/4传送速率帧仅被重复发射两次(m/n=4/2=2)，其标记能量为全传送速率帧标记能量X的1/2(n/m=2/4)。而1/8传送速率帧则仅被重复发射四次(m/n=8/2)，其标记能量为全传送速率帧标记能量X的1/4(n/m=2/8)(图4D)。图4E显示了一个1/4(n=4)发射，它是通过将1/4(m=4)传送速率帧仅发射一次而完成的，其标记能量与全传送速率帧的标记能量相同。

图1B和1C分别显示了传统方法中的半传送速率和四分之一传送速率的定时图。以半传送速率和四分之一传送速率发射的数据分别被重复于两个子帧单元和四个子帧单元中，其发射标记能量则是由全传送速率帧的标记能量除以重复次数来确定的。在图4C和4E中，在减少或消除重复次数时，子帧的重复次数未被仅限为一种结果(此结果可通过将全传送速率分为子传送速率而获得)，而发射周期的标记能量则被仅限为一种结果(它可通过将全传送速率帧的标记能量除以子帧的重复次数而获得)。

如图1C所示，其发射是通过将标记能量为X/4的帧重复发射四次来完成的(如传统方法所述)。在本优选实施例中，1/4传送速率的发射则是通过将标记能量为X/2(图4C)的帧重复发射两次，或者将标记能量为X(图4E)的帧不重复发射的方法，且经数字调制器202而完成的。如果发射是在不减少子帧的重复次数或使用上述不重复发射的方法的情况下完成的，则可在帧内产生一非信号发射周期。

增益控制单元203能够通过在调制帧中加入含有终端搜索周期的非发射周期而将调制帧重建为发射帧。增益控制单元203可位于图3所示的数字调制器202之后，或者可包含在数字调制器202之中(如在数字调制器的基带滤波之前)。

如果经上述方法处理的发射信号是通过RF发射器201发射的，则接收部分100中的RF接收机102将接收该无线信号。其后，数字调制器101将会把该无线信号解调为如图4C和4E所示的信号。在信号未被在帧中发射期间(此处指的是在频率搜索周期中)，移动终端将改变频率合成器103的一个频率，然后对不同频率的基站信号进行搜索，并借此实现频间移动-辅助切换。

但是，移动终端并不知道频率搜索周期的起始时间和周期。这个问题可以通过向移动终端发射一个信息来解决，该信息可以说明从基站发出的频率搜索周期的生成时间。频率搜索周期可以以不连续的形式周期性地产生，也可/或在某一给定区间内周期性地或连续产生。

另一方面，在图4A所示的情况中，由于频率搜索周期不能用于全传送速率的发射，如果需要的话，可以通过限制资源(如声码器)的编码速率来插入频率搜索周期。事实上，CDMA蜂窝电话系统利用了一种比率限制的方法(它可以准确地限制声码器的编码速率)，该方法可在通信期间将信号数据插入话音帧中，而且由此造成的话音质量的降低是可以忽略的。

当上述发射方法用于从移动终端到基站的反向链路时，移动终端可以利用一个空周期来发射不同频率的同步信号。因此，不同频率的基站可预先与移动终端进行同步以利于频间切换。

可以利用可移动专用预定随机代码(如IS-95CDMA系统中的用户长代码)对发射标记的起始位置进行随机化处理，从而减少不同移动终端之间的相互干扰。对于精密频率扫描和同步信号发射来说，非发射周期也可用于一些不同的连续帧。对1/n(n=2,4,8)发射长度的连续发射来说，各发射标记的起始位置在每个帧中是以1/n的帧时来交错排列的(如20帧)。如果帧中各部分没有交错的地方，则发射标记的起始位置就是帧的开始位置。这种措施使得用于频率切换和重新整步的额外防护时间减少到最小。

图5A-5H显示了连续频率搜索周期的位置分配情况。图中，通过在连续帧中以发射周期长度为单元模块化地增加频率搜索周期的起始点，可将频率搜索周期增大至与帧的长度相同。例如，在没有重复的四分之一传送速率的发射中(图5E-5F)，帧中频率搜索周期的起始点就是四个发射周期中的第一个周期。在下一帧中，起始点则位于第二个发射周期内。进一步说，频率搜索周期起始点的位置对于不同的移动终端来说，也是不同且随机的。因此就可以统计性地分散不同移动终端之间的相互干扰。

如图5A-5G显示的其它位置分配来看，处于连续频率搜索周期中的每个发射标记的起始点都被交替地改变至帧的前部或后部，从而使频率搜索周期减至最小。这种分配适用于为每个移动终端使用多个偏置以便产生帧边界的CDMA系统。如前面讨论所述，根据本发明所述的一种在CDMA蜂窝电话系统中进行频间切换的方法具有能够在移动终端搜索不同基站频率的同时，利用快速建立频间切换以保持高质量通信的能力。

符合本优选实施例的方法能够在最少改变物理层(如不需改变信道结构)的情况下，大量增加TIA/EIA/IS-95兼容系统的频间切换容量。而且，甚至在最坏的情况下(需进行精密频率搜索的情况)，也很难察觉话音质量的下降。此外，与已经放弃使用的用于频间切换的全帧发射相比，功率控制及时间跟踪也得到了很好的保持。

对本领域熟练人员来说，很明显，任何对本发明所述的用于在码分多址蜂窝电话系统中进行频间切换的方法和系统所做的修改和变换都不会脱离本发明的精神或范围。因此，本发明的意图覆盖了根据权利要求及其等价说明而对本发明所作的各种修改和变换。

上述优选实施例仅仅是示范性的，不能将其理解为是对本发明的限制。本文内容可以立刻在其它类型的设备得到应用。对本发明所作的阐述，其意图是明确的。它并不限制权利要求的范围。对于熟练人员来说，所有对本发明所作的变更、修改和变换都会是显而易见的。

Claims

1．一种在电话系统中实现频间切换的方法，其特征在于包括以下步骤：

通过控制发射标记的重复次数，将数据调制成帧单元的预定能量水平；

在已调制的帧中插入一个搜索周期，以将调制帧重建为发射帧；

用发射帧搜索站点的频率信息以实现频间切换。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述调制步骤还包括控制每个调制标记能量的步骤。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述调制步骤还包括控制标记位置的步骤。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括利用发射帧可变传送速率的特征，控制发射周期形式的步骤。

5．如权利要求2所述的方法，其特征在于调制步骤还包括控制标记位置的步骤。

6．如权利要求5所述的方法，其特征在于还包括利用发射帧可变传送速率的特征，控制发射周期形式的步骤。

7．如权利要求6所述的方法，其特征在于上述调制步骤还包括控制标记中每个信息位的能量的步骤。

8．一种用于为电话系统提供频间切换的方法，其特征在于包括以下步骤：

通过改变基于全速率帧的能量发射水平，将发射频带调制为含有一个重复帧周期的调制帧；

在调制帧中产生一个非发射周期，并通过控制能量水平重复次数来重建重复发射帧；

利用发射帧搜索周边基站的频率信息以实现频间切换，并将搜索到的信息发射到基站的接收机上。

9．如权利要求8所述的方法，其特征在于非发射周期是根据发射标记的能量通过控制重复次数而被插入到发射帧中。

10．如权利要求8所述的方法，其特征在于上述非发射周期是通过改变传送速率限制的方法以随机方案的方式被插入到上述发射帧中的。

11．如权利要求10所述的方法，其特征在于上述随机方案是半传送速率、四分之一传送速率和八分之一传送速率中的任一方案。

12．如权利要求8所述的方法，其特征在于上述发射帧的上述非发射周期是一个频率搜索周期。

13．如权利要求12所述的方法，其特征在于上述频率搜索周期的起始点是以发射周期的长度为单元、模块化地增加的。

14．如权利要求12所述的方法，其特征在于上述频率搜索周期的上述起始点被交替地改变至帧的前部或后部，从而使上述频率搜索周期减至最小。

15．如权利要求8所述的方法，其特征在于非发射周期是利用可变传送速率的特征、根据发射周期的形式而产生的。

16．一种用于为电话系统提供频间切换的方法，其特征在于包括以下步骤：

通过控制帧内至少一个位置上的发射标记的重复次数，使发射帧中产生一个非发射周期，并利用发射帧可变传送速率的特征产生一发射周期；

以与重复次数成反比的关系来控制发射标记的能量水平；

在非发射周期中搜索不同频率的基站信号；或通过移动终端将信号发射至具有不同频率的基站上。

17．如权利要求16所述的方法，其特征在于发射标记的能量水平是由全传送速率帧的标记能量除以重复次数来确定的。

18．如权利要求16所述的方法，其特征在于上述发射帧的上述非发射周期是一频率搜索周期。

19．一电话系统，其特征在于包括：

一能够将数据调制为发射帧(它所含有的能量水平与帧内至少一个位置上的发射标记的重复次数成反比关系)并能利用发射帧可变传送速率的特征产生一发射周期的基站；上述基站能够根据重复次数而产生一非发射周期，并能将此非发射周期作为搜索周期；

一能够在搜索周期中对频率信息进行搜索，并能将搜索到的频率信息发射到上述基站的移动终端。

20．如权利要求19所述的电话系统，其特征在于上述基站包括：

一能将数据调制到发射帧能量水平的调制器；

一用于插入非发射周期的增益控制单元；

一与上述增益控制单元耦合、用于发射发射帧的发射器。

21．如权利要求19所述的电话系统，其特征在于上述移动终端包括：

一能接收发射帧的接收机；

一用于解调发射帧的解调器；

一能够在非发射周期期间改变频率，并搜索拥有不同频率的基站的频率信息以实现切换的频率合成器。