在移动通信系统中实现越区 切换的设备和方法 发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及通信系统，更具体地说，本发明涉及进行越区切换的方法和设备。
2.相关技术描述
在移动通信环境中，随着用户从一个基站覆盖区移动到另一个基站覆盖区，必然发生越区切换使通信链路从一个基站切换到下一个基站。越区切换确定通常是根据由各个基站发送的导频信号的、由移动台测量的信号强度作出的。如果测量的当前基站导频信号强度跌落到低于阈值，移动台则发送要前送到收发信机和基站控制器(BSC)的选择器组(TSB)的导频强度测量报文(PSMM)。然后，基站控制器确定应该进行什么类型的越区切换。
越区切换通常分成两种类型。第一种类型称为软越区切换。对于软越区切换，移动台MS同时与两个或多个基站保持连接(即，先通后断)。也就是说，随着移动台从其当前小区(源小区)移动到下一个小区(目标小区)，业务信道同时与两个小区保持连接。软越区切换通常发生在移动台从一个小区漫游到另一个由相同BSC服务的小区的时候，这里，第二小区的基站使用与第一小区的基站相同的频率分配。
第二种类型的越区切换，即硬越区切换，是一种其中移动台并不同时受两个或多个基站控制的突变越区切换。与软越区切换不同，与移动台连接的呼叫链路并不一直保持着的，而是先与位于源小区中的基站断开，然后在非常短的时间帧内与来自目标小区的基站重新建立起来(即，先断后通)。
现在参考图1描述移动通信系统中的传统越区切换。
在描述传统越区切换过程之前，先定义一下本文所使用的术语。
模式0(BS发射模式0和MS接收模式0)：BS在整个帧周期内正常发送数据和MS接收该数据。
模式1(BS发射模式1和MS接收模式1)：BS在帧周期的一部分内发送数据和MS接收该数据。
模式2(BS发送模块2和MS接收模式2)：在帧周期中BS没有发送数据的那一部分时间内，MS搜索相邻的BS。
从模式1切换到模式2所需要的保护时间称为a，从模式2切换到模式1或模式0所需要地保护时间称为b。
第一帧：BS根据关于越区切换的请求发送到MS的第一个帧。
第二帧：跟随在第一帧之后的帧。
时隙模式(压缩模式)：其中BS将帧周期划分成若干个时隙并只在所选择的时隙中发送数据的BS操作模式。数据发送时段称为时隙模式中的作用时段，无数据发送时段称为时隙模式中的无作用时段。
图1A和1B分别示范性地描绘了在时隙模式1中和在时隙模式2中的传统越区切换。
参考图1A，在步骤100，BS以模式0与MS进行通信。模式0是一种其中发送速率为RD的数据由层-m正交码来扩展并在帧周期T内发送的发送方案。在步骤110和120根据关于越区切换的请求，BS加倍数据发送速率，在帧周期的前半个周期内由层-(m-1)正交码扩展数据以供发送之用，和在帧周期的后半个周期内不发送数据。因此，MS在帧周期的前半个周期内以双倍数据传送速率接收来自BS的数据，并在后半个帧周期内搜索将发生的越区切换要切换的相邻目标BS。然后，在步骤130和140，BS在前半个帧周期内以双倍数据发送速率发送由层-(m-1)正交码扩展的数据，并在后半个帧周期内不发送数据，MS再次在前半个帧周期内接收来自BS的数据，并在后半个帧周期内搜索将发生的越区切换要切换的相邻BS。
如上所述，在时隙模式中，根据关于越区切换的请求，BS在第一和第二帧周期的前半个周期内发送数据，和BS在第一和第二帧周期的后半个周期内并不将任何数据发送到MS，让MS搜索相邻BS。在时隙模式操作之后，BS和MS以与周期100中所使用的模式相同的模式0(周期150)操作。也就是说，在用来搜索目标BS的两个帧周期之后，在步骤150，BS发送由层-m正交码扩展的数据和MS接收数据。
现在，参考图1B，在步骤200，BS以模式0与MS进行通信。模式0是一种其中发送速率为RD的数据由层-m正交码来扩展并在帧周期内发送的发送方案。在步骤210，根据关于越区切换的请求，BS加倍数据发送速率，在帧周期的前半个周期内由层-(m-1)正交码扩展数据以供发送之用，并在第一帧周期的后半个周期220内不发送数据。BS在第二帧周期的前半个周期220内不发送数据，并在第二帧周期的后半个周期230内加倍数据发送速率，和由层-(m-1)正交码扩展数据。因此，MS在第一帧周期的前半个周期210内接收来自BS的数据，并在第一帧周期的后半个周期和第二帧周期的前半个周期220内搜索相邻目标BS。然后，在步骤230，BS在第二帧周期的前半个周期内不发送数据，并在第二帧周期的后半个周期230内以双倍数据发送速率发送由层-(m-)正交码扩展的数据。也就是说，在时隙模式2中，根据关于越区切换的请求，BS在第一帧周期的前半个周期和第二帧周期的后半个周期内发送数据，和MS在第一帧周期的后半个周期和第二帧周期的前半个周期内搜索相邻BS而不接收数据。
图2显示了具有可变扩展增益和在信道之间保持正交性的正交码层。
参考图2，在同一层上的正交码是相互正交的，在直通线上的正交码并不相互正交。因此，直通上层(m+k)(k＝0、1、2…)正交码或直通下层(m-k)(k＝0、1、2…)正交码不能在信道中与层-m(m＝0、1、2…)正交码保持正交性。
图3A和3B显示了用来说明当传统的频率之间的越区切换实现时的上层正交码指定方法的正交码层。在图中，用长方形标记的正交码(在层3中)表示当前越区切换候选正交码(即，请求一次越区切换)，用椭圆形标记的正交码已经指定给了当前通信的信道。
参考图3A和3B，假定BS在利用正交码00000000进行发送的同时，发生了越区切换。如果在直通上层上的正交码0000是可用的，如图3A所示，那么，BS就利用0000发送数据。但是，如果由于当前使用的正交码0000 1111的原因，不能指定正交码0000，如图3B所示，BS则在直通上层上的其它正交码中检测可用的正交码。回记一下由于图3B中的正交码0000与00001111是在直通线上，它们之间并不相互正交，因此，不能指定正交码0000。然后，BS确定正交码0011是可用的和与码00001111不在直通线上，于是利用正交码0011发送数据。在这种情况中，不同正交码可以使用在图1A的步骤100和150中和在图1B的步骤200和240中。在图3A所示的情况中，由于使用了在直通上层上的正交码，原来正交码可以一直使用着，因此，在图3B中使用不同于前一周期正交码的正交码的几率要大于在图3A中的情况。另一方面，如果在时隙模式中原来正交码被指定给另一个信道，则在图3B所示的情况中，则不可能返回到原来正交码。
现在参考图4说明传统硬越区切换过程。
在步骤411，当前BS(BS0)整个帧周期T内发送数据，在步骤413，移动台(MS)接收数据。在步骤415，BS继续与MS进行通信。在步骤417，MS测量从BS接收的信号的强度，如果信号强度等于或低于阈值电平，则在步骤419，将测量结果告知BS。然后，在步骤421，BS根据测量结果判断是否需要越区切换。根据关于越区切换的请求，BS前进到步骤423。否则，如果BS确定没有请求越区切换，BS返回到其中在时间T内再次发送数据的步骤411。在步骤423，BS判断在直通上层上是否有可用的正交码。如果当前使用的正交码是在层2上，BS判断在层1上是否有可用的正交码。在存在可用的正交码的情况下，BS前进到步骤425，否则，等待在步骤423生成直通上层上的可用正交码。也就是说，在可用的正交码生成之前，不能进行越区切换。在步骤425，BS将越区切换所需要的各种参数(例如，正交码、发送时段和无发送时段)发送到MS。然后，在步骤427，MS接收与越区切换有关的信息，和在步骤429，将确认信号ACK中的接收状态告知BS。在步骤431，BS判断是否已经从MS接收到确认信号。一旦接收到信号ACK，BS就前进到步骤433，否则，返回到步骤425重新开始发送与越区切换有关的信息。在步骤433，BS利用上层上的正交码以双倍传送速率，T/Ton，这里Ton为T/2，因此T/Ton为2，扩展数据，并在第一帧周期的前半个周期D1的时间Ton内发送扩展数据。然后，在步骤435，MS在前半个周期D1内接收扩展数据并在第一帧的后半个周期D2内接收来自相邻BS的信号，从而搜索断的BS以进行越区切换。
参考图5，上述传统越区切换过程所存在的问题是，在使用层3上的正交码00000000的信道临时提高其数据发送速率实现越区切换的情况下，不能指定上层上的正交码。例如，由于使用了层3上的正交码00001111，层2上的正交码0000是不能使用的。同样，由于使用了层3上的正交码00110011，层2上的正交码0011是不能使用的。层2上的正交码0101正在使用中，由于使用了层3上的正交码01101001，不能指定层2上的正交码0110。也就是说，在层2上已没有正交码适合于保持正交性。因此，在层2上可用的正交码生成之前，不能进行越区切换。这个问题可以通过在上层上单独备用正交码供越区切换用来克服。但是，当越区切换发生的频率较低时，正交码的备用降低了信道使用效率，而在支持可变数据速率的系统中，由于在不同数据速率上需要不同的正交码，这样又是不够的。
图6显示了另一种传统越区切换实现方法。参考图6，如果层3上的正交码被指定给当前正在使用中的信道，在直通上层(即，层2)上的正交码0000则是不能使用的。于是，在同一层上可用的正交码00111100或01100110将被指定给使用正交码00001111的信道。也就是说，正交码00001111被返还和正交码0000被指定给要越区切换的信道。在此方法中，为了保持越区切换的可靠性，应该在BS和MS之间使用控制信号。如果在利用新指定的正交码00111100正在进行呼叫期间，越区切换是用正交码00110011来实现的，那么，应该再次进行上面的过程。
本发明概述
因此，本发明的目的是提供一种移动通信系统中的硬越区切换实现设备和方法，其中当上层正交码不能被指定时，将帧周期划分成发送时段和无发送时段，和在发送时段内帧数据用多码来扩展以供发送用。
上述目的是通过移动通信系统中的越区切换实现设备和方法来达到的。越区切换实现设备包括基站发送器和移动台接收器。基站发送器将给定帧周期划分成发送时段和无发送时段，将帧周期中的帧数据分离成第一和第二数据，用不同的正交码扩展第一和第二数据，并在发送时段内发送两个扩展信号。移动台接收器在发送时段内接收由不同正交码扩展的第一和第二数据，将第一和第二数据组合成帧数据，并在无发送时段内搜索呼叫被越区切换到的相邻基站。
附图简述
通过结合附图对本发明进行如下详细说明，本发明的上面和其它目的、特征和优点将更加显而易见，在附图中：
图1A和1B示范性地描绘了在移动通信系统中以时隙模式进行的传统越区切换。
图2显示了在数据上具有可变扩展增益的正交码；
图3A和3B是涉及说明在传统移动通信系统中上层上的正交码可以被指定用于越区切换的情况的示意图；
图4是描绘在移动通信系统中的、只利用可变扩展增益的传统越区切换实现过程的流程图；
图5是涉及说明在传统移动通信系统中上层上的正交码不能被指定用于越区切换的情况的示意图；
图6是涉及说明在传统移动通信系统中将不同的正交码指定给使用同一层上的正交码的信道来指定上层的正交码用于越区切换的示意图；
图7是涉及说明在根据本发明的移动通信系统中的多码方案的示意图，其中同一层的不同正交码被指定用于越区切换；
图8A和8B示范性地显示了在根据本发明的移动通信系统中按多码方案实现的越区切换对时隙模式的应用。
图9是在根据本发明实施例的移动通信系统中以多码方案操作的BS发送器的方块图；
图10是描绘在根据本发明实施例的移动通信系统中以多码方案实施的越区切换实现过程的流程图；
图11是描绘在移动通信系统中以多码方案实施的另一个越区切换实现过程实施例的流程图；
图12是与BS发送器相对应的移动台接收器的方块图。
优选实施例说明
下文参考附图对本发明的优选实施例进行说明。在如下的说明中，对那些众所周知的功能或结构不作详细说明、因为它们会使本发明淹没在不必要的细节中。
图7示范性地描绘了在根据本发明的移动通信系统中以多码方案实施的越区切换实现方法。
参考图7，根据在利用层3正交码00000000的呼叫期间有关越区切换的请求，在同一层中的可用正交码00111100或01100110被额外指定，额外正交码只用在多码方案中的时隙模式中。在这种情况下，当时隙模式终止时，原来的正交码00000000可以被重新使用。除了需要用于额外指定的正交码的控制信号之外，其它用于原来正交信号再指定的额外控制信号都是不必要的。虽然这里描述了带有两个正交码的多码方案，但时隙模式也可以在使用多于两个正交码的多码方案中起作用。
上面多码方案中的越区切换实现具体体现在图8A的时隙模式1中或在图8B的时隙模式2中。参考图8A，在步骤300，BS以模式0与MS进行通信。这里，模式0是一种其中发送速率为RD的数据由层-m正交码来扩展并在帧周期T内发送的模式。在步骤310，根据关于越区切换的请求，BS在帧周期的前半个周期内以双倍发送速率发送数据并在帧周期的后半个周期内不发送数据。这里，BS在前半个帧周期内以多码方案指定两个层-m正交码供发送数据用。MS在前半个帧周期内接收来自基站的数据并搜索相邻BS。在步骤310和330，BS在帧周期的前半个周期内以双倍发送速率发送数据，并在帧周期的后半个周期内不发送数据。这里，基站在前半个帧周期内以多码方案指定两个层-3正交码供发送数据用。MS在前半个帧周期内接收来自基站的数据，并在后半个帧周期内搜索呼叫被越区切换到其中的相邻BS。
如上所述，根据关于越区切换的请求，BS指定同一层上的两个正交码(即，与模式0中所使用的正交码相同的正交码和在同一层上的额外正交码)，并在第一帧周期的前半个周期和第二帧周期的前半个周期内以多码方案发送数据。MS在第一帧周期的后半个周期和第二帧周期的后半个周期内搜索相邻的BS。换言之，如果需要改变(即，加倍)数据发送速率只要以多码方案指定同一层上的两个正交码供发送数据用即可，无需使用上一层上的正交码。
现在，参考图8B，在步骤400，BS以模式0与MS进行通信。模式0是一种其中发送速率为RD的数据由层-m正交码来扩展并在帧周期T内发送的发送方案。在步骤420，根据关于越区切换的请求，BS加倍数据发送速率，在第一帧周期的前半个周期内以多码方案由两个层-m正交码扩展数据供发送用(步骤410，414)，并在第一帧周期的后半个周期内不发送数据(步骤420)。BS在第二帧周期的前半个周期内不发送数据(步骤420)，并在第二帧周期的后半个周期内加倍数据发送速率，由两个层-m正交码扩展数据(步骤430、434)。因此，MS在第一帧周期的前半个周期内接收来自BS的数据并在后半个帧周期内搜索其中发生越区切换的相邻新BS。然后，BS在帧周期的前半个周期内不发送数据并在帧周期的前半个周期内以双倍数据发送速率发送由两个层-m正交码扩展的数据(步骤430和440)。
如上所述，在时隙模式2中，根据关于越区切换的请求，BS在第一帧周期的前半个周期和第二帧周期的后半个周期内发送数据，和MS在第一帧周期的后半个周期和第二帧周期的前半个周期内搜索相邻的BS而并不接收数据。换句话来说，根据关于越区切换的请求，BS以多码方案指定两个同一层上的正交码供发送数据用，而无需由于数据发送速率的改变而使用上层上的正交码。
根据本发明，对于在保持信道之间的正交性的同时提高数据发送速率，有两种情况值得考虑：一种是上层上的正交码可以被指定到何处，另一种是上层上的正交码不能被指定。在前一种情况中，存在着两种选择：第一，上层上的正交码被简单指定，另一种是，使用多码方案。在后一种上层上的正交码不能被指定的情况中，必须使用多码方案。虽然对本发明这个实施例的描述限制在硬越区切换上，但应该认识到，本发明适用于在呼叫期间尽管数据发送速率发生变化但仍保持信道之间正交性的通信系统，例如，根据信道状态的可选择信道编码方案。
另外，在本发明的描述中，数据发送速率提高了两倍，但有可能当带有可变扩展增益的正交码被指定时改变数据发送速率二的整数次方倍，和在多码方案中改变数据发送速率整数倍。
图9是根据本发明实施例的、以多码方案操作的BS发送器的方块图。这里，作为例子，使用了两个正交码。
参考图9，信道编码器和交织器911是典型的用来提高在通信信道上接收的信号的可靠性的信道编码器和交织器。多路分用器(DEMUX)912是用来分开输出来自输入符号的奇数符号和偶数符号以便利用数个码发送数据的转换器。虽然在本实施例中，两个正交码作为例子用于数据发送，但应该明白，可以实施其中指定了多于两个正交码的多码方案。信号映射器913接收来自DEMUX 912的奇数符号和偶数符号，并将逻辑信号0和1映射成实际发送的信号+1和-1。正交码发生器915生成用来提供数个发送信道之间的正交信道化的正交码。正交码发生器915为混合器916和917分别生成在同一层上相互正交的第一正交码OC 1和第二正交码OC 2。假设正交码发生器915生成带有元素+1和-1的正交码。混合器916以第一正交码OC 1乘信号映射器914的输出。混合器917以第二正交码OC 2乘信号映射器914的输出。PN(伪随机噪声)码发生器918生成两个PN码PN_I和PN_Q。复PN扩展器919在混合器916和917的输出与从PN码发生器918接收的PN码PN_I和PN_P之间进行复数相乘。低通滤波器(LPF)920和921是典型的用来将发送信号限制在特定带宽上的LPF。载波发生器924生成用于待发送信号的载波。90°相移器925将载波发生器924的输出的相位移动90°，以保证I信道和Q信道之间的正交性。混合器922将LPF 920°的输出与载波发生器924的输出相乘。混合器923将LPF 921的输出与90°相移器925的输出相乘。加法器926将混合器922和923的输出相加并通过天线发送相加信号。
与图9所示的BS发送器相对应的MS接收器显示在图12中。
参考图12，载波发生器1203生成用于想要接收的信号的载波。相移器1204移动载波发生器1203的输出的相位90°。混合器1201以载波发生器1203的输出乘接收信号。混合器1202以相移器1204的输出乘接收信号。LPF 1205和1206分别对混合器1201和1202的输出进行低通滤波。PN码发生器1207生成两个PN码PN_I和PN_Q。PN解扩器1208将LPF 1205和1206的输出与从PN码发生器1207接收的PN码PN_I和PN_Q进行复数相乘，来解扩LPF 1205和1206的输出。正交码发生器1209生成曾经在发送器中使用过的、在同一层上的第一和第二正交码OC 1和OC 2。混合器1210以第一正交码OC 1乘PN解扩器1208的输出。混合器1211以第二正交码OC 2乘PN码解扩器1208的输出。累加器1212和1213以符号为单位累加混合器1210和1211的输出。判定单元1214和1215判定累加器1212和1213输出的符号。如果信道解码器1217是进行软解码，则不需要判定单元1214和1215。多路复用器(MUX)1216多路复用判定单元1214和1215的输出。解交织器和信道解码器1217解交织和信道解码MUX 1216的输出。
下文参考图10和11给出根据本发明的越区切换实现过程的详细说明。
图10是描述根据本发明实施例的、利用可变扩展增益和多码方案的越区切换实现过程的流程图。在图10中，D1表示帧周期的前半个周期，和D2表示帧周期的后半个周期。Ton是BS将数据发送到MS时的时段，和Toff是BS不发送数据时的时段。
参考图10，在步骤1011，BS在时间Ton＝T内发送数据，和在步骤1013，MS接收数据。在步骤1015，BS继续与MS进行通信。在步骤1017，MS测量从BS接收的信号的强度，和如果信号强度等于或低于阈值，则在步骤1019，将测量结果告知BS。然后，在步骤1021，BS根据测量结果判断是否有越区切换请求。根据关于越区切换的请求，BS前进到步骤1023，否则，BS返回到步骤1011，再次在时间Ton＝T内发送数据。在步骤1023，BS判断是否有可用的上层正交码。如果上层正交码可用，BS前进到步骤1027，反之，如果上层正交码不可用，BS前进到步骤1025。然后，在步骤1025，BS判断在同一层上是否有可用的正交码。如果同一层上有可用的正交码，BS前进到步骤1027，否则，返回到步骤1023判断不可用的上层正交码是否已经变得可用了。在步骤1027，BS将包括正交码(即上层正交码或同层正交码)的有关越区切换的信息发送到MS。然后，在步骤1029，MS接收有关越区切换的信息，并在步骤1031，将确认信号ACK发送到BS，告知有关越区切换的信息的接收状态。在步骤1033，BS判断是否已经从MS接收到确认信号ACK。一旦接收到确认信号ACK，BS前进到步骤1035，否则，返回到步骤1027，重新开始发送有关越区切换的信息。在步骤1035，BS利用任选一个的正交码(即上层正交码或同层正交码)扩展以T/Ton倍(这里Ton是T/2，因此T/Ton是2)发送速率发送的数据，并在D1的时间Ton内发送扩展数据。然后，在步骤1037，MS在D1内接收扩展数据和在D2内接收来自相邻BS的信号，从而搜索新的BS以进行越区切换。
图11是描述另一个根据本发明的、利用多码方案的越区切换过程的实施例的流程图。
参考图11，在步骤1111，BS在时间Ton＝T内发送数据，和在步骤1113，MS接收数据。在步骤1115，BS继续与MS进行通信。在步骤1117，MS测量从BS接收的信号的强度，和如果信号等于或低于阈值，则在步骤1119，将测量结果告知BS。然后，在步骤1121，BS根据测量结果判断是否有越区切换请求。根据关于越区切换的请求，BS前进到步骤1123，否则，BS返回到步骤1111，再次在时间Ton＝T内发送数据。在步骤1123，BS判断是否有可用的同层正交码。在存在可用的同层正交码的情况下，BS前进到步骤1125，否则，在步骤1123等待可用同层正交码的生成。在步骤1125，BS将包括同一层上的正交码的有关越区切换的信息发送到MS。然后，在步骤1127，MS接收有关越区切换的信息，并在步骤1129，将确认信息ACK发送到BS，告知有关越区切换的信息的接收状态。在步骤1131，BS判断是否已经从MS接收到确认信号ACK。一旦接收到确认信号ACK，BS前进到步骤1133，否则，返回到步骤1125，重新开始发送有关越区切换的信息。在步骤1133，BS利用同一层上的正交码扩展以T/Ton倍(这里Ton是T/2，因此T/Ton是2)发送速率发送的数据，并在D1的时间Ton内发送扩展数据。然后，在步骤1135，MS在D1内接收扩展数据和在D2内接收来自相邻BS的信号，从而搜索新的BS以进行越区切换。
根据本发明第一实施例，如果可用正交码存在于上层上，此正交码被指定用于时隙模式1或2中。在上层上缺乏任何可用正交码的情况下，判断在同层上是否存在可用正交码。在同层上存在可用正交码的情况下，以多码方案实现越区切换。在同层上缺乏可用正交码的情况下，重复上面过程直到上层或同层的正交码变得可用为止。
根据本发明第二实施例，越区切换是在时隙模式中以多码方案而没有使用可变扩展增益实现的。也就是说，根据关于越区切换的请求，如果存在与当前使用的正交码处在同一层上的可用正交码，则以多码方案操作时隙模式。因此，频率之间的越区切换是在时隙模式中以多码方案利用同一层上的另一个正交码实现的。
本发明提出了在移动通信系统中，在上层正交码不能指定用于越区切换的情况下，以多码方案实现越区切换的方法。也就是说，由于缺乏可用上层正交码不能实现越区切换的传统问题得到解决。另外，当时隙模式结束时，原来的正交码仍然可以得到使用，从而排除了利用额外控制信号重新指定正交码的必要性，并支持更有效的越区切换。
虽然参考本发明的某些优选实施例已经对本发明进行了图示和说明，但熟悉本技术的人员应该明白，对其中所作的在形式上和细节上的各种改动均不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。