多重调制蜂窝无线电系统中的小区选择 本发明一般涉及小区的选择，某个蜂窝系统终端在任何给定时间上在此小区内。本发明尤其涉及在具有提供有关信息传输不同特征的小区，和终端具有不同能力利用这些特征的系统中小区选择和重新选择的最优化。
蜂窝无线电系统包括固定的基站，每个具有一定的覆盖区，和可以相对于基站以及它们的覆盖区移动的终端。该覆盖区也被称为小区。在本专利申请中将移动电话作为一种示范性的终端，当一个特定的移动电话被接通时，它实施小区选择，换句话说，它试图以某种方式找出最佳接收的基站信号并试图用代表此基站的所谓位置区(LA)注册。注册意味着移动电话通过基站通过移动网，它可以通过与所述的基站有关的位置区接收呼叫。在空闲模式中移动电话经常地接收由基站发送的消息以便检测代表输入电话呼叫的寻呼消息，和其他指定给此移动电话的消息。同时移动电话监测由其他邻近基站发送的信号功率，使其在需要时能够迅速地改变基站。在空闲模式中或某些形式的分组交换连接中改变基站被称为小区重新选择。在电路交换连接期间改变基站被称为转交。
在现有技术的蜂窝技术中，关于数据传输特征基站相互间基本上是类似的，也就是说不管在哪个小区中工作，移动电话从网络接收相同的服务。一种例外是由某些小区优先权安排形成的，利用这些安排移动电话被控制工作在属于一个特定地主区的小区中，或者避免某些所谓的转交小区。在主区安排中通过用户和维护蜂窝系统的操作员之间的一种协议为一个移动电话规定一个地理上固定的主区。当一个移动电话在主区小区中工作时，它将得到减少公共呼叫费用，或其他的好处。
在现有技术蜂窝系统中，终端也具有互相非常接近的数据传输特征，通常在系统中只规定一种类型的空中接口，由此，空中接口定义涉及发送和接收的定时，可用的频率，传输速率，也就是在数据传输中所用的位速率，和其他相应的因数。
在GSM系统(全球移动远程通信系统)和它的扩展DCS1800(1800MHz上的数字通信系统)中选择小区的功能被规定在EBU(欧洲广播联盟)和ETSI(欧洲远程通信标准研究所)标准ETS300535(GSM03．22)和ETS300578(GSM05．08)中。选择涉及分组交换GPRS安排(通用包无线电服务)的小区的功能被规定在标准草案GSM03-64：相同的考虑也可在一般水平上应用到其他数字蜂窝系统中。在芬兰专利申请No．FI-970855(Nokia Mobile Phones Oy)中也讨论了小区的选择。小区选择或重新选择也可被称为基站选择，因为一个确定的基站负责在每个小区中的无线电通信。除了GSM系统外，本发明可以，例如，在依据IS-136标准(Interim标准136)的蜂窝系统和计划中的UMTS系统(通用移动远程通信系统)中找到应用。
通常为了使一个移动电话能占据其中，对小区有四个要求：
-该小区必须属于被选用的操作者的网络，
-该网络必须不排斥此小区，
-由此小区所代表的位置区必须不属于对每个移动电话所规定的禁用位置区的目录，和
-在移动电话和基站之间无线电路径上的衰减必须低于由操作者确定的某个阈值值(这种要求简称为路径损失准则)。
满足以上提到的要求的小区被称为适用小区。当移动电话已被接通时，通过接收到的所谓的BCCH信号(广播控制信道)运行，按它们的强度次序，安排在具有最强信号的适用小区中工作。BCCH信号也可包含关于此小区的一个推荐值，从系统的观点指明是否此小区是一个适用小区。只有若无可用的适用小区时，移动电话安排在非适用小区中工作。这种状态被称为选择。
移动电话将经常查看是否在关于无线电连接方面比当前小区更有利的邻居中有适用小区，当需要时进行小区重新选择。移动电话可因三个可选的理由进行重新选择：
-依据一定的小区重新选择准则新小区优于当前小区，
-当前小区的某些特性改变，使此小区不再是适用小区，但新小区是适用的，或
-移动电话检测到，在当前小区中的下行信号连接被中断。
小区选择和小区重新选择是基于由移动电话算得的两个参数，所谓的C1和C2参数，规定在标准ETS300578(GSM05．08)中。其中第一或C1参数代表由移动电话从被考虑的基站接收到的功率水平，与接收到的功率水平的最小值和在系统中被规定的移动电话所允许的最大传输功率水平作比较。C2参数的值受C1参数的值和两个相关因数影响，其中第一个因数是由基站发送的偏置参数，第二个是延时，趋向于阻止移动电话快速相继的小区重新选择。另外所谓的C31和C32参数被用于GPRS系统中，这些参数从其他方面对应于C1和C2参数，但它们的计算利用对于等级式小区结构和分组交换连接具有特征的初始值。
为了增加在数字蜂窝系统中的传输容量，趋势是朝向比当前更有效的调制方法，至少对于数据信道。在GSM系统的一种增强形式中，目的是GMSK调制(高斯最小移位键控)提高为能有更高位速率的调制方法。以下QAM调制(正交幅度调制)被用作这种类型调制方法的一个例子；QAM调制的可选实施方案至少是B-O-QAM和Q-O-QAM(二进制偏置QAM，四进制偏置QAM)，其中第一种在方法上是第二种的子集。另一种适用的新调制方法是CPM(连续相位调制)，其中一个可能的实施方案是π／4-DBCPM(差分编码二进制CPM)。在现有技术中没有任何已知的方法或设备考虑调制的改变对小区选择的影响。
本发明的目的是提出一种用于小区选择和／或重新选择的方法，它考虑基站和终端对利用不同调制方法的能力。本发明的目的也是提出一种用于实际上实现依据本发明的方法的基站和终端。
通过在由基站发送的综合信息中也包括有关基站和可能也有周围的其他基站支持的调制方法信息来达到本发明的目的，由此，终端可以选择新小区，使得新小区的基站支持终端所需的调制。
依据本发明的方法的特征在于它包括一种步骤，在其中终端被告知哪些调制方法被这些基站支持，而这些基站的小区是终端可能的新小区。
本发明也涉及一种基站，其特征在于它包括用于将关于基站支持的调制方法的信息包含在发送到终端的控制信息中的装置。本发明还涉及一种蜂窝系统终端，它包括用于从基站接收信息的装置和用于为小区重新选择产生和处理代表几个基站的比较信息的装置，其特征在于它包括将关于基站支持的调制方法的信息包含在所述的比较信息的产生中的装置。
基站在所谓的广播控制信道上将信息发送到在此小区中工作的所有终端，这种信息可以包括有关基站支持的调制方法的信息，当终端选择一个可能的新小区时，它将可能的新小区按优选的次序位置，这种次序受从它们的基站接收到的信号强度和有关每个基站支持的调制方法信息的影响。终端试图选择这样的小区作为一个新小区，即在此小区中基站的接收优于某个目标水平，而且能用从终端观点看在当前是最有利的调制进行工作。在分组交换无线电连接的情况下，由终端所做的选择也可受新基站可提供如何高的传输容量的影响。如果终端必须选择一个支持对于终端来说并不代表最佳的一个或多个调制方法的基站，那末终端试图尽可能快地改变到一个更佳的小区。通过将代表调制方法的因数包含在代表优先次序的计算公式中最简单地实现对于调制方法来说最佳小区的优选。
以下将参考作为例子提出的最佳实施方案，并参考附图更详细地描述本发明，其中
图1示出依据本发明的一种方法，
图2示出依据本发明的第二种方法，
图3示出依据本发明的第三种方法，
图4示出确定MW值的一种方法，
图5示出依据本发明的第四种方法，
图6用流程图示出依据本发明的一个基站的功能，
图7用流程图示出依据本发明的一个终端的功能，
图8示出依据本发明的一个基站，和
图9示出依据本发明的一个终端。
在图中相同的参考数字用于对应的部件。
利用我们讨论本发明在GPRS系统中的实现作为开始。
有关以按现有技术方式进行小区选择和重新选择的准则及其使用描述在标准GSM03．64，版本5．0．0，节6．5．6．2中，给出以下用于计算C31参数的公式：
C31(s)=RLA(s)-HCS_THR(s)≥0 (1a)
C31(n)=RLA(n)-HCS_THR(n)≥0 (1b)
在两个公式中(S)指本小区和(n)指当前小区的某个邻居小区。公式1a表明与本小区有关的参数C31(S)是如何算得的，公式(1b)表明与本小区的邻居有关的参数C31(n)是如何算得的。缩写RLA代表词“接收到的平均水平”，它是指从基站接收到的无线电信号的平均功率水平。HCS-THR代表词“等级式小区结构阈值”，它是指所需的最小接收功率水平。网络将HCS-THR值发信号到终端。相同标准中相同的节给出以下用于计算C32参数的公式：C32(s)=C1(s)+GPRS_RESELECT_OFFSET(s) (2a)C32(n)=C1(n)+GPRS_RESELECT_OFFSET(n)
-GPRS_RESELECT_XHYST(n)*H(RLA(s)-RXLEV_TRH(s))
-TEMPORARY_OFFSET(n)*H(PENALTY_TIME(n)-T(n)) (2b)
参数C1以及参数TEMPORARY_OFFSET，
PENALTY_TIME和T的计算规定在标准GSM05．08中。函数H(X)被定义为H(X)=0当X＜0时，H(X)=1 X为其他值时，因数GPRS RESELECT_OFFSET确定与每个小区有关的偏置值和滞后因数。因数GPRS_RESELECT_XHYST确定特定的额外偏置值和额外的滞后因数，条件是在当前小区中接收到的信号功率RLA(S)高于阈值RXLEV_TRH(S)。网络将出现在公式2a和2b中所需的参数发信号到终端。
在GPRS系统中实现本发明特别有利，只要在公式2a的右边加上因数MS(S)*MW(S)，在公式2b的右边相应地加上因数MC(n)*MW(n)。在此MC是一个值，代表小区的基站的调制能力。如果只有两种类型的调制能力，甚至可用一位来表达，MC位例如，可以是0，如果基站只支持GMSK调制的话，如果基站支持QAM调制，则MC位可以是1。MW是一个因数，在小区选择中代表调制的权，它具有的值空间取决于用多少位来表达它，如果用6位表达的话，MV可以具有例如，从0至63的值。每个小区的实际MW值取决于负责此蜂窝系统运行的操作员所做的选择。依据图1终端101通常作为从网络102发信号获得MC和MW值。为此用途，产生新的信号消息，或者MC和MW值被包含在以前已定义的信号消息中目前尚未被定义的部分中是可能的，这样一种以前已定义的信号消息可以是同一个消息，在其中基站指明为了测量其他邻居基站的信号强度终端必须测量的那些频率。通常MW可以有一个已被同意的常数值，当MW值未被从网络分开发送到终端时使用。因此依据本发明公式将是以下形式：C32(s)=MC(s)*MW(s)+C1(s)+GPRS_RESELECT_OFFSET(s) (2a’)C32(n)=MC(n)*MW(n)+C1(n)+GPRS_RESELECT_OFFSET(n)
-GPRS_RESELECT_XHYST(n)*H(RLA(s)-RXLEV_TRH(s))
-TEMPORARY_OFFSET(n)*H(PENALTY_TIME(n)-T(n)) (2b’)
其中依据以上提到的可选的提议，公式2b’中中间一行上的项可被略去。
另一种可能将由基站支持的调制方法包含在由终端使用的计算公式中的方法示于图2中，其中终端101利用MC和MW值按照以下公式计算C31参数C31(s)=MC(s)*MW(s)+RLA(s)-HCS_THR(s)≥0 (1a’)C31(n)=MC(n)*MW(n)+RLA(n)-HCS_THR(n)≥0 (1b’)
依据图3的第三种可选方案是网络102将只与那些支持新调制方法的基站103和104有关的非零MW值发送到终端，因此根本不需要分离的MC值：支持新调制方法的终端101知道基站105只支持老的调制方法，因为它没有接收到有关此基站的任何MW值，或因为与此基站有关的MW值是零。在图3中第一调制方法301可以是例如，GMSK调制，第二调制方法302可以是例如，QAM或CPM调制。这种可能性可以与或者C32或C31参数的计算组合起来。然后在以上的公式1a’-2b’中MC值可由值1或任何其他大于零的常数替代。必须观察到，只有本身支持新调制方法的这样一种终端可以使用公式1a’-2b’。其他的终端用通常的方法使用公式1a-2b。
以下我们讨论以上提出的实施方案的一种修改。在包交换数据传输中发射机和接收机之间的传输速率可在很宽的范围内改变，取决于鉴于噪音和干扰条件可采用的调制方法，取决于在某个时间上为一种连接可以使用由频率和时间确定的总容量中多大的份额。作为一个例子我们可以考虑一个蜂窝系统的小区，一个终端可能位于或者是小区的边界上，或者非常接近基站，并采用具有帧长度为八个时隙的TDMA方法(时隙多址)。当终端位于小区边界时，与基站的连接是差的，这是由于长的距离和来自其他源的干扰，必须假定只有B-O-QAM可被采用。而且如果只有一个单时隙被分配给此连接，那末可达到的传输速率可以是例如，10Kbit／s。当终端靠近基站时，连接是相当好的，那末，Q-O-QAM调制用一个单时隙可提供传输速率为60Kbit／s。如果还可能在一个帧中分配此连接较多的时隙，那末靠近基站可达到的最大传输速率高达500Kbit／s。
为了能够通过增加分配给此连接的时隙数来利用增加包交换无线电连接中传输速率的可能性，在小区中使用的帧必须有未占用的时隙，也就是小区载荷必须足够低。代表每个小区的小区的MW值可以按照图4所示的原理改变，取决于在该小区中所用的帧402中多少时隙401被占用：低的MW值MW1代表重载荷的小区，高的MW值MW2代表轻载荷的小区。当这与以上提到的公式1a’和1b’，或2a’和2b’的使用组合时，它就控制小区选择，使得利用这些公式的终端试图选择这样一个小区，在其中可以利用增加传输速率的可能性。为了在载荷快速变化期间更新MW值，可能必须采取专门的测量结果用于非常频繁的将MW值发信号到终端。用某些代表基站载荷和容量的其他值代替MW值发信号到终端也可以获得相同的结果，由此这些其他值可以，例如代表在通过某个基站可得到的时隙中的最高传输速率，在小区中对包变换连接可用的时隙数，和可分配给单一连接的最大时隙数。然后根据终端接收到的信息，计算代表假定的可用容量的值并将此值(被适当地定标后)插入公式1a’-2b’代替MC和／或MW。
以下我们讨论本发明如何用于电路交换连接的情况。标准GSM05．08规定一个现有技术的终端如何计算以上提到的参数C1和C2，在此基础上选择新的小区。以下的公式特别用于计算C2参数。
C2(T)=C1+CELL_RESELECT_OFFSET
-TEMPORARY_OFFSET*H(PENALTY_TIME-T)(3a)
当PENALTY_TIME<>1111时，
和
C2=C1_CELL_RESELECT_OFFSET，(3b)
当PENALTY_TIME=1111时，
其中对于当前小区的邻居小区，步函数H(x)被定义为
H(x)=0，当X＜0时，和
H(x)=1，当X≥0时，
并且对于当前小区H(x)=0，T代表在标准GSM05．08中所规定的某个定时器的值。
图5中所示的MC和MW值依据本发明的一种较简单的实施方案按以上相同的方式被使用，由此对于计算C2参数的公式将是
C2(T)=C1+MC*MW+CELL_RESELECT_OFFSET
-TEMPORARY_OFFSET*H(PENALTY_TIME-T)(3a’)
当PENALTY_TIME<>1111时，和
C2=C1+MC*MW-CELL_RESELECT_OFFSET，(3b’)
当PENALTY_TIME=1111时。
参数值C2的计算并未被分开地示于用于当前小区(s)和其邻居小区(n)的公式3a’和3b’中，但这种差别被包括在函数H的定义中。值MC和MW可以是相同的，既用于电路交换又用于包交换的连接，或者对于电路交换和包交换连接可使用不同值MC和MW。最后提到的可选方案的优点在于终端可被控制根据由基站支持的调制方法和与其他交换类型的连接获得的其他数据传输特性选择小区。在电路交换连接的情况下，提出与以上包交换连接情况下类似的可选实施方案是可能的，也就是值MC和MW可能在计算C1参数中已被观察到，或者对于每个小区的MW值可依据小区的加载状况变化，根据可选的提议，为包交换连接的情况提出的小区选择和重新选择准则，就像在电路交换连接的情况中那样适用的，并且相同的原理也可用于调制有关的场合。
图6示出依据本发明用于将代表调制方法的信息发送到终端的一种蜂窝系统基站的操作。在图中假定既使用MC值也使用MW值，并依据加载状况确定MW值。如果基站本身支持新的调制方法，则在状态602中设置MC(s)为1，并在状态603中依据加载状况选择MW(s)值。只支持老的调制的基站在状态604和605中设置MC和MW为零，代替设置MC和MW为零，基站可一起留下它们不发送。基站执行由状态606和607表示的循环查巡，在其中请求所有的邻居基站发送最近的MC(n)和MW(n)值。当所有的邻居基站已查巡完成，基站依据状态608在某个系统信息消息中将所有得到的值发送到终端，然后回到状态601。
图7示出依据本发明为了在小区重新选择中利用代表调制方法信息的一种终端的操作。当在状态701和702中已经接收到MC(s)，MW(s)和所有的MC(n)和MW(n)值，以及已经测量到从邻居基站接收到信号电平时，在状态703中终端计算C32参数值，在状态704中选择代表邻居小区的最高C32(n)值，并在状态705中将它与当前小区的C32(s)值作比较。如果比较表明新小区更适用，那末在操作回到状态701以前按状态706执行原本已知的小区重新选择。
图8扼要地示出一个基站801，包括并行发射机802a，802b，802c，803d，用于在不同信道上将信息发送到终端。发射机802a打算用于发送小区的总控制信息，它包含并行的部分803a和803b，以便产生组成小区的公共控制信息的那些不同的信息部分，要在小区广播控制信道上发送的消息在多路转换器804中被组装并通过射频部分805和发送天线806发送。控制部件807控制整个基站的操作并将代表自己的调制特性的值MC(s)和MW(s)供给方框803a。基站通过双工数据连接808与其他基站和蜂窝网的其他固定部件通信，由此获得有关邻居中基站的MC(n)和MW(n)值i．a．信息。控制部分807可以保存有关在基站的小区中可用的发送帧中未被占用的空间有多少的实时信息，因此可以根据瞬时的加载状况确定MW(s)值。
图9扼要地示出一种蜂窝系统终端900，图上示出的部件为天线901，射频部分902，信道解码和逆多路转换部分903，显示驱动器904和显示器905，D／A转换器906和扬声器907以及控制方框908。信道解码和逆多路转换部分903将在呼叫期间接收到的语音信号通过D／A转换器906引到扬声器907并将所有数据信号引到控制方框908。代表基站并在小区的广播控制信道上发送的信息被通过控制方框908存储在存储器909中。为了能够按本发明的方式操作，控制方框908必须被编程，使其能够接收和存储代表基站的MC和MW值并在计算值C1，C2，C31和／或C32时使用它们，据此完成小区重新选择。图8和9只示出基站和终端中对于本发明来说必不可少的那些部分，当然这些设备可能包含许多其他的部件。
以上我们主要处理GSM系统。然而，本发明的原理也可在采用新调制方法的其他蜂窝系统中找到应用。其中新调制方法可以是以上提到的以外的其他调制方法，小区选择准则可以与以上提出的C1，C2，C31和C32准则不同。在实施本发明的所有系统中也可以有两种以上的调制方法，因此本发明可这样被使用，例如，使得以相互不同的方式对所有不同的调制方法给出优先权，或者使某种老调制方法具有比新调制方法低的优先权，然而，由此较新的调制以相互类似的方式得到优先权，上面提到的是，涉及加权因数和调制支持的信息作为两个两种参数(MC，MW)从基站发送到终端；在某些系统中，以一种参数的形式，或者以三种或更多参数的形式发送此信息可能是合适的。
关于小区选择，可能要给终端的能力比以上提出的多。一种可选方案是在以上提出的公式中终端并不利用由基站发送的MC值，代替的是利用在终端中确定的值，指明在接收方向中关于新调制的使用方面终端所作的选择(然后MW值指明终端支持新的调制)。在某些情况下给终端的用户拒绝使用一种调制的可能性，例如利用通过键盘输入的指令，可能是有利的。例如，可能有这样的情况，即使所涉及的调制依据其他准则(在空闲状态中测量到)看上去是有利的，然而以前已经知道，某种调制方法在某种环境下在数据信道上提供的连接质量要比其他方法差，根据代表连接质量的不同可测量的量和存储在存储器中的数据，终端也可临时阻止使用某种调制方法，即使没有用户的指令。阻止某种调制方法可以是依据终端。终端和用户也可被允许改变MW值。
本来就已知的其他小区选择方法可与以上提到的方法组合，一种可能性是将在专利申请FI970855中提出的涉及单用户的信息与确定MW和／或MC值或影响它们的修改的因数组合起来。如果希望将通信业务量以随机方式在其他方面等价的基站之间划分的话，在计算MW值时使用随机因数也是可能的。
以是提出的实施方案指望用作说明本发明的某些特征而不是限制本发明。以上我们提出的i．a．小区重新选择只是通过终端启动，但本发明并不排除小区重新选择通过网络启动的可能性。基站控制器，移动电话交换机或另一种属于网络的设备可以发送小区重新选择或转交的指令到终端。该指令可以包括有关在终端的当前小区的邻居中其他小区的某些信息和有关在这些其他小区中可用的调制方法的某些信息，终端可能以前已经接收到这样一些信息，或者作为一种对由终端接收到的指令的响应，它可以特地接收和存储这样一些信息。然后终端利用其他与以上类似的计算公式找出最有利的小区，然而使得终端并不计算当前小区的C1，C2，C31和／或C32值，因为网络已经直率地要求终端改变到另一个小区。
以上没有讨论有关依据本发明在蜂窝系统中被使用的多址方法。本发明可用于利用时分多址(TDMA)的蜂窝系统以及利用码分多址(CDMA)的系统。