用于在移动站中识别时 分蜂窝网络的基站的方法和移动站 本发明涉及如权利要求1的前序部分所定义的用于在移动站中识别时分蜂窝网络的基站的方法。
本发明也涉及如权利要求7的前序部分所定义的用于在移动站中识别时分蜂窝网络的基站的方法。
本发明还涉及根据权利要求10和11的前序部分的移动站。
至于基站识别，GSM蜂窝网络在当前状态中如下操作。给GSM网络中的每个小区定义一个相邻表，此表包含移动站接下来能够移动到的基站地广播控制信道(BCCH)的频率。该移动站测量利用基站广播控制信道BCCH确定的频率上的场强，平均每一个频率的场强，并根据这些结果编辑六个最强的相邻基站的表。尝试解码这六个最强相邻基站的识别码，并且将其识别码已被解码的那些基站的电平和识别码报告给网络，此网络利用此信息做出转移决定。
在蜂窝网络中，频率是重复使用的，即每个特定频率由几个小区同时使用。因此，在测量场强时，移动站周期性地读出由所测量的基站在同步信道(SCH)上发送的基站识别码(BSIC)。使用同一广播控制信道BCCH频率的基站具有不同的BSICs。在发现BSIC时，此BSIC告诉移动站所述基站是相邻基站还是从远处发送的某一其他基站。这就是读BSIC的原因。如果BSIC不能在某一时间周期内被重新确认，或者如果检测到不正确的BSIC，则将抛弃与所述频率有关的当前的场强测量。
比时分多址(TDMA)帧稍长一些的称为IDLE((空闲)帧的一个时间周期保留在移动站的业务信道(TCH)多帧中用于读BSIC。在那个帧期间，能从来自基站的数据中读一个TDMA帧。此BSIC每隔10或11个TDMA帧(CCCH＝公共控制信道)出现在基站的BCCH/CCCH多帧中。此BCCH/CCCH多帧由51个TDMA帧组成。该IDLE帧又每隔26个TDMA帧重复一次。因此，该IDLE帧每隔BCCH/CCCH多帧循环在BCCH/CCCH多帧上“滑动(slip)”一个TDMA帧。在查找与某一BCCH频率有关的BSIC时，首先读BCCH/CCCH多帧的频率校正信道(FCCH)帧中的FCCH脉冲串，并随后读下一SCH帧中的BSIC。在最好的情况下，FCCH帧立即与IDLE帧一致，而在最坏的情况下，只在11个IDLE帧之后FCCH帧才与IDLE帧一致。结果，平均在约7个多帧之后，即近似在0.8秒内在2-13个TCH多帧期间检测到BSIC。
上述操作的问题是花费相当长的时间来识别新的基站，尤其是花费相当长的时间来查找BSIC。因此，特别地，快速移动的移动站可能不能监测小的小区网络中的相邻基站，换而言之，转移有时可能失败。新的基站(频率)总是在转移之后出现于移动站的相邻表上，并且甚至在单个小区内移动时，六个最强的相邻基站表可能非常频繁地进行修改。另外，时常在六个最强相邻基站表上收听小区的业务信道，并且由于移动站不知道此信号是来自业务信道还是来自BCCH多帧的相邻基站，所以用于查找FCCH帧的IDLE帧在此特定频率上被浪费。由于使用的读程序和基站相互不同步而引起新基站的识别缓慢。
移动站试图尽可能快地识别六个最强基站的识别码，而与此同时识别码在已识别的基站的频率上必须定期地进行重新确认。重新检查是必要的，否则噪音频率可能引起场强计算的错误。因为移动站知道能重新读已检测的BSIC期间的IDLE帧，所以旧BSIC的读出并不花费如此多的时间。问题是将更大部分的时间，即可利用的IDLE帧，用于寻找新基站的BSIC。
本发明的目的是提供一种新方法，用于在移动站中识别时分蜂窝网络的基站并消除上述缺陷。
根据本发明的第一方法的特征表示在权利要求1中。根据本发明的第二并列方法的特征表示在权利要求7中。第一与第二移动站的特征表示在权利要求10与11中。本发明的最佳实施例在从属权利要求中进行了描述。
在用于识别时分蜂窝网络的基站的根据本发明的第一方法中，从服务基站中传送有关相邻基站的帧定时差的数据给移动站，在移动站中根据所述帧定时差确定相邻基站的系统数据接收时间，并且读系统数据和识别相邻基站。
在根据本发明的第一方法中，服务小区或基站发送相邻表上基站的帧定时差给移动站。计算帧定时差例如用于伪同步转移。此计算可以基于利用移动电话机测量与报告的相互的基站定时差。在有效状态中最好在诸如慢关联控制信道SACCH或快关联控制信道FACCH的合适的控制信道上发送帧定时差数据，并且相应地在空闲状态中最好在广播控制信道BCCH或公共控制信道CCCH上发送这些数据。也可以用其他适合的方式发送帧定时差数据。移动站接收帧定时差数据并将这些数据用于计算基站的系统数据的接收时间。这表示最好确定与相邻表上每个基站发送的BSIC对准的IDLE帧出现的时间。随后将这些IDLE帧用于读BSIC。因此，移动站在此不查找频率校正信道FCCH，查找消耗最大量的IDLE的帧容量。
因而，本发明具有能够相当快地读出对应于相邻表上新频率的基站的系统数据(最好是识别码)的优点。
另外，本发明具有优点：由于没有IDLE帧浪费用于查找新基站的定时/同步数据，即FCCH帧，所以保留更多的时间用于检查此表上旧基站的识别码。
而且，本发明具有优点：在移动站处于空闲状态时，其能量消耗从它目前所处的状态开始减小。这是基于以下事实：当知道帧定时差时，消耗较少的时间来监视相邻小区的系统数据，移动站的有效工作时间因而变短。
在用于识别时分蜂窝网络的基站的根据本发明的第二方法中，从服务基站中发送有关相邻基站使用的广播控制信道时隙的数据给移动站，在移动站中根据所述广播控制信道数据确定相邻基站的系统数据接收时间，并读出系统数据和识别相邻基站。
根据本发明的第二方法应用于使用广播控制信道BCCH载波的间歇传输的蜂窝网络。此方法的基本思想是：移动站应该知道完成特定相邻小区的广播控制信道BCCH的传输期间的时隙，和能执行相邻小区监视与测量期间的时隙。
在目前的GSM系统中，连续发送每个基站的广播控制信道BCCH载波。这便于移动站与网络同步以及相邻基站的场强测量。另一方面，连续发送广播控制信道BCCH具有此载波上的业务信道不能采用间歇传输DTX和功率控制的缺点。而且，应注意：即使在广播控制信道BCCH上完全没有业务，也必须同样发送所谓的虚脉冲串。在网络中的噪声电平变高时这导致容量的减少。此问题在未来的诸如全球移动电信系统UMTS的移动电话系统中将是比GSM系统更大，在未来的诸如UMTS的移动电话系统中广播控制信道BCCH载波上的业务信道数量能显著地比GSM系统中的业务信道数量(例如，64)大。
在采用间歇广播控制信道BCCH载波的蜂窝网络中，将降低服务小区的查找和监视相邻基站的可靠性。这是因为可能在不发送载波时进行场强测量，所以载波间歇性导致场强测量中相当大的错误。减轻此问题的一种方法是：加长测量的平均周期。然而，尤其是在此载波上只有一些业务时，这导致服务小区的查找(即预先同步)和相邻基站的监视减慢。但是，上述问题能利用根据本发明的第二方法来解决。
当移动站在广播控制信道BCCH上从服务基站接收有关相邻基站的数据以及有关相邻基站的BCCH载波传输是有效期间的时隙的信息时，该移动站能够执行相邻基站的监视与测量。在本发明的最佳实施例中，从服务基站中发送的数据包括有关相邻基站的帧定时差的信息。
在本发明的最佳实施例中系统数据的读出和相邻基站的识别包括场强测量。当得异步执行场强测量时，即不知道测量的时隙是否在基准功率上时，根据本发明通过在此载波上使最少数量的时隙以固定发送功率或基准功率来提高测量的可靠性是有益的。这样的时隙越多，测量信息就越可靠。
在相邻基站的监视中，如果知道广播控制信道BCCH载波中的载波基准功率时隙的位置，则提高场强测量(RSSI)的可靠性。通过服务基站的广播控制信道BCCH发送相对其他相邻基站的基准功率时隙位置和帧定时差是有利的。另外，如果相邻基站使用的广播控制信道时隙位置由于时间或频率跳跃而跳动，例如，也将在其他基站的跳跃序列上发送信息。
现在将更具体地描述本发明。在此描述中将参考附图，其中：
图1a与1b表示根据现有技术的新基站的识别码的查找，其中图1表示指定的初始情况，而图1b表示六个TCH帧之后的情况；
图2是表示根据第一方法的收集、更新和发送基站帧定时差数据给移动站的方框图；
图3以方框图的形式表示根据第一方法相邻基站的系统数据(尤其是识别码)在移动站中的接收；
图4表示新的相邻基站的识别码的读出；
图5以方框图形式表示相邻基站的系统数据(尤其是识别码)在处于空闲状态中的移动站中的接收；
图6表示根据本发明的第一移动站的方框图；
图7是表示根据第二方法收集、更新和发送基站广播控制信道时隙数据给移动站的方框图；
图8以方框图的形式表示根据第二方法相邻基站的系统数据在移动站中的接收；和
图9表示根据本发明的第二移动站的方框图。
图1a与1b表示用于查找新基站识别码的当前公知的方法。在初始情况中，基站发送相邻表给移动站。移动站测量表上所有的频率并查找例如其中最强的六个频率。在此相邻表包含这六个最强频率之中的一个新频率时，只要移动站在基站识别过程中到达那个特定频率上，此移动站就开始查找相关的BSIC识别码。业务信道TCH的多帧101中专用于此目的的TDMA帧(即，IDLE帧)用于查找。在单个IDLE帧期间，有可能检查由基站利用所述频率发送的BCCH/CCCH多帧102中的一个TDMA帧。由于基站未同步，所以移动站的IDLE帧可以与基站的BCCH/CCCH多帧的任何一个部分一致。图1a假设：至于同步脉冲串将定位于其中的时隙，IDLE帧首先与CCCH类型的TDMA帧一致(参见虚线)，如果此帧是SCH帧的话。TCH多帧等于26个TDMA帧，而BCCH/CCCH多帧等于51个TDMA帧。因为2×26＝52，所以IDLE帧在二个TCH多帧之后、FCCH帧105在四个TCH帧之后并且SCH帧106在六个TCH多帧之后与CCCH帧104一致，如图1b所示。二个TCH多帧之前，移动站已从随后一致的FCCH帧中读表示SCH帧位置的频率校正脉冲串。当然，在每一个IDLE帧上而不仅在每隔一个IDLE帧上执行FCCH帧的查找。图1a与1b中表示符a、c、f和s的意思如下：a＝慢相关控制信道SACCH，c＝公共控制信道CCCH，f＝频率校正信道FCCH，而c＝同步信道SCH。
SCH帧每11个TDMA帧出现在BCCH/CCCH多帧中一次和否则以10个TDMA帧的间隔出现在BCCH/CCCH多帧中。一旦发现BSIC，移动站知道何时能重新读此BSIC而不用查找。
移动站在语音信号脉冲串发送与接收之间的任何一个业务帧期间能测量基站的场强。
根据本发明的方法要求确定相邻基站的帧定时差。在支持伪同步转移的蜂窝网络中，在任何情况下计算帧定时差；甚至利用高于所要求的准确度来计算。根据操作在所述区域中的所有移动站完成的定时测量并根据下式进行帧定时差的计算：
(1)OTD＝RTD+tb-ta
其中RTD＝基站a与b之间的帧定时差
OTD＝由移动站测量的基站a与b之间的帧定时差
ta＝基站a与移动站之间的传播时间
tb＝基站b与移动站之间的传播时间。
例如在ETST(欧洲电信标准局)的GSM5.10建议和美国专利号5128925中更具体地讨论帧定时差的计算。
图2中的流程图表示有关服务基站功能的根据本发明的第一方法。编辑基站的相邻表，步骤201。所述相邻表包含此基站地理上相邻的基站的发送频率和其他信息。确定包括在相邻表中的基站的帧定时差RTD，步骤202，并且这些帧定时差用于形成相邻基站的帧定时差文件或表，步骤203。当移动站从一个小区的区域移动到服务小区或基站的区域时，步骤204，以公知的方式进行检测并发送服务小区的帧定时差表给移动站，步骤205。相邻表和此时的帧定时差表可以包括6个或甚至更多的基站，目前最多为32。
实际上，帧定时差表的发送只进行一次，即只要移动站进入新小区的区域。在移动站呆在特定小区中的时间期间，帧定时差数据一般保持稳定。在小区内的长呼叫中，帧定时差表中的数据有可能变化。则至少对于还未识别的新小区部分，重新发送帧定时差数据。
如果利用对于读BSIC足够准确的假定100μS的准确度给出帧定时差数据，则在信道编码之前能利用11比特来表示此帧定时差并利用66比特来表示6个帧定时差数据。慢相关控制信道SACCH的容量为542比特/秒。SACCH几乎不用于下行链路方向(从服务基站到移动站)中，所以其非常适用于帧定时差数据的传输。
应指出：可以利用低于100μS或高于100μS的准确度给出帧定时差数据。这是在定时差传输所需的比特数与移动电话机所获得的益处之间的折衷。较高的准确度要求移动电话机更大的IDLE帧，这导致合成器更高速度的要求，或可选择地，移动站得根据所给出的定时信息在两个而不是在一个IDLE帧的区域中查找BSIC。
图3的流程图表示有关移动站功能的根据本发明的第一方法。此移动站通过其RF接收机和合适的处理单元在步骤301从服务基站中接收帧定时差表。根据这些帧定时差数据，移动站在步骤302中在其控制单元中确定例如能接收每个相邻基站的系统数据的时间窗。随后，有益地使用公式(1)确定移动站与基站的帧定时差，并且在此实施例中，能读其中由相邻表上的每个基站发送BSIC的时间窗。然后，一般在移动站中计算哪个IDLE帧是与每个基站发送的BSIC一致的IDLE帧。根据这些数据，移动站在步骤303中读基站的BSIC和/或可能的其他系统数据。
图4表示相对IDLE帧用于定义读识别数据(尤其是新基站的BSIC)的时刻的过程。假定：此移动站已进入新服务基站的区域并且此基站已发送新的相邻表和帧定时差表给此移动站。在此示例中，帧定时差表具有4个新基站401、402、403、404。根据帧定时差表，此移动站计算它自己的TCH多帧400的定时差，选择作为基准，并计算新的相邻基站401、402、403、404的TCH/CCCH多帧的定时差。假设这些帧定时差的值如下：
Δt1＝-19.9ms
Δ2＝+96.3ms
Δt3＝-74.5ms
Δt4＝+27.1ms
上表中的负值表示从所述基站403接收的TCH/CCCH多帧比用作基准的TCH多帧400更早地开始。因为TDMA帧的持续时间为4.615ms，所以我们得到IDLE帧的实际使用的下表：基站IDLE帧的数量 FC BSIC 401 3 5 402 2 4 403 8 10 404(3)→14 (5)→16
IDLE帧的数量表示从第一次必须使用以便实现与(校正频率脉冲串FC或)BSIC对准的t＝0的时刻开始计算的IDLE帧的数量。
基站401与402的第一FC脉冲串和BSIC恰好与同一IDLE帧一致，并因此将计算它们中之一(在这种情况下，基站404)的下一个正确的IDLE帧。在根据此表使用IDLE帧时，不丢失IDLE帧容量；其余的IDLE帧可用于旧基站的ISIC检查。需要强调的是：在根据本发明的BSIC解码中，通常完全不需要接收FCCH(即，FC)脉冲串。
在移动站处于空闲状态中时，也能采用根据本发明的第一方法。图5中的示意图表示这样的移动站的操作。服务基站(也)利用周围基站501的帧结构生成帧定时差的总表。此帧定时差表一般包含目前所知道的所有相邻基站的定时差数据。在广播控制信道BCCH或公共控制信道CCCH上发送此宽的帧定时差表，以便区域502中的所有移动站能读此表。空闲状态中的移动站读此表并计算能从不同的基站503中读系统数据的时刻。此移动站则不必单独地对于每个基站读连续的帧并等待FCCH信道出现。结果是：减少能量消耗。
图6表示根据本发明的第一移动站。此图以方框图的形式表示涉及根据本发明的帧定时差表的接收和处理的GSM移动站600单元。由基站发送的射频信号利用RF接收机601接收，在RF接收机601中进行A/D变换。将数字信号送到解调器，以便进行去交织，并且语音信息等在耳机(未在图6中示出)中变换为声音。这些功能由处理来自基站的移动站控制信息的控制单元602控制。本发明所引起的变化涉及控制单元602。根据本发明，此控制单元包括用于识别、读与存储来自此基站的相邻基站的帧定时差表的装置603和用于根据这些帧定时差确定相邻基站的系统数据的接收时间(即，时间窗)的装置604。装置602与603有益地是控制单元602中的软件单元。由此产生的接收时间信息在移动站中用于接收和读相邻基站的系统数据。
用于识别时分蜂窝网络的基站的根据本发明的第二方法应用于采用广播控制信道BCCH的间歇传输或BCCH载波的间歇传输的蜂窝网络中。
图7中的流程图700表示有关服务基站功能的根据本发明的第二方法。形成此基站的相邻表，步骤701。此相邻表包含所述基站地理上相邻的基站的发射频率和其他这样的数据。另外，确定相邻基站的广播控制信道BCCH时隙，步骤702，即确定在哪些时隙中完成每个相邻基站的发射。在移动站从一个小区区域移动到服务小区的区域时，步骤703，以公知的方法进行检测并将服务基站的相邻表上的基站的BCCH时隙数据发送给移动站，步骤704。此相邻表包括上述的例如6个基站。
上述方法可利用方框705中所示的功能来补充。确定相邻表上基站的帧定时差RTD，步骤706，并且这些帧定时差RTD用于生成相邻基站帧定时差文件或表，步骤707。在移动站从指定的小区区域移动到服务小区或基站的区域时，步骤703，服务基站的帧定时差表也发送给此移动站，步骤708。此帧定时差表如上面结合第一方法所描述的进行处理。
图8中的流程图表示有关移动站功能的根据本发明的第二方法。此移动站利用它自己的RF接收机和合适的处理单元在步骤801从服务基站中接收相邻表上的基站的广播控制信道的时隙数据。根据这些数据，此移动站在步骤802在其控制单元中确定例如能接收每个相邻基站的系统数据的时间窗。根据这些数据，此移动站在步骤803读这些基站的BSIC和/或可能的其他系统数据。
此移动站的功能能利用图8中虚线所示的操作来补充。在附加步骤804中，此移动站利用其RF接收机和合适的处理单元从服务基站接收帧定时差表。根据这些帧定时差数据和广播控制信道时隙数据，此移动站在步骤802在其控制单元中确定例如能接收每个相邻基站的系统数据的时间窗。根据这些数据，此移动站在步骤803读这些基站的BSIC和/或可能的其他数据。在优选实施例中，这些系统数据也包括相邻基站的场强测量。
图9以方框图的形式表示根据本发明涉及由相邻基站使用的BCCH时隙数据的接收与处理的根据本发明的第二移动站900的单元。基站发送的射频信号利用RF接收机901接收，在RF接收机901中进行A/D变换。将数字信号送到解调器，以便进行去交织，并且语音信息等在耳机(未在图9中示出)中变换为声音。这些功能由处理来自此基站的移动站控制信息的控制单元902控制。本发明所引起的变化涉及控制单元902。根据本发明，此控制单元包括用于识别、读与存储来自此基站的相邻基站的BCCH时隙数据的装置903和用于根据所述BCCH时隙数据确定相邻基站的系统数据的接收时间(即，时间窗)的装置904。装置902与903有益地是控制单元902中的软件单元。由此产生的接收时间信息在移动站中用于以原则上与采用上述第一方法的移动站中相同的方法接收和读相邻基站的系统数据。
图9以虚线表示移动站900的附加单元。这些附加单元能用于利用图8中虚线所示的附加功能来补充移动站900的功能。控制单元902则包括用于识别、读和存储来自此基站的相邻基站帧定时差表的装置905和用于根据帧定时差与BCCH时隙数据确定相邻基站的系统数据的接收时间的装置904。
上面根据本发明的方法和移动站主要结合一个最佳实施例进行描述，但显然本发明在下面提出的权利要求范围内能以许多不同的方式进行修改。