实施大码分多址服务小 区尺寸的系统和方法 本发明涉及用来实施大CDMA小区尺寸的系统和方法，特别涉及在由于限制搜索能力的搜索窗尺寸的原因而只能在一个固定地最大尺寸的小区内建立无线链路的系统中的应用。
现行CDMA(码分多址)通信系统设计得容纳约62.5公里半径的最大小区。对于某些应用，诸如在大服务区域和沿海服务区域，能提供一个较大的小区尺寸并在这种较大的小区内建立移动站和基站间的业务信道具有优越性。
为了在大的小区或任何为此目的的小区中建立对话，移动站首先必须“捕获”一个基站。现有的基站捕获法仍可用于大小区中。移动站通过寻找一个由每个基站发送的身份码诸如IS-95PN(伪随机码)短码(同相码和正交码)搜索在CDMA通信系统内的基站，不同的基站的不同扇区发送具有不同时移的称之为PN偏移的同一短码，由此提供一个唯一的基站扇区标识符。在找到一个发送的PN码之后，移动站可识别标识特定的PN偏移的SYNC信道。在移动站开机后即根据其与之联络的第一基站的PN偏移获取它们的时间基准。时间基准因基站和移动站之间的射频传播而延迟。移动站在另一个信道(例如寻呼信道)读取其为知道如何捕捉该系统所必需的信息。这将包括如何进行注册，系统参数，呼叫处理信息，以及邻站表等等。在移动站获取了其时间基准和从寻呼信道读取了必需的信息之后，移动站向与移动站的时间基准一致的基站发出一个信道接入消息。基站将在经过代表PN码从基站到移动站的传播时间与移动站的信道接入消息从移动站返回基站的传播时间之和的往返延迟之后接收到信道接入消息。
在当前的基站中，配置了CSMs(小区站点调制解调器)来与移动站互动。这些CSMs搜寻由在固定接入搜索窗窗口内的由移动站发出的信道接入消息。窗口尺寸通常可互换地以切普持续时间单位表示(切普是CDMA扩频码单位)或以往返距离表示。对CDMA，一切普约为0.8微秒持续时间，而“切普”距离约为244米。在有些现行系统中，接入搜索窗口是125公里(512切普)，这意味着，基站将只获得到从62.5公里半径(或125往返距离)范围内的移动站发出的信号。由普遍使用的高通(Qualcom)生产的芯片有这种限制，而实际上，每种芯片都有一些此类物理限制。由于物理限制的问题，要求限制接入窗口尺寸。
为了有利于互相可操作，要可在具有大半径小区环境中使用现行移动站，特别在可采用现行小区场点调制解调器的环境中。
本发明的目的是为了消除和减轻上述一个或多个缺点。
本发明的实施例提供了一个用于给一个小区区域提供CDMA接入和业务信道建立的方法和装置。
总的方面，配置多个小区场点调制解调器来寻找在以各小区为中心的、集体覆盖了小区区域的圆形或环形区域内产生的接入试呼，。
小区区域可例如有总的半径为R，每个小区场点调制解调器可在各个距离范围内进行搜索。最好，配置成由第一小区场点调制解调器搜索半径W的园，配置相继的小区场点调制解调器搜索直径依次增加的各个环形区域。最好，环形区域基本上无重叠，且除了最外边那个环以外，都具有宽度为W，最外边那个环的宽度要求一定能完全覆盖小区区域就行。最好，每个小区场点调制解调器具有一个本地时钟和在第一小区场点调制解调器内的本地时钟是与标准网络时间相同步的，而每个相继小区场点调制解调器的本地时钟被一个相对于标准网络时间的延迟所偏移，使小区场点调制解调器在其各自的环形区域内进行搜索。
每个小区场点调制解调器可配置成去搜索以一个等长码特征码编码的接入试呼。另外，某些小区场点调制解调器可配置成去搜索以各不相同的长码特征码编码的接入试呼。
一个小区场点调制解调器最好也可用作为业务小区场点调制解调器并以接入试呼处为中心的业务捕获搜索窗进行工作。此外，可提供多个业务小区场点调制解调器，每个有一个在小区内的专门的圆形或环形覆盖区。业务小区场点调制解调器也最好有一个本地时钟，该时钟可与标准网络时间同步，或与相应的一个延迟同步，以使其在相应的小区内进行搜索。
另一方面，本发明提供了一种给一个小区区域提供业务的CDMA(码分多址)的设备。此设备具有至少一个可搜索在以小区区域中心为中心的各个配置的圆形或环形区域内产生的业务。此外，有业务小区场点调制解调器覆盖的区域可以是固定的并可预定得使它们可永久地集体来覆盖该小区区域。
可通过调节对其本地时钟的延迟来控制业务小区场点调制解调器的搜索窗，就像对接入小区场点调制解调器的情形那样。
本发明的另一个实施例提供了一种用来在圆形和环形业务覆盖区域之间进行切换的方法和系统。这种方法包括：在一个小区场点调制解调器中建立一个初始业务捕获搜索窗，使得移动站的能量基本上位于搜索窗的中心位置监视在初始业务捕获搜索窗内的移动站的能量的位置，和当移动站能量变得接近于业务捕获搜索窗的边缘时，定位搜索窗同步小区场点调制解调器，这样移动站的能量再基本上落于业务捕获搜索窗范围的中心处，由此来进行径向切换。
最好通过监视在小区场点调制解调器和移动站之间双程延迟来监视初始业务捕获搜索窗内的移动站的位置。
为通过定位业务捕获搜索窗来再同步小区场点调制解调器使得移动站的能量基本上落在业务搜索窗范围中心处，最好通过同步具有选择得可适当再定位搜索窗的定时偏移的小区场点调制解调器进行。
最好，当移动站的双程延迟表明移动站的能量是在离开业务捕获搜索窗的边缘一个预定的距离内时触发此种径向切换。
本发明的另一个实施例提供了一个给一个大的服务小区提供业务覆盖的方法，给每个业务环指定大小区的永久业务环和专用的业务信道CSMs。当移动站从一个环移动到另一个环时，进行在各自的小区场点调制解调器之间的切换。提供了适合实行这样一种方法的基站，包括多个小区场点调制解调器，至少一个小区调制解调器专用于提供对在大小区内规定的每个永久业务环的覆盖，包括一个一个双程延迟跟踪器，用来跟踪在基站和移动终端之间的双程延迟并确定何时移动终端移动到以前的业务以外而进入到一个新业务环，和包括一个径向切换控制器，用来将移动终端从其以前的环的小区场点调制解调器切换到其新业务环中的一个。
现参阅附图来描述本发明的最佳实施例：
图1是作为例子的配置方案；
图2是在小区内的移动站的接入试呼的定时图，小区内包含基站和有一个图1配置方案的大半径区域；
图3是一个作为例子的根据本发明的实施例的小区场点调制解调器的组成；
图4是一个图3的小区场点调制解调器使用的接入环的表示；
图5是说明业务小区场点调制解调器建立和径向切换的图4的一部分的详图；
图6是另一个例子的本发明的另一个实施例的小区调制解调器的组成另一个。
本发明的实施例所要克服的问题将在图5所述的特定的配置方案的内容中给予描述。图中有一个基站10，向小区区域11提供服务，基站10的小区尺寸传统使用的要大得多，例如半径R＝200公里。基站10与控制节点相连，例如与网络17相连的基站控制器16相连。也示出了一个在基站10的小区11内的位置上的与基站10距离D＝100公里的移动站。也可有其自己小区的其他基站(未示出)。
在CDMA中，每个基站用类似的PN码发送，只是不同的基站发送的PN码偏移一个不同的数值。
该PN码是一个确定性“短码”，每26.6ms重复一次，长度为32768切普。对IS-95，切普率为1.2288MHz，每切普的持续时间约为0.8微秒而“切普距离”约为244米，这是切普持续时间光的行程。已经定义了512个不同的PN码移位或码偏移，每个PN码偏移相对于前面的偏移64切普。零PN偏移的PN码由无任何偏移的PN码组成。更一般地说，K偏移PN的PN码此后称之为“PN-K”，其中，K＝0-511，表示偏移了64XK切普的PN码。每个基站(每个扇区，如果分成扇区的话，)相对于时间基准发送上述偏移的PN码中的一个，该时间基准对所有基站是一致的，被称之为UTC(协调世界时)。该时间基站是由每个基站从例如一个全球定位系统获得的。由给定基站发送的PN码的偏移可用于标识特定基站。每个基站发送一个与PN码相一致的用以标识PN偏移的同步信道。
对图1的例子，假设基站10用PN-0发送，移动站15在经过100公里的单程延迟之后捕获到基站发送的PN码，MS15然后建立其相对于此，即UTC+100Km/c，的时间基准，其中C为光速。
图2中示出了该例子的定时图，下面参阅图1进行解释。在定时图中，水平轴19标以“UTC时间”，表示被所有基站，包括基站10使用的从某个特定的UTC零时间基准T0测量的公共标准时间基准。所有包括基站10的基站有同一零时间基准T0。移动站15经半双程延迟即100公里之后在时间T1捕获基站10。它然后发送一个接入信道消息，基站10经另一个相对于移动站时间基准的半双程延迟之后在T2接收到该消息。基站从其零时间基准T0起放置以20表示的搜索窗。搜索窗有一个限制的宽度，此例子中假设为125Km/C。这意味着，它寻找延迟多达125Km/C收到的接入信道消息，和不会发现延迟200Km/c的在T2时到达的消息。本发明提供了对此问题的解决方案，使基站10可收到此接入信道消息并给移动站15建立一个业务信道。
图3示出了一个用来实施本发明的第一实施例的基站的例子，其中12个CSMs的两个链22，24(例如各做成单独的ASIC，图中只示出了每链6个)被串联并送到求和框26中相加。CSMs被分成为杂项开销CSMs(引导，同步，寻呼和接入)和业务CSMs。本发明仅仅处理接入CSMs和业务CSMs。接入CSMs被保留来处理来自移动站的接入试呼，而业务CSMs被留作为移动站的业务信道。在示出的例子中，假设4个CSMs 30，32，34，36为接入CSMs而剩下的CSMs为业务CSMs，以38标识。每个CSM 30，32，34，36，38有其自己的与根据偶二次次信号(even second signal)40同步的内部时钟。在示出的实施例中，CSMs 30，32，34，36，38从标有CSM-ES的公共偶二次信号40中导出其时间，CSM-ES是从标有GPS-ES的基于GPS时钟(即UTC时间)偶二次(even second)信号中导出的。提供一个可变延迟框44，可产生具有相对于GPS-ES 42的可变延迟CSM-ES40。下面要详细描述此延迟的目的。可变延迟框44和求和框26例如可用微处理器实现。
移动站15用一个或一个以上的“公共长码掩码”接入系统。本例子中，假设只有一个这样的称之为“IC”的公共长码掩码，长码掩码的号码可以在寻呼信道信息中被识别，该信息在移动站15发送其接入信道消息前接入。
预约业务信道，一旦建立即被被不同的长码掩码分开。如果在时间和空间上接入试呼重叠，则会发生冲突。
如上所述，由于在接入CSMs 30，32，34，36中的搜索窗的尺寸的限制，传统系统在其从远端移动站到达之前太快地搜索公共长码掩码。根据本发明的实施例，提供了对此问题的解决方案，它无需改变移动站15。
不是每个CSM进行相对于公共UTC时间为基础的CSM-ES搜索，这要求62.5公里到达搜索窗，而是将一个大小区半径(本例子中为200公里)的搜索责任在各个的CMSs中分担，每个指定分配相应的一个搜索窗，集体完成200公里的大小区半径的搜索。
现将描述划分200公里小区的特定例子。稍后讲述本例子中特定搜索窗参数的基本理由。于是，对我们的例子，参阅图3，指定一个第一接入CSM 30来从0-93.8km(代表0-46.9Kmd单程距离)搜索一个LC版本，指定一个第二接入CSM 32来从93.8-187.5km(代表46.9-93.8Km的单程距离)搜索一个LC版本，指定一个第三接入CSM 34来从187.5-281.2km(代表93.8-140.6Km的单程距离)搜索一个LC版本，和指定一个第三接入CSM 36来从281.2-400km(代表140.6-200Km的单程距离)搜索一个LC版本。图示出了如何以这样方式将一个200公里范围的小区划分成一些环。第一接入CSM30执行在环1 50的搜索，第一接入CSM30执行在环1 50的搜索，第二接入CSM32执行在环2 52的搜索，第三接入CSM34执行在环3 54的搜索，而第四接入CSM36执行在环4 56的搜索。
在一个最佳实施例中，这可通过简单地向每个有关的CSMs发送有关不同的时间基准而无需修改接入CSMs 30，32，34，36来实现。通过向第一接入CSM 30发送无延迟的规则的时间基准，将其搜索窗置于中心搜索在半径46.9km的圆内移动站。通过向第二接入CSM32发送一个延迟了6×64切普＝312.5微秒的时间基准将其搜索窗置于中心来搜索在46.9-93.8km的环形区域内的移动站。通过通过向第三接入CSM34发送一个延迟了12×64切普＝625微秒的时间基准，将其搜索窗置于中心来搜索在93.8-140.6Kmd环形区域内的移动站。最后，通过向第四接入CSM36发送一个延迟了18×64切普＝937.5微秒的时间基准将其搜索窗置于中心来搜索在140.6-200km环形区域内的移动站。第四接入CSM需分配一个较大的搜索窗宽度，以便可从140.6km到200km范围内进行搜索。
最好，定时偏移是以PN号为间隔单位即64切普单位或15.6Km的双程延迟，等效于7.8125km的小区半径。
下面的规则已经被用于定义上述环的尺寸和接入搜索宽度，但也可采用其他的规则：
k＝环号；
m＝切普单位/8的小区直径；
x＝舍入的最近整数(m/(512K))＝64切普单位的环间偏移差。
N＝K号环的第i次定时偏移，其中i＝0至(K-1)，64切普单位；
AASW＝接入捕获搜索宽度，第一个K-1号环是512x-1切普单位/8；和
最后一个环的AASW是m-152(k-1)X切普/8单位。
对我们的例子，k＝4＝环号，基于200公里所小区的m＝13104切普的小区尺寸，x＝四舍五入〔13104/(512*4)〕＝6，n值，AASW，和得到的搜索范围摘录于下表中：环号 n AASW径向搜索范围1 0 3071 0-46.9km2 6 3071 46.9-93.8km3 12 3071 93.8-140.6km4 18 3888 140.6-200km
像在某些设计中和像在图3的例子的情形时，一个缺省存在：同一偶二次信号(even second signal)CSM-ES分布到所有的CSMs，为了将不同的偶二次信号分布到不同的CSMs，不同的偶二次信号可以被分布到所有的CSMs，除了其中一个CSMs外其他所有的被指示与新的偶二次信号再同步。根据系统的设计，其余的CSMs可能会产生应该被屏蔽的警报。通过用这种方式来指定CSMs，总有一个CSMs将可发现在基站小区内的任何地方可发现移动站。
更一般的说，为了解决在大小区内搜索接入试呼，可配置多个小区场点调制解调器来寻找在各个基站小区中心为中心的圆形或环形区域内的接入试呼，这些区域集体覆盖了整个小区区域。
例如，如果小区的半径为R，每个小区场点调制解调器具有一个能搜索W距离范围内的搜索窗，则可将第一所述小区场点调制解调器配置得去搜索半径W的圆形区域，而以下各个小区场点调制解调器被配置成来搜索各自的其直径依次增加的环形区域。最好，环形区域基本上互不重叠，并且除了最外环形区域以外，厚度为W，最外一个的厚度总是要求完成整个覆盖小区。
业务信道修正
参看图3，(对图5也有类似描述)一旦接入CSMs 30，32，34，36之一识别到一个接入消息，即给移动站15指定业务CSM 38来处理业务信道。为了使业务CSM38以对UTC的正确的时间偏移搜索业务，它可能需要经过一个偏移的偶二次时间基准，如下面要讨论的那样。为了提高效率，业务CSM 38通常有两个搜索窗，一个业务捕捉搜索窗和一个比捕捉搜索窗小得多的业务解调搜索窗。
可变延迟框44根据哪个CSM30，32，34，36从移动站15收到接入试呼给业务CSM 38一个可变延迟型CSM-ES。更具体地说，加给业务CSM38的可变延迟是对始发试呼的总的双程延迟，它等于加到特定接入CSMs30，32，34，36的时间基准的延迟加上根据特定接入CSM相关的基站10和移动站15之间的双程延迟，这可用传统的手段，诸如使用指偏数据(finger offset data)法计算。例如，如果专用于图4的环2 52的接入CSM32从移动站15接收到一个始发试呼，则在计算了由接入CSM接收的信号的双程延之后，延迟框44将93.8km/c加到双程延迟以产生一个组合的双程延迟值。组合双程延迟值用来产生一个初始化业务CSM38的CSM-ES信号。用这种方式，业务CSM保证使移动站处于其业务搜索窗的中心。
现参阅图5来更详细地描述该例子。图5是图4的接入环的详细表示，这里示出了两个接入环1 50和环2 52。基站10在环的中心，移动站15在环2内移动。环1 50的接入CSM搜索窗以70标识，而环2 52的接入CSM搜索窗以72标识，如上述例子一样，每个搜索窗的宽度为384切普。应该注意到，业务环并不要求与接入环一样的大小，对本例子，我们假设业务环为512切普宽。
图5示出了应该在距离基站10224切普(双程距离＝448切普)处始发一个呼叫。环2 52的接入CSM(图3的32)捕获该接入信道试呼并根据其内捕获接入试呼的环的关系计算出双程延迟为64切普。下面的步骤用来执行建立业务CSM38。
计算对移动始发的双程延迟，即，64+384×(n-1)切普，其中n为移动站接入的环号；
根据以下计算要加到业务CSM定时的偶二次偏移(even secondoffset)：
本例的业务CSM偶二次偏移＝双程延迟-512/2＝192切普，图5中以74标识。最好，将偏移四舍五入，例如以64切普的间隔舍入；
用该偶二次偏移(假设不为零)来初始化分配该业务信道的接入CSM38，即建立一个在192切普的偶二次延迟之后开始并有512切普范围的业务捕获搜索窗。业务捕获搜索窗定义业务CSM的业务环77。业务环通常不同于接入环，环1 50和环2 52(以及其他的接入环)如接入环那样并不固定，而是取决于移动站接入系统时的移动站15的位置；
业务CSM38将其解调搜索窗78(比业务捕获窗76小得多，例如30切普宽)将其中心置于双程延迟处；
业务CSM38用其业务解调搜索窗78跟踪移动站15。
业务CSM38跟踪移动站直到移动站到达业务环77的边界，在此边界处移动站准备进入另一个业务环或被切换到另一个基站。在图5中，业务解调窗78’代表了移动站15已经移动到靠近其业务环77的内缘时解调搜索窗的位置。要注意的是，在提交于1999年4月16的题为“Method and Apparatus for Performing Soft Handoff BetweenCells of Large Differing Radii”共同未决美国申请NO.09/292662中已经介绍了在具有大不同半径的不同基站小区之间径向业务切换的几个方案，该申请的一些发明人与本申请相同，本申请将该申请全部收作参考。可变延迟框44具有与移动站15的最新的双程延迟信息，并且知道移动站15接近进入到哪个环，即哪个环接近基站10或哪个环远离基站10。可变延迟框44编程CSM-ES的偏移来定义中心在移动站15的当前位置的新业务捕获窗并发送一个再同步偶二次命令给业务CSM38，送出一个相应的附加的定时提前或定时偏移。假设移动站15正在接近基站10的新业务捕获窗用76’标识且此时扩展到基站10。业务CSM38搜索器38现在跟踪在由新业务捕获搜索窗76’定义的新业务环中移动站，并在其中心建立业务解调搜索窗78”。在呼出期间的再同步这里定义为径向切换，下面还将进一步进行解释。
业务环的位置在同一小区始发时取决于移动站15与基站10的双程延迟，在切换建立时取决于在目标基站的移动站15的到达的目标时间。基站通常有一个固有的双程延迟跟踪功能。在同一小区始发的情形下，在成功接收到接入信道消息和指定业务CSM38处理业务信道之后，确定对移动站15的双程延迟。选择加到业务CSM的偶二次信号的可变延迟使移动站的能量落在业务CSM的搜索窗的中心。
如上所述，当移动站15驶向或驶离基站10时，移动站的能量接近其业务环的内/外边缘。此时，例如由径向切换控制器(例如可简单地在处理器上运行软件实现)作出决定去将同一业务CSM38同步到一个新偶二次偏移(即信道业务环)，将搜索窗的位置置于使移动站的能量再落在可提供给业务搜索窗的范围的中心。图5示出了移动站15驶向基站10的情形。
最好，当移动站的双程延迟是在一个预定量的业务搜索窗的边缘内时触发径向切换。例如，当业务解调搜索窗在其512切普捕获窗内小于2切普或大于462切普时触发径向切换。这一触发选择得可提供在触发与搜索范围的边缘之间有足够的时间来完成该切换。为此1切普是一个不错的值，这相当于0.122Km或∽4.4秒，速度为100公里/小时。此外，选择触发使移动站一定不会太靠近搜索窗的边缘，这样明显的多径效应可落在搜索器的范围以外。
最好，当径向切换发生时，业务搜索范围移动+/-4PN。例如，在图5的例子，加到业务CSM的ES偏移从192切普(3PN)变到0切普(0切普)，如图5所述。
在第三实施例中，接入CSM以如上述的实施例的任何一个方式处理，但业务信道CSM的处理是不同的。给永久业务环指定专用的业务信道CSMs，该环例如与接入环一样。在这种情况下，当移动站从一个环移动到另一个时，要求在不同CSMs之间的切换。上述例子没有讨论扇区化的情形，当应该认识到，本发明同样可适用于扇区化的基站小区。通常说来，从小区是一些完整的圆或环，或者是一些圆或环的一些扇区的意义上说，不同的接入或业务区域可以是完整的。
在有可个以上的不同的公共长码掩码的情况时，则在每个接入环中需要至少如不同公共长码掩码数一样多的CSMs数。具有不同长码的多CSMs可用于相同时基延迟。
在另一个实施例中，将一个不同的相应公共长码掩码(相应于不同接入信道)和因此不同的长码指定给每个接入环。这时，至少需要如不同的公共长码掩码一样大的CSMs数。例如，如图6所述，有四个不同的长码LC1，LC2，LC3，和LC4和一个相应的CSM30，32，34，36被指定去搜索小区内的每个相应圆行或环形区域。
可以根据本发明的上述教导对本发明可作许多修改和变化。应该认识到，本发明的范围由所附的权利要求限定而不是受这里的具体描述的限制。