用于无线通信系统的有效选择和捕获的方法和装置 发明背景
相关申请
本申请要求于2002年1月16日提交的美国临时专利申请号60,349,880的优先权。
【发明领域】
本发明一般涉及无线通信，尤其涉及用于有效地捕获优选无线通信系统的方法和装置。
相关技术描述
移动设备通常能接入在其地理区域中的不止一个无线通信系统。对移动设备可用的无线服务的质量会根据每个系统所使用的设备、移动设备的特性、移动设备和本地基站间的距离、诸如建筑和山坡这样的物理障碍、以及每个系统上通信话务的容量，从而对于每个系统都是不同的。无线通信系统还可以支持不同的多址无线通信协议，比如码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、高级移动电话服务(AMPS)、全球移动电话系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)或高数据速率(HDR)技术(例如1xEV技术)。此外，记在移动设备用户帐上的费用会随着时刻、与无线通信系统的连接持续时间、以及移动设备是否被列出作为无线通信系统的订户而变化。
为了支持可用无线通信系统地选择，常规的移动设备把描述已知系统的数据保存在优选的漫游列表(PRL)中。PRL一般包括一系统表，该系统表存储每个已知无线通信系统的系统标识符(SID)和网络标识符(NID)，还包括一捕获表，该捕获表保存已知无线通信系统的频带、频率和模式等捕获参数。在系统表内，无线通信系统可以通过地理区域成组，并且在每个区域中从最理想到最不理想地排列。特定地理区域中最理想的系统一般是一订户系统，但也可以是向移动设备提供低成本和高服务质量的有利组合的漫游系统。漫游系统通常以远高于预订服务的费用向非订户移动设备提供无线服务，并且在以下时间是理想的：当移动设备进入在移动设备预订服务的覆盖区域外的地理区域时、当预订服务被锁定或不可用时、或者当预订服务仅在不可接受的质量水平下可用时。
在移动设备的开启顺序期间，尝试捕获并注册在其当前地理区域中对移动设备可用的最理想的无线通信系统。一种方法中，移动设备标识其当前地理区域，然后按步经过系统表中的项目，从所标识地理区域中最理想的系统到所标识地理区域中最不理想的系统，直到系统捕获和注册尝试成功为止。移动设备还会尝试在操作期间捕获并注册一新的无线通信系统。例如，移动设备和当前无线通信系统间的连接会丢失，要求由移动设备捕获新系统。此外，当移动设备的位置及其周围环境改变时，对移动设备可用的无线通信系统也会改变。为了向移动设备的用户提供高质量和低成本的最佳组合，许多移动设备周期性地尝试捕获并注册一个比移动设备当前使用的无线通信系统更为理想的无线通信系统。移动设备一般在系统表中搜索在其地理区域中比移动设备当前使用的系统更为理想的无线通信系统。如果在系统表中找到更为理想的系统，移动设备就会从当前通信信道移开，并尝试捕获并注册更为理想的系统之一。
系统捕获序列，比如上述的系统捕获序列，通常包括为了捕获信号并向相应的无线通信系统注册的一系列失败的尝试，随后是单个成功的系统捕获和注册。这些失败的注册/捕获尝试是普通的、耗时的并且由多种因素造成。例如，如果导频信号被物理障碍物锁定或削弱，或如果移动设备在基站的覆盖区域外，那么移动站就不能检测从系统基站发出的导频信号。如果移动设备和系统使用不兼容的协议版本和硬件，或如果系统拒绝移动设备的注册尝试，那么向系统的注册就会失败。
考虑到上述问题，本领域中需要一种用于有效地捕获和注册无线通信系统的方法和装置。
发明概述
本发明是一种用于有效地选择和捕获无线通信系统的方法和装置。在一优选实施例中，移动站包括处理电路以及保存优选漫游列表和系统优先级数据的存储器。处理电路适用于从优选漫游列表中选择多个无线通信系统用于系统捕获尝试。所选的系统使用系统优先级数据来重排优先级，以产生更有效的系统捕获顺序。
处理电路包括用于控制移动站操作的控制处理器、信号处理器、搜索器和系统判决单元。存储器保存优选漫游列表(PRL)，该列表包括移动站在尝试捕获并注册一系统期间所使用的已知无线通信系统列表。PRL最好包括一系统表，该系统表保存系统标识符和相应的理想性和地理信息的列表，还包括一捕获表，该捕获表保存对于捕获系统表中所列的无线通信系统所必要的捕获参数列表。在一优选实施例中，PRL由一外部源维持，比如移动站的无线服务提供商。
优先级数据被保存作为非易失存储器中的一表，并且提供移动站的系统捕获/注册尝试的统计历史。优先级数据中的每一项都对应于单个系统捕获/注册尝试，并且包括一个或多个无线通信系统的标识符，比如SID/NID对、或者模式和频率组合。优先级数据还包括捕获/注册尝试的数据和时间、以及对应于一个或多个通信事件的数据，比如系统是否被捕获的标识符、接收信号的功率度量、是否许可接入系统的标识符、以及系统是否丢失的标识符。
处理电路分析优先级数据来形成有关所标识无线通信系统上的将来系统捕获/注册尝试是否会成功的预测。在一优选实施例中，优先级概要数据被维持在一分开的表格中，该表可包括系统捕获失败率、系统接入成功率、系统接入失败率、系统丢失率以及优先级度量的字段。优先级数据最好由系统判决单元维持。在系统捕获/注册过程开始后，向优先级数据添加一项，并且保存与当前选择的无线通信系统相对应的系统标识符。根据所检测的通信事件来更新该项，所述通信事件可包括捕获尝试、捕获失败或成功、功率度量或系统损失。
在一优选的系统捕获顺序中，按照预定的系统捕获程序从所保存的系统列表中选择一组无线通信系统。接着，使用每个系统的相应理想性信息和优先级标准来重排所选无线通信系统组的优先级。在一实施例中，多个所选的系统具有相同的理想性水平，并且使用系统优先级数据来排列每一理想性水平处的系统，从最可能被捕获的系统到最不可能被捕获的系统。在第一替代实施例中，使用所选的优先级标准来排列整组所选的系统。例如，可以用优先级度量来排列系统，所述优先级度量把理想性信息和优先级数据组合在单个得分中。在第二替代实施例中，每个所选系统的理想性信息可以根据优先级标准被上调或下调。然后根据经调节的理想性信息来排列所选的系统。在第三替代实施例中，从无线通信系统组中删除基于相应的优先级标准不可能可用的系统。
在重新排列所选系统的优先级后，移动站尝试捕获并注册无线通信系统。首先从无线通信系统组中选择具有最高优先级水平的系统，并且尝试捕获并注册所选的系统。如果捕获/注册尝试成功，则选定的系统为无线通信使用进行无线通信。如果捕获/注册尝试不成功，则从组中选择具有下一最高优先级的无线通信系统，然后尝试另一系统捕获/注册。
通过考虑下列优选实施例的详细描述，本领域的技术人员能更完整地理解“用于无线通信系统的有效选择和捕获的方法和装置”、以及该申请的其它优点和目标的实现。将参照附图进行说明，下面先简要介绍一下附图。
附图简述
通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的元件具有相同的标识，其中：
图1说明了本发明的优选实施例；
图2是按照本发明一优选实施例的移动站；
图3a是按照本发明一优选实施例的系统表；
图3b是按照本发明一优选实施例的捕获表；
图4是用于保存优先级数据的优选数据结构；
图5是用于保存优先级概要数据的优选数据结构；
图6是说明用于维持优先级数据的优选程序的流程图；以及
图7是说明优选的系统选择和捕获程序的流程图。
优选实施例的详细描述
现在将参照图1来描述本发明的一优选实施例。移动站2在由至少一个基站6所服务的地理区域4中操作。每个基站6连到一网络8，网络8是支持至少一个多址无线通信协议的较大无线通信系统的一部分，所述多址无线通信协议比如：码分多址(CDMA)、宽带CDMA(WCDMA)、高级移动电话服务(AMPS)、全球移动电话系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)或高数据速率(HDR)技术(例如1xEV技术)。移动站2可以是任何无线设备，无论静止还是移动，其适用于与至少一个基站6的无线通信，基站6比如蜂窝电话、寻呼机、个人数字助理(PDA)、车辆导航系统或便携式计算机。
移动站2最好包括已知无线通信系统的列表，比如优选漫游列表(PRL)10和系统优先级数据12。PRL 10保存在移动站2的非易失性存储器中，并且包括移动站2在尝试捕获并注册无线通信系统期间所使用的无线通信系统和相应的捕获参数的列表。在一优选实施例中，PRL 10中列出的无线通信系统根据地理区域成组，并且在每个区域中从最理想的排列到最不理想的。如本领域中所知，PRL 10可由移动站的无线服务提供商维持，并且包括一无线通信服务的列表，所述无线通信服务通过其无线服务提供商或者同意向移动站2提供漫游服务的其它无线服务提供商而对于移动站2是可用的。系统优先级数据12由移动站2维持在非易失性存储器中，并且包括无线通信系统和相应的优先级信息的列表。通过使用优先级信息，移动站2确定相应系统上的将来捕获/注册尝试是否会成功、以及如果捕获/注册尝试成功，则系统是否可能可使用。
操作中，移动站2尝试捕获并注册一个向移动站2提供无线服务的可用的无线通信系统。首先，按照预定的系统捕获程序从PRL 10中选择一组无线通信系统。所选该组系统具有移动站2在系统捕获和注册尝试期间可使用的优先级顺序。例如，在一优选实施例中，选择移动站地理区域4中的无线通信系统，并且将其在当前的地理区域4中从最理想的排列到最不理想的系统。接着，使用系统优先级数据12来重新排列该组系统的优先级，以产生更有效的系统捕获顺序。在一实施例中，从该组系统中删除不可能被捕获的系统。在第二实施例中，排列具有相同理想性水平的系统，以便向最可能被捕获的系统赋予较高的优先级。在重新排列该组系统的优先级后，移动站2从具有最高优先级水平的组中选择系统，并尝试捕获并注册所选的系统。该所选的系统最好是由相应的理想性信息所度量的非常理想的系统，并且具有系统优先级数据12所度量的被捕获的高似然性。如果捕获/注册尝试成功，则移动站2为无线通信使用所选的系统。否则，尝试捕获/注册来自组中具有下一最高优先级的系统。
参照图2，现在将描述移动站2的一优选实施例。移动站2包括处理电路80、存储器82、通信收发机84以及天线86。处理电路80最好包括用于控制移动站2的操作的控制处理器90、信号处理器92、搜索器94、系统判决单元96以及时钟98。存储器82最好包括易失性和非易失性随机存取存储器，它们保存一优选的漫游列表，包括系统表100和捕获表102以及优先级数据104。存储器82还可以保存一个或多个查找表，比如最近使用的系统列表106、以及处理电路80要执行的程序指令。
搜索器94适用于标识有效信号，比如收发机84通过天线86接收到的导频信号、同步信道和寻呼信道。CDMA捕获的搜索器硬件的设计和实现在美国专利5109390中描述，该专利题为“DIVERSITY RECEIVER IN A CDMA CELLULAR TELEPHONESYSTEM”，被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。系统判决单元96适用于从系统表100中选择一个或多个无线通信系统，并且从捕获表102中检取相应的捕获参数。系统判决单元96还适用于把捕获参数转发到搜索器94，搜索器94尝试捕获所选系统之一。在一替代实施例中，系统判决单元96适用于确定当前的无线通信系统是否是移动站当前地理区域中最理想的系统，并且当更理想的系统可用时，移动站2开始尝试捕获更为理想的系统。能在多个地理区域中操作的用于执行移动站中的优选系统选择的方法和装置在美国专利6085085中公开，该专利题为“METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING PREFERRED SYSTEM SELECTION”，被转让给本发明的受让人并且通过引用被结合于此。
参照图2和3a，现在将描述系统表100的优选实施例。系统表100包括移动站1在尝试捕获无线通信系统并向其注册期间使用的一无线通信系统列表。如图所示，系统表100中的每个记录都最好包括系统标识符(SID)100a、网络标识符(NID)100b、系统是优选还是非优选的指示(P/N)100c、地理区域的标识符(区域)100d以及到捕获表102中记录的指针(AT指针)100f。系统表100中列出的每个无线通信系统都通过唯一的SID 100a、NID 100b对来标识，并且通过P/N 100c或者被指定为移动站2在漫游期间可使用的优选系统，或者被指定为不应由移动站2在漫游期间使用的非优选系统。在替代的实施例中，系统表100中列出的无线通信系统可以用其它系统标识符来标识，比如因特网协议版本6(IPV6)地址或公共陆线移动网(PLMN)标识符。无线通信系统最好根据地理区域100d成组，并且在每个区域中使用理想性信息100e从最理想的系统到最不理想的系统的顺序被保存在系统表100中。在一优选实施例中，理想性信息100e是标识相应无线通信系统的相对优先级的数字值。
图3b说明了捕获表102的优选实施例。捕获表102包括对于捕获系统表100中列出的无线通信系统所必须的一参数列表。如图所示，捕获表102中的每个记录最好包括模式102a、频带102b和频率102c。系统表100和捕获表102最好被保存在非易失性存储器中，并且由外部源周期性地更新，外部源比如移动站的无线服务提供商，更新可通过经由无线连接的下载或者通过其它数据传输方法来完成。可以理解，在PRL的替代配置中，按照本发明的优选实施例可使用系统表100和捕获表102。
如本领域中所知，系统表100指定了移动站2要在系统捕获/注册尝试期间使用的优选的系统捕获顺序。然而，该系统捕获顺序不是用于捕获并注册无线通信系统的最有效的顺序。在系统表100中提出的系统捕获顺序一般由移动站的无线服务提供商根据一些因素来设定，这些因素与移动站2可使用的每一个列出的系统的似然性无关。例如，可以使用以下标准来确定系统选择顺序：使用系统的成本、系统所提供的通信服务的质量、系统所使用的协议、对唯一特性的支持、以及移动站2是否被列出作为无线通信系统的订户。此外，系统表100包括关于已知系统的不变信息，并且不总是反映环境中的变化，它反映了对于移动站2不可用的特定系统。
为了改进系统捕获/注册过程的效率，移动站2在优先级数据104中维持多个已知系统的统计信息。现在将参照图2和4描述优先级数据104的优选实施例。优先级数据104被保存在移动站2的非易失性存储器中作为一表格，并且提供移动站的系统捕获/注册尝试的最近历史。优先级数据104中的每一项对应于单个系统捕获/注册尝试，并且包括一个或多个无线通信系统的标识符，比如唯一的SID 104a/NID 104b对或者唯一的模式和频率组合。优先级数据104还包括捕获/注册尝试的日期和事件104c以及对应于一个或多个通信事件的数据，比如信号是否被捕获的标识符104d、接收信号的功率度量104e、是否许可接入系统的标识符104f、以及系统是否丢失的标识符104g。可以理解，可以跟踪其它通信事件，比如系统的接收功率或者信噪比Ec/Io，其中Ec是接收信号的强度，Io是相应信道上的总热噪声。如本领域中所知，如果比率Ec/Io相对较大，则很可能捕获相应的CDMA系统。
在第一优选实施例中，优先级数据104具有最大尺寸n并且为移动站2进行的最近n次系统捕获/注册尝试的每一个包括一项。在第二优选实施例中，优先级数据104为每个系统标识符包括固定数目的项目k，并且保存信息，所述信息描述了移动站2为捕获和注册相应系统而进行的最近k次尝试的每一个。在第三优选实施例中，在当前日期和时间以及所保存的日期和时间104c之差度量的特定持续时间后，删除优先级数据104中的项目。
处理电路80分析优先级数据104来预测所标识无线通信系统上的将来系统捕获/注册尝试是否可能成功，以及如果捕获/注册尝试成功，则系统是否可能可使用。例如，通过把成功捕获尝试的总数除以捕获尝试的总数，处理电路80可以使用优先级数据104来计算所标识系统的系统捕获成功率。也可以计算其它优先级标准，比如系统捕获失败率、系统接入成功率、系统接入失败率以及系统丢失率。在一优选的实施例中，移动站2在系统捕获/注册尝试期间使用的优先级标准被维持在优先级数据概要表中。如图5所示，优先级数据概要表106的优选实施例包括一系统标识符，比如SID 106a、NID 106b对或者唯一的模式和频率组合、最近一次成功系统捕获/注册106c的日期和时间、系统106d的捕获成功率、相应信号的最近一次功率度量106e、系统的接入成功率106f、系统丢失率106g和优先级度量106h，所述优先级度量106h把多个其它优先级标准组合为系统会可使用的单个似然性度量。
优先级数据可以以使处理电路80能接入或计算优先级标准的任何形式被保存。在第一替代实施例中，移动站2维持优先级数据概要表106，并且不把描述每个最近的捕获/注册尝试的数据保存在优先级数据表104中。在第二替代实施例中，移动站2维持优先级数据表104并且不保存概要数据。在该实施例中，处理电路80实时地计算优先级标准。此外可以理解，优先级数据表104和优先级概要表106可用于跟踪任何数量的优先级标准。
图6中说明了用于维持优先级数据104和优先级数据概要表106的一优选实施例。优先级数据104最好由系统判决单元96维持，但在替代的实施例中，优先级104可由处理电路80的其它组件所维持。在启动系统捕获/注册过程后，步骤120中，向优先级数据表104添加一项目，并且在步骤122中保存一相应的系统标识符。在步骤124中，检测一通信事件，在步骤126中，把描述通信事件的信息保存在优先级数据104中。还更新优先级数据概要表106以反映所检测事件的出现。可检测的通信事件可以包括捕获尝试、捕获失败或成功、功率度量、系统损失或被记录在优先级数据104中的其它通信事件。在步骤128中，如果系统仍在使用，控制就回到步骤124以检测下一通信事件。如果系统不再被使用(例如系统捕获失败、系统损失等)，则控制返回步骤120以进行下一次系统捕获/注册尝试。
现在将参照图2和图7的流程图来描述移动站2的优选系统捕获程序。系统捕获程序最好由系统判决单元96执行，但在替代的实施例中，系统捕获程序可由处理电路80的其它组件所执行。在步骤200中，按照预定的系统选择程序从所保存的系统列表中选择一组无线通信系统。在一优选实施例中，从PRL 10中选择在移动站的地理区域4中的无线通信系统，并且把相应的系统标识符和理想性信息保存在存储器82中的表中。在替代的实施例中，该表可包括其它数据，比如所选系统的捕获参数和优先级标准。这些系统以预定的系统选择程序所确定的优先级顺序被列出在表中(例如从最理想的系统到最不理想的系统)。尽管说明了使用PRL的系统选择，然而可以理解，按照本发明的优选实施例可使用其它系统选择程序。例如，在替代实施例中，可以从MRU 108或其它所保存的系统列表选择系统组。
在步骤202中，使用系统优先级数据12对所选的无线通信系统组进行优先级重排。在一替代实施例中，多个所选的系统具有由优选漫游列表所确定的相同理想性水平。在每一理想性水平下，使用系统优先级数据12来保存所选的系统，从最可能被捕获的系统到最不可能被捕获的系统。例如，可以使用诸如捕获成功率、接入成功率或优先级度量这样的优先级表中来排列系统。
在第一替代实施例中，使用优先级标准来排列整组所选的系统。例如，预期可定义一优先级度量，该优先级度量把理想性信息和优先级标准两者结合到单个得分中。在第二替代实施例中，每个所选系统的理想性信息可根据优先级标准被上调或下调。例如，具有大于阈值(例如95％)的相应接入成功率的系统的相对理想性可被上调，而具有大于阈值(例如95％)的相应接入失败率的系统的相对理想性可被下调。然后使用经调节的理想性信息来排列所选系统的组。
在第三替代实施例中，从无线通信系统组中删除满足(或未能满足)特定优先级标准的系统。例如，可以在预定的时间量(即回避持续时间)期间避免在其历史中有特定标识的通信失败的系统。在该实施例中，优先级数据最好包括通信失败的标识符以及与所标识的通信失败相关的相应回避持续时间。
在所选的系统组被重排优先级后，移动站2尝试捕获并注册一无线通信系统。在步骤204中，从无线通信系统组中选择具有最高优先级水平的系统。在一优选实施例中，该系统具有相对高的理想性水平(由PRL确定)，并且相对较可能的是捕获/注册尝试会成功、且系统会可使用。在步骤206中尝试捕获并注册所选的系统。步骤208中，如果捕获/注册尝试成功，则移动站2为无线通信使用所选的系统。如果捕获/注册尝试不成功，则在步骤210中从组中选择具有最高优先级的无线通信系统，控制返回步骤206以进行下一次捕获/注册尝试。
这样描述了“用于无线通信系统的有效选择和捕获的方法和装置”的优选实施例后，对于本领域技术人员显而易见的是，已经实现了所述系统内的特定优点。例如，显然优先级数据的使用提高了在系统捕获过程中早期出现成功系统捕获/注册的可能性。还应该理解，可以在本发明的范围和精神内作出各种修改、适用和替代实施例。
本发明的范围由权利要求所定义。