无线通信系统中移动终端选择基站的方法 及实现该方法的移动终端和系统 【技术领域】
本发明涉及无线通信领域，更确切的说，涉及无线通信系统中移动终端选择基站的方法。在一种优选实施方式中，特别涉及在PHS系统(Personal Handset System，个人通信接入系统，小灵通系统)的空中无线接口部分中实现本发明的移动终端选择基站的方法。
背景技术
在无线通信系统中，传统的移动终端选择基站的方法是RSSI方式，即，按基站的信号强度依序选择与之建链的基站。基站的RSSI值是移动终端扫描到的基站下行信号强度，单位为dbuv。具体来说，移动终端将基站按信号强度(即RSSI值)从强到弱排列，并选择信号最强基站发起建链请求。如果因为系统资源不够而遭到基站拒绝，移动终端将选择次强基站发起建链请求，以此类推，直至成功或超时。如果因为干扰而建链不成功，移动终端将采取向同一基站重试，最大重试次数例如可固定设置为3次。例如，在PHS系统中，按照STD-28协议，每个基站享有最多4次的尝试机会，包括第一次尝试在内。
随着无线通信网络规模不断扩大，用户数量的快速增长。在现有的无线通信网络通信系统运营过程中，在高话务量的区域，系统内的干扰和话务不均衡尤显突出。这主要体现在当移动终端向同一基站申请建链时，由于控制信道干扰，移动终端白白浪费大量时间在有较强干扰的基站上(例如，在PHS系统中总共4次，每次1.2秒)，这将导致移动终端接入系统地成功率降低，并且接入系统的接续时间变长。此外，由于移动终端总是优先选择信号最强的基站，因此高话务区域的个别基站成为超高话务基站，而其周围某些基站话务却很低，因此导致话务不均衡。
申请日为1999年1月19日，公开日为1999年9月22日的中国专利申请CN99101336“无线电话单元和无线电话基站切换方法”(日本电气株式会社)，以及申请日为2000年10月22日，公开日为2002年5月22日的中国专利ZL00125747.1“个人手持电话系统基站的无线用户呼叫控制系统及方法”(中兴通讯)，这两个专利文献都涉及了无线通讯系统中的空中接口技术，但都没有涉及优化算法，没有考虑各种不同的无线环境情况下基站的话务均衡、移动终端接入系统的接续时间等问题。
因此，在现有的无线通信技术领域需要一种经优化的可实现基站间话务均衡的无线技术。此外，还希望这种无线技术能够在现有技术的基础上进一步减少无线通信系统移动终端接入系统的时间，以及提高移动终端接入系统的成功率。
【发明内容】
鉴于现有技术中的上述问题，本发明的第一个目的在于提供一种能够实现无线通信系统中各个基站之间话务均衡的解决方案。
本发明的第二个目的在于使上述解决方案能进一步减少移动终端接入无线通信系统时间。
本发明的第三个目的在于使上述解决方案还能够提高移动终端接入无线通信系统的成功率。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种用于在无线通信系统中实现移动终端选择基站的方法，该方法包括步骤：检测和扫描与所述移动终端相关的可用基站；按照一个预定的规则对可用基站排序，以便获得基站建链优先级列表，该移动终端依次选择该基站建链优先级列表中的基站与之尝试建立链接，直到成功接入该无线通信系统。
根据本发明的第二方面，提供一种在无线通信系统中使用的移动终端，该移动终端包括：基站检测单元，用于对与该移动终端有关的基站进行检测以确定该移动终端在建立呼叫时可用的基站；基站排序单元，用于根据预定的规则对可用基站排序，以便获得基站建链优先级列表，该移动终端依次选择该基站建链优先级列表中的基站与之尝试建立链接，直到成功接入该无线通信系统。
根据本发明的第三方面，提供一种无线通信系统，该系统包括：移动终端，与移动终端联系的至少一个基站，与所述基站耦接的局端设备，以及该局端设备接入其中的公用电话网，例如PSTN，其中，使用如上所述的移动终端来选择要与之建链的基站，从而实现呼叫连接。
本发明的上述方法和移动终端设备在一种优选实施方式中被应用在PHS系统中。
【附图说明】
通过结合各附图进行的描述，本发明的目的、特点及其益处将会体现得更清楚。在各附图中：
图1是在本发明的无线通信系统中移动终端选择基站的方法的流程图。
图2是如图1所示的本发明的移动终端选择基站的方法的一个实施例的流程图
图3是用于实现本发明的移动终端选择基站的方法的移动终端的构成示意方框图。
图4是能够实现本发明的移动终端选择基站的方法的PHS系统的示意图。
【具体实施方式】
图1是在本发明的无线通信系统中移动终端选择基站的方法的流程图。如图1所示，在步骤S20，移动终端检测与之相关的基站中的可用基站。在步骤S30，动终端按照预定的规则对所检测到的可用基站进行排序，建立可用基站建链优先级列表。然后，在步骤S40按照已建立的列表与相应基站建立链接。此外，为了达到减少移动终端与基站建链接续时间的目的，还可以对移动终端与相应基站建链的重试次数设定一个阈值，在下文中将详细说明。
下面介绍如图1所示的移动终端选择基站的方法的几种具体实施例。这些实施例都是在具体的无线环境中(对无线环境无特别要求)中实现的移动终端在呼叫建立过程中选择基站的方法，各实施例与上述图1中方法的步骤S30中移动终端对可用基站进行建链优先级列表所依据的预定的规则相对应。其中，为了方便说明起见，以下的各实施例均是在PHS系统环境下进行描述的。即，在PHS系统中选择若干测试点，并在所选测试点处测试基站信号的分布，从而对各实施例的测试结果进行评价。
<第一实施例(1)>
首先，由移动终端对与其相关的基站进行检测和判断，以便确定可用基站数。如果该可用基站数小于一个预定的阈值A1，则按照现有技术中的RSSI方式与相应基站建立链接。如果可用基站数大于或等于该阈值A1，则移动终端遵循低功率基站优先的原则建立基站建链优先级列表：对信号强度大于或等于另一个预定阈值B1的基站，优先选择待机(standby)基站进行排序以产生第一基站列表；然后对信号强度低于该阈值B1的基站按照其RSSI值进行排序以产生第二基站列表。在信号强度大于阈值B1的基站中，对于不是待机基站的其他基站，则仍然按照各自的RSSI值来排序。由第一基站列表和第二基站列表按照第一列表在前，第二列表在后的方式组合得到对所有可用基站的建链优先级列表。移动终端按照该列表依次与每个基站尝试建链，直到与某个基站成功建立链接。在该实施例中，所述预定的阈值A1是依据保护当移动终端处于系统覆盖薄弱时的接入成功率而确定的值，例如可取2～4；所述阈值B1例如可设定为45dbuv；对每个基站建链的重试次数可以再设定一个阈值C1，C1在该实施例中例如可取2。在此，低功率基站指的是发射功率为10mw、200mw的RP基站。大功率基站为500mw。在基站代码中有一个标志位来区分低功率基站和大功率基站。低功率基站优先原则是指：依据低功率基站的RSSI值在不同的强度范围内，额外加上不同的偏置值，然后再参与基站列表排列。此属于现有技术的内容，故不再赘述。
对该实施例的测试结果如下：
CALLING SUCCESS RATE(呼叫接通成功率)＝96.7％
每次成功呼叫的平均接续时间(请求+再请求)＝3.517
Distribution of traffic(话务分担程度)＝12∶6∶4∶2∶1∶1∶1∶1∶1
其中，上述测试参数“每次成功呼叫的平均接续时间”的数值表示一个事件(即，从移动终端与相应的基站建链开始到建链成功总共需要的建链请求和再请求次数)，该参数所对应的时间约为：(该参数的值-1)*1.2s。
<第二实施例(2)>
首先，由移动终端对与其相关的基站进行检测和判断，以便确定可用基站数。如果该可用基站数小于一个预定的阈值A2，则按照现有技术中的RSSI方式与基站建立链接。如果可用基站数大于或等于该阈值A2，则移动终端遵循低功率基站优先的原则建立基站建链优先级列表：按基站RSSI值从高到低选择，且优先选择移动终端所在的本PA(寻呼区)内的基站。移动终端按照该列表依次与每个基站尝试建链，直到与某个基站成功建立链接。在该实施例中，阈值A2可以如上述第一实施例中那样取2-4；同样，对每个基站建链的重试次数可以再设定一个阈值C2，C2在该实施例中例如可取1。
在此对优先选择本PA的过程进行说明。在PHS系统中，每个移动终端都会登记在系统中的某个PA(寻呼区)下，以便系统对其做被叫寻呼。一个PA通常由很多基站组成。本PA优先，是指将移动终端所在的本PA下接受到的基站信号加上一定的 置，而其他PA中基站信号不变，然后再进行相应的排序处理。从而体现本PA基站优先，避免位置登记。移动终端从一个PA到另一PA时，需要做位置登记，通知系统移动终端位置的变更，以利于被叫；位置登记会占用系统资源，所以应避免过多的位置登记发生。可见，在本实施例中采取优先选择移动终端所在本PA中基站的策略，避免了过多的位置登记发生，减少移动终端与相应基站建立链接所需时间。相应地，移动终端接入系统的成功率也将得到改善。同时，由于超高话务基站都出现在同一个PA中的几率很小，因此这种优先选择移动终端所在的本PA的方式也有助于均衡基站话务。
对该实施例的测试结果如下：
CALLING SUCCESS RATE＝86.7％
每次成功呼叫的平均接续时间(请求+再请求)＝4.077
Distribution of traffic＝12∶5∶3∶3∶1∶1∶1
<第三实施例(3)>
首先，由移动终端对与其相关的基站进行检测和判断，并且在可用基站数小于一个预定的阈值A3时按照现有技术中的RSSI方式与基站建立链接。如果可用基站数大于或等于该阈值A3时，移动终端对可用基站按其RSSI值从高到低排序，且优先选择移动终端的本PA的基站(CS)。于是获得所有可用基站的建链优先级列表。移动终端按照该列表与每个基站尝试建链。在该实施例中，阈值A3可以如上述第一实施例中那样取2-4；同样，对每个基站建链的重试次数可以再设定一个阈值C3，C3在该实施例中例如可取3。注意，在该实施例中没有考虑低功率基站优先的原则。
对该实施例的测试结果如下：
CALLING SUCCESS RATE＝83.3％
每次成功呼叫的平均接续时间(请求+再请求)＝2.923
Distribution of traffic＝7∶6∶4∶4∶3∶1
<第四实施例(4)>
首先，由移动终端对与其相关的基站进行检测和判断，并且在可用基站数小于一个预定的阈值A4时按照现有技术中的RSSI方式与基站建立链接。如果可用基站数大于或等于该预定阈值A4，则移动终端遵循低功率基站优先的原则建立基站建链优先级列表：按基站RSSI值从高到低对可用基站进行排序以得到基站建链优先级列表。移动终端按照该列表与每个基站尝试建链。在实施例中，阈值A4可以如上述第一实施例中那样取2-4；同样，对每个基站建链的重试次数可以再设定一个阈值C4，C4在该实施例中例如可取3。
对该实施例的测试结果如下：
CALLING SUCCESS RATE＝73.3％
每次成功呼叫的平均接续时间(请求+再请求)＝4.045
Distribution of traffic＝7∶5∶3∶2∶1∶1∶1∶1∶1
<第五实施例(5)>
首先，由移动终端对与其相关的基站进行检测和判断，并且在可用基站数小于一个预定的阈值A5时按照现有技术中的RSSI方式与基站建立链接。如果可用基站数大于或等于该预定的阈值A5时，移动终端建立可用基站建链优先级列表：对信号强度(即RSSI值)高于另一个预定的阈值B5的可用基站随机进行排序以形成第一基站列表；对信号强度低于该阈值B5的可用基站按其各自的RSSI从高到低排序以形成第二基站列表。按照第一基站列表在前，第二基站列表在后的方式将该两个列表进行组合以形成最后的基站建链优先级列表。移动终端按照该列表与每个基站尝试建链。在该实施例中，阈值A5可以如上述第一实施例中那样取2-4；阈值B5例如可设定为50dbuv；同样，对每个基站建链的重试次数可以再设定一个阈值C5，C5在该实施例中例如可取1。
对该实施例的测试结果如下：
CALLING SUCCESS RATE＝90％
每次成功呼叫的平均接续时间(请求+再请求)＝3.037
Distribution of traffic＝9∶5∶4∶3∶2∶1∶1∶1∶1
在以上各实施例中，所述预定的阈值A1-A5可以是依据保护当移动终端处于系统覆盖薄弱时的接入成功率而确定的值，例如可取2～4。当然，也可以根据不同的无线环境和服务要求选择该阈值A1-A5的其他取值范围。与移动终端和各基站建链时尝试的次数有关的阈值C1-C5可以设定为0-3之间，同样，其他可以实现各本发明目的的取值范围也是可行的。其中，值0表示移动终端对单个基站建链重试次数为0次。即，移动终端对单个基站的总的尝试建链次数为1次。
对上述各实施例进行比较，得到以下结果：
呼叫接通成功率排序：(1)＞(5)＞(2)＞(3)＞(4)
接续时间排序：(3)＜(5)＜(1)＜(4)＜(2)
话务分担程度排序：(5)＞(4)＞(1)＞(2)＞(3)
采用现有技术中移动终端选择基站的方法所得到的相应技术效果参数的典型值为：呼叫接通成功率：87％；接续时间：3.89；话务分担：10∶7∶4∶2∶1。通过与上述本发明的实施例的分析结果相比可看出，本发明的方法与现有技术中移动终端选择基站的方法相比，可达到以下有益效果：基站话务均衡；移动终端接续时间缩短；移动终端接通成功率提高。
可见，五个实施例与现有技术相比都取得了预期的有益效果，但是，综合考虑，第五实施例(5)算法的效果是最佳的。
根据上面对背景技术的介绍可知，现有技术中存在的移动终端接续时间长和接入成功率不高的缺陷与基站话务的不均衡有着某种程度的联系。因此，如上所述，本发明的首要目的就是实现无线通信系统，例如PHS系统中基站的话务均衡。基于这种事实，本领域技术人员可理解，在上述实施例(1)-(5)中，如果不设置与提高移动终端的接入成功率有关的阈值A1-A5以及与减少移动终端接续时间有关的阈值C1-C5(例如，可以直接使用现有技术中的3)，并且不进行与这些阈值有关的处理过程，仍然也可以取得对这两项技术指标的改善的技术效果，因为即使不设置这些阈值，上述各实施例也可以实现均衡基站话务的技术效果，即达到本发明的首要目的，因此也将同时改善移动终端接续时间和接入成功率。此外，在上述实施例1-2和4-5中对基站进行排序的处理中，也可以不遵循低功率基站优先的原则。
下面结合图2对上述第五实施例进行详细说明。
图2示出了本发明的在无线通信系统(在该实施例中是PHS系统)中移动终端选择基站的方法的第五实施例的流程图。如图2所示，在步骤S100，移动终端发起一个呼叫；然后在步骤S110，移动终端对所有基站进行扫描和测量。在步骤S130对扫描和测量结果进行判断：当移动终端扫描到的可用基站数小于一预定的数值(即该实施例中的阈值A5)时，移动终端采用如上所述的现有技术中普通的选择基站方法(RSSI方式)选择与之建链的基站(步骤S180)，然后在步骤S190完成呼叫的建立。这是为了保护当移动终端处于系统覆盖薄弱时的接入成功率。如果在步骤S130判断移动终端扫描到的可用基站数大于或等于该阈值A5，则在步骤S140对基站的RSSI值进行判断：对可用基站中RSSI值大于或等于一预定的阈值(即该实施例中的阈值B5)的基站进行随机排列，以达到话务均衡的目的(步骤S150)。因为根据上述普通的移动终端选择基站的算法，移动终端总是首先选择信号最强的基站，在话务热点区域，用户有一定的集中度，这样移动终端将总是选择某一超高话务基站；采取随机选择之后，移动终端将不再固定选择信号最强的基站，而是在满足一定条件下随机选择基站，从而分担了超高话务基站的话务，实现话务均衡的目的。对于RSSI值低于该预定阈值B5的可用基站仍按其信号强度从大到小排序(步骤S170)。于是，在最后得到的可用基站建链优先级列表中，排在前面的是对RSSI数值大于或等于所述阈值B5的基站随机排序产生的队列，随后是RSSI数值低于该预定阈值B5的基站按照其信号强度从强到弱排序所产生的队列。在步骤S160，对使用上述方式排序的基站队列中的每个基站与移动终端尝试建链的尝试次数改变为预定的阈值C5，从而达到缩短移动终端接续时间的目的。然后，流程在步骤S190实现移动终端与相应基站之间呼叫的建立。如上所述，也可以不设置阈值C5，而移动终端与相应基站建链的次数使用现有技术中常用的3次。
从上述结合附图2进行的描述可知，在本发明的移动终端选择基站的该优选方法中，当一个呼叫发起后，移动终端就开始搜索可以联系的基站，当可用的基站数量少于预先设置的阈值A5时，移动终端按照上述现有技术中RSSI方式来建立连接，如果与一个基站连接时有干扰从而导致建链失败，移动终端将重复发起连接申请，重试3次。这种处理是为了改善移动终端接入PHS的成功率，尤其是在某些特殊情况下，例如当移动终端处于系统覆盖薄弱时。如果可用的基站数量大于或等于该阈值A5时，则进行下一步判断。当基站(CS)的RSSI值大于或等于预先设定的阈值B5时，随机排列这些基站；当基站(CS)的RSSI值小于该阈值B5时，按照相应的RSSI值(对应于基站的信号强度)对可用基站进行排序。最后得到移动终端将与之建立连接的基站建链优先级列表。在该优选实施例中，对于RSSI值大于等于阈值B5的基站进行随机排序，可以避免话务集中在某个或某几个信号强度大的基站；同时对RSSI值小于该阈值B5的基站按照现有技术中的按照RSSI值从大到小的模式进行排序。这种排序方式既保留了现有技术中为确保移动终端接入成功率所采取的策略(即，按照RSSI值对可用基站进行排序)，又结合了本发明为平衡基站话务所采用的对基站随机排序方式，因此可获得基站话务均衡的有益效果，同时也可提高移动终端接通成功率。容易理解，由于实现了对基站话务的均衡，移动终端的接续时间也可得到改善，因为移动终端将不会在不合适的基站(例如超高话务基站)上花费过多时间建链。然后，移动终端按照该列表开始与相应的基站建立连接，如果与一个基站链接时有干扰，移动终端将重复发起连接申请，可以预先设定阈值C5作为发起重试的次数。如上所述，该阈值C5的设置主要是用于减少移动终端和基站成功建链所花费的接续时间。
通过上述分析可见，该实施例可以实现本发明的所有目的。为了描述简明起见，对其他实施例的分析不再赘述，因为这些分析对本领域技术人员是显而易见的。
上述图2所示的本发明的移动终端选择基站的方法中所使用的各参数可通过大量现场试验获得。其中，阈值A5的取值范围可为2～4。B5阈值取值范围可为＞＝50dbuv。从上述描述可知，设置阈值A5是为了在某些特殊情况下，例如当移动终端处于系统覆盖薄弱时改善移动终端接入PHS系统的成功率。但是，不将可用基站数与该阈值A5进行比较而直接对所有可用基站按照上述预定规则进行排序，也可以使移动终端成功接入系统，同时达到均衡基站话务目的。即，上述图2的流程图中步骤S130和S180是可以省略的。同理，阈值C5是为了缩短移动终端接续时间而设置的，没有该阈值也可以达到提高移动终端接入成功率和基站均衡话务的目的。即，上述图2的流程图中步骤S160是可以省略的，这时可仍然使用现有技术中的3次作为移动终端与各基站建链的尝试次数。通过实验数据和分析结果，该阈值C5的取值范围可为0～3，其中，0表示没有重试机会，即重试次数为0。改变之前该阈值C5为现有技术中采用的3。
至于实现各阈值的具体取值的机制，可以在将相关移动终端控制软件或控制模块嵌入移动终端时根据特定的无线使用环境预先确定，或者也可以在上述控制软件或控制模块中设置移动终端根据特定无线使用环境自主选择相应阈值的具体取值的机制，或者通过移动终端使用者来输入相应阈值的具体取值。这些方式的具体实现是本领域技术人员所熟知的，并且对于本发明的方法的实现来说并不是关键的，因而在此不再赘述。
下面结合图3说明用于实现本发明的移动终端选择基站的方法的移动终端的构成示意方框图。
如图3所示，附图标记1表示移动终端，附图标记2表示移动终端中的基站检测单元，附图标记3表示移动终端中的基站排序单元。在使用本发明的上述基站选择方法进行工作时，首先由基站检测单元2检测在相关寻呼区中移动终端可与之建立链接的可用基站。然后，由基站排序单元3按照预定的规则对检测到的可用基站进行排序以产生基站建链优先级列表。最后，使移动终端1根据所确定的基站建链优先级列表，依次选择该列表中的基站与之尝试建立链接，直到该移动终端成功与列表中的某个基站实现链接，即成功接入PHS系统。
本领域技术人员了解，基站检测单元2和基站排序单元3可以在移动终端中的一个集中控制单元4的控制下完成各自的基站检测和基站排序功能。该控制单元4同时还可控制移动终端其他功能的实现。当然，也可在基站检测单元1和基站排序单元3内部分别实现对其的操作控制而不需要集中的控制单元4对它们的检测和排序功能进行控制。所述基站排序单元3例如可以被配置成按照各种预定规则建立如上述实施例一至五中的基站建链优先级列表。在本实施例中，上述各个功能单元既可以相应的软件实现，例如在移动终端控制软件中嵌入相应的选择基站的软件功能模块；也可以用现有技术中公知的硬件来实现，例如在移动终端中安装相应的硬件功能块。这些对本领域技术人员来说是熟知的，且各功能单元的具体实现方式与本发明无关，故在此不再赘述。
下面结合图4描述能够实现本发明的移动终端选择基站的方法的PHS系统。如图4所示，本发明的PHS系统主要包括移动终端1，与移动终端联系的基站5。虽然为了简化说明起见图4中只示出了两个可能与移动终端1相关的基站，但是，本领域的技术人员可以理解，在实际情况中发生呼叫时，可能还会有多个基站5与移动终端1发生联系。各个基站5在基站控制器(未示出)的控制下进行工作。基站5(以及基站控制器)通过PHS系统中的无线接入部分与局端设备7耦接，而该局端设备7又接入现有的公用电话网PSTN。在该PHS系统中，所述移动终端1采用如上结合图3所述的移动终端，从而，在移动终端发起呼叫时，可以通过上述本发明的优化的选择基站的方法选择要与之建链的基站并实现成功建链。从而获得提高移动终端接入PHS系统的成功率、平衡各基站的话务，以及减少移动终端接续时间的有益效果。
虽然上述实施方式主要是以PHS系统作为例子说明的，但是，本发明的移动终端选择基站的方法也同样可以应用于其他现有的无线通信系统中。
上面已经结合本发明的若干实施例对本发明进行了具体描述。但是，本领域技术人员应当理解，本发明并不局限于上述具体实施例及其中的细节。在不背离本发明的原理和精神范围内，还可以对各实施例进行各种改进和修改。总之，本发明的保护范围只由附后的权利要求限定。