用于切换小区的方法和设备 本发明涉及一种用于切换服务基站的方法和设备。本发明发现了数字TDMA(时分多址)蜂窝系统中的特定应用，在该数字TDMA蜂窝系统中小区的工作范围很宽。450-MHzGSM(全球移动电信系统)是这样一个蜂窝系统。
在蜂窝无线系统中的一个移动站总是尝试在覆盖区上选择一个基站或者它将宿营的其小区。照惯例，小区选择是以在移动站或者基站处测量接收无线信号的强度为基础的。例如，在GSM中，每个基站在一个所谓的广播控制信道(BCCH)上送出一个信号，其频率与相邻基站处的不同，并且移动站测量收到的BCCH信号的强度，并根据该测量强度来决定哪一小区是关于无线链路质量最有利的一个小区。基站还向移动站发送有关在邻近小区中所使用地BCCH频率的信息，以便移动站了解它们不得不收听什么频率以便找到邻近小区的BCCH发射。在每个小区中，BCCH发射还包括有关在特定的小区中移动站可以如何进行所谓的随机访问请求以便确立呼叫连接的信息。
在TDMA系统中，通常以某一工作频率在TDMA帧的时隙中发射信息。为了正确地定时由移动站发送的字符组使得找到正确的时隙，则也必须根据移动站和基站之间的距离以这样一种方式确定移动站的发射瞬时：即，字符组的传播延迟为移动站的发射时间提供了一个定时超前(TA)。例如，在GSM中，最大定时超前为233μs，相应于35km的一个传播延迟。移动站的定时超前参数可以采用从0到63的数值，在此，63对应于最大定时超前233μs。
图1是描述根据GSM用于切换服务基站的方法的一个流程图。首先，在步骤10，当前服务基站发送一则HANDOVER COMMAND(切换命令消息)给移动站。这则消息指示新服务基站。然后，在步骤12，移动站发送HANDOVER ACCESS(切换接入)字符组给该新基站。在分配给该移动站的一个专用控制信道(DCCH)上发射这些随机接入型字符组。DCCH使用与业务信道TCH相同的TDMA帧时隙。在步骤14，已经接收HANDOVER ACCESS(切换接入)消息的该新基站为该移动站确定一个定时超前并且在一则PHYSICAL INFORMATION(物理信息)消息中将它和其他相关信息发送到移动站。可是，如果该切换是同步的，则移动站已经知道此定时超前。最后，移动站发送一则HANDOVER COMPLETE(切换完成)消息给该新服务基站，随后老的基站不再服务该移动站。
在某些情况下，在TDMA系统中使用所谓的扩展小区已经变得必要，在这些扩展小区中工作范围能够超过35km。此需要的一个理由是较低频率的引入。例如，一个450-MHzGSM系统可以以距离基站高达120km的距离而操作以至于可允许的发射功率受到关注。可是，随后由最大定时超前不足以补偿信号的传播延迟的这一事实引起问题。
图2示出了根据现有技术的蜂窝系统的两个基站BTS1 201和BTS2202以及它们的工作范围。基站的小区202和212是传统的小区，在其中，离基站的最大工作范围是30km。在那个距离处定时超前为54。基站的小区203和213也是传统的小区，离基站的最大工作范围为35km，在此情况中，定时超前为63。正如所述的，此定时超前是传统GSM系统中的最大定时超前。小区204和214是扩展小区，其中离基站的最大工作范围为120km。在这种情况下所要求的最大定时超前参数为215。
图2还示出了一个移动站MS120。当该移动站在箭头方向上移动时，它必须从BTS1切换到BTS2。如果该系统考虑为定时超前参数大于63，则问题是如果移动站不知道正确的定时超前参数值，那么对于从移动站到基站的一个切换如何发送一则随机接入消息。一般说来，移动站发送定时超前参数值为0的随机接入请求。可是，如果正确的定时超前参数值大于63，则该随机接入请求在保留给该消息的时间窗口之内将不会到达基站。
避免该问题的一种方法是：只使用每隔一个时隙用于数据发射，这使得可能在相应于一个580μs的传播延迟的距离操作。然而，这种解决方案的一个缺点是：它切断了保留给业务信道的一半传输容量。
本发明的一个目的是提供一种解决方案，用于切换服务小区，避免与现有技术相关的上述缺点。特别是利用本发明的办法，可能避免使用从业务中每隔一个时隙的连续阻止(barring)并因此利用扩展的覆盖范围可实现小区中的较高传输容量。
本发明的一个办法是：数据发射正确利用扩展定时超前，并且移动站在为切换接入消息建立的逻辑信道上向新基站发送一则这样的消息以便开始切换。
根据本发明实施例，可以以这样一种方式在上行链路公共控制信道CCCH上建立这样一个逻辑信道：即，创建两个逻辑信道，其中一个被用来转送与呼叫建立相关的CHANNEL REQUEST(信道请求)消息，而另外一个被用来转送切换接入消息。
根据本发明第二实施例，以这样一种方式在上行链路公共控制信道CCCH上建立一个逻辑信道：即，连同切换使用信道请求消息，其包括一个特殊的标识符字段，例如建立原因。
本发明的第二个办法是：呼叫重建过程被使用于切换中。然后，接入字符组可以是一则信道请求消息，在此，例如建立原因的一个规定的标识符被设置为″呼叫重建″。此过程类似于在基站和移动站之间无意中切断连接的重建的过程。
本发明的第三个办法是：在同步切换中，移动站利用一个定时超前在DCCH上发送切换请求给基站。
本发明的第四个办法是：移动站在DCCH上发送切换请求给基站，并且当切换发生时基站把跟随DCCH时隙的时隙阻止在业务之外。如果在某一时刻处切换到某一时隙是不可能的，则不从业务中阻止所述某一时隙之后的时隙。
通过本发明，只使用一个GSM载波就可创建具有宽工作范围的小区，因此可实现对适当小区的一个切换。此外，根据本发明的解决方案使得实现具有在小区数据传输容量中没有显著减少的扩展小区成为可能。通过该解决方案，可以以一种简单的方式把一个传统系统变成虑及扩展小区的一个系统。
根据本发明在数据发射中利用扩展的定时超前用于在时分蜂窝网中实现切换的方法，其中，移动站通过向新基站发送一则切换消息(切换接入)来请求一个切换，该方法其特征在于：在为该目的所建立的一个逻辑信道上发送该切换消息。
本发明还涉及一种在数据发射中利用扩展的定时超前用于在时分蜂窝网中切换服务基站的方法，其中，移动站向新基站发送一则切换消息(切换接入)，该方法其特征在于：该切换消息是一个呼叫重建消息。
另外，本发明还涉及一种在数据发射中利用扩展的定时超前用于在时分蜂窝网中切换服务基站的方法，其中，移动站通过向新基站发送一则切换请求(切换接入)来请求一个切换，该方法其特征在于：该切换请求是在分配给该移动站的一个控制信道(DCCH)上使用定时超前而被发送。
本发明另外涉及一种在数据发射中利用扩展的定时超前用于在时分蜂窝网中切换服务基站的方法，其中，移动站通过在专用于该移动站的控制信道的时隙上向新基站发送一则切换请求(切换接入)来请求一个切换，该方法其特征在于：当该切换请求被发射时，接下来跟随着该专用控制信道的时隙的那个时隙从业务中被阻止，并且在对一个确定时隙的切换是不可能的时候，则接下来跟随着所述确定时隙的那个时隙被考虑给业务。
根据本发明的蜂窝系统，它包括：装置，用于在时分蜂窝网中切换服务基站，其中扩展的定时超前被使用在基站和移动站之间的数据发射中并且在此基站包括：装置，用于接收来自移动站的一则切换消息(切换接入)，其特征在于：该基站包括：装置，用于在为此目的所建立的一个逻辑信道上接收来自移动站的一则切换消息(切换接入)。
本发明还涉及一种蜂窝系统，包括：装置，用于在时分蜂窝网中切换服务基站，因此基站包括：装置，用于接收来自移动站的一则切换消息(切换接入)，其特征在于：该蜂窝系统包括：装置，利用一个重建过程来切换服务基站。
本发明还涉及一种蜂窝系统，包括用于在时分蜂窝网中切换服务基站的装置，因此基站包括用于在专用于移动站的一个控制信道(DCCH)的一个时隙上接收一则切换消息(切换接入)的装置，其特征在于：该蜂窝系统包括一个装置，该装置用于当切换请求消息被发射时用于把接下来跟随着专用控制信道的时隙的那个时隙从业务中阻止，并且在对一个确定时隙的切换是不可能的时候，把接下来跟随着所述确定时隙的那个时隙考虑给业务。
根据本发明的移动站，包括：用于在时分蜂窝网中切换服务基站的装置；用于在移动站和基站之间的数据传输中使用扩展的定时超前的装置；和用于向新基站发送一则切换消息(切换接入)的装置，其特征在于：该移动站包括：装置，用于在为此目的所建立的一个逻辑信道上发送一则切换消息。
本发明还涉及一种移动站，包括：用于在时分蜂窝网中切换服务基站的装置；和用于向新基站发送一则切换消息(切换接入)的装置，其特征在于：该移动站包括：用于把一则呼叫重建接入消息使用作为一则切换消息的装置。
本发明另外涉及一种移动站，包括用于在时分蜂窝网中切换服务基站的装置；用于在移动站和基站之间的数据传输中使用扩展的定时超前的装置；和用于向新基站发送一则切换消息(切换接入)的装置，其特征在于：该移动站包括利用定时超前用于在分配给该移动站的一个控制信道(DCCH)上发送一则切换请求的装置。
本发明的优选实施例在各个独立权利要求中被公开。
扩展的定时超前在此专利申请中是指：所使用的定时超前的最大值对应于偏移时隙窗口之外的接入字符组的传播延迟。
下面参见附图更详细地描述本发明，附图中：
图1示出了一个GSM系统中的传统小区和扩展小区，
图2是说明在一个GSM系统中用于切换服务基站的已知方法的流程图，
图3说明了当在根据本发明的方法中切换服务基站时的信道使用，
图4a是说明用于在一个异步系统中切换服务基站的根据本发明方法的流程图，
图4b是说明利用呼叫重建过程用于切换服务基站的根据本发明方法的流程图，
图5a是说明用于在一个同步系统中切换服务基站的根据本发明方法的流程图，
图5b是说明用于切换服务基站的根据本发明方法的流程图，在此，在一个切换期间一个连续时隙被阻止，
图6示出了根据本发明的移动站和蜂窝系统。
在关于现有技术的描述中已经讨论了图1和2。
图3说明了用于使用信道来切换服务基站的根据本发明的方法。该图示出了小区1,310中的一个TDMA帧，包括时隙311-318。根据本发明的逻辑控制信道RACH/HOCH位于时隙311中。在一个扩展小区的情况下，该TDMA帧中的第二时隙未被使用作为一个业务信道。移动站MS的业务信道位于此小区中的时隙315中。
让我们调查这样一种情形：其中，小区2,320被选择作为新服务小区。在这种情况下，扩展小区包括TDMA时隙321-328。移动站发送一则切换接入字符组给小区2的公共控制信道RACH/HOCH。这通过箭头331被描述。当移动站在那之后获悉小区2的正确定时超前，则它可以在分配给它的业务信道TCH(在本例中位于时隙325中)上发射。这通过箭头332被描述。
图4a是说明用于异步切换服务基站的根据本发明方法的流程图。
在广播控制信道BCCH上发送的一则系统信息消息包括有关正被讨论的基站是否支持扩展小区的信息。此信息例如可以被包含在SYSTEMINFORMATION TYPE(系统信息类型)消息中的″小区选项″字段中。这样一来，如果有必要，移动站能够在已知支持扩展小区的基站的BCCH上执行测量，步骤45。
当前服务基站发送一则切换命令消息，步骤46，它指示新小区支持扩展的工作范围特性。此新信息例如可以被包含在该消息中的信道描述2信息单元中。因此，移动站知道切换接入消息的字符组应该在公共控制信道CCCH的适当时隙中被发送，步骤47。
在那之后，移动站监控DCCH以便接收一个PHYSICAL INFORMATION(物理信息)消息。一旦新基站已经向该移动站发送了该物理信息消息，该消息表示(尤其是表示)该移动站的正确定时超前参数值，步骤48，则该移动站向新基站发送一个HANDOVER COMPLETE(切换完成)消息。在那之后，连接由新基站来服务。在一个成功的切换之后，定时超前参数值照常被更新。
代替在DCCH上发送的物理信息消息，一则IMMEDIATE ASSIGNMENT(立即分配)消息可以在CCCH上被发送给移动站，指示在分配给移动站的信道上应该由它使用的定时超前时新参数值。该立即分配消息在信道请求消息中还包括由该移动站使用的随机参考编号。
基站的职责是协调在CCCH或新DCCH上来自移动站的切换接入消息的发送以及响应的转送。
一个逻辑信道例如可以按照下列两种方式其中之一来建立。
根据第一实施例，CCCH在上行链路方向中在包括传统信道请求消息或者切换接入消息的两个分开的逻辑信道之间被分开。不同的消息不能同时被使用。
根据第二实施例，移动站应该使用传统信道请求消息来发送作为随机接入字符组的切换接入消息，但是现在利用一个新切换标识符字段，比如建立原因。它可以以原来为信道请求消息的未来需要所保留的一些替代方式被表示。
图4b说明了在一个切换中使用所谓的呼叫重建过程的根据本发明另外一个办法。这是与在移动站无意中失去对基站的连接时所使用的一个类似过程。该过程遵守如图4a所述的类似阶段，但是在呼叫重建过程中，一则信道请求消息(或者重建请求)被使用作为一则切换接入消息。该信道请求消息在本例中具有一个″呼叫重建″标识符字段，比如一个建立原因。
在广播控制信道BCCH上发送的一则系统信息消息包括有关正被讨论的基站是否支持扩展小区的信息。此信息例如可以被包含在系统信息类型消息中的″小区选项″字段中。这样一来，如果有必要，移动站能够在已知支持扩展小区的基站的BCCH上执行测量，步骤45。
在步骤46当前服务基站发送一则切换命令消息，它可以指示新小区支持该扩展的工作范围特性，并且也指示呼叫重建过程被使用在该切换中。此新信息例如可以被包含在该消息中的信道描述2信息单元中。因此，该移动站知道具有″呼叫重建″标识符字段的该信道请求消息应该在公共控制信道CCCH的适当时隙中被发送(步骤47)。
在那之后，移动站监控CCCH以便接收一个立即分配消息。在步骤48，一旦新基站已经向该移动站发送了该立即分配消息，该消息表示(尤其是表示)该移动站的正确定时超前参数值以及由该移动站使用的随机参考编号，则该移动站向新基站发送一个切换完成消息。在那之后，连接由新基站来服务。在一个成功的切换之后，定时超前参数值照常被更新。
代替在CCCH上发送的立即分配消息，一个物理信息消息可以在DCCH上被发送给移动站，指示在分配给移动站的信道上应该由它使用的定时超前时新参数值。
应当指出，即使切换将不被执行到一个扩展的工作范围时以及即使基站将不支持扩展的工作范围时，该呼叫重建也可以被应用在该切换中。呼叫重建过程可被用于同步和异步切换中。
图5a是利用接入字符组中的一个定时超前用于执行一个同步切换的本发明方法的流程图。
在广播控制信道BCCH上发送的一则系统信息消息包括有关正被讨论的基站是否支持扩展小区的信息。此信息例如可以被包含在系统信息类型消息中的″小区选项″字段中。这样一来，在步骤55，如果有必要，移动站能够在已知支持扩展小区的基站的BCCH上执行测量。
在步骤56，为了启动一个切换，当前基站向移动站发送一则切换命令信息。此消息包含有关新服务基站和是否该新小区支持扩展的工作范围信息。此新信息例如可以被包含在信道描述2信息单元中。之后，在步骤57，移动站发送切换接入字符组给该新基站。在分配给该移动站的专用控制信道DCCH上发射这些随机接入型字符组。在一个同步切换中，该移动站已经知道新的定时超前参数值，它被使用于在DCCH上的切换接入消息的发送中。在那之后，从新基站中可以有一则物理信息消息，并且该移动站然后使用该新的定时超前开始正常发射并且向该新基站发送一则切换完成消息，在此之后老基站不再服务该移动站。
图5b说明了根据本发明的另外一个办法的流程图。在这个实施例中，移动站在DCCH信道上发送切换请求到基站，并且在切换期间该基站从业务中阻止连续的时隙，但是如果不盼望一则切换接入字符组在一个时隙上发送时允许该时隙用于业务。
在广播控制信道BCCH上发送的一则系统信息消息包括有关正被讨论的基站是否支持扩展小区的信息。此信息例如可以被包含在系统信息类型消息中的″小区选项″字段中。这样一来，在步骤55，如果有必要，移动站能够在已知支持扩展小区的基站的BCCH上执行测量。
当该移动站接近需要切换的区域时，新基站接收关于一个可能切换的信息。此信息出自于当前基站/基站系统。然后，在阶段551，新基站为一个上行链路DCCH信道保留一个时隙并且从业务中阻止跟随着该保留的DCCH时隙的下一时隙。
在步骤56，为了启动一个切换，当前基站向移动站发送一则切换命令信息。此消息包含有关新服务基站和该新小区是否支持扩展的工作范围信息。此新信息例如可以被包含在信道描述2信息单元中。之后，在步骤57，移动站发送切换接入字符组给该新基站。在保留给该移动站的专用控制信道DCCH上发射这些随机接入型字符组。
之后，在步骤58，从新基站中可以有一则立即分配消息，并且该移动站然后使用该新定时超前开始正常发射并且可以向该新基站发送一则切换完成消息，在此之后老基站不再服务该移动站。
在切换被完成之后，新基站可以允许再一次阻止业务时隙。因此，根据本发明，当接入字符组被发射时可短时间地使用阻止。也可按照有一个空的连续时隙的方式选择一个DCCH信道的时隙。同时应当指出，当移动站是在离基站正常工作距离之内时阻止是不需要的。因此，这么一来由于切换而阻止时隙不会引起扩展小区传输容量的显著减少。
图6示出了根据本发明的移动站600的简化方框图以及它对一个蜂窝电话网的连接。该移动站包括用于接收由基站发射的射频(RF)信号的天线601。接收的RF信号由一个开关602引导到RF接收机611，在此信号被放大并被变换为数字的。信号然后在模块612中被检测和解调。模块613执行解密和解交织。然后接着在模块630中信号处理。接收数据同样可以被储存在移动站的存储器604中，或者可替代地，在信号处理之后处理过的分组数据被带给一个可能的外部设备，比如一个计算机。控制单元603根据储存在该单元中的一个程序来控制上述接收模块。
来自移动站的发射被例如如下执行。通过控制模块603控制，模块633对数据执行可能的信号处理而模块621对要被发射的处理过的信号执行交织和加密。在模块622，字符组从编码数据中产生，在模块623，它被调制并被放大为要被发射的一个RF信号。该要被发射的RF信号通过开关602被引导到天线601。上述的处理和发射功能由控制单元603来控制。
在图6的移动站中，从本发明的观点来看很重要的那些组件包括：现有技术的接收模块611-613，移动站通过它们对由基站发射的消息进行接收、解调并解码；以及控制模块603，它处理包含在消息中的信息并且控制移动站的操作。按照本发明，移动站的存储器604部分可以被分配给与扩展小区有关的信息。移动站使用发射模块621-623来发射根据本发明的切换消息给基站。
图6还示出了移动站如何被连接到蜂窝系统去。蜂窝系统包括多个基站，651，它通过天线650发送并接收RF信号。一个或多个基站由基站控制器652来控制。几个基站控制器被连接到一个移动交换中心653。移动交换中心可以被连接到其它移动交换中心和其它数据传输系统。
由本发明在基站和移动站上引起的硬件要求不是很大。基站651和/或基站控制器652能访问包含有关扩展小区信息的一个数据库(在图6中未示出)。一个操作者通常具有静态(例如当在现有基站的附近地区一个新基站开始操作时)或动态地改变这些数据库内容的操作和维护(OM)能力。可以使用被编程的现有技术装置651，652来实现与包含在数据库中的信息相关的消息的产生和发射，以便执行根据本发明的发信令和信道分配。
上述的实施例只是示范的而不是限制本发明的应用。特另应当指出，虽然上述的示例与GSM系统相关，但是本发明适用于任何其它的数字时分蜂窝系统。特别是与GSM系统相关的通用分组无线业务(GPRS)和高速电路交换数据(HSCSD)业务可以作为示例而被提到。还应当指出，用于信道或消息服务的各个名称仅仅是作为示例而本发明不是以任何方式限制为此。