一种测量移动单元速度的方法和用于无线通信系统中的一种接收机 本发明一般涉及无线通信系统，特别是测量正与无线通信接收机进行通信的一个移动单元的速度。
常规的蜂窝电话系统设计主要是为交通工具中的移动用户服务的。在这些系统中，呼叫处理参数一般设置为处理移动用户正以高速度移动这样一种最坏情况。在这种最坏的情况下，呼叫在电话被中断之前需要快速地从一个小区往另一个小区切换。
因为用户设备已经逐渐变为便携的，更大比例的用户现在在不动时(例如在建筑物中)或者以步行速度(例如在步行时)移动中建立呼叫。这些呼叫不象在交通工具中的速度更快的移动用户所打的电话那样需要那么多的呼叫处理资源。但是，为避免电话中断，当前的蜂窝电话系统在执行呼叫处理时是把所有的用户当作快速移动用户来处理的。结果，宝贵的呼叫处理资源没有用一种有效方式进行管理，从而导致系统性能降低。因此，需要有一种更为有效的无线通信系统以适合于各种各样的用户速度。
为满足这种需要，本发明提供了一种用于测量正与一个无线通信系统进行通信的移动单元的速度的方法和装置。本方法包括接收来自移动单元的射频(RF)信号、测量RF信号的信号质量并生成接收质量信号、在第一个时间周期内采样接收质量信号生成第一组采样、在第二个时间周期内采样接收质量信号生成第二组采样、计算第一组和第二组采样之间RF信号的信号质量的变化、以及根据信号质量的变化决定速度测量的步骤。
根据本发明的一个方面，本装置是无线通信系统中的一个接收机。本接收机包括一根接收射频信号的天线、接收射频信号并生成已测质量信号的一个射频台以及与射频台相对应的一个处理器。这个处理器包含带有速度测量程序的存储器块。当执行速度测量程序时，处理器以第一采样率对已测质量信号进行采样并生成第一组采样、以第二采样率对已测质量信号进行采样并生成第二组采样、计算第一组和第二组采样的一个平均衰减深度并根据第一组和第二组采样的平均衰减深度决定速度测量方式。
根据本发明的另一个方面，以上所述的接收机被安装在一个无线通信系统中的基地站，本无线通信系统也包括对应于这个基地站的一个转接装置。转接装置包括响应于接收机中的处理器的一个切换控制器，这个切换控制器根据由处理器决定的速度测量方式对切换进行初始化。
无线通信系统也包含为较小地理范围服务被称为微小区的基地站以及覆盖所服务地理范围称为宏小区(macrocell)的基地站。微小区和宏小区也可以为同一地理范围服务。
参考以下的详细描述并联系附图，可以很好地理解本发明本身及其有益效果。
图1是一个无线通信系统的最佳实施方式的框图。
图2是图1的收发机的框图。
图3是示出确定图2的收发机中信号处理器的移动状态的一种方法的数据流程图。
图4到图13是示出图3的控制器中的控制方法的一种最佳实施方式的流程图。
图14是描述无线通信系统中大多数支持微小区和宏小区安排的基地站的框图。
图15到图17是示出一种利用速度测量进行切换控制处理的最佳实施方式的流程图。
基地站。
图2中所示为基地收发机26的比较详细的框图。收发机26被连接到多个天线102上，并且包括多个放大和预选电路104以及多个下混频器106和108。放大器104和下混频器106和108组成了常规的RF级。收发机26还包括拥有第一处理器112的一个控制器、一个后处理器114和存储器110。第一处理器112与存储器110和后处理器114结合在一起，后处理器114接收来自第一处理器112的一个移动状态信号118并输出一个信号116到GLI30。
在收发机26中，天线102收到一个RF信号并通过RF级进行放大和下变频，RF级包括放大器104、下混频器106和从下混频器106接收IF信号107的中频(IF)下混频器108。RF级随后提供由存储器直接存取总线等数据总线109传递过来的包含相位(I)和直角相移(Q)分量以及自动增益控制(AGC)值的复杂基带信号。I、Q和AGC值接着被存储到存储器110中。处理器112，最好是数字信号处理器，根据I和Q值，最好是I2+Q2值，计算功率测量值。处理器112把计算所得的功率测量值以及AGC值转化为分贝值。处理器112然后根据功率测量值以及监控声音(SAT)或数字监控声音(DSAT)等同步数据计算移动状态。移动状态118随后通过通信链路被传递到后处理器114。后处理器114把计算所得地移动状态118应用于越区切换申请等呼叫处理判断上。移动状态118最好是一个指标值，它表明发送在天线112上收到的RF信号的移动单元移动有多快。在最佳的实施方式中，移动状态也可以包含一个表示移动单元速度无法确定的值。
图2中可以使用一套备用硬件结构。在备用结构中使用了附加的DSP和附加的SRAM。在备用结构中，复杂基带信号I、Q和A.G.C.(dB增益值)通过DMA被从A/D/IF下混频器发送到SRAM和附加的DSP。附加的DSP然后计算功率I
2+Q
2(无A.G.C)。附加的DSP也提取出一个音频信号。通过DMA，A.G.C.、I
2+Q
2和音频信号从SRAM以及附加DSP被传递到SRAM和负责速度检测的DSP。负责速度测量的DSP然后把功率+A.G.C.值转化为dBm并从用于测量速度的音频信号中提取SAT、DSAT和宽带数据。
图2中可以采用第二种备用硬件结构。在备用硬件结构中采用68302微处理器来测量速度。68302的外围电路用于提取SAT、宽带数据和窄带亚声频数据；68302通过读取它的存储映射表获取SAT检测状态、宽带数据以及亚声频数据。从外围电路中可以提取出一个模拟dBm RSSI信号，这个模拟RSSI信号被一个A/D变换器变换成一个数字值并通过DMA传递到68302的存储映射表的存储器中。
图3中所示为确定收发机26中处理器112中的移动状态的一种方法的数据流程的特殊实施方式。数据流程包括第一个下采样块142、第二个下采样块144、一个稳态检测器146、一个高速检测器148和一个低速检测器150。数据流140还包括一段程序158。第一个下采样块142和第二个下采样块144分别以高速采样率接收信号强度标记采样。信号强度采样是从存储在存储器110中的功率测量值中提取出来的。例如信号强度采样可以与天线102上收到的信号的功率测量值有关。第一个下采样块142产生一个高速采样信号并被输入到稳态检测器146、高速检测器148和低速检测器150中。第二个下采样块144有一个比第一个下采样块更低的采样速度并产生低速采样。
在图3的特殊实施方式中，低速采样只输入到低速检测器150中。稳态检测器146从第一个下采样块142中接收高速采样并生成稳态历史缓冲区(stationary history buffer)152，并将其传递给程序158中。检测器146通过对高速采样进行估算来确定与基地站24进行通信的移动单元是否处于稳态。高速检测器148也从下采样块142中接收高速采样并生成高速历史缓冲区(high speed history buffer)154，并将其传递给程序158中。高速检测器148通过对高速采样进行估算来确定移动单元是否正以高速移动。低速检测器从第二个下采样块144接收低速采样并且也从第一个下采样块142中接收高速采样并生成低速历史缓冲区(slow speedhistory buffer)156，并将其也传递给程序158中。程序158响应来自稳态检测器146、高速检测器148和低速检测器150的输入并生成一个移动状态160。
图4中所示为接收RF信号并生成移动状态的一种最佳方法。这种方法从201开始，在步骤202接收一个RF信号，RF信号也可以在天线102上接收。接下来在204，测量RF信号的信号强度并生成一个接收信号强度信号。在步骤206，接收信号强度信号以第一采样率被采样并生成第一组采样。第一组采样也可以是第一下采样块142生成的高速采样。接下来在步骤208，由第二下采样块144使用第二采样率来生成诸如低速采样等第二组采样。再接下来在步骤210，DSP 112计算第一和第二组采样的平均衰减深度，并在212确定速度测量方式。在214，根据速度测量方式确定移动指数。接下来在216步骤把与接收信号有关的移动单元和计算所得的移动指数联系起来。移动指数在步骤218被存储起来，然后在220根据移动指数对切换申请率进行调整。
图5中所示是对图4的步骤206中以第一采样率对接收信号强度进行采样生成第一组采样的最佳方法的较详细的表示。在302，一个处理器对一个变量集合进行初始化、等待采样并在304设置一个稳定的高速采样率。接下来在步骤306将采样计数加l并在308与一个采样间隔判决块进行比较。如果采样计数与门限相等，那么在步骤310继续进行处理，采样数被设置为等于采样计数。对第一和第二天线执行一个衰减计数程序。对第一和第二天线执行高速有效性检查以及稳态检测程序。接下来在312，将sample-win-count变量加1并且采样计数变量被初始化为0。下一步在314中如果sample-win-count等于一个后处理间隔，那么在316将执行一个后处理程序并且在318把sample-win-count置为0，否则回到304继续进行处理。
象图5的步骤310中那样执行高速采样速度有效性检查的方法的一种特殊实施方式被图示在图6中。如图6中所示，高速采样速度有效性检查过程330包括检查收发机26所用的SSI是否已在判决块332被校准并在判决步骤334把一个平均信号强度标记值与一个考虑了噪声基底的信号强度指示门限进行比较。如果平均信号强度标记超过了门限，那么将在336作一比较以确定平均衰减深度是否超过了衰减深度门限。如果判决步骤334和336的回答都是否定的，那么在步骤340将把一个高速历史缓冲区设为无效并结束处理。否则在块338继续进行处理，并在此设置采样时间和采样率、初始化一个计算速度的程序并设置天线的低速历史缓冲区。另外，在步骤342，可以根据SSI是否被校准把平均信号强度与一个备用门限进行比较。在这种情况下，如果平均信号强度超过了342的第二个门限值，那么在334历史缓冲区将被设置为无效。
图7中所示为执行稳态检测的一种最佳方法。首先，稳态检测变量在362被初始化，在364的计数器被加1。在366，采样值将与第一个变量进行比较，如果采样值超过了这个变量的当前值，那么在368此变量将被修正为这个更高值。同样，在372采样值将与第二个变量进行比较，如果采样小于第二个变量，那么第二个变量将在370进行修正。接下来在374，计数器与集合中的采样数进行比较并继续处理步骤364中剩余的采样。
但是，如果一组采样完成，那么在376将对采样中最高的SSI和最低的SSI之间的差分继续比较。如果最高SSI和最低SSI之间的差分超过了稳态门限，那么在380将中止处理。但是如果在376的检测为负，那么在378将有一个稳态标记被设置进稳态历史缓冲区中。
图8所示为执行低速采样收集的方法的一种最佳实施方式。低速采样采集方法在402开始，在此要处理的变量被初始化。在404处理继续进行并等待采样和设置采样率为低速采样率。对每个收到的采样在406都有对采样计数加1并且此采样计数在408与一个采样间隔进行比较。如果采样计数等于间隔，那么在410继续进行处理并且采样数设置为等于低速采样计数。另外，错误采样数被设置为与一个低速窗口中的高速采样数目相等，并且对第一和第二天线执行一个衰减计数程序、错误检测程序和一个低速采样有效性检查程序。
图9所示为一个衰减计数程序420。变量在422被初始化。在424，一个采样差分数组中连续SSI采样之间的差分组成的差分数组的第一项被赋给第二个SSI采样和第一个SSI采样之间的差分。在判决步骤426，最后计算所得的差分与0比较并且把指数与0进行比较。如果在426的比较为正，那么在428继续进行处理，来自差分数组中的前一个差分就被拷贝到当前指向的差分数组项中。结果，SSI曲线的单调部分将会很好地避免被解释为最大值或最小值。在428的处理结束之后或者426的比较为负，那么在430将继续执行处理并且指数加1。接下来在432把指数与集合中的采样数进行比较并在424对所有剩余的采样进行处理。
但是如果一组采样已经完成，那么在434采样指数被重新初始化为0。在436，处理继续进行，指数加1。在判决步骤438对差分数组进行检查，查看从前一项到当前指数所指项是否有大于0到小于或等于0的变化。如果判决步骤438为正，那么就找到了一个局部最大值并且在步骤450继续进行处理。如果判决步骤438为负，那么在判决步骤440继续进行处理，在此对差分数组进行检查，查看从前一项到当前指针所指项是否有小于0到大于或等于0的变化。如果判决步骤440为正，那么就找到了一个局部最小值，在步骤460继续进行处理。如果判决步骤440为负，那么在步骤442继续进行处理，在此把指数与集合中的采样数进行比较并且在436对所有剩余采样继续进行处理。
但是如果一组采样已经完成，那么在判决步骤444将把衰减计数值与0进行比较。如果判决步骤444为正，那么平均衰减深度将被置为0并在449结束处理。如果判决步骤444为负，那么在448将把衰减计数的深度总和除以衰减计数来计算当前采样窗口中的采样的平均衰减深度。然后在449结束处理。
返回到450步，在此刚刚找到一个局部最大值，最大值计数加1并且当前最大值的SSI值将被存储到存储器中以准备后面使用。在判决步骤452处理继续进行并检查一个变量，看在一个最大值之前的采样中是否首先发现一个最小值。如果判决步骤452为负，那么在454继续进行处理并设置一个变量来指示在一个最小值之前的采样中首先发现一个最大值。在判决步骤442处理继续进行。如果判决步骤452为正，那么在456处理继续进行，在此衰减计数增加1并且把采样窗口中的衰减深度总数加上上一个SSI最大值与上一个SSI最小值之间的差分值。在判决步骤458处理继续进行，并且检查上一个最大SSI值和上一个最小SSI值之间的差分是否低于调整门限。如果判决步骤458为正，那么在步骤459衰减计数调整计数器加1，然后在判决步骤442继续进行处理。
返回到460步，在此刚刚找到一个局部最小值，最小值计数加1并且当前最小值的SSI值将被存储到存储器中以备后面使用。在判决步骤462处理继续进行并检查一个变量，看在一个最小值之前的采样中是否首先发现一个最大值。如果判决步骤462为负，那么在464继续进行处理并设置一个变量来指示在一个最大值之前的采样中首先发现一个最小值。在判决步骤442处理继续进行。如果判决步骤462为正，那么在466处理继续进行，在此衰减计数增加1并且把采样窗口中的衰减深度总数加上上一个SSI最大值与上一个SSI最小值之间的差分值。在判决步骤468处理继续进行，并且检查上一个最大SSI值和上一个最小SSI值之间的差分是否低于调整门限。如果判决步骤468为正，那么在步骤470衰减计数调整计数器加1，然后在判决步骤442继续进行处理。
图10所示为执行错误检测的一种最佳方法。变量在502被初始化并且一个计数器在504加1。接下来在执行完502或516之后在506把一个采样与最高的SSI采样进行比较，如果超过了前一个最高值就在508把它存储起来。同样在510把一个采样与最低的SSI值进行比较，如果此采样小于前一个门限，就在512把它存储为新的最低采样。在判决步骤514处理继续进行并把最高SSI值和最低SSI值之间的差分与一个错误门限进行比较。如果判决步骤514为正，那么错误计数加1并把错误考虑进去。在516高和低跟踪变量被重置为当前的SSI。最后在518对计数器和错误采样数进行比较并根据比较结果确定是在504继续进行处理还是在520结束处理。
图11中所示为低速采样有效性检查程序540。首先在判决步骤542比较SSI是否已经过校准。在第一种情况下，在判决步骤554处理继续进行，并且在此把一个平均信号强度指示(SSI)值与一个SSI门限绝对值进行比较。如果在554的比较为负，那么在556天线的低速历史缓冲区将被设置为无效并结束处理。但是如果在步骤554的比较为正，那么在判决步骤546继续进行处理。
方法540也包括处理步骤544，并且在判决步骤544对平均信号强度与包含噪声基底的一个相关信号强度门限进行比较。如果比较为负，那么低速历史缓冲区就被设置为无效。但是如果比较为正，那么处理继续进行一直到判决步骤546。在步骤546把错误计数除以2后的值与最大计数和最小计数的和进行比较。如果在546的比较为正，那么在550低速历史缓冲区被设置为对此特殊天线无效。但是如果在判决步骤546的比较为负，那么在548将对一个平均衰减深度与一个低速衰减深度门限进行比较。如果平均衰减深度超过了门限，将执行552的处理。此处理包括设置采样时间、设置采样率、执行速度计算程序以及根据计算所得的速度为天线设置低速历史缓冲区。如果在548平均衰减深度没有超过低速衰减深度门限，那么在步骤550就把低速历史缓冲区设置为无效。执行步骤552中的速度计算的一种具体方法图示在图12中。
图13中所示为确定速度移动状态的最佳方法。在步骤602对多个变量进行初始化，并在判决步骤603进行检查以确定一个移动状态功率变化是否正在进行。如果移动功率变化正在进行中，那么当前的移动状态就被认为是还没有确定，处理在632继续进行。如果功率变化不在进行中，那么将在判决步骤605进行检查以确定是STAT/DSAT丢失还是当前为DST。如果比较结果为正，那么当前的移动状态被认为是还没有确定，处理在632继续进行。如果比较结果为负，那么在判决步骤604将把一个全窗口变量与一个总门限或把一个低速窗口变量与一个低速门限进行比较。如果在604的比较为正，那么在判决步骤606、608、610和612将对测得的平均速度和大量的移动速度分类值进行比较。根据比较在614、616、618、620或622赋一个移动速度状态。接下来在判决步骤624，如果有效稳态窗口的数目大于稳态门限，那么局部移动速度状态在628将与1、而在630将与上一个速度状态进行比较。如果移动速度状态等于上一个速度状态，那么在636处理继续进行，在此将把一个延迟计数变量置0并结束处理。
但是如果局部移动速度状态不等于上一个速度状态，那么在634移动速度状态将被设置为等于局部移动速度状态而上一个速度状态将被设置为等于移动速度状态。返回判决步骤628，如果局部移动速度状态不等于1，那么上一个速度状态将在判决步骤632与一个特殊指数符号，如十六进制(F)，进行比较；并且如果本判决为正将结束处理。但是如果上一个速度状态不等于特殊指数符号，那么局部移动速度状态将被设置为等于特殊指数并且在638延迟计数加1。在这种特殊的实施方式中，特殊符号十六进制的(F)用来定义一个未定状态。下一步在判决步骤640，延迟计数与一个延迟计数门限进行比较。如果门限已被超过，那么移动速度状态以及上一个速度状态也被设置为特殊符号。如果有效稳态窗口数目没有超过稳态门限，也要表明在步骤632的处理被执行，但是局部移动速度状态将如判决步骤626那样被设为等于1。
如图14中所示，无线通信系统20的一种特殊实施方式服务于一个地理范围，此地理范围被分成多个宏小区702，而每个宏小区都含有一个BTS704。在无线通信量密度较高的范围，在至少其中一个宏小区702的覆盖范围内放有多个覆盖范围较小的BTS的703或微小区706。大量的移动用户710使用无线通信系统20的资源。
参考图15，当移动用户与无线通信系统20进行通信时，切换确定程序就开始了。在通信期间，在804，MSC 22处于一种等待来自服务BTS 704的切换申请的状态。在810，当前正为移动用户提供无线信道资源的BTS 704通过接口电路30报告由BTS 704的接收机测得的移动用户的当前RSSI，向MSC 22申请一次切换。在步骤810，MSC 22通过接口电路把这一读数向前传给与当前提供无线信道资源的BTS 704的覆盖范围相邻的BTS的704并在820启动一个定时器。如果另一个BTS 704确认它能更好地为移动用户服务，它将在830向MSC指出。如果没有BTS 704响应说它能更好地为移动用户服务，那么MSC 22将在步骤840管理从一个BTS 704到另一个BTS的切换。
在一种具体的实施方式中，向MSC 22申请切换的BTS 24利用移动指数118来确定多长时间进行一次切换申请。一旦移动用户710处于与无线通信系统20进行通信的过程中，那么将有几个计数器被重置。扫描接收机28定期地为移动用户710进行一次RSSI测量。这一RSSI值将与一个切换门限比较，如果RSSI值低于切换门限，那么切换门限计数值将加1。如果RSSI水平高于切换门限，并且切换门限计数大于0，那么切换门限计数值将被清除。一个定时器将被启动以延迟下一次扫描接收机测量。
如果切换门限计数值等于一个预定的切换申请计数值，那么一个门限符合指示值将加1。当前预定状态118确定向MSC 22申请切换所需的被定义为预定切换门限的门限符合指示值。一般来说，移动单元710的速度越低，移动切换门限越大。如果移动状态118未定，那么系统20就把它作为一个快速移动用户对待。如果门限符合指示值小于预定切换门限，程序将重启动一个定时器来延迟来自扫描接收机28的下一次扫描计数测量并重置切换门限计数值。如果门限符合指示值大于或等于移动切换门限，那么切换将被申请并且门限符合指示值被重置。
图16描述的是利用速度检测来执行MSC 22使用的从微小区到宏小区的切换的程序。一个移动用户正与一个BTS 703进行通信，BTS 703把切换申请发送给MSC 22，切换申请包括移动速度指示值。在852，MSC 22把速度状态与预定门限相比较。如果速度状态表明一个速度大于预定门限，那么在864，MSC 22将初始化一个切换给BTS 704，它被指定为一个服务地理范围与微小区的服务地理范围相同的宏小区。此切换是根据移动速度而不是利用RSSI水平测试来执行的。通过从微小区到宏小区的切换，系统20降低了丢弃小区(dropped cell)的数目。
图17描述的是快速移动单元申请交接的程序。本程序是由属于XCVR 26的一部分的处理器114执行的，而XCVR 26则是BTS 703的一部分。在步骤902，处理器114从信号处理器112接收一个移动指数。在判决步骤904，移动指数与一个预定门限进行比较。如果移动指数指示有一速度大于判断门限，那么在906就有一个切换申请被送到MSC 22并在902继续进行处理。如果速度不大于判断门限，那么在902继续进行处理。
本方法和装置具有多个优点。例如，不同的采样窗口长度以及对衰减进行计数的采样频率的使用，使得低速度可以被带有较长窗口长度的低速检测器准确检测，高速度可以被带有较短窗口长度的高速检测器准确检测。衰减深度门限以及通过速度计算使一窗口采样无效的SSI资格门限的使用，使得在一个由于干扰、噪声、dominant line-of-sight(Rician)信号条件以及弱信号条件影响而变化的移动环境中速度的确定准确、可靠。通过对以前多个采样窗口进行速度平均以及在指示一个速度之前申请大量窗口有效，可以确定一个准确速度。根据监测的丢失或在移动功率变化过程中使采样窗口无效，可以丢掉有可能导致一个无效速度被确定的采样窗口，这使得对速度的测量更加准确。作为另一个例子，当切换申请率因响应低速测量而被降低时，BTS 24和MSC 22以及安装在MSC 22的处理器之间的连接通信量就会降低。
熟练的技术人员可以对以上所述的装置和方法找到更多有益效果并进一步修改。因此，就更广泛的方面来说，本发明并不仅仅局限于以上所述、所示的具体细节、典型装置和图示举例。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对上述特性进行各种各样的修改和变动。只要这些修改和变动在以下权利要求书或与之等效的范围之内，将认为本发明覆盖了所有这些修改和变动。