专利名称：用于提供使用ofdm前向链路和cdma反向链路的无线通信系统中的前向链路越区切换的方法
技术领域：
本发明通常涉及数据通信，更具体地涉及用于在无线通信系统中的前向链路上执行越区切换的技术，该无线通信系统在前向链路上使用多载波调制(例如OFDM)和在反向链路上使用CDMA。
背景技术：
无线通信系统被广泛地用于提供多种通信，例如语音、分组数据等等。这些系统是能够通过共享可用的系统资源来支持与多用户通信的多路接入系统。这种系统可以基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、一些其它的多址接入技术，或者它们的结合。CDMA系统也可以设计为执行一些众所周知的CDMA标准，例如cdma2000、IS-856、IS-95、W-CDMA，和其它标准。
在直接序列(DS)CDMA系统中，用一个扩频序列将窄带信号在时域上的整个系统带宽上扩展。这种DS-CDMA系统的一些例子包括执行IS-2000、IS-95，和W-CDMA标准的那些系统。扩频序列可以是伪随机数序列(例如用于IS-95和IS-2000)或者是加扰序列(例如用于W-CDMA)。DS-CDMA系统提供某些有利条件，例如易于支持多路接入、窄带抑制等。
正交频分复用(OFDM)有效地把系统带宽划分为多(N)个正交的子带，子带通常也被称为音调、频率段(frequency bin)，和频率子信道。在取决于每个子带的带宽的每段时间间隔中，一个调制符号可以在N个子带的每个上被传输。OFDM可被用于防止码间干扰(ISI)，码间干扰是一个已接收到的信号中的每个字符都对这个信号中它后面的字符起作用由此造成其失真的现象。ISI是由多路信道中的频率的选择性衰落引起的。为防止码间干扰，正如本领域公知的，每个OFDM符号的一部分在传输之前被重复发送。
由于多种原因，一种通信链路使用一种调制技术(例如在前向链路用OFDM技术)而互补的通信链路使用另一种调制技术(例如在反向链路用CDMA技术)比较有利。但是，多种调制技术的使用可能使某些系统操作复杂化，例如多个系统中的各基站之间的终端的越区切换。
因此本领域存在着一种需求，即需要一种用于在混合无线通信系统的前向链路上执行越区切换的技术。
图1是一个无线通信系统；图2是执行终端启动的前向链路越区切换过程的一个实施例的流程图；图3是执行BTS启动的前向链路越区切换过程的一个实施例的流程图；图4是基站和终端的一个实施例的框图。
具体实施例方式
“示范的”这个词在这里指“作为例子、举例、说明”。这里被称为“示范的”的实施例和设计方案并不意味着必然比其它的实施例和设计方案优越或者有利。
图1示出了可执行本文提到的前向链路越区切换技术的一个无线通信系统100。系统100中包括多个基站，每个基站覆盖相应的地理区域。为了简便，图1只示出了110a、110b和110c三个基站。基站也可以被称为接入点、节点B，或者一些其它术语。取决于这个词出现的上下文，基站和/或其覆盖区域通常也被称为小区。为增加容量，可将每个基站的覆盖区域划分为多个扇区。每个扇区由相应的基站收发子系统(BTS)提供服务。对于一个已被扇区化的小区，这个小区的基站可以包括为这个小区的各扇区提供服务的所有BTS。为了简便，下面的说明假定每个小区被分为三个扇区，这三个扇区由位于基站内的三个BTS提供服务，三个BTS依次位于在该小区的中心。
整个系统中典型地分布着多种终端。为了简便，图1只示出了一个终端120。终端也可称为远程工作站、移动台、访问终端、用户设备(UE)、无线通信设备，或者一些其它术语。在任意给定时刻每个终端都可以与前向链路上的一个或多个BTS或者反向链路上的一个或多个BTS进行通信。这取决于此终端是否工作、数据传输是否支持软越区切换、此终端是否在软越区切换状态。前向链路(也就是下行链路)是指从BTS到终端的通信链路，反向链路(也就是上行链路)是指从终端到BTS的通信链路。
例如，系统控制器102连接到基站110上并可以进一步与诸如公用交换电话网(PSTN)、分组数据网(PDN)等的其它系统连接。系统控制器102也可以被称为基站控制器(BSC)、无线电网络控制器(RNC)，或者一些其它术语。系统控制器102对与其相连接的基站进行协调与控制。系统控制器102经由该基站进一步控制(1)系统100的各个终端之间的呼叫的路由和(2)系统100的终端与连接到其它系统(例如PSTN)的其它用户之间的呼叫的路由。
系统100可以被设计为在前向链路(FL)中用多载波调制(MCM)而反向链路(RL)中用CDMA。多载波调制可以是正交频分复用(OFDM)技术或者一些其它调制技术或构造。OFDM技术具有某些优势，例如，具有高数据传输容量和防止码间干扰(ISI)的能力。为表达清楚，以下论述假定系统100在前向链路中使用OFDM技术，在反向链路中使用CDMA技术。
为简化系统设计和提高整个系统的吞吐量，系统100可以被设计为在反向链路中支持软越区切换(SHO)而在前向链路中不支持。通过从多个BTS向一个终端传输冗余数据以增加数据传输的可靠性，获得前向链路上的软越区切换。但是，前向链路传输中的冗余也会降低系统容量。
通过使位于相同或不同的小区中的多个BTS接收并处理来自终端的反向链路信号，来获取反向链路上的软越区切换。如果这多个BTS服务于同一个小区中的多个扇区，则在解码前可将这些BTS接收到的来自终端的反向链路信号组合(一个通常被称为“更软越区切换”(softerhandoff)的过程)。如果这多个BTS服务于不同小区中的多个扇区，则每个BTS可对从终端接收到的信号进行独立处理和解码，然后系统可以从这些BTS中的一个选择已解码的数据。无论如何，反向链路上的软越区切换可以以多个BTS的信号处理量增加为代价来提高反向链路传输的可靠性并进一步增加整个系统的容量。在前向链路中不允许数据用户使用软越区切换的CDMA系统的一些实例包括(1)IS-856系统，也被称为1xEV-DO系统，(2)IS-2000系统，也被称为1xEV-DV系统，以及(3)W-CDMA系统。
每个BTS都在其扇区内把数据通过前向链路传到各终端。此外每个BTS还在前向链路上发送导频信号，该导频信号可以被位于本扇区内部和外部的各终端接收并识别。如果前向链路中不使用软越区切换，则在任意给定时刻每个活动终端仅从一个BTS接收用户指定的数据传输，这经常被称为服务扇区。当一个终端的服务扇区改变的时候，前向链路上就会发生硬越区切换(或者简称越区切换)。
1、前向链路导频信号每个BTS在OFDM前向链路上发送一个导频信号(或者简称为“OFDM导频信号”)，这个导频信号可以被终端用作多种功用，例如信道估计、定时和频率获取、相干数据解调、已接收信号的功率测量等等。BTS发射的OFDM导频信号在某种意义上可以提高系统各终端的检测。
每个BTS可以被设置为在一组特定的子带上发送其导频信号。邻近的BTS可以被分配给不同的不相交的各组子带以使得它们的导频信号在频域内互相正交。每个BTS的导频信号可以进一步被分配给这个BTS的特定的正交码掩码(cover)。附近的BTS(例如分配给同一组子带的那些BTS)可以被分配不同的正交码以使得它们的导频信号在时间域互相正交。在频域和/或时域中的导频信号的正交性可以提高系统中的终端对这些导频信号的检测和捕获。
每个BTS的OFDM导频信号可以进一步用分配给这个BTS的特定的扰码来进行加扰。扰码使导频信号干扰随机化并进一步允许系统中的终端基于接收到的导频信号唯一地识别各BTS。
可应用于OFDM前向链路的各种导频信号传输方案被记录在2003年2月7号提交的申请号为10/359,811，标题为“用于无线多载波通信系统的导频信号传输方案”的美国专利申请中，其转让给本发明的受让人，结合于此作为参考。
2、终端启动的前向链路越区切换系统的一个终端可以持续地或者周期性地监控从系统的各BTS发出的前向链路传输来判断选择哪个BTS作为服务扇区。在一个实施例中，服务扇区的选择是基于从BTS接收到的导频信号的功率测量而做出的。通常，可以基于BTS信号质量的任何测量，例如，信噪比(SNR)，做出对服务扇区的选择。
图2示出了一个执行终端启动前向链路越区切换过程200的一个实施例的流程图。过程200可以由终端执行。
开始，终端测量从多个BTS接收到的OFDM导频信号的功率(步骤212)。终端具有接收和处理从不同扇区的BTS发出的OFDM导频信号所需的相关信息的知识。这些信息依赖于系统执行的特定的导频信号传输方案。对于上述的申请号为10/359,811的美国专利申请中描述的导频信号传输方案，这些信息可以包括，例如，用于导频信号传输的每个BTS的那组子带、每个BTS用来在传输前覆盖其导频信号的正交码(例如沃尔什码)，以及每个BTS用来加扰其导频信号以实现BTS识别和随机化的扰码。由终端进行的导频信号处理可以按照上述的申请号为10/359,811的美国专利申请的方法执行。导频信号处理的输出是终端接收到的各BTS的测量的导频信号功率。然后将接收到的BTS的测量的导频信号功率排序(例如按照降序排序)(步骤214)。
一个特例，如果系统有512个OFDM前向链路的子带，这些子带中大约有百分之十(例如，50个子带，下标分别为10、20、30、…500)可被用作导频信号子带。终端可以测量这些导频信号子带中每个子带上接收的导频信号的功率并进一步对这50个导频信号子带上的导频信号功率求平均值来获得BTS的测量的导频信号功率。通常，接收到的导频信号功率的函数或者导频信号子带的信噪比可用于服务扇区的选择。
然后选择到终端的后续的前向链路数据传输的服务扇区(步骤216)。对服务扇区的选择是基于(1)接收到的各BTS的测量的导频信号功率和(2)一个特定的选择算法。该算法可以利用选择处理中的滞后作用来避免两个服务扇区之间的乒乓切换(即，频繁地请求在由终端接收到的导频信号功率或者信噪比接近的两个扇区之间进行转换)。滞后作用可以通过使用不同的转换电平和计时器或其它机械装置来执行。例如，只有当该扇区的测量的导频信号功率超过了当前服务扇区的测量的导频信号功率一定数量，终端才可以请求越区切换到另一个服务扇区。
然后判断新选择的服务扇区和当前服务扇区是否相同(步骤218)。如果这个新选择的服务扇区与当前服务扇区相同，则该过程回到步骤212。否则，终端向所选择的服务扇区发出越区切换请求，这个被选择的服务扇区接收到的导频信号功率超过当前服务扇区(步骤220)。除了越区切换请求，终端也可以发出其它相关信息，例如，终端预计可成功解调的最大数据率。
对于从终端接收到的越区切换请求，系统可以许可或者拒绝该请求。这个决定是基于如下所述的不同因素做出的。如果越区切换请求被许可了，则该许可将被以信号形式告知终端，接着新的服务扇区通过前向链路向终端发送数据。否则，终端可以继续从当前服务扇区接收前向链路数据传输。
在决定许可还是拒绝从终端发来的越区切换请求时要考虑各种因素/准则。对终端的服务扇区的最好选择并非一定是终端接收到的OFDM导频信号功率最强或者信噪比最大的扇区。其它因素也将被考虑，包括该扇区的负载量、BTS对终端做出的各项反向链路测量、终端的优先级、终端当前得到的服务等等。例如，一个具有低负载的前向链路的扇区是比高负载前向链路扇区更好的选择，特别是当这两个扇区的测量的导频信号功率或者信噪比的差异很小的时候。这样基于对这些BTS的前向链路负载情况的认知，当前服务扇区的BTS就可以许可或拒绝从终端传来的越区切换申请。
3、BTS启动的前向链路越区切换基于来自终端的反向链路传输，前向链路越区切换也可以被BTS启动。基于从终端接收到的反向链路导频信号的功率或信噪比的测量，BTS可以做出前向链路越区切换选择。
图3示出了一个用来执行BTS启动的前向链路越区切换的处理300的实施例流程图。处理300可以被系统执行。
开始，系统中的多个BTS测量从终端接收到的反向链路导频信号的功率(步骤312)。例如，如果终端在CDMA反向链路上发出导频信号，则通过使用CDMA导频信号滤波器的对来自终端的反向链路导频信号进行解扩、去掩码(decovering)和累加，每个BTS可以判断从终端接收到的导频信号的平均功率。CDMA反向链路导频信号的处理在本领域已众所周知，这里不再详述。导频信号处理的输出是从终端接收导频信号的BTS的测量的导频信号功率。
接下来为后来的到终端的前向链路数据传输选择服务扇区(步骤316)。服务扇区选择是通过协调从终端接收到反向链路导频信号的各BTS来进行的。这些BTS可以联合判断哪个扇区应该在OFDM前向链路上服务于终端。该服务扇区选择是基于BTS测定的导频信号的功率和一个特定的选择算法进行的，这个算法可以与终端所用的终端启动的前向链路越区切换的算法相同也可以不同。此外，滞后作用可以用于避免两个服务扇区之间的乒乓切换。
然后判断终端的新选择的服务扇区是否相同于终端的当前服务扇区(步骤318)。如果新选择的服务扇区与当前服务扇区相同，则处理回到步骤312。否则，可以向终端发送信令通知它越区切换到新的服务扇区(步骤320)。
与上面同理，终端的服务扇区的最好选择不一定是具有最大接收到的终端的反向链路导频信号功率的扇区。例如，选择一个低负载前向链路的扇区比高负载前向链路的扇区是更好的选择，特别是当由这些扇区测量的接收到的功率之间的差别很小的情况下。因此这些BTS在决定启动一个前向链路越区切换来改变该终端的服务扇区时会考虑负载和其它相关信息。
4、前向链路越区切换的性能终端启动的前向链路越区切换能提供比BTS启动的前向链路越区切换更好的性能。首先，因为服务扇区的选择是基于OFDM前向链路上的测量，因此终端启动的越区切换可以更准确。相反，BTS启动的越区切换是基于反向链路的各测量并依赖于平均的前向链路和反向链路信道之间的相关性。其次，终端启动的越区切换可以比BTS启动的越区切换更快地被启动。这是因为越区切换的决定是由终端基于从多个BTS的前向链路测量做出的。相反，BTS启动的越区切换的越区切换决定是基于在来自一个终端的多个BTS上的测量做出的，并且会招致一些处理和传输的延迟。
终端启动的越区切换中服务扇区选择的最优性依赖于接收到的BTS功率测量的准确性。BTS启动的越区切换中服务扇区选择的最优性依赖于(1)BTS功率测量的准确性和(2)OFDM调制的前向链路和CDMA反向链路之间的相关性或者相干性。这个前向/反向链路相关的程度依赖于反向链路与前向链路衰落过程之间的相关的程度。如果满足以下两个条件之一，这个衰落相关性会相当小(1)前向和反向链路在不同频带上被传输并且这两个频带之间的间隔很大或者(2)无线信道有很大的延迟扩展。但是，前向和反向链路的平均特性应该是类似的(基于地区的考虑)，即使当相干带宽(以延迟扩展的倒数给出)比两频带间隔小的时候这些链路经历不相关的衰落过程。
这样，终端可以请求前向链路越区切换来改变它的服务扇区，服务扇区的确定是基于通过从多个BTS的前向链路接收到的OFDM导频信号在终端的测量。基于各扇区在前向链路上的负载和其它BTS能得到的相关信息，服务扇区上的BTS可以许可或者拒绝越区切换请求。可用于前向链路上到终端的数据传输的数据率依赖于被选择的服务扇区与终端之间的无线信道的质量。BTS启动的前向链路越区切换可用于与终端启动的前向链路越区切换相结合或者替代终端启动的前向链路越区切换。
5、系统图4示出了系统100中的基站110x和终端120x的一个实施例框图。为了说明简便，基站110x只对一个扇区进行处理。
通过前向链路，在基站110x，发送(TX)数据处理器414接收来自数据源412的业务量数据和来自控制器430的信令以及其它数据。TX数据处理器414对数据进行格式化、编码、交织和调制(即字符映射)以提供数据调制符号，或者简单地称之为数据符号。调制器(MOD)420接收和复用数据符号和导频符号、执行所需的处理、并提供OFDM符号流。由调制器420的处理在前面提到的申请号为10/359,811的美国专利申请中有述。接下来发送单元(TMTR)422处理OFDM符号流以提供一个前向链路信号，这个信号被从天线424发射到各终端。
在终端120x，由多个扇区的多个基站发送的前向链路信号被天线452接收到，被接收到的信号被一个接收单元(RCVR)454进行处理(例如，放大、滤波、下变频和数字化)以提供采样样本。解调器(DEMOD)460以一种与调制器420在为被覆盖扇区提供测量导频信号功率和数据符号估计时所采用的方法互补的方法对样本进行处理。接收(RX)数据处理器462进一步处理(例如，符号反映射、解交织和解码)数据符号估计以提供解码数据，解码数据可供数据接收器464存储和/或供控制器470做进一步处理。
对反向链路的处理可依照CDMA标准或者对反向链路实施的设计执行。数据和信令被TX数据处理器484处理(例如，编码、交织和调制)以产生数据符号，数据符号被与导频信号码一起复用并被调制器490进一步处理以产生发送符号。发送单元492进一步对发送符号进行处理以生成反向链路信号，该信号被从天线452发射。
在基站110x，从终端发来的反向链路信号被天线424接收，被接收到的信号被接收单元438进行处理以提供采样样本。采样样本被解调器440进一步处理以提供数据符号估计，该数据符号估计被RX数据处理器442做进一步处理来为每个被重新覆盖的终端提供解码数据。解码数据可供数据接收器444存储和/或供控制器430做进一步处理。
控制器430和470分别控制基站和终端各处理器的操作。存储单元432和472分别存储数据和控制器430和470所使用的程序代码。控制器470执行图2所示的处理过程来决定是否启动一个越区切换请求。如果另一个扇区比当前服务扇区被更好地接收，控制器470将为TX数据处理器484提供一个可供传输到当前服务扇区的BTS的越区切换请求的消息。每个BTS的控制器430可以参与图3所示的处理来决定是否启动一个终端的越区切换。多个BTS的多个控制器可以协调工作来执行终端的BTS启动的前向链路越区切换。
这里所述的前向链路越区切换技术可以以多种方式执行。例如，这些技术可以以硬件、软件或其结合来实现。对于硬件实现，用于支持在BTS和终端上的前向链路越区切换的各元件可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和为执行这里所描述的功能所设计的其它电子器件，或者它们的组合实现。
对于软件实现，这里所述的前向链路越区切换技术可以被这里提到的执行某些功能的模块(例如，步骤、功能等等)执行。软件代码可以被存储在存储单元(例如，图4中的存储单元432和472)中并被处理器(例如控制器430和470)执行。存储单元可以在处理器内部也可以在处理器的外部，在外部情况下存储单元可以通过本领域任何已知的方法直接连接到处理器上。
本文包括的标题是用于参考并用来定位特定节。这些标题不是为了限定本文下述概念的范围，这些概念可能在整个说明书的其它部分也适用。
上述公开实施例是供给本领域的任意专业技术人员实现或者使用本发明。这些实施例的各种修改对于那些本领域技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以应用于其它实施例而不背离本发明的精神或范围。因此，本发明并不限制在本文示出的这些实施例中而是和本文所公开的原理和新颖性相符的最广泛范围相一致。
权利要求
1.一种在前向链路上使用多载波调制(MCM)和在反向链路上使用CDMA的无线通信系统中，对终端执行前向链路上的越区切换的方法，包括判断所述终端从系统中的多个基站接收到的导频信号的信号质量；基于所述对多个基站判断的信号质量，为到所述终端的前向链路上的后续数据传输选择特定的基站；如果所述特定的基站与当前已选择的基站不同，则启动向所述特定的基站越区切换的请求。
2.依据权利要求1所述的方法，其中所述多载波调制是正交频分复用(OFDM)。
3.依据权利要求1所述的方法，其中所述信号质量与导频信号功率有关。
4.依据权利要求1所述的方法，其中所述信号质量与信噪比(SNR)有关。
5.依据权利要求1所述的方法，其中所述选择还基于至少一条附加准则。
6.依据权利要求5所述的方法，其中所述至少一条附加准则与系统中基站的前向链路上的负载有关。
7.依据权利要求1所述的方法，其中所述选择是利用滞后作用来防止两个基站之间的乒乓切换而执行的。
8.一种在前向链路上使用多载波调制(MCM)和在反向链路使用CDMA的无线通信系统中，对终端执行前向链路上的越区切换的方法，包括判断由系统中的多个基站从所述终端接收到的信号的质量；基于所述由多个基站判断的信号质量，为向所述终端的前向链路上的后续数据传输选择特定的基站；启动所述终端向所述特定的基站的越区切换。
9.依据权利要求8所述的方法，其中所述多载波调制是正交频分复用(OFDM)。
10.依据权利要求8所述的方法，其中所述信号质量与导频信号功率有关。
11.依据权利要求8所述的方法，其中所述选择进一步基于至少一条附加准则。
12.依据权利要求11所述的方法，其中所述至少一条附加准则与系统中基站的前向链路上的负载有关。
13.依据权利要求11所述的方法，其中所述至少一条附加准则与多个基站从终端接收到的信号的测量有关。
14.一种在前向链路上使用多载波调制(MCM)和在反向链路上使用CDMA的无线通信系统中的终端，包括判断所述终端从系统中的多个基站所接收到的导频信号质量的装置；基于所述对多个基站判断的信号质量，为到所述终端的前向链路上的后续数据传输选择特定的基站的装置；如果所述特定的基站与当前已选择的基站不同，则启动向所述特定基站越区切换请求的装置。
15.一种在前向链路上使用多载波调制(MCM)和在反向链路上使用CDMA的无线通信系统中的设备，包括判断由系统中的多个基站从所述终端接收到的信号的质量的装置；基于所述由多个基站判断的信号质量，为向所述终端的前向链路上的后续数据传输选择特定的基站的装置；启动所述终端向所述特定的基站的越区切换的装置。
全文摘要
一种在具有用于前向链路的多载波调制(MCM)和用于反向链路的CDMA的无线通信系统中，对终端执行前向链路上的越区切换的方法和设备。在一个实施例中，提供了一种在前向链路上执行终端的越区切换的方法，在该方法中可以判断终端从系统中的多个基站接收到的导频信号的质量。基于对多个基站判断的信号质量，为到终端的前向链路上的后续数据传输选择特定的基站。如果该特定的基站与当前已选择的基站不同，则向所述特定的基站启动越区切换的请求。
文档编号H04W36/30GK1745600SQ200480003115
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月7日 优先权日2003年1月7日
发明者J·E·斯密, J·R·沃尔顿, D·P·马拉迪, S·威伦哲 申请人:高通股份有限公司