專利名稱：蜂窩通信網絡中的信號強度測量的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線電通信系統。更具體地且非限制地，本發明涉及測量來自蜂窩無線電通信系統中的相鄰小區的信號的信號強度的方法。
背景技術：
在諸如全球移動通信系統(GSM)的蜂窩無線電通信系統中，在給定小區的覆蓋區域內工作的各個活動的移動臺(MS)測量該移動臺進行工作所在的業務信道的信號強度和相鄰小區的控制信道的信號強度。這些信號強度測量值被報告給系統，后者使用它們來作出切換和重新選擇決策。但是，在GSM網絡中，目前由MS執行的測量不夠準確，因此導致了次優的切換和錯誤的目標小區識別。
在S.Craig、C.Jansson、Y.Timner和T.Tynderfeldt的、標題為“有效率的廣播頻率利用-高容量蜂窩網絡的關鍵”的(“EfficientBroadcast Frequency Utilization-A Key to High Capacity CellularNetworks″，VTC，2003年秋(“Craig文獻”))文章中提出了一種提高相鄰小區的RSSI測量值的精度的方法。Craig文獻描述了一種方法，該方法在相鄰小區測量過程中使用信道估計來隔離相鄰小區的信號強度，由此提高測量的精度。然而，該方法的一個問題是，必須在特定時間執行相鄰小區測量，該特定時間對應于相鄰小區的訓練序列出現的時刻。在同步系統中，可以容易地以相當的精度來確定上述適當的時刻，但是，在非同步系統中，實現這一點較為困難。如果MS工作于高的多時隙模式(high multislot mode)(如DTM 3+2)，則也將存在問題。高的多時隙模式是一種MS接收和發射多個時隙的模式，因此使得對相鄰小區進行RSSI測量的時間較少。因此，當工作于高的多時隙模式中時，對MS的合成器的切換要求可能不允許在不中斷發射或接收的情況下對訓練序列進行相鄰小區測量。
發明內容
一方面，本發明針對一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的方法。該方法包括如下步驟通過多個幀測量無線電信號的接收信號強度；通過多個幀計算平均接收信號強度；在空閑幀期間接收同步信道信號；以及使用已知的擴展訓練序列確定同步信道的信道估計。該方法也包括利用該信道估計修改擴展訓練序列，并從接收的同步信道信號中減去修改的擴展訓練序列，以得到剩余信號。然后計算剩余信號的能量。這稱為剩余能量。然后，該方法從無線電信號的平均接收信號強度中減去剩余能量，以得到來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。
另一方面，本發明針對一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的方法。該方法包括如下步驟通過多個幀測量無線電信號的接收信號強度；通過多個幀計算平均接收信號強度；在空閑幀期間接收同步信道信號；以及使用已知的擴展訓練序列確定同步信道的信道估計。該方法還包括利用信道估計修改擴展訓練序列；以及從接收的同步信道信號中減去修改的擴展訓練序列，以得到剩余信號。然后，該方法計算該剩余信號的剩余能量，并通過確定修改的擴展訓練序列的能量來計算同步信道上的信號分量能量。然后，該方法確定平均接收信號強度減去剩余能量是否大于或等于信號分量能量加預定的閾值。當確定平均接收信號強度減去剩余能量大于或等于信號分量能量加預定的閾值時，將平均接收信號強度減去剩余能量作為來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。當確定平均接收信號強度減去剩余能量小于信號分量能量加預定的閾值時，將信號分量能量作為來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。
另一方面，本發明針對一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的移動臺。該移動臺包括用于通過多個幀測量無線電信號的接收信號強度的裝置；用于通過多個幀計算平均接收信號強度的裝置；用于在空閑幀期間接收同步信道信號的裝置；以及用于使用已知的擴展訓練序列確定同步信道的信道估計的裝置。該移動臺還包括用于利用信道估計修改擴展訓練序列的裝置；用于從接收的同步信道信號中減去修改的擴展訓練序列來得到剩余信號的裝置；以及用于計算剩余信號的剩余能量的裝置。然后，該移動臺從無線電信號的平均接收信號強度中減去剩余能量，以得到來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。
另一方面，本發明針對一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的移動臺。該移動臺包括用于通過多個幀測量無線電信號的接收信號強度的裝置；用于通過多個幀計算平均接收信號強度的裝置；用于在空閑幀期間接收同步信道信號的裝置；以及用于使用已知的擴展訓練序列確定同步信道的信道估計的裝置。該移動臺還包括用于利用信道估計修改擴展訓練序列的裝置；和用于從接收的同步信道信號中減去修改的擴展訓練序列來得到剩余信號的裝置。該移動臺還包括用于計算剩余信號的剩余能量的裝置；以及用于通過確定修改的擴展訓練序列的能量來計算同步信道上的信號分量能量的裝置。然后，該移動臺確定平均接收信號強度減去剩余能量是否大于或等于信號分量能量加預定的閾值。響應對平均接收信號強度減去剩余能量大于或等于信號分量能量加預定閾值的確定，移動臺將平均接收信號強度減去剩余能量作為來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。響應對平均接收信號強度減去剩余能量小于信號分量能量加預定的閾值的確定，移動臺將信號分量能量作為來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。
在以下部分中，將結合附圖所示的示范實施例來描述本發明，其中圖1是說明本發明的方法的第一示范實施例的步驟的流程圖；圖2是說明本發明的方法的第二示范實施例的步驟的流程圖；圖3是在根據本發明的第一實施例的移動臺內實施的相鄰小區功率估計功能的簡化功能框圖；圖4是在根據本發明的第二實施例的移動臺內實施的相鄰小區功率估計功能的簡化功能框圖；以及圖5示出了與現有的測量技術相比本發明的性能圖。
具體實施例方式
根據本發明的教導，在合適的時刻，在給定小區的覆蓋區域內工作的MS為各個幀測量相鄰小區的接收信號強度指標(RSSI)。網絡中的各個小區廣播同步信道(SCH)，該同步信道提供小區ID、與小區內所使用的定時有關的信息。在候選者識別期間，當MS嘗試對SCH進行解碼時，MS計算剩余信號的信號強度，后者對應于信號強度的干擾分量。從測量的信號強度中減去該剩余信號強度，其中，已通過多個幀對該測量的信號強度求平均，以得到對相鄰小區信號強度的更好的整體估計。如果存在大量的共信道(co-channel)信號，則干擾信號強度的該單一測量值將不存在較大偏差。在各種單獨的情況下，為SCH計算的剩余信號的信號強度可能大于平均后的RSSI。在這種情況下，將差值(平均后的RSSI-剩余信號強度)與為SCH計算的信號分量的強度進行比較，如果比值小于預定的閾值，則使用SCH上的測得的信號分量強度而非上述差值。使用該閾值可以降低測量誤差的方差。
圖1是說明本發明的第一示范實施例的步驟的流程圖。在步驟11處，MS在普通幀期間對候選的相鄰小區的廣播控制信道(BCCH)絕對射頻頻道號(ARFCN)所代表的信道進行RSSI測量。在步驟12處，通過ARFCN所代表信道的若干個幀對RSSI測量值求平均。在步驟13處，MS在空閑幀期間接收候選的相鄰小區的ARFCN所代表信道上的SCH信號。SCH在突發(burst)的中間具有64位訓練序列。該訓練序列用于將信息流比特級同步至上述SCH(例如，通過與擴展訓練序列進行關聯)，并估計信道系數。MS已知該擴展訓練序列。該序列是遵循GSM規范的固定序列，且在所有小區中它都是相同的。
在步驟14處，MS根據該64位擴展訓練序列的有關知識找到SCH的信道估計。可以將接收信號寫為r(n)＝c(0)·s(n)+c(1)·s(n-1)+c(2)·s(n-2)+...+噪聲。假定對應于擴展訓練序列的s(n)、s(n-1)、...是已知的，則該信道估計過程找到了系數c(k)的估計值。在步驟15處，MS利用該信道估計修改擴展訓練序列。這實際是擴展訓練序列與信道系數的序列的卷積。在步驟16處，MS從接收的SCH信號中減去經信道估計修改的擴展訓練序列，以獲得剩余序列，并為不同的n值計算該序列的能量。在步驟17處，MS從平均后的RSSI測量值中減去剩余能量，以得到估計的相鄰小區功率。
圖2是說明本發明的第二示范實施例的步驟的流程圖。在第二實施例中，如果測量值較差，則使用閾值來對估計進行細化。一般地，信號分量能量隨各個突發脈沖的不同而不同，因此應該對它們求平均。在第二實施例中，執行了一些附加步驟，以確保所報告的結果是合理的。在步驟21處，MS在普通幀期間對候選的相鄰小區的BCCH ARFCN所代表的信道進行RSSI測量。在步驟22處，通過ARFCN所代表信道的多個幀對RSSI測量值求平均。在步驟23處，MS在空閑幀期間接收候選相鄰小區的ARFCN所代表的信道上的SCH信號。在步驟24處，MS根據64位擴展訓練序列的有關知識找到SCH的信道估計。在步驟25處，MS利用信道估計修改擴展訓練序列。在步驟26處，MS從接收的SCH信號中減去經信道估計修改的擴展訓練序列，并計算剩余能量。在步驟27處，MS通過找到經信道估計修改的擴展訓練序列的能量來計算SCH上的信號分量能量。
在步驟28處，確定了步驟22處計算的平均RSSI減去步驟26處計算的剩余能量是否大于或等于步驟27處計算的信號分量能量加預定的閾值信號。如果為否，則將相鄰小區功率估計為信號分量能量。然而，如果平均RSSI-剩余能量≥信號分量能量+閾值，則將相鄰小區功率估計為平均RSSI-剩余能量。
本發明的方法同時適用于同步的和非同步的網絡。盡管本發明的結果可能不如上述Craig文獻中描述的方法精確，但是，本發明不要求MS在特定時刻進行信號強度測量。與目前實施的切換方法相比，本發明提高了切換和重新選擇的準確度，同時，它僅需對MS的實施方式作微小的修改。
圖3是在根據本發明的第一實施例的移動臺內實施的相鄰小區功率估計功能32的簡化功能框圖。信號強度接收器(SSR)33在普通幀期間對候選相鄰小區的BCCH ARFCN代表的信道進行RSSI測量，并將測量結果提供給平均單元34，而后者通過ARFCN所代表信道的若干個幀對這些RSSI測量值求平均。在空閑幀期間，MS的接收器35在候選的相鄰小區的ARFCN所代表的信道上接收SCH信號。將SCH提供給信道估計器36，后者使用64位擴展訓練序列37的有關知識找出SCH的信道估計。然后，信道估算器將經信道估計修改的擴展訓練序列提供給剩余計算器38。剩余計算器從接收的SCH信號中減去修改的擴展訓練序列，并計算剩余能量。然后，相鄰小區功率估計器39從平均RSSI測量值中減去剩余能量，以得到估計的相鄰小區功率。
圖4是在根據本發明的第二實施例的移動臺內實施的相鄰小區功率估計功能41的簡化功能框圖。與第一實施例一樣，SSR 33在普通幀期間對候選相鄰小區的BCCH ARFCN所代表的信道執行RSSI測量，并將測量結果提供給平均單元34，后者通過ARFCN所代表的多個幀對這些RSSI測量值求平均。在空閑幀期間，接收器35在候選的相鄰小區的ARFCN所代表的信道上接收SCH信號，并將SCH提供給信道估計器36，信道估計器36使用64位擴展訓練序列37的有關知識找出SCH的信道估計。然后，信道估算器將經信道估計修改的擴展訓練序列提供給剩余計算器38。剩余計算器從接收的SCH信號中減去修改的擴展訓練序列，并計算剩余能量。將剩余能量發送到減法單元42，后者從平均RSSI測量值中減去剩余能量，并將結果提供給比較單元43。
信道估計器36也將修改的擴展訓練序列發送到信號分量能量計算器44，后者通過找出修改的擴展訓練序列的能量來計算SCH上的信號分量能量。然后，加法單元45將預定的閾值加上信號分量能量，并將結果發送到比較單元43。如果比較單元確定從減法單元42接收的值小于從加法單元45接收到的值，則將信號分量能量作為估計的相鄰小區功率46。如果比較單元確定從減法單元42接收的值大于或等于從加法單元45接收到的值，則使用從減法單元接收的值(平均SSI-剩余能量)作為估計的相鄰小區功率46。
圖5示出了三個不同閾值電平下，現有(舊)測量技術與本發明的測量技術(新)的平均瞬時測量誤差(dB)與載干(C/I)比(dB)的函數關系曲線。瞬時測量誤差定義為以dB為單位的測得的RSSI(求平均后)與實際平均信號RSSI(通用信息析取器輔助的)之比。圖1中示出了作為C/I比的函數的平均瞬時測量誤差的中值(通過多次試驗和多條曲線求得)。可清楚地看出，與舊方法相比，本發明顯著地改善了平均瞬時測量誤差。
盡管已利用同步信道(SCH)的信道估計描述了本發明，但是，也可以測量其他具有已知分量的信號，并利用它們來進行上文所描述的計算和改善對相鄰小區功率的估計。一個這樣的例子是GSM中的頻率校正信道(FCH)。在查找相鄰小區的SCH的過程中，MS首先找出該小區的FCH。FCH向MS提供了與SCH的位置(時間上的)有關的信息。FCH以處于已知頻率的正弦波形式在無線電信道上傳送。當MS接收到它時，由于無線電信道的原因，該正弦波已經過修改。然后，MS考慮無線電信道的影響來重構該正弦波。當接收到正弦波時，可以對信道估計進行估計。這包括估計所接收的正弦波的幅值、相位和其相對于已知頻率的頻率偏移量。然后，MS從接收的FCH信號中減去重構的正弦波，且剩余信號提供了剩余能量的測量值。或者，MS可以對來自FCH和SCH的剩余值求平均。
如本領域技術人員將認識到的，可以在廣泛的應用范圍內修改和變更本申請中所述的創新概念。因此，申請專利的主題范圍不應限于上述的任何特定示范教導，而是由附錄的權利要求進行定義。
權利要求
1.一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的方法，其中，通過多個幀測量了所述無線電信號的接收信號強度，并通過所述多個幀計算了平均的接收信號強度，所述方法的特征在于如下步驟在空閑幀期間接收(13)同步信道信號；使用已知的擴展訓練序列來確定(14)所述同步信道的信道估計；利用所述信道估計修改(15)所述擴展訓練序列；從所述接收的同步信道信號中減去(16)所述修改后的擴展訓練序列，以得到剩余信號；計算(16)所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；以及從所述無線電信號的所述平均接收信號強度中減去(17)所述剩余信號的剩余能量，以得到來自所述相鄰小區的所述無線電信號的估計的接收信號強度。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法由所述蜂窩無線電通信網絡中工作的移動臺來執行。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述蜂窩無線電通信網絡是非同步的全球移動通信系統(GSM)。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述蜂窩無線電通信網絡是同步的全球移動通信系統(GSM)。
5.如權利要求2所述的方法，還包括如下步驟將所述估計的接收信號強度報告給所述網絡，以及所述網絡利用所述估計的接收信號強度來確定是否將所述移動臺切換到所述相鄰小區。
6.一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的方法，其中，通過多個幀測量了所述無線電信號的接收信號強度，并通過所述多個幀計算了平均的接收信號強度，所述方法的特征在于如下步驟在空閑幀期間接收(23)同步信道信號；使用已知的擴展訓練序列來確定(24)所述同步信道的信道估計；利用所述信道估計修改(25)所述擴展訓練序列；從所述接收的同步信道信號中減去(26)所述修改的擴展訓練序列，以得到剩余信號；計算(26)所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；通過確定所述修改的擴展訓練序列的能量來計算(27)所述同步信道上的信號分量能量；確定(28)所述平均接收信號強度減去所述剩余能量是否大于或等于所述信號分量能量加預定的閾值；當確定所述平均接收信號強度減去所述剩余能量大于或等于所述信號分量能量加所述預定的閾值時，利用(30)所述平均接收信號強度減去所述剩余能量作為來自所述相鄰小區的所述無線電信號的估計的接收信號強度；以及當確定所述平均接收信號強度減去所述剩余能量小于所述信號分量能量加所述預定的閾值時，利用(29)所述信號分量能量作為來自所述相鄰小區的所述無線電信號的所述估計的接收信號強度。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法由所述蜂窩無線電通信網絡中工作的移動臺來執行。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述蜂窩無線電通信網絡是非同步的全球移動通信系統(GSM)。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述蜂窩無線電通信網絡是同步的全球移動通信系統(GSM)。
10.如權利要求7所述的方法，還包括如下步驟將所述估計的接收信號強度報告給所述網絡，以及所述網絡利用所述估計的接收信號強度來確定是否將所述移動臺切換到所述相鄰小區。
11.一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的移動臺，所述移動臺通過多個幀測量了所述無線電信號的接收信號強度，并通過所述多個幀計算了平均接收信號強度，所述移動臺的特征在于它包括裝置(35)，用于在空閑幀期間接收同步信道信號；裝置(36)，用于使用已知的擴展訓練序列(37)來確定所述同步信道的信道估計。裝置(36)，用于利用所述信道估計修改所述擴展訓練序列；裝置(38)，用于從所述接收的同步信道信號中減去所述修改的擴展訓練序列，以得到剩余信號；裝置(38)，用于計算所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；以及裝置(39)，用于從所述無線電信號的所述平均接收信號強度中減去(39)所述剩余能量，以得到來自所述相鄰小區的所述無線電信號的估計的接收信號強度。
12.如權利要求11所述的移動臺，其特征在于，所述移動臺適于在非同步的全球移動通信系統(GSM)中工作。
13.如權利要求11所述的移動臺，其特征在于，所述移動臺適于在同步的全球移動通信系統(GSM)中工作。
14.如權利要求11所述的移動臺，還包括具有以下功能的裝置，該裝置將所述估計的接收信號強度報告給所述網絡，以供在切換算法中使用。
15.一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的移動臺，所述移動臺通過多個幀測量了所述無線電信號的所述接收信號強度，并通過所述多個幀計算了平均接收信號強度，所述移動臺的特征在于它包括裝置(35)，用于在空閑幀期間接收同步信道信號；裝置(36)，用于使用已知的擴展訓練序列(37)來確定所述同步信道的信道估計；裝置(36)，用于利用所述信道估計修改所述擴展訓練序列；裝置(38)，用于從所述接收的同步信道信號中減去所述修改的擴展訓練序列，以得到剩余信號；裝置(38)，用于計算所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；裝置(44)，用于通過確定所述修改的擴展訓練序列的能量來計算所述同步信道上的信號分量能量；裝置(43)，用于確定所述平均接收信號強度減去所述剩余能量是否大于或等于所述信號分量能量加預定的閾值(45)；裝置(46)，響應對所述平均接收信號強度減去所述剩余能量大于或等于所述信號分量能量加所述預定的閾值的確定，該裝置將所述平均接收信號強度減去所述剩余能量作為來自所述相鄰小區的所述無線電信號的所述估計的接收信號強度；以及裝置(46)，響應對所述平均接收信號強度減去所述剩余能量小于所述信號分量能量加所述預定的閾值的確定，該裝置將所述信號分量能量作為來自所述相鄰小區的所述無線電信號的所述估計的接收信號強度。
16.如權利要求15所述的移動臺，其特征在于，所述移動臺適于在非同步的全球移動通信系統(GSM)中工作。
17.如權利要求15所述的移動臺，其特征在于，所述移動臺適于在同步的全球移動通信系統(GSM)中工作。
18.如權利要求15所述的移動臺，還包括具有以下功能的裝置，該裝置將所述估計的接收信號強度報告給所述網絡，以供在切換算法中使用。
19.一種估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的第一無線電信號的接收信號強度的方法，其中，通過多個幀測量了所述第一無線電信號的接收信號強度，并通過所述多個幀計算了平均接收信號強度，所述方法的特征在于如下步驟在無線電信道上接收(13)第二無線電信號，所述第二無線電信號具有已被所述無線電信道修改的已知分量；確定(14)所述無線電信道對所述已知分量進行了什么樣的修改；重構(15)所述已知分量，以考慮由所述無線電信道進行的修改；從所述接收的第二無線電信號中減去(16)所述重構分量，以得到剩余信號；計算(16)所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；以及從所述第一無線電信號的所述平均接收信號強度中減去(17)所述剩余能量，以得到來自所述相鄰小區的所述第一無線電信號的估計的接收信號強度。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述網絡是全球移動通信系統(GSM)，且接收具有已知分量的第二無線電信號的所述步驟包括，在頻率校正信道(FCH)上接收定時信號，所述定時信號具有處于已知頻率的已知正弦波。
21.如權利要求20所述的方法，其特征在于，在傳輸期間，所述無線電信道修改了所述定時信號的所述正弦波，且所述方法包括確定所述無線電信道對所述已知正弦波進行了什么樣的修改；重構所述已知正弦波，以考慮由所述無線電信道進行的修改；從所述FCH上接收的所述正弦波中減去所述重構的正弦波，以得到剩余信號；計算所述剩余信號的能級，以得到剩余能量；以及從所述第一無線電信號的所述平均接收信號強度中減去所述剩余能量，以得到來自所述相鄰小區的所述第一無線電信號的估計的接收信號強度。
22.如權利要求21所述的方法，還包括在同步信道(SCH)上接收第三無線電信號，所述第三無線電信道具有已知的擴展訓練序列；通過執行如下步驟來計算與所述SCH相關的剩余能量使用已知的擴展訓練序列確定所述同步信道的信道估計；利用所述信道估計修改所述擴展訓練序列；從接收的同步信道信號中減去修改的擴展訓練序列，以得到SCH剩余信號；以及計算所述SCH剩余信號的能級，以得到SCH剩余能量；對所述FCH剩余能量和所述SCH剩余能量求平均；以及從所述第一無線電信號的所述平均接收信號強度中減去所述平均的剩余能量，以得到來自所述相鄰小區的所述第一無線電信號的估計的接收信號強度。
全文摘要
一種用于估計來自蜂窩無線電通信網絡中的相鄰小區的無線電信號的接收信號強度的移動臺MS和方法。該移動臺通過多個幀測量(11)了無線電信號的接收信號強度，并計算(12)了平均接收信號強度。在空閑幀期間，MS接收(13)同步信道SCH信號，并使用已知的擴展訓練序列確定(14)SCH的信道估計。然后利用該信道估計修改(15)擴展訓練序列，并從接收的SCH信號減去(16)修改后的擴展訓練序列，以得到剩余信號。MS計算(16)剩余信號的剩余能量，并從無線電信號的平均接收信號強度減去(17)剩余能量，以得到來自相鄰小區的無線電信號的估計的接收信號強度。
文檔編號H04B7/15GK1965594SQ200580018187
公開日2007年5月16日 申請日期2005年5月16日 優先權日2004年6月4日
發明者R·拉梅什 申請人:艾利森電話股份有限公司