[发明专利]越区切换的方法和蜂窝无线系统

说明书

本发明涉及一种蜂窝无线系统，该系统在每个单元中包括至少一个与分布在其覆盖区域内的终端设备进行通信的基站，而这种基站则包括测量各终端设备相对于基站的方向角度和距离的装置和根据终端设备的方向角度和距离计算基站覆盖区域内的各个终端设备的位置的装置，终端设备则包括维护一张有关相邻基站的列表的装置和测量在终端设备所保持的列表中的基站的信号强度的装置，这样，终端设备可以确定是否需要进行越区切换。

本发明适用于使用任何多址方法的数据传输系统，尤其适用于使用码分多址的蜂窝系统。码分多址(CDMA)是一种除当前的FDMA和TDMA方法之外的，基于扩频技术并且近来已被用在蜂窝无线系统中的多址方法。与当前的方法相比CDMA具有几种优点，例如频谱效率高和频率规划简单。已知的CDMA系统的一个例子是在EIA/TIA暂行标准：针对双工模式宽带扩展频谱蜂窝系统的移动站-基站兼容性标准，TIA/EIA/IS-95，1993年7月，EIA/TIAIS-95被公开，这里参考引用了该标准。

在CDMA方法中，通过具有比数据信号宽得多的带宽的扩展码把用户的窄带数据信号多路复用到一个相当宽的带宽上。在已知的测试系统中使用了诸如1.25MHz，10MHz和25MHz的带宽。通过多路复用，数据信号被扩展到所使用的整个频带上。所有的用户通过同时使用相同的频率带宽来进行传输。在基站和移动站的各个连接上使用不同的扩展码，而根据各用户的扩展码在接收器中可以彼此区分不同的用户信号。

接收器中提供的匹配滤波器同步于所期望的、根据一个扩展码来识别的信号。通过在传输过程中使用的相同扩展码再次对数据信号进行多路复用可以在接收器中把该数据信号恢复到初始频带上。用某些其它的扩展码多路复用的信号在一种理想情况下互不相关，并且不被恢复到窄带上。这样相对于所期望的信号它们表现为噪声。最好是以这样的方式选择系统的扩展码，即扩展码是相互正交的，也就是说它们彼此互不相关。

在CDMA蜂窝无线系统中，在基站到用户设备的传输方向，即在下行链路方向上可以使用一个所谓的导频信道。导频信道是一种用特定的扩展码发送并与实际传输信道所处的频带相同的频带的信号，只能根据扩展码把它们与导频信号相区分。导频信号是一个被单元区域内所有用户所知并监听的信道，它被用于功率测量和产生相干相位参考。系统的各个基站发送其本身的导频信号，根据该信号用户设备可以彼此区分不同基站的传输。

在常见的移动电话环境中，基站与终端设备之间的信号沿着发送器和接收器之间的几个路径传播。造成这种多路径传播的主要原因是来自环绕表面的信号反射。由于不同的传输延迟，沿着不同路径传播的信号在不同的时刻到达接收器。在CDMA中，当接收信号时可以用和分集同样的方式进行多路径传播。通常在CDMA系统中使用的接收器具有一种多分支接收器结构，其中各分支均与一个沿着单一路径传播的信号部件同步。各个分支均是一个独立的接收器单元，其功能是合成和解调一个接收的信号部件。在传统的CDMA接收器中，最好是以相关或非相关的方式混合不同接收器单元的信号，这样可以获得高质量的信号。

CDMA系统也可以使用软切换，其中一个移动站通过使用宏分集同时与几个基站进行通信。这样在切换期间移动站的连接水平可以保持在高水平上，而用户不会注意到连接的中断。

在期望的连接上由其它连接导致的干扰在接收器中表现为噪声，该噪声是平均分布的。当在一个角度域内检查信号时也是这样，其中该角度域是基于在接收器中检测到的信号的输入方向的。在期望的连接上由其它连接导致的干扰在接收器中也分布在角度域中，即干扰平均地分布在不同的输入方向上。

利用扇区化可以进一步改进能够通过频谱效率来衡量的CDMA容量。单元被分成具有期望大小的由有向天线服务的扇区。这样在基站接收器中可以显著降低由移动站产生的互噪声水平。这基于这样的事实，即平均起来干扰均匀地分布在不同的输入方向之间，而通过扇区化可以减少输入方向的数量。当然可以在两个传输方向上实现扇区化。扇区化在容量方面带来的好处是与扇区数成比例的。

一个被扇区化的单元也可以使用一种更软的切换，其中一个移动站通过同时与两个扇区进行通信来完成从一个扇区到另一个扇区的切换。尽管软切换改进了连接质量并且扇区化增加了系统容量，但移动站的移动自然导致移动站进行几次从一个扇区到另一个扇区的切换。这就消耗了基站控制器的处理容量。几次软切换也导致了一种情况，即几个移动站同时与多于一个的(通常是两个)扇区通信，这样当在一个宽扇区内可听到一个移动站的信号时便损失了通过扇区化而增加的容量。