CN1182751C - 用于在通信系统中邻近业务区切换的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种切换技术，其中系统用户检测在当前业务区(B10，S4)和邻近业务区(B2，S5)之间的业务区过渡，并当对于新业务区的检测到的信号强度超过预定阈电平时，请求在新业务区(B2，S5)中的前向链路信道。如同根据各种已知的准则，保留在当前业务区中的前向通信链路，直至新业务区信号(B2，S5)的强度达到某一电平而且确认适当的信道质量。一般，运用与业务区相关的导频或寻呼信号的信号强度检测业务区过渡，这些信号用来确定新业务区信号的相对信号强度。检测用于抵消反滚降效应的导频信号电平调节并在比较信号电平中加以补偿。为了使系统资源的负担最轻，经过最小时间段后才选择，或者检测到以前导频信号能量的最小变化才选择新业务区信号。此外，一旦使用新业务区，几乎立即撤消运用前业务区的通信。

Description

用于在通信系统中邻近业务区切换的方法和装置

发明领域

本发明涉及在通信系统诸如，无线数据或电话系统中运用卫星执行信号切换。特别是，本发明涉及用于在与单个通信卫星或单个小区(cell)的扇区相关的不同卫星波束(beam)之间切换用户终端通信链路的方法和装置。

相关现有技术的描述

已发展多种多址通信系统和技术用于在大量系统用户中传递信息，诸如，码分多址(CDMA)扩展频谱技术。已在美国专利第4,901307号，1990年2月13日授权，发明名称是“运用卫星或地面中继站的扩展频谱多址通信系统”，和美国申请号第08/368,570号，发明名称是“在用于跟踪各个接收的相位时间和能量的扩展频谱通信系统中运用全频谱发射功率的方法和装置”中揭示了在多址通信系统中的CDMA技术，其中上述两个专利都已转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入。这些专利揭示了通过卫星中继站和网关或地面基站(也称为区站(cell-site)或小区)传递通信信号的通信系统。

在一般的扩展频谱通信系统中，在调制到载波信号上作为通信信号发射之前，先用一个或多个预选的伪随机噪声(PN)代码序列来调制或在预定的频谱带上“扩展”用户信息信号。PN扩展是现有技术中已知的一种扩展频谱发射的方法，而且产生带宽大于数据信号带宽的通信信号。在基站-用户或网关-用户通信链路中，PN扩展码或者二进制序列用于区分由不同基站或者通过不同波束(beam)发射的信号，以及区分多路径信号。这些代码一般由在给定的小区或波束内并在公共频率(子波束)下的所有通信信号共享。

在一般CDMA扩展频谱通信系统中，用信道化代码来区分在小区中的不同用户或者区分在卫星子波束(sub-beam)内在前向链路(即，从基站或网关到用户发射机的信号路径)上发射的用户信号。即，通过运用唯一的“信道化”正交代码，每个用户收发机具有在前向链路上提供的它自己的正交信道。一般使用Walsh功能来实施信道化代码。

宽带CDMA技术使得诸如多路径衰减等问题很容易被克服，而且提供相对高的信号增益。然而，一般还提供一些信号分集形式以减小衰减的不良影响以及在有相对于用户或中继站移动的情况下与捕获信号和解调信号有关的附加问题的不良影响，其中移动以及大距离导致路径长度的实质的动态变化。

一般，在扩展频谱通信系统中使用三种分集，包括时间、频率和空间分集。运用对信号分量的重复和时间交错可以获得时间分集，而且通过在宽的带宽上扩展信号能量固有地提供频率分集形式。

通过同时链路提供多信号路径可获得空间或路径分集，对于基于地面的中继站系统，用户通过两个或多个基站或天线；或者对于基于空间的中继站系统，用户通过两个或多个卫星或卫星波束。即，对于地面系统信号可以通过多个基站传递，或者很可能通过为多个小区扇区服务的多个天线来传递。对于卫星通信系统，一般通过运用多个卫星(中继站)或在单个卫星上的多个转发器(transponder)波束，在多个路径上传递信号来获得路径分集。然而，如下所述，一般后一种方法是无用的。

在美国专利第5,101,501号(发明名称是“在CDMA蜂窝状电话系统中的软切换”，1992年3月31日发布)和美国专利第5,109,390号(发明名称是“在CDMA蜂窝状电话系统中的分集接收机”，1992年4月28日发布)中揭示了在多址通信系统中运用路径分集的例子，上述两个专利都转让给本发明的受让人，并作为参考资料在此引入。

典型的扩展频谱通信系统还考虑到将“导频”载波信号用作对于网关或卫星到用户和基站到用户链路的相干相位基准。即，由基站或网关在遍及给定的覆盖区内发射一般不包含数据调制的导频信号。对于每个所用的频率(一般，称为CDMA信道或子波束)，一般由每个网关或基站来发射单个导频。由接收来自该源的信号的所有用户终端共享这个导频。这提供可以很容易相互区分并区分波束和小区的信号，同时提供简化的捕获(acquisition)和跟踪。

用户单元用导频信号来获得初始的系统同步，并提供对发射信号的健全时间、频率和相位跟踪。将通过跟踪导频信号载波所获得的相位信息供通信系统的相干解调或用户信息信号用作载波相位基准。

一般还将导频信号用于测量对于接收到的通信信号有关的信号或波束强度。在许多系统中，还在比一般通信量或其它数据信号较高的功率电平下发射导频信号以提供较大信噪比和干扰边限。这个较高功率电平还能在高速下实现对导频信号的初始捕获搜索，同时运用相对较宽的带宽以及较低成本相位跟踪电路提供对导频载波相位的十分精确的跟踪。

当卫星在它们相应的轨道中通行时，它们投射在地球上的波束相对于用户移动，定期地改变可以为特定用户提供业务的卫星。例如，当卫星进入“视野”或从“视野”中消失时，这会发生。相同的效果还发生在单个卫星中的波束之间，同时对于特定用户的业务随着波束穿过地球表面而改变。此外，移动用户有时相对于波束或卫星路径移动，也会使得波束覆盖区或业务区域改变。在这些情况下，必须在波束之间切换用于信号的通信链路。对于地面蜂窝状系统，会发生类似过程，在该系统中用户相对于基站和在小区内的扇区或扇区边界移动。

发展以阻止信号丢失和改进传递信息的一种基本技术称为“软”切换方案，在上述美国专利第5,101,501号中描述。在这种技术中，在现存的链路或旧链路断开或丢弃之前，通过新卫星或卫星波束建立新链路或信号路径。可以组合对于来自每个路径的给定通信信号可获得的信息(能量)以提供经改进的信号接收，以及防止断开的通信链路。对于来自网关-用户终端的前向链路通信或者对于从用户终端到网关的反向链路，都可以这么做。对于反向链路，在网关处或在集中的控制或转换中心内，实现分集组合处理。

不幸的是，当在卫星通信系统中运用软切换技术时，会发生几个问题。虽然可以用分集来改进对于包含多个卫星的通信链路的信号特性，但是它对于通过在单个卫星上的多个波束与用户通信却没有用。在前向链路上，在相同频率下，来自单个卫星的波束实际上具有相同的路径，同时具有几乎相同的通行时间，而且具有相同的衰减或干扰特性。分集组合两个这样的前向链路信号提供很少的有利之处，同时还不必要地损耗功率和增加背景噪声电平或干扰。

用户还可以在邻近波束之间快速穿过，而且沿着它们各自边界来回移动。如果用户沿着地球表面以与包含一系列波束的卫星点波束(spot)的扫除(sweep)方向垂直的方向移动，那么用户可以在两个邻近波束之间重复穿过。在这种情况下，用户可以频繁地在邻近波束之间转换，特别是在波束靠近卫星点波束的覆盖区边缘的情况下。此外，诸如卫星高度(elevation)低和本地地形或者信号阻塞一类的其它因素连续影响信号质量。在这种情况下，通信系统可能在软切换模式下的波束之间连续进行切换以保持最佳的通信链路。

对于在地面通信系统中围绕扇形小区移动的移动用户，可以发生类似的处理过程。即，将那里的小区分成两个或多个更小的由不同频率覆盖或者运用不同代码空间的业务区。这里，移动用户可以沿着或重复通过在小区内的扇区边界，这依赖于诸如小区和扇区尺寸和本地物理环境一类的因素。否则，通过运用打算增加小区容量的技术来增加所得到的切换动作。例如，小区可以采用一系列相对较小扇区或者具有大小可调节的扇区来增加容量或者容纳相对于蜂窝业务区的某种通信量模式。然而，较小的扇区和更多的扇区边界增加在小区之间频繁切换的可能性。改变小区尺寸也可能以最小的实际移动量使用户终端在邻近扇区之间来回移动。

这种切换动作趋向于以几种方式来消耗过度的系统资源。首先，建立链路和选择信道以具有相应的信号时间、频率和相位跟踪、误差检测等所费的时间消耗了可以用于诸如信号解调、分集组合和解码一类的其它工作的信号处理资源。第二，对于一具体的时间间隔，单个用户占用了在每个波束中的多个正交的信道。即，将在邻近波束或扇区中的正交代码分配给单个用户。由于在通信系统中可获得的这种正交信道的数量相对有限，所以这减小了有效的系统容量。第三，消耗附加功率来保持用于单个用户的每个运行信道，对二个信道加倍，而且存储在这种通信信道中的能量导致干扰，这对系统操作十分不利。

因此，所需要的是软切换技术当用户在这种波束之间穿过时，所述技术只需降低系统资源就允许在来自单个卫星的邻近波束之间进行软切换。这种技术还应在由基站或区站服务的小区内的邻近扇区之间设置软切换。这种方法应提供能够减小对系统资源的不必要的消耗，同时保持与其它软切换方案兼容的解决途径。

发明概述

根据在现有技术中所面临的上述问题，本发明的一个目的在于提供用于在由在小区中的单个卫星或扇区的波束所限定的邻近业务区之间切换或传递通信链路的技术，同时使对系统资源的利用为最小。

本发明的优点在于对于反向链路信号传递可以采用软切换，同时消除或不太频繁地和/或在较短持续时间内使用前向链路传递。

本发明的另一个目的在于在对于单个卫星和小区的邻近业务区之间进行传递期间，减小切换及通信信号跟踪和控制操作。

本发明的另一个优点在于，通过增加一般可获得的正交信道化代码和话务信道，可以增加该系统容量。

此外，本发明的另一个优点在于，可以更加精确地适应某种导频信号调节，允许增加系统容量。

本发明的这些和其它目的、优点和目标，在用于无线通信系统中的邻近业务区之间执行切换的方法和装置上实现，其中所述无线通信系统运用至少一个中央通信站传递通信信号，所述中央通信站为在系统中的用户终端操作建立地理业务区。一般中央站是运用来自单个卫星的卫星波束建立邻近业务区的网关，或者是建立邻近业务区作为小区的扇区的单个基站。

通过对起源于邻近业务区的信号的信号强度的确定，检测在两个邻近业务区之间的用户终端的实际的过渡，其中由公共中央通信站建立每个业务区。虽然用户终端继续运用在第一业务区中的前向链路信道，但是建立在第二业务区中的前向链路信道的运用。当对于第二邻近业务区的所检测的信号强度至少等于第一业务区的信号强度时，可以引起这个动作。一旦在第二业务区中建立前向链路话务信道，基于各种已知准则，根据预选的最低质量电平，确认它的满意操作，而且脱离或暂停对于第一业务区的前向链路。可应用的准则是基于已知因素的，诸如，确定新信道是否具有足够能量，或者是否具有足够低的误码率来保持通信业务区的所需电平。

最好用与业务区相关的导频或寻呼信号形成用于检测业务区过渡的信号，而且这些信号强度确定对于与用户终端位置相关的每个业务区的信号强度。运用至少一个用户终端接收机接收导频或寻呼信号，而且运用已知技术和处理元件测量它们的强度。于是，一般至少临时存储一个或多个测量值，供一个或多个比较器、控制处理器或其它已知测量元件操作，就可以比较来自不同业务区的信号强度。

较佳的是，把信号强度测量信息作为几种已知类型的信号中的一种的一部分发射到中央站，它运用已知信号接收装置和技术接收测量信息。然后，中央站比较接收到的信号强度值并确定相对(relative)信号强度。中央站可运用内部可获得的附加信号信息作为这种比较的一部分或者用以确定信号强度。

于是，中央站可以运用通信发射机把这种比较的结果发射到用户终端。与此同时，中央站可以根据已知容量限定，或者各种信道分配过程和方案，通过打算使用的新业务区建立所需新信道，通过定时地向中央站报告导频信号测量值，可以更加容易地预期对新信道的需求，甚至可按需要允许保留某些信道。

另一方面，用户终端用信号强度测量信息来检测和比较用于两个邻近业务区的信号电平。用户终端确定正发生在业务区之间的过渡，或者确定来自新业务区的信号的相对强度超过当前正在使用的信号强度。用户终端把这个信息送到网关或基站，以替代发送信号测量信息。网关再次确定是否可以分配新话务信道，而且分配适以执行切换的新信道。

在本发明的另一个方面，检测经调节的导频信号的存在。即，用一装置来检测接收到的导频信号，在发射期间已调节它们的功率以提高信号强度并补偿在波束边缘处的信号滚降状态。当检测到这种经调节的导频信号时，对于每个信号都产生所谓补偿因子，当提升或增加施加于信号时，每个信号实际上都具有相同幅度。于是，在强度测量期间，对于每个经如此调节的导频信号，都将这个补偿因子作为负调节或偏置施于信号电平，以对人为地提高功率作补偿并达到更精确的非调节强度确定。可以按需要，在用户终端或中央站施加补偿因子或补偿值。

此外，中央站可以通过旧和新业务区使用户终端的通信信号和前向链路信道的定时同步。当网关或用户终端确定对于在新业务区中的用户终端需要新前向链路信道时可以这么做。通过运用在中央站中的适当信号定时和控制元件，可以使信号定时同步，从而可以脱离第一业务区的前向链路并且实际上同时开始对于所述第二业务区的前向链路信道的应用。

理想的是，防止在波束之间的过渡的转换并阻止相应的系统资源的消耗。因此，在本发明的另一些方面，可以采用滞后形式，其中定时地检查至少一个预选的通信参数的值。自从先前请求新的前向链路信道起，直至所监测的值发生最小变化，或者阻止产生，或者阻止传递新前向链路信道的请求。示例参数是时间和信号能量电平。用户终端可以确定自从先前请求新前向链路信道起，何时通过预选的最小时间间隔，或者用户终端可以确定在请求前向链路信道之前当前业务区信号何时达到预选最小信号电平。

这可以实现，例如，可以通过在预定最大时间间隔内，将对于每个所用的业务区的信号识别信息，以预定的最大数量，存储在存储器中。于是，可将对于任何最新检测到的业务区的信号识别与存储的识别信息相比较以确定是否再次检测到相同业务区，而且是在限定的时间间隔内检测。中央站、网关或基站可用这个信息来限定内部波束或内部扇区转换量。

附图说明

从下面结合附图的详细说明中，本发明的特性、目的和优点将显而易见，其中相同标号作相应表示：

图1示出运用卫星的无线扩展频谱通信系统的概示图；

图2a示出在图1的一个卫星和地球表面之间信号波束模式的透视图；

图2b示出在图1的基站和地球表面之间信号波束模式的透视图；

图3a示出对于图1中的一个卫星，带有相应波束模式的理论上的卫星通信信号脚印(footprint，即地面上的卫星波束覆盖区)；

图3b示出对于带有典型波束尺寸变化和重叠的图1中一个卫星的示例信号脚印和波束模式；

图3c示出对于带有典型理论扇区边界和变化的在图1中基站的示例信号模式；

图4示出在图1的系统中根据本发明操作的用户终端装置；

图5示出在图1的系统中根据本发明进行操作的典型网关装置；

图6a示出对于横穿邻近波束的用户终端的示例笔直路径；

图6b示出对于横穿邻近波束的用户终端的示例不规则路径；

图6c示出对于横穿在小区中的邻近扇区的用户终端的示例不规则路径；

图7示出在本发明对于用户终端的切换处理中所用到的步骤；

图8示出当信号源确定导频强度时，在图7的切换处理中用到的附加步骤；和

图9示出在切换处理中考虑到导频功率的调节和实现滞后(hysteresis)所采用的附加步骤。

较佳实施例的详细描述

本发明是一种切换技术，其中系统用户检测在由卫星波束限定的业务区或在小区中的扇区之间的过渡，而且当对于服务该区域的经检测的信号强度超出一个或多个预定阈电平时，请求在新业务区中的前向链路。保持在当前业务区中的正向和反向通信链路直至新业务区信号的强度达到某一电平，而且根据已知的各种因素确认适当的信道质量。一般，通过接收与新业务区相关的新导频或寻呼信号，检测业务区过渡，而且它是用于确定新波束或扇区的相对信号强度的这种信号的强度。

本发明特别适用于采用绕地球轨道而行的卫星，或者高度分扇区的小区的通信系统。然而，对于熟悉相关技术的人员而言是显而易见的，即使在不用于通信目的的时候，本发明的概念也可用于各种卫星系统。即使不用于用户通信时，本发明还可用于采用各种小区分扇区方案的小区。

下面，详细描述本发明的较佳实施例。当描述特定步骤、结构和布局的时候，应理解只为了说明的目的才这样描述。熟悉相关技术的人员应认识到可以运用不偏离本发明精神和范围的其它步骤、结构和布局。本发明还可用于各种无线信息和通信系统，包括那些打算用于位置确定和卫星及地面蜂窝状电话系统的通信系统。较佳应用是用于移动或便携式电话业务的CDMA无线扩展频谱通信系统。

图1示出了示例无线通信系统，本发明对其十分有用。考虑到这个通信系统采用CDMA型通信信号，但是这并不是本发明所要求的。在图1所示的一部分通信系统100中，示出一个基站112、两个卫星116和118以及两个相关网关或集线器(hub)120和122以影响与两个远程用户终端124和126进行通信。一般，基站和卫星/网关是分立通信系统的元件，称为基于地面和卫星，虽然这并不是必需的。在这种系统中的基站、网关或卫星的总数基于所需系统容量和现有技术中已知的其它因素。

术语基站和网关有时还可以互换使用，每个是一个固定中央通信站，参考以上所述，在现有技术中可感知网关作为高度专门化的基站，它通过卫星中继站直接进行通信，同时基站(有时称为区站)运用地面天线来在周围地理区域中直接进行通信。网关具有更多“内务任务”，连同相关装置用以保留卫星通信链路，当与网关和移动卫星相互作用时，任何中央控制中心一般还执行更多功能。然而，还发现本发明可应用于运用网关或基站作为中央固定通信站的系统。

用户终端124和126每个都具有或包括无线通信装置，诸如(但并不限于)蜂窝电话、数据收发机或寻呼或位置确定接收机，而且可按需要手持或安装在车辆上。然而，虽然用户终端一般被看成是移动的，但是应理解本发明的学说(teaching)可用于在一些结构中的“固定”单元。用户终端一般还被称为用户单元或者在一些通信系统中简称为“用户”，这根据个人喜好。

一般，来自基站112或卫星116和118的波束覆盖在预先限定的模式中的不同地理区域。在不同频率下的波束还被称为CDMA信道或“子波束”，而且可以引导其覆盖相同区域。那些熟悉该技术领域的人员，还可容易地理解，用于多个卫星的波束覆盖区或业务区，或用于多个基站的天线模式，可以设定成在给定区域内完全或部分重叠，这依赖于通信系统设计和所提供的业务种类以及是否获得空间分集。

为了说明清楚，只示出两个卫星，但是已经建议各种多卫星通信系统，具有采用大约为48或更多卫星的示例系统，同时该系统还在低地球轨道(LEO)中的八个不同轨道平面中通行以对大量用户终端提供业务。然而，熟悉该技术领域的人员容易地理解如何将本发明的学说应用到各种卫星系统和网关结构中。这包括其它轨道距离和星座，例如，那些运用对地静止的卫星，其中在大多数情况下波束转换是由用户终端的移动所引起的。此外，可以采用各种基站结构。

在图1中，示出一些可能的信号路径以在用户终端124和126及基站112之间建立通信，或者通过卫星116和118与网关120和122建立通信。由线130和132示出基站-用户终端通信链路。由线140、142和144示出在卫星116和118之间和用户终端124和126之间的卫星-用户终端通信链路。由线146、148、150和152示出在网关120和122之间以及在卫星116和118之间的网关卫星通信链路。可将网关120和122以及基站112用作一个或双路径通信系统的一部分或者简单地将消息或数据(日期)传递到用户终端124和126。

通信系统100一般包括一个或多个系统宽控制器或转换网络160。用于这种控制器的示例元件是移动电话交换局(MTSO)，它包括用于在公共电话交换网(PSTN)和网关之间的电话呼叫的控制路由(routing)的接口和处理电路。其它示例设备包括地面操作控制和命令中心，它们对用于网关和卫星的定时、PN和正交代码以及频率分配、系统访问等提供系统宽控制。运用已知技术(诸如，但不是限于，专用电话线、光纤链路或微波或专用卫星通信链路)，可以建立将控制器160耦合到各种网关和基站上的通信链路162。

如图2a所示，在这种包括卫星116和118的通信系统(100)中的卫星把波束投射在“点波束”或“脚印(footprint)”210中，根据卫星轨道的运动在地球表面上移动。卫星脚印包括由一般以圆形模式投射的一系列分立波束212或子波束形成的一个点波束210。这里，在由一系列波束212所围绕的中间的一个中央波束形成点波束210。然而，如熟悉该技术领域的人员所知，可以运用各种模式、波束和波束大小。如下所述，用户可以沿着由线214所示的路径，从在一个波束212中的位置X移动到在邻近波束212中的位置Y。所发生的结果可以是用户终端的移动或波束的移动或者两者的结合。

一般，当在任何地方以相对于寻找通信业务的用户终端测定的与水平方向成10度或更大角度以增加它们的仰角时，通信系统100客户(subscriber)或用户(user)可以利用通过卫星116和118的信号路径。然而，有用的通信发生时的角度有赖于在路径中是否存在障碍物体或衰减物体，和已知系统对最小误码率和干扰的需要或要求。

如图2b所示，在这种通信系统(100)中的基站或区站，包括基站112、在小区220中的投射波束或信号，其中根据信号强度和本地地形，所述小区220覆盖在地球表面上的预定业务区。小区220包括由产生扇区222的一般以锲形模式投射的一系列分立波束或信号形成的一个全覆盖区。这里，采用一系列六个扇区222形成小区220，其中扇区不必都具有相同面积或尺寸。然而，如熟悉本技术领域的人员可知，可以使用各种模式、扇区和扇区尺寸。如下所述，用户沿着由线224所示的路径，可以从在一个扇区222中的位置X移动到在邻近扇区222中的位置Y。这可以是用户终端移动或改变扇区覆盖区或两者结合的结果所造成的。

在图3a、3b和3c中，更加详细地示出示例波束和扇区模式。图3a和3b示出投射在地球表面上的卫星通信系统信号，而图3c示出用于一般圆形分扇区的小区的覆盖模式。然而，按照需要，在本发明的学说范围内，可以采用延长或不规则形状的其它模式。

在图3a中，在一般圆形模式或点波束210中示出一系列波束B1-B16。在由六个波束B2-B7围绕的中间的一个中央波束B1形成斑点210，然后还有另外9个波束B8-B16。这是“理想”模式，示出它作为具有精确笔直边界和在邻近波束之间覆盖区无重叠的区域。在这个例子中的邻近波束以相同频带进行操作，而且多个子波束形成相同模式，具有相应的覆盖区域重叠于上述模式，每个在不同频率下进行操作。熟悉该技术领域的人员对这种模式的类型以及用于形成这种模式的频率和PN代码分配很熟悉。

熟悉该技术领域的人员应该易于明白的，实际波束在形状上更加圆或椭圆，而且当由卫星转发器或天线系统投射它们时，形成更加长的或不规则的模式。波束或子波束产生重叠覆盖区域，同时一般使波束能量适于发射以在边界边缘附近快速减小、减小重叠信号覆盖区。在图3b中示出更能代表这些效应的所得模式类型，其中示出每个波束为更圆一些的点波束，邻近波束具有稍为重叠的区域。

在图3c中，一般以圆形模式或小区220示出一系列扇区S1-S6。示出这种小区具有不规则边界，在转发器或天线系统以及本地地形或结构的不良影响下怎样地投射信号而造成此结果，如现有技术中已知的那样。如图所示，扇区不需要尺寸统一，而且甚至可以具有在通信系统的操作期间调节的它们各自的覆盖面积。扇区波束或信号还在邻近扇区之间产生重叠扇区边缘或覆盖区域，同时使波束能量一般适于发射，以在边界或边缘附近更快地减小，以减小重叠信号覆盖区。在邻近扇区边界处用实线和虚线示出重叠边界。在这个例子中的每个邻近扇区都以与卫星子波束相类似的方法使用不同的PN代码或者代码偏移(code offset)。熟悉该技术领域的人员熟悉这种模式类型，以及用于形成这种模式的频率和PN代码分配。

图4中示出在用户终端126中用于捕获在波束B1-B16中的信号或信道的示例收发机。在现有技术中已知并在上述专利(诸如，专利第5,109,390号)中揭示了这种收发机。

收发机400采用至少一个天线410来接收传递到模拟接收机414的通信信号，在该模拟接收机414中，这些通信信号经过下变频、放大和数字化。一般，采用双工器元件412，允许同一天线执行发射和接收功能。然而，一些系统采用分立天线以在不同的发射和接收频带上进行操作。

把由模拟接收机输出的数字通信信号传递到至少一个数字数据接收机416A，最好是至少一个数字搜索器接收机(searcher receiver)418。附加的数字数据接收机416B-416N可用于获得信号分集的所需电平或者接收多个信号，有赖于单元复杂度的可接受程度，而这对于熟悉该技术领域的人员应是显而易见的。附加搜索器接收机还可用于执行更加复杂的信号捕获或搜索技术。

至少有一个用户终端控制处理器420与数字接收机416A-416N和搜索器接收机418耦合。控制处理器420提供连同其它功能一道的基本信号处理、定时、功率和切换控制或协调，和用于信号载波的频率选择。控制处理器420通常执行的另一个基本控制功能是选择或操纵用于处理通信信号波形的PN代码序列或正交功能。控制处理器420信号处理可以包括确定相对信号强度和计算各种相关信号参数。这种信号参数(诸如，定时和频率)的计算可以包括运用附加的或分立的专用电路来提供增加测量的效率或者加快测量的速度或者改进对控制处理资源的分配。例如，在图4中，示出将信号强度测量元件421用于运用在模拟接收机中可获得的某些信号以确定全部接收到的模拟信号的信号强度或者功率。还示出测量元件421，运用数字数据和搜索器接收机的输出或者从中获得的数据，以测量接收到的或经解调的特定信号中的能量或功率。

将数据接收机416A-416N的输出与在用户终端中的剩余数据基带电路422耦合。用户数字基带电路422包括处理和显示(presentation)元件，用于传递至或者来自用户终端的用户的信息。即，信号或数据存储元件，诸如，瞬时或长期数字存储器；输入和输出装置，诸如，显示屏幕、扬声器、键盘终端和电话听筒；A/D元件、声码器和其它声音和模拟信号处理元件等，采用在现有技术中已知的元件，所有这些都形成了用户基带电路部件。如果采用分集信号处理，用户数字基带电路422可以包括分集组成器和解码器。这些元件中的某一些还可在控制处理器420的控制下或者与其通信的情况下进行操作。

当准备声音或其它数据作为用户终端发出的输出消息或者通信信号时，用户数字基带电路422用于接收、存储、处理，要不然就准备用于发射的所需数据。用户数字基带电路422将这数据，提供给在控制处理器420的控制下进行操作的发射调制器426。将发射调制器426的输出传递到功率控制器428，它向发射功率放大器430提供输出功率控制，最后将输出信号从天线410发射到网关或基站。

运用在现有技术中已知的多种技术，可将与用于接收到的通信信号的一个或多个测量信号参数相对应的信息或数据，或者一个或多个共享资源信号送到网关。例如，可以作为分立信息信号传递信息或者附在其他由用户数字基带电路422准备的其它消息上传递。另一方面，在控制处理器420的控制下，可由控制处理器420或者由发射功率控制器428，运用已知的“击穿(puncturing)”或多路复用技术，插入信息作为预定控制位。

数据接收机416A-N和搜索器接收机418与信号相关元件组合，以解调和跟踪特定信号。搜索器接收机418用于搜索导频信号，或者其它相关固定模式强(strong)信号，而数据接收机416A-N用于解调与所检测的导频信号有关的其它信号。然而，为了确定信号强度的目的，在捕获之后可分配数据接收机416来跟踪导频信号，以精确地确定信号芯片(signal chip)能量与信号噪声之比。在预定时间间隔内(诸如码元期间)对导频信号芯片能量求积分，以用公式表达导频信号强度。因此，可以监测这些单元的输出以确定在导频信号或其它信号中的能量或者它们的频率。这些接收机还可采用可监测的频率跟踪元件，将当前频率和定时信息提供给控制处理器420用于要解调的信号。

图5示出用于网关120和122的示例发射和接收装置500。在现有技术中已知而且在上述专利中讨论了这种装置。例如，在美国专利第5,103,459号(1992年4月7日颁布，发明名称是“在CDMA蜂窝电话中形成信号波形的系统和方法”，并已转让给本发明的相同受让人，作为参考资料在此引入)中揭示了对这种装置操作的附加细节。

在图5中所示的网关120和122部分具有连到天线510上的一个或多个模拟接收机514，用于接收通信信号，然后运用在现有技术中已知的各种方案对该信号进行下变频、放大和数字化。在一些通信系统中用到多个天线510。由模拟接收机514输出的数字信号提供给至少一个数字接收机模块(由虚线表示并标为524)作为输入。

每个数字接收机模块524与用于管理在一个用户终端124、126和基站112或网关120、122之间的通信的信号处理元件相对应，虽然在现有技术中已知某些变化。一个模拟接收机514可以对于多个数字接收机模块524提供输入，而且一般多个这样的模块在网关120、122中用来容纳所有卫星波束和在任何给定时间处理的可行的分集模式信号。每个数字接收机模块524具有一个或多个数字数据接收机516和最好是至少一个数字搜索器接收机518。搜索器接收机518一般搜索适当信号的分集模式，而不是导频信号。在通信系统执行的情况下，可将多个数据接收机516A-516N用于分集信号接收。

将数字数据接收机516的输出提供给后面的基带处理元件522，基带处理元件522包括在现有技术中已知的装置，在此不作详细描述。示例基带装置包括分集组合器和解码器用以将多路径信号组成供给每个用户的一个输出。示例基带装置还包括一般向数字开关或网络提供输出数据的接口电路。多个其它已知的元件，诸如(但不限于)声码器、数据调制解调器和数字数据转换和存储元件，可行形成基带处理元件522的一部分。这些元件进行操作以控制或指挥将数据信号传递至一个或多个发射模块534。

每个要发射到用户终端的信号都与一个或多个适当的发射模块534耦合。典型的网关运用多个这样的发射模块534，同时向多个用户终端124、126提供业务，而且同时向几个卫星和波束提供业务。虽然在调制解调器结构中基站更趋于更紧密地在一起的群发射和接收功能，但是基站还可运用多个这样的模块。由在现有技术中已知的因素来确定由网关120、122所用的发射模块534的数量，包括系统复杂度、视野中的卫星数量、用户容量、所选分集程度等。

每个发射模块534包括发射调制器526，它的扩展频谱调制用于发射的数据。发射调制器526具有与数字发射功率控制器528耦合的输出，它控制用于出局数字信号的发射功率。数字发射功率控制器528应用最小功率，其目的为减小干扰和资源分配，但是当需要补偿在发射路径和其它路径传递特性中的衰减时采用适当的功率。在扩展信号时发射模块526运用PN发生器532。这种代码生成还可形成一个或多个控制处理器的功能部分或者用于网关122，124或基站112中的存储元件的功能部分。

将发射功率控制器528的输出传递到加法器536，在其中将该输出与来自其它调制器或发射功率控制电路的输出相加。这些输出作为发射功率控制器528的输出的信号，是以相同频率和在相同波束内发射到其它用户终端124、126的信号。向模拟发射机538提供加法器536的输出用于数字-模拟转换、上变频到适当RF载波频率、还放大和输出到一个或多个天线540，用于辐射到用户终端124、126。天线510和540可以是相同的天线，这依赖于系统的复杂度和结构。

至少一个网关控制处理器520与接收机模块524、发射模块534和基带电路522耦合；这些单元实际上可以相互分开。控制处理器520提供命令和控制信号以影响功能，诸如(但不限于)信号处理、定时信号发生、功率控制、切换控制、分集组合和系统接口。此外，控制处理器520分配PN扩展代码、正交代码序列和用于用户通信的特定发射机和接收机。

控制处理器520还控制导频、同步和寻呼信道信号的发生和功率以及它们与发射功率控制器528的耦合。导频信道只是不受数据调制的简单信号，而且可将重复不变的模式或者不变帧结构类型输入(模式)用于发射模块526中。即，用于形成导频信号的信道的正交函数，Walsh代码，一般具有常量，诸如，全1或全0或者已知的重复模式，诸如交替1或0的结构模式。这有效地导致只发射由PN发生器532采用的PN扩展码。此外，导频信号是非功率控制的。即，在预先选定的固定功率电平下发射导频信号，该功率电平不变，从而用户终端可以精确地测量信号功率。

而控制处理器520可直接与模块(诸如发射模块524或者接收模块534)元件耦合，每个模块一般包括模块特定处理器，诸如发射处理器530或者接收处理器521，所述模块特定处理器控制该模块的元件。因此，在较佳实施例中，控制处理器520与发射处理器530和接收处理器521耦合，如图5所示。用这种方法，单个控制处理器520可以更有效地控制大量模块和资源的操作。发射处理器530控制导频、同步、寻呼信号和话务信道信号和它们各自与功率控制器528的耦合的发生和它们的信号功率。接收机处理器521控制搜索、用于解调的PN扩展码和监测接收到的功率。

对于某种操作(诸如共享资源功率控制)，网关120和122接收信息，诸如接收到的信号强度、频率测量或者来自用户终端在通信信号中的其它接收到的信号参数。通过接收处理器521或接收功率测量元件523从数据接收机516的经解调输出中得到这种信息。另一方面，当在由控制处理器520或接收处理器521监测的信号中，在预先确定的位置上发生时，可以检测这种信息，并可将它传递到控制处理器520。控制处理器520运用这种信息(如下所述)来控制正处理的信号定时和频率以及用于用户信号的数字接收机的分配。

现在回到图2a，如果最初驻在由波束B10服务或覆盖的区域中的用户终端或者用户单元穿越到由波束B15服务的区域，由于卫星或终端的移动，必须在两个波束之间切换任何有效的或已建立的通信链路，以避免通信中断。实际上，在这种情况下，在任何两个邻近波束之间，同时发生几次切换，因连续穿过几个波束(B10、B2、B1/B7、B6)。这在图6a和6b中更详细地示出，其中只示出少量波束与用户终端122的感知路径相邻或者沿着感知路径。

在图6a中，用户终端122沿着直线路径610从点X横穿到点Y。在图6b中，用户终端122跟随的可变路径620是更加无规则的，从点X移到点Y，横穿另外的波束B16。路径将依赖于各种已知因素，诸如用户终端相对于卫星(如果移动的话)以及卫星的轨道，沿着地球表面移动的速度和方向。这是对于用户终端相对于波束模式的位置的感知路径或者投影变化。如果用户终端静止在地球上，那么波束扫过用户终端的结果是直线路径，只是由局部卫星移动变化所造成。例如，已知可能不时地改变卫星的定向，诸如通过调节偏航，其原因是地球和太阳位置和对准方面的季节性变化。用户终端的移动增加或减小沿着与卫星轨道方向平行移动的路径的变化速率，并当与轨道平面成一定角度时产生不规则。无论路径的形状如何，本发明的一般原理和它的应用都是相同的。

如图6a所示，用户终端122在两个波束(最初B10和B2)之间通过。在波束交叉附近，进入过渡区域，其中在用户终端位置上出现两个邻近波束。即，在该区域中，用户终端可以检测到出现两个波束的导频信号。在传统蜂窝状切换方案中，当遇到新的导频信号时用户终端运用搜索器接收机捕获新的导频信号，并且分配数字接收机以解调与该导频相关的信号，从而可以建立‘软切换’类型通信链路。之后，建立新的链路，用户终端等待，直至它移出前一个导频信号(B10)的波束覆盖区，然后撤消(drop)与该导频信号相关的链路。

不幸的是，如上所述，与典型的多路径接收不同，在前向链路上用这些波束中的两个波束来接收信号并没有什么有利之处。在一般分集信号接收中，在十分不同的信号路径中，或者来自不同卫星或者来自表面反射，等等，接收要组合的信号。在这种情况下，在时间、衰减和其它路径效应方面，传播路径非常不同，以允许来自组合的增益。然而，对于单个卫星传递多个波束信号，在实际相同的信号路径上传递信号，而且渡越时间十分相近。因此，从定时和相位的角度来看，对于分集组合这些信号而言，增益很少。

实际上，用于在卫星和用户终端之间的前向链路通信的两个波束的分集接收可以在几个方面降低系统性能。这过程包括过渡地运用可获得资源。首先，在卫星向用户终端传递信号的每个波束中需要功率。第二，对于实现正交代码的系统，是对于用户终端的每个波束中至少采用一个代码。然而，在信号处理方面没有增益，这表示卫星损耗功率和损失代码用途。这转化为系统容量减小和不必要的电势信号干扰。

图6c给出对于小区220的相应插图。这里，用户终端122在从点X移到点Y，横穿扇区S3、S4、S5、S6和S1的过程中跟随可变或者不规则路径630。路径依赖于多种已知因素，诸如用户终端移动速度和方向，以及扇区边界的任何变化。在图6c中，运用实线和虚线再次示出重叠边界。无论路径形状如何，本发明的一般原理和它的应用都是相同的。在多卫星波束的情况下，如果运用在前向链路上的这些扇区中的两个扇区接收信号有任何好处的话，一般也是只有一点点好处，只有在某些情况下。

本发明采用一些扇区、卫星波束和通信链路以及它们的控制的一些性能的优点来改进对于波束-波束或扇区-扇区过渡的切换方案。本发明减小每个用户终端执行这些过渡所需的功率和代码资源，同时保持‘软’通信链路。图7示出表示用于根据本发明的一个实施例实现切换处理的步骤的流程图。

容易理解，由于波束的形状，在波束上有功率或能量分布使得波束边界附近具有较低的功率。一般，这意味着两个波束信号中的一个或另一个是最大的。因此，从一个波束到下一个波束的过渡导致对一个波束逐渐或快速地(这依赖于过渡速度)建立接收功率，而来自另一波束的功率相应的减小。即，在两个邻近波束之间过渡期间检测到对于接收到的导频信号的信号强度的增加或减小。在两个或多个波束完全相交或重叠的情况下，波束功率实质上可以平衡到相同。对于在小区中的邻近扇区可观测到相同效应。

如图7的步骤710中所示，用户终端在一些点处及时检测和捕获导频信号，并用该信号建立前向通信链路。当用户终端首先开始通信时发生这情况，诸如当在图6a的波束10中的点X处开始或者在图6c的扇区S4中的点X处开始时。如果由用户终端检测到几个导频信号，那么一般选择最强信号用于进一步处理。然而，熟悉该技术领域的人员可容易地理解到当首先建立通信链路时，需要的话可以在通信系统中运用用于选择导频信号的其它基准。例如，一些导频信号可以由网点表示或者起源，其中由于多种技术或者程序上的原因导致不允许特定用户终端与上述网关进行通信。

如上所讨论，导频信号的使用表示对于本发明的操作的一个较佳模式，如果需要的话，可以使用其它强共享资源信号，诸如寻呼信号。

在步骤712中，运用首先捕获的导频信号，作为定时或相位基准来捕获和解调与该导频或发射该导频的基站或网关相关的前向链路通信信号。然而，当用户终端或卫星移动时，或者当调节小区或波束边界时，在步骤714中至少检测到一个新导频信号，当用户终端到达波束或扇区边界或边缘时。用户终端搜索器接收机一般捕获这个新的导频信号(步骤714)和在步骤716中确定它的相对信号强度。并与先前所选导频信号的信号强度相比较(步骤710)。当用户终端进一步穿入新波束时，新导频信号的强度越来越大，或者当路径变成进入另一个波束或者移到离最初波束内部更较处，新导频信号的强度将减小。

只要新检测到的导频信号的信号强度，小于该点处先前或已在运用的导频信号的信号强度，不用新导频建立新通信链路或建立在新波束中的信道。然而，在可选步骤720中，可将新导频信号强度与预定的阈功率电平相比。当新导频信号达到这个功率电平但仍小于先前选择或者使用中的导频的功率电平时，在步骤722中，用户终端通知通信系统，或者特定网关或基站。用户终端可以简单报告信号强度测量或者报告它超过阈值，而且允许网关确定何时发生波束或扇区过渡。另一方面，用户终端作出决定和报告似乎要达到过渡，并请求新信道，这有赖于用户终端或系统复杂度。

不需要保留在波束上的前向链路信道，虽然在实质上占用系统容量并需要信道来阻止呼叫终止的情况下，这是较佳的。这类动作可用于需要保持链路的‘优先’用户。信道保留一般意味着保留正交代码以供该用户终端之用，或者至少分配优先权以供它使用。

一般建立第一阈功率电平，比当前使用的导频的强度小几个dB，以使对于短暂的移动到新波束覆盖区边界的信号处理最小。熟悉本技术领域的人员容易理解如何根据要忽略的所需波束过渡量和在通信系统中的资源可获得度，选择阈值。这个阈值可以是静止值或动态可变值。可以更新该值作为最初与用户终端的初始系统通信的一部分，或者在定时的基础上，存储在存储元件中以供用户终端控制器以后使用。

在以后的时间里，用户终端确定新导频信号的强度至少等于先前导频信号的强度(在步骤730中)。此时，用户终端把这个信息或信道请求发射到网关或基站，从而对于用户终端建立新前向链路通信信道。另一方面，现正使用已保留的信道(从步骤722)。可由或通过上述中央转换站或地面操作控制类设备处理这个请求。此外，不需要在具有精确质量的信号强度的情况下建立前向链路信道，而且可以根据需要选择对于新导频信号强度的较低“阈”类型值。再次，依赖于对系统资源的分配。熟悉设计通信系统的技术领域的人员对于选择这个阈值所用的准则是熟悉的。

此时，选择在新波束中的新信道，以供步骤732使用，而且用户终端通过与较旧的导频和波束相关的信道上或者在与新导频和波束相关的信道上进行通信。这与较多的传统的在前向链路上的软切换信号处理相类似。用户终端通过网关或基站通知通信系统对这两个通信链路或路径的使用。

然而，一旦网关接收来自用户终端的关于满意地接收到来自新波束(信道)的前向链路话务信号的确认(在步骤734中)，则记下、暂停或撤消(drop)先前波束(信道)信号(在步骤736中)。即，不再用第一波束在前向链路上与用户终端进行通信。然而，在一些实施例中，仍可保留先前的正向链路信道以供再使用一些时候，在用户终端需要切换回去的情况下。这种处理导致可被称为“快的”、“快速”或“高速”软切换。

只要证明在处理信号中有用，就可一直保持(hold)在任一波束中的返回链路信号。当在任一波束或者扇区中的返回链路接收对提供有用的信号路径太弱、衰减或者大量阻塞时，由网关或基站将其撤消它。通过在覆盖区或形状上大不相同的分开的波束或扇区结构，可以建立返回和前向链路。因此，对于这两个链路方向的新信道或波束的使用和旧信道或波束的终止是相互独立地发生的并且有很大的不同。

一般，确认步骤734包括确定某些已知接收到的通信信号的属性或标准。例如，确定信号是否具有足够能量，足够低的误码率等，以支持所需通信电平。可以在很短的时间跨度内发生这种确定。例如，在用户终端中运用已知信号参数测试技术或者通过运用在发射到用户终端的信号中的预先选定的测试数据或模式，再把信号发射回中央站以接收和分析，可以实现确认。

在典型卫星通信系统中和在正常情况下，在把几帐数据发射到用户终端之后，进行确认。在这类系统中的典型数据帧的长度大约为20ms，用以测量信号质量，所使用的两个波束的全部时间大约为20-80ms，考虑到通过卫星的信号延迟，(大约10ms或更多)再加上一些附加时间。一般对于分扇区蜂窝状系统含有少量延伸或没有延迟。

确定和利用导频信号强度测量有几种方法。用户终端可以试图确定每个导频的强度并进行比较，可在“直接”或绝对功率的意义上通过分开测量每个导频进行比较或者在“间接”的意义上通过试图测量接收的相对差，来比较它们。

例如，如前面图4所示，运用测量元件421和控制处理器420，根据在搜索器418和接收机416A-N中可获得的信息或测量结果可以确定在导频信号中的能量值。对于两个波束、扇区或导频可以进行相同测量，而且如果需要的话，在比较操作之间可将它们存储在数据存储元件432中。搜索器接收机418一般是分时的，或者在导频信号之间进行切换，或者将附加接收机(416或418)用于强度测量。

不幸的是，网关或基站可知的各种路径、频率和发射因素可以影响来自波束-波束的入射导频信号。其影响的程度使所测量的各个导频信号不准确。此外，计算或用其他方法确定相对信号强度和监测导频信号功率的变化或趋势可以消耗比有时在用户终端中提供的所需资源更多的资源。

对于这些问题的一个解决方法是使网关或基站根据由用户终端提供的信息确定相对和绝对导频信号强度。由于与用户终端进行通信的网关或基站可以很有效地进行确定，所以这是一个较佳解决方法。用这种方法，用户终端简单地报告接收到的信号强度电平或相对值以及经过的变化。用户终端还可以报告信号何时超过某一预定阈值。在图8中示出这种处理，其中已省略第一阈值测试。

如前所述，在图8中，用户终端测试导频信号强度(在步骤810中)。一般在数据接收机中通过在预先选定的时间间隔内(诸如码元期间)对接收到的导频信号芯片能量求积分，可以实现这。一般可获得这个信息作为由用户终端所使用的各种已知信号解调和跟踪方案的一部分。然后，需要的话，临时存储该信息，而且或者插入或者附在其它通信信号中或者作为分开的导频信息信号传递到信号源，或者网关或者基站(在步骤812中)。

网关和基站接收包含信号强度信息的这些信号(在步骤814中)，而且运用现有技术中已知的技术录取数据。信息或者自动或者容易地与相应的用户终端和波束相关。于是，网关将这种信息以及已知发射功率电平和相对差对于在步骤830中发射的导频信号的相对差一起用来确定在由用户终端检测或接收到的导频信号之间的关系。即，看新导频信号强度是否超过旧的。这允许网关或基站确定相对功率电平，和何时横穿波束或扇区边界。然后，把该信息发射回用户终端作为各种已知信号的一部分(在步骤831中)。

在步骤832中网关建立供用户终端使用的新信道，根据已知容量限定或者各种信道分配程序和方案，确定何时需要一个。于是，用户终端如前所述确认新信道的适当操作(步骤834)，或者在撤消旧信道之前，网关可以运用某些已知反馈机理或预先限定发射-和-接收测试信号来确认信道操作(步骤836)。依赖于在建立新信道中建立的信号同步的电平，步骤834是可选的(如下所述)。于是，这是“被动”切换技术。

网关或基站可以接收来自用户终端的导频信号强度的定期的报告，或者响应于请求这种信息的发射消息或者在预先选定的报告时间间隔内。网关可以更新和保持信号强度信息来预测用户终端何时到达各种覆盖区域边界。

这种方法的优点在于根据装置和由用户终端消耗的处理时间，限定任何计算资源。在基站和网关中，可以更加容易和成本有效地补充资源。这种方法的另一个优点在于，它允许将另一个实施例称为“坚固”或“同步”软切换技术。

由于网关和基站保持来自每个用户终端在导频信号强度上的数据，所以可以精确和快速地检测穿越波束和扇区边界。因此可以完全准备网关来在多个波束或扇区(邻近)上与用户终端进行通信，以允许快速改变信道或对于用户终端的信道分配。由网关结合中央控制中心完全控制多个前向链路通信路径，而且在需要切换到新波束或扇区之前，预先完全解决所有同步、定时和代码应用版本问题。因此，实际上网关可以立刻切换用户终端通信链路和路径并撤消对与第一导频和相关信号或波束相关的话务信号的应用。

在波束附近或小区边缘或边界附近“滚降”的结果，可能发生另一个问题。对于任一信号，但是这里更重要的是导频信号，在波束的外部边沿附近有越来越急速的衰减(increasingly sharp drop off)。这是对于信号以及形成系统的波束的功率与距离关系的自然结果。在卫星系统中，在卫星点波束中，在外部波束中，扩大影响。即，由于这些波束从中央区域的较大位移，使得在波束外部边缘处信号幅度的减小速率比在波束处的要明显得多。

由设置在卫星信号上的某些已知功率场密度(PFD)需求或限制也增加或扩大了滚降。为了减小某种信号干扰，对从卫星投射的信号的功率密度进行限定。在卫星点波束的远边附近，这个限定具有它的最大影响，而且在外部边缘附近的波束中一般实现某些形式的补偿。这种补偿进一步减小在这些区域中的入射功率，以便停留在规定的准则(dictated guideline)中。不幸的是，这种调节大大增加功率滚降速率。

不幸的是，在导频信号中的经减小的功率还减小了用它们来解调寻呼、话务和其它信号的能力。由于需要保持或增加在波束的整个业务区内的系统容量，所以对于反(counter)信号滚降的一种技术是当导频信号进入外部波束或波束边界时提高导频信号功率。可将这称为“导频调节”技术，而且提供在信号接收、跟踪、解调等方面的相应改进，并增加在边界附近的系统用户数量。

然而，任何类型的导频提高或电平调节的运用(需要的话还包括减小电平)都屏蔽真正的波束和扇区边界。即，实际上对于运用导频信号强度来说明或检测这种边界的系统，通常被称为“真正”波束边界的波束边界，实际引将改变或移动。如果提高导频信号电平以具有人工补偿或在特定边界附近的较强电平，检测机理根据典型的信号滚降，错误地确定边界比它应在位置或是更靠近是更远离了，这依赖于在邻近波束中的移动和导频电平控制的方向。

在利用“导频调节”处，本发明的切换方法可采用“导频调节”命令或规定技术以允许用户终端更精确和正确地确定波束和扇区边界的相对位置。即，将对“导频调节”的运用称为对于每个相应波束发射到用户终端的通信信号部分。通过再次嵌入或附加在命令上作为寻呼或话务信号的一部分，或者在导频信号等内的某些位置处可以做到这点。这个信息允许用户终端对于所用的导频提升，补偿到某种程度。还通过提供对于所用到的提升量的一些相关指示，这种解决方法可以是十分有用的，如果需要的话这可以在预先限定的步骤中发生。

另一方面，当网关或基站正在计算各种导频强度关系时，在对于每个波束的网关或基站内，已经可获得导频提升信息。如果大量用户终端正在过渡而且存在一些问题，那么这种处理还可允许对导频调节本身进行一些调节。

在图9中示出对这种“导频调节”命令的运用和处理，其中示出在步骤716和730之间发生的导频信号电平调节处理910(虚轮廓线)，一般用于测量和比较导频信号电平。可以在图7中的第一阈值测试步骤720或者在图8所示的强度确定步骤816之前或之后发生处理910。

在处理910中，在步骤912中确定是否已调节导频。步骤912确定或者运用用户终端可获得的信息，或者运用网关和基站可获得的信息。在没有任何导频调节的情况下，发生在步骤912之后的信号处理如前所述，而不利用任何校正调节。当不可获得有关于导频调节的任何信息时，在步骤912中获得的应答也是指示没有任何调节。当已知已调节导频，在步骤914中再调节或反调节导频电平以使在步骤730和830中的比较具有更加精确的可能。可预先规定赋予电平的调节量或者采用动态变化的信息。

新切换处理的上述实施例导致只将一个波束用于前向链路信号，以及相应信道代码和卫星能量、大部分时间。仅在很短的时间使用两个波束，同时保持软切换方法在阻止通信损耗方面的优势。本发明的操作导致可被称为“快速”软切换技术或“固定”切换技术。

虽然上述实施例表示对当前切换信号处理技术的改进，但是仍存在可能浪费一些系统资源的情况。当用户终端路径沿着两个邻近波束的公共弦(chord)时，这种情况可能发生。即，当用户终端横穿路径时，该路径实际上把用户终端设置在离与横穿过的两个(或更多)邻近波束边界等距离的地方。当用户终端实际上离两个扇区边界等距离的情况下，这也可能发生。当由用户终端跟随的路径在相对较短时间内重复穿越邻近边界时，类似问题也可能发生。

在图6a、6b和6c中示出这些处理过程。在图6a中，在邻近波束边界之间相等平衡了用户终端路径610的部分612。在图6b和6c中，示出路径620的部分622和路径630的部分632，在邻近波束和扇区边界之间来回徘徊。

在这些情况下，用户终端永远不会有明显的较强的导频信号，或者第二导频强度不能在稍长时间内持续地超出第一导频强度。在这两种情况下，用户终端可能在两个导频和波束或扇区之间来回切换，因为它们正好符合阈值标准，但只是在大约为几秒的短时间内。这导致用户终端和网关或中央控制器在切换信道和波束以及再次传送通信信号方面消耗宝贵的处理时间。此外，在波束或扇区之间频繁的转移减小单个波束覆盖时间，有效地产生当前有问题的切换方案。

为了使系统资源的无效运用最小，并阻止在过渡点附近或在过渡区域内的用户终端在长期时间内频繁地改变波束，可以在导频信号处理中建立一种滞的形式。图9示出对这种磁后的应用，其中在导频电平确定步骤730和波束运用步骤732之间插入磁后处理920。对熟悉该技术领域的人员而言，还可以在图7的比较确定步骤730或图8的确定步骤830之后发生处理920。

例如，通过在步骤912中请求可以实现磁后处理920，在步骤912中，用户终端在最短的时间内运用服从某种预先最小信号强度或电势链路损耗异常(exceptions)的当前导频信号或相关波束或扇区信道。只要经过最小时间，就允许终端转换波束和导频并处理的前。然而如果时间测试失败，那么此时不能选择新波束，不管是否通过其它阈值测试。

在一些实施例中，可以识别正使用的每个导频信号，由用户终端控制器将它的识别和相关特征记录在一些存储器位置上。例如，可以检测到正使用的特定扩展代码，或者某些其它已知波束或导频特定识别特性，诸如预选限定波束“ID”。用户终端可使用这种信息，诸如通过搜索器接收机，来确定是否在短时间内再次检测到相同的导频。用户终端可以运用已知内部时钟或定时电路以及存储元件来记录已经使用的特定导频或相应话务信号的时间长度。

因此，可采用步骤来减小频率，以所述频率或相应该频率的最小时间间隔可重新选择波束或扇区。通过预期可获得的系统资源的总量和其它已知准则，通信系统设计者可以预先确定在选择另一个波束或扇区之前波束或扇区必须使用的时间，或者可以“重复”导频选择之前的最短时间。当建立在系统内的操作时，向用户终端提供这个信息，但是可以更新这个信息作为在发射信号中的各种系统总的信息的一部分。

如在步骤912中，运用时间需求的变通方法或附加方法是采用对信号强度需求的最小变化(在步骤914中)。在这种操作模式下，在选择新导频信号之前，需要求当前导频信号减小到低于预先选定的第二阈值。即，在运用另一个导频作为切换到新波束或扇区业务区的基准之前，导频信号强度必须减小到比用于选择该导频的值低百分之几的值。这个要求迫使用户终端在较长时间内不超出(stay with)可行(viable)的通信链路的范围，到用户终端显然移入新波束的深处才切换波束，而且在再短促一些的状态下不是简单地沿着新波束的边界而行。

运用上述技术，用户终端可以有效地选择导频信号，并在由单个卫星投射的波束之间移动，不丢失通信，仍然运用最小量系统资源。同样，当在小区的邻近扇区之间移动时，用户终端可有效地选择导频信号。如果将所有功率转变成具有较大信号强度的波束，那么对于给定的信噪比，根据(on the ground for)卫星，使作为对系统用户容量的两个主要限定之一的发射功率最小。

提供前面对较佳实施例的描述以使熟悉本技术领域的任何人员能够制造或运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员，对这些实施例的各种变更是显而易见的，而且可将这里限定的一般原理用于其它实施例，而无需进行发明创造。于是，本发明并不限定于这里所示的实施例，而是根据与这里所揭示的原理和新颖特性相一致的最宽范围。

Claims (62)

1.一种用于在无线通信系统中的邻近业务区之间执行切换的方法，其中所述无线通信系统运用为在系统中操作的用户终端建立地理业务区的至少一个中央通信站来传递通信信号，其特征在于，所述步骤包括：

通过检测来自所述邻近业务区的信号的信号强度，检测用户终端在第一业务区和第二邻近业务区之间的实际过渡，其中每个业务区都由所述一个中央通信站建立；

当所述第二邻近业务区的经检测信号强度至少等于所述第一业务区的经检测信号强度时，请求前向链路信道供在所述第二业务区中的所述用户终端使用，同时所述用户终端还运用所述第一业务区通信进行前向链路通信；

确认用于所述第二业务区的所述前向链路信道根据预选最小质量电平进行操作；

一旦确认所述预选最小质量电平，所述前向链路的所述用户终端就脱离对于所述第一业务区的使用；

检查对于至少一个预选通信参数的值，以及从所述用户终端先前预选请求新前向链路信道起，当没有发生所述参数值的最小变化时，禁止执行所述请求的步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

运用所述中央站作为网关；和

分别运用来自单个卫星的第一和第二卫星波束建立所述第一和第二邻近业务区。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括下列步骤：

运用所述中央站作为基站；和

分别运用来自所述单个基站的第一和第二扇区建立所述第一和第二邻近业务区。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测在第一和第二业务区之间过渡的所述步骤包括检测与所述第二业务区相关的新导频信号的步骤；和检测信号强度的所述步骤包括检测所述新导频信号的相对信号强度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个业务区都具有相应导频信号，而且检测新导频信号的所述步骤包括下列步骤：

使用至少一个用户终端接收机接收导频信号；

测量每个接收到的导频信号的信号强度；和

比较导频信号强度测量结果。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，比较导频信号强度测量结果的所述步骤还包括下列步骤：

检测经调节以补偿信号滚降状态的导频信号的存在；和

将补偿值施加于对于每个所述经调节导频信号的所述强度测量结果以获得非调节值。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个业务区具有相应导频信号，而且检测新导频信号的所述步骤包括下列步骤；

由至少一个用户终端接收机接收导频信号；

测量每个接收到的导频信号的信号强度；和

向所述中央站报告每个接收到的导频信号的所述信号强度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

在所述中央站处接收每个接收到的导频信号的所述信号强度；和

比较导频信号强度测量结果。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括把指示所述比较步骤结果的至少一个信号发射到所述用户终端的步骤。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括以预定时间间隔，向所述中央站报告指示每个接收到的导频信号的所述信号强度。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，接收导频信号的所述步骤还包括检测经调节以补偿信号滚降状态的导频信号的存在。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测在第一和至少一个第二业务区之间的过渡的所述步骤包括检测与所述第二业务区相关的新寻呼信号的所述步骡；以及检测信号强度的所述步骤包括检测所述新寻呼信号的相对信号强度的所述步骤。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确认步骤包括确定所述新信道何时具有足够能量来保持通信业务的所需电平的所述步骤。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确认步骤包括确定所述新信道何时具有足够低的误码率来保持通信业务的所需电平的步骤。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检查步骡包括确定从所述用户终端先前请求新前向链路信道起，何时经过预选最小时间段。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检查步骤包括确定在执行所述请求步骤之前何时对于当前业务区信号已经测量预选最小信号电平。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

对于所用到的每个业务区把识别信息存储在存储器位置上，直至这种业务区的预定最大数量，而且在预定最大时间期间内；和

比较对于业务区的新检测和存储的识别信息以确定在所述时间期间内是否再次检查相同业务区。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

一旦接收到供在所述第二业务区中的所述用户终端使用的对于前向链路信道的请求，对于在通过所述第一和第二两个业务区的所述中央站处的所述用户终端，使通信信号与前向链路信道的定时同步；和

停止使用所述第一业务区的所述前向链路，而实际上同时由所述用户终端开始使用对于所述第二业务区的所述前向链路。

19.一种用于在无线通信系统中的邻近业务区之间执行切换的装置，其中系统用户运用至少一个中央通信站来传递通信信号，所述中央通信站为在所述系统内操作的用户终端建立地理业务区，其特征在于，包括：

通过检测来自所述邻近业务区的信号的信号强度，检测用户终端在第一业务区和第二邻近业务区之间的实际过渡的装置，其中由所述至少一个中央通信站建立每个业务区；

用于请求由在所述第二业务区中的所述用户终端使用前向链路信道的装置，同时所述用户终端还运用所述第一业务区进行前向链路通信的通信，当第二邻近业务区的检测信号强度至少等于所述第一业务区的检测信号强度时，进行请求；和

用于当用于所述第二业务区的所述前向链路信道超过预选最小质量电平时，使所述用户终端脱离对于所述第一业务区的所述前向链路的使用的装置。

20.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，还包括：

作为所述中央站进行操作的网关；和

分别运用第一和第二卫星波束，建立所述第一和第二邻近业务区的单个卫星。

21.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，还包括：

作为所述中央站进行操作的基站；和

运用所述单个基站，分别建立所述第一和第二邻近业务区的小区的第一和第二扇区。

22.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，用于检测在邻近业务区之间的过渡的所述装置检测与所述第二业务区相关的新导频信号。

23.如权利要求22所述的切换装置，其特征在于，所述用户终端包括；

至少一个导频信号接收机，用于接收导频信号，每个导频信号与业务区相对应；

用于测量每个接收到的导频信号的信号强度的装置；和

用于比较导频信号强度测量值的比较装置。

24.如权利要求23所述的切换装置，其特征在于，还包括：

用于检测调节以补偿信号滚降状态的导频信号的存在的装置；和

用于把补偿值施于对于每个所述经调节的导频信号的所述强度测量值以捕获非调节值的装置。

25.如权利要求22所述的切换装置，其特征在于，所述用户终端包括：

至少一个导频信号接收机，用于接收导频信号，每个导频信号与业务区相对应；

用于测量对于每个接收到的导频信号的信号强度的装置；和

用于向所述中央站报告每个接收到的导频信号的所述信号强度的消息发射装置。

26.如权利要求25所述的切换装置，其特征在于，根据预定时间间隔，报告每个接收到的导频信号的所述信号强度。

27.如权利要求25所述的切换装置，其特征在于，还包括：

在所述中央站处的消息接收装置，用于接收每个接收到的导频信号的所述信号强度；和

用于比较导频信号强度测量值的比较装置。

28.如权利要求27所述的切换装置，其特征在于，还包括用户终端消息装置，用于把至少一个信号发射到指示所述比较步骤结果的所述用户终端。

29.如权利要求27所述的切换装置，其特征在于，包括用于检测经调节的用以补偿信号滚降状态的导频信号的存在的装置。

30.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，用于检测在邻近业务区之间过渡的所述装置检测与所述第二业务区相关的新的寻呼信号。

31.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，用于脱离的所述装置包括用于确定何时新信道具有足够能量来保持通信业务区的所需电平的装置。

32.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，用于脱离的所述装置包括用于确定何时新信道具有足够低的误码率来保持通信业务的所需电平的装置。

33.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，还包括滞后装置，用于检查至少一个预选通信参数值，以及，自从对于所述用户终端先前请求新前向链路信道起，对于所述参数没有发生值的最小变化时，禁止传递新信道请求。

34.如权利要求33所述的切换装置，其特征在于，所述滞后装置确定自从对于所述用户终端先前请求新前向链路信道起，何时经过预选的最小时间间隔。

35.如权利要求33所述的切换装置，其特征在于，所述滞后装置确定在对于所述用户终端请求前向链路信道之前，何时对于当前业务区信号已测量预选最小信号电平。

36.如权利要求33所述的切换装置，其特征在于，还包括：

存储器，以预定最大时间间隔，存储所用的每个业务区的识别信息，多达这种业务区的预定的最大数量；和

装置，用于比较对于业务区所存储的和新检测到的识别信息以确定在所述时间间隔内是否再次检测相同业务区。

37.如权利要求19所述的切换装置，其特征在于，还包括：

定时装置，用于一旦接收到请求由在所述第二业务区中的所述用户终端使用前向链路信道的请求，就在通过所述第一和第二业务区的所述中央站，使对于所述用户终端的通信信号和前向链路信道的定时同步；

控制装置，用于脱离所述第一业务区的前向链路的使用以及用于实质上同时开始的由所述用户终端对于所述第二业务区的所述前向链路信道的使用。

38.一种用于在无线通信系统中的邻近业务区之间执行切换的方法，其中所述无线通信系统运用为在系统中操作的用户终端建立地理业务区的至少一个中央通信站来传递通信信号，其特征在于，所述步骤包括：

通过检测来自所述邻近业务区的信号的信号强度，检测用户终端在第一业务区和第二邻近业务区之间的实际过渡，其中每个业务区都由所述一个中央通信站建立；

检测是否存在经调节用以补偿来自所述相邻业务区的所述信号中的信号滚降的信号强度，并将所述补偿值施加于每个被调节信号的信号强度，以获得一非调节值；

当所述第二邻近业务区的经检测信号强度至少等于所述第一业务区的经检测信号强度时，请求前向链路信道供在所述第二业务区中的所述用户终端使用，同时所述用户终端还运用所述第一业务区通信进行前向链路通信；

确认用于所述第二业务区的所述前向链路信道根据预选最小质量电平进行操作；

一旦确认所述预选最小质量电平，所述用户终端就脱离对于所述第一业务区的所述前向链路的使用。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

运用所述中央站作为网关；和

分别运用来自单个卫星的第一和第二卫星波束，建立所述第一和第二邻近业务区。

40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，包括下列步骤：

运用所述中央站作为基站；和

分别运用来自所述单个基站的第一和第二扇区建立所述第一和第二邻近业务区。

41.如权利要求38所述的方法，其特征在于，检测在第一和第二业务区之间过渡的所述步骤包括检测与所述第二业务区相关的新导频信号的步骤；和检测信号强度的所述步骤包括检测所述新导频信号的相对信号强度。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，每个业务区都具有相应导频信号，而且检测新导频信号的所述步骤包括下列步骤：

使用至少一个用户终端接收机接收导频信号；

测量每个接收到的导频信号的信号强度；和

比较导频信号强度测量结果。

43.如权利要求41所述的方法，其特征在于，每个业务区具有相应导频信号，而且检测新导频信号的所述步骤包括下列步骤：

使用至少一个用户终端接收机接收导频信号；

测量每个接收到的导频信号的信号强度；和

向所述中央站报告每个接收到的导频信号的所述信号强度。

44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

在所述中央站处接收每个接收到的导频信号的所述信号强度；和

比较导频信号强度测量结果。

45.如权利要求44所述的方法，其特征在于，还包括把指示所述比较步骤结果的至少一个信号发射到所述用户终端的步骤。

46.如权利要求43所述的方法，其特征在于，还包括以预定时间间隔，向所述中央站报告指示每个接收到的导频信号的所述信号强度。

47.如权利要求38所述的方法，其特征在于，检测在第一和至少一个第二业务区之间的过渡的所述步骤包括检测与所述第二业务区相关的新寻呼信号的步骤；以及检测信号强度的所述步骤包括检测所述新寻呼信号的相对信号强度的步骤。

48.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述确认步骤包括确定所述新信道何时具有足够能量来保持通信业务的所需电平的步骤。

49.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述确认步骤包括确定所述新信道何时具有足够低的误码率来保持通信业务的所需电平的步骤。

50.如权利要求38所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤：

一旦接收到对供所述第二业务区中所述用户终端使用的前向链路信道的请求，对于在通过所述第一和第二两个业务区的所述中央站处的所述用户终端，使通信信号与前向链路信道的定时同步；和

停止使用所述第一业务区的所述前向链路，而实质上同时由所述用户终端开始使用对于所述第二业务区的所述前向链路。

51.一种用于在无线通信系统中的邻近业务区之间执行切换的装置，其中系统用户运用至少一个中央通信站来传递通信信号，所述中央通信站为在所述系统内操作的用户终端建立地理业务区，其特征在于，包括：

通过检测来自所述邻近业务区的信号的信号强度，检测用户终端在第一业务区和第二邻近业务区之间的实际过渡的装置，其中由所述至少一个中央通信站建立每个业务区；

用于检测是否存在经调节用以补偿来自所述相邻业务区的所述信号中的信号滚降的信号强度的装置；

用于将所述补偿值施加于每个被调节信号的信号强度，以获得一非调节值的装置；

用于请求供在所述第二业务区中的所述用户终端使用前向链路信道的装置，同时所述用户终端还运用所述第一业务区进行前向链路通信的通信，当第二邻近业务区的检测信号强度至少等于所述第一业务区的检测信号强度时，进行所述请求；和

用于当用于所述第二业务区的所述前向链路信道超过预选最小质量电平时，停止所述用户终端对所述第一业务区之所述前向链路的使用的装置。

52.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，还包括：

作为所述中央站进行操作的网关；和

分别运用第一和第二卫星波束，建立所述第一和第二邻近业务区的单个卫星。

53.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，还包括：

作为所述中央站进行操作的基站；和

运用所述单个基站，分别建立所述第一和第二邻近业务区的小区的第一和第二扇区。

54.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，用于检测在邻近业务区之间的过渡的所述装置检测与所述第二业务区相关的新导频信号。

55.如权利要求54所述的切换装置，其特征在于，所述用户终端包括；

至少一个导频信号接收机，用于接收导频信号，每个导频信号与一个业务区相对应；

用于测量每个接收到的导频信号的信号强度的装置；和

用于比较导频信号强度测量结果的比较装置。

56.如权利要求54所述的切换装置，其特征在于，所述用户终端包括：

至少一个导频信号接收机，用于接收导频信号，每个导频信号与一业务区相对应；

用于测量对于每个接收到的导频信号的信号强度的装置；和

用于向所述中央站报告每个接收到的导频信号的所述信号强度的消息发射装置。

57.如权利要求56所述的切换装置，其特征在于，根据预定时间间隔，报告每个接收到的导频信号的所述信号强度。

58.如权利要求56所述的切换装置，其特征在于，还包括：

在所述中央站处的消息接收装置，用于接收每个接收到的导频信号的所述信号强度；和

用于比较导频信号强度测量结果的比较装置。

59.如权利要求58所述的切换装置，其特征在于，还包括用户终端消息装置，用于把指示所述比较步骤结果的至少一个信号发射到所述用户终端。

60.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，用于检测在邻近业务区之间过渡的所述装置检测与所述第二业务区相关的新的寻呼信号。

61.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，用于脱离的所述装置包括用于确定何时新信道具有足够能量来保持通信业务区的所需电平的装置。

62.如权利要求51所述的切换装置，其特征在于，还包括：

定时装置，用于一旦接收到对供所述第二业务区中所述用户终端使用的前向链路信道的请求，就在通过所述第一和第二业务区的所述中央站，使对于所述用户终端的通信信号和前向链路信道的定时同步；

控制装置，用于脱离所述第一业务区的前向链路的使用以及用于实质上同时开始的由所述用户终端对于所述第二业务区的所述前向链路信道的使用。

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