CN101567720B - 至少两个基站的无反作用工作的方法 - Google Patents

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Abstract

至少两个基站的无反作用工作的方法，根据本方法，基站使用CDMA多路接入方法传输通信信息。为了消除基于重叠的无线电区域和相同的发射频率而造成的干扰，至少两个参与基站进行自同步过程，最后建立码片同步，并因此保证正交码良好的接收，也就是保证多路接入方法的较好的用户分离。

Description

至少两个基站的无反作用工作的方法
本申请是申请日为1999年9月29日、申请号为99811591.6、发明名称为“至少两个基站的无反作用工作的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及在一个UMTS(通用移动电信系统)中的至少两个根据CDMA(码分多址)原理工作的基站的、优选为室内基站的无反作用工作的方法，这两个基站具有部分相互重叠的无线电区域和/或者到一个通信无线电小区网络的部分相互重叠的无线电区域。
本发明涉及一种在通信无线电小区网络中至少两个、优选为室内UMTS(通用移动通信系统)基站的无反作用工作的方法，这两个基站的无线电区域部分重叠，其中基站使用CDMA(码分多址)多路接入方法传输通信信息，还涉及在一个通用移动通信系统中无反作用工作的基站和移动站。
背景技术
已知在无线通信系统中使用物理信道来传输消息或者数据。通过使用这种方式的物理信道，通过从第一个基站到第二个基站的空中接口，传输例如实时视频语音数据或者新的实时数据形式的通信信息。在双工无线电连接中，通过同一个空中接口，实现反向信息交换。
例如，在一个TDMA(时分复用)无线电通信系统中，物理信道的参数是一个特定时隙，在一个FDMA(频分复用)无线电通信系统中，是一个特定载波频率，在传输通信信息时，使用该频率，在一个CDMA(码分多址)无线电通信系统中，是一个特定代码，使用这个特定的码，编码用于无线电传输的通信信息。已知的多接入路接入方法TDMA、FDMA和CDMA的组合也是可行的。
在一个已知的移动无线电系统中，特别是在所谓的GSM系统(移动通信全球系统)中，无线电信道的分配由一个协调单元集中完成，通过这些无线电信道，可以在一个特定的基站和一个特定的移动部分之间传输通信信息。在考虑特定的地理条件(例如之前估计到的干扰情况)下，协调单元向GSM基站的单独的控制单元分配特定数量的无线电信道。
另外存在所谓的非协调工作的无线电通信系统。在这种系统中，无线电信道对于整个系统不是集中被分配的，而是参与构造无线电连接的无线电站，根据特定的规则，从现有的备用信道中选出所涉及的信道。一个以上述非协调方式工作的无线电站的例子是根据DECT标准的基站。
因此，在已知的无线电通信系统中，特别在一个GSM系统中，在一个根据DECT标准的系统或者未来的UMTS中，构造双工无线电连接，以便于能够通过一个空中接口双向传输较大数据速率的数据，语音信息或者另外业务的一般通信信息。这里还特别公开了所谓的TDD(时分双工)方法，其中同一个双工无线电连接的第一个无线电信号和第二个无线电信道使用同一个载波频率的不同时隙。
第三代移动无线电系统UMTS将不仅覆盖传统的所谓的户外而且还覆盖室内区域。对于这种方式的移动无线电系统的最佳的功能，内在地提供了预先的资源规划，明确的频率规划不是必需的。在户外区域内，在强干扰条件下(相邻基站干扰)，产生到相邻基站的切换，而在室内基站中，这种现象不会发生。因此对于系统高的频谱效率，消除干扰的有效方法是决定性的。在一个移动无线电系统中，该系统不仅覆盖准公共区域而且覆盖私有区域，对于运营商来说，产生的困难是：在私有区域内建立的归属基站不在运营商的控制下，因此不能在网络一侧控制该设备。
在下面这种情况下：如果基于这种归属基站的不断扩展，这些基站直接相邻，例如在多家庭房屋的情况中，那么单独归属基站的无线电区域可能重合，带来的后果是相互干扰以及受到限制，或者由于干扰而恶化无线电传输。
在DECT结构中，在建立连接前，各个本地网络的用户在一定程度上自发地选择那一个信道，该信道允许用于建立数据传输的无干扰的数据连接。在出现干扰的情况下，实现通常对于用户不能察觉的、到一个重新无干扰的或者相对无干扰的信道的信道切换。在DECT系统中，实现TDMA下的无线电通信，通过这种方法，在两个用户之间错误同步时，在信道切换、也就是在切换到其他基站时，也较少出现问题。
但是当应该给通用移动通信系统采用多路接入方法CDMA的时候，将会出现困难。这里码片同步、也就是使用相互正交的CDMA码是避免由于用户造成的干扰或者得到最佳的频谱网络效率的前提条件。如果在这样的系统中，若干个基站异步工作，那么基于错误的正交CDMA码，可能发生强干扰，并且可能产生显著的容量损失，特别是当在室内区域内通过系统进行高比特速率的数据业务时或者需要使用该业务时。
在EP 0 865 172 A2中公开了一种用于至少两个相互重叠的无线系统工作的方法，其中在两个通信系统中，涉及至少一个室内和一个室外通信系统，并且通过时隙，在室内区域内发展根据一个时间双工的方法进行一个为了两个系统无干扰的工作而存在的无线电连接，同时使用这个时隙，以便于监控用于室外区域内现有无线电连接所使用的无线电信道，因此可以对改变的业务请求迅速反应和/或者对干扰迅速反应。
发明内容
因此本发明的任务是说明一种方法，用来在一个通信无线电小区网络中，至少两个具有部分重叠的室内无线电区域的室内UMTS基站的无反作用的工作，其出发点是基站根据CDMA原理也就是多路接入方法传输通信信息。借助于本发明，可以通过最佳利用网络现状，提高频谱效率，而不需要为室内使用特别地保留宽的频率频谱。同时，使用本发明可以改善信号或者数据传输质量，因此在基站高局部密度的范围内，用于数据传输的信道容量是足够可用的。
在通用移动通信系统中至少两个根据CDMA(码分多址)原理工作的基站的、优选为室内基站的无反作用工作的方法，这至少两个基站具有部分相互重叠的无线电区域和/或者到一个通信无线电小区网络的部分重叠的无线电区域，其中所述至少两个基站为了消除由于无线电区域重叠和相同的发射频率所造成的干扰而实施一个自同步过程，这个过程的结果是建立相邻基站的码片同步和多路接入方法(CDMA)的码正交。对于所述的自同步过程，在从基站发送的传输帧中，提供一个具有同步信号的预留同步信道SCH，在由将要加入的基站接收这个信号时，这个信号能够建立在所参与的基站之间的码片同步。
本发明还提供一种无反作用工作的CDMA基站，其工作在通用移动通信系统和其中至少部分相互重叠的无线电区域中，尤其是室内区域中，该基站被构造用来上述的方法。
因此，本发明方法的基本思想是：至少两个具有部分重叠无线电区域的参与基站进行自同步过程，以便消除由于重叠的无线电区域和再也不能选择两个频率而造成的干扰。这个自同步过程的结果实现了码片同步，并且由此保证了建立所参与的相邻基站的多路接入方法的码正交性。
在本发明另外优选的设计中，从UMTS系统中一个预留的室内频率范围出发，当基站在这样一个预留的室内频率范围内发射时，将要加入的其他基站首先检查所期望的、所选择的频率是空闲的还是被占用的。在将要加入的基站选择了一个被占用的频率的情况下，将另外选择预留频率范围或频带内一个空闲频率或者频带。
如果大量基站同时工作，以致于充分利用预留频率范围，或者随着基站的加入，那么出现这样一个结果：各个将要加入的基站选择一个干扰最小的频率或者一个具有最小干扰分量的频率，并且相应地探测基站。然后，根据CDMA标准，建立一个到这个探测到的基站或者到邻近基站的码片同步。
根据本发明建议的自同步过程不同于用于协调操作的被集中控制的标准同步过程，而是通过采用一个分散的工作方法。
这就是说每个基站在一个单独的小区内发起和控制同步过程。这个同步过程优先适合于非协调的多小区系统，并且建立参与基站的必需的同步。
根据本发明，对于自同步过程，在从基站发送的传输帧中，提供一个具有同步信号的预留同步信道SCH，其中在由已加入的基站或者将要加入的基站接收这个信号时，这个信号能够建立所参与的基站之间的码片同步。在建立码片同步过程中，已加入的基站能够在预留的随机接入信道RACH中接收同步信号。
预留的SCH常常是一个下行信道，预留的RACH是一个上行信道，他们以周期的间隔替换地被传输。
如果要同步其他加入的基站，那么根据时隙样式，同步到具有最强接收场强或者发送功率的同步信道上。
根据本发明基站可以具有一个内部随机数发生器，这个发生器为各个基站启动用于同步信道和随机接入信道的时隙的功能交换或者位置交换，因此在同步参考站出现故障时可以重新同步。
最后，每个基站可能在同步信道上或者其他信道上传输关于已经在小区中使用的CDMA码的信息。这些信息可以被其余参与的基站接收和使用，但是还可以被移动站接收和使用，因此改善了频谱效率。
在结束基站之间的同步过程后，使用已知的方法，实现到移动部分的同步，使得在实现二次同步后，可以实现用于传输和交换消息的连接建立。
本发明的另一方面在于通过下面方法能够进行用户或者基站检测：信道评估可以评估在移动站和最多8个室内基站之间的传输信道。现在为了确定和克服干扰信号(消除干扰)，使用这个信道传输功能。这时时隙同步和码片同步是可利用的信道评估结果的重要前提条件。因此在各个本地无线电小区内基本上改善了频谱效率。
根据本发明建议的用于在一个通用移动无线电系统中无反作用工作的基站具有一个接收设备，该接收设备用来监测在相关室内频率区域内其他的活动系统。提供的信号或者频率选择组件能够在一个预留的频率范围内改变或者选择一个信道或者一个给定的频率。同步过程通过一个同步组件来进行，该组件可以由硬件和/或者软件实现。具体来说，在向移动部分传输消息时，同步组件能够实现选择保证无干扰的时隙或者码。
进一步地，在各个基站中实施一个干扰分析单元，以便于在确定全部可用的预留频率或者信道被占用时，能够选择一个具有最小干扰或者干涉的频率或者基站，以便于接着建立为开展业务所必需的到这个频率或者基站的时隙同步或者码同步。
借助于根据本发明的方法或者附属的基站，通过时隙同步的原理，能够实现若干个归属基站在同一个频率上但是在不同的时隙上发送，不会出现相互间的干扰。另外，实现的精确到码片的基站同步能够实现高频谱效率，使得分别属于不同基站的若干个移动部分可以在同一频率上在同一时隙上无干扰工作，其中这里最佳地使用了CDMA元件。因此存在着可能性：在室内区域内开发使用高速率的数据传输量的应用，不需要使用公共网络。因此在该方法方面实现了本地的、也就是在基站控制的资源规划的影响范围之外的归属基站的同步，其中保证了正交码的良好接收。
附图说明
下面将根据实施例参考附图详细说明本发明。
图1说明一种可能的情形，其中两个室内或者归属基站由于建筑物内的给定接收条件的限制而潜在地因相应的干涉后果而产生相互干扰，
图2说明参与基站的帧结构。
具体实施方式
基本上从下面内容出发：对于在本地区域内的UMTS应用，一个具有相应预留频率的分离的频带(fn...fN)是可用的。在频率范围f1......fn-1中开展上一级的蜂窝UMTS移动无线电应用。
从预留的频率范围出发，现在在例如示例性说明的、位于建筑物5内的两个基站1和2处，在使用一个所选频率建立连接前，检查这个频率是否可能还没有被占用。为此基站1和2具有相应的接收设备，用于检测其他活动系统，以及具有一个信道或者频率选择组件，借助于它们的帮助，可以改变或者选择一个信道或者一个频率。
假如将要激活的基站确定所选择的频率已经被占用，那么将选择到该范围(fn...fN)内一个空闲的频率上或者一个相应的另外的信道上。
如果相邻基站活动在范围fn...fN中所有可用的频率上，也就是没有空闲的频率可用，那么将要加入的基站检查瞬间干扰特性，并且确定那一个频率，在这个频率上，仅接收最小的或者最小的干扰。在相应检测到这个频率并且因此在该频率上通信的基站后，实现以码片同步为目标的同步。
图2描述了用于自同步的参与基站的帧结构。在图中所选择的用于表示基站BS1、BS2和其他设备的符号同时用于说明将要执行的自同步过程的顺序。
工作状态中的基站BS1构成了起点，其中这里完全被占用的相邻频率是前提条件。
基站BS2现在要同步到基站BS1和接收如图所示的帧结构。在此情况下，基站BS2搜索特殊的信号或同步信道SCH，根据这个信号或者同步信道SCH可以建立到基站BS1的码片同步。现在基站BS2同样能够在所谓的随机接入信道RACH上接收基站BS1的同步信道SCH。
该RA信道可以是由移动站使用的同一个信道，以便于在基站中，要求建立一个电话连接。这时信道RACH和SCH是一个特别预留的信道，其中SCH是一个下行信道，RACH是一个上行信道，他们在一个特定的周期间隔内交替地被传输。
在所说明的例子中，该周期等于2，其中例如RACH和SCH每隔两个帧被传输一次。在此，一个帧对应于16个时隙。
如果另外的基站例如基站BS3加入，那么这个基站将搜索具有最强发射功率的同步信道SCH，并且以码片同步方式同步到这个时隙模式，如图所示。然后将要加入的基站BS4在接收到基站BS1～BS3的同样强的发射功率时被同步到基站BS1和BS3以及其他。
在下面这种情况下：基站BS2的发射功率超过所有其它同步信道的和(基站BS1和BS3)，并且基站BS4重新加入，那么基站BS4同步到基站BS2。在基站BS2功能出现故障的情况下，例如由于网络中断，那么剩下的基站BS1、BS3和BS4不再接收来自BS2的参考同步信号，也就是来自BS2的同步信道。因此在这种情形下为稳定工作采取相应的预防措施。为此目的，一个时刻通过内部的随机数发生器被通知给每个单独基站，在该时刻交换同步信道和随机接入信道的时隙的功能。假设基站BS1作为第一个而交换时隙中的RACH(目前时隙16)和SCH(目前时隙32)位置，这将导致传输RACH(此后时隙32)和SCH(此后时隙16)，因此基站BS3和BS4可能再次接收一个参考同步信号，因此系统稳定。
另外，每个基站可以在同步信道或者其他信道上传输关于在各个小区中已经使用的CDMA码的信息。这些信息可以从被另一个基站但是也可以被一个移动站接收和使用，因此改善频谱效率。参考图2，用BCCH表示广播控制信道。
在参与基站实现自同步后，也就是实现使用正交CDMA码后，使用一个已知的方法同步到相应的移动部分，然后实现建立连接。
说明的展开过程能够实现相邻基站和相应移动部分的同步工作，其中由于CDMA码正确的正交，排除相互的干扰，并且能够最佳利用频谱。
在下面这种情况下：如果UMTS设备使用一个具有一个TD-CDMA(时分-码分多址)标准的空中接口，那么通过时隙同步可以实现若干个参与的基站在同一个频率上在不同时隙中发送，而不会出现相互干扰。另外还存在着可能性：属于不同基站的若干个移动部分无干扰地在同一频率上在同一时隙中活动，因此可以最佳利用CDMA中固有的优点和元件。
根据图，通过硬件元件，在考虑预留的频率fn...FN的情况下，如下实现处理过程，这些频率在UMTS基站6的频率范围f1...fN-1的外面。
在第一个步骤中，实现在第一个移动部分3和第一个基站1之间的已知的同步和通话建立。如果要激活第二个基站2，并且两个站1和2在同一频率上发射，并且没有其他空闲频率可用，那么基站2被同步到基站1。在下一个步骤中，第二个移动部分4被同步到第二个基站2。在选择一个根据CDMA码还未被占用的信道或者一个相应的时隙后，可以建立在移动部分4和基站2之间的通话连接，尽管参与的基站1和2具有相同的发射和接收频率，但是不会出现干扰。
应该注意：仅仅出于简单说明的原因，图示只说明了两个基站和两个移动部分。显然，在可用码的框架下和考虑扇形因数以及根据频率范围fn...fN，较大数目的基站在直接相邻的情况下可以无干扰的工作，而不背离本发明说明的原理。

Claims (11)

1.在通用移动通信系统中至少两个根据码分多址原理工作的
基站的无反作用工作的方法，这至少两个基站具有部分相互重叠的无线电区域和/或者到一个通信无线电小区网络的部分重叠的无线电区域，其中所述至少两个基站为了消除由于无线电区域重叠和相同的发射频率所造成的干扰而实施一个自同步过程，这个过程的结果是建立相邻基站的码片同步和码分多址多路接入方法的码正交，其特征在于，
-对于所述的自同步过程，在从基站发送的传输帧中，提供一个具有同步信号的预留同步信道SCH，在由将要加入的基站接收这个信号时，这个信号能够建立在所参与的基站之间的码片同步。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少两个根据码分多址原理工作的基站为室内基站。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，当基站在一个确定的预留的室内频率范围内发射时，将要加入的其他基站首先检查所期望的频率是否空闲或者被占用，并在频率被占用的情况下，在预留频率区域内另选择一个空闲的频率。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，当大量基站在被充分利用的频率范围内同时工作时，或者因为这样的充分利用，各个将要加入的基站选择一个干扰最小的频率并且建立到引起干扰的和/或者最近的基站的码片同步。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，在结束基站之间的自同步过程后，使用已知的方法，实现到各个移动站的二次同步并且建立用于传输和交换消息的连接。
6.根据以上权利要求中任一个的方法，其特征在于，实现移动站和基站之间的信道评估，并且使用由此得出的信道传输功能来确定和消除干扰信号。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在已建立的码片同步中，将要加入的基站在一个预留的随机接入信道RACH中接收所述的同步信号，且预留的同步信道SCH是一个下行信道，预留的随机信道RACH是一个上行信道，这些信道在一个周期性的间隔内交替地被传输。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，每个基站具有一个内部随机数发生器，对于各个基站，所述随机数发生器将引起用于预留的同步信道和预留的随机接入信道的时隙的功能交换或者位置交换，以便即使在同步参考站发生故障时也能够重新同步。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于，将要加入的基站按时间模式被同步到具有最强接收场强或者发送功率的同步信道上。
10.根据权利要求1或者8的方法，其特征在于，在一个预给定的信道中，基站传输关于已经使用的CDMA码的信息，其中这些信息可以被参与的移动站和基站使用以减小干扰。
11.在通用移动通信系统中用于至少两个根据码分多址原理工作的基站的无反作用工作的设备，这至少两个基站具有部分相互重叠的无线电区域和/或者到一个通信无线电小区网络的部分重叠的无线电区域，包括：
-用于所述至少两个基站实施一个自同步过程以便消除由于无线电区域重叠和相同的发射频率所造成的干扰的装置，这个过程的结果是建立相邻基站的码片同步和码分多址多路接入方法的码正交，以及
-用于在从基站发送的传输帧中对于所述的自同步过程提供一个具有同步信号的预留同步信道SCH的装置，在由将要加入的基站接收这个信号时，这个信号能够建立在所参与的基站之间的码片同步。
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