CN101932129A - 多使用者、多模式基带信号方法、时间/频率同步及接收器架构 - Google Patents

多使用者、多模式基带信号方法、时间/频率同步及接收器架构 Download PDF

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刘荣涛
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Abstract

本发明公开了一种微型基站无线信号/数据传输网络，以实现多使用者及多模式的基带信号法、时间/频率同步与接收器之架构。该微型基站无线信号/数据传输网络包含复数个微型基站，并且该等微型基站系透过复数个无线连结而彼此连接。该等微型基站中之一第一微型基站与一第二微型基站系通过位于该第一微型基站与该第二微型基站之间的一无线连结而彼此直接沟通。

Description

多使用者、多模式基带信号方法、时间/频率同步及接收器架构
技术领域
本发明系与电信系统有关，特别是关于一种微型基站无线信号/数据传输网络，以实现具有多使用者及多模式特性的基带信号处理法、时间/频率同步与接收器之架构。
背景技术
一般而言，传统的基站之传送接收器(节点B)系透过预设的通讯连结(例如T1或E1线路)连接至基站控制器(RNC)。该些基站控制器彼此相连接，并且也连接至其它网络设备，例如在整合分封无线服务(GPRS)网络中的服务GPRS支持节点(SGSN)或网关GPRS支持节点(GGSN)。
举例而言，在3G的通用移动通讯系统(UMTS)中，每一个基站控制器(RNC)均连接至复数个基站传送接收器(节点B)，以形成称之为通用移动通讯系统地面无线电存取网络(UTRAN)的通讯网路。UTRAN可连接至核心网络设备，例如SGSN、GGSN、行动电话切换中心(MSC)、计费网关功能(CGF)、家庭位置注册(HLR)/访客位置注册(VLR)或媒体网关(MGW)...等。
近来，具有较小尺寸的微型基站可同时结合基站控制器(RNC)与基站传送接收器(节点B)之功能，并透过因特网连接至核心网络。请参照图1，图1系绘示传统的细胞状网络架构与微型基站网络架构之比较。如图1所示，左手边绘示的是细胞状网络架构1，右手边绘示的是微型基站网络架构2。于细胞状网络架构1中，不同的基站控制器10与12之间能够彼此沟通。然而，在微型基站网络架构2中，不同的微型基站20与21需透过集中器(concentrator)/聚合器(aggregator)22之路由操作才能彼此沟通。因此，这将导致在传统的微型基站网络架构2中，集中器/聚合器22与微型基站20或21之间的信号流量负荷变得过重。
值得注意的是，由于微型基站已结合基站传送接收器与基站控制器的功能，并且微型基站采用TCP/IP协议透过因特网连接至核心网络，因此，微型基站网络架构2可省去基站传送接收器与基站控制器之间预定的连结。请参照图2，图2系绘示于3G通用移动通讯系统中，微型基站之间并没有任何连结或沟通之一范例。如图2所示，既然3G通用移动通讯系统23中之微型基站240～242、250～252及260～262之间均没有任何直接的连结或沟通存在，所有3G通用移动通讯系统23中之沟通均需透过封包数据网络/因特网230或任何中继装置，例如微型基站集中器/聚合器2340。也就是说，微型基站集中器/聚合器2340系用以作为微型基站连接至电话/DSL网络233时之网关。于传统的UTRAN网络中，定义有协议接口以方便微型基站与基站控制器之间、基站控制器与基站控制器之间、还有基站控制器与核心网络组件之间的沟通。然而，微型基站与微型基站之间却没有定义任何沟通的协议，因而导致集中器/聚合器与微型基站之间的传输流量负荷加剧、网络设备成本增加以及基站之间的交接(handover)也随之变慢。
此外，当无线连结应用于微型基站之间的信号及数据传输时，仍有许多难题亟待克服。例如：(1)微型基站必须能够维持位于邻近细胞状区域之微型基站的信息清单；(2)微型基站必须能够自我定义本身所扮演的角色为何(例如SRNC或CRNC)；(3)微型基站必须能够与相邻的微型基站建立可靠的无线连结；(4)微型基站必须能够透过无线连结与相邻的微型基站交换相关的物理层信息；(5)微型基站必须能够将透过Wi-Fi连结所接收到的信息路由至其无线资源管理单元做进一步处理；(6)微型基站必须能够在每一个Wi-Fi频率上侦测射频干涉程度，并与其它邻近的微型基站妥协以切换至最佳通道；(7)微型基站之Wi-Fi模块必须能够同时在基础结构模式及特殊设定模式下执行；(8)微型基站必须能够分享邻近细胞状区域之间的L1量测信息。
因此，本发明提出一种微型基站无线信号/数据传输网络，以解决上述问题。
发明内容
本发明之一范畴在于提出一种微型基站无线信号/数据传输网络，系采用常见的点对点或点对多点无线通讯系统直接于微型基站之间建立无线通讯连结。
根据本发明之一具体实施例为一种微型基站无线信号/数据传输网络。于此实施例中，该微型基站无线信号/数据传输网络包含复数个微型基站，并且该等微型基站系透过复数个无线连结而彼此连接。该等微型基站中之一第一微型基站与一第二微型基站系通过位于该第一微型基站与该第二微型基站之间的一无线连结而彼此直接沟通。
于实际应用中，该等无线连结系基于根据Wi-Fi无线传输技术、全球互通微波存取(WiMAX)技术、分码多重存取(CDMA)技术、全球行动通讯系统(GSM)技术、整合封包无线电服务(GPRS)技术、IS95标准技术或蓝芽(Bluetooth)技术所建构的一点对点(point-to-point)无线通讯系统或一点对多点(point-to-multi-point)无线通讯系统。值得注意的是，该等微型基站系耦接至一细胞状网络之一集中器/聚合器，该第一微型基站与该第二微型基站之间直接沟通，致使该集中器/聚合器与该第一微型基站之间的信号流量以及该集中器/聚合器与该第二微型基站之间的信号流量均降低。
相较于先前技术，本发明提供一种微型基站无线信号/数据传输网络，系采用常见的点对点或点对多点无线通讯系统(例如Wi-Fi、WiMAX或其它无线通讯技术)直接于微型基站之间建立无线通讯连结。既然本发明能够有效地克服于微型基站之间建立无线连结的种种难题，因此，集中器/聚合器与微型基站之间的传输流量负荷即可获得有效的抒解、基站之间的交接(handover)也可变得较快，整体网络设备的成本亦可随之降低。
附图说明
图1示出了传统的细胞状网络架构与微型基站网络架构之比较；
图2示出了3G通用移动通讯系统中，微型基站之间并没有任何连结或沟通之一范例；
图3示出了本发明的第一具体实施例中的微型基站无线信号/数据传输网络；
图4示出了如何将无线功能整合至微型基站装置之功能方块图；
图5A及B示出了利用缓慢频率跳跃法取得邻近细胞状区域信号之一范例；
图6示出了如何透过Wi-Fi技术形成微型基站之间的无线连结之一范例。
【主要组件符号说明】
1：细胞状网络架构         2：微型基站网络架构
10、12：基站控制器        230：封包数据网络/因特网
20、21、240～242、250～252、260～262：微型基站
22、320：集中器/聚合器    23：3G通用移动通讯系统
2340：微型基站集中器/聚合器
233：电话/DSL网络         L1～L3：无线连结
3：微型基站无线信号/数据传输网络
30a、6：第一微型基站      30b、7：第二微型基站
30c、8：第三微型基站      30d：第四微型基站
4：微型基站系统           40：Wi-Fi射频模块
41：Wi-Fi基带与协议堆栈模块
42：3G射频模块            44：信号及数据路由器模块
43：3G基带与存取阶层协议模块
45：缆线调制解调器/ADSL/以太网络模块
46：TCP/IP、GTPU及使用者数据流通讯协议模块
47：第一天线              48：第二天线
60、70：Wi-Fi模块         62、72：3G模块
64、74、84：Wi-Fi天线     66、76、86：3G天线
90、92、94：使用者设备    32：细胞状网络
具体实施方式
为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。
于此发明中，系揭露一种微型基站无线信号/数据传输网络。该微型基站无线信号/数据传输网络系采用常见的点对点或点对多点无线通讯系统(例如Wi-Fi、WiMAX或其它无线通讯技术)直接于微型基站之间建立无线通讯连结。
根据本发明之第一具体实施例为一种微型基站无线信号/数据传输网络。请参照图3，图3系绘示本发明的第一具体实施例中的微型基站无线信号/数据传输网络。如图3所示，在微型基站无线信号/数据传输网络3中，两个相邻的微型基站之间存在有复数个无线连结。举例而言，无线连结L1系形成于第一微型基站30a与第二微型基站30b之间；无线连结L2系形成于第二微型基站30b与第三微型基站30c之间；无线连结L3系形成于第三微型基站30c与第四微型基站30d之间；其余依此类推。既然位于微型基站30a～30d之间的无线通讯连结L1～L3是被允许的，集中器/聚合器320与微型基站30a～30d之间的传输流量负荷即可获得有效的抒解。
请参照图4，图4系绘示如何将无线功能整合至微型基站装置之功能方块图。值得注意的是，虽然此实施例中之无线连结所采用的是Wi-Fi技术，但亦可采用其它的无线通讯技术，例如WiMAX技术，并不以此例为限。
如图4所示，微型基站系统4包含Wi-Fi射频模块40、Wi-Fi基带与协议堆栈模块41、3G射频模块42、3G基带与存取阶层协议模块43、信号及数据路由器模块44、缆线调制解调器/ADSL/以太网络模块45、TCP/IP、GTPU及使用者数据流通讯协议模块46、第一天线47及第二天线48。其中，Wi-Fi射频模块40系耦接至Wi-Fi基带与协议堆栈模块41及第一天线47；3G射频模块42系耦接至3G基带与存取阶层协议模块43及第二天线48；缆线调制解调器/ADSL/以太网络模块45系耦接至TCP/IP、GTPU及使用者数据流通讯协议模块46；信号及数据路由器模块44系分别耦接至Wi-Fi基带与协议堆栈模块41、3G基带与存取阶层协议模块43及TCP/IP、GTPU及使用者数据流通讯协议模块46。
于微型基站系统4中，在量测初始设定期间可取得列有邻近细胞状区域的邻近细胞状区域清单。接着，Wi-Fi射频模块40与Wi-Fi基带与协议堆栈模块41将会针对列在清单上的邻近细胞状区域处理信号及使用者数据。此外，信号及数据路由器模块44用以透过缆线调制解调器/ADSL/以太网络将使用者数据及信号协议传送至核心网络，抑或当使用者数据及信号是要给其它微型基站时，信号及数据路由器模块44即透过无线连结将其传送至相对应的微型基站。于实际应用中，微型基站系统4可以有一个或多个连接于Wi-Fi射频模块40或3G射频模块42的天线。
于微型基站无线信号/数据传输网络架构中，微型基站可以透过无线连结执行下列功能。首先，微型基站可以自动地量测并侦测邻近的细胞状区域，以及执行频率与功率的扫瞄；再者，微型基站亦可根据预先定义的功率顺序在量测期间缓升/缓降功率，并传送软件交接信息至其它微型基站；微型基站可重新将HSPA数据缓冲内容路由至其它微型基站；微型基站可播送连接及闲置的使用者名单；微型基站可传送量测信息及IP地址信息；微型基站可初始化SSL隧道或保安隧道协议至其它微型基站；微型基站可量测本身与邻近微型基站之间的距离，并使用该距离调整及最佳化微型基站的传输功率；微型基站可周期性地更新邻近细胞状区域的信息；遵循预先定义的规则以自我定坐标并决定使用者设备所扮演的角色。
于上述实施例中，一群微型基站装置能够透过无线连结彼此沟通。此一新的微型基站网络架构具有内建智能去自动地执行邻近细胞状区域的更新、软件交接、HSPA缓冲之重新路由操作、自我定坐标以及其它它们之间的网络量测及管理工作。此一网状的微型基站网络架构可以大幅改善集中器/聚合器与微型基站之间原本繁重的传输流量负荷、减少集中器/聚合器的复杂度并减少于现有的细胞状网络中采用微型基站之成本。
根据本发明之第二具体实施例系采用Wi-Fi无线传输技术于微型基站之间形成无线连结。于此实施例中，Wi-Fi无线传输技术系为一范例，微型基站之间可透过无线连结彼此沟通。于实际应用中，不仅Wi-Fi技术可用来做为无线连结，其它无线通讯技术(例如WiMAX、UWB、3G、2G、蓝芽等)也都可采用。
首先，微型基站试着要于所有支持的频率带中连接至愈多的Wi-Fi愈好，以取得邻近细胞状区域的清单。接着，微型基站维持与附近的微型基站之连结。随着沟通信道的建立，微型基站之间可以彼此沟通且可透过接口传输RNSAP信号以形成软件交接。其它的信息(例如L1量测物理层参数)也透过该无线连结传送。该些信息可用以决定Wi-Fi连结是微型基站或只是Wi-Fi存取点。当传输功率信息(最大值、最小值及平均值)系与L1量测以及在使用者设备之信息，传输功率信息可用以决定进阶干涉坐标及最佳化。
然而，当无线连结用来进行微型基站之间的信号及数据传输时，先前技术中所述的种种挑战与难题仍待克服。于先前技术中，在没有各微型基站精确位置信息之情况下，网络几乎不可能取得邻近细胞状区域信息。即使邻近细胞状区域信息已取得，但并不保证使用者设备能够分辨出两个相邻的微型基站，因为两个相邻的微型基站彼此相当靠近。因此，即使是可分辨微型基站位置的GPS卫星导航，仍无法提供本身射频环境周边的真实照片，并可使用来创造软件交接时所需的邻近细胞状区域信息。
于此实施例中，一种缓慢频率跳跃法用来取得邻近细胞状区域信号。这是因为其它装置的传递导致当Wi-Fi用来取得邻近细胞状区域信号时会有信号干涉之现象产生。因此，在载子间采用缓慢频率跳跃法可避免由于邻近信号所产生之上述干涉情事发生。
请参照图5A及图5B，图5A及B系绘示利用缓慢频率跳跃法取得邻近细胞状区域信号之一范例。由图5A及B可知，频率跳跃可根据预先定义的跳跃样式进行，该跳跃样式系于给定的参考时间跳跃。举例而言，最简单的跳跃样式是圆形。Wi-Fi将会每隔N分钟旋转其传送，至于旋转开始的精确时间可根据每个微型基站均一致的参考时间，例如网络时间协议(NTP)的时间或GPS时间等。
当微型基站开始取得邻近细胞状区域的清单时，首先，微型基站将会在其周围所有频率带中之所有可得的Wi-Fi信号之间形成特殊设定网络。若其跳至一新的频率带，微型基站试着透过听取及搜寻可能的指示而与其它微型基站形成特殊设定网络。假设搜寻不到任何东西，它将会开始于该频率传送指示直至时间结束且其跳至其它频率。接着，它将于跳跃顺序的时间内重复地传送信息封包。于实际应用中，该信息系由PCCPCH所承载之一大组3G UMTS BCH信息有效载荷。
若微型基站无法自其它微型基站接收信息封包，微型基站将会失去Wi-Fi的连结。若微型基站能够自其它微型基站接收信息封包，它会将接收到的信息封包伴随着频率带信息及其它Wi-Fi相关信息传送至微型基站中之无线资源管理装置或类似的装置，用以执行微型基站资源管理或其它相关功能。
此外，为了使得微型基站能够作为不同的RNC控制装置(例如SRNC或DRNC等)，微型基站必须决定对于某一无线连结而言，哪个微型基站究竟是扮演某一种RNC控制装置。对于某一无线连结而言，服务型的微型基站必须是SRNC或CRNC以确保没有微型基站应该替其它微型基站管理资源。至于与某一无线连结软件交接的微型基站应该是DRNC。
并且，有三种交接方式用来决定两个微型基站所分别扮演的角色。当无线连结被侦测到且邻近细胞状区域清单已被建立后，每一个微型基站应该播放一独特的使用者设备识别(例如IMEI数)以及可侦测的信号及功率大小。一旦微型基站接收到复数份上述信息的拷贝，微型基站将其与本身的使用者设备清单及功率大小做比较。其中，具有最高使用者设备接收信号功率的微型基站应为SRNC或CRNC。否则，微型基站将会作为DRNC。
若不只一个微型基站均具有最高功率大小，则其中具有最短清单的微型基站应该作为SRNC或CRNC。每一微型基站均应公布对其他微型基站作为SRNC之使用者设备的清单以及在他们播放清单上的该些使用者设备。值得注意的是，如此的交接应该周期性地被执行，抑或当有新的使用者设备被侦测到时，由微型基站启动此一交接，RNC对此新使用者设备所扮演的角色并不知道，并且在交接结束且侦测到冲突时会被重新初始化。
于此实施例中，在任何信号被承载于无线连结之前，必须先确保微型基站之间的无线连结是可靠的。因此，最小位错误或画面错误率或接收信号-噪声比必须被限制。假设信号质量未达最低要求时，即不应在微型基站之间建立任何连结。微型基站应使用无线连结去交换可帮助负荷平衡或最佳化接口的重要信息。
实际上，该些重要信息包含主扰码、射频能力(包含最大/最小功率及平均功率等)、目前细胞状区域负荷及使用者设备层量测。此外，微型基站应能够估算每一Wi-Fi通道的SNR大小，并且在彼此连接时，自动切换至最佳通道。并且，无线连结应该以特殊设定模式形成连接。
请参照图6，图6系绘示如何透过Wi-Fi技术形成微型基站之间的无线连结之一范例。Wi-Fi技术被用来形成一信号及可能的数据网状网络，但不完全和传统的Wi-Fi网络相同。资料会由一Wi-Fi存取点跳至下一个Wi-Fi存取点，直到它抵达连结至因特网的Wi-Fi存取点为止。每一微型基站系透过ADSL或缆线调制解调器直接连接至因特网。
如图6所示，第一微型基站6包含Wi-Fi模块60、3G模块62、Wi-Fi天线64及3G天线66；第二微型基站7包含Wi-Fi模块70、3G模块72、Wi-Fi天线74及3G天线76。关于第一微型基站6，3G模块62可透过3G天线66与使用者设备90，92，94中之至少一个使用者设备沟通；Wi-Fi模块60可透过Wi-Fi天线64与第二微型基站7的Wi-Fi天线74或第三微型基站8的Wi-Fi天线84沟通。同理，关于第二微型基站7，3G模块72可透过3G天线76与使用者设备90、92及94中之至少一个使用者设备沟通；Wi-Fi模块70可透过Wi-Fi天线4与第一微型基站的Wi-Fi天线64或第三微型基站8的Wi-Fi天线84沟通。
值得注意的是，无线连结的使用方便了微型基站6、7及8之间的沟通。于两微型基站之间透过无线连结传递的信息并不会如同传统的网状网络一样被中继传送至其它微型基站。
相较于先前技术，本发明提供一种微型基站无线信号/数据传输网络，系采用常见的点对点或点对多点无线通讯系统(例如Wi-Fi、WiMAX或其它无线通讯技术)直接于微型基站之间建立无线通讯连结。既然本发明能够有效地克服于微型基站之间建立无线连结的种种难题，因此，集中器/聚合器与微型基站之间的传输流量负荷即可获得有效的抒解、基站之间的交接(handover)也可变得较快，整体网络设备的成本亦可随之降低。
虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种微型基站(femtocell)无线信号/数据传输网络，其特征在于，包含：
复数个微型基站，透过复数个无线连结(wireless links)而彼此连接，该等微型基站中之一第一微型基站与一第二微型基站系通过位于该第一微型基站与该第二微型基站之间的一无线连结而彼此直接沟通。
2.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该等无线连结系基于一点对点(point-to-point)无线通讯系统或一点对多点(point-to-multi-point)无线通讯系统。
3.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该等无线连结系基于Wi-Fi无线传输技术、全球互通微波存取(WiMAX)技术、分码多重存取(CDMA)技术、全球行动通讯系统(GSM)技术、整合封包无线电服务(GPRS)技术、IS95标准技术或蓝芽(Bluetooth)技术。
4.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该等微型基站系耦接至一细胞状网络之一集中器/聚合器，该第一微型基站与该第二微型基站之间直接沟通，致使该集中器/聚合器与该第一微型基站之间的信号流量以及该集中器/聚合器与该第二微型基站之间的信号流量均降低。
5.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该第一微型基站包含一第一无线连结模块及一第一无线连结天线，该第一无线连结模块系透过该第一无线连结天线而与该第二微型基站沟通，以形成该第一微型基站与该第二微型基站之间的该无线连结，该第一微型基站更包含一第二无线模块及一第二天线，该第二无线模块系透过该第二天线而与一使用者设备沟通。
6.如权利要求5所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，进一步包含耦接至该第一无线连结模块及该第二无线模块之一信号/数据路由器模块，用以执行信号及数据的路由操作，当一使用者数据及信号系对应于该第二微型基站时，该信号/数据路由器模块将一使用者数据及信号协议传送至一核心网络或该第一无线连结。
7.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该第一微型基站与该第二微型基站之间的一信号及数据交换系透过该第一微型基站与该第二微型基站之间的该无线连结而实现。
8.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该第一微型基站维持包含该第二微型基站在内之一邻近微型基站信息清单。
9.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该第一微型基站系根据一缓慢频率跳跃法(slow frequency hopping method)取得包含该第二微型基站之信号在内的复数个邻近微型基站信号。
10.如权利要求1所述的微型基站无线信号/数据传输网络，其特征在于，该第一微型基站系作为一无线电网络控制器(Radio Network Controller，RNC)实体，该无线电网络控制器实体系一服务无线电网络控制器(Serving RadioNetwork Controller，SRNC)实体、一漂移无线电网络控制器(Drift Radio NetworkController，DRNC)实体或一控制无线电网络控制器(Controlling Radio NetworkController，CRNC)实体。
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