CN1045354C - 改善提供蜂窝移动系统业务路由结构的方法及其装置 - Google Patents

改善提供蜂窝移动系统业务路由结构的方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种改善蜂窝式移动无线电系统的无线提供业务路由结构的方法，该系统包括许多相邻的无线电网孔，在每个网孔的边缘至少安置一个固定台和扇形区开线，以一个信道组的频率照射并延伸网孔的部分地区。在相邻网孔的过渡区至少一个附加的固定台和扇形区天线，并以该网孔的相同信道组传送。网孔的两个或两个以上的固定发射机同时发送。在线性业务路由结构中的网孔呈星形结构，它是由部分重叠的椭圆形区构成。

Description

改善提供蜂窝移动系统业务路由结构的方法及其装置
本发明涉及改善以无线电方式提供移动无线电系统业务(traffic)路由结构的方法和装置，该业务路由结构包括以任何角度交叉的多个个别的业务路由，并且该蜂窝移动无线电系统包括多个相接触或部分相重叠的邻近网孔。该业务路由结构是利用由几个无线电网孔组成的一种蜂窝式移动无线电网络以无线电方式提供的。在邻近的网孔中，使用不同的信道组，来避免在邻近的无线电网孔之间发生干扰的问题。蜂窝移动无线电网络的特别之处在于将所提供的区域划分成为多个网孔，在每个网孔的边缘区域内设置至少一个固定的发射机站，用以对该网孔的至少一部分提供一个信道组的射频频率。每个网孔分配一个信道组，每一个信道组都由几个信道组成，“信道”意味着通信信道，经过这些信道与移动站保持话音或数据通信。它们都是双工无线电信道以用于双向传送。“移动站”这个术语包含所有类型的用户设备。为了获得大的用户容量，该信道组可在该区域中的一定距离被再使用以供不同的连接。应该注意不能有公共信道干扰，因而相互不干扰。如果移动站在无线通信期间从一个网孔改变到一个邻近网孔，则发生转移(hand-over)，那时该系统必须执行转移过程。在以前的网络中，转移过程包括从一个固定站到另一个固定站的连接转换和从所要离开的网孔的无线电信道到邻近网孔的无线电信道的改变。因此在网孔边界可能经常出现不希望有的多重转换，而这种转换常常引起通信故障。
通常每个网孔具有六角形的或正方形的结构，网孔的结构要安排得可使全部提供的区域都受到均匀地“照射(illuminate)”。然而，这些网孔结构不可能在各种情况下经济地用于具有近似相等分布的业务量的人口稠密的城镇地区，因为它们不是最佳地适应于城镇规划的各方面(例如平行街道中房屋的行列)。此外，在业务路由和行车(driving)方向改变的交叉点处，可能会出现会话中断，这是因为每条业务路由是由不同的频率“照射”的缘故，因此在具有行车方向改变的交叉点处，一定的场强已不能再保持住，而且在要求的时间内不能完成转换转移。
专利文件WO-A-9107043和FR-A-2438389公开了用于改善蜂窝移动无线电系统中的无线电网孔覆盖的方法和设备，在该系统中的多个邻近的和相邻的网孔构成一个群集，其中，具有至少一副扇形区天线的一个固定的发射机确立在每个网孔的边缘区域内，该扇形区天线利用一个信道组的射频频率覆盖该网孔的至少该区域。FR-A-2 438 389还公开了正好与一个网孔相邻的多个邻近网孔的固定发射机向这个网孔发射，但用不同于这个网孔所用的频率。据此，为了在两个网孔之间执行越区切换，必须变更该无线电信道。
在人口稠密地区，由于有限的可用频率资源而使移动通信系统也有容量的问题。为此，增加了使用具有几百米范围的微网孔，它们是以固定站的低发射功率和低架设的天线为特征。结果得到了较短的绝对干扰距离，这在延伸的微网孔区可变换成为较高的容量。
可是，这个方法存在一些缺点。无线电网孔的成形是不规则的而且具有高扩散的场强分布。为了保持一个最小的信噪比，需要更多的频率组构成较大的簇群，结果是容量欠比例地(underpropotional)增加。由于有多重转移，出现了过比例(overproportional)增加系统负荷。此外，转移过程的地点和时间是苛刻的(critical)的，特别是在地形边缘的道路交叉地区，其场强有20dB或更多的波动，这常常导致通信的中断。
本发明的要点是在一个网孔与一个邻近网孔之间的过渡地区(边界线处)设置一个附加的固定发射机站，它对所述的网孔提供出的信道组与所述的第一固定发射机站所使用的信道组相同。
为此，本发明的目的是提出一种确保改善近似相等分布业务量的人口密集的经济上发展的城镇地区的无线电网孔的“照射”的方法。同时，它还确保在临界点如道路交叉点可以保持有无线电通信的畅通和在改变网孔的转移过程中仍然免受干扰。
上述目的是通过采用本发明提出的方法实现的，本发明的方法其特征在于，在与直接相邻的网孔的过渡区中至少安放一个附加的固定发射机站，这个发射机站至少有一副扇形区天线，对无线电发送来说，该扇形区天线以与发送自身网孔的固定发射机的相同信道组向这个网孔发送。本发明的方法以无线电网络结构为基础，该网络结构是特别设计的，以用于提供线性的业务路由，该业务路由具有或没有交叉点，并且在几个空中台(aerial station)照射的网孔的边缘区中，凡提供相同网孔的所有站也都使用相同的频率。本发明的有益的实施例表明在附加的固定发射机站内提供至少一副附加的近似无方向性天线，该天线以被提供的该网孔和至少一个邻近网孔的信道组进行发送；在附加的固定发射机站设置至少正好与被提供的邻近网孔一样多的近似无方向性天线，其中每副天线以与由它提供的网孔的信道进行发送；与一个网孔相关联的多个发射机都是相互同步的；在每个固定站中，每个信道以各自的可变的功率进行发射，其中，在这个信道上的一个固定站的相应功率按照对在移动站接收机输入端所接收的固定站发射功率的贡献的一种给定的关系来进行调节；在每个固定站中的每个信道以各自的可变的功率进行发送，其中，在这个信道上的一个固定站的相应功率按照这个固定站接收机输入端从移动站所接收的功率的一种给定的关系来进行调节；固定站的发射机功率按照下述的方式进行调节，亦即在移动站的接收机输入端的组合功率刚好高于对于一种给定的具有衰落的传输质量的一个最小容许的信噪比；一个移动站的发送是由该移动站所在处的网孔的固定站和由毗邻网孔的固定站来接收；在这些固定站之间存在一种以下述方式进行的发射机功率的调节，亦即最接近该移动站的固定站以一个给定的功率进行发送，而远离该移动站的固定站以比给定的功率较小的部分功率进行发送或完全切断；一个移动站的发送由该移动站所在处的网孔的固定站和毗邻网孔的固定站来接收；这些所接收的信号利用在文献中可知的方法进行分集组合，以便改善所接收信号的质量；在通信状态的移动站的转移过程是从一个网孔的一个扇区到这个网孔的相邻的扇区时通过适当地分配照于该网孔的固定站的功率而发生的；处于通信状态的移动站的转移过程是从一个网孔到一个相邻网孔时利用信道的改变而发生的，在执行转移过程时总有一个所涉及的固定站，其中，所述的转移过程在主要由一副或多副近似无方向天线照射的一个局部区域。因此，对包含在一条链路中的这些站需要有选择性地配置适当的功率。在接收侧，可有利地使用分集接收组合。本发明的一个优点是：具有频率改变的转移过程被限制在由始发的网孔和目标同等地提供的地区。
为此，在这样的网络结构中，有两种转移形式。一种形式是隐式的或“软”转移，它是在固定站一侧通过适当的分配功率进行的，而不需要移动站来识别，其过程是在交叉点地区发生的。它是通过站之间的逐渐转移进行的，这些站包含在无线电链路中并以相同的信道组提供一个网孔。在这过程期间，总是要涉及链路中的两个或多个固定站，但信道没有改变。优点是：在方向改变的交叉地区，没有发生信道改变的转移过程，而这种转移过程是有严格的定时要求的。
第二种转移形式是通常知道的形式，其中信道改变的发生过程是在两网孔的重叠区进行。重叠区是固定发射机站周围的近似无定向天线的区域，在这些区域通常移动站同样地在旧的和新的信道上传输，因此不管是转换的时间或地点将都不是苛求的。
一种用于改善蜂窝式移动无线电系统的无线电提供业务路由结构的方法，所述的业务路由结构包括以任何角度交叉的个别业务路由，所述的蜂窝式移动无线电系统包括多个相邻的、相接触的或彼此重叠的无线电网孔，
在每个无线电网孔的边缘区域内设置具有至少一副扇形区的天线的至少一个固定发射机站，所述的固定的发射机站为该无线电网孔的至少一部分提供一个信道组的射频频率；其特征在于，该方法包括以下步骤：
在所述的网孔与一个直接相邻网孔之间的过渡区内，设置一个附加的固定发射机站，所述的附加的发射机站为所述的无线电网孔提供的信道组与提供了所述无线电网孔的固发射机站所使用的信道组相同。
一种用于在蜂窝式移动无线电系统的无线电网孔照射的装置，该系统包括在形成一个簇群的每种情况下的一个或多个网孔，其中，在每个网孔的边缘区域内设置至少一个固定站，该固定站包括至少一副扇形区天线，该天线以对这个网孔的至少该区域提供一个信道组，其特征在于，有几副扇形区天线与每个固定站相关联，其中每副扇形区天线在任何给定时刻指向被提供的网孔的中心的方向。
一种用于蜂窝式移动无线电系统以无线电方式提供业务路由结构的方法，该业务路由结构包括以任何角度交叉的个别的业务路由，该蜂窝式移动无线电系统包括许多相互接触的或相互部分重叠的邻近的无线电网孔，其中，对每个无线电网孔提供一个信道的射频频率，其特征在于：对于以无线电方式提供业务路由结构而言，无线电网孔被安排得可在各种情况下可使它们照射到相对于一种星形结构而被形成的用以作为一个相应地被照射区域的无线电提供的业务路由结构的一些部分，这种星形结构包括多个相互重叠的椭圆形的局部区域，以使该业务路由结构的两个或多个个别的业务路由的交叉点位于一个无线电网孔内。
图1示出本发明的这种无线电网孔结构的一个例子。
下面结合图1进行更详细地叙述。根据图1所示的例子，该无线电网孔结构中的网孔不像是通常的六角形或正方形，而是一种星形结构，它是由互相部分重叠的椭圆形局部区域(1-26)构成的。几个相同的网孔组组合成一个网格状结构，其中网孔被两个不同的信道组f1和f2交替地照射。这样相同的频率可以每隔一个网孔进行重复。在每个星束的端部具有一个固定的发射机站(51-54)。该无线电网孔的中心对应于该星形结构的中心。指定给一个网孔的每个固定的发射机具有一个扇形天线，以一个信道组(f1)或(f2)向该网孔的中心发射。
固定站(51-67)设置在每两网孔之间的过渡区中，两副定向天线被安置在那里，它们以相反的方向辐射而提供椭圆形的照射区，此外，向该站最接近的小区(101-117)提供的一付近似的无方向天线也被安置在该发射机站中。在一个网孔的两相邻站中分别相互面对的扇形区提供的小区具有相同的频率。因此，在线性提供的情况下，多达两个站，在交叉点的区域内多达四个包括在一条链路中。因此通常一个移动站在分配给它的信道上可从几个站得到相同频率的相同信号。在这种情况下在固定站侧各台的功率的百分率以这样的方式进行调节：一方面使接收机输入端组合的信号超过了预定的信噪比，另一方面其所造成干扰在公共信道的网孔中仍是无害的。这种功率调节是利用一种数学算法执行的，该计算是固定站从移动站接收到的电平、移动台测量的组合(aggregate)电平及实测质量的函数。
据此，在交叉点区域内，在一条无线电链路中，四个最接近站的每个站都包含约所需的组合功率的四分之一。移动站离开其它站越远，它就越靠近一个站，它对该链路的相对贡献越大，由于遮蔽，更远离的或接收较差的站的功率可以减少。
在所示的结构中两个相邻网孔中的每个站都包括两付前述相反方向的定向天线，在两个相邻网孔中的上述天线被提供不同的(即分开的)标为f1和f2的频率组。以小圆圈表示的各站的附近小区(101-117)同样地被提供两个相邻网孔的频率即f1和f2。这样就构成了相邻网孔的重叠区域，重叠区的数量受到天线特性和辐射功率的影响，只在这些受控制区，在有信道改变的网孔之间才发生转移。
具有这种新的无线电网络结构与上述微网孔概念相比，可获得容量上的明显增加。在提供线性和交叉的业务路由过程中，通常可以由双倍的簇群来实现，如图1所示(但是实际上可能需要三倍簇群或甚至更多)。这意味着，除了由于较小的网孔面积而增加容量外，还由于频率更频率地重复使用使容量进一步增加。此外，实现了改进的提供和改进的链路质量。由于在受控制范围的区域中发生转移，因此，不管是地点还是时间都苛刻时，其中在转换前后都提供相同的高质量，因此系统的负荷也减轻了。
通过阅读所附的权利要求书的描述将会对本发明更加明了。
这里提出的方法不仅可用于人口稠密地区的微网孔结构中，也可以相同的方式并具有相同的优点用于其它的线性提供的小区，例如公路、铁路和内陆通航运河。

Claims (15)

1．改善蜂窝式移动无线电系统的无线电提供业务路由结构的方法，所述的业务路由结构包括以任何角度交叉的个别业务路由，所述的蜂窝式移动无线电系统包括多个相邻的、相接触的或彼此重叠的无线电网孔，
在每个无线电网孔的边缘区域内设置具有至少一副扇形区天线的至少一个固定发射机站，所述的固定的发射机站为该无线电网孔的至少一部分提供一个信道组的射频频率；其特征在于，该方法包括以下步骤：
在所述的网孔与一个直接相邻网孔之间的过渡区内，设置一个附加的固定发射机站，所述的附加的发射机站为所述的无线电网孔提供的信道组与提供了所述无线电网孔的固发射机站所使用的信道组相同。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该附加的固定发射机站内提供至少一副附加的近似无方向性天线，该天线以已提供给该网孔和至少一个邻近网孔的信道组进行发送。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该附加的固定的发射机站设置至少正好与已提供的邻近网孔一样多的近似无方向性天线，其中每副天线以与由它提供的网孔的信道组进行发送。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与一个网孔相关联的多个发射机都是相互同步的。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个固定站中，每个信道以各自的可变的功率进行发射，其中，在这个信道上的一个固定站的相应功率按照在该固定站发射功率在该移动站的接收机输入端所接收的贡献的一种给定的关系来进行调节。
6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个固定站中的每个信道以各自的可变的功率进行发送，其中，在这个信道上的一个固定站的相应功率按照这个固定站的接收机输入端从该移动站所接收的功率的一种给定的关系来进行调节。
7．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固定站的发射机功率按照如下所述的方式进行调节，亦即在移动台的接收机输入端的组合功率刚好高于对于一种给定的具有衰落的传输质量的一个最小容许的信噪比。
8．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个移动站的发送是由该移动站所在处的网孔的固定站和由毗邻网孔的固定站来接收；在这些固定站之间存在一种以下述方式进行的发射机功率调节，亦即最接近该移动站的固定站以一个给定的功率进行发送，而远离该移动站的固定站以比给定的功率较小的部分功率进行发送或完全切断。
9．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个移动台的发送由该移动台所在处的网孔的固定站和相邻网孔的固定站来接收；这些所接收的信号利用在文献中可知道的方法进行分集组合，以便改善所接收信号的质量。
10．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于通信状态的移动站的转移过程是从一个网孔的一个扇区到这个网孔的相邻的扇区时通过适当地分配照射于该网孔的固定站的功率而发生的。
11．根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于通信状态的移动站的转移过程是从一个网孔到一个相邻网孔时利用信道的改变而发生的，以在执行转移过程时总有一个所涉及的固定站，其中，所述的转移过程发生在主要由一付或多付近似无方向天线照射的一个局部区域。
12．一种用于在蜂窝式移动无线电系统的无线电网孔照射的装置，该系统包括在形成一个簇群的每种情况下的一个或多个网孔，其中，在每个网孔的边缘区域内设置至少一个固定站，该固定站包括至少一副扇形区天线，该天线以对这个网孔的至少该区域提供一个信道组，其特征在于，有几副扇形区天线与每个固定站相关联，其中每副扇形区天线在任何给定时刻指向被提供的网孔的中心的方向。
13．根据权利要求12所述的装置，其特征在于，每个固定站中的每个信道的发射机功率是可变的，作为这个固定站的接收机输入端从移动台所接收的功率的函数并按照与这个移动台的相应的发射机功率的关系来进行调节。
14．根据权利要求12或13的任一项所述的装置，其特征在于，每个固定站仅发射该功率的一部分，这对于向整个网孔提供发射机功率是必要的。
15．一种用于蜂窝式移动无线电系统以无线电方式提供业务路由结构的方法，该业务路由结构包括以任何角度交叉的个别的业务路由，该蜂窝式移动无线电系统包括许多相互接触的或相互部分重叠的邻近的无线电网孔，其中，对每个无线电网孔提供一个信道的射频频率，其特征在于：对于以无线电方式提供业务路由结构而言，无线电网孔被安排得可在各种情况下可使它们照射到相对于一种星形结构而被形成的用以作为一个相应被照射区域的无线电提供的业务路由结构的一些部分，这种星形结构包括多个相互重叠的椭圆形的局部区域，以使该业务路由结构的两个或多个个别的业务路由的交叉点位于一个无线电网孔内。
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