CN1070074A - 共享逻辑信道的蜂窝系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种在蜂窝系统(50)中在网孔(51、52和 53)之间逻辑上共享通信资源的方法。该共享通信 资源可以是在一个以TDM为基础的系统中的时 隙。该通信资源在同一控制器的管理下，可以在若干 网孔间共享。通信资源的逻辑共享保证了被共享的 资源适合通信的需要。

Description

本发明涉及通信系统，更确切地，涉及蜂窝通信系统。

蜂窝通信系统是为人所熟知的，一般来说，这种系统包括若干各有其服务覆盖区域（网孔）的远地基地台，以及若干蜂窝电话（通信单元）。相邻的、远地台服务覆盖区域可以安排为有部分重叠，并以此提供一个大致连续的服务覆盖区域，在这个覆盖区域内，从一个远程台得到服务的通信单元可以在服务不被中断的情况下移交到另一个相邻的远地台。

根据欧洲电信标准化委员会（ETSI）移动通信特别小组（GSM）的各项建议提出的GSM泛欧蜂窝系统就是采用这种格式系统的一个实例，本发明以此作为参照。一个远地基地台和一个移动通信单元之间的通信一般只使用了远地台为支持该次通信而临时指定的一对收、发频率的部分资源。

远地台指定使用的这对频率通常称作无线信道。从远地台以该对频率中的第一个频率的无线信道向通信单元的传送为下行链路。从通信单元以该对频率中的第二个频率的无线信道向远地台的传送为上行链路。

GSM系统是一个时分多路复用/时分多址（TDM/TDMA）系统，在该对频率的每个频率上，该系统可提供8个信号通路（每一TDM帧有8个TDM时隙）。一个网孔被指定有一个主用无线信道，由于它在时间上的复用，在该无线信道的8个TDM时隙中，除一个复用的控制信道外，这个主无线信道可以支持多达7个用户。此外，指定给该同一网孔的其他副用无线信道，由于第一个无线信道内的控制信道可以控制副用无线信道的通信资源分配，每个信道可以全部用来支持8个全速率话音用户（在8个TDM时隙中）。

下行链路中，由远地台向通信单元（控制信息或用户信息）的发送占用无线信道第一个频率的第一个TDM时隙（下行时隙）。而在上行链路中，由通信单元向远地台的发送占用无线信道第二频率的第二个TDM时隙（上行时隙）。控制信道和用户信道的上行时隙通常占用无线信道第一与第二频率上的下行时隙后面的三个TDM位置。

在GSM中，通信单元与远地台间的控制信息（如进入请求和进入许可信息）的交换，通常出现在一个控制信道中，该信道一般称为广播控制信道（BCCH）或公用控制信道（CCCH），或者简称为控制资源。在GSM中，通信单元与远地台之间的用户话务交换出现在一个用户信道上，被称为话音信道（TCH）。TCH的信道建立一般发生在一个专用控制信道（DCCH）上，或在一个站独立专用控制信道（SDCCH）上。

在一个通信系统中，涉及通信单元的通信业务控制通常通过远地基地台的操作而发生。每个远地基地台是这样实现控制的：在控制资源上向用户单元发送一个识别信号，以标明该远地台的存在及其在发送资源申请的控制资源中的位置。

通信单元被构造成一开机就扫寻一组通信资源（该通信系统内所用无线信道的第一个TDM时隙），以在控制资源中搜寻出最近的远地基地台发送的识别信号。每检测到一个识别信号，该通信单元就对该识别信号的某一品质因子（如信号强度）加以测量，以作为确定最近基地台的方法。在完成扫描后，该通信单元选择最近的基地台（具有最大相对信号品质因子的基地台）。在识别并锁定（必要时还登记）一个适当强的信号后，该通信单元就对选定的呼入控制资源加以监测。如果此通信单元打算开始呼出时，则一个进入请求可以在此选定的控制资源上发出。

在基地台用控制资源上发送的识别信号中，包括有定时信息及发送信号的基地台的识别码ID等。控制资源包括有指定给远地台使用的无线信道中8个TDM时隙之一（时隙0）。

在GSM中，一个通信单元可以通过控制资源向最近的远地基地台发出资源请求，以请求进入该通信系统。另一方面，一个公用电话交换网（PSTN）的用户可以通过附近的基地台申请接通该通信单元。在这两种情况下，远地基地台作为响应，在控制资源上向通信单元发送一资源指配命令，确定一个话音信道TCH给该通信单元使用，通过远地基地台交换通信信号。

在呼入情况下，或在该通信单元主动呼叫的情况下，只要基地台有通信资源未被占用，该台控制器就会指配一个TCH以支持该次通信业务。被指配的资源可以是从与所选用的控制资源同一无线信道里时隙1到时隙7中指配，也可从指定给该台使用的其他任一副用无线信道的时隙0到时隙7中指配。

在GSM中，该控制资源还可进一步分成上行链路和下行链路。GSM中基地台发送的识别信号是在广播控制信道（BCCH）下行链路上发送的。与这个BCCH相对应的上行链路是随机进入控制通道（RACH）。RACH为要求进入GSM系统的通信单元所用。一个通信单元经由RACH发送进入申请才得以进入GSM系统。

GSM系统在RACH上接收到进入申请后，在控制资源下行链路的CCCH响应一个命令，指示通信单元移到一个站独立专用控制信道（SDCCH）上进行信道建立。一旦在SDCCH）上完成信道建立，GSM系统发送一个TCH的识别符，通信单元用以通过基地台与通信对象交换一个已沟通信号。

在一个TDM帧内，时隙0到时隙7代表了GSM内通信的物理信道。在另一方面，GSM内这些物理信道可以被若干逻辑信道分割使用。在GSM中，逻辑信道代表了在一个特定的、重复的帧序列（复帧）上对这些物理信道的逻辑共享。图1A和图1B描述了时隙0在51个TDM帧（即51帧复帧）上的使用情况，表现了控制资源（时隙0）在GSM中被逻辑信道（广播控制信道BCCH和公用控制信道CCCH）在51帧复帧上的共享使用。图1中的每一个小方块有一个与此小方块相联的字母（根据图下部所示图例说明），表明了在时隙0内发送的一个51帧复帧内任一帧的信息。

如图1A所示，在该51帧复帧内，控制资源上行链路（时隙0）包括有一个频率校正脉冲串（帧1）和其后的一个同步脉冲串（帧2）。TDM帧3到帧6为BCCH所占用。该复帧的其余部分由共间插有若干频率校正脉冲串和同步脉冲串的CCCH所占用。

图1B的控制资源上行链路保留给随机进入信道RACH使用。如前所述，RACH被通信单元用来向GSM系统发送进入申请。如图1B所示，该51帧复帧内每一时隙都有可能被各个通信单元用来发送进入申请。

前面还曾述及，在图1A中控制资源下行链路的CCCH上，该系统响应一个控制信息，为信道建立确定一个独立专用控制信道SDCCH。如图1A所示，在CCCH上发送给一个通信单元的控制信息可以占用该51帧复帧内9个位置上的4个相邻TDM帧的任何一帧。

用于信道建立的SDCCH（上行链路和下行链路），根据系统容量，可被指定在一个专用物理信道（时隙1，2，3，4，5，6或7）上，或被指定在控制资源上。而出现在专用物理信道上时，指定给一个通信单元的SDCCH可以是8个可用信道中的任何一个。出现在控制资源上时，指定给一个通信单元的SDCCH可以是4个可用信道中的任何一个。与每个SDCCH相伴的是一个低速相伴控制通道（SACCH）。在一个通信单元被指定一个SDCCH用以信道建立之处，有关信道建立的信息就出现在指定的SACCH及与其相伴的SDCCH上（D0和A0）。

图1C和图1D描述了映到一个物理通道上的8个SDCCH信道（D0至D7）。图1C和图1D各表示了2个51帧复帧。2个复帧之所以需要是由于发送8个SACCH需要2帧。在图1C和图1D的上面一行（第一个51帧复帧）中，前4个SACCH（A0到A3）是包含在第一个复帧中的，而其余的SACCH（A4到A7）则在第二个复帧中发送。

图1E和图1F描述了以牺牲控制发送能力为代价的已映射有4个SDCCH的控制资源。这另一种映射方法（图1E和图1F）适于GSM中负荷较小的远地基地台情况，此时因负荷较轻并且在一个物理信道内有足够的容量以支持一个完全的控制信道。

在蜂窝系统中，信道共享为人所熟知。人们也已提出在GSM中采用信道共享。在另一方面，GSM中的一个物理信道也表现出巨大的容量。需要一种不必依赖于对整个物理信道的分享的共享GSM格式下各个物理信道的各个部分的方法。

在一个在逻辑信道上已通信信号在基地台与通信单元之间交换的蜂窝通信系统中，本发明提出了一种在各网孔之间共享逻辑信道的方法。该方法包括以下步骤：通过控制器在提出申请的网孔检测对共享逻辑信道的需求，以及通过控制器将该共享逻辑信道独占性地指配给申请的网孔。

图1描述了一种先有的、用于在移动通信用户和基地台之间交换控制信息的51帧复帧。

图2为本发明的通信系统框图。

图3描述了本发明的三个服务覆盖区。

图4描述了一种先有的TDM帧格式。

图5描述了先有技术的连续TDM帧同一时隙中的各连续信息块。

图6描述了本发明的频率一网孔对照表。

图7表示了本发明的共享信道分配流程图。

图8描述了本发明中存储于基地台子系统BSS的存储器中的资源控制块和在用资源清单。

图9描述了本发明中的一种逻辑天线切换装置。

图10包括有本发明的一个无线开关控制器中的基地台子系统。

在需要少于一个物理信道的系统里，解决资源共享问题的方法从概念上讲，在于把该物理信道再分为若干相应的逻辑信道，并在该系统各网孔之间共享这些逻辑信道。被共享的逻辑信道可以被指配给一个提出申请的网孔用于其需要的指定任务，并且在该任务完成后予以重新指配。一个逻辑信道指配给提出申请的网孔之后，在指定任务完成前不能被指配给其他网孔使用。由于逻辑信道是GSM复帧内的重复性结构，一个逻辑信道的被指配允许该物理信道的剩余部分被用于与该复帧结构相符的其他目的。

在本发明的一个实施例中，共享逻辑信道的指配是置于网孔资源管理器（CRM）的控制之下的。CRM是在基地台子系统（BSS）控制器内部运行的一个软件程序。CRM提供了在提出申请的网孔检测对共享逻辑信道的要求的方法。根据对资源的各个申请以及用于两个基地台收发信机（BTS）的、保持在一种称作BTS表中的一组控制参数的逻辑状态，CRM控制对各BTS的每个共享资源的独占性指配。这些参数里有些是在系统启动时输进的，而另外的参数在正常BTS运行中经过修改。

图7所示是本发明的共享信道指配流程图。为了理解本发明，有必要对图7的流程图加以说明。

CRM在共享逻辑信道指配时所用的一组控制参数是一个频率-网孔对照表（FCT），该表包含在基地台子系统BSS的存储器（图中未示出）中。FCT提供了一种对共享若干逻辑信道的各个网孔的识别方法。包含FCT中的是某一频率的识别符ID，以及在此频率上共享各逻辑信道的相应识别符。

另一组参数可在一个包含有若干专用信道块（DCB）的在用清单中找到。一个DCB含有描述各逻辑信道的信息。这个在用清单在任何时刻都包括有一个用以识别当时被BTS占用的各逻辑信道的清单。

还有一组参数可在资源控制块（RCB）表中找到。该RCB表是CRM根据基地台子系统BSS的初始化状况生成的，用以存放专用控制块DCB，这些DCB描述了每个时隙中的空闲信道、每种信道类型的空闲信道、指定给每个网孔的空闲信道、可共享的空闲信道、以及被禁用的信道等。

图2所示为一个符合本发明的一般的基地台子系统BSS（100）。包括在这样的一个BSC中的是一个基地台控制器BSS（20）和若干基地台收发信机BTS（21、22和23）。图2还表示了移动台MS（10和11），后文中将以“移动台”表示移动通信单元或便携式通信单元。基地台子系统BSS（100）和移动台MS（10和11）以大致符合GSM规定的信号格式交换信号信息。

基地台子系统BSS（100）与移动交换机中心（图中未示出）一起，经过位于地理区域（50）之内中心位置的基地台收发信机BTS（21，22和23），为图3里相当大的地理范围（50）提供通信服务。每个BTS（21，22和23）通过一个只覆盖该大区（50）的一部分的60°扇形天线，以单一的主用频率可在各自的服务覆盖区（51，52和53）提供通信服务。在这些相对较小的地理范围（51，52和53），通信服务是通过位于大地理区（50）中心部位基地台（60）的基地台收发信机BTS（21，22和23）提供的。

图6为用于该大区（50）的一个简化频率-网孔对照表（FCT）。如其所示，频率1为BTS（21，22和23）在服务覆盖区（51，52和53）中共享。

图3中的移动台MS（如11）被构造成一开机就在一段频谱内扫描邻近的基地台收发信机BTS（23）的广播控制信道BCCH。检测到一个BCCH，移动台MS（11）就进行一次信号品质量测（该信号品质量测可以是量测信号强度，也可以是量测信号的比特误码率）。扫描一完成，该移动台MS（11）就选择具有最好信号品质因数的基地台收发信机BTS（23）作为其服务台。

需要通话时，位于服务覆盖小区（53）内的MS（11）在为其服务的BTS（23）的随机进入信道RACH（图1B中的R）上发送出一个进入申请（31）。BTS（23）将这一申请送给基地台控制器BSC（20）进行确认和资源指配。RSC（20）和信道资源管理器CRM中的信道指配程序一起，提供了一种方法，用以从若干基地台收发信机BTS（21、22或23）中识别出BTS（23），接收其资源申请，并响应接收到的资源申请，指配一个共享逻辑信道作为响应。

接收一个申请（101）后，CRM中的信道指配程序，首先通过一种将资源申请分类的方法，将该资源申请进行分类。对资源申请的分类可以包括确定该资源申请要求的是一个控制资源（如一个建立信道）亦或是一个用户通信资源（如一个话音信道）。信道指配程序根据分类的结果，从指定给申请网孔的空闲信道的清单里，搜寻（105）一个符合申请类别的信道。

进入申请（31）被CRM分类为一个对建立信道的申请，通过查对图6的频率-网孔对照表FCT，信道指配程序决定把频率2指定给基地台收发信机BTS（23）。经过查对FCT和在用清单（图8），信道指配程序认定，一个独立专用控制信道SDCCH（例如图1C和图1D中的频率2，时隙1，信道D0）用于信道建立。

与在SDCCH上建立信道的同时，CMR还确认所申请的通信资源的类别（如一个半速率话音信道TCH）。通过查对图6中的FCT，信道指配程序确定，频率2的一个时隙（如时隙3）（106）可用来支持一次通信业务。

另一情况下，频率2的话音信道可能全部被占用。此时，在指定的SDCCH（频率2，时隙1，信道D0）上建立信道时，信道指配程序将在共享空闲信道清单里搜寻一个信道。由此，信道指配程序通过查对FCT，可能认定频率1作为一个可被申请移动台MS（11）使用的共享信道。通过先指配指定信道，最后指配共享信道的方法，在共享信道可能是唯一可用资源的其他网孔内发生阻塞的可能性被减至最小。

信道指配程序在频率1上搜寻一个话音信道TCH以支持该通信业务。信道指配程序可能确定，共享频率1的一个时隙（例如时隙2）可用于支持一次通信业务。完成对指配（107）给申请移动台MS（11）的共享资源（频率1、时隙2）的认定后，必须阻塞该共享资源被其他共享此资源的BTS（21和22）使用。信道指配程序闲塞该共享信道的使用是通过向共享该信道的BTS（21和22）的资源控制块RCB加入表示该共享半速率话音信道已闲塞的专用信道块DCB的方式进行。

当一个共享信道被选用时，该信道的DCB被从共享资源空闲清单（RCB中的一个表）中移出，移到该申请网孔内各BTS表中的在用清单中。为避免冲突，被选用的该共享空闲信道的DCB被移到共享该信道其他各BTS的各种BTS表中的被闲塞信道表。

倘若在提出申请的基地台收发信机BTS（23）内存在足够的收发信容量，则可能有一个收发信机被指配来支持在共享频率1上的该次通信业务。在此情况下，被指配的收发信机被限于在被指配的共享资源（共享频率1，时隙2、用于半速率TCH话音信道的各交错帧）上发送。自被指配的收发信机的发送必须限于指配的共享逻辑信道，以便通过BTS22使用该共享频率1的剩余部分。

倘若提出申请的BTS（23）不具有足够的收发信容量，则可利用设备分享以支持与申请移动台MS（11）间的通信业务。本发明的设备分享允许一个共享收发信机与BTS（22或23）一起，通过使用一种天线切换方法，在提出申请的BTS（23）的服务覆盖区（53）内共享逻辑信道上发送信号。

一种天线切换方法的略图示于图9。本发明的天线切换允许一个在BTS（22）控制下的收发信机支持在相邻服务覆盖区（53）的通信业务。本发明的天线切换在TDM时隙之间进行，允许处于单一时隙（频率1、时隙2）的信息可从位于基地台（60）的三个BTS60°扇形天线里的任一角度发送。本发明的天线切换是在发自基地台控制器BSC（20）的信号控制下，通过BTS22的操作进行的。

基地台收发信机22正常操作时，没有共享逻辑信道，由BTS（22）选用的天线只为服务覆盖区（52）提供服务。当共享逻辑信道发生时，有各自服务覆盖区（51、52或53）的交替天线可能被选用来支持共享逻辑信道。

虽然图9的联动开关示意性地描述了天线切换操作，本发明所得到的结果却有所不同。在本发明中，接收天线的切换是通过使用一个接收矩阵开关实现的。该接收矩阵开关与联动开关的操作极其相似。

发射机的切换与上不同。发射机切换通过把一些不同谐振频率的选频网络（谐振腔组合）连接在发射机输出端，并将这些谐振腔的输出导向不同天线的方法实现。把发射频率调谐在与所用天线相联的谐振腔的谐振频率上，发射路径即可被切换（以时隙为基础）到特定的天线。这样就可有效地把发射功率导向所需的天线上。

在本发明另一个实施例中，从一个共享收发信机到一个所需天线的信号路径可以用另一方法实现，即图10中与每个具有多个共享逻辑信道的基地台收发信机BTS（如23）相配合的一个分离天线开关（25）。在此情况下，根据从基地台控制器BSC（20）传给分离天线开关（25）的信息，天线开关（26、27或28）都可独立地阻塞与解除阻塞。这里，传送的信息可能包括一条共享信道的专用控制块DCB和一个目标天线的本识别符ID。

将该共享信道指配给提出申请的移动台MS（11）台，如果从另一移动后MS（10）接收到申请，处理过程可能继续下去。在此情况下，BTS（22）接收到来自处于服务覆盖区（52）内的移动台MS（10）的资源申请。如前所述，信道指配程序先搜寻与申请台BTS（22）有关的空闲的指定信道。经查对频率-网孔对照表FCT，信道指配程序判定BTS（22）没有任何指定信道。这时，信道指配程序会通过查对FCT，认定频率1为供申请移动台MS（10）使用的共享信道。

经查对FCT和图8的在用清单，信道指配程序认定频率1可用以支持一次通信业务。如果来自MS（10）的资源申请是另一条半速率话音信道，那么指配给MS（10）的共享资源可能是与已通BTS23指定给位于服务覆盖区（53）的MS（11）使用的半速率话音信道相交错的另一半。

在前述例中，移动台MS（11）之所以被指配一个共享频率1，是由于该台指定频率2已被全部占用。如果该台指定频率2变得未被全部占用时，那么按照本发明，共享资源将会重新指配。另一条指定信道（频率2）的释放（102）通过用作检测通信信号结束的方法被检测到。在此情况下，通过信道资源管理器CRM一类重新指配指定资源的方法，信道指配程序重新指配该指定资源。

一般来说，当一条信道被释放时，该资源的专用控制块DCB被从释放该信道的网孔的在用清单中移出。该资源的DCB正从各共享网孔（如果有的话）的阻塞信道清单中移出。该DCB被移回所有共享BTS（如果有的话）的共享空闲资源清单。

特别是当一条指定信道被释放（103）时，信道资源管理器CRM认定是否有哪条与其同类型的共享信道当时正通过释放信道的网孔在使用（104）。如果情况如此，那么在此共享信道上的移动台MS（11）会被转移（106）到指定信道上。如果该次转移成功，那么共享信道的专用信道块DCB被放回到共享资源空闲清单之中，该共享信道自其他共享网孔解除阻塞。

在上例中，该共享信道是一条半速率话音信道。很明显，其他类型的逻辑信道也可以不违背本发明精神的方式在该系统内被共享。

Claims (18)

1、在一个通信信号在逻辑信道上、在基地台与通信单元间交换的蜂窝通信系统中，一种在各网孔间共享逻辑信道的方法，该方法包括步骤：A)通过控制器在提出申请的网孔检测对一条共享逻辑信道的需要；和B)通过控制器独占性地将该共享逻辑信道指配给申请网孔。

2、如权利要求1的方法，其中独占性地指配一条共享逻辑信道的步骤进一步包括识别共享该逻辑信道的多个网孔的步骤。

3、如权利要求2的方法，进一步包括在多个网孔中从被认定的网孔接收资源申请，并作出响应为接收到的资源申请指配该共享逻辑信道的步骤。

4、如权利要求3的方法，其中接收资源申请的步骤进一步包括对资源申请类型进行分类的步骤。

5、如权利要求4的方法，进一步包括视具体情况把资源申请分类为对控制资源的申请，并指配一个控制资源的步骤。

6、如权利要求4的方法，进一步包括视具体情况把资源申请分类为对通信资源的申请，并指配一个通信资源的步骤。

7、如权利要求1的方法，进一步包括在指配的共享通信资源上、在一个基地台和一个通信单元间交换通信信号的步骤。

8、如权利要求7的方法，进一步包括检测通信信号结束的步骤。

9、如权利要求8的方法，进一步包括根据对通信信号结束的检测重新指配该共享资源的步骤。

10、在一个通信信号在逻辑信道上，在基地台与通信单元间交换的蜂窝通信系统中，一种用于在各网孔间共享逻辑信道的装置，该装置包括：A）通过控制器在提出申请的网孔检测对一条共享逻辑信道的需要的装置;B）通过控制器独占性地将该共享逻辑信道指配给申请网孔的装置。

11、如权利要求10的装置，其中独占地指配一条共享逻辑信道的装置进一步包括用于识别共享该逻辑信道的多个网孔的装置。

12、如权利要求11的装置，进一步包括用于在多个网孔中从被认定的网孔接收资源申请，并作出响应接收到的资源申请，指配该共享逻辑信道的装置。

13、如权利要求12的装置，其中用于接收资源申请的装置进一步包括对资源申请类型进行分类的装置。

14、如权利要求13的装置，进一步包括用于把资源申请分类为对控制资源的申请，并指配一个控制资源的装置。

15、如权利要求13的装置，进一步包括用于把资源申请分类为对通信资源的申请，并指配一个通信资源的装置。

16、如权利要求10的装置，进一步包括用于在指配的共享通信资源上，在一个基地台和一个通信单元之间交换通信信号的装置。

17、如权利要求16的装置，进一步包括用于检测通信信号结束的装置。

18、如权利要求17的装置，进一步包括根据对通信信号结束的检测重新指配该通信资源的装置。

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