CN1096202C - 一种扩展的蜂窝单元工作区域 - Google Patents

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Abstract

一种用于一个移动无线电通信系统的基站202，适合于与在一个蜂窝单元工作区域内的系统的移动台208，210通信，蜂窝单元工作区域被划分为一个对基站202的距离是在一个第一范围内的内部区域204，和一个距离是在一个第二范围内的外部区域206，基站202包括一个工作于第一载波频率并适合于与内部区域中的移动台208通信的第一无线电收发机，和一个工作于第二载波频率并适合于与外部区域中的移动台210通信的第二无线电收发机。

Description

一种扩展的蜂窝单元工作区域
本发明涉及一种为移动无线电通信系统使用的基站，一种移动无线电通信方法，和一种扩展的蜂窝单元(cell)系统。
移动无线电通信系统一般是基于蜂窝式(cellular)无线电网络的，该网络包括一些基站，每个基站处理所有的与在各自的区域内的移动台的通信，这种区域被称为是蜂窝单元(cell)。通过设置(placing)基站以便各自的蜂窝单元的边界被相互邻接(adjacent)或重叠(overlap)，可以建立切换协议(handover protocols)以使移动台能够在蜂窝单元之间移动并继续一个呼叫而没有可察觉的迹象表明由一个基站处理的呼叫已经被传送(transferred)或移交(handed over)到另一个基站。由基站处理的呼叫被传递(passed)到相关联的移动交换中心(mobile switching centres)，该中心充当转换交换站(switching exchanges)并与其它网络的交换站(ex-changes)相连接(connect)，例如公共交换电话网络(PSTN)。
模拟式蜂窝(Analogue cellular)无线电系统现在正被更有效更复杂的数字式系统所代替。这种数字式系统其中之一就是特别移动组网(groupe speciale mobile)(GSM)数字式蜂窝(digital cellular)无线电系统。GSM系统过去从由欧洲邮政与电信委员会(the Com-mittee of European Posts and Telecoms)(CEPT)所建立的特别移动组网(groupe speciale mobile)所派生，并且当前正在欧洲和澳洲使用。GSM系统规范由超过100条的，由欧洲技术标准协会(theEuropean Technical Standard Institute)(ETSI)所管理的建议(recommendations)组成。GSM系统的无线接口(air interface)的一般描述在大英电信技术月刊(Br.Telecom Technology J.)第8卷1990年1月第1号的第31到43页由M.R.L.Hodges所写的″GSM无线电接口″一文所提供。
GSM系统基于时分多址(time division multiple access)(TD-MA)帧的传输(transmission)，每帧由8个577μs的时隙(timeslots)(TS)组成。为了保持系统的完整性，在一个基站(BS)和一个移动台(MS)之间的通信必须被同步。为了保持当一个移动台在一蜂窝单元中移动时的同步，基站必须考虑它和移动台之间的距离。GSM使用一个自适应时间调准系统(adaptive time alignmentsystem)以保证来自移动台的发射(transmission)以正确的时隙无任何重叠(overlap)地到达它们的目的地。通过监视(monitoring)初始访问发射，并持续监视来自移动台的发射，基站能够决定间隔距离(separation distance)，并发射一个6比特(bit)的时间超前(timningadvance)(TA)数到移动台。移动台必须以此数所代表的比特数提前其帧的传输来把移动到基站的时延考虑在内。GSM规范强制TA的大小限为6比特，这限制了一个移动台从一个基站所能移动(travel)的距离，并因此限制了一个基站所能覆盖的蜂窝单元的大小。虽然这种限制在有相对大量的基站的一个蜂窝式网络的稠密居住区内因难不大，但是在稀少居住的农村区，就需要能够扩展一个基站的有效覆盖区(coverage)以超过由GSM的TA限制所强制的限度。
扩展蜂窝单元覆盖区的一个途径是把TA的尺寸增加1比特以便它能代表7个二进制位数(bit numbers)而非6个。然而，这需要在基站和所有希望利用扩展的蜂窝单元半径范围(extendedcell radius)的移动台做重大改变。调整所有的移动台是不切实际的，而且从GSM规范中实质性地脱离也不能认为是慎重的。
另一个方法涉及在一个TDMA帧中仅仅使用每第二时隙以便当一个移动台移动到正常蜂窝单元工作区域(normal cell area)之外时允许所要接收的发射能覆盖一个后继的时隙或在该时隙中。然而这导致容量(capacity)的极大浪费，其基站的容量被减半。基站还需要相当地灵活以便能在一个宽的延迟(delays)变化内接收发射。
本发明提供了一种移动无线电通信系统的基站，适合于与在一个蜂窝单元工作区域内的上述系统的移动台通信，上述蜂窝单元工作区域被划分成一个对上述基站的距离是在一个第一范围内的内部区域和一个上述距离是在一个第二范围内的外部区域，上述基站包括：一个工作于第一载波频率并适应于与上述内部区域中的移动台通信的第一无线电收发机；以及一个工作于第二载波频率并适应于与上述外部区域中的移动台通信的第二无线电收发机。
本发明提供了一种移动无线电通信方法，包括：提供一种基站，它具有一个工作于第一载波频率的第一无线电收发机和一个工作于第二载波频率的第二无线电收发机，上述基站适合于与在一个蜂窝单元工作区域中的一个移动无线电通信系统的移动台通信，划分上述蜂窝单元工作区域成一个对上述基站的距离是在一个第一范围内的内部区域和一个上述距离是在一个第二范围内的外部区域，以及分配与在上述内部区域内的上述移动台的通信到上述第一无线电收发机并分配与在上述外部区域内的移动台的通信到上述第二无线电收发机。
本发明提供了一种为移动无线电通信系统使用的基站，它包括多个工作于相应载波频率并被用于与在一个蜂窝单元中的系统的移动台通信的无线电收发机，其特征在于每个无线电收发机被分配一个相应的通信区域以与在上述带中的移动台通信，并且每个通信区域覆盖在一个相应的范围内的到上述基站的距离。
本发明提供了一种为移动无线电通信系统使用的扩展的蜂窝单元系统，它至少包括工作于相应的载波频率并被用于与在一个通信区域中的无线通信系统的移动台通信的第一和第二无线电收发机，其特征在于上述通信区域包括一个蜂窝单元工作区域和一个扩展的蜂窝单元工作区域，并且每个无线电收发机被分配一个相应的上述蜂窝单元工作区域之一以与在上述通信区域中的移动台通信，上述蜂窝单元工作区域覆盖在第一范围内的到上述第一无线电收发机的距离而上述扩展的蜂窝单元工作区域覆盖在第二范围人的到第二无线电收发机的距离。
本发明推荐的优先实施例将在下面仅通过实例的方式并参考相应的图示被描述，其中：
图1是一个GSM系统的基站和移动台的图示；
图2是GSM系统的物理帧结构的图示；
图3是GSM系统的信号序列(bursts)的图示；
图4是表明一个控制信道多帧映射到时隙0的图示；
图5是表明一个随机访问信道映射到时隙0的图示；
图6是表明下行线路SDCCH和SACCH映射到时隙1的图示；
图7是表明上行线路SDCCH和SACCH映射到时隙1的图示；
图8是表明一个通讯信道(traffic channel)映射到时隙2的图示；
图9是表明在上行线路帧和下行线路帧之间的时间交错(timestagger)的图示；
图10是表明基站的BCCH载波信号强度测量的时序图；
图11是一个移动台的方框图；
图12是一个基站的方框图；以及
图13是表明一个基站的扩展蜂窝单元覆盖区的图示；
在一个GSM系统的基站2和移动台4之间的通信包括TDMA帧6的传输，该帧的每一个被划分为8个577μs的时隙(timeslots)8，这些时隙被认为是物理信道。帧6以一组载波频率(a set carrierfrequency)被发射，而且，从移动台4到基站2的发射称为上行线路(uplink)，从基站2到移动台4的发射称为下行线路(downlink)。在一个时隙8期间的信息发送称为一个信号序列(burst)。不同的逻辑信道被映射到物理信道，物理信道有两种主要类型，一个是通讯信道(traffic channel)，一个是控制信道(control channel)。在如图2所示的一个通讯信道多帧(multiframe)10包含26个TDMA帧6，而一个控制信道多帧12包含51个TDMA帧6。多帧10和12于是能形成包含1326个TDMA帧6的超级帧(superframe)14。超级帧又能组合以形成包含2048个超级帧的特超级帧(hyperframe)16。
逻辑信道可以被用于基于点对点(point-to-point basis)的通信，即从基站2到一个移动台4的通信，例如通讯信道(TCH)，或者被用于基于点对多点(point-to-multipoint basis)的通信，即从基站2到几个移动台4的通信。控制信道被用于进行(carry)传信(sig-nalling)和同步数据，并且被分为三类，广播，公共的和专用的控制信道。这些信道下面被进一步细分(subdivided)：
广播信道(BCH)
·频率修正信道(FCCH)：该信道为一个MS的频率修正(fre-quen cy correction)传送(carries)信息。此信道用于下行线路和点对多点。
·同步信道(SCH)：该信道为一个MS的帧同步(frame sy-chronisation)(TDMA帧号)和通过一个基站标识码(base station i-dentification code)(BSIC)为一个BS的标识(identification)传送(carries)信息。此信道用于下行线路和点对多点。
·广播控制信道(BCCH)：该信道基于每个BS广播公共信息，即蜂窝单元(cell)特定的信息。此信道用于下行线路和点对多点。
公共控制信道(CCCH)：
·寻呼信道(PCH)：该信道被用于寻呼(page)或寻找(search)一个MS。此信道用于下行线路和点对点(point-to-point)。
·随机访问信道(RACH)：该信道被一个MS用于请求(request)分配一个SDCCH，或者作为一个寻呼响应或者为原发呼叫/登录(call origination/registration)访问系统。此信道用于上行线路和点对点。
·访问授权信道(AGCH)：该信道被用于对一个MS分配一个SDCCH或直接分配一个TCH。该信道也分配一个初始(initial)时间超前(timing advance)TA。此信道用于下行线路和点对点。
专用控制信道(DCCH)：
·单独专用控制信道(SDCCH)在分配一个TCH被完成之前一个呼叫建立(set-up)期间被用于系统传信(signalling)。例如，在信道中进行登录及验证(registration and authentication)。此信道用于上行/下行线路(up/downlink)和点对点。
·慢速关联控制信道(SACCH)与一个TCH或一个SDCCH相关联。它是一个连续的(continuous)数据信道，传送(carrying)如用于当前的和邻接的(adjacent)蜂窝单元(cell)的，从移动台接收到的所接收信号强度的测量报告这样的连续的(continuous)信息。这对于移动辅助切换(mobile assisted handover)功能是必要的，将在下面讨论。此信道也用于MS的功率调整(power regulation)和为时间调准(time alignment)指定一个时间超前(timing advance)TA。此信道用于上行/下行线路和点对点。
·快速关联控制信道(FACCH)与一个TCH相关联。FACCH工作于一种窃取方式(stealing mode)。这意味着如果在一次通话(speech)发射期间突然必须以比SACCH所能处理的高得多的速率与系统交换传信信息(signalling in formation)，则20ms的话音(speech)(数据)信号序列(burst)为传信目的(signalling purpose)而被窃取(stolen)。这是在切换(handover)的情况下。这种间断(inter-rupt)用户听不到，因为一个话音译码器(speech decoder)用一个插入序列(interpolated sequence)替代所丢失的20ms的话音(speech)。
有5种在GSM中使用的不同类型的信号序列(bursts)20到28，如图3所示，每种包括在577μs中发射的156.25比特。信号序列(bursts)包括一个数据包容部分(data containing part)和一个保护时间间隔(guard period)21。保护时间间隔21用于允许一个信号序列(bursts)到达时间的变动(variation)，而一个接一个地接收到的相邻的信号序列(adjacent bursts)没有它们的数据包容部分的重叠(overlapped)。在下面描述的，使用时间超前(timing advance)TA的一个自适应时间调准系统(adaptive time alignment system)也被移动台4所使用，对除了初始访问信号序列(initial access bursts)之外的所有信号序列改变信号序列发射的时间以便它们以所需要的时间没有任何损坏重叠(damaging overlap)地到达基站2。
一个正常的信号序列(normal burst)20用于在除了RACH，SCH和FCCH之外的业务信道(traffic channels)TCH和所有控制信道(control channels)传送(carry)信息。正常的信号序列20包括3个起始位(start bits)，116个加密数据位(encrypted data bits)，在信号序列最后的保护时间间隔21中的8.25比特，以及一个用于RF信道均衡(RF channel equalisation)的26比特的训练序列(training sequence)，将在下面讨论。
一个频率修正信号序列(frequency correction burst)22与一个正常的信号序列20有相同保护时间间隔和起始及结束位(bits)，但余下的142比特包括一系列定长的已知位(a fixed series of knownbits)。此信号序列22用于移动台4的频率同步(frequency synchro-nisation)。频率修正信号序列22的重复(repititions)形成频率修正信道(frequency correction channel)FCCH。
一个同步信号序列(synchronisation burst)24用于移动台4的时间同步(time synchronisation)。除了包括一个64比特的扩展的训练序列(extended training sequence)和减少了的加密数据位组(set of encrypted data bits)之外，同步信号序列24与正常的信号序列20相同。同步信号序列24的重复(repititions)形成同步信道(synchronisation channel)SCH。
一个虚设信号序列(dummy burst)26与正常的信号序列20有相同的格式，但它不传送(carry)任何数据并包括一个已知的混合位组(a known set of mixed bits)而不是加密数据(encrypted data)。一个虚设信号序列26用于当无数据要求时代替一个正常的信号序列20。
一个访问信号序列(access burst)28被移动台4使用以访问GSM系统。信号序列28包括一个扩展起始序列(extended start se-quence)，一个同步序列(synchronisation sequence)，36比特的加密数据(encrypted data)，3个停止位(stop bits)和一个68.25比特的扩展的保护时间间隔(extended guard period)21。更长的保护时间间隔满足(caters)来自在初次访问时，或在切换(handover)到一个新的基站2之后不知道时间超前TA的移动台4的信号序列的发射(burst transmission)。访问信号序列28的重复(repititions)形成随机访问信道RACH。
逻辑信道，如前面所讨论的，被映射(mapped)到物理信道。绝大多数控制信道为下行线路被映射到时隙0，如图4所示，图中表明一个控制信道多帧(multiframe)12的每个信道如何被映射到一个TDMA帧6的序列的时隙0，其中：
F是FCCH：在此移动台同步(synchronises)其频率。
S是SCH：移动台读TDMA帧号和BSIC。
B是BCCH：移动台读关于此蜂窝单元(cell)的一般信息。
C是CCCH：一个移动台能被寻呼或分配一个SDCCH。
I是IDLE：一个不传送任何内容的空闲帧。
图5表明上行线路(uplink)的随机访问信道RACH如何被映射到时隙0。SDCCH和SACCH能被映射(mapped)到TDMA帧6的时隙1，图6是表明下行线路的图示而图7是表明上行线路的图示，其中Dx信道形成SDCCH而Ax信道形成SACCH，如下：
Dx(SDCCH)：这里，一个″移动台x″正在建立(setting up)一个呼叫或正在与GSM网络进行交换(exchanges)系统参数的更新(up-dating)。Dx仅在呼叫建立(call set-up)期间为″移动台x″使用。并且Dx仅在″移动台x″被移动(moved)到一个TCH以开始此呼叫之后，或在登录(registration)之后被释放(released)后，对另一个MS才是有效的。
Ax(SACCH)：控制传信(signalling)也在传输建立阶段(transmission set-up phase)被交换(exchanged)(可能需要一个切换)，并且使用此信道为“移动台X”来完成这此项交换。
剩下的6个时隙，时隙2到7可用于作为业务信道(trafficchannel)使用。7个时隙，TS1到TS7，通过使用一个SDCCH和SACCH也被映射到TS0的组合控制信道选项，能被作为业务信道来使用。一个业务信道多帧(multiframe)10到TDMA帧6的时隙2的映射(mapping)如图8所示，其中：
T是TCH：包含一个呼叫的编码的(encoded)话音或数据。
A是SACCH：控制传信(signalling)。
I是IDLE：一个不传送任何内容的空闲帧。
上行线路相对于下行线路的业务信道(traffic channel)的唯一区别是，上行线路信道被延迟(delayed)3个时隙，这是由于所有在上行线路从移动台4到基站2发射的TDMA帧6被延迟3个时隙，如图9所示。
在移动台4上切换(switching)时，移动台通过寻找(searching)B CCH信道的载波(carriers)并选择最强的一个来寻找基站2。移动台扫描(scans)所有在GSM系统中的124个RF信道并对它们的每一个计算平均电平(average levels)。移动台调谐(tunes)到最强的载波并查明是否它是一个BCCH载波。如果是，移动台读BCCH数据(BCCH-data)以查明是否蜂窝单元能被锁定(locked)到其上。否则，移动台调谐到次强的载波，等等。移动台可以有选择地包括一个BCCH载波存贮器(memory)，在此情形下，它将只须寻找(search)这些载波。如果最终不成功，移动台如上所述选择最强的BCCH载波。
移动台当处于空闲方式(idle mode)时，在BCCH上被通知是哪个BCCH载波用于监控蜂窝单元重选(re-selection)，即锁定(lock-ing)到另一个BS上。在一个呼叫发生在移动台尚未做任何其它事情，即在分配的时隙发射和接收之间的期间，要作周围的蜂窝单元(surrounding cells)的测量。服务的(serving)蜂窝单元或基站的信号强度(signal strength)在分配到移动台的时隙的接收期间被监视(monitored)。在SACCH，移动台被通知是哪个BCCH载波为切换(handover)之目的而被监视(monitored)，以便它们的信号强度一个接一个地被测量。其工作安排(working schedule)为：发射——测量——接收——发射——测量——接收，等等。一个6个最强载波的列表被移动台作为测量的结果而定期地更新(updated regularly)。在一个呼叫期间，移动台连续不断地(continuously)(通过SACCH)向系统报告所接收到的，来自BS2和它的周围的基站信号强度有多强。这些测量被BS用于当需要一个切换时对目标蜂窝单元(targetcells)做决定。
于是得出一个对每一个载波的测量平均值(mean value)并报告给BS。为保证测量的值与适当的BS相应，BS的辨别(identify)由BSIC给定，在TS0的SCH上发送(sent)。因此在TCH的空闲帧(IDLE frame)(在TCH上的TDMA帧26)期间，邻接基站的BSIC被检查(checked)。事件的时序(timing of events)在图10中图示，其中：
1.下行线路中TS2，MS接收并测量服务的(serving)蜂窝单元的信号强度(signal strength)。
2.上行线路中TS2，MS发射(transmits)。
3.上行线路中TS2到TS6，MS测量至少一个周围的蜂窝单元的信号强度。
4.上行线路中TS2到TS6以及空闭(IDLE)帧，MS为周围的蜂窝单元之一读在SCH(TS0)的BSIC。
6个具有最高平均信号强度值(highest mean signal strengthvalue)的邻接的蜂窝单元及其有效的(valid)BSICs于是通过SACCH被报告给服务的(serving)BS2。
由于MS也许没有与一个邻接的正试图决定其标识(identity)的蜂窝单元同步，MS不知道何时在邻接的BCCH的载波上TS0将出现。因此必须测量至少8个时隙(timeslots)的时间周期(timeperiod)以保证TS0在测量期间出现。这由IDLE帧完成，如图10所示。
通电(power on)期间在找到最强的BCCH载波之后，移动台4通过读FCCH同步到该载波。为了了解MS的标识(identity)并同步到一个特超级帧(hyperframe)的TDMA帧号，移动台读SCH。在呼叫处理能够开始之前，大量的一般系统信息需要由移动台4访问(accessed)，例如邻近蜂窝单元的描述(neighbour cell description)，在当前的蜂窝单元使用的频率，以及移动的国家和网络代码等等。移动台4访问(accesses)BCCH以获得此信息。
移动台于是必须向系统登录(register)，以便告知(advise)其位置并通知(inform)它已经接通(switched on)。移动台在RACH上发送一个访问请求消息(access request message)，基站于是通过AGCH对移动台分配一个SDCCH。登录(registration)使用在SACCH上的控制传信(control signalling)在SDCCH上被执行。移动台返回到一个空闲方式(idle mode)，而且现在就能够为一个呼叫或被寻呼以接收一个呼叫而访问系统。在空闲方式，移动台监听(listens to)BCCH和CCCH。
为寻呼移动台以应答一个呼叫，基站2使用PCH。移动台通过在R ACH上发送一个寻呼响应消息(page response massage)作出响应(responds)，于是基站2通过AGCH对移动台分配一个SDC-CH。基站2和移动台4于是交换需要建立呼叫的信息，例如验证(authentication)，密码方式(ciphering mode)，移动台标识(identity)等等。信号强度测量报告(Signal strength measurementreports)及功率控制(powr control)在SACCH上被发送。在完成呼叫建立过程(call set-up procedure)以建立此呼叫时，移动台被分配一个TCH，并且此呼叫在TCH上开始。
为移动台4访问系统作一次呼叫，移动台在RACH上发送一个访问请求消息(access request message)，基站2于是通过AGCH对移动台分配一个SDCCH。在上面描述过的呼叫建立信息(call set-up in formation)于是在SDCCH上使用在SACCH上的控制传信(control signalling)被交换(exchanged)。当一个TCH分配时，此呼叫就在该TCH上开始。
移动台4不仅从服务的(serving)基站2测量接收到的信号电平(level)，而且测量接收到的信号质量(quality)。接收到的信号质量用信道原始位错误率(channel raw bit error ratio)来衡量，这是一个用对数(logrithmically)量化(quantised)成的一个3比特的错误代码并且在0.1-18％的标称范围(nominal range)内的位错误率。相似的在上行线路(uplink)中信号电平和质量的测量也由基站2执行。
基于信号电平和质量的测量，能识别(distinguish)由于同频道(co-channel)或相邻频道(adjacent channel)的干扰(interference)而导致的性能下降的通信(degraded communication)和由于信号强度不够(insufficent)而导致的性能下降的通信。于是移动台4和基站2能够使用这两种测量作为对一个新基站促成(effecting)切换(handover)到一个信道的基础，就是通常所说的蜂窝单元之间的切换(inter cell handover)。GSM建议(recommendations)没有规定(stipulate)测量如何被用于决定何时切换应被促成(effected)，但是建议(recommendations)05.08中确实给出了供决定何时切换应被执行(executed)的一个举例算法(algorithm)。
基站2也可以对接收到的信号强度为未用的时隙(unusedtimeslots)执行测量，它们可以提供这些时隙干扰(inter ference)的直接量度(measure)。这能够用来作为对基站2切换一个移动台4到一个在同一基站2上的新的质量更好的信道的基础，这就是通常所说的内部蜂窝单元切换(intra cell handover)。
一旦作出了执行一个蜂窝单元之间或内部蜂窝单元切换的决定，基站2就为当前的业务信道(current traffic channel)选择一个新的无线电收发机和时隙。对于蜂窝单元之间的切换(inter cellhandover)，新的无线电收发机将在一个新的相邻基站(adjacentbase station)上，而对于内部蜂窝单元切换(intra cell handover)来说，无线电收发机是当前基站(current base station)之一。基站2指导(instructs)移动台4用FACCH去调谐(tune)到选定的时隙(se-lected timeslot)和选定的无线电收发机(selected transceiver)的载波频率。移动台4移动(moves)到那个无线电收发机和载波频率并用新的时隙和载波在一个TCH上发射一个随机访问信号序列(ran-dom access burst)。当在TCH上成功地接收此随机访问信号序列时，接收基站2在TCH上发射回一个确认(confirmation)到移动台4。当接收此确认时，移动台在TCH上恢复(resumes)此呼叫。执行蜂窝单元之间及内部蜂窝单元切换的协议(protocols)的细节描述在GSM建议(Recommendation)04.08中被提供。
一个移动台4，如图11所示，包括一个发射机(transmitter)部分50和一个接收机(receiver)部分52，两者均与此台4的天线(an-tenna)54相连，发射机50和接收机52的载波频率由一个按微控制器(microcontroller)64提供的指令(instructions)操作的频率合成器(agile synthesiser)60的输出(output)决定，微控制器64本身又根据置于可编程只读存储器(PROM)62中的控制软件而工作。微控制器64能用合成器(synthesiser)60为BCCH载波扫描(scan)所有的GSM系统可用的RF信道。
接收机部分52，包括一个与天线(antenna)54相连的带通滤波器(band pass filter)66，由带通滤波器66输出的，在天线54接收的信号(signals)被放大器(ampli fier)68放大，并传递(passed)到一个下行转换器(down-converter)70，该转换器用合成器(synthesiser)60的输出(output)倍增(multiplies)这些信号以便提供一种低频的调制信号(modulated signals)。调制信号由一个滤波-模/数转换器(filter and analogue to digital converter)72转换成数字样本(digital samples)。一个均衡器(equaliser)74接收此数字样本，并且根据所有在训练序列(training sequence)位中收到的已经发生的变化(change)重新构造(reconstructs)接收到的信道。这些信号然后由一个解调器(demodulator)76解调，由解码器(decryptor)78解密(decrypted)，并且TDMA帧由信号分离器(demultiplexer)80作信号分离(demultiplexed)及解信号交错(deinterleaved)。一个信道译码器(channel decoder)82选择并解码所需要的来自信号分离的TDMA帧的业务信道(traffic channel)，而提取的(extracted)话音数据(speech data)由一个话音译码器(speech decoder)84解码为线性(linear)数字话音样本。此话音样本被转换成模拟形式(ana-logue form)用来通过一个滤波-数/模转换器(filter and digital toanalogue converter)88输出到台4的一个扬声器(speaker)86。由信道译码器82访问的控制信道被用以对微控制器64提供指令(in-structions)。
由移动台4的麦克风(microphone)90接收到的话音信号由一个滤波-模/数转换器92被转换成数字线性(linear)样本。此话音样本由一个话音编码器(speech encoder)94编码以遵从(comply)GSM位率(bit rate)，而且一个带有编码话音的业务信道由一个信道编码器(channel coder)96形成。由信道编码器形成的信道通过多路复用器(multiplexer)98被多工(multiplexed)及信号交错(inter-leaved)到T DMA帧。TDMA帧由加密器(encryptor)100加密(en-crypted)，并由一个GMSK调制器(GMSK modulator)102调制，GMSK调制器102对接收到的数字信号执行高斯最小移频键控调制(Gaussian minimum shift keying modulation)。调制器102的输出通过一个滤波-数/模转换器103被转换成模拟形式(ana-logue form)。通过此转换器103输出的低频调制信号由一个上行转换器(up-converter)105，用频率合成器60的输出(output)被倍增(multiplies)以形成一个被调制的信号，该信号具有在天线54上发射所需要的载波频率。此被调制的信号在发射之前由一个放大器107放大，经由一个隔离开关(isolator)109和一个带通滤波器(bandpass filter)111传递(passes)。
除了上面讨论的所有数字信号处理部件的控制之外，微控制器64还进一步控制移动台4的显示器113和键盘115，并响应由按下(depressing)键盘115的键所产生的控制信号。
一个GSM基站2，如图12所示，包括一系列工作在不同载波频率上的无线电收发机，并与同一发射机天线(transmitter antenna)104以及两个接收机天线(receiver antennas)106相连。接收机天线106被安排在一个空间分集(space diversity)结构中以接收在基站2的蜂窝单元中发射的信号。接收机天线106被连接于各自的带通滤波器108，该带通滤波器提供其输出到相应的低噪放大器(low noiseamplifiers)110。放大器110放大接收到的天线信号并传递它到各自的多耦合分离器(multicouple splitters)112，该分离器为每个天线106接收到的天线信号产生16份拷贝(copies)。所有的这些信号被提供到形成相应的数字无线电收发机116的部分的无线电接收机(radio receivers)114。一个无线电接收机114用于选择频率信道和下行转换(down-convert)，并且在一个信道上解调此接收到的无线电频率信号成为其数字无线电收发机116的数字信息。数字无线电收发机116用于均衡，解信号交错，多路分解，和信道解码接收到的TDMA帧6，并且或者对在帧中包含的信息起作用或者以一种发射用的格式放置此信息到一个基站控制器并因此到一个移动交换中心。
对被发射到一个移动台4的数据来说，此数据由一个数字无线电收发机116放在GSM系统的TDMA帧结构中并输出到一系列无线电发射机118之中的一个。一个无线电发射机118通过一个相应的载波频率和一组电源(a set power)被用于调制和上行转换(up-convert)数字信息成为放大的无线电信号。数字信号经由频率跳变交换器(frequency hooping switches)120被提供给发射机118，该跳变交换器如果需要的话，能用于执行在载波频率之间的频率跳变(hopping)。无线电发射机118的输出被连接到相应的组合器(combiner)122，它执行滤波功能以组合无线电信号成一个无线电输出。此无线电输出经由一个发射机带通滤波器124传递以供在发射机天线104上输出。
一个定时时钟单元(timing clock unit)130用于为无线电发射机118和数字无线电收发机116提供同步信号。数字无线电收发机116由一个无线电收发机控制器控制，该控制器也控制所有的无线电收发机之间共享的资源(resources)。一个无线电收发机被看成一个基站2的包括一个接收机114和发射机118并且能在不同的时隙上和在一个无线电频率载波上发射和接收最多可达8个物理信道的逻辑系统单元。
GSM移动台4由众多的无线电通信制造商(telecommunuca-tions manufacturers)生产，例如阿尔卡特公司(Alcatel)，法国无线电电话公司(Radiotelephone of France)，爱立信公司(L.M.Erics-son)，芬兰诺基亚无线电通信公司(Nokia Telecommunications ofFinland)以及摩托罗拉公司(Motorola)。基站2也由相同的无线电通信制造商生产，一个例子是RBS 200 R1型GSM基站由澳洲爱立信公司(L.M.Ericsson Australia)生产。
在下行线路发射的信号序列和在上行线路发射的信号序列之间的3个时隙延迟，在前面参照图9已描述，精确地说是当移动台4非常接近于基站2时发生的延迟。为保证这3个时隙的交错(stagger)当移动台4从基站2移开时被保持(maintained)，GSM系统使用一个自适应时间调准方案(adaptive time alignment scheme)以保证移动台在一个超前时间发射它的信号序列以便在基站2中保持信号序列的位置(position)在所期待的TDMA帧序列内。这由基站4来完成，如果移动台2具有一个时间超前TA号，该号表示移动台应该发射它的信号序列的超前位数(the number of bits)的话。正确的TA在呼叫建立过程中根据基站2在RACH上接收访问信号序列28的时间被初始决定。被计算出的TA有6个比特的数值在建立过程中在AGCH上被提供到移动台4。通过一个TCH的建立，BS2于是监控(monitors)任何来自移动台的延迟，而且如果延迟改变多于1比特持续期(bit period)，TA就因此而被超前或推迟(retarded)1比特，并且，此新值在下行线路SACCH上被提供到移动台4。用一个由6比特代表的TA，移动台4能被指示(instructed)使用的TA的范围是在0比特到63比特之间，以1比特为增/减量，比特持续期(bit period)是3.69μs。一个0比特的TA用于一个移动台4非常接近于基站2，而一个63比特的TA用于一个移动台2是在离基站2相当于蜂窝单元的最大半径的距离。由于一个比特周期是3.69μs，则一个63比特的时间超前相应为232.6μs，这是无线电传播(propagation)用于69.8km的往返行程(travel aroundtrip)所花的时间。因此，能够由一个GSM基站2支持的最大的蜂窝单元的半径范围是34.9km。一个信号序列每次每提前一比特相应于一个在移动台4和基站2之间大约为550m的距离。
增加基站蜂窝单元的半径以超过35km限制的一种逻辑的方法是简单地增加TA的比特数使之从6到7，并因此在0到127比特的范围内表示一个时间超前。然而这样的缺点是，对所有的移动台需要做出改变(alterations)以便能够识别和使用一个7比特的TA而不是6比特的TA，而这将需要一个对移动台4的编程的改变，而且与GSM建议脱离(departure)是不精明的也是不切实际的。
另一个选择是，移动台4能简单地一次一个比特地增加其TA一次一个比特以使该台能够移动(travel)进入超过35km的标准的蜂窝单元半径范围的区域。但当访问GSM网络时或在切换期间，初始的TA仍需要被分配，而且技术上仍需要对移动台4的编程的改变。
另一种扩展蜂窝单元半径范围的方法是，仅使用每个第二时隙而每个其它的时隙保持为空的或无载的(vacant or empty)。当移动台4到达35km的距离时，移动台的TA将仍保持(remain)在63而该台继续进一步离开基站2。在基站2接收到的信号因此将被允许漂移(drift)到下一个空着的(vacant)时隙。基站2的接收机需要被调整(adjusted)以便它能用增加的延迟成功地同步和解码接收到的信号序列。时隙TS1将被保持为空以使接收机能锁定到其上并解码在TS0中已经被延迟的随机访问。然而这种方法的缺点是，在基站2的主无线电收发机的容量将被减少一半，逻辑信道到物理信道的映射如下：
TS0：BCCH和SDCCH
TS1：空
TS2：TCH
TS3：空
TS4：TCH
TS5：空
TS6：TCH
TS7：空
任何不需要使用控制信道的基站的附加的无线电收发机，将有4个TCH的容量。
第三种方法，根据本发明推荐的最佳实施例，包括一个被分配与移动台4在标准的35km蜂窝单元半径范围之内通信的基站202的第一无线电收发机，和一个被指定与移动台在超过35km的蜂窝单元半径范围并在35-70km的蜂窝单元半径范围之间通信的基站202的第二无线电收发机。一个跨越(crosses)35km边界(boundary)200的移动台4，如图13所示，在一个由0-35km的区域(band)组成的内部(inner)蜂窝单元工作区域204，和一个由35-70km的区域组成的外部(outer)蜂窝单元工作区域206之间的呼叫期间，将引起(invoke)一个从一个无线电收发机到其它的无线电收发机的内部蜂窝单元切换(intra cell handover)。基站202与前面描述过的基站2相同，但第二无线电收发机用必须移动至少35km的方式被调整以便同步于来自被延迟的移动台的信号序列。基站202的控制也被改变以影响在边界200的内部蜂窝单元切换并产生距离定位(allocation)。第一无线电收发机起在标准的基站2中的作用，而第二无线电收发机也好象它在35km的区域内正常地处理来自移动台的通信那样起作用。当两种无线电收发机被分配在35km距离的区域时，对移动台2不需要作改变(alteration)。基站202也可以被配置以便对内部(inner)蜂窝单元204分配一个第一组的无线电收发机，而对外部(outer)蜂窝单元工作区域206分配一个第二组的无线电收发机。
为保证内部蜂窝单元切换是平滑的，在由第一无线电收发机和第二收发器所覆盖的距离之间，在边界200有一个重叠(overlap)。一个在内部(inner)区域204内并邻近边界200的移动台2与第一无线电收发机通信并被分配一个63比特的TA，而一个在外部(out-er)区域206内并邻近边界200的移动台2与第二无线电收发机通信并被分配一个0比特的TA。第一无线电收发机被控制以对移动台提供单独的(sole)覆盖区域从距基站0km的0比特的TA到距基站202 34.3km的相应的62比特的TA。对于移动台208移动以从基站202离开来说，内部(intra)蜂窝单元切换的临界值(threshold)根据其TA来设置(set)，TA＝62。增加与当移动台208基站202的距离使其TA＝63比特时，切换的临界值被超过，则切换尝试到第二无线电收发机。当成功地完成切换到第二无线电收发机时，移动台208用1比特的TA工作。第二无线电收发机被控制以对在外部(outer)区域206内的移动台提供单独的(sole)覆盖区域，从一个63比特的TA，对应于69.2km的距离，到一个1比特的TA，对应于距基站202 35.4km的距离。对于一个移动台210从外部(out-er)蜂窝单元工作区域206朝着基站202移动来说，内部(intra)蜂窝单元临界值(threshold)被设置为TA＝1比特。当移动台210被分配一个0比特的TA时，临界值被超过，则切换尝试从第二无线电收发机到第一无线电收发机。当成功地完成切换到第一收发器时，移动台210被分配一个62比特的TA。
蜂窝单元之间的切换(inter cell handover)到由其它基站2覆盖的邻接的蜂窝单元时，根据标准的GSM系统，是从第一或第二无线电收发机产生的。
第二无线电收发机的定时需要被调整的接收信号延迟是228.9μs，相应于一个62比特的TA。第二无线电收发机的定时延迟现在需要在呼叫建立过程中被考虑，因为访问移动台4可以在正常的0到35km区域内或在超过35km限制的外部(outer)蜂窝单元工作区域内。
第一种选择是考虑，在内部(inner)蜂窝单元工作区域204和外部(outer)蜂窝单元工作区域206的移动台4都试图用同一个RACH获得(gain)访问，但来自超过35km限制的移动台的访问信号序列将被延迟并需要被考虑到。BCCH占据第一个时隙，第一无线电收发机的TS0，基站202的TRX1。第二个时隙，第一无线电收发机的TS1，不用于SDCCH并被保持为空以便在RACH上的延迟的随机访问能由无线电收发机接收。在RACH上的延迟的随机访问仍被考虑是由第一无线电收发机在时隙0成功地接收。当接收一个随机访问信号序列时，基站202用AGCH根据在基站2的访问信号序列到达的时间来分配一个SDCCH到访问的移动台。如果移动台被决定是在内部(inner)蜂窝单元工作区域204中，则第一无线电收发机TRX1上时隙0的的SDCCH为呼叫建立而被分配。如果需要的话，SDCCH在第一无线电收发机上分配一个TCH。如果移动台被决定是在外部(outer)蜂窝单元工作区域206中，则第二无线电收发机上的SDCCH为呼叫建立过程而被分配。SDCCH可以占据第二无线电收发机的时隙0。再次重复，如果需要的话，在第二无线电收发机上的一个TCH将被SDCCH分配。
因而，下面的资源将是可用的：
TRX1：BCCH与SDCCH在时隙0结合
TS1为空
在TRX1上的6个TS用于TCH
TRX2：在时隙0的SDCCH
在TRX2上的7个TS用于TCH
第二种选择涉及使用第一无线电收发机去处理来自在内部(in-ner)蜂窝单元工作区域204中的移动台的访问信号序列，而使用第二无线电收发机去处理来自在外部(outer)蜂窝单元工作区域206中的移动台的访问信号序列。再次重复，BCCH占据第一无线电收发机的时隙0，而且第一和第二无线电收发机被配置以在RACH上在时隙0接收随机访问信号序列，该时隙已被调谐到第一无线电收发机的BCCH的频率上。第二无线电收发机工作于它自己的为其剩余的时隙指定的频率上。一种与前面所讨论相似的频率跳变序列(hopping sequence)可被执行以保证第二无线电收发机被调谐到第一无线电收发机用于时隙0的频率上。而对其剩余的时隙，第二接收机被调谐到它自己的频率上。换句话说，一个专用的(dedicated)接收机能被包括在第二无线电收发机中，以便特别地用于接收第一无线电收发机的频率上的时隙0。
在内部(inner)蜂窝单元工作区域204和外部(outer)蜂窝单元工作区206中的移动台，根据标准的GSM系统，将同步它们的频率到时隙0上最强的BCCH。其区别是，只有第二无线电收发机，或接收机，能够处理(handle)用228.9μs的延迟发射的访问信号序列。如果一个随机访问信号序列被第一无线电收发机正确地解码，则移动台无论如何是在内部(inner)蜂窝单元工作区域204中。基站202于是在第一无线电收发机上分配一个SDCCH以进一步与移动台通信。如果一个访问信号序列26被第二无线电收发机的一个接收机正确地解码，则移动台无论如何是在另一个蜂窝单元工作区域206中。基站202于是将在第二无线电收发机上分配一个SDCCH以进一步与移动台通信。
如果移动台是在35km区域的边界200上，访问信号序列可以在两种无线电收发机的RACH信道上被接收。信号序列到达的时间于是可以用于决定哪个无线电收发机和SDCCH应该被指定。
根据第二种选择，下面的资源是可用的：
TRX1：BCCH/RACH与SDCCH在时隙0结合
在TRX1上的7个TS用于TCH
TRX2：RACH与SDCCH在时隙0结合
在TRX2上的7个TS用于TCH
除此之外，为进一步对内部(inner)和外部(outer)蜂窝单元工作区204和206分配无线电收发机，上述方法可以被扩展以提供使用一个或多个更远的无线电收发机的70-105km半径地带的更远的外部(outer)蜂窝单元工作区域的覆盖。
为覆盖在扩展的35-70km区域内的移动台，一个与杆安装在一起的(tower mounted)接收前端(front-end)低噪放大器的可以与一个锐截止(sharp cut-off)接收滤波器一起来使用，以保证在外部区域206中的信号被充分地(adequately)接收。为了在上行线路有效覆盖区域中补偿(balance)大约2到3dB的增益(improv-ment)，也可以提高发射机118的功率。
上述增加GSM蜂窝单元半径范围的方法，由于它无需改变移动台和对基站的无线电收发机只需要最小限度的调整而特别有利，从GSM标准中分离的程度也是较小的(minor)，而且实施简单。

Claims (33)

1.一种移动无线电通信系统的基站，适合于与在一个蜂窝单元工作区域内的上述系统的移动台通信，上述蜂窝单元工作区域被划分成一个对上述基站的距离是在一个第一范围内的内部区域和一个上述距离是在一个第二范围内的外部区域，上述基站包括：
一个工作于第一载波频率并适应于与上述内部区域中的移动台通信的第一无线电收发机；以及
一个工作于第二载波频率并适应于与上述外部区域中的移动台通信的第二无线电收发机。
2.一种如权利要求1所述的基站，特征在于上述第二无线电收发机适合于具有延迟的定时以把在上述外部区域中移动台之间发射的延迟考虑在内。
3.一种如权利要求2所述的基站，特征在于上述第二无线电收发机适合于被同步来接收被超过上述第一范围的距离的发射所延迟的信号序列。
4.一种如权利要求1所述的基站，特征在于当一个移动台在上述内部和外部区域之间移动时，上述基站执行一个在第一和第二无线电收发机之间的内部蜂窝单元切换。
5.一种如权利要求1所述的基站，特征在于上述基站是一个特别移动组网的站，而且当上述移动台的时间超前超过一个第一值时，为一个移动台从上述内部区域到上述外部区域移动而执行一个从上述第一无线电收发机到上述第二无线电收发机的切换。
6.一种如权利要求5所述的基站，特征在于上述移动台的时间超前在上述切换到上述第二无线电收发机时被设置成一个第二值。
7.一种如权利要求6所述的基站，特征在于上述基站当上述移动台的时间超前低于上述第二值时，为一个移动台从上述外部区域到上述内部区域移动而执行一个从上述第二无线电收发机到上述第一无线电收发机的切换。
8.一种如权利要求7所述的基站，特征在于上述移动台的时间超前在上述切换到上述第一无线电收发机时被设置成上述第一值。
9.一种如权利要求1所述的基站，特征在于在上述蜂窝单元工作区域中的一个移动台用一个时隙发射一个访问信号序列，而上述无线电收发机之一适合于在一个相应于上述时隙的上述基站的时隙中和在一个相应时隙的后续时隙中接收并检测上述访问信号序列。
10.一种如权利要求1所述的基站，特征在于上述蜂窝单元工作区域中的一个移动台用一个在上述载波频率之一的时隙发射一个访问信号序列，而上述无线电收发机二者均适合于在一个相应于上述时隙的上述基站的时隙中在上述载波频率的上述的一个接收并检测上述访问信号序列。
11.一种如权利要求10所述的基站，特征在于上述无线电收发机之一为相应的时隙工作于上述载波频率的上述的一个，为剩余的时隙工作于上述载波频率的其它的一个。
12.一种如权利要求1或3所述的基站，特征在于上述第一范围是0-35km，而上述第二范围是35-70km。
13.一种如权利要求1所述的基站，包括至少一个工作于另一载波频率并适合于与在上述距离是在另一个范围内的另一外部区域中的移动台通信的更远的无线电收发机。
14.一种移动无线电通信方法，包括：
提供一种基站，它具有一个工作于第一载波频率的第一无线电收发机和一个工作于第二载波频率的第二无线电收发机，上述基站适合于与在一个蜂窝单元工作区域中的一个移动无线电通信系统的移动台通信，
划分上述蜂窝单元工作区域成一个对上述基站的距离是在一个第一范围内的内部区域和一个上述距离是在一个第二范围内的外部区域，以及
分配与在上述内部区域内的上述移动台的通信到上述第一无线电收发机并分配与在上述外部区域内的移动台的通信到上述第二无线电收发机。
15.一种如权利要求14所述的方法，包括用上述第二无线电收发机的定时的延迟以把在上述外部区域中移动台之间通信的延迟考虑在内。
16.一种如权利要求15所述的方法，包括同步第二无线电收发机去接收被超过上述第一范围的距离的发射延迟的信号序列。
17.一种如权利要求14所述的方法，包括当一个移动台在上述内部和外部区域之间移动时，在第一和第二无线电收发机之间执行一个内部蜂窝单元切换。
18.一种如权利要求14所述的方法，特征在于上述基站是一个特别移动组网的站，而且本方法包括当上述移动台的时间超前超过第一值时，为一个移动台从上述内部区域到上述外部区域移动而执行一个从上述第一无线电收发机到上述第二无线电收发机的切换。
19.一种如权利要求18所述的方法，包括在上述切换到上述第二无线电收发机时设置上述移动台的时间超前成为上述第二值。
20.一种如权利要求19所述的方法，包括当上述移动台的时间超前低于上述第二值时，为一个移动台从上述外部区域到上述内部区域移动而执行一个从上述第二无线电收发机到上述第一无线电收发机的切换。
21.一种如权利要求20所述的方法，包括在上述切换到上述第一无线电收发机时设置上述移动台的时间超前成为上述第一值。
22.一种如权利要求14所述的方法，包括从一个在上述蜂窝单元工作区域中的移动台用一个时隙发射一个访问信号序列，而在相应于上述时隙中或在相应时隙的后续时隙中接收并检测上述访问信号序列。
23.一种如权利要求14所述的方法，包括从一个在上述蜂窝单元工作区域中的移动台用一个时隙和上述载波频率之一发射一个访问信号序列，而在相应于上述时隙中以上述载波频率的上述的一个接收并检测上述访问信号序列。
24.一种如权利要求23所述的方法，包括上述无线电收发机之一为相应的时隙工作于上述载波频率的上述的一个，为剩余的时隙工作于上述载波频率的其它的一个。
25.一种如权利要求14或16所述的方法，特征在于上述第一范围是0-35km，而上述第二范围是35-70km。
26.一种如权利要求14所述的方法，包括扩展上述蜂窝单元工作区域到至少一个其上述距离是在另一个范围中的更远的外部区域，并且分配与在上述更远的外部区域中的上述移动台的通信到另一个工作于另一载波频率的无线电收发机。
27.一种为移动无线电通信系统使用的基站，它包括多个工作于相应载波频率并被用于与在一个蜂窝单元中的系统的移动台通信的无线电收发机，其特征在于每个无线电收发机被分配一个相应的通信区域以与在上述区域中的移动台通信，并且每个通信区域覆盖在一个相应的范围内的到上述基站的距离。
28.一种如权利要求27所述的基站，特征在于上述无线电收发机的定时适合于把在不同的通信区域中移动台之间通信的不同的延迟考虑在内。
29.一种如权利要求27所述的基站，特征在于当一个移动台在通信区域之间移动时，上述基站执行一个在两个无线电收发机之间的内部蜂窝单元切换。
30.一种为移动无线电通信系统使用的扩展的蜂窝单元系统，它至少包括工作于相应的载波频率并被用于与在一个通信区域中的无线通信系统的移动台通信的第一和第二无线电收发机，其特征在于上述通信区域包括一个蜂窝单元工作区域和一个扩展的蜂窝单元工作区域，并且每个无线电收发机被分配一个相应的上述蜂窝单元工作区域之一以与在上述通信区域中的移动台通信，上述蜂窝单元工作区域覆盖在第一范围内的到上述第一无线电收发机的距离而上述扩展的蜂窝单元工作区域覆盖在第二范围内的到第二无线电收发机的距离。
31.一种如权利要求30所述的扩展的蜂窝单元系统，特征在于上述收发器的定时适合于把在不同的蜂窝单元工作区域中的移动台之间的通信的不同的延迟考虑在内。
32.一种如权利要求30所述的扩展的蜂窝单元系统，特征在于上述第二无线电收发机适合于被同步以接收超过上述第一范围的距离的发射所延迟的信号序列。
33.一种如权利要求30所述的扩展的蜂窝单元系统，特征在于当一个移动台在蜂窝单元工作区域之间移动时，上述扩展的蜂窝单元系统执行一个在无线电收发机之间的切换。
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