CN1102279A

CN1102279A - 在移动无线网络的收发信基站和在该网络内移动台之间交换数据的方法

Info

Publication number: CN1102279A
Application number: CN94107742A
Authority: CN
Inventors: 皮埃尔·杜普伊
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1994-05-27
Publication date: 1995-05-03
Anticipated expiration: 2014-05-27
Also published as: EP0627828A1; DE69418647D1; FR2705849A1; ATE180609T1; AU670192B2; DE69418647T2; US5535423A; FI942440A; CN1061492C; AU6332494A; FR2705849B1; EP0627828B1; FI942440A0

Abstract

本发明涉及一种GSM型蜂窝网络的收发信基站，适于通过无线与移动站(MS)交换数据，该移动站处在被划分为多个扇区(S₁、S₂、S₃)的特定地理区域或主网孔(C)，每一个扇区相应于主网孔(C)的特定部分并且每个扇区与具有定向天线(A₁、A₂、A₃)的接收机(R₁、R₂、R₃)相联系。该收发信基站包括具有一个全向天线(Ao)的发送机(E)并提供所有扇区(S₁、S₂、S₃)的发送无线覆盖，以便以无线信号的形式由收发信基站(BTS)发送到在任何扇区(S₁、S₂、S₃)内的移动台(MS)的数据由发送机(E)发送。

Description

本发明涉及在移动无线网络，例如GSM（用于移动通信的全球系统）网络的一个收发信基站和该网络内一个移动台之间交换数据的方法。

一个蜂窝状移动无线网络包括多个地理上分散的收发信基站。每个收发信基站提供特定的地理区域的无线复盖或网孔（cell）。每个收发信基站通常处在各个网孔的中心，表示收发信基站被缩写为BTS。

因此，该整个复盖区被划分为许多网孔，而且由收发信基站的网络复盖区域内的一个移动站（例如，如像一个移动电话）可随时通过无线与当前所处在的网孔的收发信基站交换数据（通常话音）和信令。

当一个移动的用户希望同另一个移动用户或一个固定用户建立一个呼叫，即发送和接收话音时，各个收发信基站起着象一种中继站的作用，而且，因此它具有至少一个发送机和至少一个与至少一个天线相联系的接收机。

该BTS天线可以是一种在所有方向上发射高功率信号的全向天线。

然而，由非定向天线接收的信号比高方向性天线接收的信号的质量较差。因此，为了能适用由具有全向天线的BTS，由移动站发送的信号必须以高电平发送。

移动站发送的电平受到限制，其中的理由是为了增加在电池再充电期间移动台可工作的时间长度，结果是如果它们离网孔中心太远，在BTS的接收是差的，信号是不同于干扰或噪声的太低的电平。

克服这个缺点的一种方法是划分网孔，特别是大面积的网孔（具有半径为几公里的量级）分成围绕原始网孔的BTS成组的多个扇区，该原始网孔称为主网孔。用这种方法，一个网孔可被划分为3、6或12个扇区，例如，取决于复盖该区的通信业务量的大小，而且移动台的输出功率必须能被接收。

然后，每个扇区有一个定向天线，所有这些定向天线被放置在相同地点，通常在主网孔的中心。为了方便起见，所有扇区的组合将继续称为一个网孔，虽然按照上面规定的意义每个扇区实际上构成一个独立的网孔。

在该网孔的移动台和收发信基站之间能够交换是在ISDN（综合业务数字网）上交换的两种主要类型的数据，其中被设置为：

-话音（或计算机）数据，和

-信令和控制数据，该数据包括能使移动台接入蜂窝网或保持一个呼叫在进行中从一个网孔到另一个网孔改变（过区切换）的信息。

因此，每个主网孔与一组频率相联系，至少包括：熟知的一个频率作为在下行方向（即从收发信基站到移动台的方向）用于发送一般信令数据的下行控制信道，该下行控制信道与熟知的一个频率作为在上行方向（即从移动台到收发信基站的方向）用于发送一般信令的数据的上行控制信道相联系。在GSW中，术语控制信道称为广播控制信道（BCCH）。

或者是不用于信令的在上行和下行控制信道上的信道，或者如果在该网孔内的通信业务量是较大的话，与一个上行业务频率构成一个频率对的至少一个下行业务频率可被用于发送话音或计算机数据。

在这种情况下，上行和下行控制信道的频率和上行及下行业务频率是都不同的。

在具有低业务量的大区域网孔的扇区的情况下，上行控制信道和下行控制信道与每个扇区相联系，而且因此每个扇区提供一个发送机和一个接收机。在每个扇区，这两个频率其本身录载信令和业务量可以是足够了。

因为GSM蜂窝网络利用时分多址（TDMA），当一个移动台接入蜂窝网络时，它被指配一个业务信道（TCH），该信道相应于留作它在上行控制信道（或在特定的上行业务频率，如果有一个频率的话）的发送时隙。它被指定一个相应的业务信道用于在下行控制信道（或在与上行业务频率成对的下行业务频率上，如果有一个频率的话）进行接收。上行业务信道以相应于下行业务信道及时被移位。

在GSM网络中，实际上有可能使用每个频率8个信道。不用于网孔的一般信令的控制信道的时隙还可用于业务，而且通常在该控制信道上除信令信道之外有7个业务信道。

在农村地区，通常网孔复盖大的面积，而且网孔被分为多个扇区，因此许多业务信道是可用的（因为每个扇区至少有一对控制频率）而且实际上很少被使用，因为很低的呼叫密度。每个扇区至少一对控制频率的可用性要求每个扇区提供一个发送机和一个接收机。

因此，对于一种低使用能力来说，设备的开销是高的，结果这类系统的投资使成本不能生效的。

文件WO 84/00654描述了解决这个问题的收发信基站，它包括一个具有全向天线的单个发送机，用于所有扇区提供发送的无线复盖，以便由该发送机不变地发送通过无线由收发信基站向任何扇区的移动台发送的数据。

根据文件WO 84/00654，当接入一个移动台或过区切换时（即当改变网孔时），需要的检验由收发信基站本身执行。这就使得收发信基站复杂和昂贵。本发明的目的就是补救这个问题。

为此目的，本发明提出了一种在蜂窝移动无线网络的收发信基站和在主网孔内的移动台之间交换数据的方法，首先，蜂窝移动无线网络的收发信基站适于通过无线与在称为主网孔的限定地理区域内的移动站台交换数据，所述主网孔复盖多个扇区，每个扇区相应于所述主网孔的特定部分，而且每个扇区与具有定向天线的接收机相联系，所述的收发信基站包括一个具有全向天线的单个发送机并对所有所述扇区提供发送无线复盖;其次，在主网孔中的移动台，所述的数据交换适于在所述移动台和所述收发信基站之间建立无线链路，以便在上行业务频率上的业务信道和在下行业务频率上的业务信道被指配给所述移动台，用于传输话音或计算机数据，所述的方法特征在于，它包括如下工作步骤：

-所述移动台在上行控制信道上的一个特定接入信道上至少发送一个连接请求或接入请求到所述收发信基站，

-控制所述收发信基站的基站控制器对每个所述接收机确定，在每个所述接收机接收的和由所述请求构成的接入信号的电平和/或质量，并且以这种方法选择无论那一个所述接收机，只要接入信号具有最好质量和/或最好的电平的接收机，作为用于接收由所述移动台发送的话音或计算机数据的接收机，

-指配一个上行业务信道给所述移动台，作为其在所述上行业务频率上专门使用，

-在所述下行业务频率上指配各个下行业务信道给所述移动台，所述下行业务信道相对于所述上行业务信道及时移位，和

-在所述主网孔内并连接到所述收发信基站的每个其它移动台与下行业务信道相联系，下行业务信道在所述下行业务频率上，相对于在所述下行业务频率上指配给其它移动台的所有业务信道及时移位，和与上行业务信道相联系，上行业务信道在所述上行业务频率上，相对于所述上行业务频率上指配给其它移动台的所有业务信道及时移位。

这个方法是有优点的，因为它能够使基站控制器直接地控制接入，它明显地简化了由收发信基站执行的操作。这是特别有益的，因为收发信基站能被简化，什么是严格的需要，即实际上只不过包括一个接收机，这就产生了设备开销的明显降低。

当所述移动台从老的扇区移动到新的扇区时，上面规定的和附加的适于保持所述移动台接入到所述收发信基站的方法包括如下工作步骤：

-在相应于指配给所述移动台上行业务信道的时隙期间，每一个所述接收机，包括用于接收由所述移动台发送的话音或计算机数据的老的接收机接收由所述移动台发送的话音或计算机数据，

-在每个所述话音或计算机数据信号解调之后，由联合的所述话音或计算机数据信号获得的信号被移位到基带，并被发送到所述基站控制器，和

-在相同上行业务信道上经一个新的接收机通信继续。

当所述移动台从老的扇区移动到新的扇区时，交换数据和进一步适于保持所述移动台接入所述收发信基站的另一种方法包括如下工作步骤：

-在相应于指配给所述移动台上行业务信道的时隙期间，每一个所述接收机，包括用于接收由所述移动台发送的话音或计算机数据的老的接收机，接收由所述移动台发送的话音或计算机数据，

-来自每个所述接收机的话音或计算机数据被移位到基带，然后被发送到所述基站控制器，

-所述基站控制器中断通信并且使用一个或多个预定的准则，选择用于进一步通信的接收机，这样所述话音或计算机数据信号从所述移动台所述基站控制器。

-在相同的上行业务信道上再建立通信，和

-来自所述移动台和所述选择的接收机的话音或计算机数据信号和信令数据信号被移位为基带，并且然后发送到所述基站控制器。

使用的准则可以是每个接收机的接收电平或来自每个接收机信号的质量，在解码之前或之后，或这两种准则的组合。

至少有上面规定的两种方法提供用于过区切换。在常规的过区切换的方法中，移动台随时确定每个相邻孔的下行控制信道上接收信号的质量。当使用文件WO 84/00654中描述的收发信基站时是不可能的，因为对于这个主网孔来说，仅有一个下行控制信道。上面的方法能使连接保持，而不是使用一种测量下行控制信道质量的方法。

本发明还涉及一种收发信基站和适于实现上述方法的基站控制器。

仅通过非限定说明性的方法给出的本发明一个实施例，如下描述，显露出本发明的其他特点和优点。

在如下的附图中：

图1是相应于文件WO 84/00654描述的收发信基站的地理复盖区域的扇形网孔结构原理表示，

图2表示广播信道和下行业务信道的时间结构，

图3表示接入信道和上行业务信道的时间结构，

图4是表示在过区切换时用于连续呼叫选择接收机的方法的图，

图5是表示图4选择方法变形图。

对所有图公共的部件都是相同的，用相同的标号表示。

图1是相应于文件WO 84/00654描述的收发信基站BTS的地理复盖区域的主网孔C的原理表示。

为了简化起见，在这个例子中，网孔C当作一个园，而且收发信基站BTS在其中心。

该网孔C被划分为多个扇区，在这个举例中为三个扇S₁、S₂和S₃。

广义地讲，该收发信基站BTS包括：

-一个具有全向天线A_o的发送机E，和

-三个接收机R₁、R₂和R₃，每个接收机有一个定向天线A₁、A₂和A₃，用于提供扇区S₁、S₂和S₃的各自无线复盖。

为了理解，接收机R₁、R₂和R₃表示稍微偏移发送机E，但是，显然所有这些部件基本上放置在相同地点，构成收发信基站BTS。多个接收机和单个发送机的组合构成收发信基站。

该收发信基站BTS的复盖面积在两个传输方向（上行方向和下行方向）是不相同的。在下行方向，网孔C等效于具有单个发送机的未分扇区网孔。

广义地讲，在上行方向该网孔C等效于每个扇区具有一个接收机的分扇区的网孔。

这就是为什么对于网孔C表示出了两种不同的等值线。

-第一个等值线C_E规定作为下行方向传输网孔，

-第二个等值线C_R规定作为上行方向传输网孔。

为了理解，等值线C_E和C_R在图中是不重合的，但是应当理解，实际上它们是重合的。

用于在网孔C内交换数据的可用频率如下：

-下行业务频率，用于从收发信基站BTS转换话音或计算机数据到一个或多个移动台MS。

-下行信令频率（即下行控制信道）与下行业务频率分离，

-上行业务频率，用于从移动台MS转移话音或计算机数据到收发信基站BTS，上行业务频率与下行控制信道和下行业务频率分离，和

-上行信令频率（即上行控制信道）不同于刚才规定的其它三个频率。

当然，当业务量是低的时候，如上所述，两个信令频率本身可能是足够了。

图2以非常简化的形式表示在下行业务频率上传送的各种业务信道和在下行控制信道上传送的广播信道，和用于发送到该网孔C内所有移动台MS的信令和控制数据（包括移动台需要接入基站BTS的信息、同步信息和控制信息等）的时间结构。

图3以同样高度简化形式表示在上行业务频率上传送的各种业务信道和在上行控制信道上传送的随机接入信道（RACH）和用于发送信令数据（包括来自移动台MS的接入请求）到收发信基站BTS的时间功能。

一般地说，在特定的频率以周期重复时隙构成任何信道，其周期和频率取决于有关信道的类型。实际上，时间被划分为帧，每帧被划分为8个时隙。

收发信基站BTS如图2所示的帧T_E进行发送，该帧T_E被划分为8个时隙TSO_E至TS7_E。时隙TSO_E指配给由下行控制信道传送的广播信道，指向网孔C内的所有移动台，和时隙TS1_E至TS7_E指配下行业务信道。一个分离的下行业务信道指配给该网孔C内的每一个移动台。

两个TSO_E型时隙之间的周期大于指配给给定的下行业务信道，即给定的移动台的两个时隙之间的周期，结果7或8个移动台可接收来自收发信基站BTS的下行业务频率上的无线信号。

图3表示由收发信基站BTS使用的一个帧T_R，用于接收任何一个扇区S₁、S₂和S₃，其帧结构在3个扇区的每一个扇区中是相同的。

该帧T_R被划分为8个时隙TSO_R至TS7_R。时隙TSO_R指配给由上行控制信道传送的接入信道，因此，它可由网孔C内任何地方的任何移动台M_S使用。

时隙TS1R至TS7_R被指配给上行业务信道。不像接入信道，单独的上行业务信道指配给每个移动台MS。在接入信道和下行业务信道重复的期间是这样的一个期间，在该期间7或8个移动台可在这个业务频率上发送无线信号。

现在考虑根据本发明的一种方法，从而一个移动台M_S可与收发信基站BTS交换数据，能使它接入BTS。

如在传统的GSM系统中，如果一个移动台希望经收发信基站接入该网络，即希望指配一个上行业频率和一个下行业务频率和在这些频率的每一个频率上的业务信道，能够使它通信，通过预定的下行控制信道开始，它接收最好的（例如，通过测量接收电平，为此目的，每个扇区或网孔的收发信基站BTS连续地在其下行控制信道上发送一个信号）;然后在其相关上行控制信道的接入信道上它发送接入请求信号。当接收到来自移动台的接入请求时，一个上行业务信道和下行业务信道被指配给该移动台。

在传统的安排中，每个网孔或每个扇区有其自己的上行控制信道，结果移动台通过识别接收的最好的下行控制信道能容易地确定其当前的扇区或网孔。以这种方法，通过移动台在与接收最好的下行控制信道有关的上行控制信道上发送的接入请求仅由与上行控制信道扇区有关的接收机接收。这不是图1收发信基站的情况。

在这种情况下，收发信基站只有一对控制信道用于三个扇区。因此，该移动台在该上行控制信道上发送一个或多个接入请求，和每个接收机R₁、R₂和R₃接收这些接入请求。

为了确定该移动台MS的扇区，因此确定用于接收由该移动台MS发送的话音或计算机数据或信令数据信号的接收机，用于收发信基站BTS的基站控制器确定在每个接收机R₁、R₂和R₃构成接入请求信号的接收电平和/或质量。选择的接收机是在该接收机以最好质量和/或电平接收接入请求。

为了确定了接收机时，根据上行业务信道已经由其它移动台在使用，确定在上行业务频率上指配给该移动台MS的业务信道，即实际上是确定留作它发送无线信号的时隙数目，相应于还没有使用的时隙，仅一个上行业务信道可被指配给该移动台。因此，时隙O指配给具有重复周期大于业务信道周期的接入信道，以便它还能用于业务信道。

为了能使在下行方向上交换话音或计算机数据，在下行业务频率上的业务信道也指配给该移动台MS。这个下行业务信道相对于各个上行业务信道偏移几个时隙（例如3个时隙）。

实际上，用于接收上行信道数据选择的接收机也用于接收来自该移动台的信令数据。其它接收机也能接收来自移动台的话音或计算机数据和信令数据，但是仅使用选择最好的接收机，有关过区切换下面说明。

本发明的内容中需要描述的另一个方法是，例如当移动台MS从扇区S₁到扇区S₂移动时，保持在进行中的呼叫。

为了方便起见，该方法以后叫做"过区切换"，虽然这是不严格精确的（见下面）。

在常规的过区切换中，移动台测量每个相邻网孔的下行控制信道上的接收电平，并且经常地发送这些测量的结果经慢相关控制信道（SACCH）到当前的收发信息站。当过区切换移动台是适当的时候，控制一定数目的收发信基站，包括该移动台的当前的收发信基站控制器（BSC）能够确定。为了简化，如果与移动台当前网孔有关的下行控制信道的接收电平小于邻近网孔的下行控制信道的接收电平，过区切换就开始。

在图1收发信基站的情况下，这种常规的程序不能使用，因为对于所有扇区只有一个下行控制信道。

因为在相应于由该移动台使用的上行业务的信道的时隙内，由其它移动台没有使用的接收机，而不是该移动台的当前扇区的那些接收机，这些接收机也能接收由移动台MS在上行业务频率上发送的信号。

实际上有各种公开的选择。

在第一种选择中，在本地收发信基站BTS可决定"过区切换"，BTS选择用于接收由移动台MS发送的信号的接收机R₁、R₂和R₃的无论那一个接收机。图4表示在BTS内通过在接收机R₁、R₂和R₃的输出选择"矩阵"M进行选择操作。该矩阵M通过应用一个或多个预定准则来选择被使用的接收机，选择那三个接收机R₁、R₂和R₃的信号的那一个信号实际将被发送。然后，通过装置BB把选择的信号移位为基带并传送到控制收发信基站BTS的基站控制器BSC并能使该消息被发送到其目的地。

第一种选择准则可使得所选择的接收机接收来自移动台的最好信号，即例如接收机接收最高功率的信号或接收具有最好质量的信号，因为在解码前或解码后确定。选择可根据前面两个准则的组合同等地好。

然后，进行中的呼叫继续通过选择的接收机，即实际上包括话音或计算机数据或信令数据的发送的信号是来自选择的接收机。其它的接收机继续接收由移动台发送的信号，以便无论何时需要就能执行上述选择程序。

以这种方法，有可能决定对于每个时间间隔来说上面描述的选择操作是否需要。具体地说，如果该选择矩阵M例如通过延迟接收的信号足够地测量它们的电平，能很快地确定三个接收机最好的一个，这种可能能被保持。

在另一个选择方式中，由三个接收机接收的信号在解调的信号之后，使用一种类似于天线分集的原理，在选择矩阵M内被组合。组合的信号经装置BB发送到BSC。

如像刚才描述的第一种选择，对移动台来说是"透明的"，即在"过区切换"期间该移动台是被动的（这里引用handover（过区切换）述语，因为该过程是不适当地说法，如像已知的过区切换，在传统的过区切换中，指配给移动台的业务频率改变，而且BSC启动这种改变）。

在第二种选择中，对于移动台来说，这种选择是不透明的，通过BSC的方法影响过区切换。参见图5，来自接收机R₁、R₂和R₃的信号，借助于设备BB₁、BB₂和BB₃移位到基带，而且在进行中的呼叫被中断之后，在BSC中选择用于继续呼叫的接收机。该接收机是用于发送来自移动台MS的话音和计算机数据和信令数据，其它的接收机继续接收由移动台发送的信号，但是仅根据信号电平和/或质量，由BSC用于执行选择。

因为按照传统的过区切换，BSC发送控制消息到该移动台，特别地虽然无需改变业务信道，在过区切换之后，请求再建立连接。再一次过区切换不是在使用情况的过区切换，因为呼叫频率不改变而且和过区切换之后使用相同的业务信道再建立连接。

这种第二种选择比第一种选择的优点是在收发信基站的过区切换规程等同于在先有技术收发信基站传统过区切换过程中使用的规程。在这种情况下，仅仅改变基站控制器的规程，结果使收发信基站的开销降低。

当然，本发明不限于刚刚描述的实施例。

特别地，本发明不仅应用于GSM蜂窝网络，而且等同地用于任何其它类型的蜂窝网络。

同样，虽然它在用于农村地区的大面积网孔中具有许多优点，本发明同样地能用于收发信基站，用于具有任何复盖的网孔，它可以为期望的呼叫业务提供可用的足够数量的业务信道。

有关本发明的收发信基站所描述的接入和过区切换方法应用于GSM蜂窝网络，明显地，它们适用于适合任何类型的蜂窝网络，而不脱离本发明的范围。

在接入方法中，以与本发明过区切换的方法相同的方式，即由BTS使用选择矩阵M或由BSC使用类似于传统过区切换使用那些程序，可执行选择提供最好质量和/或最好电平的接收机。

为了简化说明，参照在网孔内信道组织极简化的举例，描述了这些方法。显然，本领域的技术人员能够使这些适应更复杂的信道结构，也不脱离本发明的范围。

特别地，如果相应于时隙O的广播信道被划分为多个子信道，第一子信道留作上面描述的广播和至少一个第二子信道备用的独立专用控制信道（SDCCH），使用GSM技术，这个第二子信道不能在多个单独的扇区中同时地使用，不像广播子信道。另一方面，多个这些子信道能在单独的扇区内使用。

最后，用等效的装置可替代任何装置，而不脱离本发明的范围。

Claims

1、一种在蜂窝移动无线网络的收发信基站和在主网孔内的移动台之间交换数据的方法，首先，蜂窝移动无线网络的收发信基站适于通过无线与在称为主网孔(C)的限定地理区域内的移动台(MS)交换数据，所述主网孔(C)复盖多个扇区(S₁、S₂、S₃)，每个扇区相应于所述主网孔(C)的特定部分，而且每个扇区与具有定向天线(A₁、A₂、A₃)的接收机(R₁、R₂、R₃)相联系，所述的收发信基站包括一个具有全向天线(A₀)的单个发送机(E)并对所有所述扇区(S₁、S₂、S₃)提供发送无线复盖；其次，在所述主网孔的移动台，所述的数据交换适于在所述移动台和所述收发信基站之间建立无线链路，以便在上行业务频率上的业务信道和在下行业务频率上的业务信道被指配给所述移动台，用于传输话音或计算机数据，所述的方法特征在于，它包括如下工作步骤：

-控制所述收发信基站的基站控制器对每个所述接收机确定，在每个所述接收机接收的和由所述请求构成的接收信号的电平和/或质量，并且以这种方法选择无论是那一个接收机，只要是接入信号具有最好质量和/或最好的电平的接收机，作为用于接收由所述移动台发送的话音和/或计算机数据的接收机，

-指配一个上行业务信道所述移动台作为其在所述上行业务频率上专门使用，

2、根据权利要求1的交换数据的方法，其特征在于，当所述移动台从老的扇区移动到新的扇区时，上面规定的和附加的适于保持所述移动台接入到所述收发信基站的方法包括如下工作步骤：

-在每个所述话音或计算机数据信号解调之后，由联合的所述话音或计算机数据信号获得的信号被移位到基带并发送到所述基站控制器，和

-在相同上行业务信道上经一个新的接收机通信继续。

3、根据权利要求1的交换数据的方法，其特征在于：

当所述移动台从老的扇区移动到新的扇区时，交换数据和进一步适于保持所述移动台接入所述收发信基站的方法包括如下工作步骤：

-所述基站控制器中断通信并使用一个或多个预定的准则，选择用于进一步通信的接收机，这种所述话音或计算机数据信号从所述移动台到所述基站控制器，

-在相同的上行业务信道上再建立通信，和

-来自所述移动台和所述选择的接收机的话音或计算机数据信号和信令数据信号被移位为基带并且然后发送到所述基站控制器。

4、根据权利要求3的方法，其特征在于，所述这预定准则的一个准则是每个所述接收机的接收电平。

5、根据权利要求3或4的方法，其特征在于，所述预定准则之一是解码前或解码后来自每个所述接收机信号的质量。

6、一种基站控制器，其特征在于，它适于根据权利要求1至5的任何一个权利要求实现的方法。

7、一种收发信基站，其特征在于，它适于根据权利要求1至5的任何一个权利要求实现的方法。