CN1105474C - 无线通信系统 - Google Patents

Abstract

一种采用多小区向多个移动站提供无线通信服务的无线通信系统。在服务于某个非常小的地理区域(例如大型办公楼)内的高度集中的移动站的小区中，在由该小区服务的地理区域内提供了多个射频(RF)封闭区。除了具有一个提供广播控制信道(BCCH)的基站之外，该小区包含多个RF封闭区，用于发射并接收业务信道，并且接收来自该基地所服务的一部分地理区域中的多个移动站的随机访问信道(RACH)脉冲。 RF封闭区不提供BCCH，更确切地说，由一个正在服务于特定小区的微小区收发信机来提供BCCH。

Description

无线通信系统

一般地说，本发明涉及无线通信系统，特别是涉及在一个标准小区内采用射频(RF)封闭区(capsule)的蜂窝式无线通信系统。

传统的蜂窝式系统把一个地理区域分为若干组小区。每个小区向包含在该小区内的移动站提供通信服务。为了提供这些服务，一个基站提供一个广播控制信道，根据某一预定频率，包含在该小区内的所有移动站能够侦听来自上述广播控制信道的信息。作为响应，一个移动站能够把一个随机访问信道脉冲发回服务基站(base site)，在该基站中，分配一个业务信道，利用该信道，移动站可以与提供通信业务，例如话音和/或数据业务的基站进行通信。

存在对一个基站可以向其提供通信服务的移动站的数目的固有限制。这个限制由小区的尺寸、该小区及其周围小区的频率再用方式以及分配给该蜂窝式系统的频率或业务信道的数目所决定。为了增加由一个蜂窝式系统所提供的容量，可以减小这些小区的实际尺寸，从而在一个特定的系统内提供了更多的小区。

随着蜂窝式系统在我们的社会中日益流行以及系统使用增加，需要在蜂窝式系统中提供更大容量。当在大型建筑物内实施蜂窝式系统时，存在很多干扰源，并且还存在大量可能使用该系统的聚居人口。传统的系统提供很多极端小的小区，来向建筑物内的所有用户提供服务。通过提供这类非常小的小区，时常需要更加频繁地在小区间传递，产生大量小区间的空中通信。可以在全球移动通信系统(GSM)介绍中找到这类传递过程的例子。

此外，这些系统对于由邻近小区引起的干扰是极其敏感的，因而它们的地理位置是固定的，并且对于系统变化中的每一改变必须把它们重新计划。

图1是一个蜂窝式通信系统100的图解说明，该系统在3个相邻的蜂窝式小区101、103和105中提供通信服务。三个小区位置中的每一个包括基站107、109和111，这些基站发射一个由该小区所定义的特定地理区域的广播控制信道。此外，包含在相应小区内的每个移动站113、115和117把随机访问信道(RACH)脉冲发回基站107、109和111。如果这些小区的物理尺寸收缩至直径几米，那么在系统结构中，第一小区101和第二小区103间复杂的切换过程变得更频繁和更繁重。此外，小区重叠产生干扰问题，常规系统测量不到这些干扰，结果使人感到束手无策。这样，为了恰当地设计这种小型系统，必须仔细地计划小区的布置，并且任何变化，例如在办公室内拆除隔墙或只是移动家具这种办公室的重新布置都可能产生相当大的重叠，对于这种重叠，需要一个蜂窝式小区的重新计划，产生了大量系统实施中令人头痛的问题。

这样，提供一个服务于小地理区域内高度集中的用户，例如一个大型办公楼中的用户的蜂窝式系统，而无需当前所必需的繁重的传递过程和频繁的计划过程，这种作法应该是有益的。

本发明提出了一种无线通信系统，它包括第一基站，用于向位于第一地理区域内的多个基站提供无线通信服务，上述第一基站发射一个上述第一地理区域的广播控制信道(BCCH)和至少一个位于上述第一地理区域内的第一封闭区，用于发射业务信道并接收业务信道以及往返于上述多个移动站之间的随机访问信道(RACH)，至少上述第一个封闭区用于对上述第一区域的至少第一部分提供覆盖。如果提供了第二封闭区，那么由第一和第二封闭区所覆盖的地理区域可能明显重叠。

此外，当一个正在从上述第一基站接收BCCH的移动站发射RACH时，上述封闭区的每一个(至少是第一封闭区)在某一质量水平接收上述RACH。一个控制器决定上述封闭区的每一个(至少是第一个封闭区)的上述质量水平，并且为上述多个移动站的上述第一个移动站分配上述封闭区之一(至少是第一个封闭区)。控制器还建造一个矩阵，采用上述质量水平来指明上述封闭区之一(至少是第一个封闭区)之间的传播损耗。这个无线通信系统允许多个移动站在第一地理区域的同一频率和同一时隙内发射。

在保持业务信道的第一频率和第一时隙的同时，如果可行的话，通过把第一移动站的业务信道分配从第一封闭区切换到第二封闭区，完成封闭区内(inter-capsule)切换。此外，当基站不能向上述得不到服务的部分提供一个BCCH时，上述至少第一封闭区的每一个还包括选择性地把一个BCCH提供给第一地理区域的一个得不到服务的部分的装置。

图1是现有技术采用的一个常规蜂窝式系统的图解表示。

图2是根据本发明的一个蜂窝式系统小区布局的图解表示。

图3是根据本发明以方框图的形式表示一个蜂窝式通信系统。

图4是根据本发明以一种特定结构表示一个小区。

图5是根据本发明以一种特定结构表示一个小区。

图6是根据本发明表示了一种特定的小区结构。

图7是根据本发明表示了一种小区结构。

本最佳实施例包括对一个无线通信系统的描述，该系统采用多个小区，用来向多个基站提供无线通信服务。在服务于某一很小的地理区域内的高度集中的移动站的小区中，例如大型办公楼内，在由该小区所服务的地理区域内提供了多个射频(RF)封闭区。

除了具有一个提供广播控制信道(BCCH)的基站外，小区包含多个RF封闭区，用于发射并接收业务信道，并且从由基站所服务的一部分地理区域内的多个移动站那里接收随机访问信道(RACH)脉冲。RF封闭区不提供一个BCCH，更确切地说，由正在服务于该特定小区的基站来提供BCCH。

在呼叫建立期间，移动站发射一个RACH脉冲。由该小区内的多个RF封闭区来接收这个RACH脉冲。小区位置(cell site)的控制器确定由RF封闭区接收的每个RACH脉冲的质量水平。然后，控制器把RF封闭区之一分配给特定的移动站。因此，移动站经由在一个业务信道上所分配的RF封闭区与小区位置进行通信。由至少第一频率和至少第一时隙来定义业务信道。

在移动站正在向所分配的RF封闭区发射的同时，相邻的RF封闭区正在监视着这些通信的质量。响应于所监视到的通信质量，控制器将再一次把这个特定移动站的业务信道的分配从所分配的封闭区切换到一个最新分配的封闭区；最好保存该业务信道的所选择的频率和时隙。这样，切换的进行不受到特定移动站的注意。

此外，控制器构造一个矩阵，用它来表示多个RF封闭区的每一个之间的传播损耗。利用由各个RF封闭区接收到的RACH脉冲的质量指示来确定传播损耗。在最佳实施例中，该矩阵包含每个RF封闭区间的平均传播时延的列表。通过监视每个封闭区间传播损耗，正在使用的特定RF封闭区将了解频率干扰效果，该频率干扰是由包含在小区内的RF封闭区上的它的特定移动站所引起的。这个传播损耗信息允许控制器动态分配同一小区内的频率再用。

此外，在大型建筑物中经常存在得不到基站BCCH服务的封闭点。在这些情况下，本最佳实施例提供一个封闭区，用来有选择地把一个BCCH提供给该地理区域的其它得不到服务的部分，假设小区向上述地理区域提供通信服务。例如，在地下室里，或者被屏蔽的区域中，所选择的RF封闭区能够由基站重复BCCH信息广播，进入这个地理区域得不到服务的部分，从而为那个特定区域提供服务。

图2是一个无线通信系统的图解说明，该无线通信系统包括第一小区201、第二小区203和第三小区205。用一个正方形来表示大型建筑物207，在第一小区201内采用多个RF封闭区209把无线通信服务提供给一个很小地理区域内的高度集中的移动站。在这种特定的结构中，第一小区201为所有位于被表示为六角形的第一小区的地理区域内的移动站提供一个BCCH和通信覆盖。在建筑物207内，存在5个RF封闭区，建立它们，以在包含在它们的覆盖区域内的任意移动用户间提供业务信道通信，并从移动用户接收RACH脉冲。图3表示了控制这些特定封闭区的细节。您将注意到，RF封闭区覆盖是用不规则形状圆圈209来表示的，这些圆圈可能严重地相互重叠，但不对提供给那个区域的移动站的服务质量产生任何影响。

图3是根据本发明的一个基站的图解说明。基站300包含一个经由线段A305被互连至常规BSC(基站控制器)303的标准MSC(移动交换中心)301。另外，基站300至少包括一个廉价的基站收发信机系统(BTS)307和一个控制器309，利用控制器309来控制对于特定封闭区的封闭区内切换和移动站的分配，正如下文讨论的那样。基站300还包括一个外置微小区(microcell)收发信机311，用来为整个小区区域提供一个BCCH，并且在RF封闭区的覆盖区域之外的区域提供传统的蜂窝式服务。存在多个位于基站300内的用来提供服务的RF封闭区313，如图2所示。在最佳实施例中，RF封闭区是一个特定的小几何形状，并且经由一条270Kbit/秒(KBPS)的传输线路315被连接至基站收发信机系统。在1995年12月4日签署，由摩托罗拉公司申请的co-pending专利申请CE30155P中可以找到该系统结构的详细说明。

外置微小区收发信机311连续向服务于图2中的固定地理区域201的移动站播发一个BCCH。作为响应，想要建立呼叫的一个移动站从自己的位置发射一个随机访问信道脉冲。由RF封闭区313中的任意一个来接收RACH脉冲，这些RF封闭区处在可以监视来自移动站的RACH脉冲的距离之内。每个RF封闭区313接收RACH脉冲，然后确定接收到的脉冲的质量，或者把接收到的脉冲发回到BTS307。然后，控制器309分析这些结果，或者另一个办法是确定从每个RF封闭区接收到的RACH脉冲的质量，并且确定最合适的RF封闭区313来向移动站提供服务。

在最佳实施例中，由接收到的RSSI和有效误码率来决定所接收到的RACH脉冲的质量。选出提供最高质量的RF封闭区313来向RF封闭区提供服务。如果所有接收到的RACH脉冲的质量低于某一给定的门限，那么将由外置微小区收发信机311以传统蜂窝式方式提供无线通信服务。

采用封闭区代替传统小区的重要原因是减少空中切换，并且提高一个常规蜂窝式系统的再用系数。由控制器309来保存一份已知优良信道的清单。图4是一个采用图3中的基站300的小区的图解表示。这里，由外置微小区收发信机311以传统的蜂窝式方式来提供微小区覆盖区域401。另外，外置微小区收发信机311为所有包含在用401表示的覆盖区域的地理区域内的所有RF封闭区403播发BCCH。在这个特定的例子5中，图示了RF封闭区403。这些RF封闭区403提供业务信道发射和接收，并且由图3中的控制器309来控制RACH脉冲接收。

在图4中，在小区区域401内存在两个移动站405和407，由一个独立的RF封闭区403服务于每个移动站。两个移动站都正在采用频率3和时隙5把它们的业务信道播发回它们各自的RF封闭区。由于下文所讨论的RF封闭区间已知的传播损耗的技术，所以能够提供这一点。因为移动站405朝着它的当前的RF封闭区403的边界运动，所以在理想情况下，当移动站把服务交换给另一个RF封闭区403时，它将保持同一频率和时隙。但是，由于移动站405、407都朝着同一RF封闭区运动，所以两个移动站中只有一个可以被同一频率和时隙服务。控制器309确定由该频率和时隙服务于那一个移动站更好，并且把控制从第一个RF封闭区切换到第二个RF封闭区403。如图5所示，第二移动站407被确定不具有超过第一移动站405的优先权，并且代之被以一种常规方式切换。这样，借助移动站的帮助改变着它的频率和时隙。正如从上面提及的例子可以看到的那样，可以以一种非强迫的方式把切换提供给移动站405，并且在更糟糕的情况下是以一种常规方式，正如在移动站407中所完成的那样。

正如前面所提到的，本发明的一个方面是在控制器309中提供一张传播图，以便了解包含在一个小区401内的RF封闭区403间的传播损耗。图6是一个小区的图解说明，可以从该小区得出传播图。这里，小区601包含5个RF封闭区603。当移动站605发射一个RACH脉冲来开始一个呼叫建立时，5个RF封闭区中的每一个接收RACH脉冲。由每个RF封闭区接收到的RACH信息的质量在一段时间内被收集。然后，利用这个信息以一种已知的方式来预测诸小区间所产生的干扰的概率。在最佳实施例中，控制器309产生一个矩阵，表明每个RF封闭区603间平均传播损耗。

在确定了诸小区间的平均传播损耗之后，我们能够根据诸RF封闭区间的传播损耗来预测在小区601内什么时候可以采用同一频率。例如，一个移动站被定位于图6的RF封闭区1内，并且第二个移动站正工作于RF封闭区4内。如果RF封闭区4和RF封闭区1间的平均传播损耗超过了一个门限值，那么，在小区601内两个移动站可以重新利用同一频率。在最佳实施例中，该门限值等于70db。

图7是一个具有3个小区701、703、705的无线通信系统的图解说明。再者，提供了一个大型建筑物707，该建筑物具有把蜂窝式服务提供给一个小型地理区域内的大量集中的移动站的RF封闭区，图中用RF封闭区709表示。在这种特定的情况下，存在一个由频率1引起的外部干扰，用闯入小区701的巨大的箭头711表示。这种干扰可以由一个相邻的蜂窝式系统或某些其它干扰源引起。传统情况下，只能由服务于整个小区701的小区收发信机来检测这种干扰。但是，在这种特定情况下，因为RF封闭区正在被用来接收更小的区域，所以在由图7中的圆圈713所示的区域中可以采用频率F1。因为由建筑物707和其它隔离产生器所产生的小区701内的隔离，所以频率F1的采用是可能的。

在某些情况下，由于在例如地下结构和金属环绕结构的区域中的隔离和传播损耗，服务微小区701可能不能在被RF封闭区所服务的整个区域中有效地播发BCCH，正如技术上众所周知的那样。为了克服这个缺点，RF封闭区具有可切换地重复该BCCH数据，在一个本地化的隔离的区域内，以一种传统的蜂窝式方式重新发射它的能力。

这样，正如能够从上文的讨论中所看到的那样，本发明的无线通信系统为一个小型地理区域内的高度集中的移动站提供了一种改进的切换，并且方便了传统的蜂窝式系统的蜂窝式计划要求。

Claims (6)

1.一种无线通信系统，包括：

第一基站，用于向位于第一地理区域内的多个移动站提供无线通信服务，上述第一基站发射一个上述第一地理区域的广播控制信道；

位于上述第一地理区域内的至少第一封闭区，用于发射业务信道并接收业务信道以及往返于上述多个移动站间的随机访问信道，上述至少第一封闭区，用于对上述第一地理区域的至少第一部分提供覆盖，和

第一装置，用于监视第一业务信道的通信质量，第一移动站经由第一业务信道进行通信，该第一业务信道至少具有第一频率和第一时隙；

第二装置，用于在第二封闭区内监视第一业务信道的上述通信质量；以及

响应于上述用于监控的第一和第二装置的装置，用于在保持该业务信道的第一频率和第一时隙的同时，把第一移动站的业务信道的分配从第一封闭区切换至第二封闭区。

2.根据权利要求1的无线通信系统还包括位于上述第一地理区域内的第二封闭区，用于提供对上述第一地理区域的至少第二部分的覆盖，其中，上述第一地理区域的上述第一部分和上述第一地理区域的上述第二部分可能明显重叠。

3.根据权利要求1的无线通信系统还包括：

上述多个移动站中的第一个，用于从上述第一基站接收一个广播控制信道，并且发射一个随机访问信道；

上述至少是第一封闭区的每个封闭区，用于在某一质量水平上接收上述随机访问信道；以及

一个第二控制器，用于确定上述至少是第一封闭区的每个封闭区的上述质量电平，并且为上述多个移动站中的上述第一移动站分配至少是第一封闭区的上述封闭区之一。

4.根据权利要求3的无线通信系统，其特征在于，上述第二控制器还包括构造一个矩阵，采用上述质量水平来表明上述至少是第一封闭区的封闭区的每一个之间的传播损耗。

5.根据权利要求2的无线通信系统，其特征在于，第一移动站正在第一射频上在第一时隙期间发射，并且第二移动站在第一地理区域内在同样的第一射频上及同样的第一时隙期间发射。

6.根据权利要求1的无线通信系统，其特征在于：上述至少是第一封闭区的每个封闭区还包括装置，当基站不能把一个广播控制信道提供给上述得不到服务的部分时，该装置有选择地把一个广播控制信道提供给第一地理区域内得不到服务的部分。

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