CN1110974C

CN1110974C - 分布式无线电信系统

Info

Publication number: CN1110974C
Application number: CN96194056A
Authority: CN
Inventors: A·O·丹内; J·E·A·达林
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1995-03-23
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2003-06-04
Anticipated expiration: 2016-03-20
Also published as: KR100416187B1; AU5165996A; DE69637092T2; DE69637092D1; EP0815697B1; US5761619A; JP2007221813A; CA2215148A1; JPH11503886A; KR19980703191A; CN1185261A; EP0815697A1; WO1996029834A1; AU703574B2; JP4287481B2; RU2158490C2; CA2215148C

Abstract

蜂窝电信系统有许多节点，每个节点至少执行若干蜂窝电信系统功能之一。节点间由最好包括光缆的网络相互连接。系统中的第一节点是天线；连到天线的RF部分；具有模拟端口和数字端口的模数转换器，模拟端口连RF部分；以及将模数转换器的数字端口连到网络设备的光纤调制解调器。系统中的第二节点执行基站控制器功能，第一第二节点共同做为分布式基站运行。本发明的另一方面，一些节点是收发信机，其它节点包括连接到频带滤波器上的天线。网络运行允许任一收发信机连到任一或多个天线，因此允许呼叫在天线间切换而维持使用同一收发信机，或允许呼叫在收发信机间切换而维持使用同一天线。

Description

分布式无线电信系统

背景

本发明涉及蜂窝移动无线电话系统。更特别的是，本发明直指具有彼此间通过同步协议方式通信的分布式部分的蜂窝移动无线电话系统。

传统蜂窝移动无线电话系统(此后称为“蜂窝系统”)是众所周知的。图1(a)示出了一个这种系统的模型，即已知地被认为是全球移动通信系统(GSM)的泛欧数字移动电话系统。该系统被分成交换系统(SS)101和至少一个基站系统(BSS)103，BSS为若干预定的称为“小区”的地理区域服务。在所示系统中，SS101包括以下网络节点：移动业务交换中心(MSC)105，归属位置寄存器107，拜访位置寄存器(VLR)109，设备识别寄存器(EIR)111，和鉴权中心(AVC)113。典型的BSS103包括以下网络节点：基站控制器(SBC)115和基站(BS)133。BS133被分成一个或几个基站收发信机(BTS)117，每个都为一个小区提供服务。从更详细的框图图1(b)中可看出，BTS117被进一步分成收发信机(TRX)134，每个都支持一个频率上的八时隙，或，在跳频GSM系统中，八个连续时隙。虽然只示出了每个网络节点类型中的一个，但在实际中系统将包括每个网络节点类型的许多个。而且，许多个BSS133连接到一个BSC115上，以及许多个BSC115连接到一个MSC105上。系统还包括其它功能成分，如操作支持系统(OSS)131。SS101和BSS103共同提供了一条位于BS133服务小区内的移动台(MS)119(也称做“移动用户”)和许多已知陆地网络(本发明中常称为“网络”)中任一个，包括如：综合业务数字网(ISDN)121，分组交换公用数据网(PSPDN)123，电路交换公用数据网(CSPDN)125，公用电话交换网(PSTN)127，和公用陆地移动网(PLMN)129，之间的通信链路。这些已知部分的完整描述已超出本发明的范围。然而，现在将对这些特征做简短解释。

BTS117是服务一个小区所需的无线设备，实际上它可被看做是本地小区设备而不是基站设备。它包括天线系统、无线频率功率放大器以及所有运行小区所需的数字信号处理设备。BTS117连接到BSC115上。

BSC115是控制和管理BTS和系统中无线连接，包括切换、话务信道选择和连接管理的功能单元。这些都通过BSC115中的控制处理器(未示出)来完成。BSC115通过到传输网络(下述)的接口(未示出)而与MSC105相连。

MSC105做为BSS103和网络121…129间的接口。它负责着去向和来自移动用户的呼叫的建立，路由选择和管理。其它功能，如鉴定和加密，也在MSC105中完成。

HLR107是包含有关属于特定PLMN129的所有用户信息的PLMN操作者数据库。存储在数据库中的信息包括用户的位置和所需的服务。

VLR109是储存关于漫游进这个MSC服务区域的移动用户(即，“访问用户”)的临时信息的数据库。

AVC113储存用来鉴定MS119和用来加密话音、数据和信令的密钥。AVC113生成三个量。它们是鉴定要求、鉴定答复和用于网络的密钥。这所谓的三位一体被传至MSC105，MSC将要求送到MS119。MS计算对要求的答复和MS119使用的密钥。答复传回MSC105。如果来自MS119的答复等于AVC113计算的答复，便证实了MS119并且呼叫可继续使用指定的密钥。

因为在典型系统中，签名和移动设备间有差异，所以存在EIR111。正如AVC113对确信该用户有权很有帮助一样，EIR111检查移动设备本身以防止偷盗的或非认可类型的MS119被使用。

OSS131负责系统的管理，包括移动用户管理，蜂窝网络管理和报警处理。

这样，在蜂窝系统中(不只是图1(a)所示的典型GSM系统)，与GSM交换系统相应的部分构成无线基站蜂窝系统和包括PSTN的网络之间的接口。与GSM基站系统相应的部分在移动台和交换系统间起着类似信息管道的作用。去向和来自移动用户的呼叫由交换系统来交换。交换系统还提供建立呼叫所需的所有信令功能。

为了获得地理区域的充分的无线覆盖，通常需要若干基站。地理区域被分成小区，每个小区或由它自己的基站服务或与许多其它小区共享一个基站。每个小区有一个相关控制信道，通过它控制(非话音)信息可在该小区中移动台和基站收发信机间通信。一般，控制信道包括在已知频率上的专用信道—通过它某些信息可从基站收发信机传向移动台，从基站向移动台单向传送信息的寻呼信道，以及在移动台和基站间双向通信的存取信道。这些不同的信道可以共享同一频率，或在各自不同的频率上工作。

除了单一的控制信道之外，每个小区还分配了预定数目的话音信道以完成用户间通信内容的通信。那些内容可以是模拟或数字话音信号或数字数据信号。根据蜂窝系统的接入方式，每个话音信道在频分多址(FDMA)中对应各自的频率，在时分多址(TDMA)中对应各自的频率及时隙或时隙，在码分多址(CDMA)中对应各自的码字。本发明可采用这些多址技术中的任一个来实现。

通常小区有相对较小的范围，移动台有很大的可能从一个小区移到另一个。一个正在进行的移动通信从一个小区转换到另一个小区的过程称为“越区切换”。在移动台退出一个小区并进入另一个时，如果通信要不中断地继续，迅速而可靠地完成越区切换是很重要的。

在典型的GSM系统中，切换(也称作“越区切换”)可采用三种形式之一：BSC内、BSC间/MSC内、和BSC间/MSC间。BTS117和MS119都连续测量正在进行的呼叫的一个信号参量，典型的是信号强度。其它参量，如由比特误码率(BER)所代表的信号质量，也被监测。MS119另外还对周围小区的信号强度进行测量。所有测量值接着都被传给BSC115，它对它们进行筛选比较。如果与特定移动台相关的不同被测信号参量间的关系超过了预定阈值，意味着越过了小区边界，那么BSC115通过选择新的目标BTS117和相关话务信道接管切换呼叫连接来启动该呼叫连接的切换。BSC115利用BTS117和MS119间的现存连接命令MS119调谐到选定的新的目标BTS117的话务信道上。新的BTS117便为MS119接管了呼叫连接。

BSC间/MSC内切换如上所述，而且还包括MSC105中采用，使所涉及两个BSC间同步工作的行为，原来的BSC115做决定而新的选资源。BSC间/MSC间切换还需要两个MSC间同步工作的行为。

传统基站的组成部分在物理位置上彼此邻近。然而，上述蜂窝系统的许多部分一般不放在一个位置上，而是彼此间有一定距离。不同部分间，如BSC115和MSC105间的通信信息一般在每信道每秒64千比特(kbps)的链路上传送。这个比特速率对低比特速率(如10kbps至64kbps量级上)的话音和数据通信来说足够了，但对超过64kbps的高速数据是不够的。

随着蜂窝系统的重要性不断增加，许多因素将使现存系统变得不充分符合要求。首先，移动通信使用的增加将要求比现在可获得的更高的话务处理容量(即，任意给定地理区域中可同时被服务的移动台数目)。这不仅由于在任意给定时刻系统服务的用户数目的增加，还由于更多的用户“访问”其它地区的可能性，这增加了与漫游相关的网络信令。

当引入新的提高的话音质量和为用户提供每秒兆比特(Mbps)的比特速率的高速数据业务时，蜂窝系统把数据从一点传到另一点的能力也将迅速紧张。此外，通过采用所谓“软信息”，有可能提高话务解码和切换的性能。然而，在固定网络中传送软信息将使网络负载增加10倍。提高服务质量，尤其在切换时，也可通过把两个或多个BTS的接收信号组合来实现(所谓“软切换”)。这个信号组合在BSC进行，它可接收来自各自BTS的两个信号。然而，很明显，固定网络不得不包括多于一个的并存的连接以便为单个呼叫提供这一好处。

为了支持无线技术如CDMA和同播网络，蜂窝系统还将需要使基站系统同步工作的能力。广播式传送，其中两个或多个BTS发送相同信号，需要相互间在毫秒范围内同步。

解决一些上述问题的努力本身就会产生超出现行蜂窝系统能力的要求。比如，增加系统话务容量的一个方法是采用更高程度的无线频率复用。(无线频率复用是指被特定小区使用的无线频率以某种方式分配以使其不干扰邻近小区的通信。然而，因为系统中在每个小区都分配之前可分配的频率数便用尽了，所以分配到一个小区的频率常常可以同时分配给另一个较远的小区，这样不可能对头一个小区产生干扰或受到来自头一个小区的干扰。)为了实现更高的无线频率复用，小区的物理大小被减小(通过减小BTS和MS间无线信号的信号强度)以致于产生所谓的微小区和微微小区。当然，如果蜂窝系统服务的是相同覆盖的地理区域，那么采用微小区和微微小区意味着需要更多的BTS，从而要求BTS和系统其余部分间数据和信令传送能力的相应增大。

用微小区和微微小区代替统计小区的策略不会成功除非基站做得更小和更简单。传统大小的基站太大了，比如，在街角和办公室中不能使用。而且，提供这么多传统基站的成本将太高了。

做为基站大小和成本问题的一个解决方法，提出了分布式基站系统。即，在每个小区只放置那些无线传输实际需要的部分(此处指RF部分)而不是把BTS部分放在一个机箱中，可减小大小和成本。信号处理器(SP)、控制处理器(CP)和网络接口(NI)单元可放在远处。

参考图1(c)可更好地理解这一点，它示出了在基带信号(用户数据)向/从天线发射/接收的无线能量信号转换过程中基站执行的功能链和数据压缩/扩展步骤。通常(如NMT，AMPS)，图1(c)中所示的所有功能都由单个基站单元执行，不包括天线方框161它组成了传统收发信机。然而，系统如GSM和D-AMPS通过在基带编码/解码方框151和信道编码/解码方框153之间断开链来分散基站功能。这样比如在GSM中，方框153-161定义的功能在BTS117中执行，而基带编码/解码功能151由BSC115执行。在另一个例子中，如已知的NTT/NEC完成的个人数字蜂窝(PDC)，功能链在信道编码/解码方框153和调制/解调方框155间断开。然而这种方法有缺点，因为解调可产生用于提高信道解码方框153性能的软信息。而做为断开和可获得传输比特率有限的结果，以前的技术解决不能把软信息传送到信道解码方框153，所以这一提高的性能也丢失了。注意软信息也可被基带解码方框151所利用。然而，因为必需的软信息的大小远远小于信道解码方框153所需的大小，在那些解决方法(如GSM，D-AMPS)中它可在窄带传输链路中传输，这些方法在基带编码/解码方框151和信道编码/解码方框153间断开链。

做为分布式基站的更进一步的例子，提出了所谓的“微蜂窝设备”，它在信道滤波方框157中断开链。这一设备通常是系统电源附带的并且只在收发信机的无线一侧与系统接口。用这种方法，功能链包括三个位置上的设备：MSC/BSC位置上的基带编码，天线位置上的天线设备加带宽滤波和部分信道宽滤波，以及中央位置上的其余设备，基本收发信机，中央位置处在BSC位置和天线位置间的某处。在天线位置和中央位置间采用宽带通信介质。对模拟无线，宽带通信介质可以是同轴电缆或光纤；对数字无线，它可能是光缆。天线位置上的信道宽滤波量从无到许多有所不同，意味着连接上的不同带宽要求。

除了通过使用更少的部分来完成缩小尺寸外，RF部分本身也可通过仅对微小区或微微小区使用的无线频带(约10MHz)的无线信号进行模数(A/D)转换来减小尺寸。

然而，引入分布式基站系统产生的问题是不同的分布部分需要相互通信的事实。据估计RF部分和信号处理器间的通信链路必须能实现每秒几百兆比特。

1990年5月17日以国际出版号WO 90/05432出版的PCT国际申请号PCT/GB89/01341揭示了一个分布式基站，其中采用了光纤做为在RF部分和远处放置的SP间传送信息的介质。然而，这一出版物并未揭示按照光纤传输的任何协议编码信息，结果光纤只被用来传送一个信道，即，从一个RF部分向SP传送数字无线信号。也就是说，每个RF部分都有专用光纤用来与相应的SP通信。

当基站有多个RF部分时，它们都需要由相同的SP来服务。这当然有成本的原因(共享的大功率SP比许多单个SP更划算)，还因为当部件数目减少到只有几个位置时蜂窝系统的保养和维持(包括新硬件的安装和新软件修订的加载)将会更容易。然而，以前的技术没有示出共享的SP。SP的共享要求不局限于单个蜂窝系统中。单一地理区域可由完全不同的无线网络服务，如CDMA和数字先进移动电话业务(D-AMPS)。因此，更经济的成本可通过设计一个单个SP的处理能力由这些共存蜂窝系统共享的系统来获得。

更进一步，要求光纤能够传输多个信道，这样它就可由在总线或网络结构中的不同RF部分共享。这将避免采用使用独立光纤链路的星形结构的必要。传统系统还要求SP/RF部分通信而不仅是数字无线信号在各自链路上传送。这些其它通信的例子包括控制信号、报警和话音业务信道。这些分开的链路增加了系统成本。

以上所述的分散基站信号处理功能的必要性的观点同样适用于基站的CP。即，将CP从BTS中移出并将其放在远处，这样它可被若干RF单元共享以达到上述成本的节省和保养维持的简化。但在此处，CP和不同RF单元间的连接必须能够处理上述速率和传统系统未示出的同步要求。

前面的讨论指出，未来蜂窝系统中达到更高数据通信带宽的需要就是需要更高的话务容量、更小的小区、更低的基站和中央信号处理的成本。当然现行的PCM链路不足以承担这一重任。为了满足一些未来需要，已经提出了使用众所周知的异步传输模式(ATM)协议来代替现在的PCM链路。ATM是以分组格式并在BISDN通信中包含在宽带(150～600兆比每秒)信道中的信道或信道组交换的方法。然而，ATM协议有许多缺点限制了它在这一目的上的用处。

首先，ATM系统要求接入点连在星结构中，单个光纤到每个节点。结果，网络中光纤不能被用做可在任意点接入的总线。

其次，ATM要求每个信元头在ATM交换中处理。结果，节点上的处理器即使在连接已建立之后也要加载。

ATM协议还有其它缺点。因为协议的异步特征，不同节点的高精度同步是不可能的。同样，向一组接收机广播也只可能是很小的组。

概述

按照本发明，一个蜂窝电信系统包括多个节点，每个节点至少执行若干蜂窝电信系统功能中的一项，如基站、话音编码器、控制处理、信号处理、本地切换、位置寄存器以及网络接口功能。提供了这多个节点间相互连接的网络设备。该网络设备最好是光缆。该网络设备依照高速同步协议运行，最好是动态同步传输模式(DTM)协议。

按照本发明的另一方面，这多个节点包括一个第一节点，它包括天线；连到天线上的RF部分；具有模拟端口和数字端口的模数转换器，模拟端口连到RF部分上；以及将模数转换器的数字端口连接到网络设备上的光纤调制解调器。这多个节点还包括一个第二节点，它执行基站控制器功能。第一和第二节点共同做为一个分布式基站运行。这一结构减小了必须安装在小区的设备的大小和成本。

按照本发明的再一个方面，这多个节点包括若干第一节点和若干第二节点。每个第一节点完成收发信机功能。每个第二节点包括连接到频带滤波器的第一端口的天线，该频带滤波器还有个连接到网络设备的第二端口。网络设备做为连接任一个第一节点到任一个或多个第二节点上的开关而工作。按此装置，单一个收发信机可被连接到两个或多个天线上以允许向两个或多个地理位置的信息广播。而且，这种装置允许进行呼叫的“信道切换”，此时仅改变使用的无线信道。此外，这种配置允许进行“天线切换”，此时仅改变分配给该呼叫的特定天线所呼叫继续使用相同的无线信道和收发信机。这种装置还允许进行“收发信机切换”，此时仅改变分配给呼叫的特定收发信机而移动台继续和同一天线在相同的无线信道上通信。

附图简要描述

本发明的目标和优点通过阅读接下来的详细描述并参考附图将会明白。其中：

图1(a)、1(b)和1(c)分别示出：以前技术的移动电话系统的框图，更详细的基站收发信机的框图，和以前技术的基站功能链的框图；

图2是按照本发明的一个典型基站系统的框图；

图3是按照本发明的一个方面的本地切换节点的典型逻辑排列图；

图4(a)和4(b)示出按照本发明的另一方面的分布式基站的可选实施例；

图5是本发明另一方面的框图，其中软切换可以只包括天线改变或只包括收发信机改变；以及

图6是本发明的一个可选实施例的框图，其中在基站功能链的带宽滤波方框和信道宽滤波方框之间引入呼叫基交换。

详细说明

本发明能够解决上述现有技术的问题的那一方面是采用了高速同步协议，如1989年11月13日发行的瑞典专利号SE 460 750所描述的动态同步传输模式(DTM)协议(相应于1988年3月2日归档的瑞典申请号8800745-5)。DTM也可以称为动态时隙协议。按照本发明的另一方面，为了时间多路复用类型的两个或多个通信网络的同步，节点间的同步是通过诸如那些1993年1月25日发行的瑞典专利号SE 468495中(相应于1991年5月29日提交，1992年11月30日出版的瑞典专利申请号9101635-2)所教方法的方式而得到的。SE 468 495文献中所教同步方法与DTM协议兼容。SE 460 750和SE 468 495文献的整个揭示因此共同协作在此做为参考。

还是按照本发明，众所周知的光纤技术最好用做数据传输的物理介质。

通过使用DTM，系统在光纤上可达到每秒几兆比特而且在通过交换网络时不发生任何延迟。通过应用此处描述的技术，单一多波长光纤对就能为具有几百个基站的蜂窝系统实现通信。而且，用到了超过90％的潜在带宽。所以，单一光纤对就能用DTM协议方式处理几个话务和控制的逻辑信道。

DTM协议具有ATM协议中没有的一些优点。DTM可以在光纤上以很高的比特率处理动态带宽，并且DTM同样适合于多波长光纤。

DTM还被设计成使交换可由网络中的每个节点完成。交换很简单，而且处理器电源仅在连接正在建立时才被需要。一旦连接已经建立，节点的处理器便不加载了，因为节点只需处理到它自身的通信。

而且，多个DTM节点可共享一根光纤，在这种情况下光纤被用做可在任何地方接入的总线。

DTM还提供了多径广播一个数据流到多个节点的能力。节点可以以极高的精度同步。

精通此类技术的人将认识到，其它传输介质、同步数据协议和同步方法也可代替典型实施例中的部分，只要它们至少符合(若不超过)此处描述的那些性能特征。

采用DTM协议和同步方法的所发明的蜂窝系统的各个方面现在将给以更详尽地描述。

图2是按照本发明的一个典型BSS 200的框图。网络的基础是许多光缆201，在此例中它们排列成网络结构。也可用其它拓扑结构，包括总线和多维拓扑结构，也可用这些结构的任意组合。所示光缆201的每一个最好是能在网络节点间提供双向数据通信的一对光缆。在光缆201上的通信最好采用同步DTM协议。

典型网络包括至少完成若干蜂窝电信系统功能中一项的节点，包括基站(BS)203，话音编码器(SC)205，控制处理器(CP)207、信号处理器(SP)209，本地切换(LHO)211，位置寄存器(LR)213，以及网络接口(NI)215节点。如果需要的话，传统基站控制器(BSC)115和装有光纤调制解调器的传统基站133也被接入网络中。

所示的二维网络拓扑结构对在城市环境中提供微小区覆盖很有用。光缆201可沿每条街布线，而在街道交叉处做交叉连接。对于覆盖建筑内部来说，三维总线拓扑结构(未示出)将更合适。网络形状多少应该完整，因为完整拓扑结构具有附加冗余的优点。

每个BS203负责为一个微小区或微微小区区域服务。所有微小区或微微小区区域的联合体可被看做一个宏小区。BS203最好是个小单元，连接到光缆网络需要的任何地方，以确保宏小区内的连续覆盖。当用户从一个微小区或微微小区漫游到另一个时，有必要进行本地切换操作。(宏小区间的切换仍由传统BSC115处理。)网络中有一个或多个LR213用来保持有关漫游用户的信息。硬或软切换均由LHO211节点处理。每个LHO211负责一个BS203的局域。为了获得局域间的切换，LHO211逻辑上连接到全局体系中。图3示出LHO211的典型逻辑排列。每个在这个树状结构的最底一层的LHO211负责控制预定BS203组间的切换。如果需要进行从一个预定BS203组向另一个的切换，相应的LHO211向更高一层的LHO211提出请求。切换请求继续向更高层提出，只到可以在正切换呼叫的LHO211与接收切换的呼叫的LHO211间建立控制路径为止，在这点上进行切换。因为在光缆上采用同步DTM协议可提供极高的传输容量，建立和延迟时间很短，所以以极小的或没有代价便可达到全局软切换。

如果需要呼叫从革新的BSS200切换到传统的BSS103，那么切换请求经过NI215节点向前到传统MSC105，NI215节点是光纤网络和传统交换系统间的接口。NI215节点与传统BSC115间的连接可采用传统方式，如采用传统PCM或ATM。

再回到图2，网络由一个或多个分散的CP207控制。

上面已经说明BS203是小单元。按照本发明的另一个方面，这是通过将每个BS203变成分布式基站而做到的，比如象图4(a)和4(b)中所提的实施例之一那样。在图4(a)的实施例中，天线401由比如三个RF单元403经过组合器405的方式而共享。对这些已知部件的每一个的完整描述已超出本发明的范围。每个RF单元403连接到对应的模数(A/D)转换器407上以把接收的RF信号数字化及将数字信号转换成模拟信号传输。A/D转换器407接着被连到光纤调制解调器409上。同样与光纤调制解调器409相连的处理器411控制着BS203，以使其能够在光缆上通过同步DTM协议方式和网络其余部分通信。处理器411和RF单元的控制输入之间的附加连接使处理器411还能执行频率和功率控制。无线信号在分布式基站中数字化，然后传送到光纤上，在这里信号处理由SP209(见图2)进行。注意本发明提供了允许多个RF单元403共享SP209的优点。同样，对多个分布式BS203的话音编码在网络中也可由共享的SC205执行。此外的节省是通过由一个或很少的分布式CP207控制网络，以及通过对常规固定网络接口，如MSC(未示出)，采用共享NI节点215来获得的。

因为光缆与同步DTM协议的组合可提供高比特率能力，单个光纤对(输入和输出)可为话务，同样可为控制信号、报警和其它信号，处理多个逻辑信道。

所发明的分布式基站的另一个可选实施例如图4(b)所示。该结构与图4(a)等价，除了各自独立的天线401代替了单一天线401和组合器405之外。该实施例的运行因而与图4(a)的结构的相同。

进一步按照本发明，基于光纤的网络还具有另外的能力。比如，本地交换可在没有MSC105介入的条件下由CP207在网络中执行。此外，来自一个BS203的信号可以同时被发送到几个SP209并由其处理。为在网络中分担负载，或为允许来自任意天线的呼叫由不同的处理节点处理，是需要这样的。

此外，单个SP209可按多个无线标准执行处理，因此允许共享基础网络。

本发明所带来的另外的蜂窝系统的改进现在将参考图5加以描述。传统系统中任一基站内，收发信机设备和天线间的链路可采用几种形式之一。其中收发信机处于离天线有一定距离的位置，可用诸如光纤或同轴电缆等传输介质来连接这些系统部件。还知道传统系统中多个天线连接到一个收发信机上，以使收发信机当射线在多径环境中时可考虑不同的天线。此外，还有一些计划是利用遥控开关来构成收发信机和天线间的连接。然而，在所有这些已知系统中，例如象WO 90/05432(参见背景部分)中描述的那个一样，收发信机和天线间有很严格的构造关系，并且这种关系在呼叫过程中不会改变。

对于这些已知收发信机/天线构造的任一个，提供软BSC间/MSC内或BSC间/MSC间切换的需要存在实现困难。在前向链路中(即，从基站向移动台传输)，软切换包括从新老基站向移动台的同步信号的同时传输。在反向链路中(即，从移动台向基站传输)，软切换要求来自移动台的信号在新老基站均被接收，接收信号均前行至SMC，MSC依据最佳接收质量选择其中之一。因此存在这样的可能性，在软切换操作中涉及的基站将会被连接到相同的BSC上或者与相同MSC或不同MSC相联的不同的BSC上。在这种网络中，呼叫将经过以下过程：

1.呼叫在与第一BSC相连的一个BS上建立。

2.通过将呼叫连接到与相同BSC相连的第二BS上，呼叫进入软切换方式。

3.第一BS上的链路断开。

4.第三链路在与第二BSC相连的BS上建立。该链路可能在传输网络中穿过很长的路，因此经过很长的延迟。这种情况下，第一BSC一般在控制中。

5.第二链路接着断开。

6.在与第三BSC相连的BS上建立第四链路，该BSC与第二MSC相连。此时，呼叫中涉及到两个BS，三个BSC和两个MSC。

可以看出，所有这些部分的控制变得十分复杂(即，谁控制什么)。MS119和BS间的链路必须仍旧同步，而且从每个BS到相应BSC的传输延迟必须控制成彼此相当。

按照本发明，将天线位置和收发信机当作其间具有全局开关的分离机构可使过程简化。在这样的网络中，收发信机执行全部同步和控制功能。软切换的链路可能多于两条。

如果MS119在网络中移得太远以至于收发信机继续负责呼叫已不实际，为了缩短天线和收发信机间的距离将执行收发信机切换。

图5示出本发明的这一方面，其中从一个MSC到另一个的软切换很方便。交换网络501是前面描述过的关于图2的网络，它使用光缆和同步DTM协议。许多收发信机节点503-1，…503-n被显示出连接到网络上。(假定存在对蜂窝系统的适当功能也有必要的其它节点，但因简化原因而从图中省略了)。系统中还包括许多天线505-1…505-m，每个都以相应频带滤波器507-1…507-m方式连接到交换网络上，滤波器最好位置靠近天线。频带滤波器507-1…507-m也可以换为频率信道滤波器。

图5的排列提供了许多益处。首先，收发信机的大干线组可以安装在易于维护的位置，因为收发信机503-1…503-n的位置与天线505-1…505-n的位置无关。而且，这种构造允许蜂窝系统中天线505-1…505-m中的任一个连接到收发信机节点503-1…503-n中的任一个上。结果，可定义两种不同类型的软切换：“收发信机切换”和“信道切换”。收发信机切换包括在蜂窝系统内从一个收发信机向另一个转移呼叫。由于移动台可以仍旧和同一的天线通信，收发信机切换完全是网络内部的活动，并且比如可通过缩短收发信机和其连接天线间的距离来减少所需传输资源量。

相反，信道切换由移动台经历，因为它将改变通信信道、频率、时隙、码字或它们的任意组合体。话务信道的改变可以暗示或不暗示从一个小区向另一个的移动。信道切换的原因可能是系统中优化使用话务信道或减小干扰级的需要。然而，不象现有技术中所发生的那样，信道切换不需要相应的收发信机改变，因为本发明通过连接到第二天线继续为原收发信机处理呼叫。这一能力将导致，给定呼叫的空中接口频率的改变可以比以前技术系统中更频繁地进行，因为如果网络中的呼叫路径不同时改变的话可减小对呼叫的干扰。

图5中所示构造在具有覆盖相同区域的宏小区和微小区的小区结构中也很有用，其中可使用多个微小区天线和该宏小区天线来检测呼叫的反向链路。本发明允许微小区天线和宏小区天线连接到同一个收发信机上。在这种情况下，能够将宏小区中建立的呼叫连接到微小区中是很有好处的。这使得有可能调整MS输出功率以使其设定到一个水平，当MS移近微小区时对微小区很合适。同样，当移动台从一个微小区天线移开到另一个时，任意时刻使用的微小区天线的选择都可以不用收发信机的相应改变而动态重组。宏小区间边界区域放置的微小区天线可以同时但对不同呼叫，以这种方式和不同的宏小区天线一同使用。

图5中所示的结构对于允许以增强多径均衡处理为目的的动态重组或收发信机/天线连接有其它的好处。因为来自MS的无线能量在到达接收机天线前可能经过了很长的距离，包括反射，所以多径均衡是必要的。由于无线能量的不同射线经过了不同的距离并且在不同的时间点到达，接收信号会有延迟扩展(也称为时间扩散)。通过动态再分配MS由不同的天线组接收，时间扩散状况会从不可接受水平变得非常好，即使MS根本没移动。因此，本发明允许收发信机503动态选择许多天线505-1…505-m中能以最小延迟信号能量提供信号的那个。

现在将参考图6描述本发明的可选实施例。这里，将在基站功能链中带宽滤波方框159和信道宽滤波方框157间引入呼叫基交换(见图2)。这对控制每呼叫和总无线能量消耗的能力有极大的好处。每呼叫无线能量消耗的减少将导致谱效率提高和话务容量增大。

如图6中所述，DTM网络601被用来连接多个天线位置(AS)603到多个中央位置(CS)605。然而，在本发明这方面的实施中，可能采用任何数字高速协议，如众所周知的异步传输模式(ATM)协议。DTM网络允许任一AS603和任一CS605间的交换。如粗线所示，常规呼叫连接路径613将从MS611到AS603，再从那儿经过CS 605、BSC607和MSC609，最后从MSC 609按已知方法去向系统的其余部分。按照本发明，多于一个AS603可被连接到一个CS605上，因而使黑粗线所示的辅助同时呼叫路径615成为可能。

进一步按照本发明，AS603不必全是相同类型。即，某个AS603可能是宏小区型、微小区型或微微小区型。AS603和CS605分别执行的功能有赖于正实现的系统的类型。在窄带系统情况中，(如AMPS、GSM、PDC)，每个AS603将不仅包括天线，还包括执行信道宽滤波/放大157和带宽滤波/放大159的必要设备。AS603包括在每分集天线I和Q信道上的空间分集和A/D转换设备。每个滤波器的数据速率对AMPS在5Mbps范围内，对GSM在25Mbps范围内。每个CS605中的每个呼叫处理单元有许多输入端口，呼叫的每个AS滤波器输出连在其上。这样，CS605的输入数据速率是每占用无线信道20至100Mbps。

在窄带系统的可选实施例中，信道宽滤波/放大157不在AS603中执行，而是在CS605中。对每个在I和Q信道上均连接到A/D转换单元的空间分集天线，每个AS603都有一个带宽滤波器。对15MHz系统，来自AS603的数据速率大约为2Gbps。数据便以此速率从AS603向有呼叫被该AS603接收的所有CS605广播。从CS605的观点看，CS605接收来自提供与该CS605正处理呼叫相关的数据的所有AS603的数据。因而CS605中的总数据速率在10到100Gbps范围内。这个实施例也对宽带系统如CDMA有用。

上面描述的发明为具有极佳性能的无线接入网络提供了一个价格经济，功能多样的方法。在光纤上采用同步协议如同步DTM协议为无线接入网络提供了未来系统中必备的高带宽、低延迟、高利用和快速建立时间。网络节点的共享(如SP209、SC205和CP207)不仅经济，并且使基站尺寸减小更容易在城市环境中放置。

因为不同节点的运行可以彼此高精度级同步，所以也支持如CDMA的无线技术和同播网络。

参考特殊实施例已对本发明做了描述。然而，对那些在该技术中十分精通的人来说，很明显本发明也可能在上述实施例之外的具体形式中实现。这将不脱离本发明的精神。所说实施例仅为演示性的，不能以任何方式认为是约束性的。本发明的范围由附加权利要求给定，而不是前面的描述，并且落入权利要求范围之内的所有的变体和等价体均确定为包括在那之中。

Claims

1.一个蜂窝电信系统包括：

多个节点，每个节点至少执行多种蜂窝电信系统功能之一；

用于互连多个节点的网络设备；

其中网络设备根据高速同步协议操作；

其中多个节点包括：

多个第一节点，每个对从网络设备接收的频带滤波信号执行收发器功能；

多个第二节点，每个包括与频带滤波器的第一端口相连的天线，频带滤波器有用于和网络相连的第二个端口，其中天线为频带滤波器提供一个接收的无线信号，频带滤波器将接收的无线信号转换为频带滤波信号并提供给网络设备；

其中网络设备作为开关操作，将任意一个第一节点和任意一个第二节点相连，

其中网络设备作为一个开关操作，将任意一个第一节点和任意两个或更多个第二节点相连，

其中：

一个进行中的呼叫通过网络设备，利用一条从第一个第二节点到第一个第一节点的通信路径；

网络设备通过建立从第一个第二节点到第二个第一节点的第二条通信路径实现进行中呼叫的切换。

2.蜂窝电信系统包括：

多个节点，每个至少执行多种蜂窝电信系统功能之一；

互连多个节点的网络设备，

其中网络设备根据高速同步协议操作

其中多个节点包括：

多个第二节点，每个包括与频带滤波器第一端口相连的天线，频带滤波器有用于和网络设备相连的第二端口，其中天线为频带滤波器提供接收的无线信号，频带滤波器将接收的无线信号转换为频带滤波信号并提供给网络设备；

其中网络设备作为开关操作以互连任意第一节点和任意第二节点，

其中网络设备作为开关操作同时互连任意第二节点和任意两个或更多个第一节点。

3.蜂窝电信系统包括：

根据高速同步协议操作的网络设备；

多个与天线设备相连的天线位置设备，每个对接收的无线信号进行带宽和信道宽滤波，将经滤波的无线信号转换为数字化无线信号并提供给网络设备；

连有多个中央位置设备以从网络设备接收数字化的无线信号，每个中央位置设备对数字化无线信号进行解调和信道解码；

其中每个天线位置设备利用网络设备同时向多个中央设备中的任意两个发送相同的数字化无线信号。

4.蜂窝电信系统包括：

根据高速同步协议操作的网络设备；

与网络设备相连的多个天线位置设备，每个对接收的无线信号进行带宽滤波，将经滤波的无线信号转换为数字化无线信号并提供给网络设备；

连有多个中央位置设备以从网络设备接收数字化无线信号，每个中央位置设备对数字化无线信号进行信道宽度滤波，解调和信道解码，

其中每个天线位置设备利用网络设备向多个中央位置设备中的任意两个同时发送同一数字化无线信号。

5.蜂窝电信系统包括：

根据高速数字协议操作的网络设备；

与网络设备相连的多个天线位置设备，每一个对接收的无线信号进行带宽滤波，将经滤波的无线信号转换为数字化的无线信号并提供给网络设备；

连有多个中央位置设备，以从网络设备接收数字化无线信号，每个中央位置设备对数字化无线信号进行信道宽度滤波，解调和信道解码，

其中网络设备作为开关操作，将进行中的呼叫从第一中央位置设备切换到第二中央位置设备同时继续为其使用同一天线位置设备。

6.权利要求5的蜂窝电信系统，其中高速数字协议是一个动态同步传输模式协议。

7.权利要求5的蜂窝电信系统，其中每个天线位置设备利用网络设备同时向多个中央位置设备中的任意两个发送相同的数字化无线信号。

8.蜂窝电信系统包括：

根据高速数字协议操作的网络设备；

与网络设备相连的多个天线位置设备，每个对接收的无线信号进行信道宽度滤波，将经滤波的无线信号转换为数字化无线信号并提供给网络设备；

连有多个中央位置设备，从网络设备接收数字化无线信号，每个中央位置设备对数字化无线信号进行解调和信道解码，

其中，网络设备作为开关操作，将进行中的呼叫从第一中央位置设备切换到第二中央位置设备，同时为进行中的呼叫继续使用同一天线位置设备。

9.权利要求8的蜂窝电信系统，其中高速数字协议是一种动态同步传输模式协议。

10.权利要求8的蜂窝电信系统，其中每个天线位置设备利用网络设备同时向多个中央位置设备中的任意两个发送相同的数字化无线信号。