CN1121767C - 检测通信中继网络单元的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检测蜂窝通信网的网络单元的方法和系统，该网络单元用于中继基站和移动站之间的通信，在该方法中，基站和移动站之间的时延被监测，其中将一个时延和与基站直接通信的移动站的时延相比较；通过增加和与基站直接通信的移动站的时延相比较的所述时延，检测出该通信经过所述网络单元中继；否则，推断出所述移动站正在直接与另一个基站进行通信。

Description

检测通信中继网络单元的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于检测蜂窝通信网中的通信中继网络单元的方法以及一种用于检测蜂窝通信网中的通信中继网络单元的系统
背景技术
为了为其客户提供更好的服务，蜂窝通信网的运营者正在建筑物内安置越来越多的基站或基站收发器(BTS)，以便使使用其移动电话和其他移动通信设备的客户在室内也具有令人满意的服务质量。很典型的方法是配置这些室内基站，以便形成只覆盖建筑物的某一层甚至单个房间的小区。蜂窝通信网中所用的小区根据小区的覆盖区的尺寸可分为宏、微乃至微微小区。上述室内小区的尺寸一般在100m以下，因此按微小区类型安置它们。
在图1a中，示出了一般办公楼的平面布置图10。基站11安置在建筑物内，从而形成一个包括三个扇区12a、12b和12c的微小区。
由于在建筑物内通常有许多墙和其他障碍物妨碍了电磁波的传播，因此形成了图1a中所示的如区域13那样的盲区。盲区13中的移动台16无法建立与基站11的通信，或者即使能连接，连接质量也不好。为了消除这些盲区，在一些能接收到来自基站11的盲区13中的移动台16的通信并能将这些通信中继到基站11的位置处安置一些无线中继器，作为移动台16与基站11之间的中继站。当然，用类似的方式也可以执行从基站到移动台的通信。
在图1b中，示出了与图1a中的平面布置图同样的平面布置图。然而，在图1b中，安置无线中继器14，这样无线中继器14的覆盖区15覆盖了图1a中所示的基站11的盲区13。
在图2中，示出了处于基站11的盲区中的障碍物22后面的移动台21b是如何通过无线中继器14与基站11通信的。当使用移动台21b时，无线中继器14接收通信，然后通常利用相同的信道(尽管在某些情况下最好使用变更无线中继器的信道)将该通信发送到基站11。相应地，来自基站11的通信通过无线中继器14被中继到移动台21b。基站11与在该基站的覆盖区内的第二移动台21a之间的通信可直接进行，而无需通过无线中继器14。
基本的无线中继器包括具有至少两个天线的接收和发送部分，其中一个天线覆盖基站的盲区，而另一个天线执行与基站的通信。无论从基站到移动台的下行链路还是从移动台到基站的上行链路，通常使用无线中继器正是为了以相同的信道中继所接收的通信。出于经济上的原因，在无线中继器中通常不含复杂的监测设备。因此，在现有技术中，无法得到关于无线中继器对网络管理系统的操作的任何信息。这可能带来这样一些情况：无线中继器可能失去作用，而运营者在接收到来自注意到它们在某一区域中有盲区的客户的抱怨之前还不知道这一情况。
对熟练技术人员而言，得到更多的有关无线中继器的功能的信息的显而易见的方案应是在无线中继器中包含复杂的监测设备。因此，这一设备可以直接或通过基站连接到网络管理系统。然而，这一方案将意味着大大增加无线中继器的造价。
文献WO96/07250描述了关于中继器的各种问题和配置。然而，那些配置无法解决现有问题。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种用于检测象无线中继器那样的通信中继网络单元的新方法。利用这种方法使得在单元本身中可以无需任何监测设备，因此消除了现有技术的上述问题。
本发明的另一个目的在于，提供一种用于检测象无线中继器那样的通信中继网络单元的新系统。利用这种系统使得在单元本身中可以无需任何监测设备。
本发明的另一个目的在于，提供一种新的网络单元，该单元包括一种用于检测象无线中继器那样的通信中继网络单元的系统。利用软件修改，可将现有网络单元转变为根据本发明的网络单元，这种软件修改可使转变既容易又经济可行。
通过监测移动台与基站之间的时延来判断通信是经至少一个中继单元被中继的还是直接利用基站完成的方法，可以达到上述目的。利用与直接与基站通信的移动台的时延相比的时延的增加，检测出经至少一个中继单元完成的来自移动台的通信。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测蜂窝通信网的网络单元的方法，该网络单元用于中继基站和移动站之间的通信，在该方法中，基站和移动站之间的时延被监测，其特征在于，该方法包括步骤：
将一个时延和与基站直接通信的移动站的时延相比较；
通过增加和与基站直接通信的移动站的时延相比较的所述时延，检测出该通信经过所述网络单元中继；
否则，推断出所述移动站正在直接与另一个基站进行通信。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于检测蜂窝通信网的网络单元的系统，该网络单元用于中继基站收发器和移动站之间的通信，在该系统中，基站收发器和移动站之间的时延被监测，其特征在于，该系统包括：
一个I/O装置，经过该I/O装置检测基站收发器和移动站之间的通信，以及
一个处理器，该处理器由存储在存储器中的程序控制，用以通过增加和与该基站收发器直接通信的移动站的时延相比较的时延，检测出该通信经过所述网络单元中继。
与现有技术相比，本发明具有一些明显的优点。当经中继单元而来的信息能被识别时，可以例如通过网络管理系统(NMS)得到给运营者的有关中继单元的运行的信息。这使运营者更完整地了解该网络，并帮助运营者识别中继单元所造成的可能的问题，从而使得运营者能改善提供给客户的服务质量。
针对现有蜂窝网，本发明实现起来也很简单且经济，因为，无需附加硬件，无论对基站还是对中继单元而言都不需要。只需对现有蜂窝通信网进行软件修改就能实现根据本发明的这种方法。
附图说明
下面，将参照附图来详述本发明，其中：
图1a和1b示出了利用无线中继器如何能覆盖基站的盲区，
图2示出了在蜂窝通信网中无线中继器的使用情况，
图3a和3b示出了靠近和远离基站的GSM移动台的接收和发送周期，
图4示出了根据本发明的方法的实施方式的流程图，
图5示出了蜂窝通信网中光隧道发送的使用情况，
图6示出了作为时延的函数的通信的分布情况，和
图7a和7b示出了包括根据本发明的系统的网络单元。
具体实施方式
图1和2已在以上结合现有技术讨论过。
在图3a中，示出了靠近基站的GSM移动台的接收和发送帧的结构。如GSM标准中所述，发送帧31b比接收帧31a延时了3个脉冲串时段(BP)[1]。事实上，按惯例，通过移位3个脉冲串时段[1]，从上行链路(移动台的发送)时隙的编号得到下行链路(移动台的接收)时隙的编号。由于移动电话的发送和接收以同一时隙号(图3a中的时隙2)来完成，因此，这可使移动台避免同时发送和接收，从而可支持较容易的实现方式，此时，无需保护移动台中的接收机免受同一移动台的发射机的影响。
当移动台远离基站时，移动台与基站之间的传播延时与脉冲串宽度相比不再可以忽略。由于基站可能必须处理同时与多个移动台的通信，因此，以合适的时隙接收来自各移动台的脉冲串是有必要的。否则，来自不同移动台的脉冲串可能重叠，从而导致不良的传输质量。这在现有网络中通过控制移动台的接收和发送帧之间的时延已经被解决。这是利用定时超前(TA)来实现的。
在图3b中，示出了在确定移动台的接收和发送周期之间的时延时如何采用定时超前。当用于确定定时超前的基站、基站控制器(BSC)或别的实体例如采用Michel Mouly，Marie-BernadettePautet的“The GSM System for Mobile Communications”，ISBN 2-9507190-0-7，Palaiseau 1992，第346-349页中所述的方法确定了合适的定时超前值时，利用本身已知的方法将该定时超前值发送给移动台。当移动台接收到定时超前值时，它便将其发送时隙的发送提前定时超前值所指示的时间量。因此，从移动台的角度来看，下行链路帧31a与上行链路帧31b之间的时间差不再是如图3a中所示的3倍脉冲串时段(BP)，而是如图3b中所示的3倍脉冲串时段(BP)减去接收到的定时超前值所指示的定时超前(TA)。
根据以上所述，显然，当基站与移动台之间的传播延时增加时，定时超前增加。在GSM网络环境中，当移动台离基站距离小于500m时，基站与移动台之间的传播延时可以忽略，从而无需定时超前。处于按规定很小的微小区中的移动台属于这种情况。当通信通过象图2中的无线中继器那样的中继单元被中继时，这种情况有变化。无线中继器造成了移动台与基站之间的通信的某一延时。基站根据定时超前的增加可以注意到存在无线中继器。很典型的是，通过无线中继器与基站通信的移动台的定时超前将相当于几千米距离所造成的定时超前。在微小区环境中，移动台所处的并仍能与基站通信的最大实际距离一般只有几百米。因此，可以用定时超前值来判断移动台与基站之间的通信是通过无线中继器还是任何别的延时形成网络单元实现的。
在图4中，示出了根据本发明的方法的一种实施方式的流程图。在步骤41，基站收发器(BTS)接收到移动台所发送的传输。象GSM网中那样，这一传输一般呈包括数字化信息的脉冲串形式。该脉冲串可以是常规数据脉冲串、访问脉冲串或任何其他种类的可用来确定移动台的定时超前的信息。
在步骤42，由基站收发器、基站控制器(BSC)或确定定时超前的别的实体来确定定时超前(TA)。定时超前可以用毫秒来表示，或者用与实际定时超前值相应的具有整数值(GSM网中一般为0-63)的定时超前值来表示。
在步骤43，判断定时超前值是否大于处于基站覆盖区中的并直接与基站通信的移动台的可能的最大定时超前。在GSM网中的微小区中，这通常很容易实现，因为直接与基站通信的所有移动台的定时超前值均为0，因此可将步骤43简化为仅仅是检查步骤42中已计算出的定时超前值。如果定时超前值大于0，那么在步骤44判定通信是经如无线中继器那样的延时形成中继单元而来的。在本发明的一些优选实施方式中，甚至在步骤44中可以利用将结合图6所述的方法来执行中继单元的识别。
如果定时超前值等于0，那么在步骤49得出移动台直接与基站通信。
当在步骤44得出了通信是经过中继单元完成时，可以按多种不同的方式来使用这一信息，其中一些方式包含在图4的流程图中。在步骤45，判断是否在特定小区有中继单元之前已检测到这一信息。如果在所述小区中没有关于中继单元的先期指示，那么在步骤46，将一个通告在所述小区中存在中继单元的通知发送到网络管理系统，以存入数据库中。
在步骤46中发送了通知后或者如果在步骤45之后已经知道存在中继单元，那么在步骤47，检查对于通过中继单元进行的通信是否有要执行的任何特殊测量。然后，在步骤48进行这些例如更新性能管理计量器(如被丢弃的呼叫比例和切换失败)的测量。
在步骤50，对步骤41接收到的脉冲串(无论是对经中继单元而来的脉冲串还是对直接来自移动台的脉冲串)进行常规信息处理。步骤50之后，返回到步骤41以接收新的脉冲串。
上述方法并不只局限于室内或微小区使用情况，而还可以例如应用于宏小区中(如果能得到直接与基站通信的移动台的最大定时超前并且中继单元所造成的定时超前大于这一最大定时超前)。此时，图4中的步骤43中的限定条件并不局限于该值大于0，而是大于某一与特定小区相关的值。
在图5中，示出了称为光隧道发送结构的另一种通信中继网络单元。利用光隧道发送结构，基站11的覆盖区可以扩展到用简单的无线中继器所不容易覆盖到的地方。当基站的覆盖区要扩展到两个独立的建筑物时，可采用光隧道发送结构。
在光隧道发送结构，通过两个接收/收发信机部分54a和54b、两个电光转换器52a和52b并通过光传送装置51实现移动台21b与基站11之间的通信。
第一接收/收发信机部分54a中继基站11与第一电光转换器52a之间的通信。第一电光转换器52a将第一接收/收发信机部分54a接收到的通信转换为光信息，并将该光信息通过光传送装置51发送到第二电光转换器52b。第二电光转换器52b将接收到的光信息转换为电形式然后将它传送到第二接收/收发信机部分54b，54b再将信息中继到移动台21b。相应地，来自移动台21b的通信通过第二接收/收发信机部分54b和第二电光转换器52b中继到光传送装置51，在此，被第一电光转换器52a所接收，52a再将信息传送到第一接收/收发信机部分54a，然后再发送到基站11。
接收/收发信机部分54a和54b和电光转换器52a和52b造成了移动台21b与基站11之间的通信的时延。因此，本发明还可以用于光隧道发送结构的检测。
在图6中，示出了一例作为时延的函数的通信的分布情况。小区有两个不同的中继单元。分布图中的第一峰值62是由直接与基站进行的通信造成的。第二峰值63是由通过第一中继单元(例如无线中继器)进行的通信造成的。第三峰值64是由通过第二中继单元(例如光隧道发送结构)进行的通信造成的。
图6中，直接与基站通信的移动台的最大时延61a小于由中继单元所造成的最小时延。因此，可以得出具有图6中的间隔为A的时延的通信是直接利用基站进行的。通过第一和第二中继单元进行的通信的最大时延61b和61c是已知的，而通过第二中继单元进行的通信的最小时延大于通过第一中继单元进行的通信的最大时延61b。因此，可以得出具有间隔B内的时延的通信是通过第一中继单元进行的，而具有间隔C内的时延的通信是通过第二中继单元进行的。
如果作为时延的函数的通信的分布情况示出了如图6中那样的明显的多峰分布，那么本发明不仅可用来识别通信是通过中继单元进行的，而且可以用来识别进行通信的中继单元。对于每一特定小区的可能的时延间隔的分析应在对单元作出详细标识之前进行，这样可以考虑各个小区的单独特性。
本发明还可以用来检测出故障单元。这可以这样来完成：例如每当在小区中检测到中继单元所造成的延时就存储存在延时的指示。然后，利用某种监测装置，可以监测这些指示。自从在小区中预先检测到中继单元之后，在过了足够的时间后，可以将通告小区中的中继单元中的可能故障的通知发送给运营者。
本发明并不只局限于上述例子，而还可以用来检测任何其他种类的延时形成网络单元。再者，本发明并不只局限于GSM网，而可应用于各种蜂窝通信网如UMTS网，其中，用定时超前或类似的方法来补偿基站与移动台之间的传播时延。因此，确定定时超前的实际方法与本发明无关。
在图7a和7b中，示出了根据本发明的系统70的两种实现方式。在图7a中该系统安置在基站控制器72中，而在7b中系统70安置在基站收发器74中。系统70具有I/O接口76，系统可通过该接口与网络管理系统75通信并监测BTS 74与移动台21a和21b之间的通信。BTS 74与移动台21a和21b之间的通信时延被监测后，由处理器71来识别不同的中继单元。存入存储器72中的程序73用来控制处理器71，以便可利用根据本发明的方法检测和能识别中继形成网络单元。
在不同的蜂窝电信系统中，所给的功能实体的名称(如基站控制器)常常是不同的。例如，在UMTS系统中，与基站控制器(BSC)相应的功能实体是无线网络控制器(RNC)。因此，在本说明书中用来表示各种功能实体的特定术语只是根据GSM系统的一些例子，而决不能限定本发明。
鉴于以上所述，对熟练技术人员而言，显然，在本发明的范围内可以作出各种修改。尽管详述了本发明的优选实施方式，显然，可以对此进行许多修改和变更。

Claims (19)

1.一种用于检测蜂窝通信网的网络单元的方法，该网络单元用于中继基站和移动站之间的通信，在该方法中，基站和移动站之间的时延被监测，其特征在于，该方法包括步骤：
将一个时延和与基站直接通信的移动站的时延相比较；
通过增加和与基站直接通信的移动站的时延相比较的所述时延，检测出该通信经过所述网络单元中继；
否则，推断出所述移动站正在直接与另一个基站进行通信。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据通信时延，识别通信中继的网络单元。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算与所述时延相应的定时超前值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，具有大于某一预定值的定时超前值的通信被确定为通过所述网络单元而中继的。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定值为0。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的移动通信网是GSM网。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当第一次检测到存在所述网络单元时，向网络管理系统发送事件通知。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的时延由所属的基站收发器监测。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的时延由所述的基站控制器监测。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，监测经所述网络单元中继的通信，以确定给出关于网络和所述网络单元的工作的信息的各种参数。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络单元是无线中继器。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网络单元具有光隧道发送结构。
13.一种用于检测蜂窝通信网的网络单元的系统，该网络单元用于中继基站收发器和移动站之间的通信，在该系统中，基站收发器和移动站之间的时延被监测，其特征在于，该系统包括：
一个I/O装置，经过该I/O装置检测基站收发器和移动站之间的通信，以及
一个处理器，该处理器由存储在存储器中的程序控制，用以通过增加和与该基站收发器直接通信的移动站的时延相比较的时延，检测出该通信经过所述网络单元中继。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的系统具有用于根据通信时延来识别通信中继网络单元的装置。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的移动通信网是GSM网。
16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的系统具有当第一次检测到存在所述网络单元时，向网络管理系统发送事件通知的装置。
17.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述的系统具有根据经过所述网络单元中继的通信进行测量的装置。
18.根据权利要求13的系统，其特征在于，该系统包含在基站收发器中。
19.根据权利要求13的系统，其特征在于，该系统包含在基站控制器中。
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