CN1129333C - Gsm通信系统扩大小区半径的方法 - Google Patents

Abstract

一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，基站收发信机向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间接收移动台的数据；在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；基站收发信机的接收窗口相应扩展到2个时隙的宽度。该方法突破了GSM系统时间提前量的限制，扩展了小区半径。

Description

GSM通信系统扩大小区半径的方法

技术领域

本发明涉及GSM全球数字蜂窝系统领域，尤其是一种GSM通信系统扩大小区半径的方法。

背景技术

GSM系统中的无线接口综合了频分多址FDMA与时分多址TDMA两种技术。无线接口上传输的单位是100多个调制比特组成的脉冲串，称为“突发脉冲”。突发脉冲占用200kHz的频带宽度，持续时间为0.577ms(15/26ms)，如图1所示，称它所占用的时间和频率窗口为缝隙。一个缝隙持续的时间称为时隙，缝隙所占有的频带宽称为称为频隙。频隙相当于GSM规范中的射频信道。

帧通常被表示为接连发生的n个缝隙。在GSM系统中n取为8，且这样的帧称为时分复用TDMA帧，即一个时分复用TDMA帧由8个时间上相邻的缝隙组成。

一条物理信道是在特定的、周期性出现的缝隙中发送的突发脉冲序列。在GSM系统中这个周期是8，即是一个TDMA帧。也可以说，一个射频信道包括8个物理信道。物理信道可以以它的一个缝隙在TDMA帧中出现的序号来区分，这个序号叫做时隙号。一个TDMA帧时长4.615ms(120/26ms)，由8个时隙组成。多个TDMA帧构成复帧，其结构有两种，分别为26复帧和51复帧。26复帧结构的周期为120ms，含有26个TDMA帧，用于业务信道及其随路控制信道。51复帧结构的周期为3060/13ms，含有51个TDMA帧，用于控制信道。

物理信道是频分和时分的组合，它由基站和移动台之间的缝隙流组成。

在GSM系统中，上行链路是指从移动台到基站方向的链路，下行链路是指从基站到移动台方向的链路。对移动台而言，如果能避免同时发射和接收的要求，对其实现是很有利的：一台移动台的接收机无需对它的发射机进行防护，从而可以大大减小移动台的体积。为实现这一点，在GSM系统中，上行链路的TDMA帧总是落后于下行链路的TDMA帧3个时隙(大约1730微秒)。在基站看来，这个延迟是固定的，但从移动台看来，问题有点不同：由于移动台的移动性，它到服务小区的基站总是有一定的传输延迟，而且这个传输延迟一般不是固定的。为了弥补往返于基站的传输延迟，移动台的发射必须有一定的提前，这叫做移动台的定时提前。定时提前量TA的范围是0-233微秒(这个限制来自于接入突发脉冲的时域特性)。所以，从移动台看到的上行链路与下行链路的精确偏移是3时隙减去定时提前量。专用模式下的移动台必须时刻使用合适的定时提前量发射，否则就会与基站失去同步。

在GSM系统中，规定一个时隙为577微秒，传送带有156.25bit数据的突发脉冲。当移动台随机接入网络时是通过在随机接入信道RACH上发送接入突发脉冲，接入突发脉冲的具体格式如图2所示。

由接入突发脉冲的格式可以看出，因为信息比特后面有63bit(3bit尾比特，60bit扩展保护比特)的冗余比特，则小区时间提前量在无线口存在63bit的限制，即在空间上存在35km的限制(因为信号是以光速传播，63×577×1.0E-6÷156.25×3×1.0E5÷2＝35km)。也就是说，当小区的覆盖半径超过35km时，信号延迟就会超过GSM规范规定的最大值63bit对应的持续时间。如果一个移动台到达了常规覆盖半径的边缘，它将以系统允许的最大时间提前量TA值发射；如果移动台继续向小区外围移动，由于时间提前量已经到达最大值，系统不能继续对时间提前量TA值进行自适应调节，移动台发射的信号将会在下一个时隙到达基站接收机，无法解出。

目前由于GSM的时间提前量存在63bit的限制，使得一个小区的半径不能超过35km。在大多数情况下是足够使用的，但对于某些特定的应用场合，比如对于岛屿、沙漠等移动用户分布很稀少的地区，如果仍然采用这种半径为35km的小区，则每个小区会有很少的用户，往往需要为很少的用户去建立一个站点，这样就显得很不经济了。这时会有超过35km覆盖的要求，此时目前的系统就不能满足这些需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，它能够在GSM的时间提前量存在63bit的限制的条件下，仍然能够使小区的半径扩大到35km以上。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据；

B、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；

C、基站收发信机的接收窗口相应扩展到2个时隙的宽度。

在步骤A中，移动台可以根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系动态计算所述的定时提前量，它是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟，按一个时隙577微秒，得出时间提前量。

在步骤A中，移动台可以对得到的时间提前量与GSM所允许的最大时间提前量进行比较，当得到的时间提前量大于GSM所允许的最大时间提前量时，以GSM所允许的最大时间提前量作为步骤A所述的定时提前量，当得到的时间提前量小于GSM所允许的最大时间提前量时，以得到的时间提前量作为步骤A所述的定时提前量。另外，本发明还提出了另外一种解决方案：一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据；

B、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙，将每时分复用帧的最后2个时隙空闲不用；

C、基站收发信机的接收窗口相应扩展到3个时隙的宽度。

在步骤A中，移动台可以根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系动态计算所述的定时提前量，它是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟，按一个时隙577微秒，得出时间提前量。

在步骤A中，移动台可以对得到的时间提前量与GSM所允许的最大时间提前量进行比较，当得到的时间提前量大于GSM所允许的最大时间提前量时，以GSM所允许的最大时间提前量作为步骤A所述的定时提前量，当得到的时间提前量小于GSM所允许的最大时间提前量时，以得到的时间提前量作为步骤A所述的定时提前量。

此外，本发明还提出了另一种解决方案：一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据；

B、移动台不断监测移动台到基站收发信机之间的距离，并通过基站收发信机上报给基站控制器中的一个比较模块，该比较模块比较该距离与常规小区半径35千米之间的关系，并将比较结果输出给一个中央处理模块，该中央处理模块根据该比较的结果发送命令给执行模块，当比较结果是该距离小于常规小区半径35千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定1个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为1个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于常规小区半径35千米小于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为2个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为3个时隙的宽度；

当一个时分复用帧剩余的时隙不够为下一个相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定的时隙数时，该时分复用帧剩余的时隙闲置不用。

本发明带来的效果是这样的：当移动台超过了常规半径即35km的边缘时，它以系统允许的最大时间提前量进行发射，而移动台超过了常规半径即35km的边缘时，其真实的时间提前量大于该系统允许的时间提前量。这样移动台发送时的时间提前量不够，导致基站收发信机在收到数据时已经过了相应的基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，导致该数据溢出到分配给其的时隙的下一个时隙，与下一个时隙其它移动台的相关数据产生混叠，由于本发明对每一次基站收发信机通过下行链路向移动台发

射数据和相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据都指定2或3个时隙，这样，即使该数据溢出到下一个时隙，下一个时隙仍然是该移动台占用的。这样，就解决了在不改变GSM最大时间提前量的条件下，仍然能够使小区的半径扩大到35km以上的问题。

附图说明

图1是GSM无线接口所采用的突发脉冲示意图。

图2是GSM无线接口所采用的突发脉冲的具体格式图。

图3是本发明第一种方案GSM通信系统扩大小区半径的方法流程图。

图4是现有技术中时分复用帧的分配示意图。

图5是本发明第一种方案时分复用帧的分配示意图。

图6是本发明第二种方案时分复用帧的分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步具体的说明。

图3是本发明第一种方案GSM通信系统扩大小区半径的方法流程图。在该流程图中，可以看出其实现的步骤。在GSM系统中，从移动台到基站收发信机的上行链路的TDMA帧总是落后于相应的从基站收发信机到移动台的下行链路的TDMA帧3个时隙(大约1730微秒)，如图4所示。图4示出了一个TDMA帧，该TDMA帧有8个时隙，分别标号为0、1、2……7。其中，时隙0用于向移动台11发射数据，时隙3用于基站收发信机接收移动台11的数据。在基站收发信机看来，这个延迟是固定的，但从移动台看来，由于移动台的移动性，它到服务小区的基站总是有一定的传输延迟，而且这个传输延迟一般不是固定的。为了弥补往返于基站的传输延迟，移动台的发射必须有一个定时提前量。由图2所示，由接入突发脉冲的格式可以看出，在信息比特后面有63bit的冗余比特。而在GSM系统中，规定一个时隙为577微秒，传送带有156.25bit数据的突发脉冲。因此可以计算出来定时提前量的最大值为(577/156.25)×63＝233(微秒)。因此，定时提前量TA的范围是0-233微秒。从移动台看到的上行链路与下行链路的精确偏移是3时隙减去定

时提前量。专用模式下的移动台必须时刻计算出合适的定时提前量发射，否则就会与基站失去同步。

那么，怎样计算出该定时提前量是0-233微秒中的哪个数值呢?

移动台根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系动态计算所述的定时提前量，它是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟，按一个时隙577微秒，得出时间提前量和该提前量占多少时隙。比如，移动台检测到移动台到基站收发信机的距离是7km。则

时间提前量＝7×2/(3×1.0E5)×1.0E6＝46.7(微秒)

时间提前量占时隙＝46.7/577＝0.08

也就是说，对图4中的移动台11来说，在离时隙3大约0.08个时隙，即2.92个时隙处，移动台就要向基站收发信机发数据。

但是，如果移动台检测到移动台到基站收发信机的距离是42km，超出了常规覆盖半径35km的边缘，则

时间提前量=42×2/(3×1.0E5)×1.0E6＝279.7(微秒)

该时间提前量大于GSM所允许的最大时间提前量，即63bit对应的时间提前量233微秒，以GSM所允许的最大时间提前量233微秒作为定时提前量，

时间提前量占时隙＝233/577＝0.40

也就是说，对图4中的移动台11来说，在离时隙3大约0.40个时隙，即2.60个时隙处，移动台就要向基站收发信机发数据。

而时间提前量应占时隙＝279.7/577＝0.48

也就是说，对移动台11来说，本应在离时隙3大约0.48个时隙，即2.52个时隙处，移动台就应向基站收发信机发数据，但实际上发送数据晚了0.08个时隙，这样，在第3.08个时隙处，基站收发信机才开始接收数据，这样数据就可能在第4.08个时隙处才接收完毕。而第4个时隙却是分配给其它移动台的。这样，在第4个时隙的前0.08秒，就存在一个数据混叠的问题，使得在第4个时隙的前0.08秒，数据无法解出。

在本发明的方案中，在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙：基站收发信机的接收窗口相应扩展到2个时隙的宽度，如图5所示。也就是说，在图5中，时隙0、1用来完成基站收发信机向移动台11发送数据，相应的时隙3、4用来完成基站收发信机接收移动台发来的数据。这样，在上面所述的向第4个时隙溢出0.08个时隙的情况下，由于第4个时隙仍然是属于移动台11的，则不会产生任何的数据混叠。这样，时间提前量可以扩展到GSM允许的最大时间提前量的2倍，即466微秒，而小区半径则也相应扩大为2倍。

在本实施例中，在偶时隙基站收发信机向移动台发送数据，在奇时隙基站收发信机接收移动台的数据。对于每一个时隙都同时分配给上行链路和下行链路，只不过是分配给不同移动台占用的上行链路和下行链路。时隙0、1用于基站收发信机向移动台11发送数据，时隙2、3用于基站收发信机向移动台22发送数据，时隙4、5用于基站收发信机向移动台33发送数据，等等。同时，时隙3、4用于基站收发信机接收移动台11的数据，时隙5、6用于基站收发信机接收移动台22的数据，等等。对某一特定时隙，如时隙3，既接收移动台11的数据，同时又发射到移动台22的数据。

在本发明的另一种可选方案中，为每一次基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据指定3个时隙，在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙；基站收发信机的接收窗口相应扩展到3个时隙的宽度，如图6所示。也就是说，在图6中，时隙0、1、2用来完成基站收发信机向移动台11发送数据，相应的时隙3、4、5用来完成基站收发信机接收移动台11发来的数据。这样，在上面所述的向第4个时隙溢出0.08个时隙的情况下，由于第4个时隙仍然是属于移动台11的，则不会产生任何的数据混叠。这样，时间提前量可以扩展到GSM允许的最大时间提前量的3倍，即699微秒，而小区半径则也相应扩大为3倍。但在这种方案中，每个时分复用帧的最后两个时隙空闲不用。

在这种方案中，时隙0、1、2用于基站收发信机向移动台11发送数据，时隙3、4、5用于基站收发信机向移动台22发送数据，时隙6、7空闲不用。同时，时隙3、4、5用于基站收发信机接收移动台11的数据。对某一特定时隙，如时隙3，既接收移动台11的数据，同时又发射到移动台22的数据。

在本发明的又一种可选方案中，移动台不断监测移动台到基站收发信机之间的距离，并通过基站收发信机上报给基站控制器中的一个比较模块，该比较模块比较该距离与常规小区半径35千米之间的关系，并将比较结果输出给一个中央处理模块，该中央处理模块根据该比较的结果发送命令给执行模块，当比较结果是该距离小于常规小区半径35千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定1个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为1个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于常规小区半径35千米小于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为2个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为3个时隙的宽度；

当一个时分复用帧剩余的时隙不够为下一个相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定的时隙数时，该时分复用帧剩余的时隙闲置不用。

比如，移动台检测到移动台到基站收发信机的距离是7km。

移动台将该距离通过基站收发信机上报给基站控制器中的一个比较模块，该比较模块对该距离与常规小区半径35km进行比较，由于7km小于35km，则将该比较结果输出到中央处理模块，该中央处理模块中可以设置比如一个case语句，当小于35km时调用执行模块将时隙0分配给基站收发信机向移动台11发送数据，时隙3分配给基站收发信机接收移动台11的数据，同时将基站收发信机的接收窗口设置为1个时隙的宽度。

假设移动台检测到移动台到基站收发信机的距离是42km，超出了常规覆盖半径35km的边缘，但小于70km，则比较模块将比较结果输出到中央处理模块，在中央处理模块的case语句段中寻找大于35km小于70km的情况，则中央处理模块通过执行模块将时隙0、1分配给基站收发信机向移动台11发送数据，时隙3、4分配给基站收发信机接收移动台11的数据，同时将基站收发信机的接收窗口设置为2个时隙的宽度。

假设移动台检测到移动台到基站收发信机的距离是77km，超出了常规覆盖半径35km的2倍，则比较模块将比较结果输出到中央处理模块，在中央处理模块的case语句段中寻找大于70km的情况，则中央处理模块通过执行模块将时隙0、1、2分配给基站收发信机向移动台11发送数据，时隙3、4、5分配给基站收发信机接收移动台11的数据，同时将基站收发信机的接收窗口设置为3个时隙的宽度。

这样，本发明就提供了一种突破GSM系统时间提前量的限制扩展小区半径的方法。

Claims (7)

1、一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据；

B、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；

C、基站收发信机的接收窗口相应扩展到2个时隙的宽度。

2、根据权利要求1所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤A中，移动台根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系动态计算所述的定时提前量，它是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台到基站收发信机之间的时间延迟，得出时间提前量。

3、根据权利要求1或2所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤A中，移动台对得到的时间提前量与GSM所允许的最大时间提前量进行比较，当得到的时间提前量大于GSM所允许的最大时间提前量时，以GSM所允许的最大时间提前量作为步骤A所述的定时提前量，当得到的时间提前量小于GSM所允许的最大时间提前量时，以得到的时间提前量作为步骤A所述的定时提前量。

4、一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据：

B、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙，将每时分复用帧的最后2个时隙空闲不用；

C、基站收发信机的接收窗口相应扩展到3个时隙的宽度。

5、根据权利要求4所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤A中，移动台根据时间提前量与移动台到基站收发信机的距离之间的正比关系动态计算所述的定时提前量，它是以移动台到基站收发信机的2倍距离除以光速，计算出移动台至基站收发信机之间的时间延迟，得出时间提前量。

6、根据权利要求4或5所述的GSM通信系统扩大小区半径的方法，其特征在于：在步骤A中，移动台对得到的时间提前量与GSM所允许的最大时间提前量进行比较，当得到的时间提前量大于GSM所允许的最大时间提前量时，以GSM所允许的最大时间提前量作为步骤A所述的定时提前量，当得到的时间提前量小于GSM所允许的最大时间提前量时，以得到的时间提前量作为步骤A所述的定时提前量。

7、一种GSM通信系统扩大小区半径的方法，在从移动台到基站收发信机的上行链路的时分复用帧落后于从基站收发信机到移动台的下行链路的时分复用帧3个时隙的GSM通信系统中，

A、在基站收发信机通过下行链路向移动台发射数据之后，经过3个时隙减去一个定时提前量的时间，移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据；

B、移动台不断监测移动台到基站收发信机之间的距离，并通过基站收发信机上报给基站控制器中的一个比较模块，该比较模块比较该距离与常规小区半径35千米之间的关系，并将比较结果输出给一个中央处理模块，该中央处理模块根据该比较的结果发送命令给执行模块，当比较结果是该距离小于常规小区半径35千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定1个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为1个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于常规小区半径35千米小于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定2个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为2个时隙的宽度；

当比较结果是该距离大于2倍常规小区半径70千米时

a、在基站收发信机向移动台发射数据3个时隙之后，中央处理模块通过执行模块为相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定3个时隙；

b、中央处理模块通过执行模块将基站收发信机的接收窗口设置为3个时隙的宽度；

当一个时分复用帧剩余的时隙不够为下一个相应的移动台通过上行链路向基站收发信机发射数据的信道指定的时隙数时，该时分复用帧剩余的时隙闲置不用。

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