CN1135785C - 为cdma基站提供客户机/服务器结构的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了用于无线通信系统的一种基础设施，包括：1)多个能在该无线通信系统中发射话音和数据信号给移动单元并从移动单元接收话音和数据信号的客户基站收发信台。以及2)通过客户机/服务器主干结构与多个客户基站收发信台连接的基站服务器，该服务器能在基站收发信台和外部的有线通信系统之间传送话音和数据信号。

Description

为CDMA基站提供客户机/服务器结构的系统和方法
本发明涉及一种无线通信系统、系统中的基础设施以及系统中用于与移动单元传送话音和数据信号的方法。
1996年，世界上超过7千5百万人使用蜂窝电话。可靠预测表明2000年将有超过3亿蜂窝电话用户。在美国，蜂窝服务不仅由专用蜂窝业务的提供者提供，而且由一些地区性贝尔公司如U.S.West，BellAtlantic和Southwestern Bell，和一些国内长途公司如AT&T和Sprint提供。增强的竞争已使蜂窝设备的价格下降到大部分民众负担得起的价位上。
这种竞争还导致了蜂窝电话技术中迅速而广泛的革新。模拟蜂窝系统现在正与数字蜂窝系统竞争。以前的频分多址接入(FDMA)和时分多址接入(TDMA)系统现在正与码分多址接入(CDMA)系统竞争。为了最大限度地增加可在单独一个蜂窝系统中接受服务的用户数量，通过将各个小区做得更小和用更多数量的小区覆盖同一地理区域来最大限度地实现频率再用。在一种典型的系统升级中，几个原来的相邻小区被分成更多的具有不同频率分配的更小的小区。为使使用相同频率范围的小区之间的距离为最大，需要小心从事。这些更小的小区中的每一个可以被进一步划分，例如通过使用分区天线把小区分成例如3个120度的扇区。多扇区多频率的技术很大地增加了被服务的用户数量。
因此，基站收发信台数量的增加和/或分区天线导致了基础设施费用的增加。为了补偿这个增加的费用，蜂窝业务提供者渴望进行革新，以降低设备费用、维护/修理费用和运行费用，或者用以提高设备质量/可靠性，和可由蜂窝系统服务的用户数量。许多这种革新集中在服务质量的提高(如扩展数字PCS业务)、用户设备改进(如使具有更长电池寿命的蜂窝手机更小更轻)或基础设施费用的降低(如使蜂窝基站收发机更小更廉价，更可靠)。
当用常规无线技术使小区变得更小时，会遇到数据业务量的问题。为每个小区服务的基站收发信台一般通过T1线连到基站控制器。每个由基站收发信台处理的激活的呼叫被分配到T1线上的一个专用时隙中。这种类型的连接有许多缺点。T1线有相对较窄的带宽，基站控制时隙中。这种类型的连接有许多缺点。T1线有相对较窄的带宽，基站控制器要频繁地从各基站收发信台收集与基站收发信台和它所处理的激活的呼叫相关的超出其性能的数据。实现这一功能需要大量带宽，而这个带宽通常会比T1所能同时支持的正在进行的话音数据传送所需要的带宽更宽。
这个问题由于移动单元对高带宽应用的增加而变得更糟。例如，许多移动单元可能是执行多媒体应用的便携计算机或视频设备如电视会议设备。分给每个移动单元的T1带宽实在太小了，不能有效地执行这些高带宽应用。其结果是许多视频应用显示的是闪烁不定的图象，许多音频应用出现的是结结巴巴的效果。
因此需要从技术上改善无线通信系统，使它为有能力使用多媒体和视频应用的移动装置提供可靠的高带宽通信链路。特别地，需要改善无线基础设施，以便为每个激活的移动单元提供具有最小等待时间的有保证的带宽量。
针对现有技术的上述不足，本发明的主要目的是提供一种用于无线通信系统的基础设施，它包括：(1)能在无线通信系统内传送话音和数据信号给移动单元并从移动单元接收话音和数据信号的多个客户基站收发信台；以及(2)通过客户机/服务器主干结构与多个基站收发信台连接的基站服务器，基站服务器能在多个基站收发信台和外部的有线通信系统之间传送话音和数据信号。
在本发明的一种实施例中，基站服务器和多个基站收发信台通过ISO同步以太网客户机/服务器协议未进行通信。
在本发明的一种优选实施例中，多个客户基站收发信台中的每一个在CDMA接入协议下运行。
在本发明的另一种实施例中，多个客户基站收发信台中的每一个被分配以选定的发射和接收频率。在本发明的某些实施例中，分配给多个基站收发信台的选定的发射和接收频率是互不相同的。
在本发明的另一种实施例中，基站服务器把ISO同步以太网中的一个子信道分配给在多个基站收发信台中的一个和移动单元之间的一个选定的无线通信链路。
还有一种本发明的实施例中，基站服务器从多个基站收发信台中的至少一个接收涉及在至少一个基站收发信台和所选移动单元之间的所选无线通信链路的射频特性数据。
在本发明的另一种实施例中，基站服务器包括能发射话音和数据信号给移动单元以及从移动单元接收话音和数据信号的基站收发信台。
以上已相当广义地概括了本发明的特征和技术优点，因此那些熟知这种技术的人士可以更好地理解接下来的本发明的详细描述。本发明的另外的特征和优点此后也将被描述而形成本发明权利要求中的项目。那些熟知这种技术的人士应该理解，他们可以准备使用所揭示的概念和特定方案来修改或设计以便达到与本发明相同目的的其它结构。那些熟知此种技术的人士还会认识到这样的等价构造并没有超出本发明的最广义形式下的精神和范围。
为了更完全地理解本发明及其优点，可参考下面的描述及附图，在这些图中同样的数字指示同类的客体，这些图包括：
图1说明根据本发明的一种实施例的示范性无线通信系统。
图2说明根据现有技术的示范性无线基础设施。
图3说明根据本发明的一种实施例的示范性无线基础设施。
图4说明根据本发明的一种实施例的示范性基站服务器例子的运行流程图。
以下讨论的图1到3和在这个发明文件中用于描述本发明原则的各种方案只是作为说明之用而无论如何也不应限制本发明的范围。那些熟知这类技术的人士能理解本发明的原则能以任何合适的设计处理方式来实现。
图1说明根据本发明的一种方案的示范性无线通信系统100，这种无线电话网100包括：多个蜂窝小区121-123，其中每一个包含基站收发信台BTS101，BTS102或BTS103中的一个。在本发明的一种优选方案中，无线通信系统100是基于CDMA的系统。基站收发信台101-103可以和多个移动单元(M)111-114通信。移动单元111-114可以是任何合适的蜂窝设备，包括常规蜂窝电话、PCS手持设备、便携计算机、和计量设备等等。
虚线表示小区121-123的近似边界，在这些小区中，设有基站收发信台101-103。小区被近似表示为圆形，这仅仅是出于说明和解释的目的。应该清楚地理解，小区可以有其它形状，如六角形，这依赖于所选择的小区的结构和自然的以及人为的障碍。正如下面结合图3所更详细说明的，在本发明的一种优选方案中，BTS101，BTS102和BTS103通过一种ISO同步以太网在彼此之间以及和公共电话系统(未示出)之间传送话音和数据信号。
在这种示范性无线通信系统100中，移动单元111位于小区121中，并与BTS101通信，移动单元113位于小区122中并与BTS102通信，移动单元114位于小区123中并与BTS103通信。移动单元112位于小区121中，靠近小区123的边界。贴近移动单元112的指示箭头表示移动单元向小区123移动。当移动单元112在移入小区123，移出小区121时的某个点上，将发生“切换”。
切换是众所周知的过程，用于从第一个小区向第二个小区转移对呼叫的控制。例如，如果移动单元112正与BTS101通信，并感到从BTS101来的信号正在变得不可接受的弱，移动单元112就切换到一个有更强信号(如从BTS103发出的信号)的BTS。移动单元112和BTS103建立一条新的通信链路，一个信号被送到BTS101和公共电话网以便通过BTS103来实现正在进行的话音和/或数据信号传送。因而呼叫被无接缝地从BTS101转移到BTS103。
在常规无线通信系统中，BTS101，BTS102和BTS103中的发射机根据覆盖面积的尺寸(或者形状)在所选择的RF输出功率电平上发射向外的信号。RF输出功率电平被设置在能确保移动单元在接近每个小区边界时也能收到足够强的信号以形成可靠通信链路的最低电平上。如果信号降到最小可接收的阈值以下，每个移动单元就发射控制信号给基站收发信台以增加基站收发信台的RF输出功率电平。此外，为了确保从移动单元接收到的RF信号以近似相同的功率被接收，基站收发信台发射功率控制信号给移动单元以便增加或减少移动单元的RF输出功率电平。
在本发明的一种优选方案中，无线通信系统101中的发射机包括可变功率发射机放大器，每当基站收发信台确定它的RF输出信号的功率电平可以在功率放大器中保持在一个较低的DC电源功率电平上时，这个可变功率发射机放大器可以减少被一个或多个基站收发信台101-103消耗的DC电源功率。
为了简单起见，在进一步解释本发明的运行时，从基站收发信台发射到移动单元的话音，数据和/或控制信号，在下文中将被统称为“前向信道信号”。此外，从移动单元发射到基站收发信台的话音，数据和/或控制信号在下文中将被统称为“反向信道信号”，为了更完全地解释本发明的特征和优点，首先解释一个常规无线基础设施的示范实施例是有益的。
图2说明根据现有技术的无线基础设施例子。无线基础设施200包括通过数据链路231，232，233与多个基站收发信台221，222，和223(下文中分别被称为BTS1，BTS2，BTS3)耦合连接的基站控制器(BSC)202。BTS1，BTS2和BTS3以双向方式从事与分别在由BTS1，BTS℃，BTS3服务的小区中的移动单元的通信。基站控制器202实施对BTS1，BTS2，BTS3的设备运行和维护(O&M)数据的装入。基站BTS1，BTS2，BTS3中的每一个由BSC202单独控制。在常规无线技术中，数据链路231，232和233是T1线或E1线。
BSC202通过数据链路212连接移动交换中心204，数据链路212典型地是一种T1连接。移动交换中心(MSC)204是一种交换接口，提供基站控制器202和其它基站控制器(未示出)及公共电话网206之间的连接。MSC204通过数据链路211连接公共电话网206，这种数据链路211可能是例如T1或T3连接，依赖于业务条件而定。
无线基础设施200的数据业务量受到BTS1-BTS3和BSC202之间的T1连接的限制。通过数据链路231-233从BTS1-BTS3传送来的数据在T1连接上被分配给时隙。从移动单元来的反向信道信息中的话音和数据信号必须与送给BSC202的作为运行维护数据的一部分的各种监测执行数据争用带宽。监测数据包括接收信号强度指示(RSSI)数据，信噪比(Eb/Nc)数据，RF性能数据，等等。监测数据给T1连接强加了高带宽需求，留下较少的可用于处理反向信道消息的带宽。无线基础设施200有限的业务容量也限制了由移动单元实施的与BTS1，BTS2和BTS3通信应用的性能。由移动单元传送的高带宽应用的数据，例如视频流，必须被分到T1连接上的许多时隙。这导致延迟并限制这些应用可以运行的速度。
在一种无线基础设施200的数据业务量的典型升级中，由BTS1，BTS2和BTS3中之一所覆盖的小区被分成多个扇区，这些扇区各由单个基站来对其服务。例如，如果BTS1被分成3个小区，则一种扇形天线将被装入BTS1，小区将被分成3个120度的扇区。每个扇区接收独立的频率分配。这个方法在提供覆盖小区所需扇区的数量上受到硬件和软件的限制，也给基站的收发信台强加了频率限制。
本发明为无线基础设施提供一种改进的多分区多频率技术。本发明利用一个基站作为服务器向多个客户基站收发信台提供资源，这些资源针对不同分区和频率来进行配置且互不相同和相互独立。这种基站服务器与多个客户基站收发信台以ISO同步以太网的方式进行连接。
图3说明根据本发明的一种方案的示范性无线基础设施。无线基础设施300包括分别通过ISO同步以太网连接331至336与多个客户基站收发信台321至326(以下分别称之为客户BTS1至BTS6)耦合连接的基站服务器301。客户BTS1至客户BTS6从事与被客户BTS1至客户BTS6所服务的各小区中的移动单元的双向话音和数据通信。基站服务器301根据为ISO同步以太网制定的IEEE-802.9协议进行常规客户机/服务器数据传送。
基站服务器301通过数据链路313，耦合连接到基站控制器(BSC)302，该链路可以是高容量数据连接，例如ATM或SONET连接。基站控制器302实施对设备BTS1至BTS3的运行和维护(O&M)数据的装入。BSC302通过数据链路302耦合连接到移动交换中心304。移动交换中心(MSC)304提供BSC302和其它基站控制器(未示出)以及公共电话网206之间的连接。MSC304通过数据链路311连到公共电话网206。数据链路311和312可以是高容量数据连接，例如ATM或SONET连接，以处理由移动单元执行的高带宽应用。
基站服务器301本身可以是能传送前向信道信号给移动单元并从移动单元接收反向信道信号的基站收发信台。因此基站服务器301和客户机BTS1至BTS6组成了全部7个基站收发信台，可以被部署来覆盖由图2中的BTS1，BTS2和BTS3所覆盖的地理区域。基站服务器301和客户BTS1至客户BTS6中的每一个在功能上等价于图1中的BTS101，BTS102和BTS103。
众所周知，ISO同步以太网主干结构连接是熟知的电路交换信道和分组交换信道的组合。ISO同步以太网向基站服务器301提供96个64KbpsB信道和1个64KbpsD信道(通常用于信令)，和10Mbps以太网带宽(即10base-T连接)。96个B信道、D信道和10Mbps的以太网带宽可以分配给6个客户机，即客户BTS1至客户BTS6。D信道和每个B信道可以映射到客户BTS1至BTS6中之一来定义基站收发信台数据链路(信道索引)。10Mbps以太网带宽可以用于为各基站收发信台中的空中接口收集RSSI数据、信噪比(Eb/Eo)数据、RF性能数据，等等。此外，10Mbps可用于传送高带宽反向信道信号，例如被客户BTS1至BTS6中之一接收的视频数据。
在本发明的一种优选方案中，基站服务器301和客户机BTS1至BTS6中的每个使用互不相同的发射和接收频率配置以覆盖不同的扇区。ISO同步以太网主干的使用和能把D信道与B信道以及10Mbps以太网带宽进行映射能力可使基站资源带宽通过一个接点分配给多个基站(点到多点配置)。单独一个网络地址就可以用于识别基站服务器和客户BTS1至客户BTS6。
图4是用于说明根据本发明的一种方案的示范性基站服务器301的运行流程图。基站服务器301分配D信道和96个B信道给所选定和客户基站收发信台(进程步骤401)。分配给每个客户基站收发信台的D/B信道数目可以从1个信道到全部97个信道，这取决于特定客户基站收发信台处理的业务信道的数目。每个D/B信道可以同时处理从一个客户基站收发信台来的几个呼叫。最初，D/B信道可以根据预定计划被分配给各客户基站收发信台，然后根据业务承载被再分配给各客户基站收发信台。
基站服务器301根据不同准则分配移动单元给选定的客户基站收发信台(进程步骤402)。从给定的激活的移动单元来的可接受强度的反向信道信息信号可被一个以上客户基站收发信台所接收。移动单元也可以从一个以上客户基站收发信台接收一个可接受强度的前向信道信息信号。然后，移动单元发出通知信息给客户基站收发信台中的一个，以指示哪个客户基站收发信台被移动单元最强接收。根据哪个客户基站收发信台接收最强反向信道信息信号或根据哪个客户基站收发信台被移动单元最强接收，基站服务器301指定一个客户基站收发信台来处理那个移动单元。
此后，基站服务器301从移动单元接收呼叫并将这些话音和数据信息送到公共电话网206。基站服务器301也从公共电话网206接收呼叫并将这些话音和数据信息送到移动单元(进程步骤403)。当正在漫游的移动单元从一个客户基站收发信台切换到另一个客户基站收发信台时，基站服务器301重新分配可处理与这个移动单元通信的B/D信道。
作为它的后台运行和维护活动的部分，基站服务器301也收集关于空中接口的相关性能数据。根据每个客户BTS1至BTS6处理的呼叫数量，基站服务器301把10Mbps以太网(即10-baseT)带宽中选定数量的带宽分配给客户BTS1至客户BTS6中的每一个(进程步骤404)。在预定间隔内，基站服务器从从每个客户基站收发信台下载数据，例如RSSI、信噪比(Eb/No)数据、RF性能数据，等等(进程步骤405)。
然后，基站服务器301把这些性能数据传送给基站控制器302，它执行实际的运行与维护的数据处理。此外，B信道中的反向信道信号(即从移动单元来的话音和/或数据)也被传送到基站控制器302，最后送到移动交换中心304(进程步骤406)。
本发明的以上描述说明了在无线通信系统中客户机/服务器拓扑结构的有利应用以创造一种多分区，多频率基站系统。客户机/服务器主干允许灵活分配B信道和10Mbps以太网带宽，因而使小区容易扩展。
尽管本发明已被详细描述，那些熟知这类技术的人士应该理解，他们可以在此作不超出本发明在其最广义形式下的精神和范围的各种变化，替换和改变。

Claims (18)

1.一种用于无线通信系统的基础设施，包括：
能在该无线通信系统内传送话音和数据信号给移动单元并从该移动单元接收话音和数据信号的多个客户基站收发信台；以及
通过客户机/服务器主干结构与该多个客户基站收发信台连接的基站服务器，该基站服务器能在上述多个基站收发信台和外部的有线通信系统之间传送话音和数据信号，并把子信道分配给在该多个基站收发信台中的一个和移动单元之间的一个选定的无线通信链路。
2.如权利要求1的基础设施，其特征在于，该基站服务器和该多个基站收发信台通过ISO同步以太网客户机/服务器协议来进行通信。
3.如权利要求2的基础设施，其特征在于，该多个客户基站收发信台中的每一个在CDMA接入协议下运行。
4.如权利要求3的基础设施，其特征在于，该多个客户基站收发信台中的每一个被分配以选定的发射和接收频率。
5.如权利要求4的基础设施，其特征在于，分配给该多个客户基站收发信台的选定的发射和接收频率是互不相同的。
6.如权利要求4的基础设施，其特征在于，该基站服务器从该多个基站收发信台中的至少一个接收涉及在该至少一个基站收发信台和所选移动单元之间的所选无线通信链路的射频特性数据。
7.如权利要求1的基础设施，其特征在于，该基站服务器包括能发射话音和数据信号给该移动单元以及从该移动单元接收话音和数据信号的基站收发信台。
8.用于与多个移动单元通信的无线通信系统，包括：
用于从外部的有线通信系统传输话音和数据信号的移动交换中心；
与该移动交换中心连接的基础设施，包括：
能发送话音和数据信号给该移动单元并从该移动单元接收话音和数据信号的多个客户基站收发信台；以及
通过客户机/服务器主干结构与该多个客户基站收发信台连接的基站服务器，该基站服务器能在该多个基站收发信台和外部的有线通信系统之间传送话音和数据信号，并把子信道分配给在该多个基站收发信台中的一个和移动单元之间的一个选定的无线通信链路；以及
与该移动交换中心相连接、用于控制该基站服务器的基站控制器。
9.如权利要求8的无线通信系统，其特征在于，该基站服务器和该多个基站收发信台通过ISO同步以太网客户机/服务器协议来进行通信。
10.如权利要求9的无线通信系统，其特征在于，该多个客户基站收发信台中的每一个在CDMA接入协议下运行。
11.如权利要求10的无线通信系统，其特征在于，该多个客户基站收发信台中的每一个被分配以选定的发射和接收频率。
12.如权利要求10的无线通信系统，其特征在于，分配给该多个客户基站收发信台的选定的发射和接收频率是互不相同的。
13.如权利要求11的无线通信系统，其特征在于，该基站服务器从该多个基站收发信台中的至少一个接收涉及在该至少一个基站收发信台和选定的移动单元之间的所选无线通信链路的射频特性数据。
14.如权利要求8的无线通信系统，其特征在于，该基站服务器包括能发射话音和数据信号给该移动单元并从该移动单元接收话音和数据信号的基站收发信台。
15.在移动通信系统中用于传送被发射到移动单元或从移动单元接收的话音和数据信号的方法，该方法包括以下步骤：
从移动单元接收能在客户基站收发信台起动该多个基站收发信台中的一个和移动单元之间的一个选定的无线通信链路的信号，这个客户基站收发信台能发射话音和数据信号给移动单元并从移动单元接收话音和数据信号。
向与客户基站收发信台连接的基站服务器通知这条通信链路的起动，其中该基站服务器和客户基站收发信台是通过客户机/服务器协议而通信的；以及
给无线通信链路分配客户机/服务器协议中的信道。
16.如权利要求15的方法，其特征在于，其中的客户机/服务器协议是一种ISO同步以太网客户机/服务器协议。
17.如权利要求15的方法，其特征在于，其中的客户基站收发信台在CDMA接入协议下运行。
18.如权利要求15的方法，其特征在于，其中的基站服务器从客户基站收发信台接收涉及客户基站收发信台和移动单元之间的无线通信链路的射频特性数据。
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