CN1182739C - 移动通信系统的接力通信设备及其通信方法 - Google Patents

Abstract

一种接力通信设备及其通信方法和使用该设备的移动通信系统属于时分双工或频分双工移动通信系统领域。接力设备主要包括终端接入功能单元、独立天线及馈线、射频收发信机、物理层信号处理设备、基站功能单元、独立天线及馈线、物理层信号处理设备、总控制单元、数字信号处理器、控制总线等。采用本发明接力通信设备的移动通信系统包括至少一个所述接力通信设备。本发明的设备可以将基站功能部分的天馈系统布置在移动通信网络没有覆盖到的区域，使普通用户终端在该地区获得服务；也可以在急需提供服务的地区迅速提供服务，使系统的覆盖状况大大改善，使火车、长途汽车上的移动通信用户在旅行中自由地通信，使大建筑物内的用户方便地获得服务。

Description

移动通信系统的接力通信设备及其通信方法

技术领域

本发明涉及的是一种移动通信系统的接力通信技术，特别是一种用于移动通信系统的接力通信设备及其通信方法和使用该设备的移动通信系统，属于时分双工或频分双工移动通信系统领域。

背景技术

在第三代移动通信系统中，典型的设备包括核心网、基站控制器(或者称无线网络管理器)、无线基站和用户终端等大类。在时分双工(如TD-SCDMA系统)或频分双工移动通信系统中，既具有用户终端的功能，又具有无线基站功能的设备称之为接力设备。接力设备在如下环境下有特别重要的用途：与基站控制器之间架设光缆或电线比较困难的地区；由于战争、地震、水灾等自然灾害，造成已经架设好的基站或连接它们的光缆、电线损坏，使得此地区无线移动通信系统瘫痪的时候；在火车、长途汽车上，车厢密闭，移动通信用户难以和外边移动通信系统通信时；在大建筑物内，由于电波穿透能力达不到而出现用户较多又难以通信的地区。在目前的移动通信系统中，在系统覆盖比较差的地区是使用转发器(repeater)来改善覆盖；在火车汽车等车厢内，则主要是用特殊的终端设备(如车载、使用专用终端)等方法来解决部分问题；在城市大建筑物内，则都是新增加基站或者架设泄漏式天线等手段。使用特殊终端设备会限制用户私人终端的使用场合，而使用转发器或新增加基站、架设泄漏天线等方式需要架设电缆、光缆或微波链路，实现起来不够灵活。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种接力通信设备及其通信方法和使用该设备的移动通信系统，使其可以象基站一样与终端进行通信，同时又可以象一个终端一样与系统中的基站进行通信，而不需要架设电缆、光缆来实现与系统的连接，具有部署快捷灵活的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的接力设备主要包括：终端接入功能单元、独立天线及馈线、射频收发信机、物理层信号处理设备、基站功能单元、独立天线及馈线、物理层信号处理设备、总控制单元、数字信号处理器、控制总线、高速数据总线，总控制单元通过高速数据总线和控制总线与终端接入功能单元和相连，并通过高速数据总线和控制总线与基站功能单元相连，终端接入功能单元完成接力设备与移动通信网之间的无线信号收发，终端接入功能单元发送来自总控制单元的数据给移动通信网络，再依次经过物理层信号处理设备、射频收发信机处理后变成无线信号通过馈线及天线发送到空中，移动通信网络发送给终端接入功能单元的无线信号在依次经过天线及馈线、射频收发信机、物理层信号处理设备处理后以数字信号的形式输出到总控制单元，基站功能单元完成接力设备与移动终端之间的无线信号收发，基站功能单元发送来自总控制单元的数据给移动终端，再依次经过物理层信号处理设备、射频收发信机处理后变成无线信号，通过天线及馈线发送到空中，移动终端发送给基站功能单元的无线信号在依次经过天线及馈线、射频收发信机、物理层信号处理设备处理后以数字信号的形式输出到总控制单元。

终端接入功能单元包括：独立天线及馈线、一只或多只射频收发信机、物理层信号处理设备，射频收发信机与独立天线及馈线相连，物理层信号处理设备与射频收发信机相连，射频收发信机同时能在至少一个载波、多时隙工作，物理层信号处理设备由专用芯片ASIC、可编程器件构成，完成和移动通信网中常规基站通信中的物理层信号处理。

基站功能单元包括：独立天线及馈线，一只或多只射频收发信机、物理层信号处理设备，射频收发信机与独立天线及馈线相连，完成接力设备和本子网中移动用户终端之间的空中接口物理层信号处理，物理层信号处理设备与独立射频收发信机相连，射频收发信机同时能在至少一个载波、多时隙工作，物理层信号处理设备由专用芯片ASIC和可编程器件构成，完成和本子网中移动用户终端通信中的物理层信号处理。

总控制单元包括：多个数字信号处理器、控制总线、高速数据总线、终端话音及数据接口、本地监测终端LMT接口，总控制单元处理终端和基站的高层信令，总控制单元根据移动通信系统下达的指令，实现设备的配置和子网内的无线资源管理，对整个设备运行实行监测和控制，并具有和终端接入单元及基站功能单元之间的控制总线；总控制单元提供和终端接入单元及基站功能单元之间的高速数据总线；总控制单元提供信号交换功能，使本子网络内的通信业务数据不提供终端单元至移动通信系统以提高此子网的容量，提供终端话音及数据接口，以使本设备具有终端的完整功能，并提供监测、管理本地监测终端LMT的接口。

终端接入功能单元内的物理层信号处理设备和基站功能单元内的物理层信号处理设备合并在一起实现。

基站功能单元支持不同无线接口规范的终端接入。数字信号处理器为MCU、DSP或ASIC。总控制单元包括终端话音及数据接口，以使本设备具有终端的完整功能。总控制单元包括监测、管理本地监测终端LMT的接口。

本发明的接力通信设备的通信方法，具体如下：

A.初始化：接力通信设备的终端接入单元搜索到基站，向所述基站发起接入请求，网络通过基站发送的下行信道向终端接入单元发送配置信息，接力通信设备根据配置信息对自身进行配置，

B.接力设备子网提供服务：初始化完成后，所述接力设备通过终端接入单元保持对所述基站广播信道的监听，并通过基站功能单元向自己的覆盖区域发送子网的广播信道和其他必要的下行公共信道，为在其覆盖区域的终端提供服务，

C.接力设备服务结束：当不再需要接力设备来实现对该区域的覆盖后，所述接力通信设备通过终端接入单元向所述基站发送信息，启动资源释放的过程，服务结束，删除子网。

在进行方法A之前将接力通信设备的基站功能单元天馈部分置于期望其覆盖的区域内，并将接力通信设备的终端接入单元天馈部分置于所述基站覆盖的地理区域内。在方法A中网络通过所述基站发送的下行信道向所述的终端接入单元发送配置信息包括载频、最大发射功率等等。

在方法B中，在所述接力通信设备的覆盖区域内，终端搜索到该子网的下行公共信道，所述的下行公共信道的信号来自接力设备，终端在所述接力设备覆盖区域内利用接力设备的基站功能单元提供的无线资源与接力设备建立、保持或释放无线连接，如所述终端的通信目的地是另一个终端，且通信的两个终端均在同一子网内，则所述的接力设备完成对所述两个终端信号的交换，与计费相关的信息通过所述接力设备的基站功能单元传送给基站。如所述的终端通信目的地是子网外的用户，则所述的接力通信设备通过基站功能单元接收所述终端的信号，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过终端接入单元把信息发给所述基站，同时通过终端接入单元接收所述基站发给终端的信息，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过基站功能单元发给所述终端。

采用本发明的接力通信设备的移动通信系统，包括至少一个终端、至少一个基站，还包括至少一个接力通信设备，接力通信设备至少包括一个终端接入单元和一个基站功能单元，并覆盖一定的地理区域，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备的基站功能单元相互收发无线信号，基站可覆盖一定的地理区域，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内通过终端接入单元与所述基站相互收发无线信号，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备建立、保持或释放无线连接，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内与基站建立、保持或释放无线连接。

终端在接力通信设备覆盖的地理区域内搜索到所述接力通信设备在下行公共信道上发送的信号，并认为此信号是普通基站发送的信号。终端可以用与普通基站建立、保持或释放无线连接的方法来建立、保持或释放无线连接。

在终端与的接力通信设备保持连接的阶段，接力通信设备根据终端通信目的地不同，在通信的目标终端在子网内时，负责两个终端的信令、数据处理和交换；或者通信目标终端不在子网内时，负责将所述终端和所述基站信息的信令、数据处理和交换。

以时分双工移动通信系统为例介绍本发明的工作方式。如第三代移动通信的TD-SCDMA系统具有多时隙结构，每个时隙的上下行均是可以由系统设定的。以TD-SCDMA标准为例，此接力设备所提供的子网可以看作移动通信网内的一个小区，用户终端在此子网中工作方式和移动通信网中没有差别。接力设备安装完毕，搜索邻近基站，申请接入。开始工作时，其基站功能单元是不能发射信号的。它首先要由其终端接入单元搜索邻近基站，如普通终端一样申请接入，在接入时提出此接力设备工作申请。此申请被系统所接受后，系统将为此接力设备进行配置，配置其工作载波频率、最大发射功率电平、业务容量、与基站之间传输业务的时隙或者码道等等必须的参数。接力设备在获得配置后，子网开始工作，将通过其终端接入单元接收来自网络中基站所发射的广播及寻呼信道(BCCH及PCH)，并可以将此信道的信息全部或部分在自己的基站功能单元广播信道转发出去，或者生成自己的广播信息通过广播信道发出去。对此子网覆盖区域的终端，将视此子网(接力设备)为一个普通基站，用完全相同的方式通信。对具有交换功能的接力设备，工作方式可以设置为：在子网内终端之间的通信(不论话音或者数据)均在此接力设备内交换，而仅仅向系统传输计费信息而不传输业务数据，以增加系统容量；对子网内终端和子网外终端之间的通信(不论话音或者数据)，则本接力设备只起转发的作用，通过与邻近基站之间的业务时隙(码道)转发到基站，并通过基站连接至系统，其工作方式和普通业务相同。当一次通信结束后，系统或者接力终端将释放资源，为其它用户使用。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明的设备可以将基站功能部分的天馈系统布置在移动通信网络没有覆盖到的区域，使具有普通用户终端的用户在在该地区获得服务；也可以在急需提供服务的地区迅速提供服务。这可以使系统的覆盖状况大大改善，使火车、长途汽车上的移动通信用户可以在旅行中自由地通信；使大建筑物内的用户方便地获得服务。

附图说明

图1移动通信网中本发明的接力设备

图2本发明的接力设备方框图

图3本发明的接力设备基本工作流程图

具体实施方式

本发明用于移动通信系统中的位置如图1所示，系统中一部分基站221，222，…，22n通过有线或者无线方式和基站控制器连接，并覆盖一定地区。在这些覆盖区内，通过移动通信服务。但在另一些地区231，232，…，23m，是正常基站所无法覆盖的。使用本发明的接力设备241，242，…，24k，此接力设备终端接入单元的天线架设在正常基站221，222，…，22n覆盖的区域；而其基站功能单元的天线则覆盖正常基站所无法覆盖的区域，形成一个子网络。用户终端在此子网络覆盖区域内和在正常基站覆盖区域内的工作方式完全相同。可见接力设备扩大和改善了移动通信网的覆盖。由于此接力设备可以安装在移动体，如在火车、长途汽车上，在其密闭车厢内部组成子网，更增加了移动通信网的功能。

本发明的设备原理方框图如图2所示，主要包括：终端接入功能单元1、第二独立天线及馈线2、第二射频收发信机3、第二物理层信号处理设备4、基站功能单元5、第一独立天线及馈线6、第一射频收发信机7、第一物理层信号处理设备8、总控制单元9、数字信号处理器10、控制总线11、高速数据总线12，总控制单元9通过高速数据总线12和控制总线11与终端接入功能单元1相连，并通过高速数据总线12和控制总线11与基站功能单元5相连，终端接入功能单元1完成接力设备与移动通信网之间的无线信号收发，终端接入功能单元1发送来自总控制单元9的数据给移动通信网络，在依次经过第二物理层信号处理设备4、第二射频收发信机3处理后变成无线信号、通过天线及馈线2发送到空中，移动通信网络发送给终端接入功能单元1的无线信号在依次经过天线及馈线2、第二射频收发信机3、第二物理层信号处理设备4处理后以数字信号的形式输出到总控制单元9，基站功能单元5完成接力设备与移动终端之间的无线信号收发，基站功能单元5发送来自总控制单元9的数据给移动终端，在依次经过第一物理层信号处理设备8、第一射频收发信机7处理后变成无线信号、通过天线及馈线6发送到空中，移动终端发送给基站功能单元5的无线信号在依次经过天线及馈线6、第一射频收发信机7、第一物理层信号处理设备8处理后以数字信号的形式输出到总控制单元9。

终端接入功能单元1包括：第二独立天线及馈线2、一只或多只第二射频收发信机3、第二物理层信号处理设备4，第二射频收发信机3与第二独立天线及馈线2相连，第二物理层信号处理设备4与第二射频收发信机3相连，射频收发信3机同时能在至少一个载波、多时隙工作，第二物理层信号处理设备4由专用芯片ASIC、可编程器件构成，完成和移动通信网中常规基站通信中的物理层信号处理。

基站功能单元5包括：第一独立天线及馈线6，一只或多只第一射频收发信机7、第一物理层信号处理设备8，第一射频收发信机7与第一独立天线及馈线6相连，完成接力设备和本子网中移动用户终端之间的空中接口物理层信号处理，第一物理层信号处理设备8与独立第一射频收发信机7相连，第一射频收发信机7同时能在至少一个载波、多时隙工作，第一物理层信号处理设备8由专用芯片ASIC和可编程器件构成，完成和本子网中移动用户终端通信中的物理层信号处理。

总控制单元9包括：多个数字信号处理器10、控制总线11、高速数据总线12、终端话音及数据接口13、14、本地监测终端LMT接口15，总控制单元9处理终端和基站的高层信令，总控制单元9根据移动通信系统下达的指令，实现设备的配置和子网内的无线资源管理，对整个设备运行实行监测和控制，并具有和终端接入单元及基站功能单元之间的控制总线11；总控制单元9提供和终端接入单元及基站功能单元之间的高速数据总线12；总控制单元9提供信号交换功能，使本子网络内的通信业务数据不提供终端单元至移动通信系统以提高此子网的容量，提供终端话音及数据接口13、14，以使本设备具有终端的完整功能，并提供监测、管理本地监测终端LMT的接口15。

采用本发明的接力通信设备进行通信的方法具体如下：

A.初始化：所述接力通信设备的终端接入单元搜索到所述基站，向所述基站发起接入请求。网络通过所述基站发送的下行信道向所述的终端接入单元发送配置信息，如载频、最大发射功率等。所述的接力通信设备根据配置信息对自身进行配置。

B.接力设备子网提供服务。初始化完成后，所述接力设备通过终端接入单元保持对所述基站广播信道的监听，并通过基站功能单元向自己的覆盖区域发送子网的广播信道和其他必要的下行公共信道，为可能在其覆盖区域的终端提供可能的服务。

在所述接力通信设备的覆盖区域内，终端可以搜索到该子网的下行公共信道，并认为所述的下行公共信道的信号来自一个基站，即对终端而言，所述的接力设备就是一个普通基站。终端可在所述接力设备覆盖区域内利用接力设备的基站功能单元提供的无线资源与接力设备建立、保持或释放无线连接。此时根据终端通信的目的地不同，接力设备有两种工作模式：

第一，所述终端的通信目的地是另一个终端，且所述的另一个终端也在所述接力通信设备的覆盖区域内与所述的进行接力设备通信保持无线连接，即通信的两个终端均在所述子网内，则所述的接力设备完成对所述两个终端信号的交换，此时与计费相关的信息是可以通过所述接力设备的基站功能单元传送给基站的，但业务信息可以不传递到所述的基站。

第二，所述的终端通信目的地是子网外的用户，则所述的接力通信设备通过基站功能单元接收所述终端的信号，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过终端接入单元把信息发给所述基站；同时通过终端接入单元接收所述基站发给所述终端的信息，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过基站功能单元发给所述终端。

C.接力设备服务结束。当不再需要接力设备来实现对该区域的覆盖后，所述接力通信设备通过终端接入单元向所述基站发送信息，启动资源释放的过程，服务结束，删除子网。

采用本发明接力通信设备的移动通信系统，包括至少一个终端、至少一个基站，还包括至少一个接力通信设备，接力通信设备至少包括一个终端接入单元和一个基站功能单元，并覆盖一定的地理区域，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备的基站功能单元相互收发无线信号，基站可覆盖一定的地理区域，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内通过终端接入单元与所述基站相互收发无线信号，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备建立、保持或释放无线连接，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内与基站建立、保持或释放无线连接。

所述终端在所述接力通信设备覆盖的地理区域内搜索到所述接力通信设备在下行公共信道上发送的信号，并认为此信号是普通基站发送的信号。所述终端可以用与普通基站建立、保持或释放无线连接的方法来建立、保持或释放无线连接。

在所述终端与所述的接力通信设备保持连接的阶段，接力通信设备根据终端通信目的地不同，在通信的目标终端在子网内时，负责两个终端的信令、数据处理和交换；或者通信目标终端不在子网内时，负责将所述终端和所述基站信息的信令、数据处理和交换。

本发明接力设备的工作方式如图3所示，本发明以时分双工移动通信系统为例介绍其工作方式。如第三代移动通信的TD-SCDMA系统具有多时隙结构，每个时隙的上下行均是可以由系统设定的。以TD-SCDMA标准为例，此接力设备所提供的子网可以看作移动通信网内的一个小区，用户终端在此子网中工作方式和移动通信网中没有差别。如步骤41此设备安装完毕，搜索邻近基站，申请接入。开始工作时，其基站功能单元是不能发射信号的。它首先要由其终端接入单元搜索邻近基站，如普通终端一样申请接入，在接入时提出此接力设备工作申请。此申请被系统所接受后，如步骤42系统将为此接力设备进行配置，配置其工作载波频率、最大发射功率电平、业务容量、与基站之间传输业务的时隙或者码道等等必须的参数。接力设备在获得配置后，如步骤43子网开始工作，将通过其终端接入单元接收来自网络中基站所发射的广播及寻呼信道(BCCH及PCH)，并可以将此信道的信息全部或部分在自己的基站功能单元广播信道转发出去，或者生成自己的广播信息通过广播信道发出去。对此子网覆盖区域的终端，将视此子网(接力设备)为一个普通基站，用完全相同的方式通信如步骤44。这里可能有两种情况，对具有交换功能的接力设备，工作方式可以设置为：在子网内终端之间的通信(不论话音或者数据)均在此接力设备内交换，而仅仅向系统传输计费信息而不传输业务数据如步骤45，以增加系统容量；对子网内终端和子网外终端之间的通信(不论话音或者数据)，则本接力设备只起转发的作用，通过与邻近基站之间的业务时隙(码道)转发到基站如步骤46，并通过基站连接至系统，其工作方式和普通业务相同。当一次通信结束后，如步骤47系统或者接力终端将释放资源，为其它用户使用。

本发明结合时分双工的移动通信系统并以第三代移动通信标准之一的TD-SCDMA为例，说明与此种接力设备相关的技术特征。当本发明的技术特征作适当等同变换后，也可适用于其它时分双工或频分双工移动通信标准。此种变换均应认为落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种移动通信系统的接力通信设备的通信方法，其特征在于，具体如下：

A.初始化：接力通信设备的终端接入单元搜索到基站，向所述基站发起接入请求，网络通过基站发送的下行信道向终端接入单元发送配置信息，接力通信设备根据配置信息对自身进行配置；

B.接力设备子网提供服务：初始化完成后，所述接力设备通过终端接入单元保持对所述基站广播信道的监听，并通过基站功能单元向自己的覆盖区域发送子网的广播信道和其他必要的下行公共信道，为在其覆盖区域的终端提供服务，对于同一子网的终端直接交换业务数据；

C.接力设备服务结束：当不再需要接力设备来实现对该区域的覆盖后，所述接力通信设备通过终端接入单元向所述基站发送信息，启动资源释放的过程，服务结束，删除子网。

2.根据权利要求1所述的移动通信系统的接力通信设备的通信方法，其特征是，在步骤B中，在所述接力通信设备的覆盖区域内，终端搜索到该子网的下行公共信道，所述的下行公共信道的信号来自接力设备，终端在所述接力设备覆盖区域内利用接力设备的基站功能单元提供的无线资源与接力设备建立、保持或释放无线连接，如所述终端的通信目的地是另一个终端，且通信的两个终端均在同一子网内，则所述的接力设备完成对所述两个终端信号的业务数据交换，将计费相关的信息通过所述接力设备的基站功能单元传送给基站。

3.根据权利要求2所述的移动通信系统的接力通信设备的通信方法，其特征是，所述的终端通信目的地是子网外的用户，则所述的接力通信设备通过基站功能单元接收所述终端的信号，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过终端接入单元把信息发给所述基站，同时通过终端接入单元接收所述基站发给终端的信息，将其中的控制信息和业务数据重新处理后，通过基站功能单元发给所述终端。

4.根据权利要求1所述的移动通信系统的接力通信设备的通信方法，其特征是，在进行步骤A之前将接力通信设备的基站功能单元天馈部分置于期望其覆盖的区域内，并将接力通信设备的终端接入单元天馈部分置于所述基站覆盖的地理区域内。

5.根据权利要求1所述的移动通信系统的接力通信设备的通信方法，其特征是，在步骤A中网络通过所述基站发送的下行信道向所述的终端接入单元发送配置信息包括载频、最大发射功率。

6.一种移动通信系统，包括至少一个终端、至少一个基站，其特征在于，还包括至少一个接力通信设备，接力通信设备至少包括一个终端接入单元和一个基站功能单元，并覆盖一定的地理区域，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备的基站功能单元相互收发无线信号，基站可覆盖一定的地理区域，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内通过终端接入单元与所述基站相互收发无线信号，终端在接力通信设备覆盖的地理区域内与接力通信设备建立、保持或释放无线连接，接力通信设备在基站覆盖的地理区域内与基站建立、保持或释放无线连接，对于位于接力通信设备覆盖区域内的两终端，基站功能单元直接建立两终端之间的业务数据交换的连接。

7.如权利要求6所述的移动通信系统，其特征是，对于位于接力通信设备覆盖区域内的两终端，基站功能单元进一步与基站建立连接，将计费相关的信息传送给基站。

8.如权利要求7所述的移动通信系统，其特征是，所述的终端，在所述接力通信设备覆盖的地理区域内搜索到所述接力通信设备在下行公共信道上发送的信号，并认为此信号是普通基站发送的信号。

9.如权利要求7所述的移动通信系统，其特征是，所述的终端，用与普通基站建立、保持或释放无线连接的方法来建立、保持或释放无线连接。

10.如权利要求7所述的移动通信系统，其特征是，所述的终端，在其与所述的接力通信设备保持连接的阶段，接力通信设备根据终端通信目的地不同，在通信的目标终端在子网内时，负责两个终端的信令、数据处理和交换；或者通信目标终端不在子网内时，负责将所述终端和所述基站信息的信令、数据处理和交换。

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