CN1183203A - 减小无线通信系统中过量时间延迟的仪器及方法 - Google Patents

Abstract

一个无线通信系统(200,300,400,500)减小因为通信路径长度不同带来的过量时间延迟。在一种通常的实施例中,使用一条过渡通信路径(206,323,329)来传送一具有时间提前量的定时参考信号来减小过渡区(209,325,331)中的累计时间延迟。在另一种通常的实施例中,所有通信路径(403—411)中的定时参考信号具有时间提前量,然后在选定的一些通信路径(403—407)上设置时间延迟装置(423—427,503—507)来减小一个邻近目标覆盖区130的区域421中的累计时间延迟。通过减小目标覆盖区130的邻近区域421中的累计时间延迟,移动站128进入目标覆盖区130时其通信信道的切换可顺利进行。

Description

减小无线通信系统中过量时间延迟的仪器及方法

本发明一般涉及无线通信系统，更准确地说，用于减少此类无线通信系统中的过量时间延迟。

无线通信系统的运作方式为业界所熟知。概括地说，是由一个基站来完成一信息源(例如，公众交换电话网PSTN的一个用户)和一个无线通信系统的用户之间的信息信号传送。无线通信系统的一位用户通常是一移动站。在典型的无线通信系统中，移动站总是处于由某个基站提供服务的覆盖区中。当移动站由某一基站的覆盖区进入另一基站的覆盖区时，前一基站与移动站之间的通信任务将被“移交”给后一基站以保证与移动站间通信的不间断。在宏小区系统中将移动站从一个覆盖区移交给另一覆盖区时所采用的切换(handoff)技术现已为业界所熟知。

一个基站同样也可以对面积和覆盖电波功率都更小的区域(简称微小区)中的移动站提供服务。象这样采用微小区制的无线通信系统也是技术中常见的，其结构见图1。如图1所示，第一个覆盖区103由基站106提供服务。在图1所示的实施例中，通信路径109-116配置成为微小区118-125提供服务。当一台移动站128由微小区118运动至微小区125的过程中，由移动站128引起的通信时间延迟t_d由于通信路径109-116的长度变化而增加。如图1所示时间延迟t_d增加，自通信路径109开始的通信路径的长度也逐渐增加。

当移动站128从第一个覆盖区103移入第二覆盖区130时，从最后一个微小区125(对应通信路径116)到基站133服务覆盖区130的总时间延迟(累计时间延迟)t_d是70毫秒。考虑一个典型的情况，当移动站从微小区125(位于第一覆盖区103内)移入第二覆盖区130时，基站106所承担的与移动站128的通信任务将会移交给基站133继续执行。

某些无线通信系统规定了进行这种切换时源/目标覆盖区之间的最大定时差值(如移动站128所看到的)。例如，对美国境内CDMA无线通信系统的功能/操作作出规定的暂行标准95(IS-95)就限定源/目标覆盖区之间的最大容许定时差值为60毫秒。详细规定见TIA/EIA/IS-95，“双工宽带扩频蜂窝系统中移动站-基站兼容标准”，1993年7月。当定时差值超过60毫秒时(例如在图1中)，移动站128不能够锁定“目标”基站133以完成切换。这样，由于过量的时间延迟，与移动站128的通信不能够在切换中保持。换一种说法，即当时间延迟超过无线通信系统的规定值时，移动站128在信道切换中保持通信不中断的能力就会受到限制。这种受限能力很有可能引起与移动站通信的中止。

这样，就需要找到一种仪器或方法来减小无线通信系统中过量时间延迟所造成的不利影响，以保证与移动站的通信能够在存在着过量时间延迟的情况下顺利进行。图1描述一现有无线通信系统，该系统存在着过量时间延迟问题。图2描述应用本发明减小无线通信系统中过量时间延迟的最佳实施例。图3描述应用本发明减小图2所示无线通信系统中过量时间延迟的另一实施例。图4描述应用本发明减小无线通信系统中过量时间延迟的一种实施例。图5描述应用本发明减小图4所示无线通信系统中过量时间延迟的另一种实施例。图6描述本发明中用于基站内部定时提前/延迟的电路。

在一个无线通信系统中减小由于通信路径长短不一而造成过量的时间延迟的。应用本发明的一种方式是建立一条过渡通信路径来传送具有时间提前量的定时参考信号，从而使相应过渡单元的累积时间延迟减小。在另一种方式中，所有通信路径中的定时参考信号均有时间提前量，但只有部分特定的通信路径中加有时间延迟装置，最终使得邻近目标覆盖区的区域中累积时间延迟减小。通过减小目标覆盖区邻区中的累计时间延迟，移动站到目标覆盖区的过区通信信道切换就能够顺利完成。

为应用本发明来减小时间延迟的影响，在无线通信系统的第一个覆盖区中设立一基站，该站通过多条通信路径与移动站进行通信。由于基站只使用一个定时参考信号，因此通过多条通信路径中的某一条所进行的源信号通信相对于通过其余通信路径进行的源信号通信具有一定的源信号时间延迟。在此无线通信系统中还设有第二个基站，该基站位于第二个覆盖区中，负责与处于该区中的移动站通信。这第二个基站同样要使用某一定时参考信号。无线通信系统还提供一种调整源信号时间延迟的装置，使得移动站从第一覆盖区进入第二覆盖区时，源信号的时间延迟比原有过量时间延迟小。这样，移动站从第一覆盖区到第二覆盖区的切换就可以完成。

在最佳实施例中，调整的装置包括一个过渡基站，该过渡基站设于第一个覆盖区中，通过一条过渡通信路径与移动站建立通信。该过渡基站为第二个覆盖区的一邻区提供服务，并采用具有时间提前量的定时参考信号来产生具有时间提前量的源信号。在另一例实施例中，调整的装置还包括多个过渡站。这些过渡站都位于第一覆盖区中并通过各自的过渡通信路径与移动站进行通信。在此实施例中，各个过渡站使用具有不同时间提前量的定时参考信号来产生具有不同时间提前量的源信号。

还有一种实施例采用两步调整法，即先进行时间提前，产生具有时间提前量的定时参考信号，再进行时间延迟，但只对特定的某些通信路径中具有时间提前量的定时参考信号进行一定时间的延迟。这样，通过再延迟某些时间超前的定时参考信号，移动站从第一覆盖区进入第二覆盖区时源信号的时间延迟将小于原过量时间延迟。使用这种方法时，时间提前装置提供的定时参考信号的时间提前量是预定的，而各特定路径上由延时装置所产生的延迟时间可以彼此相同，也可以彼此不同。

在使用本发明的无线通信系统中，第一覆盖区和第二覆盖区可以是大区，也可以是微小区，甚至是两者的组合。在最佳实施例中，多条通信路径是与分布式天线装置相耦合的一组光纤链路。在此实施例中，无线通信系统采用码分多址(CDMA)寻址方式。但是，熟练的技术人员完全可以将本发明的技术运用于任何受延迟时间困扰的通信系统中。

图2所示即为运用本发明减小过量时间延迟的最佳实施例的无线通信系统。在此方式中，无线通信系统200(见图2)采用CDMA寻址。正如图2所示，CDMA无线通信系统200包括一个公众交换电话网(PSTN)136和一个与之相耦合的移动交换中心(MSC)139。通过PSTN 136和MSC 139，源信号被传送给服务于第一覆盖区103的106基站。在最佳实施例中，基站106通过与通信路径109-116连接来为一系列微小区118-125提供服务。在最佳实施例中，通信路径109-116是与分布式天线127相耦合的一组光纤；当然，任何形式的连接方式都可以使用。

在图2所示的实施例中，微小区118-125呈带状排列，对于采用通常的无线装置难以进行电波覆盖的区域(例如在隧道中进行蜂窝覆盖)提供服务。通过使用一个图2所示带有分布式天线127的基站106就可以简便地、低成本地对隧道进行电波覆盖。然而，这种结构却常常存在着上述时间延迟的问题(见图1)。

无线通信系统200包括图1中的所有装置及应用本发明进行源信号时间延迟调整的装置。调整的方法是对自然的时间延迟进行补偿以使移动站128进入第二(目标)覆盖区130时通信时间延迟不过量。在最佳实施例中，具体的调整装置是一个过渡基站203。该站物理上处于第一覆盖区103中(靠近基站106为宜)。过渡基站203通过过渡通信路径206为过渡微小区209提供服务。

通过使用定时参考信号t_d，服务于过渡微小区209的过渡基站203具有使定时提前某一预定量的能力。在图2所示的最佳实施例中，预定的定时提前量是45毫秒。这里只是为说明方便将提前量定为45毫秒，实际系统中的定时提前量则要视具体通信路径109-116所带来的时间延迟量而定。

用于产生时间上被提前或延迟的定时参考信号的技术为技术人员所熟知。如图6所示的方法是对基站203内部的时钟生成电路进行调整。图6中，利用一些外部时间或频率基准，例如GPS(或LORAN)来产生定时参考信号t_d。此定时参考信号用来同步系统内的所有微小区，使它们能够按IS-95标准所规定地那样同步地传送信息。一个GPS接收机603接收定时参考信号t_d，然后将它传送给一个时间同步装置609和一个频率锁定装置606。后两装置分别提供一个时间同步信号607和一个频率锁定信号608给一个时间计数器612。612使用时间同步信号607来置位，使用频率锁定信号608来锁定。一个计数器提前/延迟量控制装置615决定着定时的提前量和延迟量，并负责将提前/延迟量信息提供给时间计数器612。例如，如果希望获得一个具有Δt时间提前量的定时参考信号，时间计数器612在实现与外部GPS参考信号同步之后再被调整至刚好具有Δt时间提前量的同步位置(由计数器提前/延迟量控制装置615控制)。被调整的时间计数器612输出端送出具有时间提前量的定时参考信号t_d。

在图2中可看到，不采用本发明进行定时提前，微小区覆盖区125和覆盖区130之间的时间差值Δt_d是70毫秒，超过了IS-95的规定值。这种情况下，移动站128从覆盖区125至覆盖区130的切换不能完成。当过渡微小区209中采用了具有时间提前量的定时参考信号之后，从微小区125到过渡微小区209时间延迟下降35毫秒。时间延迟并非下降了45毫秒是因为已假定过渡通信路径206比通信路径116要长一些，因而过渡通信路径206又带来了额外的10毫秒时间延迟，所以最终时间延迟的净减少量是35毫秒。由于现在过渡微小区209与第二覆盖区130之间的相对时间延迟t_d只有35毫秒，在IS-95所限定的60毫秒范围内，所以移动站128能够锁定基站203和133，这样就可保证从过渡微小区209至第二覆盖区130的切换顺利完成而不出现图1所示现有技术无线通信系统100引发的通信中断。图2所示即为运用本发明设立过渡基站以减少无线通信系统中过量时间延迟的示意图。

图3所示为运用本发明减少图2中无线通信系统过量时间延迟的另一种实施例。如图3所示，与图1所示系统相同，基站106和基站133分别为第一和第二覆盖区(即103和130)提供服务。与微小区312-318相连的通信路径303-309与图1中的对应通信路径109-116不同：图3中通信路径303-309产生的时间延迟按20毫秒递增；结果，移动站128从312微小区运动至318微小区，总的时间延迟增加到120毫秒。因为IS-95标准所规定的最大允许时间差值是60毫秒，所以类似图2系统采用单个过渡基站的方法不足以将时间延迟减小到标准规定限以下。

考虑到这种情况，图3所示系统根据本发明使用了多个过渡基站，即基站321和基站327。同图2系统，通信路径303-309，323和329都是与分布式天线333相耦合的光纤。在图3中，通信路径323中的定时参考信号t_d具有60毫秒的时间提前量，因而从微小区318至过渡微小区325时间延迟减少了40毫秒(同样假定过渡通信路径323相对于通信路径309增加20毫秒时间延迟)。但是，应注意到，根据IS-95的规定325微小区80毫秒的时间延迟同样是过量时间延迟。为进一步减小过量时间延迟，系统设立了第二条过渡通信路径329并在该路径中使用提前120毫秒的定时参考信号t_d，这样使净时间延迟再减少到40毫秒。因为最终所获得的40毫秒时间延迟低于IS-95所规定的60毫秒时间差值(Δt_d)，基站327和133都能为移动站128锁定。这样，应用本发明就能成功解决过渡微小区331到第二(目标)覆盖区130的切换问题。

图4所示为运用本发明减少无线通信系统中过量时间延迟的又一例实施例。类似图2中系统，通信路径403-411是一组耦合到分布式天线430的光纤。在图4中，无线通信系统400包括分别为覆盖区103和130服务的基站106和133，如图1所示。相邻通信路径间的时间延迟递增量是10毫秒。在该实施例中，进行时间延迟调整时使用了一个定时提前装置(设于基站106中)用于产生具有时间提前量的定时参考信号t_d。位于基站106内的该定时提前装置功能上与图6所示的定时提前装置类似。

为进行时间延迟调整，还使用了延时装置423-427。该装置分布于通信路径403-407中用于对时间上超前的定时参考信号t_d进行延迟。在此实施例中，对所选各通信路径403-407所进行的延迟能够保证送往移动站128的源信号(来自PSTN 136和MSC 139)的时间延迟小于IS-95的限定值。这里为方便起见，我们认为移动站在进行从第一覆盖区103到第二覆盖区130的切换时任何超过60毫秒的时间延迟都会使移动站保持通信不中断的能力受到限制。

如图4所示，基站106内部的定时提前装置提供具有预定时间提前量的定时参考信号t_d。在图4所示的实施例中，定时参考信号的预定时间提前量是45毫秒。从图4中还可看到，通信路径403-407上延时装置423-427对所在路径403-307中的通信信号都延迟了45毫秒。因为403-411各通信路径中定时参考信号t_d均有45毫秒的提前量，所以经延时装置423-427分别作用后微小区413-417中的定时延迟时间与图2中的微小区118-122的定时延迟是相同的。然而，通信路径408上却无延时装置，但路径本身所带来的时间延迟是50毫秒，如在微小区418看到的。结果微小区418对应的净时间延迟(对于移动站128来说)只剩5毫秒(50毫秒延迟减去45毫秒的定时提前量)。对于通信路径409-411可以做类似的分析。这样，当移动站128从最后的微小区421进入第二覆盖区130时，两区延迟时间差值Δt_d是35毫秒，远小于IS-95所规定的时差限额。如此应用本发明就可以减少图4所示无线通信系统400的过量时间延迟。

图5是运用本发明减少图4中无线通信系统过量时间延迟的另一种实施例。正如图中所示，无线通信系统500之结构类似于图4中的无线通信系统400，不同之处在于时间延迟装置503-507给所对应的403-407通信路径提供了不同的时间延迟。这种做法的最终效果是使微小区413-417的定时参考信号t_d无时间延迟。当移动站128到达微小区418并继续向微小区419-421移动时，时间延迟如图4开始增加。当移动站128从最后的微小区421进入第二覆盖区130时，时间延迟差值Δt_d将达到35毫秒。此数值远小于IS-95所规定的时差限额。如此应用本发明就可以减少图5所示无线通信系统500的过量时间延迟。

熟练的技术人员不难看到本发明还可以有许多不同的实施例来减少过量时间延迟。例如，图2-5中所示的微小区可以很容易地扩展入第二覆盖区130中。如果是这样的话，基站106和133都将与一些微小区相连，因此可根据此发明采用一些更加灵活的方式来减少过量时间延迟。广义地来说本发明涵盖下列形式的任何实施例：1.采用一独立站来完成具有过量定时差值的区域之间的定时过渡。2.采用一定时提前/延迟装置来减少第一覆盖区和第二覆盖区之间的过量时间延迟。

虽然本发明通过上述特例加以展示和描述，但是只要不违背本发明所体现之精神和超出本发明所运用之领域，技术熟练人员完全可以在本发明的表现形式和实施细节上进行各种更改。在下面的权利要求书中所描述的结构、材料、做法、所有等效的装置或步骤以及功能元件将包括任何使用规定权利要求中所涉及装置或方法的结构、材料以及做法。

Claims (10)

1.一个通过多条通信路径向移动站传送源信号的无线通信系统，由于源信号过量时间延迟的存在因而移动站保持通信的能力受到限制，该无线通信系统包括：

第一个基站，位于第一个覆盖区中，负责与移动站的通信，使用一个定时参考信号，源信号通过多条通信路径中的一条所进行的传输相对于通过另一条所进行的传输具有一定的时间延迟；

第二个基站，位于第二个覆盖区中，负责与移动站的通信，使用一个定时参考信号，以及

用于调整源信号时间延迟的装置，在移动站从第一个覆盖区移入第二个覆盖区时该装置使得源信号的时间延迟小于过量时间延迟。

2.权利要求1中的无线通信系统，其中用于调整时间延迟的装置进一步包括一个过渡基站，该基站位于第一覆盖区中，通过一条过渡通信路径与移动站通信并且使用具有时间提前量的定时参考信号来产生具有时间提前量的源信号。

3.权利要求2中的无线通信系统，其中由过渡基站提供服务的覆盖区充分靠近第二个覆盖区。

4.权利要求1中的无线通信系统，其中用于调整时间延迟的装置进一步包括多个过渡站，所有过渡站位于第一个覆盖区中，并各自通过多条过渡通信路径与移动站进行通信而且各自使用一个具有不同时间提前量的定时参考信号来产生具有不同时间提前量的源信号。

5.权利要求1中的无线通信系统，其中用于调整时间延迟的装置进一步包括：

定时提前装置，用于产生具有时间提前量的定时参考信号；以及

延迟装置，在选定的通信路径中使用，将具有时间提前量的定时参考信号各自延迟一选定的时间，从而使得移动站从第一个覆盖区进入第二个覆盖区时源信号的时间延迟小于过量时间延迟。

6.权利要求5中的无线通信系统，其中定时提前装置提供具有一预定时间提前量的定时参考信号。

7.权利要求5中的无线通信系统，其中延迟装置为每一选定通信路径提供相同时间的延迟或不同时间的延迟。

8.权利要求1中的无线通信系统，其中一条通信路径包括耦合到一天线的一条光纤连线或耦合到一分布式天线的一组光纤连线。

9.权利要求1中的无线通信系统，其中无线通信系统包括一个码分多址(CDMA)无线通信系统。

10.在一无线通信系统中进行切换的方法，该无线通信系统传送源信号至一台移动站，由于存在着过量时间延迟因此移动站保持通信不中断的能力受到限制，此方法包括以下步骤：

通过第一个覆盖区中的第一个基站，并通过多条通信路径与移动站建立通信，由于第一个基站使用一个定时参考信号所以源信号通过多条通信路径中的一条所进行的传输相对于通过另一条所进行的传输具有一定的时间延迟；

通过第二个覆盖区中的第二个基站，建立与移动站之间的通信，并使用定时参考信号；以及

调整源信号的时间延迟以保证在移动站进行从第一个覆盖区到第二个覆盖区的切换时源信号的时间延迟小于过量时间延迟。

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