CN1224551A - 一种确定在移动无线电网络中基本发送接收站与移动站之间路径损耗的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在此公开了一种在移动无线电网络中确定基本发送接收站(BTS)和移动站(MS)之间的路径损耗的方法和设备,详细地说,由第一基本发送接收站(BTS)发送具有发射功率(P_TXAV)的信号载波(BCCH)。然后,由所述的第一基本发送接收站(BTS)发送的所述的信号载波(BCCH)被空间上与所述的第一基本发送接收站(BTS)分开的移动站(MS)接收,由所述的移动站(MS)检测接收到的信号载波(BCCH)的信号电平(P_RXAV)。而且,将所述的接收到的信号载波(BCCH)的检测信号电平(P_RXAV)发送到相邻蜂窝的第二基本发送接收站(BTS)。另外,将由所述的移动站(MS)接收的所述的信号载波(BCCH)的检测信号电平(P_RXAV)与由所述的第一基本发送接收站(BTS)发送的所述的信号载波(BCCH)的发射功率(P_TXAV)相互比较。然后输出一个信号,指明这两种信号电平之间的差值,这个差值是所述的第一基本发送接收站(BTS)和所述的移动站(MS)之间的路径损耗的量度。作为一个结果,它使在蜂窝无线电网络中有效地确定基本发送接收站和移动站之间的路径损耗成为可能。

Description

一种确定在移动无线电网络中基本发送接收站与移 动站之间路径损耗的方法和设备

本发明涉及一种确定蜂窝移动无线电网络，如GSM网络的基本发送接收站与移动站之间路径损耗的方法和设备。

近年来，使用移动电话已经越来越普遍。一种在欧洲使用并作为全数字蜂窝网络实施的移动电话系统就是依照CEPT委员会“GroupeSpeciale Mobile”的技术要求建立的GSM网络。

GSM网络属于在TDMA(时分多址)基础上工作的系统组。在使用TDMA的系统中，采用相继的TDMA帧发送数据。在许多情况下，这些帧中每一个由八个时隙组成。在每个时隙中，数据包以射频脉冲串的形式发送，该射频脉冲串具有有限的持续时间并由一组受调制的位组成。时隙用来发送控制信道和业务信道。在控制信道上，信号与同步信息在基站(BS)与许多移动站(MS)之间交换，然而，在业务信道(TCH)上发送数据与语音。将一个业务信道的一个时隙分配给每个移动站，使得一个基站可以同时以并行方式连接到采用相同载频的许多移动站。

依据GSM标准，可以同时连接到一个站的移动站的数目总共是八个。数据传输速率对于数据是9.6Kbit/s或对于语音是13kbit/s(TCH/F)，作为用户速率。另外，半速率业务信道(TCH/H)对于数据可提供4.8kbit/s，这样提供了双倍的容量，即最多16个移动站可采用单一载频同时连接到一个基站。

为了在移动站与基站之间建立正确的通信，将有关基站的一般信息从基站(BS)发送到移动站，也就是下行方向，采用所谓的广播控制信道(BCCH)。更具体而言，基站发送TDMA帧，包括一个广播控制信道和至少7个全速率业务信道或14个半速率的业务信道。为了传输信令信息，将51个帧组合成一个单独的多重帧，而为了传输业务信息，一个多重帧只有26个帧组成。这样的一种多重帧示于图2中。在用于业务信道的24个帧的最后一帧以后的空闲帧未被使用。而且，如图2中所示，提供一个慢联合控制信道(SACCH)作为专用信道中的一种并与业务信道相联系。慢联合控制信道由移动站用来在上行方向发送不同的测量结果到基站。任何全速率业务信道，半速率业务信道以及单独的专用控制信道(SDCCH)始终是与慢联合控制信道一起被分配的。另一方面，基站利用慢联合控制信道在下行方向发送与功率控制有关的命令到移动站。

图1示出一个说明依据GSM技术要求在一个单独蜂窝中包括一个移动站的移动无线电网络的结构的方框电路图。包括8个时隙的广播控制信道在依据GSM技术要求的一个标准频率上，以恒定的功率在所有时隙中的BCCH载波上连续地发送，通常以最高可允许的功率发送。正如以下将要详细地描述的那样，移动站周期性地测量在邻近蜂窝中BCCH载波的信号强度，另外，移动站也藉助于位差错率确定到服务蜂窝，即到它自己的基站的连接质量。将所获得的结果用于，例如，转移过程中。转移是一个移动站从一个信道到相同蜂窝的另一信道的传递(蜂窝内的转交)或者移动站在进行呼叫期间从一个蜂窝到另一个(邻近的)蜂窝的传递(蜂窝间的转交)。

在基站以及移动站中要实施的功率控制是为了使信道干扰最小并节省移动站中的能量，以便增加移动电话手机的电池寿命。功率控制过程始终领先于转移过程。移动站的发射功率水平可从最大功率控制到低至20mW，以2dB为一个等级。

为了转移的目的，移动站测量从最多32个邻近基站接收到的信号电平，并将它的服务蜂窝以及那些具有六个最强的接收到的信号电平的邻近蜂窝的信号电平以及服务蜂窝的信号质量值发送到它自己的基站。测量到的服务蜂窝的信号电平也用于下行功率控制，即用于从基站发送到移动站的载波的功率控制，甚至在进行呼叫期间也执行测量结果的传输，在此期间语音数据被发送。基站将从所有连接于它的移动站接收到的测量结果传送到基站控制器(BSC)，对从基站获得的测量数据进行平均和加权。详细地说，如上所述，所发送的有规则地更新的测量结果包括移动站的服务蜂窝接收到的信号电平(RXLEV)和接收到的信号质量(RXQUAL)以及邻近蜂窝的接收信号电平。

依据GSM的推荐，测量结果必须至少每秒钟向基站报告一次。所发送的接收到的信号电平的值RXLEV是在包含四个多重帧的480ms的周期中测量到的样本值的平均值。该测量结果在另一个也包含四个多重帧的480ms的周期中被发送。另外，基站测量的只是在所有时隙中有关的业务信道上接收到的信号电平。分析接收测量结果的基站控制器根据接收到的数据作出决定，例如，是否转移生效。

更具体而言，在以下这些情况下请求转移，一个移动站的发送功率不可能进一步被增加，测量到的值大于或小于使转移有效的阈值，或者传输可以用具有比服务蜂窝低的路径损耗的另一个蜂窝进行下去。

从来源于本发明的申请人的WO-96/21 987和WO-96/21 998中，移动无线电系统被告知，基站以及移动站的发射机的功率控制是有效的。然而，因为在这两种通常的系统中，由于一个用户只被允许在他的主蜂窝内移动，因而蜂窝之间的转移被阻止，邻近站的BCCH载波的信号强度未被测量。这样一来，BCCH载波未被连续地发送，即，不是在一个帧的所有时隙中发送，结果就是这种系统不能用于一个固定基站和不局限于一个特定蜂窝的移动用户之间的正确的移动通信。

而且，由于发射机与接收机之间的无线电通信线路的路径损耗，接收到的场强度RXLEV随着离开发射机距离的增加而降低。对于移动无线电系统来说路径损耗是一个至关重要的因素，因为如果测量到的场强度RXLEV落在相应的阈值以下，转移必须生效。由于允许移动站在基站覆盖的整个区域内随意改变它的位置，与所用的载频无关，在基站与移动站之间的距离确定的路径损耗也可以随意地变化。在转移生效的情况下，或者在两个蜂窝或者在两个频率之间的转移，路径损耗甚至会突然地改变。

因此，以上描述的系统中没有一个在考虑到移动站与特定的基站之间的路径损耗的情况下可提供对移动站和/或基站的发射机的功率的可变的控制。因为移动站与基站之间的距离在任何类型的移动无线电系统中本来就是可变的，并且频率也是可变的，一种可变的功率控制使得实际上能够补偿在基站与移动站之间产生的路径损耗的变化。

为了实行移动站的功率控制，需要一种精确估计移动站与各自的基站之间的路径损耗。然而，为了估计基站与移动站之间实际的路径损耗，实际的发射信号电平必须已知。因为发射信号的功率通常从一个时隙到一个时隙是变化的，以足够的精度了解发射功率是不可能的。因此，通过计算发射功率与由移动站测量到的接收信号电平之差来确定路径损耗是不可能的。因而，只有基站控制器知道基站发送的功率，发送广播控制信道的载波没有功率控制的可能的情况下，才可能获得当前GSM网络中的实际路径损耗。这样一来，BCCH载波通常以恒定的高功率发射。与此相对照的是，因为只有邻近蜂窝的BCCH载波要测量，只有发送业务信道的载波可被功率控制。

然而，高功率BCCH载波的连续发射在移动无线电系统中出现严重的问题，因为它导致网络的干扰水平的增加。详细地说，当在有关的蜂窝中的一个业务信道载波与附近的蜂窝的BCCH载波相同时，就引起该业务信道载波接收中的干扰。这是由于这样的事实，被分配专门的高功率载波的基站与移动站之间的无线电通信引起串音，因而干扰了采用相同载波的其它基站与移动站之间的通信。另外，由于通信是在基站与特定的移动站之间以恒定的功率，典型的情况下是全功率上进行的，可用的频谱不可能有效地利用，因此也降低了网络的容量。结果，这些通常的GSM网络具有相当低的谱效率。

为了通过保持移动无线电网络中尽可能低的干扰来增加谱效率，在每个通道上发送的功率通常被设置为刚刚够维持基站与移动站之间通信的最低限度的水平上，例如，从以本发明的申请者的名义，1994年9月2日提交的WO-95/07012可得知。可是，因为在通常的GSM网络中BCCH载波的功率控制未被提供，在此载波上的所有业务信道必须在恒定的，相对高的功率上被发送，这不可避免地导致高的干扰水平。如果只有一个发送与接收频率(TRX)由作为基本发送接收站的基站使用，则干扰就特别高。

因此，本发明的一个目的是提供一种确定在移动无线电网络中基本发送接收站与移动站之间路径损耗的方法与设备，以便允许对广播控制信道载波功率控制，由此降低网络中的干扰。

依据本发明，这个目的是通过一种确定在移动无线电网络中第一基本发送接收站与移动站之间的损耗来达到的，该移动站在空间上是与第一基本发送接收站与第二邻近的基本发送接收站是分开的，本方法包括以下步骤：发送具有来自第一基本发送接收站的发射功率的信号载波，在移动站接收到以后，检测由第一基本发送接收站发送的信号载波的信号电平，将由移动站检测到的信号电平从移动站发送到第二基本发送接收站，在第二基本发送接收站中接收由移动站发送的信号电平，将由第一基本发送接收站发送的信号载波的发射功率与由移动站发送的接收到的信号电平互相比较，由此获得第一基本发送接收站与移动站之间的路径损耗。

依据本发明，这个目的也通过一种确定在移动无线电网络中第一基本发送接收机站与移动站之间路径损耗的设备来达到，该移动站在空间上与第一基本发送接收站与第二邻近的基本发送接收站是分开的，本设备包括：发射装置，用于发送具有来自第一基本发送接收站的发送功率的信号载波，由发射装置发送的的信号载波的信号电平被移动站检测并发送到第二基本发送接收站；接收装置，用于接收从移动站发送的接收到的信号电平；和比较装置，用于互相比较由发射装置发送的信号载波的发送功率和从移动站发送的接收到的信号电平，由此获得第一基本发送接收站与移动站之间的路径损耗。

详细地说，移动站在监测时隙中测量从邻近的基本发送接收站发送的信号电平，监测时隙是传送时隙以后的第六时隙。因为移动站在其监测时隙中测量接收到的信号电平的时隙是已知的(在一定的精度内)，并且在此时隙中实际的发送功率也是已知的，被测量的特定信道上发送的平均功率可被计算出(在平均周期上)。然后，将由移动站测量到的信号电平利用慢联合控制信道(SACCH)发送到第二基本发送接收站并传递到基站控制器，在其中与平均发送功率作比较。实际路径损失通过计算由第一基本发送接收站发送的平均功率和在有关的时隙中由移动站接收到的平均信号电平之间的差，按照以下公式可估计出：

a=10 dB log[P_TXAV/P_RXAV]    (1),

其中a表示移动站与第一基本发送接收站之间的衰减，即，它们之间的路径损耗，P_TXAV表示由第一基本发送接收站发送的信号的平均功率，P_RXAV表示由移动站接收到的信号的平均信号强度。

本发明是在基本发送接收站被同步的条件上实现的。由于基本发送接收站的同步，在特定的移动站与它的基本发送接收站以及邻近的基本发送接收站之间的定时关系是准确地知道的，因此，一个特定的移动站与所有有关的基本发送接收站之间的实际路径损耗可以非常高的准确度计算出。

这样一来，本发明能够可靠地以高精度估计实际路径损耗，由基本发送接收站控制BCCH载波非恒定功率就成为可能。详细地说，对于一个转移过程，移动站被分配到具有最高接收信号电平的基本发送接收站。因此，为了保证通信在无线电通信线路一开始就已经具有最佳可能的传输质量，知道移动站与基本发送接收站之间的实际路径损耗是必不可少的。

另外，因为实现BCCH载波的功率控制已成为可能，传输的功率消耗可被大大地减少。如果BCCH载波被功率控制，在基本发送接收站使用的相应频率上单独控制发射功率是可能的，使得频谱利用，因而，在移动无线电网络中谱效率可达最大值。这可依次地大大降低所产生的干扰。因此，依据本发明的方法与设备与先前技术系统相比允许更多的通信量，因为同样的无线电信道可以在比利用先前技术系统已经可能的距离更短的地方被复用。因而，引入依据本发明的方法和/或设备的移动无线电系统的容量可被改善。

依据本发明，为了确定路径损耗只需要少量附加设备，但不需要改变传输系统，也就是说，依据本发明的方法与设备仍然完全遵循GSM的推荐。

以下将用举例的方法参考附图详细描述本发明的最佳实施方案。

图1是一个说明依据GSM推荐，在一个单独的蜂窝中包括一个移动站的移动无线电网络的结构的方框电路图。

图2是依据GSM推荐，示出由26帧组成的一个多重帧的结构的示意图。

图3示出依据本发明的一个实施方案的一种安排的示意图。

图4是示出依据本发明的一个实施方案，在移动无线电网络中一种用于确定基本发送接收站和一个移动站之间的路径损耗的设备的方框电路图。

由此往下，将参考附图描述本发明的最佳实施方案。

图3是示出依据本发明的一种实施方案的安排的示意图并用于说明依据本发明在移动无线电网络中一种确定一个基本发送接收站BTS和一个移动站MS之间的路径损耗的方法，示于图3中的安排和作为一个移动无线电网络的部分包括至少一个基站控制器BSC，至少两个相邻的基站BS作为基本发送接收站BTS(为了清楚起见，图3中只示出其中的两个)和一个空间上与基本发送接收站BTS是分开的移动站MS。

如图3中所示，具有一定发射功率P_TXAV的信号载波BCCH被从基本发送接收站BTS之一发送。更具体而言，量P_TXAV表示BCCH载波在一个特定的时间周期上平均后的发送功率。在接收信号载波BCCH的移动站MS中，此信号载波BCCH的信号电平P_RXAV被检测和平均。然后，此检测到的信号电平P_RXAV被从移动站MS重新发送到其它基本发送接收站BTS。详细地说，检测到的信号电平P_RXAV是由一个特定的移动站MS定期地向有关的基本发送接收站BTS报告的测量结果的一部分。为了这个目的，移动站MS宁愿利用慢联合控制信道(SACCH)将接收信号载波BCCH的检测信号电平P_RXAV发送到基本发送接收站BTS。

然后由移动站MS发送的平均接收到的信号电平P_RXAV在第二基本发送接收站BTS中被接由。由第一基本发送接收站BTS发送的信号载波BCCH的平均发送功率P_TXAV以及由移动站报告的平均接收到的信号电平P_RXAV均传送到基站控制器BSC。此基站控制器BSC控制至少两个相邻的基本发送接收站BTS。

而且，在基站控制器BSC中，将从移动站MS已重新发送的平均接收信号电平P_RXAV与已由基本发送接收站BTS发送的信号载波BCCH的平均发送功率P_TXAV作比较。这样得到一个基本发送接收站BTS与一个移动站MS之间的路径损耗。

在图3中所示的装置最好可作为在办公室或微蜂窝系统中使用的一种同步蜂窝无线电网络的部件。在这个系统中，移动站MS与基本发送接收站相隔的距离与基本发送接收站BTS的传输范围相比是很短的。

图4示出依据本发明的实施方案在一个移动无线电网络中一种确定基本发送接收站BTS与移动站MS之间的路径损耗的设备的方框电路图。如图4中所示，依据本发明的设备：包括发射装置10，接收装置20和比较装置30。发射装置10可安放在图3中所示的第一基本发送接收站BTS中，接收装置20可以组成其它基本发送接收站BTS的一部分。更具体而言，发射装置10从基本发送接收站BTS之一发送具有平均发送功率P_TXAV的信号载波BCCH。在信号载波BCCH的接收信号电平P_RXAV已由移动站检测和平均以后，被发送到其它基本发送接收站BTS。接收装置20，依次，接收从移动站MS发送的平均接收信号电平P_RXAV。由比较装置30将由发射装置10发送的信号载波BCCH的平均发送功率P_TXAV以及由移动站MS接收到的平均信号电平P_RXAV互相比较。比较装置30可在图3中所示的基站控制器BSC中提供。而且，比较装置30在输出端输出一个信号，指明这两种信号电平之间的差值。这个输出差值信号是基本发送接收站BTS和移动站MS之间的路径损耗的量度。作为一个结果，它使在蜂窝移动无线电网络中有效地确定基本发送接收站与移动站之间的路径损耗成为可能。

最好的做法是，由基本发送接收站之一发送信号载波BCCH，在移动站MS中检测平均接收到的信号电平P_RXAV，接收从移动站MS发送的检测信号电平P_RXAV以及两种信号电平的比较都相对于许多时隙中的一个时隙来实现。

依据本发明的这个实施方案的一种最佳的修改方案，这一个时隙就是监测时隙。监测时隙是传输时隙以后的第六个时隙。

因此，依据本发明的实施方案，它使利用从移动站发送到相邻的基本发送接收站的测量结果控制基本发送接收站的BCCH载波的功率成为可能。由此，基本发送接收站的功率消耗可以显著地下降。另外，在保持良好连接质量的条件下频谱利用效率可得到改善。

虽然以上的描述是关于本发明对GSM移动无线电系统的应用，可以理解，本发明可适用于任何其它类型的无线电传输。

应该明白，以上的描述只是参考本发明的最佳实施方案进行的。因此，本发明并不局限于以上描述的最佳实施方案，而是意在包括本领域的技术人员所做的任何变型和修改，这些变型和修改是在如所附的权利要求中规定的本发明的精神和范围以内的。

在此公开了一种在移动无线电网络中确定基本发送接收站BTS和移动站MS之间的路径损耗的方法和设备。详细地说，由第一基本发送接收站BTS发送具有发送功率P_TXAV的信号载波BCCH。然后，由所述的第一基本发送接收站BTS发送的所述的信号载波BCCH被空间上与所述的第一基本发送接收站BTS公开的移动站MS接收，由所述的移动站MS检测接收到的信号载波BCCH的信号电平P_RXAV，而且，将所述的接收信号载波BCCH的检测信号电平P_RXAV发送到一个相邻蜂窝的第二基本发送接收站BTS。另外，将由所述的移动站MS接收的所述的信号载波BCCH的检测信号电平P_RXAV与由所述的第一基本发送接收站BTS发送的所述的信号载波BCCH的发送功率P_TXAV作比较。然后输出指明这两种信号电平之间的差值的信号，这个差值就是所述的第一基本发送接收站BTS和所述的移动站MS之间的路径损耗的一种量度。作为一个结果，它使有效地确定在蜂窝移动无线电网络中基本发送接收站和移动站之间的路径损耗成为可能。

Claims (10)

1．一种确定在移动无线电网络中第一基本发送接收站(BTS)和移动站(MS)之间的路径损耗的方法，所述的移动站(MS)在空间上与所述的第一基本发送接收站(BTS)和第二相邻的基本发送接收站(BTS)是分开的；所述的方法包括以下步骤：

从所述的第一基本发送接收站(BTS)发送具有发射功率(P_TXAV)的信号载波(BCCH)；

在所述的移动站(MS)已经接收到以后，检测由所述的第一基本发送接收站(BTS)发送的所述的信号载波(BCCH)的信号电平(P_RXAV)；

将由所述的移动站(MS)检测到的信号电平(P_RXAV)从所述的移动站(MS)发送到所述的第二基本发送接收站(BTS)；

在所述的第二基本发送接收站(BTS)中接收由所述的移动站(MS)发送的信号电平(P_RXAV)；和

将由所述的第一基本发送接收站(BTS)发送的信号载波(BCCH)的发射功率(P_TXAV)与由所述的移动站(MS)发送的接收信号电平(P_RXAV)相互比较，由此获得所述的第一基本发送接收站(BTS)与所述的移动站(MS)之间的路径消耗。

2．依据权利要求1的方法，其中所述的移动站(MS)利用GSM网络的慢联合控制信道(SACCH)将检测到的所述接收信号载波(BCCH)的信号电平(P_RXAV)发送到所述的第二基本发送接收站(BTS)。

3．根据权利要求1或2的方法，其中该方法在用于办公或微蜂窝系统的一种同步蜂窝无线电网络中实施，所述的移动站(MS)与所述的基本发送接收站(BTS)相隔的距离和所述的基本发送接收站(BTS)的传输范围相比是短的。

4．根据前面的权利要求中任一项的方法，其中所述的第一发送步骤，检测步骤，第二发送步骤，接收步骤和比较步骤是相对于许多时隙中的一个间隙进行的。

5．依据权利要求4的方法，其中所述的一个时隙是监测时隙，是传输时隙以后的第六个时隙。

6．一种在移动无线电网络中确定第一基本发送接收站(BTS)与移动站(MS)之间的路径损耗的设备，所述的移动站(MS)在空间上与所述的第一基本发送接收站(BTS)和第二相邻的基本发送接收站(BTS)是分开的，所述的设备包括：

发射装置(10)，用于从所述的第一基本发送接收站(BTS)发送具有发射功率(P_TXAV)的信号载波，由所述的移动站(MS)检测从所述的发射装置(10)发送的所述的信号载波(BCCH)的信号电平(P_RXAV)并发送到所述的第二基本发送接收站(BTS)；

接收装置(20)，用于接收从所述的移动站(MS)发送的信号电平(P_RXAV)；和

比较装置(30)，用于将由所述的发射装置(10)发送的信号载波(BCCH)的发射功率(P_TXAV)和从所述的移动站(MS)发送的接收信号电平(P_RXAV)相互比较，由此获得所述的第一基本发送接收站(BTS)和所述的移动站(MS)之间的路径损耗。

7．依据权利要求6的设备，其中所述的移动站(MS)利用GSM网络的慢联合控制信道(SACCH)将所述的接收到的信号载波(BCCH)的检测信号电平(P_RXAV)发送到所述的第二基本发送接收站(BTS)。

8．根据权利要求6或7的设备，其中所述的设备是用于办公室或微蜂窝系统的一种同步蜂窝无线电网络的部分，所述的移动站(MS)与所述的基本发送接收站(BTS)相隔的距离和所述的基本发送接收站(BTS)相比较是短的。

9．依据权利要求6到8中任一项的设备，其中所述的发射装置(10)，接收装置(20)，比较装置(30)是相对于许多时隙中的一个时隙进行工作的。

10．依据权利要求9的设备，其中所述的一个时隙是监测时隙，是传输时隙以后的第六个时隙。

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