CN1231106A - 对蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的基站与方法 - Google Patents

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Abstract

按本发明的基站含有至少一个组合装置,用于蜂窝供电的至少两个基站支路是连接到此组合装置上的。对每个基站支路监控一个通信连接用的传输质量,并且相应地接通或断开在两个方向上的此通信连接用的各基站支路。本发明也可实现在其有用于蜂窝供电的各区域天线的各基站中。本发明尤其适合于在各蜂窝移动无线通信系统中的,例如GSM移动无线通信系统中的应用。

Description

对蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的基站与方法
本发明涉及经各无线通信接口通向各移动站的各通信连接用的基站和涉及用于对蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的一种方法。
通过经无线通信接口传输信息的办法，各移动通信系统，例如象GSM(全球移动通信系统)移动无线通信系统那样的各移动无线通信系统使得来往于各移动用户的通信连接的建立成为可能。在无线通信接口上可以采用不同的用于分开各用户的方法，属于此的有时分复用法和频分复用法。
在移动无线通信中用电磁波传输无线通信接口上的各种信息。在经无线通信接口的传输之后由接收的无线通信站接收天线只吸收一部分能量。在移动通信系统的典型使用环境中无线通信接口上传输的各信息经受各种各样的干扰。由发射站发射的各信息经不同的传播途径到达接收站，以致于不同传播途径的信号组分在接收站上叠加。此外各种屏蔽可以显著地妨碍信息从发射站向接收站的传输。各自通信连接的频带中的各干扰源也导致影响各接收信号的质量。
从欧洲专利文献0617861B1中公开了一种用于在蜂窝移动无线通信系统上改善无线通信蜂窝供电(Ausleuchtung)的方法。在此方法上在通向移动站的应受供给的蜂窝的边缘上用一种单一的载频传输多个无线通信站的，典型地为一个基站的三个支路的一个通信连接的各信息。各单个支路的各信号在一个移动站上叠加，并且因此导致通信连接质量的改善。由基站的所有供给此蜂窝的支路接收由此移动站发射的这些信号，并且这些信号经受一种分集组合法以此也可改善从移动站通向基站的连接。
通过基站的这种配置却产生可观的花费，因为与在蜂窝中间具有全向辐射特性的基站相反，或者也与必须准备就绪三倍数目的发射和接收装置的各常规扇形蜂窝相反。因此只有在大大提高电路技术的花费的条件下才可能改善传输质量，以致于此方法对于移动无线通信网的经营者是很昂贵的。
本发明的任务在于，说明用于对蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的基站和方法，它们在保留多重连接的各种优点的条件下降低用于蜂窝供电的花费。通过按权利要求1的各特征的基站和通过按权利要求11各特征的方法解决此任务。从各从属权利要求可获悉各有利的进一步发展。
按本发明经各无线通信接口通向各移动站的各通信连接用的一个基站至少含有一个组合装置。
用于供给一个蜂窝的至少两个基站支路是连接到此组合装置上的。安排了组合装置用于监控移动站和至少两个基站支路之间的通信连接用的传输质量。相应于所确定的通信连接的传输质量由组合装置进行接通或断开其它各基站支路。在两个传输方向上进行接通或断开。如果接通一个基站支路的话，则外加于经事先已接通的各基站支路已进行的信息传输对所述通信连接进行介于该基站支路和移动站之间的双向上的信息传输。
通过灵活地接通或断开各外加的基站支路可改善传输质量，或者可能在足够的传输质量情况下降低在对于一个通信连接所需各基站支路上的花费。在此对两个传输方向不作区分，而共同接通两个传输方向。因此能够在一个基站支路中突出一个发射和接收蜂窝。也可以由组合装置之外的一个控制装置安排所监控传输质量的评价和各支路的接通或断开的启动。有利地也在该组合装置中进行例如相加的信号组合和各单个支路接收信号的分配。
总合地对各单个支路和对通信连接检查所确定的传输质量。以此可确定为了保证足够的传输质量，哪些支路是必要的和哪些是不必要的。对所考察的连接接通或断开各相应的支路。在两个传输方向上进行接通和断开。通过两个传输方向上的释放可将在已断开支路上的已释放的发射和接收装置用于一个另外移动站的通信连接；意即在此通信连接存在期间不在所有的支路上储备各发射和接收装置，而按需要动态地接通或断开各发射和接收装置。因此能够在保留多重供给的各种优点条件下较好地利用各发射和接收装置，意即能够进行各种节约。
在采用各通常的传播模型和信号组合时的接收功率相加模型的条件下，已通过各种模拟求出各连接的百分比，这些连接需要各外加的支路(例如接收电平小于蜂窝中的平均电平)以及在这些连接上这些外加的支路促使各接收条件的一种实质上的改善(例如大于1dB的接收电平的改善)。在此人们获得作为典型的结果是：
带有一个支路的各连接：65％，
带有两个支路的各连接：25％，以及
带有三个支路的各连接：10％。
每个连接的支路平均数目因此为1.45。也就是平均只需要约1.5个而不是三个支路，并且通过按本发明的基站可实现节省50％的发射和接收装置。
在按本发明的基站中将一个已对一个通信连接断开的基础发射/接收站或区域无线接通在一个其它通信连接的一个另外的载频上。通过此安排出现基站各发射和接收装置的较好利用和各系统资源的较好利用，以用于提高网络容量的目的。基站的各发射装置有利地是如此安排的，使得在时分复用法上能够针对时隙地转换载频。对每个时隙以此进行将一个逻辑信道动态地分配给一个物理的信道。
在按本发明的基站上通过各自布置在蜂窝边缘上的各基础发射/接收站，或者两者选一地通过分配到蜂窝的各不同区域的各区域天线形成各基站支路。在第一种情况下这些基础发射/接收站有一个指向蜂窝中心的幅射图，在此期间在既由各分开的天线也由电子控制可以生成的各区域天线上，辐射图各自指向蜂窝边缘。
在将无线通信蜂窝划分成多个窄区域的第二情况下，通过在基站上只在小的角度范围里接收各相同信道干扰的办法(例如通过选择具有最好接收的区)可改善信号质量。此外也由此基站传播对其它各通信连接的较少的干涉，因为不向所有的方向而有目标地发射发送信号。在此也能够通过接通和断开在这些各自的支路上的各发射和接收装置，进行在保留分区域条件下的各种节约。
根据按本发明基站的一种有利的安排按时分复用法运行此基站，在此一个基站支路的一个基础发射/接收站的或一个区域天线的接通和断开是从一个通信连接方面针对时隙地控制的。
在作为基站使用领域的各移动无线通信系统上在各时隙之间按照时分复用法安排了各保护时间，在此保护时间期间减小发射站的发射功率。两个时隙之间的这些保护时间尤其适合于转接，因为在减小发射功率时转接的各种干扰效应仅少量地影响传输质量。
按一种其它的有利安排循环地重复传输质量的监护。通过以有规则的时间间隔或以通过传输质量激发的时间间隔对每个单个支路中的一个通信连接测量象信号电平，信号噪声比或有效信号对干扰信号比那样的传输参数的办法，或者通过对每个单个支路确定位差错率的办法使得传输质量的监控成为可能。可是也可以将监控局限于各单个的支路上或者确定所有支路作为整体的传输质量。
如果在监控时刻接通的不是一个连接的最大可能的基站支路的数目的话，则可通过组合装置来控制，使得为了传输质量的监控的目的将各外加的基站支路纳入到通信连接中。
通过多个在一个共同载频上的各基站支路有利地进行移动站的供给。在一个时隙期间也就是多个基站支路，各基础发射/接收站或各区域天线在一个共同的载频上发射，以致于在移动站上各信号组份叠加为总信号，并且无需在各移动站上的更多的花费而能改善接收。通过该进一步发展可以进行基站的改型，而无需各移动站的适配。
这些基站具有至少一个管理信道，按一种有利的进一步发展优先利用管理信道的载频于由多个基站支路供电的各通信连接。由于与蜂窝负荷状态无关地由所有的基站支路提供此管理信道供支配，此管理信道的载频可优先地利用于占用了大量支路的各通信连接。通过这样的行动方式能够对每个基础发射/接收站或每个区域天线取决于负荷地减少所需载频的数目。
这些介于组合装置和支路之间的物理信道是有利地可转换的，由此也在组合装置和基础发射/接收站或者区域天线之间只转换真正所需的物理信道的数目。
在一个独立的权利要求中说明了一种用于供给蜂窝移动无线通信系统的蜂窝的方法。
以下根据各图用各实施例详述按本发明的基站或用于蜂窝供电的方法。
在此所示的：
图1为蜂窝移动无线通信系统的一个方框电路图，
图2为用于蜂窝供电的带有三个基站支路的基站的一个方框电路图，
图3为带有各从属区域天线的基站的一个方框电路图，
图4为一个在两个支路上的带有两个时隙和四个载频的无线通信接口，以及
图5为一个在两个支路上的带有两个时隙和三个载频的无线通信接口。
图1中所示的移动通信系统具有至少一个与其它各移动转接站联网的或建立了通向固定网PSTN通道的移动转接站MSC。此外该移动转接站MSC是至少与一个基站控制器BSC连接的。每个基站控制器BSC又使通向至少一个组合装置KOM的连接成为可能。移动转接站MSC和基站控制器BSC是各种象例如从GSM(全球移动通信系统)移动通信系统中已知的装置。
组合装置KOM例如是与三个基站支路支路1至支路3连接的。这些基站支路支路1至支路3例如是能经无线通信接口建立通向各移动站MS的通信连接的各无线通信站。图1中例如表示了这样一个通向一个移动站MS的无线通信连接。
介于各基站支路支路1至支路3和移动站MS之间的无线通信接口是按时分复用法管理的。在一个载频上因此例如可以准备就绪八个可利用于不同通信连接的和用于管理无线通信接口的时隙。例如从M.Mouly,M.B.Pautet著，“移动通信用的GSM系统”，1992，中获知无线通信接口的各管理细节。此无线通信接口此外是可选地按频分复用法管理的，以致于可由一个无线通信站在多个频载上建立通向各移动站MS的各通信连接。按此一个无线通信信道是由它的载频和由时隙表征的。
按图1在带有许多蜂窝Z的蜂窝移动通信系统的一个蜂窝Z的边缘上布置了三个与一个共同组合装置KOM连接的基站支路支路1至支路3。这些基站支路支路1至支路3因此能共同，意即同时和以高质量保证通向一个移动站MS的通信连接。组合装置KOM和这些基站支路支路1至支路3形成一种按移动通信系统的蜂窝结构可重复自己的基站BS。
例如按图2的基站BS接收六个不同载频上的各种信息，意即针对一个时隙可存在最多六个通向各移动站的通信连接。将此六个相当于物理信道的不同载频引到组合装置KOM上。此通信装置KOM将这些物理信道转接到通过各基础发射/接收站BTS实现的各单个支路上。
在一个共同蜂窝的边缘上例如布置了三个基础发射/接收站BTS，两者选一地这也可涉及两个基础发射/接收站或大量基础发射/接收站，这三个基础发射/接收站BTS例如供给六个由数字标志的移动站。为了由所有基础发射/接收站BTS在一个时隙期间同时供给六个移动站，也许需要在所有的基础发射/接收站上准备就绪六个不同载频用的各发射和接收装置。
按本发明准备就绪较小数目的，图2中为4个的，发射和接收装置TRX1至TRX4。每个基站支路的发射和接收装置的数目是大于1的，可是小于网络侧的直到组合装置KOM的物理信道数目。
通过组合装置KOM是可以转接各基站支路和组合装置KOM之间的这些物理信道。因此可以也用此每个基础发射/接收站BTS的示范性的四个发射和接收装置TRX1至TRX4在一个时隙期间保证六个通信连接。仅仅通过此基础发射/接收站BTS供电这些位于一个单个基础发射/接收站BTS附近的移动站1,5,6，在此期间由两个基础发射/接收站BTS供电其它各移动站3,4或者由三个基础发射/接收站BTS供电一个其它移动站2。
可以用各种通信理论的方法确定在网络规划时为每个基站支路安排的发射和接收装置的数目。从对一个蜂窝可期望的通信和从最大允许的占线率可确定每个基站支路的，意即一个通信连接的每个分集支路的负荷。只要当每个通信连接的分集支路平均数目＜3，例如位于1.2和1.5之间时，可以模拟此负荷。每个支路的负荷都取决于一个单个蜂窝的专门的具体条件，以致于应规划进某个安全余地。从现在起可以从每个支路的负荷确定每个基站支路的所需发射和接收装置的数目。
按照此通信连接的传输质量总体地和在各单个支路上通过此组合装置KOM进行各基站支路的接通或断开(通向这些支路的各发射和接收装置的各物理信道)。
通常规定一个在移动通信系统之内的必要的传输质量，此传输质量是可用接收电平，位差错率，信号噪声比，有效信号对干扰信号比或用这些测量值的组合推导出来的。如果传输质量低于一个第一阈值，则可通过此组合装置KOM安排为此通信连接接通一个其它基站支路。另一方面当超越传输质量方面的一个第二阈值时，或者当一个基站支路对信号质量不提供重要的供献时，通过组合装置KOM从通信连接上断开此基站支路，有利地断开具有最坏传输质量的基站支路。
图3中说明了一个由一个带有组合装置KOM的基础发射/接收站BTS组成的其它基站BS。此基站BS是与一个如为图1所述那样建立通向移动通信系统通道的基站控制器BSC连接的。
给此基站BS分配了作为各天线装置幅射发送信号或接受接收信号的各区域天线A。这些区域天线A形成这些基站支路支路1至支路n，并且是在此各自如此指向的，使得包围基站BS的蜂窝是划分成不同的区域。在此各单个区域天线A的各区域自相重叠，以致于经至少两个区域天线A的通向一个移动站MS的通信连接是可能的。这些区域天线A同样可构成为带有辐射图的电子偏转的一个天线或多个天线。
通过蜂窝移动无线通信系统的一个蜂窝的这种分区有可能减小辐射和接收的干扰功率，以及将基站BS的相同载频利用于通过此干扰功率的针对此基站BS的方向可以区分的各不同的移动站MS上。为了保证这一点这些区域天线A是与各专门的发射和接收装置连接的，这些发射和接收装置又是与组合装置KOM连接的。经过此组合装置KOM进行接通由各区域线A所代表的各支路，这些支路是通向网络侧的来自和通向基站控制器BSC的各物理信道。
按本发明在此基站BS上也可能通过采用组合装置KOM减少每个区域天线A的所需发射和接收装置的数目，因为将在一个发射和接收装置上不需要的各区域天线A从一个通信连接断开，并且因此而供其它各通信连接支配。
按本发明有利的是，按图2和图3各基站BS的各发射和接收装置针对时隙地可转接到各不同的载频上的。因此改善地利用蜂窝之内的频率资源，并且以供支配的频带实现一种高的网络容量。
用图4和5阐述例如用哪些准则实现对一个通信连接指定一个时隙和如何能够以有利的方式进行各通信连接的重组。以下将基站支路称为用于供电移动站的支路。
应该将对一个已存在的需要额外支路的通信连接对于相应的时隙没有发射和接收装置供支配的概率保持尽可能地小。这种概率在以下称为接通占线概率，以便将它与建立占线概率(在通话建立时不能提供各必要的支路来支配的概率)区分开来。
接通占线概率的降低有利地应优先于建立占线概的降低，以便以足够的质量保证各已存在的通信连接。
使两种概率保持微小的目标的实现可以通过：
-在连接建立时的一种合适的时隙分配战略，以及
-将已存在的各连接移动到各其它的时隙上。
在一个通信连接开始时(例如几秒钟)由多个或所有的，例如三个支路供给此通信连接。根据这些各自的接收电平和/或接收质量(位差错率)的测量在此确定，哪些用于供给通信连接的支路是必要的。此外对此通信连接可寻找一个新的时隙，使得在移动到此时隙上时所产生的接通占线概率是尽可能低的，并且将此通信连接移动到此时隙上。也可选择地保留以前的信道，如果接通占线概率因此曾是低的话，例如低于一个可调定的阈值或不大大地高于新的接通占线概率。
此接通占线概率ZBW取决于不同的量：
-取决于对有关时隙的未占用发射和接收装置的数目。
在此不仅有多少个发射和接收装置剩留在这些已利用的支路上是重要的，而且有多少个发射和接收装置剩留在当时未由此通信连接所需的各支路上也是重要的，对此请参阅图4。
-取决于在各自时隙上已存在的各连接需要一个新的(外加的)支路的概率。
当一个通信连接已利用所有的支路时，需要各外加支路的概率则等于零，相反地对这些通信连接存在一种可释放一个支路的概率。因此应该优先那些已服务于这样通信连接中的多个通信连接的时隙。
当对一个通信连接存在着一个支路的很好的传输质量时，则很不可能为此通信连接需要一个新的支路。从既在当今所采用的也在当今未采用的各支路上的接收电平的或接收质量的各测量中，以及从各趋势分析中可以估计出一个通信连接马上需要一个新支路的这种概率的各值。
从所述各量中可以计算接通占线概率的各估算值，并且可求出对其此接通占线概率为最低的时隙。各种确切计算却是困难和费事的，以致于各种探索的方法在时隙选择时是有利的。
各标号为：
B支路数目，
B每个支路的发射和接收装置的数目，nb(ts)在支路b上于时隙ts时占用发射和接收装置数目。
规则1：
选择一个时隙ts，使得
K1=max(nb(ts))
对于b=1..B是最小的。
规则2：
选择一个时隙ts，使得 K 2 = Σ b = 1 B ( n b ( ts ) )
为最小。
规则3：
选择一个时隙ts，在此时隙上于此时隙上所服务的通信连接的数目为最小，请参阅图5。
规则4：
从各接收电平或接收质量的测量或者必要时从趋势分析中计算出，在时隙ts上第i个通信连接马上需要支路b的或可能释放支路b的概率的各估算值。这些概率称为：
Wb -(ts)或Wb -(ts)。
由这些概率Wb +(ts)和Wb -(ts)可以计算出，对一个存在的需要支路b的通信连接在此支路b上于此相应的时隙ts上没有一个必要的发射和接收装置供支配的概率ZBWb(ts)。
因此对于此时隙ts的接通占线概率得出：
ZBW(ts)=1-(1-ZBW1(ts))*..*(1-ZBWb(tb))*..*(1-ZBWB(ts))。规则4内容如下：选择一个时隙ts，在此时隙上ZBW(ts)为最小。
随即标记一个时间区间，对于此时间区间可以作出关于这些通信连接发展的各种可靠的说明。数量级可位于1..5s的范围内，此数量级却取决于移动站的速度和蜂窝布局。此时间区间能够作为系统中的参数是可调定的。
此时隙分配战略例如产生于(在降低各占线概率的和必要时减少花费的意义上的各种变换同样是可能的)：
按规则1选择时隙ts。当多个时隙可选择时，则应用规则2，等等。两者选一地也可立即应用规则4或各规则的一种另外的顺序，或者立即和单独地应用规则1至3中之一。
降低接通占线概率的一种其它的可能性是改组各通信连接，意即移动到一个另外的时隙ts上。
按规则1至4的各量(也仅这些量的单个量)作为各释放判据可各自与一个阈值比较。可以定期地或者当需要一个支路，却不能供支配时，或者释放一个发射和接收装置时，检查此释放判据。
由此来确定一个要移动的通话，其办法是检查哪个通信连接是最强烈地减小按规则1至4的这些量的通信连接。如通信连接开始时那样进行时隙ts的选择。可以考虑，当两个时隙的按规则1至4确定的各量相互区别一个阈值时，才进行此移动。
通过应用各规则，尤其是规则1和2同时降低建立占线概率，因为均匀地充满这些时隙。

Claims (18)

1．经各无线通信接口通向各移动站(MS)的各通信连接用的基站(BS)，带有至少一个组合装置(KOM)，
-用于供电一个蜂窝(Z)的至少两个基站支路(支路1,..，支路n)是连接到此组合装置上的，
-此组合装置是用于监控一个移动站(MS)和至少两个基站支路(支路1,..，支路n)之间的一个通信连接用的传输质量而安排的，
-此组合装置相应于传输质量接通在两个传输方向上的此通信连接用的各基站支路(支路1,..，支路n)，或者从此通信连接中断开各基站支路(支路1,..，支路n)，
其中，将一个已为一个通信连接断开的基站支路(支路1,..，支路n)接通在一个其它通信连接用的一个另外的载频上。
2．按权利要求1的基站(BSS)，其中，通过各自布置在此蜂窝(Z)边缘上的各基础发射/接收站(BTS)形成这些基站支路(支路1,..，支路n)。
3．按权利要求1的基站(BSS)，其中，通过分配给蜂窝(Z)不同区域的区域天线(A)形成这些基站支路(支路1,..，支路n)。
4．按权利要求1、2或3的基站(BSS)，按时分复用法运行此基站，在此从一个通信连接方面针对时隙地控制了一个基站支路(支路1,..，支路n)的接通和断开。
5．按上述权利要求之一的基站(BSS)，其中，循环地重复传输质量的监控。
6．按上述权利要求之一的基站(BSS)，其中，在一个时隙期间在一个共同的频载上通过多个基站支路(支路1,..，支路n)进行移动站(MS)的供电。
7．按上述权利要求之一的基站(BSS)，其中，各发射装置是如此构成的，以致于是能够针对时隙地转接载频的。
8．按上述权利要求之一的基站(BSS)，带有至少一个其载频优先利用于各通信连接的管理信道(BCCH)，此载频由多个基站支路(支路1,..，支路n)供电。
9．按上述权利要求之一的基站(BSS)，其中，一个组合装置(KOM)和一个基站支路(支路1,..，支路n)之间的各物理信道是可转接的。
10．按上述权利要求之一的基站(BSS)，其中，如果应经多个基站支路(支路1,..，支路n)监控通信连接的传输质量的话，含有通过此组合装置(KOM)重组通信连接用的各物理信道。
11．用于对一个蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的方法，
-带有至少一个用于通向至少两个基站支路(支路1,..，支路n)的连接控制的组合装置(KOM)，
-含有用于对蜂窝供电的这些基站支路(支路1,..，支路n)，
其中通过此组合装置(KOM)
-进行监控一个移动站(MS)和至少两个基站支路(支路1,..，支路n)之间的通信连接用的传输质量，
-相应于传输质量接通在两个传输方向上的该通信连接用的各基站支路(支路1,..，支路n)，或者从该通信连接中断开各基站支路(支路1,..，支路n)，
其中，将一个对一个通信连接已断开的基站支路(支路1,..，支路n)接通在一个其它通信连接用的一个另外的载频上。
12．按权利要求11的方法，其中，该移动无线通信系统在此无线通信接口上利用一种时分复用法，并且从一个通信连接方面针对时隙地控制了基站支路(支路1,..，支路n)的接通和断开。
13．按权利要求12的方法，其中，给一个通信连接指定一个时隙(ts)，以致于一个支路(b)中的此时隙(ts)上的各已占用的发射和接收装置的数目为最小。
14．按权利要求13的方法，其中，给一个通信连接指定一个时隙(ts)，以致于在带有大数目的已占用发射和接收装置的支路中对此时隙(ts)的已占用发射和接收装置的数目为最小。
15．按权利要求12的方法，其中，给一个通信连接指定一个时隙(ts)，以致于对此时隙(ts)在所有支路(b)上的已占用发射和接收装置之和为最小。
16．按权利要求12的方法，其中，给一个通信连接指定一个时隙(ts)，以致于在此时隙(ts)上所服务的通信连接数目为最小。
17．按权利要求12的方法，其中，给一个通信连接指定一个时隙(ts)，以致于作为各单个支路(b)的各接通占线概率ZBW(ts)=1-(1-ZBW1(ts))*..*(1-ZBWB(ts))结合的总接通占线概率(ZBW(ts))为最小。
18．按权利要求12至16之一的方法，其中，移动一个已存在的通信连接到一个选出的时隙(ts)上，在此选择最强烈地降低接通占线概率的通信连接用于移动。
CN97197996A 1996-09-17 1997-09-05 对蜂窝移动无线通信系统的蜂窝供电的基站与方法 Pending CN1231106A (zh)

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