CN1252679A - 在电信网络的双层小区中从微小区层到宏小区层的转移 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在蜂窝式电信网络的一个小区(1)中与一个移动站(5)通信的方法,该网络包括具有多个微小区的微小区层,每一个微小区具有至少一个中继站(6,7),并且网络还包括具有一个宏小区的宏小区层,该宏小区覆盖所述多个微小区,在本方法中,微小区层中的通信在移动站和至少一个分配给该通信的中继站之间进行,分配给一个通信的一个或一组中继站能够在通信中改变。当中继站对于与移动站的一个通信的改变数目超过预定数目(N_act)时,将通信从微小区层转移到宏小区层。本发明还涉及应用本方法的基站。

Description

在电信网络的双层小区中 从微小区层到宏小区层的转移

本发明涉及移动电信网络或无线通信网络领域，特别是以TDMA(时分多址由英文“Time division multiple access”缩写而来)方式数字传输的网络。人们知道，该种网络是由小区构成，每一个小区包括一个基站，它用于保证与在该小区中出现的移动站进行通信。对于移动终端地面通信系统，人们已经定义了不同的标准，特别是GSM，DCS1800或PCS标准。根据GSM标准，每一个地面站(BTS，英文为收发基站“base transceiver station”)在一个小区中的信标信道上发射信令信息(缩写为BCCH，英文为“广播控制信道(broadcast control channel)”；该信道另外还用作小区的标识。RACH信道(英文“随机存取信道Random Access Channel”)被用于移动站产生的信令信息。该信道允许移动站在通信初始化阶段能够发射一请求(上行呼叫)，或者一确认信息(下行呼叫)。

本发明特别是涉及到双层小区。该种小区具有一个宏小区层和一个微小区层，在该种小区中，宏小区层能够管理小区一级的移动站，微小区层能够管理微基站或微BTS一级的移动站；每一个微BTS在它所确定的微小区中发射微弱的功率，对于一小区或一宏小区典型的千米级的尺度而言，它典型地只具有大约几百米的尺度。

这种小区的模式和结构能够增加业务容量，或解决了在城市环境中所遇到的传输问题。然而，所产生的改进与在微小区层的移动站管理同样重要。因而具有分布天线的小区的一个目的就是保证在微小区层同样能与移动站进行传输。并且它还要能与在宏小区层的移动站进行传输。为从微小区层到宏小区层转移，需要估算移动站的速度，并利用该速度决定从微小区到宏小区的转移；在该情况下，固定的移动站或具有很慢速度移动的移动站在微小区层中被管理，而快速移动的移动站在宏小区中被管理。该解决方案在例如出自TS GSM 05.22版本4.00的ETSI建议中有所描述。该建议利用在小区中花费的时间来估算速度。

申请人1997年9月8日申请的，申请号为9711123，名称为“控制用于数字小区无线通信网络一个小区中通信的基站和相应的控制方法”的法国专利申请描述了一个分布式无线电覆盖系统，该申请在本专利申请日之前未公开。在该申请中，它提出每一个小区有多个中继站；另外，用于小区一个移动站的通信要影响到一组至少两个中继站。同一小区的中继站使用同样的BCCH和RACH信道。

申请人1997年9月8日申请的，申请号为9711125，名称为“在数字蜂窝式无线通信网络的一个小区中定位移动站的方法”的法国专利申请描述了一个分布式无线电发射覆盖系统，该申请在本专利申请日之前未公开。在该申请中，它提出每一小区有多个中继站；它还提出根据来自移动站的通信量，在小区的多个中继站中选择至少一个，以确定该移动站在小区中的位置。同一小区中的中继站使用同样的BCCH和RACH信道。

本发明提出一种在分布式小区中从微小区层到宏小区层的业务重新分布问题的解决方案。它可以使得业务效率和微小区资源的利用最大；它还能保证具有良好的业务等级GoS(英文“grade ofservice”)。

更准确地说，发明提出了一种在蜂窝式电信网络的一个小区中与一个移动站通信的方法，该网络包括具有多个微小区的微小区层，每一个微小区具有至少一个中继站，并且网络还包括具有一个宏小区的宏小区层，一个宏小区覆盖所述多个微小区，在本方法中，微小区层中的通信在移动站和至少一个分配给通信的中继站之间进行，分配给通信的一个或多个中继站能够在通信中改变，并且在该方法中当中继站对于与移动站的通信改变的数目超过预定数目N_act时，通信从微小区层转移到宏小区层。

在一个实施方式中，微小区层中的通信在移动站和两个中继站之间进行。

最好是，预定数目被选择以使得业务等级小于或等于2％。

在一个实现模式中，宏小区包括一些装置，它们用于管理一定相等数量N_macro的发射机接收机，并且所述的数量根据发射机接收机的数目选择。

发明还涉及用于电信网络一个小区的基站，它具有带有多个微小区的微小区层，每一个微小区包括至少一个中继站，并且还包括带有覆盖多个所述微小区的宏小区的宏小区层，以及将至少一个中继站分配给微小区层中与移动站的通信的分配装置，所述分配装置将不同的中继站分配给移动中的移动站，该基站还包括当中继站对于与一个移动站的通信改变的数目超过预定数目N_act时，从微小区层到宏小区层的通信转移装置。

最好是分配装置将两个中继站分配给微小区层中的一个通信。

在一个实现模式中，所述的预定数量被选择以便业务等级小于或等于2％。

本发明其它的特点和优点将在下面根据本发明的实施例并参照附图给出，在附图中：

图1，本发明所应用的分布有中继站的小区简图；

图2，用于评估本发明结果的小区的简图；

图3到5，根据本发明的中继站业务量图。

在下面的说明中，本发明将参照GSM的实例进行描述，并且是对于将每一通信分配到两天线或中继站构成的一组上的情况，如同申请人在前述专利中描述的一样。发明还可用于其它类型的网络，或者用于对于每个通信只分配一个中继站的情况。发明特别适用于下述微小区的情况，该微小区具有多个中继站，如同前述专利申请9711123和9711125中一样。

图1示出了应用本发明的、分布有中继站的小区的一个微小区简图；图1的微小区1具有一个集中器2和在图1中与集中器2相连的多个中继站或天线6。中继站和集中器的整体构成了微小区的微基站。

在图1中还示出了宏小区的基站控制器BSC(英文“Base stationcontroller”)3，它与微小区的集中器2相连。

在图1中还示出了一移动站5；与移动站5进行的通信被分配到由两中继站6和7构成的两个中继站的一组，它们在图中以黑色表示。该两中继站对于该通信是有效的，并且确定了图1中灰色表示的覆盖区。对于与移动站5进行的通信，图1中白色所表示的其它中继站是待用的。

该解决方案能够在任何时候根据与移动站进行通信的一个或一组中继站，在微小区的内部定位移动站5。在图1的例子中，如上所解释的，当通信被指定到两中继站6和7时，移动站就是处于灰色区域中。本发明提出利用这个位置信息来确定从微小区层转移到宏小区层的条件。

当通信建立时，上行或下行呼叫在微小区层中被管理；为此我们可以使用一种本身是公知的资源分配策略，而不会影响的本发明的实施应用。特别地，我们可以使用P.Charrière和J.Brouet1997年12月在ICPWC’97上发表的“基于分布式覆盖网络的用于高业务量TDMA移动管理的最佳信道选择策略”中所描述的信道选择策略。通信也可以来源于一个相邻的小区，并且由此产生一个朝向一个或多个小区中继站的转移或协议。在此情况下如同其它情况一样，向一个或一组中继站的通信分配可以确定移动站所位于的区域，换句话说也就是确定了移动站在小区中的位置。

在通信过程中，当通信所分配的一个或一组中继站改变时，移动站5可以改变区域。用于确定区域改变的必要性的可能机制，在申请人前述的专利申请中有所记述，它在于在上行链接上监听多个中继站上的通信，并且比较在不同的中继站上的接收质量，以选择一组中继站。

本发明提出当区域改变的数目，或者说中继站或各中继站改变的数目超过预定值N_act时，将通信从微小区层转移到宏小区层。相对于现有技术，本发明提出了不考虑移动速度而考虑它的移动，与移动站移动所用的时间无关。

图2示出了为评估本发明结果所使用的一个小区的简图；小区层了一个曼哈顿类型的城市环境，它具有垂直正交的街道，间隔为100米。小区由9个微小区构成，每一个具有9个中继站及一个集中器。每一个中继站能提供相同数量的发射机-接收机TRx，或者8个时间窗口TS(英文“时隙(time slot)”的缩写)。每一集中器用于管理相等的N_seq个的发射机接收机；宏小区覆盖所有的服务区，并且能管理相等的N_macro个发射机接收机。

在图2的网络中利用公知的传播模式进行模拟，这可以考虑到视线通信(英文“Line of sight communication”)和非视线通信(英文“non line of sight communication”)。调整中继站间的距离及发射功率，以便使得中继站的每一个时间窗口能够为每一移动站提供一个无干扰的信道。因此，我们可以使用Y.Begassat和V.Kumar 1998年5月在VTC’98上发表的“原始基于TDMA的高密度小区无线电网络干扰分析”中所提出的解决方案。另外我们假设存在一个完全的宏小区层。

图3到5依据移动站的通信业务量和移动站的数量的假设示出了在该网络中的模拟结果。为更加简化，我们仅考虑依据泊松(Poisson)规则的来话以及依据负指数法则的通话时间的话音业务。每一移动站平均每小时发生120秒的通话时间，也就是每移动站占有33毫厄兰。根据这些业务量假设，我们考虑一定数量的移动站，其中70％的移动站是固定的而剩余的移动站以相同的速度运动。在每一个相交区，处于运动中的移动站可以继续在相同方向上运动，或者以同样的概率左转或右转。

对于图3到5的图形，我们考虑一定的业务等级GoS，它通常定义为阻塞概率P_b和十倍的呼叫失败概率P_fct：

GoS＝P_b+10P_fct

对于一个呼入，呼叫的阻塞出现在物理资源缺乏时，换句话说，当移动站所处区域的中继站，也就是宏小区一级的资源饱和时。如果转移或协议失败，或从微小区一级到宏小区一级的转移失败时，就会出现呼叫失败。对于业务等级GoS，对于外部系统我们考虑2％的目标值，因此在图中阻塞概率小于1％，而呼叫失败概率小于0.1％。

在这些假设中，图3示出了根据区域在从微小区层转移到宏小区层之前改变的数目的预定值N_act，每个中继站的业务量图形。纵坐标以每一中继站的厄兰表示每一中继站的业务量。横坐标表示数量N_act。方形曲线对应于P_fct＝0.1％，而圆形曲线对应于P_b＝1％。对于图3考虑N_seq＝4，N_macro＝3，并且呼叫穿过三个区域的速度h为每120秒300米或9千米/小时。

图3表示对于值N_act，即对于到区域第一次改变的通信转移，宏小区层因可由微小区层管理的呼叫而饱和。对于大于或等于3的N_act值，呼叫在被转移到宏小区层之前在微小区层呼叫失败。对于N_act的值为2时，每一中继站的业务量优化在每一中继站1.55厄兰。

图4示出作为移动站速度函数的模拟图。横轴表示根据呼叫期间穿过区域的数目的速度。模拟图2利用下列值：N_seq＝4，N_macro＝3，且N_act＝2。

图4示出速度从h＝3或9km/h增加到h＝15或45km/h时每个中继站的业务量大约降低40％。图4证实了速度越高，管理微小区层中的呼叫越难的直观看法。因此本发明最好应用于行人密集区或移动站速度慢的小区。

图5示出对于不同的N_seq值，作为横轴上的N_macro的函数的业务量图形。在图5中，设N_act＝2且h＝3。图5示出由宏小区层管理的发射机接收机数目可以根据由集中器管理的发射机数目N_seq调节。根据图2的结构，N_macro的最佳值如下：

当N_seq小于或等于4时，等于N_seq，且

当N_seq大于或等于4时，等于4。

图3到5的图形表明，本发明对于给定的业务量假设，给定的移动站数量，给定的网络构架，能够优化中继站的业务量。更准确地说，它能够在完全保持相同的业务等级的情况下，优化资源利用并且能够提供最大的业务量。

因此本发明能够选择确定从微小区层到宏小区层转移的区域或中继站改变的数目，以保证业务等级GoS低于或等于2％。GoS的值通常可以通过阻塞概率和呼叫失败概率估算测量。

当然，本发明并不限于所描述和展示的实施例和实现模式，它可以具有公知技术中的技术人员能够想到的各种不同的变化。我们知道，本发明可以应用于所描述的小区的不同网络配置中，我们也还可以提供对于不同的移动站数量和业务量假设，参照附图所得到的那些不同结果。

Claims (7)

1.一种在蜂窝式电信网络的一个小区(1)中与一个移动站(5)通信的方法，该网络具有包括多个微小区的微小区层，每一个微小区具有至少一个中继站(6，7)，并且网络还包括具有一个宏小区的宏小区层，该宏小区覆盖所述多个微小区，在本方法中，微小区层中的通信在移动站和分配给通信的至少一个中继站之间进行，分配给一个通信的一个或一组中继站能够在通信中改变，并且在该方法中当中继站对于与移动站的通信改变的数目超过预定数目(N_act)时，通信从微小区层转移到宏小区层。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于微小区中的通信在移动站(5)和两个中继站之间进行。。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于预定数量根据业务等级低于或等于2％来选择。

4.根据权利要求1，2或3所述的方法，其特征在于宏小区包括用来管理相等数目(N_macro)的发射机接收机的装置，还在于所述预定数目(N_act)根据所述数目(N_macro)来选择。

5.一种用于电信网络一个小区(1)的基站，该网络包括含有多个微小区的微小区层，每一个微小区包括至少一个中继站(6，7)；并且还包括带有覆盖多个所述微小区的宏小区的宏小区层，以及将至少一个中继站分配到涉及所述微小区层中的一个移动站的通信的分配装置，所述分配装置将不同的中继站分配给移动中的移动站，基站还包括当对于与一个中继站的通信中继站改变的数目超过预定数目(N_act)时从微小区层到宏小区层的通信转移装置。

6.根据权利要求5所述的基站，其特征在于分配装置将两个中继站(6，7)分配给一个微小区层中的通信。

7.根据权利要求5或6所述的基站，其特征在于预定的数量根据业务等级小于或等于2％来选择。

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