CN1269953A - 涉及无线通信系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括具有阵列天线的无线基站的无线通信系统,利用所生成的方向估算能将阵列天线的天线波瓣定向到终端上。方向估算建立在从终端接收的信号的基础上。本发明也涉及将生成的方向估算与终端识别字符一起寄存的方法。在与终端的无线连接改变信道时,读出方向估算。根据方向估算来定向天线波瓣,紧接着在新的信道上开始通信。本发明的无线基站装备有其中寄存了终端识别字符与方向估算的数据库。

Description

涉及无线通信系统的方法和设备

本发明涉及无线基站和有关无线通信系统的方法，该无线通信系统中的无线基站装备的阵列天线的天线波瓣可以对准所需的方向。这样的天线例如能在公知的GSM系统中使用。

能控制将天线波瓣对准所需方向的、也被称为阵列天线的自适应天线的使用在本领域是众所周知的。对接收信号的到达方向进行方向估算并根据此估算控制阵列天线也是众所周知的，这已在军用无线通信系统中长期应用，以增强系统的干扰容限。近年来阵列天线在民用无线通信系统中的使用和尤其在移动通信系统中的应用已引起极大注意。在移动通信系统中，为满足容量与质量要求，必须非常有效地利用无线电频率。

移动通信系统的无线基站利用无线通信为位于基站网孔中的移动站提供服务，为此无线基站接入多个无线信道。在与第一网孔相隔了一个由频率复用因数规定的距离的另一网孔中也使用这些无线信道。当在同一无线信道上建立这些连接时，在第一网孔中建立的无线连接与在第二网孔中建立的无线连接之间将出现干扰，最小频率复用因数根据最大允许的干扰来确定，小的频率复用因数能有效利用频谱。

无线基站中自适应天线的使用能减少不同无线连接之间的干扰，并从而在保持无线连接质量的同时为降低频率复用因数提供可能。

专利申请号WO 96/22662公开了一种无线通信系统，其中无线基站具有阵列天线和用于进行接收信号的定向估算的装置。WO 96/22662解决了通过同一个无线信道与几个终端在网孔中建立通信的问题。与这些终端之中每一个终端的无线连接能借助于空间信息(即，每个终端的定向估算)来选择。然而，空间隔开要求使用同一无线信道的终端应该是空间分散的(即，位于相对无线基站的不同方向)。在要与终端建立新连接时，给此连接分配无线信道。所分配的无线信道不能在同一方向中由另一终端使用。为了有可能进行合适的无线信道分配，此无线基站具有一个数据库，此数据库包括此无线基站中所有可利用的无线信道以及对使用每个无线信道的每个移动站针对该无线信道的定向估算的表。

WO 96/22622所解决的问题与本发明所解决的即仅利用一个无线信道来与由同一个无线基站提供服务的几个无线电终端通信的问题不同。WO 96/22622中提出的解决方案也假定无线基站知道一个使用给定信道的移动站的标识。

本发明致力于解决如下问题：在天线波瓣能对准移动站之前，每当与移动站的无线连接转换到新的无线信道时，需要对移动站进行新的定向估算。这意味着，在开始利用新的无线信道时，其信号干扰比与有可能以一种有利方式立即使天线波瓣对准时相比要差得多。

在建立新的业务连接时，在不同的无线信道上发送信令消息。这些消息要求好的连接质量，以便迅速和正确地建立连接。而且，信令将最好在短时间周期上捕获信令信道，以使信令信道具有好的容量。

如果第一信道的无线电质量差，也能改变已有连接的无线信道。如果此新信道由于缺乏定向估算而不能立即提高无线电传输的质量，则存在连接被中断的危险。

在诸如公知的GSM系统的无线通信系统(其中无线基站仅将信令信息从移动网络传送到移动站，并且反之亦然)的情况中，另一问题是在信道改变时能使用定向估算而无需改变无线基站与移动网络之间的接口。

因此，对于一个其无线基站具有定向天线波瓣的无线通信系统，本发明的一个目的是使天线波瓣能对准无线信道方向，紧接着无线连接转移到此信道上。

根据本发明，利用在通过第一物理无线信道进行连接时生成移动站的定向估算的方法来解决这一问题。当在第一无线信道上建立连接时，也识别移动站识别字符。此识别字符和从此识别字符中导出的定向估算被寄存在一张表中。当通过无线基站的固定连接接收到有关信道活动的指令时，也识别应使用新的物理无线信道的移动站的识别字符。当启动分配的信道时，读出此表，并且根据移动站识别字符求出定向估算，此定向估算用于将天线波瓣对准合适的方向，紧接着开始使用此新的信道。

本发明也涉及包括用于实施上述方法的装置的无线基站。此无线基站一般装备有至少一个(通常为几个)收发信机单元。每个收发信机单元处理无线电载波，在TDMA系统中此载波分为许多物理无线信道。收发信机单元在上行链路中将物理无线连接变换为通过固定连接传送给无线网络的比特流，而在下行链路中的过程则与之相反。根据本发明，这些公知的收发信机单元具有用于读出某些信令消息的装置，这些信令消息在移动站与无线网络之间进行交换并用于识别移动站识别字符和检测消息，以达到将连接交换到新的无线信道上。此无线基站也包括与所述站中每个收发信机单元相连接的数据库。收发信机单元在数据库中相对于被识别的移动站识别字符而寄存移动站的定向估算，以及在识别新的信道连接时可能在此数据库中寄存此连接。收发信机单元包括用于在数据库中查找这样的定向估算的装置，假定已寄存了此定向估算和新的信道。此收发信机单元随后利用此定向估算来以有益的方式形成天线波瓣。

当无线连接转移到新的信道上，本发明具有能立即在适当方向上形成属于此新信道的天线波瓣的优点，这提高在信道改变之后立即发送的重要信令的传输质量。

由于从一开始就有利地形成天线波瓣，也减少对其它无线电业务的干扰。

本发明也具有在信标信道上进行通信时能生成定向估算的优点。有关信标信道的频率复用因数比标准业务信道情况中的大，于是对于在信标信道中出现的重要信令的干扰较低，这使得在信标信道中比在标准业务信道中能进行更好质量的信道估算。

现在将结合其优选实施例并且也结合附图更详细描述本发明。

图1表示GSM系统。

图2a是GSM系统中物理上行链路控制信道与逻辑信道的变换图。

图2b是GSM系统中物理下行链路控制信道与一些逻辑信道的映射图。

图3是表示公知的无线基站的简化方框示意图。

图4a是表示将信道分配给无线连接的本发明方法的流程图。

图4b是图4a中所示方法的继续。

图5表示寄存器中数据记录的格式。

图6是表示本发明的无线基站的方框示意图。

本发明使无线基站能在给定的终端以后转换到另一无线信道上时利用涉及此给定的终端的较早建立的定向估算。因此，此无线基站识别并在一个表中登记此终端识别字符与定向估算。如果信道改变，则从此表中检索出定向估算并在新的信道中进行无线电传输时使用此定向估算。例如，根据本发明，当终端从控制信道转换到语音信道时或者在两个业务信道之间进行网孔内切换的情况中，可在建立呼叫连接时再使用定向估算。

下面从公知的和标准化的GSM系统开始描述本发明。介绍性地描述GSM系统各部分，以便于本发明的理解。图1是GSM系统的示意图。此系统包括至少一个移动交换中心(MSC)，有多个基站控制器BSC1-BSC2与此中心MSC相连接。多个无线基站BST1-BTS6也与基站控制器BSC1-BSC2连接。

移动交换中心MSC和基站控制器BSC1-BSC2形成具有多个至无线基站BTS1-BTS6的分支的通信网络系统。

能通过无线基站BTS1-BTS6与位于由所述无线基站服务的地理区域内的那些移动站MSC1-MSC3建立连接，如从图1中可看出的。因而，无线基站BTS1能给网孔C1内的移动站(即图1中的移动站MS1)提供服务，而无线基站BTS2能给移动站MS2提供服务。

移动站MS1-MS3与无线基站BTS1-BTS6之间的接口和无线基站BTS1-BTS6与基站控制器BSC1-BSC2之间的固定连接接口A”是本发明所感兴趣的。此后一种接口表示为Abis接口。

与无线电接口相关，无线频道以TDMA系统为特征的方式分为许多时隙，8个时隙构成从0至7编号的TDMA帧，物理无线信道由无线频道以及这些在时间上循环地重复的时隙之一组成。物理信道由其间具有固定频率复用因数的上行链路连接与下行链路连接组成。

物理无线信道传输逻辑信道，这些逻辑信道传输不同类型的信息。根据所传输的信息，逻辑信道分为不同的信道组。

CCCH信道是一组与接入请求和信道分配一起使用的公共控制信道。GSM系统包括下行链路中的两个不同的CCCH信道。当移动网络希望与寻址的移动站进行联络时，寻呼信道用于发送寻呼消息给此移动站。分配信道或AGCH信道(接入授权信道)是用于发射信道分配消息给寻址的移动站的下行链路信道。最近已请求接入的移动站收听此信道，以试图检测预定给此特定移动站的信道分配消息或接入同意消息。

在GSM系统的上行链路中仅发现一种类型的CCCH信道、即接入信道或RACH信道(随机接入信道)。接入信道可用于所有移动站来发送接入请求给移动网络。在移动站发起请求或在网络发起请求并且寻呼消息通过PCH信道到达此移动站时，此移动站使用此接入信道来请求接入此无线连接。

另一组信道是分配给至指定移动站的连接的专用信道。该信道组包括三个专用控制信道和一个用户数据发射业务信道。此业务信道是重要的信道，因为正是该信道在用户之间发射信息，并在其余信道上发射能用于保持业务信道的信息。

其中的一个专用控制信道是独立的专用信道SDCCH。在连接建立过程中新的业务连接使用此SDCCH信道。在此连接建立过程中，分配新的物理信道，在此物理信道上发射其余两个专用控制信道和逻辑业务信道。因此，此专用物理信道在下面称为物理业务信道。物理业务信道由上行链路与下行链路连接组成。

下行链路也包括一组逻辑广播信道BCH，所有的移动站在这些BCH上收听。这些BCH信道包括用于使移动站与BCCH信道同步的两个信道。BCCH信道构成逻辑广播信道并广播供所有周围的移动站MS1-MS3收听的网孔信息。

无线基站BTS1-BTS6具有分配用于无线通信的至少一个频道，这通常具有几个频道。这些分配的频道之中的一个信道是信标信道。之所以取名为信标信道，是因为它传送逻辑信标信道组。在信标信道中发射公共控制信道并且通常也发射SDCCH信道。下面特别利用信标信道来表示传送逻辑信标信道的频道。在无线基站BTS1-BTS6中的其余频道仅传送专用物理信道，通常为业务信道。

图2a表示上行链路中的频道并表示信道是如何划分为时隙的。图2a还表示由在频道中8个相互连续的时隙组成的TDMA帧201。TDMA帧201中的时隙从0至7进行编号。图2a也表示物理信道202，物理信道202由在每个TDMA帧中重复的给定时隙组成。此物理信道包含51个时隙的序列，由该序列形成CCCH信道和BCH信道的多帧。用于在物理信道上发射逻辑信道的程序称为映射。标记为R的接入信道在多帧的每个时隙中进行映射并因而仅接入物理信道202。循环重复多帧202。

图2b也表示具有TDMA帧201的频道，但此频道形成下行链路信道。图2b也表示下行链路中的物理信道203，在此信道中发射BCH信道与CCCH信道。根据预定计划映射这些信道。PCH信道标记为B，CCCH信道标记为C。CCCH信道可以是AGCH信道或PCH信道。在输入的多帧中最后映射“空”信道I。

为简便起见，下面假定通过图1中的无线基站BTS1和基站控制器BSC1与移动站MS1进行通信。

处理无线基站BTS1从基站控制器1接收的并传送给移动站MS1的数据，以便在移动站MS1中能估算原始数据，而不管部分的数据由于无线电传输的原因而被丢失。信号处理包括下行链路中的信道编码、交错、加密和上行链路中的检测、解密、去交错与信道解码。

Abis接口描述用于无线基站BTS1与基站控制器BSC1之间通信的格式。无线基站BTS1与基站控制器BSC1之间的消息和应在基站控制器BSC1与移动站MS1之间发送的并试图通过无线基站BTS1的数据都在Abis接口上透明地进行发送。当下行链路中预定给移动站MS1的数据从有关Abis接口的格式变换为根据无线电接口的格式时，由于传送在信号处理之后的信息的其他数据比特，增加了此信号的带宽。另一方面，当为了通过Abis接口对来自无线信道的数据实施相反的信号处理程序时，在上行链路中减少了此信号带宽。

图3是表示公知的无线基站BTS1的简化方框示意图。无线基站BTS1包括天线和三个收发信机单元TRU。每个收发信机单元TRU利用基站控制器BSC1-BSC2连到天线和连接A”。根据所述的Abis接口利用这后一连接进行通信。收发信机单元TRU负责无线频道上的连接。因而，此收发信机单元在下行链路中从Abis接口中选择应通过无线频道发射的数据，并将所述数据变换为无线电接口格式，而且此后通过此频道发送此数据。收发信机单元TRU在上行链路中在一个频道中接收数据并将此数据从无线电接口变换到Abis接口，此收发信机随后在上行链路中将此数据发送给已连接的基站控制器BSC1-BSC2。

GSM标准未公开无线基站BTS1可以具有阵列天线，以使天线波瓣能被形成并在通过物理无线信道已与移动站建立连接之后有益地进行定向。然而，本领域技术人员熟知图3所示的无线基站BTS1能具有阵列天线并在收发信机单元TRU中具有用于生成接收信号的定向估算的装置。给收发信机单元TRU提供用于通过天线阵列将天线波瓣对准每一个专用物理信道的装置也是众所周知的。单独控制上行链路与下行链路连接的天线波瓣在本质上也是众所周知的。然而，一个问题是在各个收发信机单元TRU之间没有通信。在连接已移到新的无线信道之后，在第一收发信机单元TRU中生成的定向估算不能在处理新的无线信道的第二收发信机单元中使用。

在前面已描述本发明的背景技术，并在下面将描述实际的发明。一方面，本发明是在以前给出的实施例中在无线基站BTS1中应用的方法。然而，本发明方法要求修改上述无线基站BTS1。下面将描述能在实施示意方法中使用的无线基站。

本方法包括识别移动站MS1的识别字符并寄存此识别字符以及为此移动站MS1生成的定向估算。当给移动站MS1开放新的无线信道时，利用有关此移动站MS1的寄存的识别字符能找到定向估算，此定向估算随后能用于在有益的方向中形成天线波瓣，紧接着开始使用此新的信道。

图4a表示本发明方法在建立移动站MS1所请求的呼叫连接和随后授权所述请求时如何工作的示例。

开始时本方法响应无线基站BTS1从移动站MS1中接收接入请求，在接入信道和在某一TDMA帧中接收此接入请求。在这种情况中假定：在移动站发起请求时出现此接入请求，此接入请求包括由此移动站所生成的随机数字(5比特鉴别符)。此步骤在图4a中利用步骤A1来表示。

在下一步骤A2中，无线基站BTS1解码此随机数字。此解码的随机数字是移动站MS1的第一识别字符，借此无线基站BTS1能将移动站MS1识别为已从其中接收了接入消息的移动站。也识别在其中接收此接入的TDMA帧号。

在步骤A3中根据从移动站MS1中接收的接入请求生成定向估算。

随后，在寄存器中为此移动站MS1开放新的数据记录，此数据记录包括多个信息字段。将此定向估算写入其中一个字段中，并将此随机数字和TDMA帧号写入另一个所述字段中，这在图4a利用步骤A4来表示。

在下一步骤A5中在下行链路中识别对此接入请求的应答。在GSM术语中，对接入请求的此应答表示为“立即分配”。此应答用于将应该用于无线连接的新的信道指示给移动站MS1，由基站控制器分配此新的无线信道。

根据步骤A6，无线基站BTS1解码此随机数字和此应答所涉及的新的无线信道与TDMA帧号。解码的TDMA号与在其中在上行链路中接收接入信号的TDMA帧号相同。新的物理无线信道利用信道号来进行表示。在本示例中，此新的无线信道是逻辑SDCCH信道。

编码的信道号形成移动站MS1的另一识别字符，此识别字符寄存在已建立的数据记录中预定用于新信道号的信息字段中。通过与信道号一起查阅伴随接入请求应答的随机数字和帧号或“立即分配”(ImmediateAssign)来查找正确的数据记录，这利用步骤A7来表示。

根据步骤A8，然后在SDCCH信道上进行通信，其中用于建立业务连接的信号数据在移动站MS1与基站控制器BS1之间进行交换。当在SDCCH信道上开始通信时，所述信道的信道号从寄存器中建立的数据记录中表示新信道号的字段移至表示正在使用的信道号的字段，这在处理SDCCH信道的无线基站BTS1中由收发信机单元主动进行。

也可根据最后接收的信号序列生成定向估算，参见下一步骤A9。

此最后接收的定向估算寄存在寄存器中建立的数据记录中，以替代较早生成的定向估算。根据步骤A10，通过查阅信道号来查找正确的数据记录。

在下一步骤11中检查“是否已在下行链路中发送信道分配消息？”

如果答案为否定的，即未发送信道分配消息，则根据步骤A8在此信道上继续通信。根据步骤A9，也根据最后接收的信号脉冲串生成新的定向估算，此步骤之后为步骤A10、A11等。

另一方面，如果对步骤A11中询问的应答是肯定的，即Yes(是)，已在下行链路中发送信道分配消息，则根据图4b中的步骤A12解码新的信道号。根据下一步骤A13，解码的信道号在已建立的数据记录中用于新信道号的信息字段中进行寄存。在这种情况下，所分配的物理信道是物理业务信道。

在本示例中，所分配的物理业务信道利用不同于信标信道的频道来传送并由另一收发信机单元来处理。通过查阅新信道号(即，物理业务信道的信道号)从前述数据记录中读出定向估算，新的发射机单元读出此定向估算，这在图4b中的步骤A14来表示。

根据此定向估算合适地形成天线波瓣，紧接着开始将此业务信道用于通信，这在步骤A15中示出。在开始使用此业务信道时，此物理业务信道的信道号从用于新信道号的字段转移到用于激活的信道号的字段，这由处理此物理业务信道的收发信机单元TRU主动进行。

根据步骤A16，随后根据最后接收的信号生成相关的信道估算。

在下一步骤A17中，进行下行链路控制：“是否已发送指令给涉及新信道切换的移动站？”

如果对步骤A17中问题的回答是肯定的，yes(是)，已发送切换指令给移动站MS，此方法返回到步骤A12，借此，解码伴随此切换指令的新的信道号。然后执行步骤A13、A14等。

另一方面，如果对步骤A17中问题的答案是否定的，即未在下行链路中发送切换指令，则执行步骤A18。

步骤A18包括检查无线基站BTS1是否已接收了一个用于命令去激活(deactivation)当前信道的指令。在与移动站MS1的连接已经移到新的信道时，或者在已释放此连接时，由基站控制器BSC1发送该指令给无线基站BTS1，无线基站BTS1不能检查这些理由之中的哪个理由适用。

如果对步骤A18中询问的回答是否定的，未接收到命令此信道去激活的指令，则根据步骤A15继续在此信道上通信，随后为步骤A16、A17等。

另一方面，如果对步骤A18中询问的回答是肯定的，已接收到信道去激活指令，则根据步骤A19试图删除在寄存器中建立的数据记录，这是通过查询将要去激活的信道的信道号以试图查找寄存器中的数据记录来实现。如果找到此数据记录，则删除此记录。只在所述去激活的原因是由于应该释放与移动站之间的连接时才能找到此数据记录。否则，此去激活指令之前将是一个切换指令，并且将去激活的信道的信道号在用于激活信道号的数据记录字段中利用新的信道号来代替。

在前述程序中，当移动站MS1在接入信道上进行其第一接入时，已寄存了定向估算。然而，根据步骤A16，此定向估算未用于形成天线波瓣，直至在业务信道上进行通信，这是因为在所述程序方法中假定利用信标信道来发射SDCCH信道。多个移动站MS1-MS3测量从信标信道下行链路中输出的功率电平。结果，不能对信标信道中的发射下行链路进行功率调节，并且在通过此信标信道发射时也不可能使天线波瓣对准方向。另一方面，当在信标信道上接收时，也能在上行链路中形成天线波瓣。图4a所示的流程图在步骤A7之后利用与步骤A14对应的新步骤来补充，在步骤A14中读出定向估算，并且涉及SDCCH信道上通信的后一步骤A18通过在上行链路中使天线波瓣定向来补充。

也可在除信标信道之外的其他频道上发射SDCCH信道。在这种情况下，可在上行链路与下行链路中形成天线波瓣。在这方面，此流程图以前述方式来补充，但在步骤A8中在上行链路与下行链路中使天线波瓣定向。

能在GSM系统中以除图4a与4b所示方式之外的其他方式建立呼叫连接。正如在所示的情况中，当由移动站MS1发起请求建立连接时，基站控制器BSC1能替代SDCCH信道来直接分配物理业务信道。基于来自移动站MS1的接入消息的定向估算则能由处理物理业务信道的收发信机单元读出并用于在上行链路与下行链路中合适地形成天线波瓣。一个先决条件是此物理业务信道不使用信标信道。

接入请求也有可能来自于移动网络MSC、BSC1。在这种情况下，移动站MS1也在接入信道上发送包含随机数字的接入信号，这使得第一定向估算能根据此接入信号来生成，如图4a所示。利用此第一随机数字并在以后利用所分配的信道号也能找到此定向估算。

在步骤A14中正好在将无线连接转移到新信道之前读出新的信道号，然后无线基站BTS1从基站控制器BSC1接收指令来激活相关的信道。基站控制器BSC1并不通知无线基站BTS1：移动站MS1将使用此信道。然而，能通过查阅无线基站BTS1所知道的新信道的信道号来读出有关移动站MS1的定向估算。

在步骤A17中，通过执行检查以确定是否已在下行链路中发送新信道切换指令。如果回答是肯定的，已在下行链路中发送切换指令，则解码并寄存此新信道的信道号。此后处理此新信道的收发信机单元TRU能读寄存器并使用此新信道的定向估算。

具有两种能切换到新信道上的方式，第一种方式是网孔内切换，即新信道位于无线基站BTS1内。在这种情况下，处理此新信道的收发信机单元TRU读寄存器并查找能直接用于形成天线波瓣的定向估算。

另一种情况是网孔之间切换，即新信道位于除无线基站BTS1之外的无线基站BTS2-BTS6内，在这种情况中不能直接使用定向估算。总之，从新的无线基站BTS2-BTS6至移动站的到达方向不同于此定向估算所表示的到达方向。然而，利用定位系统能计算从新的无线基站BTS2-BTS6至移动站MS1的方向。除了其他文献外，特别在一些专利说明书中描述多种定位站。一组这样的系统根据从无线基站BTS1-BTS6至移动站MS1-MS6的方向和离开所述基站的距离来计算移动站的位置。

在目前情况中，在无线基站BTS1中实施本发明方法，这在定向估算仅用于无线基站BTS1内的信道改变时具有无需改变Abis接口的优点。

虽然无线基站与基站控制器BS1之间的新消息随后必须传送到Abis接口，然而但发明方法也能应用于另一节点中，例如应用于基站控制器BSC1中。在定向估算将用于无线基站BTS1-BTS6之间的切换时，也必需改变Abis接口。

在根据图4a与4b的方法中，寄存该定向估算和多个移动站识别字符。第一已知的与寄存的识别字符是和帧号在一起的随机数字，此后便寄存新信道号和激活的信道号，这是因为所述号码变为已知的。

也适合于与随机数字和TDMA帧号一起寄存接入信道的标识。当一个以上的接入信道在无线基站BTS1中可利用时，此接入信道标识在与随机数字一起使用时也构成识别字符。接入信道在下行链路中具有相应的专用信道，并因此也能在下行链路中识别此接入信道标识的识别字符。所以此接入信道标识与随机数字一起寄存在预定用于随机数字与TDMA帧号的信息字段中。

在根据图4a与4b的方法中，当从移动站MS1中接收接入消息并且仍未建立数据记录时，为此移动站MS1建立新的数据记录。在对无线基站BTS1切换时，也有可能为此移动站MS1建立新的数据记录。图5表示数据记录寄存的原理。所建立的数据记录将包括：其中寄存定向估算的信息字段DOA_F；其中寄存随机数字、TDMA帧号和也可能寄存接入信道识别的另一字段5_D；预定用于新信道号的字段N_CH；以及预定用于激活信道的信道号的字段A_CH。在建立数据记录时其中未寄存信息的那些字段为零。在这些字段中寄存识别字符，此后字符变成已知的，如图4a与4b中所示方法中所举例说明的那样。

通过查阅一个寄存的识别字符能找到正确的数据记录(在这种情况下为移动站MS1的数据记录)，并读出定向估算。

图6表示GSM系统中本发明的无线基站BTS的示例。关于前面所已知的那些无线基站，该无线基站BTS具有：包括数量为n的天线振子的阵列天线AN、与此天线直接连接的RF级别上的波瓣形成单元RFBF、两个收发信机单元TRU以及根据Abis接口与基站控制器BSC的连接A”。该连接A”连到每个收发信机单元TRU。至此A”连接的结点在下面称为Abis接口。此无线基站也具有新颖的数据库DB。

以公知方式给每个收发机单元TRU提供下行链路分支、上行链路分支和中央处理器。

下行链路分支包括信号处理部分Down_SP和与阵列天线连接的无线电发射机TX，此信号处理部分Down_SP与Abis接口连接，此无线电发射机TX连到信号处理部分Down_SP并通过波瓣形成单元RFBF与阵列天线AN连接。

上行链路包括无线电接收机RX和信号处理部分Up_SP。此无线电接收机RX通过波瓣形成单元RFBF与阵列天线AN连接，此无线电接收机RX也与信号处理部分Up_SP连接，此信号处理部分Up_SP连到Abis接口。

收发信机单元TRU也包括中央处理器CPU和用于处理收发信机单元TRU与数据库DB之间通信的数据库处理器DBC。数据库总线601将接收机单元TRU的数据库处理器DBC都连到数据库DB。

中央处理器CPU连到Abis接口并通过控制总线CBUS连到上行链路与下行链路的信号处理部分Up_SP与Down_SP以及每个收发机单元TRU中的数据库处理器DBC。中央处理器CPU处理无线基站BTS与基站控制器BSC的通信，并从Abis接口将消息读到自己的收发信机单元TRU中，而且在相反的方向上发送消息给基站控制器。利用来自基站控制器的控制数据，中央处理器CPU控制两个收发机单元TRU中的上行链路分支与下行链路分支。

在上行链路分支中，无线电接收机RX通过波瓣形成单元RFBF利用数量为n的连接而连到阵列天线AN。无线电接收机从阵列天线AN中选择频道、在此信道中解调无线电信号并将此信号从射频下混频为基带而且对此信号抽样。将此抽样信号提供给信号处理部分Up-SP。无线接收机RX对阵列天线AN的n个连接之中的每一个连接实施此程序。每个该连接对应一个天线波瓣。信号处理部分Up-SP包括用于根据从n个连接之中每一个连接中接收的信号来生成定向估算DOA的装置，然后在信号处理部分Up-SP中从最好的天线波瓣中选择信号。信号处理部分Up-SP也包括用于此后实施较早描述的解码程序以使信号信息适应于Abis接口而不是该无线接口的装置，并且也包括用于传送处理数据给基站控制器BSC的装置。

下行链路的信号处理部分Down_SP具有用于从下行链路的Abis接口中选择预定用于由下行链路分支处理的频道的数据的装置。由中央处理器SPU来控制此数据选择。信号处理部分Down_SP也包括用于使选择的数据流适合于该无线接口而不是Abis接口的装置。上面已经描述处理数据的方式。

连接的无线发射机RX从信号处理部分Down_SP与D/A中接收数据，变换此数据并随后解调与放大此数据，而且最后利用阵列天线AN向空中发射此数据。无线电发射机RX具有至与阵列天线AN连接的波瓣形成单元RFBF的n个连接，这n个连接之中每一个连接对应一个天线波瓣。无线发射机RX具有转换装置和用于将发射的数据耦合到指定的天线波瓣的装置，此天线波瓣利用来自下行链路信号处理器的控制信号来表示。

上行链路的信号处理部分Up_SP包括连接602，通过该连接能发送定向估算DOA给下行链路信号处理部分Down_SP。定向估算DOA用于指定天线波瓣。信号处理部分Down_SP利用发送给无线发射机TX的控制信号来控制至指定天线波瓣的传输。

通过连接602也从上行链路的信号处理器Up_SP中发送最近生成的定向估算DOA(即，最近的估算)给数据库处理器DBC。有关其中生成定向估算的信道的信息也与此定向估算DOA一起进行设置。如果已在接入信道中生成此定向估算，则它也包括此估算所根据的信号的TDMA帧号。此定向估算DOA随后由数据库处理器DBC寄存在数据库DB中。

如果此定向估算DOA是根据接入信号，则数据库处理器DBC也必须知道构成第一移动站识别字符的随机数字，以便在数据库中建立数据记录。上行链路的信号处理部分Up_SP具有至数据库处理器DBC的连接603。复制控制信道上行链路中的消息并将所复制的消息发送给数据库处理器DBC。数据库处理器识别包含移动站识别字符的消息，并随后解码此识别字符，一个这样的消息是接入请求，而识别字符是随机数字。

与复制的消息一起发送在其中发射接收消息的信道的标识。当发射的信道是该接入信道时，则此消息的TDMA帧号也被包括在内。

数据库处理器包括用于利用信号TDMA帧号来组合都是从同一接入信号中导出的定向估算与随机数字的装置。此定向估算随后与此随机数字和TDMA帧号一起寄存在数据库DB中。

下行链路的信号处理部分Down_SP也包括至数据库处理器DBC的连接604。一个控制信道下行链路中的消息在信号处理部分Down_SP中进行复制并通过此链路604发送给数据库处理器DBC。数据库处理器DBC识别包含移动站识别字符的消息并解码所述字符。一个这样的消息是信道分配消息，而识别字符是分配的或专用的信道。对于包含在上行链路中的消息，也给定此消息所属于的信道的标识。

由数据库处理器DBC识别的下行链路消息是对接入请求的应答，此应答包含两个识别字符。第一字符是随机数字和TDMA帧号，而第二字符是专用信道的信道号。借助于第一识别字符，在数据库DB中查找正确的数据记录，并且寄存专用信道的信道号。

提供数据库处理器DBC至上行链路的信号处理块Up_SP的另一连接605。利用此连接605，从数据库处理器DBC中发送定向估算DOA给信号处理块Up_SP，这通过将新信道用于与移动站的连接来实现。中央处理器CPU请求数据库处理器DBC传送用于给定的新信道的定向估算DOA。通过查询新信道号，数据库处理器DBC在数据库查找正确的数据记录，并读出定向估算DOA。数据库处理器DBC发送此定向估算DOA给信号处理部分Up_SP，从该信号处理部分Up_SP中也发送此估算给下行链路的信号处理部分Down_SP。此定向估算在上行链路的信号处理部分Up_SP与下行链路信号处理部分Down_SP中都用于分配合适的天线波瓣。

图6中所示的无线基站BTS仅能读出和寄存已在其本身的无线基站中生成的定向估算。在网孔间切换的情况中，希望使用已在除目标基站之外的一个基站中生成的定向估算。通过将数据库处理器DBC连接到Abis接口A”，有可能在无线基站中接收定向估算并在此无线基站中寄存和使用接收的定向估算，也有可能发送定向估算给基站控制器BSC。然而，为了在无线基站与基站控制器BSC之间发射，必须修改Abis接口，以便能发射新的消息。如上所述，必须修改定向估算，以使之能用于除生成此估算的基站之外的其他无线基站中。

在无线基站BTS的上面描述中，已假定在波瓣形成单元RFBF中在RF级别上实施波瓣形成。还假定有许多固定的天线波瓣可供选择。然而，用于控制阵列天线的几种方法是公知的，例如，在基带级别上控制阵列天线来形成波瓣是公知的，这在基站BTS中能在上行链路与下行链路的相应信号处理部分Up_SP与Down_SP中实施。应分别在阵列天线AN的每个天线单元与无线发射机TX和无线接收机RX之间建立连接，相应于每个天线单元的其他连接被引导到相应的上行链路与下行链路的信号处理部分Up_SP与Down_SP。

然而，能利用所有公知的波瓣形成原理来应用本发明。

GSM系统包括用于分配专用信道的许多不同选择方案。如前所述，通过分配指定频道上所选择的时隙来构成专用物理信道能分配信道。专用信道也可想像是半速率信道，即，分为两个部分的物理信道，以便使每个交替时隙传送给一个用户，而每隔一个的时隙将传送给另一用户。也可能分配不断改变频率的专用物理信道，即所谓的跳频。

本文本中所使用的信道号表示能明确地指出所分配的物理信道的参数。因此，能代替信道号使用的另一个字是信道标识，表示信道标识所需的信息将取决于形成信道的方式。

在前述实施例中已假定一次只有一个物理信道能用于与移动站MS1的通信。然而，使用超过一个的物理信道是可以想到的。同时使用几个物理信道或者在较少数量的信道之中的一个信道上进行通信并在信道之间迅速转换也是有可能的。在这种情况中，如图5所示，给建立的数据记录提供其他的信息字段。用于此通信的所有信道将包括信息字段。根据如何分配这些信道，对于每个信道来说，包括一个在此信道使用之前使用的字段和在使用此信道时使用的另一字段可能是合适的。

上述实施例只是如何能在GSM系统中应用本发明的示例。然而，在第一信道中生成的定向估算可用于在其它无线通信系统的另一信道中形成天线波瓣。虽然本发明同样能应用于其中根据TDMA、FDMA、CDMA或OFDM(正交频分多路复用)划分频谱的系统中，但在不同类型的无线信道之间信道划分是不同的。各系统的逻辑信道划分不同，因此上述的信道示例必须适于其中应用本发明的无线系统。在不同无线通信系统之间的无线连接上发送的终端识别字符也不同，在所有公知的无线通信系统中使用的一种类型的识别字符是系统内终端的标识。每个终端必须具有唯一的标识，以便能将呼叫连接耦合到正确的终端。当此标识由于信道改变而改变时，能与本发明一起使用此标识，此标识随后能用于从一个早已与定向估算一起在其中寄存了此标识的寄存器中读出正确的定向估算。

本发明也可应用于其中用户级的线路是本地环路RLL连接中的无线电装置的电话网络中。在这种情况下，终端(即电语机)总是位于同一个地方。入局无线基站中的无线信道数量通常比取决于用于远程连接的无线基站的电话机数量要少。因而分配给指定电话机的无线信道在不同呼叫之间将不同。然而，至电话机的方向将保持相同。结果，已为较早呼叫寄存的定向估算能用来将天线波瓣对准新的呼叫连接，紧接着识别此电话机。

Claims (19)

1.涉及无线通信系统(GSM)的一种方法，该系统包括能与至少一个终端(MS)建立无线通信的无线基站(BTS)和能朝终端定向的天线波瓣，并且在该系统中系统通信应从第一无线信道转换到第二无线信道，所述方法包括以下步骤：

a)通过所述第一无线信道(RACH，SDCCH，TCH)从此终端(MS)接收具有给定的到达方向的信号；和

b)估算到达方向，以获得定向估算；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤，

c)识别终端(MS)识别字符；

d)寄存此识别字符和所述定向估算；

e)识别分配用于与终端(MS)通信的所述第二无线信道；

f)读出所述定向估算；

g)根据所述定向估算将此天线波瓣定向到第二无线信道；和

h)通过所述第二无线信道与信道(MS)通信。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过解码此终端所发送的接入消息来实施根据步骤c)的识别字符的识别。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，此识别字符是一个随机数字。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过解码下行链路中的信道分配消息来实施根据步骤c)的识别字符的识别。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，此识别字符存在于新分配信道的标识中。

6.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据步骤c)的识别字符存在于第一无线信道的识别中。

7.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过接收包含信道标识的信道激活指令来实施根据步骤e)的第二无线信道的识别。

8.根据权利要求1的方法，其特征在于，与从移动站(MS1)中接收包含移动站识别字符的新的接入信号一起来实施根据步骤e)的第二无线信道的识别。

9.根据权利要求1的方法，其特征在于，通过查询所述识别字符来实施根据步骤f)的定向估算的读出。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一与第二信道是逻辑信道。

11.根据权利要求1的方法，其特征在于，第一与第二信道是物理信道。

12.根据权利要求1-11之中任何一个权利要求的方法，其特征在于，在GSM系统中采用此方法。

13.一种无线基站(BTS)，具有至通信网络的第一连接(A”)，该网络具有根据请求配置的多个终端之中的至少一个终端，所述无线基站包括：

—至少一个阵列天线(AN)；

—至少一个收发信机单元(TRU)，它与此阵列天线连接并包括：

—上行链路分支(RX，Up_SP)，它具有用于选择至少一个所需无线信道的装置、用于检测在无线信道中接收的数据的装置(RX，Up_SP)、用于通过第一连接(A”)传送所检测的数据的装置(Up_SP)、以及用于从此无线信道中接收的数据中生成定向估算的装置；和下行链路分支(Down_SP，TX)，它具有用于从第一连接(A”)中接收比特流的装置(Down_SP)、和用于调制与放大所述比特流并通过所述阵列天线在无线信道中发射所述比特流的装置，从而根据给定的定向估算使上行链路分支与下行链路分支适合于定向天线波瓣；

其特征在于：

—与无线接收机分支连接用于识别移动站识别字符的装置(DBC)；

—与无线发射机分支连接用于识别移动站识别字符的装置(DBC)；

—用于将获得的定向估算与所述识别字符链接的装置；

—连接到收发信机单元(TRU)的数据库(DB)，所述定向估算与所述终端识别字符被寄存在此数据库中，并从此数据库中读出所述定向估算与所述终端识别字符。

14.根据权利要求13的无线基站，其特征在于，此通信网络指定应该被用于与移动站进行无线连接的无线信道，并且不发送消息给该移动站使用与之有关的一个给指定的信道的无线基站。

15.根据权利要求13的无线基站，其特征在于，第一连接也与数据库连接，以便寄存定向估算与识别字符和读出所述定向估算与所述识别字符。

16.根据权利要求13的无线基站，其特征在于，此收发信机单元包括具有至上行链路分支、下行链路分支与数据库的连接的数据库处理器(DBC)，其中此数据库处理器识别移动站识别字符和从上行链路分支中获得所述定向估算，并在此数据库中寄存所述识别字符与所述定向估算，从而此数据库处理器从此数据库中读出所述识别字符与所述定向估算，并通知上行链路分支。

17.根据权利要求13的无线基站，其特征在于，此收发信机单元(TRU)包括上行链路分支与下行链路分支之间的连接，通过此连接发射定向估算。

18.根据权利要求13或17的无线基站，其特征在于，此上行链路分支与接收机分支均具有分别用于在上行链路与下行链路中定向天线波瓣的装置。

19.根据权利要求13-18之中任何一个权利要求的无线基站，其特征在于，此无线基站直接连到GSM系统中的基站控制器。

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