CN1853427A - 分布式蜂窝网络 - Google Patents

Abstract

一种分布式蜂窝网络(100)提供了与多个移动台(102)进行的无线通信。多个基地收发信机网络组件(104)被配置成在一种无线介质上与多个移动台(102)进行通信，其中每个基地收发信台都包括一个适于耦合到网络(110)的网络接口。至少一个移动台控制器网络组件(108)包括一个适于耦合到网络(100)的网络接口。对系统(100)进行配置，以便为了效率而对于基地收发信台(104)、基站控制器(106)以及移动切换中心(108)之间的通信业务量进行负载均衡。本发明的优点包括将低成本收发信机(104)与灵活部署相结合，从而以低费用对大区域实现了通信覆盖。

Description

分布式蜂窝网络

相关申请的参考

本申请要求2000年8月23日提交的临时申请60/227,392的优先权，并且是1999年4月20日提交的US09/295,058的部分继续申请，该申请要求1998年9月3日提交的临时申请60/099,051的优先权。本申请还涉及美国专利6,173,177、6,101,400、5,842,138以及5,734,979，所有这些专利在这里都被引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种分布式蜂窝网络通信系统。特别地，本发明提供了一个分布式蜂窝网络通信系统，该系统把通信业务量引导到能够有效执行所需功能的网络组件，从而均衡处理和信令负载。这种解决方式促进了灵活部署，并且根据用户和系统需要来调节网络容量。

背景技术

蜂窝通信系统在本领域是众所周知的。在一个典型的蜂窝系统中，将多个基地收发信台(BTS)部署在多个远程位置，从而提供无线电话覆盖范围。每个BTS都服务于一个相应的小区，并且，当移动台(MS)进入小区时，BTS与MS进行通信。而对一个很大区域的覆盖则是通过在这个区域设置多个BTS来实现的。这种常规蜂窝网络在D.M.Balston和R.C.V.Macario所著的Cellular Radio Systems(ArtechHouse 1993)中有所描述。

常规蜂窝网络有一个缺点，那就是每个BTS都代表数量众多的硬件。举例来说，每个常规BTS都包含多个天线、多个收发信机、多个信号处理器、一个中央处理器以及一个接口处理器。由于所有这些硬件，每个BTS还表示相当多的费用。此外，由于经常将天线放置在户外，例如大楼顶端或是其他遭受气象环境因素的位置，因此BTS的电子仪器受到很大的温度波动以及天气条件的影响，而这有可能缩减电子仪器寿命。

另外，网络和切换子系统(NSS)架构不但支持蜂窝网络的主要切换功能，而且支持用户数据和移动性管理所需要的数据库。NSS的主要作用是管理移动用户与其他电信网络用户之间的通信。NSS对中转交换机与信令转发点的大多数信令、号码和位置进行处理。在常规的蜂窝架构和技术中，NSS无法处理切换和呼叫路由，而切换和呼叫路由将能实现一种更为灵活的蜂窝部署。

需要一种蜂窝网络，该网络结合了一个低成本收发信机与一种灵活的部署技术，从而以很低成本在一个很大区域上实现通信覆盖。并且还需要一个无线电管理系统，用于管理这种蜂窝网络。

发明内容

本发明克服了所提出的问题，并且提供了一个分布式蜂窝网络，该网络将一个网络上的功能网络组件高度结合，从而有效分配和均衡了通信处理负载。本发明还提供了一种灵活的部署技术，从而以相对较低的成本而在一个很大区域实现了通信覆盖。

分布蜂窝网络的一个示范性实施例为无线电通信提供了多个移动台。多个基地收发信台网络组件被配置成在一个无线介质上与多个移动台进行通信，其中每个基地收发信台都包含一个适于耦合到一个网络的网络接口。多个基站控制器网络组件中的每一个都包含一个适于耦合到该网络的网络接口。至少一个移动台控制器网络组件包括一个适于耦合到网络的网络接口。为了效率而对系统进行配置，以便基地收发信台、基站控制器以及移动交换中心之间的通信业务量负载均衡。

本发明的优点包括：将低成本的收发信机与灵活部署相结合，从而以低成本而在大区域上实现了通信覆盖。

附图简述

本发明的附加优点将通过阅读以下详细说明并且参考附图而变得清楚，其中：

图1描述了根据现有技术的一个蜂窝网络通信系统；

图2描述了根据现有技术的GSM协议与GSM接口的联系；

图3描述了根据现有技术的GSM系统的通用协议架构；

图4A描述了根据本发明一个实施例的蜂窝网络；

图4B到4E描述了图4A中根据本发明实施例的蜂窝网络的示范性逻辑通信连接；

图5A到C描述了图4A中以根据本发明实施例的移动台负载为基础的蜂窝网络示范性逻辑通信连接；

图6描述了根据本发明一个实施例的集中基地收发信台(CBTS)以及远程收发信机(RTRX)；

图7描述了根据本发明另一个实施例的集中基地收发信台(CBTS)以及远程收发信机(RTRX)；

图8是一个用于在可配置机箱中使用的本发明实施例的框图；

图9描述了根据本发明一个实施例的经过配置的机箱；

图10描述了根据本发明另一个实施例的经过配置的机箱；

图11是一个描述本发明不同实施例的表格；

图12是根据本发明一个实施例的替换架构；

图13是根据本发明一个实施例的另一个替换架构；

图14是根据本发明一个实施例的又一个替换架构；

图15仍是根据本发明一个实施例的另一个替换架构；以及

图1 6是一个使用软件功能块来实现的通信系统的简化框图，其中软件功能块经由根据本发明实施例的网络而被耦合。

具体实施方式

参考特定结构来对示范性实施例进行描述。本领域技术人员可以了解，当保持在权利要求范围内部的同时，可以进行各种修改和变化。举例来说，示范性实施例使用了GSM标准，但是也可以使用任何TDMA、FDMA、CDMA、3G(第三代移动通信)或是其他类型的标准。

而就本说明书而言，术语“基站”(BS)包括任何BTS、BSC或是MSC中存在的结构和特征。同样，术语“网络组件”包括任何BTS、BSC或MSC中存在的结构和特征，其中BTS、BSC或MSC依赖于相对特定网络组件而被描述的结构和特征。如下所述，示范性实施例能够根据各自结构来执行所有这些功能。

A.网络架构

图1描述了一个蜂窝网络或系统10，其中显示了与基地收发信台(BTS)40(尤其是40a到40g)进行通信的多个移动台(MS)20(尤其是20a、20b和20c)。当一个MS20向一个BTS40发起呼叫时，它会使用一个国际移动用户标识码(IMSI)来进行。为了进行验证，BTS40把IMSI发送到多个基站控制器(BSC)50(尤其是50a、50b和50c)中的一个，以及多个移动服务中心(MSC)60(尤其是60a和60b)中的一个。MSC60判定IMSI是否与相关的访问者位置登记(VLR)70(尤其是70a和70b)中的一个相匹配。如果没有在VLR70中发现IMSI，那么MSC60浏览一个归属位置登记(HLR)80，以便尝试匹配IMSI。如果没有在HLR80中发现IMSI，那么MSC60经由公共交换电话网(PSTN)90进行寻找，以便在其他网络的HLR中匹配IMSI。一旦通过验证，BTS40将被批准与MS20进行通信，并且网络设置该呼叫。

图2和3描述了GSM协议与GSM接口的联系。GSM协议包括MS与GSM网络之间的若干个通信层。无线电接口显示成垂直线100。这些层包括无线电资源(RR)，移动性管理(MM)和通信管理(CM)，以及辅助服务(SS)。按照惯例，RR在BSC中实现，而MM和CM则是在MSC中执行的，并且SS是结合HLR而被实现的。然而并不需要按照现有技术图所示方法而把这些功能分成特定硬件。这就是本发明的主旨。

图4A描述了根据本发明一个实施例的蜂窝系统100，用于与多个移动台102或是在多个移动台102之间进行通信。系统100包括构成本系统的多个网络组件。网络组件包括多个基地收发信台(BTS)104a-104c，一个或多个基站控制器(BSC)106a、106b，以及一个或多个移动台控制器108a、108b。在一个电路交换或分组交换网络110上，例如在互联网协议(IP)网络、异步转移模式(ATM)网络或其它类型的网络上，网络组件相互耦合。虽然这些网络组件具有常规名称BTS104、BSC106以及MSC108，但是它们并不一定非要具有与现有技术中描述或公开的常规BTS、BSC以及MSC相同的结构和功能。举例来说，在BTS104中实施RR功能比在BSC106中更有效，因此BTS将会执行RR功能。同样，在BSC106中实施MM或CM功能比在MSC108中更有效，因此BSC将会执行这些功能。

图4A中的一个可选网络组件是关守112。关守112被设计成在一个互联网协议(IP)网络上提供切换功能，以便对呼叫和数据进行路由选择。这个功能性实例包括那些由H323、H428或会话启动协议等行业标准描述的功能。

对于图4A所示网络组件来说，其中每一个都包含了一个网络适配器(未示出)，这个适配器被配置成耦合到网络110，并且采用了该网络所用的一个协议。这种网络适配器的一个实例是中继模块、一个通常包含多个信号处理器以及耦合到时分/空分交换机的接口成帧器的混杂模块，其中时分/空分交换机能在TDM总线、信号处理器以及接口成帧器之间对信息进行路由选择。中继模块执行任何必要的速率匹配、回波消除或是接口功能。另外，每个网络组件都具有一个地址，以便将数据导向该网络组件。如下所述，网络地址使得有可能逻辑连接到网络组件。

B.逻辑通信

图4B到4E描述了如图4A所示蜂窝系统100的示范性逻辑通信连接。图4A所示系统100的一个优点在于，任何BTS网络组件104可以与任何BSC网络组件106进行通信，任何BSC网络组件可以与任何MSC网络组件108进行通信。这样就非常有利地提供了一种架构，该架构能够均衡通信处理或消息负载，其中包括控制信号或消息以及数据。

图4B显示了网络组件的一个逻辑连接，这些网络组件形成了一个蜂窝系统100，其排序类似常规蜂窝基站系统。参考图4B，BTS104a、104b耦合到BSC106a，BSC106a进而耦合到MSC108a。MSC108a还耦合到BSC106b，并且经由BSC耦合到BTS104c。MSC108b、BSC106c以及BTS104d可以形成一个独立系统或子系统，如剖视图所示，该系统可选地经由一条链路114链接到MSC108a，或是经由PSTN(本图中未示出)链接到MSC108a。根据常规架构，在BTS、BSC以及MSC之间存在专用线路。然而在本发明中，网络组件之间的通信是在网络110上实现的。这样，MSC108a或是例如关守112中的系统控制器功能就可以很有利地将通信、信令以及消息业务量导向具有可用带宽的网络组件。

图4C和4D描述了在BSC A过载的情况下，如何将业务量从BSC A106a路由到BSC B 106b。举例来说，如果来自BTS A 104a的业务量很大，虽然来自BTS B 104b、BTS C 104c以及BTS D 104d的业务量相对较少，但是本发明的架构允许把系统100变换或是重新配置成图4D显示的逻辑连接，其中BSC B 106b与BTS B 104b、BTS C 104c以及BTS D 104d处理业务量，释放BSC A 106a的资源，使之做出更大贡献，或者，在完全显示的实例中，对来自BTS A 104a上的资源进行处理。这将为BTSA 104a服务的移动台102提供更好的呼叫响应，同时仍然在BTS B104b、BTS C 104c以及BTS D 104d服务的另一区域中保持良好的呼叫覆盖。

图4E显示了在网络组件发生故障的情况下，如何对业务量进行路由选择。举例来说，如果BSC A 106a出现故障，那么来自BTS A 104a与BTS B 104b的业务量以及任何呼叫状态信息都仅仅重新路由到BSC B106b。

蜂窝通信系统中一个有趣的方面是，移动台业务量有可能在特定时间聚集在特定位置，并且造成特定网络组件上的过度负载。举例来说，在一个有高速公路穿过的小区中，上下班往返时间有可能出现大量业务量，而在非上下班往返时间则出现较少业务量。过去，常规蜂窝通信系统或网络被设计成对最高额的预期通信业务量进行处理，由此对硬件进行部署。由于常规系统被设计成对上下班往返时间的业务量进行处理，因此非上下班往返时间将会存在过剩容量。这是一种效率非常低下的硬件资源部署。本发明解决这个问题。

图5A-C描述了基于移动台负载116的图4蜂窝网络的逻辑通信连接。例如，图5A描述了早晨的交通高峰时间，其中用户聚集在BTS A 104a附近的高速公路上，而主要负载位于BTS A、BTS B 104b以及BTS C 104c上。本发明规定，来自任何一个BTS网络组件104的通信业务量都可以发送到任何一个可用BSC网络组件106。因此，来自BTS B 104b的通信业务量在BSC A 106a与BSC B之间划分。结果，BSC A 106a与BSC B 106b处理大致相同的负载。

例如，图5B描述了一个午餐事件，在这个事件附近，用户外出到一个BTS D 104d附近的购物中心或是其他一组餐馆，主要负载位于BTSB 104b、BTS C 104c以及BTS D 104d。本发明规定，来自任何一个BTS网络组件104的通信业务量可以发送到任何一个可用BSC网络组件106。因此，来自BTS 104b的通信业务量在BSC A 106a与BSC B 106b之间划分。结果，BSC A 106a与BSC B 106b处理大致相同的负载。

图5C描述了一个故障事件，例如BTS C 104c出现故障。在这种情况下，通信业务量被导向BTS B 104b和BTS D 104d，而BTS B 104b和BTS D 104d进一步将通信业务量同等地发送到BSC A 106a和BSC B106b。结果，BSC A 106a与BSC B 106b再次处理大致相同的负载。

C.替换网络组件

根据本发明的一个方面，提供了一种集中基地收发信台(CBTS)架构，其中收发信机(TRX)分为两个子系统：一个与CBTS共存的中央收发信机(CTRX)子系统，以及一个地理上远离CBTS和CTRX的远程收发信机(RTRX)子系统。根据本发明的这个方面，RTRX包括RF天线电路，用于与移动台一起经由RF信号来发送出站信息和接收入站信息。出站信息和入站信息既包括信令信息也包括数据信息。

每个RTRX中的天线电路都把出站数据从数字格式转换成发送到移动台的RF信号，并把来自移动台的RF信号转换为供蜂窝网络处理的数字入站数据。尽管需要的话，可以将附加处理能力嵌入RTRX内部，但是一般来说，最好保持RTRX内部电路最小，以便简化维护和升级。另外，由于RTRX可以被在难以到达的位置实现(例如大楼或其他建筑物顶部这种提供最佳传输质量的位置)，或者RTRX有可能受到气象因素的影响，因此最小RTRX的设计提高了坚固性，而这降低了维护费用。

根据本发明的一个实施例，图6描述了一个包含Abis接口120的CBTS118。在CBTS118中，天线电路是在RTRX子系统122a-110e中实现的。尽管每个RTRX122都显示具有一个单独的天线124，但是它们也可以用分离的发送以及一个或多个接收天线来实现。优选的，每个RTRX122都包含天线电路，例如无线电接口电路以及在上行链路方向上将接收到的RF信号处理为二进制数据比特以便发送到CTRX的电路(以下将被讨论)。另外，每个RTRX最好包含把(经由CTRX)接收自蜂窝网络的下行链路二进制数据比特处理成RF信号以便发送到移动台的电路。

多个CTRX126a、126b是在CBTS118中实现的。每个CTRX126都包含一个RF质量控制部分。每个CTRX 126都在任何给定时间耦合到唯一的一组RTRX。在所显示的实现中，RTRX 122a、122b都耦合到CTRX126a，而RTRX 122d-122e则耦合到CTRX 126b。RTRX 122及其CTRX 126之间的耦合可以经由任何恰当的包括例如双绞线、同轴电缆或光纤的传输介质进行。在一个实施例中，传输介质代表一条双绞线，并且业务量数据、无线电控制和状态是通过使用一个数字基带物理层协议(T1、E1、E2、E3、DS1、DS3等等)而在CTRX 126与RTRX 122之间经由异步转移模式(ATM)链路传递的。作为替换或是补充，也可以使用一种互联网协议(IP)通信技术。尽管图6所示各组RTRX都是串级链排列，但是也可以将各个RTRX并行耦合到它们的相关CTRX 126。

通常，任何数目的RTRX 122都可以耦合到一个CTRX126，来自每个RTRX的数据都可以带有一个恰当的标识符，以使CTRX能够识别发送数据的RTRX。在实践中，可以将RTRX122数目限制在一个合理的数字，以便满足CTRX126的处理能力，或是避免覆盖RTRX与CTRX之间的传输信道。如果传输信道上的物理层组帧是E1(30 DS0)，那么大约5或6个(如果容量允许的话，也可以更多)RTRX正常工作。对于E2物理层组帧来说，大约22个(如果容量允许的话，也可以更多)RTRX可以串级链接到一个CTRX。而对于E3物理层组帧来说，由于传输信道上的比特率更大，因此可以串级链接更多(例如88个乃至更多)的RTRX。

由于RTRX远离CBTS(例如通过敷设电缆)，因此不需要把CBTS当作小区的基础。结合本发明，每个CTRX现在都有效定义一个聚集小区(aggregate cell)，这个小区是由相关RTRX的无线电小区组成的。RTRX自身远离CTRX，它们可以分散在小区内部任何地方，甚至可以散布在关联其他CTRX的RTRX之间。应当理解的是，多组RTRX及其定位的简化以一种在现有技术中完全无法实现的方式而为服务供应商在小区成形中提供了灵活性。

当然，还可以使用常规天线技术来形成单独的无线电小区，例如使用定向天线或是提高发射功率。如果提高发送功率，那么与现有技术的BTS电路的情况一样，所产生的额外的热和功率不会为CBTS处理线路带来危险，其中现有技术的BTS电路与现有技术中的TRX天线共存。另一方面，在一种典型情况下，由一个大功率TRX预先覆盖的给定区域也可以由多个RTRX覆盖，其中每一个RTRX都以较低功率电平进行发送。在这种方式下，给定区域可以用一组简单结实的低功率RTRX覆盖，由此实质上降低了实现BTS的成本，并使小区间干扰电势最小，和/或改进了频率再用。在为给定区域提供等价或更好覆盖的同时还可以使用低功率天线，这是本发明的一个显著优点。

在图6中，各组RTRX都显示是经由恰当的传输介质直接耦合到其相关CTRX的。图7描述了一个替换CTRX126和RTRX122的实施，其中路由资源在RTRX和CBTS118中被提供，以便于动态地将例如CBTS数字信号处理(DSP)资源分配给聚集小区的RTRX122。在这个实施过程中，RTRX122a-122e串级链接到路由电路128。一方面，路由电路128代表一个异步转移模式(ATM)路由电路。作为替换或是补充，也可以使用互联网协议(IP)通信技术。数据库、表格或是控制路由电路128的智能算法确定将哪个RTRX分配给哪个CTRX126a-126c。在这种情况下，每个RTRX都与唯一的ATM或IP地址关联，并具有恰当的ATM或IP组帧电路，以便分组化解调的RF数据，从而将该数据传送到路由电路128，或是对路由电路发送的ATM或IP数据分组进行拆包。业务量数据、无线电控制以及状态数据可以按照每个信元大约两个字符串而封装在ATM或IP信元中，从而在一个RTRX及其相关CTRX之间进行传输。如果使用帧中继协议，那么可以使用相似技术。

D.替换架构

1)组合

图1描述的架构可以结合或是使用组件的一个组合来压缩。在这一方面，如果是图8所示的本发明的话，则可以使用一个TDM总线130和一个VME总线132来实现一个模块化可扩展架构。机箱134为沿着一个底板的VME总线132和TDM总线130提供支持。如在本领域已知的那样，诸如中央处理单元(CPU)134这样的部件被安置在机箱当中，以便经由一个连接器连接到底板。这些部件可以构造在单层、双层或是更多层的印刷电路板上。它们定义了最终得到的网络组件。CPU134、数字信号处理器(DSP)136以及CTRX138耦合到VME总线132和TDM总线130。时钟模块140耦合到TDM总线130并且产生基准时钟，从而使得子系统能以一种同步方式进行工作。具有一个E1/开关的中继模块142与VME总线132和TDM总线130相耦合。图8描述了一个具有单个TRX的BTS结构，图9也对该结构进行了描述。

图9描绘了具有两个CTRX、一个RF分布插件板、一个CPU和一个E1插件板的CBTS118。这个机箱可以作为一个独立单元工作，也可以安装在一个设备架上，以便用于实地部署。此外，可以将任何插件板放置在任何插槽中。通过移除所有CTRX，有可能仅仅使用中继模块和CPU插件板来构建BSC或MSC结构。

由于该架构可以充分扩展，因此图10描述了一个具有六个TRX、两个CPU以及三个中继模块的基站。通过对用于部署的处理元件进行选择，可以提供任何基站结构和功能。通过本发明，可以实现各种可能的功能，例如BTS、BSC、组合BTS/BSC、MSC、组合BSC/MSC以及组合BTS/BSC/MSC。当CPU功能并入CTRX处理器和中继模块处理器时，可以实现一种具有单个CTRX和单个中继模块的结构。

为了实现伸缩(collapsing)功能，使用了中继模块142，以便适应不同的信息速率。回过来参考图6和7，成帧器经由2Mbps的成帧器端口TxA和TxB而与时分/空分交换机402耦合。这个2Mbps是一个E1接口速率，但是该速率可以修改，以便用于任何一种接口速率。成帧器被配置成与其他网络组件进行通信，例如BTS、BSC、MSC、PBX、PSTN或其他部件。由于可以把基站配置成实施BTS、BSC或MSC的功能，因此可以改变接口类型，以便适应于特定需要的接口功能。举例来说，图7显示的成帧器能以2Mbps速率连接一个E1总线或干线，以1.544Mbps速率连接一个T1，以64Kbps速率连接DSO，或是连接其他数字接口。

图12和13描述了根据机箱134中所连接的元件而被构造的网络组件。

图12描绘了一个网络架构，其中BSC和CBTS功能组合在同一机箱中。一个被配置成了实现这个网络组件的机箱可以具有多个CTRX、一个中继模块、一个CPU、时钟插件板和一个射频分配插件板。如上所述经由BSC或CBTS而对呼叫进行路由选择的路由功能现在则是通过BSC/CBTS组合来路由的。为了完成其中一些交换技术，Abis接口是作为一个伪(faux)Abis来实施的。

图13描绘了一个网络架构，其中MSC和BSC功能组合在同一机箱中。一个被配置成实现这个网络组件的机箱可以具有一个中继模块，一个CPU和一个时钟插件板。如上所述经由MSC或BSC而对呼叫进行路由选择的路由功能现在则是通过MSC/BSC组合来路由的。为了实现其中一些交换技术，A接口是作为一个伪A接口实施的。

图14描绘了一个网络架构，其中MSC、BSC以及CBTS功能组合在同一机箱中。一个被配置成执行这个网络组件的机箱可以具有多个CTRX、一个中继模块、一个CPU、时钟插件板以及一个射频分配插件板。如上所述经由CBTS、BSC或MSC而对呼叫进行路由选择的路由功能现在则是通过MSC/BSC/CBTS组合来路由的。为了完成其中一些交换技术，A接口是作为一个伪A接口实施的，而ABis接口则是作为一个伪Abis接口实施的。

可伸缩架构的一个显著优点在于，当添加中继模块卡时，基站的切换能力提高。举例来说，如图11所示，通过配置一个具有三个中继模块的基站，基站容量被增至六个E1输出端口。这个结构既为MSC提供了更强的通信能力，也在基站自身内部，例如两个CTRX插件板之间提供了更强的信息切换能力。

2)替换通信架构

图15描述了环形结构的系统100，其中BSC组件106a-106b以及混合BSC/CBTS组件144包含一种用于通过总线或网络110在各个CBTS104a-104b与MSC108之间切换信息的结构。举例来说，总线110可以是一条E1总线，它使用ATM协议、IP协议或帧中继协议来对往返于网络组件之间的信息进行传送。通过把这些组件耦合到一个单独的总线或网络148以及BSC A 106a，可以利用CBTS 104a和104b来配置一个子网络146。这种结构非常有益，因为每个网络组件都可以访问所用的其他网络组件，用于在网络的移动台与PSTN90之间传递信息。

图16描绘了一种架构，其中通信系统100包括多个独立的计算机程序或软件功能块，其中每一个都能执行上述通信系统组件中的一个的功能，例如MSC108、BSC106和BTS104。软件功能块驻留在通过网络110相互耦合的一个或多个数据处理系统或服务器(未示出)上，其中通信信号或数据以及控制信号是在这个网络110上传递或发送的。网络110可以是一个电路交换网络，也可以是一个分组交换网络，例如互联网协议(IP)网络和异步转移模式(ATM)网络。优选地，网络240是一个IP网络，例如局域网(LAN)、广域网(WAN)或互联网。

通常，软件功能块包含一个执行MM功能的移动性管理(MM)功能块150，执行VLR功能的访问者位置登记(VLR)功能块152，一个执行CM功能的通信管理(CM)功能块153，以及执行RR功能的多个无线电资源(RR)功能块154。BTS104可以包含多个个别的或独立硬件和软件单元156A、1560B、156C、156D，其中每一个都具有一个塔架158或是与之关联的天线，并且其中每一个都与网络110相耦合。可替换的，BTS104可以包含一个BTS软件功能块160，它驻留在一个与网络110相耦合的数据处理系统或服务器上，还可以包含一个或多个与BTS软件功能块相耦合的远程收发信机或RTRX122A、122B，其中每一个都具有一个塔架128或是与之关联的天线。

在一个实施例中，网络110是一个分组交换网络，通信系统100还包含一个语音网关以及一个耦合到该网络和PSTN 90的关守，以便于PSTN与移动台102之间的通信。通常，语音网关包含一个语音网关软件功能块162，用于将PSTN104上传递的语音、数据以及控制信号或通信转换成分组交换网络110上传递的分组，关守164在网络上对分组进行路由选择，或者引导这些分组。

在另一个实施例中，各种软件功能块可以结合或是保存在一个或两个紧密耦合的数据处理系统中，从而形成或是创建MSC108以及BSC106。举例来说，在显示MM功能块150的实施例中，VLR功能块152和语音网关软件功能块162可以驻留在一个单一专用的数据处理系统上，以便充当一个MSC108。与之相似，另一个专用的数据处理系统上的一个或多个RR功能块154可以充当一个BSC106。

现在将对本发明的一些重要方面进行重复，以便进一步强调其结构、功能和优点。

根据本发明的一个方面，提供了一个分布式蜂窝通信系统。通常，通信系统包含一个网络，一个与该网络耦合的公用交换电话网(PSTN)，多个耦合到该网络的基地收发信台(BTS)，以及至少一个耦合到该网络的数据处理系统或服务器，其中这个配置成执行计算机程序的数据处理系统包含适于使BTS能在移动台之间以及移动台与PSTN之间传递数据的软件功能块。移动台之间以及移动台与PSTN之间传递的数据通常包含语音通信。优选的，BTS在地理上相互分离，其中每一个都被配置成在一种无线介质上与相关小区的移动台进行通信。更为优选的是，软件功能块包含一个执行MM功能的移动性管理(MM)功能块，一个执行VLR功能的访问者位置登记(VLR)功能块，以及多个执行RR功能的无线资源(RR)功能块。CM功能块153执行的CM功能包括：在移动台从一个小区移动到另一个小区的时候切换BTS之间的通信，从而在一个移动台与网络之间建立通信。RR功能块所执行的RR功能包括：在移动台从一个小区移动到另一个小区的时候切换BTS之间的通信，从而在一个移动台与网络之间保持通信。本发明的通信系统的分布式模块化特征能使可用BTS与软件功能块之间的通信业务量负载均衡，从而在传统通信系统中提供前所未有的提高的效率。

所述网络可以是一个电路交换网络，也可以是一个分组交换网络，例如互联网协议(IP)网络和异步转移模式(ATM)网络。在一个优选实施例中，该网络是一个IP网络，PSTN经由一个语音网关耦合到这个IP网络。更为优选的是，语音网关包含一个语音网关功能块，它具有用于执行以下功能的软件：(i)在经由PSTN发送的语音通信或信号与经由IP网络发送的分组之间进行转换，以及(ii)对IP网络上的分组进行路由选择。在本实施例的一种形式中，语音网关软件功能块、MM功能块和VLR功能块位于一个专用的数据处理系统，从而形成一个移动业务中心(MSC)。作为替换或是补充，一个或多个RR功能块可以位于一个第二专用数据处理系统，从而形成一个基站控制器(BSC)。

在一个替换实施例中，BTS包含一个收发信机和一个BTS软件功能块，其中，这个BTS软件功能块位于一个耦合到该网络的数据处理系统。可选的，在BTS软件功能块服务于单独的更大小区的情况下，每个BTS软件功能块都与大量服务于独立小区或微小区的单独收发信机相关联。

在另一个方面中，本发明针对的是一个分布式蜂窝网络，其中包括：多个基地收发信台网络组件和/或软件功能块，它们被配置成在一种无线介质上与多个移动台进行通信，其中每个基地收发信台都具有一个适于耦合到一个网络的网络接口；多个基站控制器网络组件，其中每一个都包含一个适于耦合到该网络的网络接口；以及至少一个移动台控制器网络组件，其中包括一个适于耦合到该网络的网络接口。每个网络组件都具有一个预定网络地址，通信业务量根据预定网络地址而被路由到每个网络组件。

在一个实施例中，每个网络组件的通信业务量都被路由选择，以便均衡网络组件之间的处理负载。可选的，如果一个网络组件出现故障，那么通信业务量将被路由到另一个能够执行所需功能的网络组件。

在一个替换实施例中，所述网络组件之一是一个关守，它被配置成管理互联网协议(IP)网络上的语音通信。优选的，在将语音通信发送到一个外部网络之前，网络内部的语音通信是由关守来进行路由选择的。

而在本发明的另一个方面中，提供了一种方法，用于使用一个具有多个网络组件的分布式蜂窝网络来与多个移动台进行通信。通常，该方法包括步骤：(i)通过一个收发信机网络组件而与一个移动台传递入站信息；(ii)与至少两个基站控制器网络组件中的一个传递入站信息，以便进一步处理入站信息；(iii)与一个移动台控制器网络组件传递入站信息，以便进一步处理入站信息；以及(iv)该传递步骤包括：在网络组件之间传递网络业务量是为了效率而被负载均衡的。

在一个实施例中，每个网络组件都给定了一个预定网络地址，并且传递网络业务量的步骤包括将根据预定网络地址而将网络业务量路由到每个网络组件。优选的，传递步骤包括为每个网络组件路由网络业务量，以便均衡网络组件之间的处理负载。更为优选的是，如果其中一个网络组件出现故障，那么通信业务量将被路由到另一个能够执行所需功能的网络组件。

在另一个实施例中，其中一个网络组件是一个关守，传递步骤包括使用一个互联网协议网络来管理语音通信。优选的，在将语音通信发送到一个外部网络之前，网络内部的语音通信是由关守来进行路由的。

E.结论

本发明提供了多个超越已知技术的优点。本发明的一个优点是将低成本的收发信机与灵活部署相结合，从而以低成本实现了大区域的通信覆盖。这就使得蜂窝系统工程师能够设计出实际上用于任何物理空间的蜂窝覆盖。本发明各方面的附加优点包括模块化、可伸缩性、分布式处理、改进的性能、减少的网路拥塞、故障容忍度，以及更有效和节省成本的基站。

特别的，由于多个RTRX可以耦合到单个CTRX，并且每个CBTS可以具有多个CTRX，因此本发明的架构在配置小区方面提供了更大灵活性。小区成形不再受限于修改天线形状和BTS周围的发送范围。通过所发明的CBTS架构，可以将电缆从一个CTRX敷设到地理上分散的任何数目的RTRX，以便从地理分散的无线电小区中形成一个聚合小区。另外，结合每个CBTS中的多个CTRX，业务提供商具有用于配置蜂窝网络的很有益的工具。

现在可以使用这些低成本和低功率的RTRX来代替现有技术中的高功率TRX，以便覆盖相同区域。除了降低无线电电路成本之外，本发明还促进了频率再用，因为每个无线电小区(与每个RTRX相关联)都可以变得更小。并且如所讨论的那样，在使用现有RTRX/CTRX组或附加RTRX/CTRX组来对小区进行配置以适应容量中的改变方面，将一个或多个RTRX与一个给定CTRX动态关联的能力为业务提供商提供了很大灵活性。

为了进行说明和描述，已经给出了关于本发明特定实施例和实例的前述说明，尽管本发明已经通过某些在先实例进行了描述，但是并不意味着由此对本发明的构造进行限制。这些实例并不是对本发明进行穷举或是将本发明限制于所公开的确切形式，很明显，根据上述教导，有可能进行多个修改、实施例和变化。本发明的范围包含这里所公开的一般范围，以及所附权利要求及其等价物所限定的范围。

Claims (21)

1.一种分布式蜂窝通信系统，包括：

一个网络；

一个耦合到该网络的公共交换电话网(PSTN)；

多个耦合到该网络的收发信机，多个收发信机在地理上相互分离，并且每一个都被配置成在一个无线介质上与相关小区中的移动站进行通信；

至少一个耦合到该网络的数据处理系统，该至少一个数据处理系统被配置成执行计算机程序，该计算机程序包括适于使多个收发信机能在移动台之间以及一个移动台与PSTN之间传递数据的软件功能块，这些软件功能块包括：

一个实施MM功能的移动性管理(MM)功能块；

一个实施VLR功能的访问者位置登记(VLR)功能块；

一个实施CM功能的通信管理(CM)功能块；

多个实施RR功能的无线电资源(RR)功能块，所述RR功能包括在移动台从一个小区移动到另一个小区的时候切换多个收发信机之间的通信，从而保持移动台与网络之间的通信。

2.根据权利要求1的通信系统，其中收发信机以及软件功能块之间的通信业务量被负载均衡，以便提供提高的效率。

3.根据权利要求1的通信系统，其中该网络是从一组网络中选出的，所述一组网络包括：

电路交换网络；

互联网协议(IP)网络；

异步转移模式(ATM)网络。

4.根据权利要求1的通信系统，其中该网络是一个互联网协议(IP)网络，其中PSTN经由一个语音网关耦合到该IP网络。

5.根据权利要求4的通信系统，其中语音网关包括一个语音网关功能块，其中包括执行以下功能的软件：在经由PSTN发送的语音通信与经由IP网络发送的分组之间进行转换，以及对IP网络上的分组进行路由选择。

6.根据权利要求5的通信系统，其中语音网关软件功能块、MM功能块以及VLR功能块驻留在一个称为移动服务中心(MSC)的专用数据处理系统上。

7.根据权利要求6的通信系统，其中多个RR功能块中的至少一个驻留在一个称为基站控制器(BSC)的专用数据处理系统上。

8.根据权利要求1的通信系统，其中移动台之间以及一个移动台与PSTN之间传递的数据包括语音通信。

9.根据权利要求1的通信系统，其中多个收发信机中的每一个都包括一个收发信机和一个基地收发信机(BTS)软件功能块，它们驻留在一个与该网络相耦合的数据处理系统上。

10.一种用于提供与多个移动站进行的无线通信的分布式蜂窝网络，包括：

多个基地收发信台网络组件，它们被配置成在一种无线介质上与多个移动台进行通信，其中每个基地收发信台都包括一个适于耦合到一个网络的网络接口；

多个基站控制器网络组件，其中每一个都包含一个适于耦合到该网络的网络接口；

至少一个移动台控制器网络组件，其中包括一个适于耦合到该网络的网络接口；

其中为了效率而将基地收发信台、基站控制器以及移动切换中心之间的通信业务量进行均衡负载。

11.权利要求10的分布式蜂窝网络，其中：

所述每个网络组件都被给定了一个预定网络地址，并且通信业务量被基于预定网络地址而路由到所述每个网络组件。

12.权利要求11的分布式蜂窝网络，其中：

对于每个网络组件的通信业务量都被路由，以便均衡网络组件之间的处理负载。

13.权利要求11的分布式蜂窝网络，其中：

如果所述网络组件之一出现故障，那么通信业务量将被路由到另一个能够执行所需功能的网络组件。

14.权利要求10的分布式蜂窝网络，其中：

所述网络组件之一是一个关守，并被配置成管理在IP协议上的语音通信。

15.权利要求14的分布式蜂窝网络，其中：

在将语音通信发送到外部网络之前，语音通信最好由网络内部的关守进行路由。

16.一种使用一个包括多个网络组件的蜂窝网络来提供与多个移动台的无线通信的方法，包括步骤：

通过一个收发信机网络组件而与一个移动台传递入站信息；

与至少两个基站控制器网络组件中的一个传递入站信息，以便进一步处理入站信息；

与一个移动台控制器网络组件传递入站信息，以便进一步处理入站信息；以及

传递步骤包括：在网络组件之间传递网络业务量被为了效率而进行负载均衡。

17.权利要求16的方法，其中：

每个网络组件都被给定了一个预定网络地址，传递网络业务量的步骤包括基于预定网络地址来将网络业务量路由到每个网络组件。

18.权利要求17的方法，其中：

传递步骤包括为每个网络组件路由通信业务量，以便均衡网络组件之间的处理负载。

19.权利要求17的方法，其中：

如果所述网络组件之一出现故障，那么通信业务量将被路由到另一个能够执行所需功能的网络组件。

20.权利要求16的方法，其中，所述网络组件之一是关守，并且其中：

传递步骤包括使用一个互联网协议来管理语音通信。

21.权利要求10的方法，其中：

在将语音通信发送到外部网络之前，语音通信最好由网络内部的关守进行路由。

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