CN1898971A - 利用移动台作为中继站提供持续无线连接的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

公开了在蜂窝通信系统中进行无线链接的系统和方法，使得移动台保持与至少第一节点和第二节点同时通信以接入蜂窝通信系统。传至和传自第一节点的信息与传至和传自第二节点的信息不一样。在一个实施例中，第二节点或辅助接入点是中继节点，将收到的信息转发至和自第一节点或主要接入点。在另一个实施例中，第二节点是另一个移动台，进行移动台至移动台的直接通信(MS至MS)。在又一个实施例中，到第一节点的第一无线链路仅用于控制信息。在又一实施例中，到第二节点的第二无线链路仅用于传送来自移动台的信息或仅用于将信息传送到移动台。

Description

利用移动台作为中继站提供持续无线连接的方法和系统
技术领域
本发明涉及在节点之间建立和维持无线通信的方法。
背景
技术背景/现有技术
图1说明蜂窝系统中的基本通信状况，其中移动台(MS)，有时称作移动终端或用户设备，通过直接双向无线电链路与本文中称作接入点(AP)、但有时也称作网络接入点或基站或节点B的网络节点进行通信。移动台发送并由接入点接收的业务通常被路由到骨干网中。同样地，接入点通常从骨干网接收业务以传输到移动台。
未来无线电接入的一些关键特征是：
支持非常大的业务量，每地区以Mbps(兆位每秒)计。关键问题在于如何以有限量的频谱实现这一点。对于下行链路或前向链路方向以及上行链路或反向链路(MS至AP)方向的传输确实如此。
支持非常高的数据速率。关键问题在于如何在无需极高发射功率的情况下实现这一点。由于移动台发射功率的限制，这主要对于上行链路(MS至AP)方向的通信是个问题。但是，在某些情况下，它也会成为下行链路方向的通信的问题。
解决上述两个关键问题的显而易见的方式是缩减小区大小，即缩减每个接入点的覆盖区。这样做时，通常部署具有不同大小的小区的“两个小区层”，也称作分层小区结构(HCS)，见图2。这两个小区层可称作在上层和在下层，分别具有相应的接入点AP-O和AP-U。注意，在上层和在下层可连接至相同或不同的骨干网。还要注意，如图2中明确显示的，在上层的接入点所覆盖的区域通常覆盖在下层的多个接入点的覆盖区域。
在下层和在上层中使用的无线电接入技术可以是相同的，但并非必须相同。例如，在上层可以使用蜂窝无线电接入技术，诸如第三代3G宽带码分多址WCDMA，或者基于例如正交频分复用(OFDM)或正交频分与码分复用(OFCDM)的未来第四代4G蜂窝技术。在下层可以例如使用如IEEE 802.11之类的WLAN技术。但是，在下层也可以使用与在上层相同的无线电接入技术。在上层和在下层都可以例如基于3G WCDMA或未来的4G无线电接入技术。用于在上层和在下层的无线电接入技术的许多其它组合也是可能的。
在上层和在下层可在相同或相邻频带中工作，或者在完全不同的频带中工作。用于在下层和/或在上层的频带或频谱可以是许可的或未许可的。在许可频谱的情况中，在上层和在下层通常由同一运营商运营。但是，在下层和在上层也可以由不同的运营商运营。从移动台复杂度的观点来看，在上层和在下层使用相同空中接口并在相同或相邻频带中工作是有利的。
解决上述两个基本问题(支持大容量和极高数据速率)的相关方法是利用所谓的中继。这意味着移动台经由一个(或多个)中间节点，也称为中继站，与接入点通信，见图3。在上行链路中，中继站将从移动台接收的数据转发至接入点。同样地，在下行链路中，中继站将从接入点接收的数据转发至移动台。在图3所概括描绘的情况中，移动台可以直接与接入点通信，或者如图3明确显示的，经由中继站间接与接入点通信。为了结合以上图2的解决方案，可以说在图3的解决方案中有两个通信层，即，移动台直接与接入点通信的在上层以及移动台经由中继站与接入点通信的中继层(对应于图2的在下层)。类似于图2的解决方案，移动台直接与接入点通信时所用的空中接口技术和移动台与中继站通信时所用的空中接口技术可以相同或不同。同样地，移动台直接与接入点通信时所用的频谱和移动台与中继站通信时所用的频谱可以相同或不同。注意，如图3中明确显示的，在上层的接入点覆盖的区域通常包括多个中继站。
第三种传输情况，与图2的情况有些类似，可出现于两个极为靠近的移动台互相通信时。取代经由移动网通信，即经由接入点通信，可以在两个移动台之间直接建立无线电链路，见图4。这可称作直接MS至MS通信。注意，在一般情况下，此类直接MS至MS通信情况中可能涉及两个以上移动台。同样，为了结合以上图2的解决方案，可以说在图4的解决方案中也有两个通信层，即移动台经由接入点通信的在上层和移动台互相直接通信的MS至MS层。类似于图2的解决方案，移动台与接入点通信时所用的空中接口技术和移动台直接与另一个移动台通信时所用的空中接口技术可以相同或不同。
现有解决方案存在的问题
图2所述的解决方案存在几个与切换相关的问题。
部署在下层、使得它可以在蜂窝系统要覆盖的整个区域上提供连续覆盖，这可能是困难的或者至少是成本高昂的。实际上，这就是部署两层的原因之一，即，如果仅有在上层在蜂窝系统要覆盖的整个区域上提供完全覆盖，则它就足够了。如果在下层不提供连续覆盖，则当移动台离开在下层的覆盖时需要切换到在上层的接入点。每个此类切换均意味着连接丢失的风险。即使连接未完全丢失，切换也可能导致移动台和网络之间通信的短时或长时中断，从而可能对服务质量造成不利的影响。
对于与在下层相连的正高速移动的移动台，在下层内有频繁切换。这意味着增大的连接丢失风险，即使在下层提供完全覆盖。对此问题的典型解决方案是在任何时候使所有高速移动的移动台保持于在上层内。但是，这意味着无法为快速移动的移动台提供只在在下层内支持的高数据速率。
最后，在某些情况下，在下层所用的技术可能甚至不支持切换。
图2的解决方案存在的另一个非切换相关的问题是，在下层必须提供双向(至和自移动台)的通信，尽管事实上在某些情况下，容量和数据速率要求使得使用在上层的通信在通信方向之一上是足够的。一个实例是当使用在下层的唯一原因是以有限的移动台发射功率支持上行链路(自MS)方向的极高数据速率时。在下层中必须支持双向通信则可能导致在下层中不必要的昂贵设备。在某些情况下，甚至不可能使用在下层进行双向传输，例如由于频谱限制。
图3的解决方案有几个与图2的解决方案类似的问题，诸如：
-部署中继站用于在蜂窝系统要覆盖的整个区域上的持续覆盖可能是困难的或至少是成本高昂的。当移动台移出中继站覆盖时，需要切换至接入点，即在上层。每个此类切换均意味着连接丢失风险。
-中继站必须提供双向(至和自移动终端)的通信。这可能导致不必要的昂贵中继站。
图4的解决方案也有与图2和图3的解决方案类似的切换问题。更具体地说，随着互相直接通信的移动台彼此离开，它们之间的连接必须“切换”至接入点，即切换至在上层，结果有连接丢失的风险。
因此，为了避免上述不同问题，希望有与图2、3和4中所述的解决方案相比、改进的解决方案。
发明概述
公开了蜂窝通信系统中的无线链接和用于无线链接的方法，使得移动台保持与至少第一节点和第二节点同时通信以接入蜂窝通信系统。传至和传自第一节点的信息与传至和传自第二节点的信息不一样。在一个实施例中，第一节点是在上层中的接入点，第二节点是分层小区结构的在下层中的接入点。在第二实施例中，第一节点是接入点，第二节点是中继节点，将收到的信息转发至和/或自第一节点。在第三实施例中，第一节点是接入点，第二节点是另一个移动台。在又一个实施例中，到第一节点的第一无线链路仅用于控制信息。在又一实施例中，到第二节点的第二无线链路仅用于传送来自移动台的信息或仅用于将信息传送到移动台。
独立权利要求1陈述了根据本发明在蜂窝通信系统中维持的无线链接，从属权利要求2到10定义了进一步的实施例。此外，独立权利要求11陈述了根据本发明维持无线链接的方法，从属权利要求12到20定义了进一步的实施例。
附图概述
通过参照以下结合附图进行的详细说明，可以最好地理解本发明以及其它目的和优点，附图中：
图1说明蜂窝系统中的基本通信情况；
图2说明具有在上层和在下层这两个小区层的蜂窝系统；
图3说明具有将来自移动台的信息转发至接入点和/或将信息从接入点转发至移动台的中继站的蜂窝系统；
图4说明具有在两个移动台之间直接建立的连接的蜂窝系统；
图5说明根据本申请的解决方案，具有与在上层的接入点和在下层的接入点同时通信的移动台；
图6说明根据本申请的解决方案，具有同时直接与接入点通信并间接经由中继站与接入点通信的移动台；
图7说明根据本申请的解决方案，具有同时与接入点通信并直接与另一个移动台通信的移动台；
图8说明根据本申请的解决方案，其中在上层中的通信和在下/中继站/MS至MS层中的通信通过共享频域来共享无线电资源。
图9说明根据本申请的解决方案，其中在上层中的通信和在下/中继站/MS至MS层中的通信通过共享时域来共享无线电资源。
发明详述
在背景的讨论中对以上与图2相关的问题的解决方案是让移动台与在上层系统的至少一个节点(接入点)和在下层系统的至少一个节点(接入点)同时通信，参考图5。
通常，但并非必然，经由在上层的接入点的通信仅限于低数据速率，例如控制信令，而高速用户业务经由在下层的接入点传送。一般情况下，任何种类的业务均可使用在上层。与其中移动台经由或者在上层的接入点或者在下层的接入点、但并非同时与两层的接入点通信的图2的方法相比，此方法的好处在于，即使在下层中的连接丢失，网络和移动台之间的连接不会完全丢失。数据通信可以经由在上层继续，虽然通常数据速率较低。此外，使用在上层中的无线电链路的控制信令可以迅速恢复在下层中的连接，而无需费时的接入程序等。
在另一种情况下，要求高服务质量的业务，如语音服务，也经由在上层的接入点传送，而其它业务同时经由在下层的接入点传送。
在第三种情况下，经由在下层的接入点的通信可仅在一个方向，例如仅在上行链路方向(从移动台到在下层的接入点的通信)或者仅在下行链路方向(从在下层的接入点到移动台的通信)。在这种情况下，在其它方向的所有通信，包括尽力而为的分组数据通信，经由在上层的接入点进行。这样，图5所示的解决方案避免了对于在下层的接入点始终支持双向通信(至和自移动台)的要求。
同样，对以上与图3的解决方案相关的问题的解决方案是让移动台与接入点、即在上层中的节点和至少中继站、即中继层中的节点同时通信，见图6。同样，通常，但并非必然，在上层中的通信，即直接经由接入点的通信，局限于低数据速率，例如控制信令，而高速用户业务采用中继层，即经由中继站传送。或者，要求高服务质量的更为敏感的业务，如语音业务，也经由在上层传送，而其它业务同时经由中继层传送。此外，中继层可能仅允许一个方向的通信，例如仅上行链路方向(从移动台到中继站的信息的传送)或者仅下行链路方向(从中继站到移动台的信息的传送)。
同样，对以上与图4的解决方案相关的问题的解决方案是让移动台与接入点、即在上层中的节点和与另一个移动台同时通信，见图7。同样，通常，但并非必然，在上层中的通信，即经由接入点的通信，局限于低数据速率，例如控制信令，而高速用户业务采用在移动台之间直接传送。或者，要求较高服务质量的业务也经由在上层传送，即经由接入点传送，而其它业务同时在移动台之间直接传送。
注意，在建立如图5、6和7之一的通信情况时，首先在在上层中建立连接。当完成这一步骤并且容量或数据速率要求如此要求时或者由于其它原因，借助于使用在上层的信令，在在下/中继/MS至MS层中建立第二通信链路。
虽然图5、6和7所示的解决方案说明移动台具有与在下/中继/MS至MS层中的单节点和在上层中的单节点之间的通信链路，但是在一般情况下，移动台可以与每层中的不止一个节点通信。
另外请注意，类似于图2、3和4的已知解决方案，对于图5、6和7提议的解决方案，在上层的空中接口技术和在下/中继/MS至MS层的空中接口技术也可以是相同或不同的。同样，在上层和在下/中继/MS至MS层可以使用相同、相邻或完全不同的频谱。
为了让移动台能够同时接收和/或发送数据自/至在上层中的节点和自/至在下/中继/MS至MS层中的节点，根据图5、6和7，两层之间必须共享无线电资源。在两层之间共享无线电资源的一个解决方案是在在上层和在下/中继/MS至MS层中在不同频带中传送，即，在频域中共享，见图8。注意，亦如图8中明确显示的，两层中通信所用的频谱量可能不一样。
在两层之间共享无线电资源的第二解决方案是在在上层和在下/中继/MS至MS层中在不同的非交迭时间间隔中传送，即，在时域中共享，见图9。注意，亦如图9中明确显示的，两层中通信所用的时间量可能不一样。
本领域的技术人员会理解，可以对本发明进行各种修改和变更，而不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围。

Claims (30)

1.一种蜂窝通信系统中的无线链接，其特征在于
移动台保持与至少第一节点和第二节点同时通信，以便接入所述蜂窝通信系统，由此，传至和传自第一节点的信息与传至和传自第二节点的信息不一样。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于
第二节点是中继节点，将收到的信息转发至和自第一节点。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于
第二节点是另一个移动台，进行移动台至移动台的通信(MS至MS)。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于
到第一节点的第一无线链路仅用于控制信息。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于
到第二节点的第二无线链路仅用于从所述移动台传送信息。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于
始于第二节点的第二无线链路仅用于向所述移动台传送信息。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于
从第一节点和第二节点的传输使用不同的空中接口技术。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于
从第一节点和第二节点的传输使用相同的空中接口技术。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于
第一节点和第二节点上的通信是时分复用的。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于
第一节点和第二节点上的通信是频分复用的。
11.一种用于蜂窝通信系统中无线链接的方法，其特征在于以下步骤：
保持移动台与至少第一节点和第二节点同时通信，以便接入蜂窝通信系统，由此，传到和传自第一节点的信息与传到和传自第二节点的信息不一样。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
将第二节点设置为中继节点，用于将收到的信息转发至和自第一节点。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
将第二节点设置为另一个移动台，用于进行移动台至移动台的通信(MS至MS)。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
将到第一节点的第一无线链路仅用于控制信息。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
将到第二节点的第二无线链路仅用于从所述移动台传送信息。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
将始于第二节点的第二无线链路仅用于向所述移动台传送信息。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
为从第一节点和第二节点的传输使用不同的空中接口技术。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
为从第一节点和第二节点的传输使用相同的空中接口技术。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
让第一节点和第二节点上的通信时分复用。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于以下另外的步骤：
让第一节点和第二节点上的通信频分复用。
21.一种蜂窝通信系统中的移动台，其特征在于，它支持从接入点经由蜂窝通信系统中的第一节点和第二节点同时通信，由此，所传送的信息不一样。
22.如权利要求21所述的移动台，其特征在于，到第一节点的第一无线链路和到第二节点的第二无线链路用于传送信息至/自所述移动台。
23.如权利要求21所述的移动台，其特征在于，从第一节点和第二节点的传输使用不同的空中接口技术。
24.如权利要求21所述的移动台，其特征在于，从第一节点和第二节点的传输使用相同的空中接口技术。
25.如权利要求21所述的移动台，其特征在于，第一节点和第二节点上的通信是时分复用的或频分复用的。
26.一种蜂窝通信系统中的接入点，其特征在于，在与移动台的通信中，接入点支持经由至少第一节点和第二节点的通信，以便移动台接入蜂窝系统，由此，所传送的信息不一样。
27.如权利要求26所述的接入点，其特征在于，到第一节点的第一无线链路和到第二节点的第二无线链路用于传送信息至/自所述移动台。
28.如权利要求26所述的接入点，其特征在于，从第一节点和第二节点的传输使用不同的空中接口技术。
29.如权利要求26所述的接入点，其特征在于，从第一节点和第二节点的传输使用相同的空中接口技术。
30.如权利要求26所述的接入点，其特征在于，第一节点和第二节点上的通信是时分复用的或频分复用的。
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