RU2211535C2 - Усовершенствованная система сотовой связи - Google Patents

Abstract

Сотовая сеть содержит множество подвижных станций и множество базовых станций. Базовые станции расположены так, что каждая базовая станция имеет зону эффективного покрытия, которая не перекрывается с зонами эффективного покрытия соседних базовых станций. Таким образом, имеются зоны ослабленного покрытия между базовыми станциями. Когда станция отправителя, которая находится вне зоны эффективного покрытия конкретной базовой станции, желает послать сообщение к этой базовой станции, это сообщение ретранслируется другой подвижной станцией к базовой станции назначения. Ретранслирующая станция может быть расположена в пределах зоны эффективного покрытия или в зоне ослабленного покрытия базовой станции назначения. Станция отправителя, станция назначения и ретранслирующая станция (станции) могут все быть подвижными станциями, расположенными в зоне ослабленного покрытия. В зонах ослабленного покрытия ресурсы такие, как мощность передачи, временные интервалы передачи и частотные каналы, используются на основе уменьшения, эффективно разделяясь между станциями. Техническим результатом является увеличение пропускной способности базовых станций и увеличение срока службы батарей подвижной станции. 2 с. и 19 з.п.ф-лы, 8 ил.

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Это изобретение относится к способу передачи данных между станциями в системе сотовой радиосвязи и к системе, которая осуществляет этот способ.

Обычные системы сотовой радиосвязи содержат множество базовых станций, каждая из которых определяет сотовую ячейку покрытия. Подвижные станции могут осуществлять связь с базовой станцией при условии, что они находятся в пределах сотовой ячейки, относящейся к системе. Чтобы обеспечить полное покрытие заданной географической области, расположение базовых станций выбирается так, чтобы сотовые ячейки перекрывались для минимизации или устранения "мертвых" зон.

Вышеупомянутое расположение дает такой эффект, что каждая сотовая ячейка имеет центральную зону, свободную от радиопомех, и внешнюю зону, которая перекрывается с внешними зонами одной или более соседних сотовых ячеек, в которой могут иметь место радиопомехи. В этих последних зонах подвижная станция, передающая к одной базовой станции, будет создавать радиопомехи в базовых станциях соседних сотовых ячеек. Кроме того, в перекрывающихся зонах передачи от соседних базовых станций к мобильным станциям будут создаваться помехи друг другу.

Эти помехи приводят к уменьшению пропускной способности, поскольку базовые станции должны совместно использовать ресурсы (например, временные интервалы, частотные каналы или коды расширения,) между собой при связи с другими станциями во внешних, перекрывающихся зонах.

Для того чтобы справиться с этой проблемой, обычные сотовые сети расположены так, что соседние базовые станции ведут передачу, используя различные ресурсы (например, различные частоты и/или различные временные интервалы, чтобы избежать взаимного влияния). В многосотовой сети это требует высокого уровня синхронизации по времени между различными базовыми станциями.

Поскольку данные ресурсы не могут быть использованы соседними базовыми станциями одновременно, имеет место уменьшение пропускной способности, обеспечиваемой этими базовыми станциями, измеренной, например, эрлангах/сот/Гц. Кроме того, станции, передающие из внешних зон, должны использовать более высокую мощность, чтобы достичь базовых станций, что приводит к уменьшению срока службы батарей подвижной станции и более дорогим подвижным станциям.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно данному изобретению предлагается способ передачи данных между станциями в системе сотовой радиосвязи, содержащей множество подвижных станций и множество базовых станций, заключающийся в том, что располагают множество базовых станций так, что каждая базовая станция имеет зону эффективного покрытия (уверенного приема), которая не перекрывается с зонами эффективного покрытия соседних базовых станций, таким образом определяют зоны ослабленного покрытия (приема) между базовыми станциями и ретранслируют сообщения данных от станции отправителя, которая находится вне зоны эффективного покрытия базовой станции назначения, к упомянутой базовой станции назначения через по меньшей мере одну подвижную станцию.

Станция назначения может быть базовой станцией, а станция отправителя может быть подвижной станцией, и в этом случае по меньшей мере одна ретрансляционная станция может быть расположена в пределах зоны эффективного покрытия базовой станции назначения.

Сообщение данных от станции отправителя может быть вместо этого или дополнительно ретранслировано по меньшей мере одной ретрансляционной станцией, расположенной в зоне ослабленного покрытия относительно упомянутой базовой станции назначения.

Станция назначения, станция отправителя и упомянутая по меньшей мере одна ретрансляционная станция все могут быть подвижными станциями.

Зоны ослабленного покрытия относительно каждой базовой станции предпочтительно являются зонами, в которых по меньшей мере один из ресурсов, используемых этой базовой станцией, уменьшен.

Ресурсы могут включать мощность передачи, временные интервалы передачи, частотные каналы, коэффициент модуляции и коды.

Ресурсы предпочтительно уменьшены благодаря их совместному распределению между двумя или более базовыми станциями в соответствующих перекрывающихся зонах ослабленного покрытия базовых станций.

Ретрансляционные станции могут регулировать свою мощность передачи, когда ретранслируют сообщения к базовым станциям или подвижным станциям в зоне эффективного покрытия базовой станции, чтобы не создавать помех базовой станции.

Ретрансляционные станции могут дополнительно регулировать использование по меньшей мере одного из своих временных интервалов передачи, частотных каналов, коэффициента модуляции и кодов, чтобы не создавать помех базовой станции.

Ретрансляционные станции могут контролировать передачу данных к базовой станции и от нее, и/или между другими подвижными станциями, и своевременно ретранслировать сообщения, когда передача данных не происходит, таким образом совместно используя ресурсы с другими станциями.

Ретрансляционные станции могут контролировать передачу данных к базовой станции и от нее, и/или между другими подвижными станциями, и ретранслировать сообщения с существенно низким уровнем мощности, чтобы не создавать помех передачам данных.

Ретрансляционные станции могут контролировать передачу данных к базовой станции и от нее, и/или между другими подвижными станциями, и своевременно ретранслировать сообщения, используя большой коэффициент модуляции, когда возрастает отношение сигнала к помехе, чтобы не создавать помех передачам данных.

Кроме того, согласно данному изобретению предлагается система сотовой радиосвязи, содержащая множество мобильных станций и множество базовых станций, причем каждая станция предназначена для передачи данных к другим станциям и приема данных от других станций, базовые станции расположены так, что каждая базовая станция имеет зону эффективного покрытия, которая не перекрывается с зонами эффективного покрытия соседних базовых станций, определяя этим зоны ослабленного покрытия между соседними базовыми станциями, а подвижные станции предназначены для ретрансляции сообщений данных, полученных от станции отправителя, которая находится вне зоны эффективного покрытия базовой станции назначения, к базовой станции назначения.

Зоны ослабленного покрытия относительно каждой базовой станции предпочтительно являются зонами, в которых по меньшей мере один из ресурсов, используемых этой базовой станцией, уменьшен.

Ресурсы могут быть, например, мощностью передачи, временными интервалами передачи, частотными каналами, коэффициентом модуляции или кодами.

Ресурсы могут быть уменьшены благодаря их совместному использованию двумя или более базовыми станциями в соответствующих перекрывающихся зонах ослабленного покрытия базовых станций.

Подвижные станции предпочтительно адаптированы для регулирования своей мощности передачи, когда они ретранслируют сообщения к базовым станциям или подвижным станциям в зоне эффективного покрытия базовой станции, чтобы не создавать помех базовой станции.

Подвижные станции могут быть дополнительно адаптированы для регулирования использования ими по меньшей мере одного из своих временных интервалов передачи, частотных каналов, коэффициента модуляции и кодов, чтобы не создавать помех базовой станции.

Подвижные станции предпочтительно адаптированы для контроля передачи данных к базовым станциям и от них, и/или между другими подвижными станциями, и своевременной ретрансляции сообщений, когда передача данных не происходит или происходит с существенно низким уровнем мощности, чтобы не создавать помех передачам данных, таким образом совместно используют ресурсы с другими станциями.

Подвижные станции могут быть адаптированы для контроля передачи данных к базовым станциям и от них, и/или между другими подвижными станциями, и своевременной ретрансляции сообщений, используют большой коэффициент модуляции, когда возрастает отношение сигнала к помехе, чтобы не создавать помех передачам данных.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Это изобретение теперь будет описано подробнее только с помощью примеров со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 есть упрощенная схематическая диаграмма, показывающая покрытие сотовых ячеек в обычной сотовой сети;
фиг. 2 есть более подробная схематическая диаграмма, показывающая несколько базовых станций и подвижных станций обычной сотовой сети;
фиг. 3 есть упрощенная диаграмма, подобная фиг. 1, показывающая сотовое покрытие фиксированных станций в сети согласно данному изобретению;
фиг. 4 есть более подробная схематическая диаграмма, показывающая действие данного изобретения, приложенного к сети с фиг. 2;
фиг. 5 и 6 есть упрощенные схематические диаграммы, иллюстрирующие работу примера осуществления сотовой сети согласно данному изобретению;
фиг. от 7а до 7с есть диаграммы, иллюстрирующие использование временного интервала в примере осуществления сотовой сети данного изобретения;
фиг. 8 есть блок-схема, иллюстрирующая работу примера осуществления данного изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагается сотовая сеть, которая содержит множество базовых станций (которые будут обычно, но не обязательно, фиксированными), которые определяют сотовые ячейки с неперекрывающимися зонами эффективного покрытия, так что нет зон интерференции между различными базовыми станциями. Зоны эффективного покрытия (или участок сотовой ячейки) могут быть фиксированными по размеру, или могут изменяться динамически. Это позволяет более полно использовать ресурсы каждой базовой станции (такие как мощность передачи, временные интервалы передачи, частотные каналы или коды), безотносительно к передачам других базовых станций. Это эффективно увеличивает пропускную способность каждой базовой станции.

Очевидным результатом этого расположения является то, что имеются "дыры" или "мертвые" зоны между базовыми станциями, где покрытие неэффективно, т.е. зоны ослабленного покрытия, в пределах которых станциям, желающим связаться с другими станциями в этих зонах, доступны только ограниченные ресурсы (обычно, подвижным станциям). В обычных системах сотовой связи подвижные станции или микротелефонные трубки были бы обычно неприменимыми (или имели бы ограниченные ресурсы, доступные им) в этих мертвых зонах. Однако путем использования подвижных станций, которые способны ретранслировать сообщения от других подвижных станций в относящихся к сети сотовых ячейках, может быть получено полное покрытие для всех имеющихся ресурсов при условии, что присутствует достаточное количество подвижных станций. Если доступно недостаточное количество подвижных станций, не будут обеспечены высокие требования ресурсов, и ограниченные имеющиеся ресурсы обеспечат достаточную пропускную способность. Поэтому сеть является самоопределяющейся по масштабу таким образом, что чем больше подвижных станций имеется в сотовой ячейке, тем большая пропускная способность будет обеспечена благодаря более эффективному использованию ресурсов в базовых станциях.

Подобные подвижные станции (приемопередатчики) описаны в международной патентной заявке РСТ WО 96/19887.

Подвижные приемопередатчики, описанные в вышеупомянутой патентной заявке, работают путем своевременной передачи сообщений данных между ними и другими станциями с целью ретрансляции сообщений от станций-источников к станциям назначения. Такие приемопередатчики могут быть использованы преимущественно в системе сотовой связи, организованной как описано выше, где они эффективно заполняют щели в покрытии между соседними сотовыми ячейками, в то же время позволяя упростить организацию самой сотовой сети. В то же время, пропускная способность сети максимизирована, а мощность передачи подвижных станций минимизирована.

Фиг. 1 показывает в очень упрощенном виде перекрытие сотового покрытия в обычной сотовой сети, где каждая из семи показанных сотовых ячеек имеет внутреннюю свободную от интерференции зону и внешнюю зону, которая перекрывается с одной или более соседними сотовыми ячейками и которая подвержена интерференции.

Фиг. 2 показывает более реалистическое схематическое представление обычной сотовой сети, содержащей семь базовых станций от а до g, и девять подвижных станций от 1 до 9. Можно видеть, что базовые станции от а до g имеют перекрывающиеся зоны покрытия. Перекрывающиеся зоны ограничивают ресурсы, которые может использовать базовая станция. Подвижная станция 9 видна в пределах эффективного покрытия базовых станций a, d и e. Хотя подвижная станция 9 осуществляет связь с базовой станцией а, она также создает помехи базовым станциям d u e, при этом ограничивая использование ресурсов в базовых станциях d и e. Можно также видеть, что подвижные станции 1 и 6 не могут осуществлять связь с базовой станцией а, используя те же ресурсы, что и подвижная станция 9.

Фиг. 3 показывает настоящее изобретение в высшей степени упрощенным способом, где покрытие соседних сотовых ячеек не перекрывается, оставляя "мертвые" зоны (т.е. зоны ослабленного покрытия или уменьшенной доступности ресурсов) между сотовыми ячейками.

Фиг. 4 показывает концепцию данного изобретения, примененную к фиг. 2. Уменьшением мощности передачи каждой базовой станции (и необязательно подвижных станций) проблема перекрывающихся зон покрытия между базовыми станциями устраняется. Более того, можно видеть, что подвижные станции 1, 6 и 9 и все базовые станции могут использовать одни и те же ресурсы в одно и то же время.

На фиг. 5 показаны шестнадцать сотовых ячеек (пронумерованных от 1 до 16), которые не пересекаются. Эти сотовые ячейки соответствуют зоне покрытия соответствующих фиксированных или базовых станций. Меньшие кружки, пронумерованные от 17 до 29, представляют собой зоны покрытия типовых передач соответствующих подвижных станций, расположенных в "мертвых" зонах пониженной доступности ресурсов между сотовыми ячейками от 1 до 16. Малые кружки, пронумерованные от 30 до 39, показывают зоны покрытия типовых передач соответствующих подвижных станций внутри определенных сотовых ячеек от 1 до 16, которые осуществляют связь непосредственно к соответствующим базовым станциям одновременно. Это последнее условие показано перекрытием кружков от 30 до 39 с центрами соответствующих сотовых ячеек от 1 до 16.

Отсутствие перекрытия между кружками от 17 до 29 показывает, что отсутствует интерференция между зонами покрытия, представленными ими. Также, поскольку кружки от 17 до 29 не перекрывают центры какой-либо из сотовых ячеек от 1 до 16, подвижные ретрансляционные станции не создают помех базовым станциям. Одновременно требуется, чтобы каждая базовая станция могла использовать свой собственный временной интервал, и это представлено кружками от 30 до 39, показывающими, что данные передаются в течение этого временного интервала к каждой из базовых станций. Поскольку кружки от 30 до 39 каждый только перекрывает центр соответствующей сотовой ячейки от 1 до 16, внутри которой он находится, подвижные станции, представленные ими, не создают помех базовым станциям соседних сотовых ячеек. Также, поскольку кружки от 30 до 39 не перекрываются с кружками от 17 до 29, не создаются помехи подвижным станциям, действующим в качестве ретрансляционных станций. Поэтому каждая базовая станция использовала свой временной интервал. Затем передача данных может быть послана от каждой из ретрансляционных станций (от 17 до 29) к базовым станциям, и не произойдет никакой потери временных интервалов. Это означает, что возможно 100% использование всех временных интервалов во всех сотовых ячеек, в то же время гарантируя 100% географическое покрытие, при этом необходимо только использовать сравнительно простые правила, чтобы достичь этого.

В случае передач в сотовых ячейках базовых станций это правило состоит в том, что мобильная станция вне зоны покрытия сотовой ячейки должна передавать данные к ретрансляционной станции таким образом, чтобы не создавать помех базовой станции и гарантировать, что передача наводится ниже уровня собственного шума базовой станции, при этом в то же время имея достаточное отношение сигнал-шум, чтобы достичь подвижной станции в пределах зоны покрытия базовой станции. Дополнительное правило состоит в том, что подвижная станция, которая использует конкретный временной интервал, чтобы послать данные к базовой станции, не должна создавать помех подвижной станции, принимающей данные и действующей как ретранслятор в интересах подвижной станции вне зоны покрытия базовой станции.

Поскольку нет перекрытия между различными малыми кружками, нет помех между этими станциями. Поэтому имеется два типа передач, проходящих одновременно:
1. Ретрансляция подвижных станций (17-29) вне покрытия сотовой ячейки к подвижным станциям в пределах сотовой ячейки.

2. Непосредственная связь подвижных станций (30-39) внутри покрытия сотовой ячейки с базовыми станциями сотовой ячейки.

Вышеописанное предполагает, что подвижные станции (30-39) имеют данные, которые должны быть посланы для них, или данные, которые они получили в предыдущий временной интервал от станций вне зоны покрытия сотовой ячейки.

Эффект отсутствия помех между различными передачами показан малыми кружками на фиг. 5 и очевидно, что для любой подвижной станции, действующей в качестве ретранслятора, должно быть всегда возможно найти подвижную станцию в пределах сотовой ячейки, чтобы использовать временной интервал и послать данные к базовой станции таким образом, чтобы не создавать помех ретранслятору и для ретранслятора не создавать помех базовой станции.

Эффект двух одновременных передач, происходящих в одной сотовой ячейке на одной и той же частоте, в одном и том же временном интервале, показан двумя неперекрывающимися кружками в каждой из сотовых ячеек. Нет нужды говорить, что в случае ретрансляции каждой передачи, могут быть сделаны две меньших ретрансляции для гарантии, что будет покрыта меньшая зона (или более исключающая) во время этик передач, но основной принцип показан достаточно.

Современная ретрансляция позволяет 100% использование всех ресурсов временных интервалов на каждой базовой станции, и если имеется множество частот или кодов, они также могут быть использованы на 100%. С помощью упрощающей выгодной технологии ретрансляции 100% доступных ресурсов на каждой базовой станции могут быть использованы без значительной временной и частотной синхронизации, которая типична для обычной сотовой структуры, где в лучшем случае только часть общих ресурсов доступны каждой базовой станции.

Такой эффект невозможен в сотовой структуре, которая не использует ретрансляцию абонента. Если используется реальный географический план покрытия, проблема значительно ухудшается, и если принимаются во внимание эффекты экранирования, замирания и шума, использование обычной сотовой технологии ограничивает повторное использование частоты или временного интервала в соседних сотовых ячейках, требуя схемы планирования частот. Это приведет к дальнейшему уменьшению ресурсов, имеющихся на каждой базовой станции.

Основная процедура, требующаяся для осуществления практической системы согласно настоящему изобретению, проста и может быть суммирована следующим образом.

Для входящих передач (т.е. сообщений, идущих от подвижных станций снаружи зоны покрытия сотовой ячейки к базовой станции:
1. Подвижная станция вне сотовой ячейки "мертвой" зоны между соседними сотовыми ячейками нуждается в передаче своих данных к подвижной станции внутри одной из сотовых ячеек.

2. Она делает это путем выгодного выбора одной из трех соседних сотовых ячеек или больше в более сложных конфигурациях, а затем посылки данных к этой сотовой ячейке путем посылки их к одной из подвижных станций в сотовой ячейке.

3. Это выполнено своевременно на основании посылки данных к выгодно выбранной подвижной станции, которой не создается помех передаче другой подвижной станции, посылающей данные к базовой станции внутри сотовой ячейки.

4. Передача выполнена подвижной станцией, находящейся вне зоны покрытия, к подвижной станции внутри зоны покрытия таким образом, чтобы не создавать помех базовой станции. Это схематически показано на фиг. 5, где передачи происходят на той же частоте внутри той же сотовой ячейки без помех друг другу с по меньшей мере двумя передачами, происходящими одновременно в каждой сотовой ячейке на том же временном интервале, на том же распределении частоты или распределении кода.

5. В следующем доступном временном интервале подвижная станция внутри зоны покрытия сотовой ячейки пошлет данные, которые она получила, к базовой станции.

6. Одновременно в следующем доступном интервале времени другие станции вне зоны покрытия могут послать свои данные к подвижным станциям внутри зоны покрытия.

7. Вышеописанная процедура может следовать за выгодным циклом группы типа "пожарная цепочка" с данными, непрерывно обеспечиваемыми в каждом временном интервале к базовой станции без помех, таким образом обеспечивая 100% использование базовой станции.

Для исходящих передач (т. е. сообщений, идущих от базовой станции к подвижным станциям вне зоны покрытия сотовой ячейки):
1. Фиксированной сети требуется послать данные к подвижной станции вне зоны покрытия сотовой ячейки.

2. Сеть выгодно выбирает одну из трех соседних сотовых ячеек, которые находятся близко к абоненту (или более в более сложных системах).

3. Это осуществляется своевременно на основании посылки данных к базовой станции, которая не занята.

4. Базовая станция затем передает данные к выгодно выбранной подвижной станции (30-39) в пределах ее зоны покрытия, которая способна передавать данные в последовательном интервале времени к подвижной станции вне зоны покрытия. Одновременно подвижные станции (30-39), которые получили данные в предыдущей передаче, посылают данные к подвижным станциям (17-29) вне зоны покрытия сотовых ячеек.

5. Это схематически показано на фиг. 6, где передачи происходят на той же частоте внутри той же сотовой ячейки без помех друг другу с по меньшей мере двумя передачами, происходящими одновременно в каждой сотовой ячейке на том же временном интервале, на том же распределении частоты или распределении кода.

6. В следующем доступном временном интервале подвижная станция внутри зоны покрытия сотовой ячейки пошлет данные, которые она получила, к подвижной станции вне зоны покрытия сотовой ячейки.

7. Одновременно в следующем доступном временном интервале базовая станция может послать данные к другой подвижной станции, действующей в качестве ретранслятора, или непосредственно к подвижной станции в пределах зоны покрытия сотовой ячейки.

8. Вышеописанная процедура может следовать за выгодным циклом группы типа "пожарная цепочка" с данными, непрерывно обеспечиваемыми в каждом временном интервале от базовой станции, без помех базовой станции от подвижных станций в сотовой ячейке, действующих в качестве ретрансляторов, таким образом обеспечивая 100% использование базовой станции.

Основной способ включает по меньшей мере две одновременные передачи в каждой сотовой ячейке в каждом временном интервале:
1. Базовая станция посылает данные непосредственно к подвижным станциям в пределах зоны покрытия сотовой ячейки (фиг. 6) или к выгодно выбранным ретрансляторам в пределах зоны покрытия сотовой ячейки, которые могут затем направить эти данные к станциям вне зоны покрытия.

2. Одновременно ретрансляторы передают данные к подвижным станциям вне зоны покрытия сотовой ячейки так, чтобы не создавать помех предполагаемому получателю одновременной передачи базовой станцией в той же сотовой ячейке или любой соседней сотовой ячейке.

Простая технология моделирования может расширить это от управления ресурсом одного временного интервала/частотного интервала к многим временным интервалам, или многим кодовым интервалам, или многим частотам, с тем же эффектом, являющимся истинным для тех же используемых правил.

Не приходится говорить, что в подвижной телефонной сети поток трафика представляет собой два пути, и исходящие и входящие правила будут объединены и будут действовать совместно для наилучшего использования ресурсов, доступных базовым станциям.

Фиг. 7 показывает, как удаленные подвижные станции в сети с фиг. 4 будут поддерживать связь с базовой станцией а путем ретрансляции через другие подвижные станции. Она также показывает, как три подвижные станции в каждом временном интервале могут использовать одни и те же ресурсы. Более того, можно видеть, что базовая станция а использует одни и те же ресурсы в каждом временном интервале, таким образом давая 100% использование ресурсов в базовой станции. Эта фигура показывает данные, движущиеся в направлении базовой станции, т.е. подвижная станция 1 посылает свои данные к подвижной станции 2 во время первого временного интервала. Во время следующего временного интервала подвижная станция 2 направляет данные к подвижной станции 3. Во время третьего временного интервала подвижная станция 3 направляет данные к базовой станции. Для данных, идущих в другом направлении, порядок последовательности следует изменить на обратный.

Система адаптирует свою мощность вверх или вниз по мере того, как количество подвижных станций уменьшается или возрастает. Кроме того, может быть использован больший коэффициент модуляции, который требует большего отношения несущей к помехе, но дает лучшее использование доступных ресурсов, что еще более улучшит пропускную способность базовых станций, измеренную в эрлангах/сот/Гц. Когда в зоне находится ограниченное количество подвижных станций, базовая станция и подвижные станции будут использовать большую мощность. Это расширит зону покрытия каждой станции и уменьшит количество ресурсов, доступных каждой базовой станции. Однако базовой станции не требуются все ресурсы, когда имеется лишь немного подвижных станций.

Когда в зону входит больше подвижных станций, подвижные станции и базовые станции снижают свою мощность. Также, как упоминалось выше, может быть использован больший коэффициент модуляции. Это уменьшит покрытие каждой станции и увеличит количество ресурсов, доступных каждой базовой станции. Больший коэффициент модуляции сделает более эффективным использование ресурсов, таким образом увеличивая доступную эффективную пропускную способность. Система таким образом самоприспосабливается к количеству подвижных станций.

Можно видеть, что по мере того, как возрастает количество подвижных станций, будет возрастать количество ретрансляций, требуемых, чтобы достичь базовой станции. Можно также видеть, что новые данные могут быть посланы от подвижной станции в каждый третий временной интервал. Это означает, что в длинной цепи ретрансляций может находиться более чем один пакет в цепи в каждый данный момент времени. Это создает эффект "пожарной цепочки". Однако время, которое требуется для любого отдельного пакета, данных, чтобы достичь базовой станции, является прямой функцией количества ретрансляций.

В обычной сотовой системе GSM подвижная станция только осуществляет связь с базовой станцией в каждый 8-ой временной интервал. Это означает, что система, на основании существующей сотовой системы GSM будет позволять 8 ретрансляций, что позволит подвижной станции осуществлять связь с базовой станцией с той же величиной общего времени задержки. Однако может быть использовано больше ретрансляций, если увеличение общего времени задержки не является проблемой.

В обычной системе GSM имеется канал с произвольным доступом, который используется, чтобы показать присутствие подвижных станций базовой станции и установить временные интервалы для вызова. Этот самый канал с произвольным доступом будет использован для установления вызовов по многим ретрансляциям.

Если подвижная станция может осуществлять связь непосредственно с базовой станцией, она пошлет базовой станции список всех подвижных станций, которые она может слышать на канале с произвольным доступом, и уровни мощности, с которыми она слышит эти подвижные станции. Базовая станция затем сможет определить, которую подвижную станцию она сможет слышать непосредственно и каких подвижных станций она сможет достичь косвенно путем ретрансляции через подвижные станции. Поскольку базовые станции и подвижные станции уменьшают свою мощность по мере того, как возрастает количество подвижных станций, канал с произвольным доступом не будет перенаселен. Таким образом, так же, как конкретный ресурс может быть использован в одно и то же время разными станциями, также может использоваться и канал с произвольным доступом.

Когда подвижная станция посылает свой список к базовой станции, другие подвижные станции будут слышать, как она посылает свой список. Затем они будут знать, что эта конкретная подвижная станция имеет контакт с базовой станцией. Подвижные станции, которые не могут непосредственно связаться с базовой станцией, будут затем посылать свои списки подвижных станций, которые они могут слышать, к подвижной станции, которая может установить связь с базовой станцией. В свою очередь, подвижные станции, которые слышат эти подвижные станции, могут посылать свои списки к этим промежуточным подвижным станциям и т.д.

Базовая станция затем может собрать все эти данные соединения и может определить, какие подвижные станции могут слышать какие другие подвижные станции. Базовая станция будет затем приспосабливать свою мощность на основании количества подвижных станций, которые она желает достичь непосредственно. Она затем пошлет сообщения обратно к подвижным станциям, чтобы сообщить им, какую мощность использовать.

Поэтому базовая станция будет контролировать свой уровень мощности и уровень мощности подвижных станций в ее зоне. Кроме того, базовая станция может контролировать уровень коэффициента модуляции и связанное требуемое отношение несущей к помехе, используемые ею и подвижными станциями в ее зоне.

Поскольку теперь базовая станция имеет список всех подвижных станций в своей зоне и знает возможность соединения каждой подвижной станции, она может теперь распределить ресурсы любым подвижным станциям, когда сделан вызов. Она может также изменить распределение ресурсов для подвижной станции, которая находится в процессе вызова. Это может стать необходимым, если две подвижные станции, использующие одни и те же ресурсы, приближаются ближе друг к другу, например, во время вызова.

Если подвижная станция слышит две различные подвижные станции, которые могут установить связь с двумя разными базовыми станциями, она пошлет списки к обеим базовым станциям через эти подвижные станции. Поэтому подвижные станции в удаленных зонах будут выделяться в списках более чем одной базовой станции. Это позволит базовым станциям передавать подвижную станцию от одной базовой станции к другой во время вызова.

Если подвижная станция не слышит другие подвижные станции или базовые станции, она автоматически увеличит свою мощность, пока подвижная станция или базовая станция не ответит. Это позволит новой подвижной станции войти в сеть, если она находится в удаленной зоне. Как только подвижная станция станет частью сети, базовая станция начнет контролировать мощность и ресурсы подвижной станции.

Координация подвижных станций потребует компьютера на каждой базовой станции. Однако, принимая во внимание, что подвижные станции в сотовой сети обычно не двигаются очень быстро и не все подвижные станции находятся в процессе вызова в любой данный момент времени вовремя, компьютер должен легко справиться с обработкой распределения ресурсов. Поручив базовой станции ресурсы в ее зоне и уровни мощности подвижных станций в ее зоне, подвижные станции не потребуют каких-либо сложных устройств или программного обеспечения. Это снижает сложность и стоимость подвижных станций.

Поскольку каждая базовая станция контролирует ресурсы и уровни мощности всех подвижных станций в ее зоне покрытия, она может принять решение о количестве ретрансляций, которые использует подвижная станция путем регулирования ее уровня мощности. Поэтому базовая станция может снизить мощность, используемую подвижной станцией, путем увеличения количества ретрансляций между подвижной станцией и базовой станцией. Это увеличит срок службы батарей подвижной станции. Более того, подвижные станции могут также показывать уровень своих батарей базовой станции. Базовая станция сможет затем решить не направлять сообщения через подвижную станцию с ограниченным ресурсом батарей, а вместо этого направлять их через подвижные станции, которые включены в зарядные устройства сети, приборы автомобиля и т.п.

Блок-схема подходящего алгоритма для управления базовой станцией показана на фиг. 8. Базовые станции непрерывно контролируют канал с произвольным доступом, на который подвижные станции будут регулярно регистрироваться, сообщая о своем состоянии. Когда подвижные станции сообщают о своем состоянии, они создадут таблицу затуханий тракта подвижной станции для базовой станции, в которой они регистрируются. Кроме того, подвижные станции сообщат о состоянии своих батарей. Таблица затуханий тракта подвижной станции даст затухание тракта от подвижной станции ко всем другим станциям, которые она может слышать. Отдельные подвижные станции наблюдают канал с произвольным доступом, и таким образом наблюдают регистрацию других подвижных станций в базовых станциях, чтобы получать эту информацию.

Каждая базовая станция передает на отдельном канале поискового вызова трансляцию поискового вызова, которая сообщает подвижным станциям в зоне о ее существовании и дает им информацию, такую как количество подвижных станций в зоне покрытия этой базовой станции и количество ресурсов, доступных на базовой станции. Все базовые станции могут совместно использовать один и тот же канал поискового вызова, и поэтому требуется некоторое разделение этого ресурса, чтобы избежать противоречий в приеме подвижных станций в зоне наложения сотовых ячеек. Однако канал поискового вызова передает лишь малое количество информации, и поэтому берет только небольшое количество ресурсов, доступных базовым станциям. Трансляция поискового вызова, поскольку она имеет лишь низкую действующую скорость передачи данных, может быть при необходимости глубоко зашифрована, и может быть передана с существенно большой мощностью, чтобы покрыть всю сотовую ячейку. Поэтому подвижные станции будут слышать трансляции поискового вызова по крайней мере одной базовой станции и потенциально многих базовых станций.

Когда подвижные станции регистрируются в базовых станциях, они могут использовать информацию, полученную от трансляции поискового вызова базовых станций, чтобы установить их мощность передачи достаточно высокой для достижения базовых станций. Это управление мощностью незамкнутой системы поможет минимизировать помехи в других базовых станциях. Подвижные станции, регистрирующиеся из "мертвых зон", зон с ожидаемыми помехами между базовыми станциями, будут очевидно создавать помехи для одной или более базовых станций. Однако ресурс, распределенный каналу поискового вызова, мал, а передачи коротки, уменьшая потенциал помех между передачами любых двух подвижных станций. Мощность, требуемая для передачи регистрационных сообщений, может быть уменьшена, поскольку содержимое информации мало. Поэтому подвижные станции во всей зоне покрытия сотовой ячейки могут регистрироваться в базовой станции.

Регулярные регистрационные передачи, производимые подвижными станциями, позволяют различным базовым станциям создавать полносетевую таблицу затуханий тракта, которая дает затухание тракта между всеми подвижными станциями в зоне покрытия ее трансляции поискового вызова. Кроме того, затухание тракта от каждой подвижной станции ко всем базовым станциям, которые она может обнаруживать, также получаются в базовых станциях. Базовая станция определяет, какие подвижные станции могут непосредственно посылать трафик в базовую станцию, и максимальную скорость передачи данных, при которой это может быть достигнуто, на основании мощности передачи подвижной станции. Базовая станция также определяет, какие станции находятся в "зоне интерференции", где, если они будут передавать к базовой станции, они будут создавать помехи другой базовой станции. Затем базовые станции используют полносетевую таблицу затуханий тракта для определения пути ретрансляции для подвижных станций, которые находятся в зоне интерференции.

Когда, как показано на фиг.8, подвижная станция хочет послать трафик к базовой станции, она сделает запрос ресурса пропускной способности к одной из базовых станций вокруг себя. Подвижная станция выберет наилучшую базовую станцию на основании радиотрансляционной информации, посылаемой базовыми станциями.

Базовая станция затем решит на основании запрошенного ресурса, должна ли подвижная станция получить доступ к ней непосредственно, или передавать через ретрансляцию. В последнем случае базовая станция пошлет поисковый вызов непосредственно к идентифицированному ретранслятору и к подвижной станции, сделавшей запрос, сообщая им, какие ресурсы использовать, принимая во внимание карту ресурса трафика в сотовой ячейке, используемые в соседних сотовых ячейках. Информация соседних сотовых ячеек может быть пропущена между базовыми станциями или может быть получена из регистрации подвижных станций в сотовой ячейке, хотя это только те ресурсы, которые используются подвижными станциями, которые находятся в соответствующей зоне.

Базовая станция затем может либо проинструктировать подвижные станции насчет максимальной мощности, с которой они могут вести передачи, или установить критерий, что они не могут передавать, чтобы не создавать помех другим станциям, которые используют те же ресурсы. Например, базовая станция может распределить ресурсы во времяинтервальном расположении, как показано на фиг. от 7а до 7с.

По мере того, как станции двигаются, базовые станции могут непрерывно перераспределять ресурсы и изменять используемые ретрансляторы, как показано на фиг. 8. Вышеприведенная концепция может быть легко модифицирована к многократной ретрансляции, где может быть вызван более чем один ретранслятор, и ресурсы распределены так, чтобы ретранслировать данные от подвижной станции.

Двухсторонний поток данных обрабатывается точно таким же способом, как описано выше, с ресурсами, распределенными для прохождения данных от базовой станции к подвижной станции и наоборот.

В случае разговора, инициированного из обычной фиксированной сети к подвижной станции, сетью будет выбрана подводящая базовая станция на основании полносетевой таблицы затуханий тракта и таблицы ресурсов. Подвижная станция назначения и требуемые ретрансляторы затем вызываются выбранной базовой станцией и распределенными ресурсами, и им дается указание приготовиться для приема трафика от сети. Остальная часть методологии идентична описанной выше и показанной на фиг. 8.

Хотя описанная сотовая система была описана со ссылкой к подвижным станциям, ретранслирующим передачи данных к базовым станциям назначения, подвижные станции могут также направлять сообщения на основании полной сети от любой подвижной станции к любой другой подвижной станции. Путей ретрансляции от подвижной станции к подвижной станции вокруг зон покрытия базовых станций в пределах "мертвой зоны" таким образом, чтобы не создавать помех базовым станциям, ресурсы базовой станции эффективно используются заново. Даже подвижная станция в пределах зоны покрытия базовой станции может передавать к подвижной станции вне зоны покрытия таким образом, чтобы не создавать помех базовой станции.

Сообщение затем может быть ретранслировано через множество подвижных станций в "мертвой зоне", таким образом заново используя ресурсы базовой станции без уменьшения пропускной способности на базовой станции.

Этот способ может быть использован, чтобы уменьшить нагрузку на базовые станции путем эффективной ретрансляции трафика от подвижной станции к подвижной вблизи базовых станций без использования каких-либо ресурсов базовых станций. По мере того как все больше и больше подвижных станций вводят в сеть, может происходить больше ретрансляций, чтобы направить трафик от подвижной станции к подвижной станции через сеть, этим дополнительно уменьшая нагрузку на базовые станции.

Если в сети имеется лишь немного подвижных станций, и ретрансляционные подвижные станции недоступны, подвижные станции могут посылать трафик сообщений к базовой станции, а затем через фиксированную сеть к другой базовой станции, если это необходимо, а затем к подвижной станции назначения. Поскольку сеть немногочисленная, ресурсы базовой станции должны будут распределяться только между немногими подвижными станциями, и поэтому требуемая пропускная способность саморегулируется.

В сети с большой плотностью подвижных станций единственными сообщениями, которые посылаются через базовую станцию, будут те, которые посылаются к мобильным станциям или от них к фиксированной сети (пользователям обычной проводной линии), или к удаленным подвижным станциям, где ретрансляция через подвижные станции привела бы к очень большой задержке или где ретрансляторы не доступны.

Claims (21)

1. Способ передачи данных между станциями в системе сотовой радиосвязи, содержащей множество подвижных станций и множество базовых станций, заключающийся в том, что располагают множество базовых станций так, что каждая базовая станция имеет зону эффективного покрытия, которая не перекрывается с зонами эффективного покрытия соседних базовых станций, таким образом определяют зоны ослабленного покрытия между базовыми станциями и ретранслируют сообщения данных от станции отправителя к станции назначения через, по меньшей мере, одну ретрансляционную станцию, причем, по меньшей мере, одна из станций отправителя и назначения является базовой станцией, а другая из станций отправителя и назначения является подвижной станцией, расположенной в пределах зоны ослабленного покрытия относительно упомянутой базовой станции, так что передача сообщения данных от станции отправителя к станции назначения не создает помех соседним базовым станциям.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что станция назначения является базовой станцией, а станция отправителя является подвижной станцией, расположенной в пределах зоны ослабленного покрытия относительно упомянутой базовой станции.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна ретрансляционная станция расположена в пределах зоны эффективного покрытия базовой станции назначения.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что сообщение данных от станции отправителя ретранслируют с помощью, по меньшей мере, одной дополнительной ретрансляционной станции, расположенной в зоне ослабленного покрытия относительно упомянутой базовой станции назначения.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что зоны ослабленного покрытия относительно каждой базовой станции являются зонами, в которых, по меньшей мере, один ресурс, используемый базовой станцией, уменьшен.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что ресурсы включают мощность передачи, временные интервалы передачи, частотные каналы, коэффициент модуляции и коды.

7. Способ по п. 5 или 6, отличающийся тем, что ресурсы уменьшают благодаря их распределению между двумя или более базовыми станциями в соответствующих перекрывающихся зонах ослабленного покрытия базовых станций.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что ретрансляционные станции регулируют свою мощность передачи, когда ретранслируют сообщения к базовой станции или подвижной станции в зоне эффективного покрытия базовой станции, чтобы не создавать помех упомянутой базовой станции.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что ретрансляционные станции регулируют использование, по меньшей мере, одного из своих ресурсов - временных интервалов передачи, частотных каналов, коэффициента модуляции и кодов, чтобы не создавать помех упомянутой базовой станции.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что ретрансляционные станции контролируют передачи данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и своевременно ретранслируют сообщения, когда упомянутые передачи данных не происходят, таким образом совместно используют ресурсы с другими станциями.

11. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что ретрансляционные станции контролируют передачи данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и ретранслируют сообщения с существенно низким уровнем мощности, чтобы не создавать помех передачам данных.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что ретрансляционные станции контролируют передачи данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и своевременно ретранслируют сообщения, используя больший коэффициент модуляции, когда отношение сигнала к помехе увеличено, чтобы не создавать помех передачам данных.

13. Система сотовой радиосвязи, содержащая множество подвижных станций и множество базовых станций, причем каждая станция предназначена для передачи данных к другим станциям и приема данных от них и действия в качестве ретрансляционной станции, при этом базовые станции расположены так, что каждая базовая станция имеет зону эффективного покрытия, которая не перекрывается с зонами эффективного покрытия соседних базовых станций, таким образом определяя зоны ослабленного покрытия между базовыми станциями, причем система адаптирована для ретрансляции сообщений данных от станции отправителя к станции назначения через, по меньшей мере, одну ретрансляционную станцию, при этом, по меньшей мере, одна из станций отправителя и назначения является базовой станцией, а другая из станций отправителя и назначения является подвижной станцией, расположенной в пределах зоны ослабленного покрытия относительно упомянутой базовой станции, так что передача сообщения данных от станции отправителя к станции назначения не создает помех соседним базовым станциям.

14. Система связи по п. 13, отличающаяся тем, что зоны ослабленного покрытия относительно каждой базовой станции являются зонами, в которых, по меньшей мере, один ресурс, используемый базовой станцией, уменьшен.

15. Система связи по п. 14, отличающаяся тем, что ресурсы включают мощность передачи, временные интервалы передачи, частотные каналы, коэффициент модуляции и коды.

16. Система связи по п. 14 или 15, отличающаяся тем, что ресурсы уменьшены благодаря их распределению между двумя или более базовыми станциями в соответствующих перекрывающихся зонах ослабленного покрытия базовых станций.

17. Система связи по любому из пп. 13-16, отличающаяся тем, что подвижные станции адаптированы для регулирования своей мощности передачи, когда ретранслируют сообщения к базовой станции или подвижной станции в зоне эффективного покрытия базовой станции, чтобы не создавать помех базовой станции.

18. Система связи по п. 17, отличающаяся тем, что подвижные станции дополнительно адаптированы для регулирования использования, по меньшей мере, одного из своих ресурсов - временных интервалов передачи, частотных каналов, коэффициента модуляции и кодов, чтобы не создавать помех базовой станции.

19. Система связи по любому из пп. 13-18, отличающаяся тем, что подвижные станции адаптированы для контроля передач данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и своевременной ретрансляции сообщений, когда передачи данных не происходят, таким образом совместно используют ресурсы с другими станциями.

20. Система связи по любому из пп. 13-19, отличающаяся тем, что подвижные станции адаптированы для контроля передач данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и ретрансляции сообщений с существенно низким уровнем мощности, чтобы не создавать помех передачам данных.

21. Система связи по любому из пп. 13-16, отличающаяся тем, что подвижные станции адаптированы для контроля передач данных к базовым станциям и от них и/или между другими подвижными станциями и своевременной ретрансляции сообщений, используя больший коэффициент модуляции, когда отношение сигнала к помехе увеличено, чтобы не создавать помех передачам данных.

Images