專利名稱：分布式室內(nèi)數(shù)字多址蜂窩電話系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蜂窩通信系統(tǒng)領(lǐng)域，而且更具體地涉及適于室內(nèi)使用的分布式的、蜂窩電話系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
室內(nèi)蜂窩系統(tǒng)面臨挑戰(zhàn)性的無線傳播環(huán)境。無線電波的穿透性受到限定規(guī)則邊界的墻面和門的阻礙；存在大量的障礙物，例如遮蔽或限制無線傳播的管道，等等。通過室外蜂窩無線基站為處于辦公樓內(nèi)的移動終端服務(wù)通常是不實際的。盡管信號可能穿透外墻和窗戶，但是無線信號可能不會很好地穿透到內(nèi)部空間中。
因此，在強調(diào)室內(nèi)蜂窩覆蓋的特殊需要上進行了很多努力。這些努力中相當(dāng)一部分集中在所謂微服務(wù)小區(qū)上，實際上這是設(shè)計用于覆蓋幾十或幾百平米量級大小的服務(wù)小區(qū)的全功能蜂窩基站。
對于普通的室外宏蜂窩系統(tǒng)，微蜂窩系統(tǒng)中的每個服務(wù)小區(qū)可以分配一組頻率。當(dāng)移動終端從一個服務(wù)小區(qū)移動到另一個時，終端在相鄰的微服務(wù)小區(qū)之間切換。切換基于中央交換機所監(jiān)視和控制的接收信號強度測量。當(dāng)信號強度降到預(yù)定門限以下時，指示終端將其收發(fā)機重調(diào)到另一個服務(wù)小區(qū)使用的另一個頻率?；诮邮招盘枏姸葴y量的各種切換方法對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的。
當(dāng)微服務(wù)小區(qū)的服務(wù)小區(qū)大小變得很小以至沿著走廊行走的用戶在通話中要移過幾個服務(wù)小區(qū)，切換的次數(shù)就變得相當(dāng)多，產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)管理問題。解決這個問題的一個方法是不進行一般意義上的切換，而是使終端保持工作在相同的頻率/時隙組合，并將下行鏈路從一個微服務(wù)小區(qū)切換到另一個。
這樣一種技術(shù)在題為“蜂窩電話系統(tǒng)”的U.S.專利號4,932,049中描述。其中描述了一種包括多個相鄰服務(wù)小區(qū)的系統(tǒng)，每個服務(wù)小區(qū)分配一個特定頻率組，該系統(tǒng)具有發(fā)射和接收裝置，用于維護與沿著服務(wù)小區(qū)移動的移動終端的連續(xù)通信。每個服務(wù)小區(qū)具有多個發(fā)射和分集接收裝置，或微服務(wù)小區(qū)，處于服務(wù)小區(qū)邊界的各個天線站點并配置為使信號的傳播和接收充分限制在服務(wù)小區(qū)的邊界?？刂齐娐吩谒峙漕l率組的每個頻率信道上監(jiān)視每個天線站點接收的每個信號的強度。分配組中每個頻率信道上的發(fā)送被限制到每個頻率上具有最強接收信號的服務(wù)小區(qū)中一個子站點處的天線裝置。
當(dāng)移動單元的移動使一個子站點而非當(dāng)前發(fā)射的那個的接收信號強度變得最強，系統(tǒng)就操作關(guān)閉較弱站點處的發(fā)射機并打開正在接收較強信號的子站點處的發(fā)射機。這就是已知的所謂虛切換。兩個分集接收天線也切換到合適的子站點以接收該呼叫。頻率不改變并保持與以前一樣。因此，MTSO并不參與并且不會得到更多的切換負擔(dān)。
這種系統(tǒng)的一個問題是廣播控制信道是從覆蓋整個服務(wù)小區(qū)的單個子站點發(fā)射的，在室內(nèi)系統(tǒng)中子站點可能處于角落周圍——或者甚至在電梯內(nèi)——廣播控制信道可能不能穿透子站點所處的位置。廣播控制信道的信號丟失使移動站得不到基本的開銷信息。一般，由于信號的完全丟失，移動站可以檢測到廣播控制信道的丟失并迫使移動站進入重捕獲模式。
一般與微蜂窩系統(tǒng)有關(guān)的第二個問題是這樣的系統(tǒng)內(nèi)發(fā)射的信號很少或沒有時間擴散。當(dāng)很大幅度的反射信號在時間上相對于主信號延遲到達時，會產(chǎn)生時間擴散。當(dāng)時間延遲在符號時間量級上時，會產(chǎn)生符號間干擾。歷史上，時間擴散曾經(jīng)是無線傳播不期望的副作用。但是，諸如MLSE均衡這類的現(xiàn)代技術(shù)實際上有利地利用了時間擴散來增強信號的接收。產(chǎn)生時間擴散或使用宏分集都曾在室外蜂窩和陸地移動無線系統(tǒng)中使用，例如U.S專利號5,088,108中所描述的，其題目為“CELLUAR DIGITAL MOBILE RADIO SYSTEM AND METHODOF TRANSMITTING INFORMATION IN A digital CELLULAR MOBILE RADIOSYSTEM”，以及U.S.專利號5,109,528，題目為“HANDOVER METHODFOR A MOBILE RADIO SYSTEM”，這兩個專利都是受讓給本發(fā)明的直接受讓人。但是，在室內(nèi)系統(tǒng)中，宏分集和虛切換的組合問題目前尚未提及。
一般與基于室內(nèi)系統(tǒng)的常規(guī)微蜂窩系統(tǒng)有關(guān)的第三個問題是上行鏈路和下行鏈路通常都是由同一天線裝置服務(wù)的。當(dāng)選擇下行鏈路天線時，也就選擇了上行鏈路天線。這是因為現(xiàn)有的微蜂窩系統(tǒng)使用窄帶無線接收機。如果使用寬帶無線接收機就不需要將接收限制到從移動站接收的信號的特定天線裝置。在非固定環(huán)境中，上行鏈路和下行鏈路可能不是瞬時相反的，因此單獨選擇上行鏈路和下行鏈路天線裝置可能會更有利。即，因為上行鏈路和下行鏈路在不同的頻率上，因此，上行鏈路和下行鏈路信道會體現(xiàn)不同的特性，例如不同等級的瑞利衰落等。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的目的是提供適于室內(nèi)使用的蜂窩系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)的限制。
在本發(fā)明的一個實施例中，一個區(qū)域中遍布多個收發(fā)機。收發(fā)機都連接到中央控制設(shè)備，而且控制設(shè)備控制收發(fā)機的操作。至少兩個收發(fā)機向移動單元發(fā)射下行鏈路信號。當(dāng)移動單元在子服務(wù)小區(qū)之間移動時，移動單元連續(xù)接收下行鏈路信號，并不改變移動單元的下行鏈路信道。所有收發(fā)機都發(fā)射控制信號，處于整個區(qū)域內(nèi)任何位置的移動單元都能夠檢測到向其發(fā)射的控制信號。收發(fā)機還方便地包括了寬帶接收機部分，同時調(diào)諧到移動單元能夠發(fā)射信號的所有上行鏈路信道上。因為這種寬帶接收以及中央控制設(shè)備對收發(fā)機的控制，一個收發(fā)機的發(fā)射機部分和另一個收發(fā)機的接收機部分可以用于提供與移動單元的雙向通信。
因此根據(jù)本發(fā)明的通信網(wǎng)及有關(guān)方法允許提供與移動單元的無線通信，該單元可移動到至少一個服務(wù)小區(qū)內(nèi)的一個所選的位置。服務(wù)小區(qū)由網(wǎng)絡(luò)所包含的區(qū)域來規(guī)定。多個空間上分開的收發(fā)機選擇性地在所選的下行鏈路信道上向調(diào)到所選下行鏈路信道的移動單元發(fā)射下行鏈路信號。多個收發(fā)機中的每一個定義一個子服務(wù)小區(qū)，由收發(fā)機定義的子服務(wù)小區(qū)一起構(gòu)成至少一個服務(wù)小區(qū)?？刂圃O(shè)備連接到多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機。控制設(shè)備控制收發(fā)機的操作，使局限相鄰子服務(wù)小區(qū)的至少兩個收發(fā)機在所選的下行鏈路信道上向移動單元發(fā)射下行鏈路信號。允許移動單元在相鄰服務(wù)小區(qū)之間移動時，保持調(diào)諧到所選的下行鏈路信道上不間斷地接收下行鏈路信號。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀如下所寫的描述時，本發(fā)明這些以及其他特性和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來說將是很顯然的，圖中相似的參考號碼指相似的器件。
附圖的簡要描述現(xiàn)在將參考所附的圖更詳細地描述發(fā)明的示范實施例，圖中使用類似的描述符指代相似的單元


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的蜂窩通信系統(tǒng)的示意性說明；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的服務(wù)小區(qū)的示意性說明；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的信道化遠端天線裝置的示意性說明；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的寬帶遠端天線裝置的示意性說明；圖5是HUB的示意性邏輯圖；圖6A-6C是說明帶宏分集的軟切換的示意性說明；圖7是構(gòu)成圖5所示HUB的一部分的信號處理子系統(tǒng)的示意性說明。
發(fā)明的詳細描述在如下描述中，為了揭示而非限制的目的提出了一些特定細節(jié)，例如特殊的電路、電路元件、技術(shù)等，以便提供對發(fā)明的透徹理解。但是，對于本領(lǐng)域的一個一般技術(shù)人員來說，發(fā)明顯然可以用其它背離這些特定細節(jié)的實施例來實現(xiàn)。此外，熟知方法、設(shè)備、以及電路的詳細描述被略去了，以防這些不必要的細節(jié)模糊對本發(fā)明的描述。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參考圖1，這里示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明的蜂窩電話系統(tǒng)的第一實施例。圖1中示意性說明的示范系統(tǒng)有標(biāo)為1A、1B和1C的三個服務(wù)小區(qū)。服務(wù)小區(qū)1A、1B和1C可能部分是重疊的。在實際系統(tǒng)中，可能只有一個服務(wù)小區(qū)，也可能有成百個服務(wù)小區(qū)之多。但是，為了描述的清楚和簡單起見，圖1中所示的示范系統(tǒng)包括三個服務(wù)小區(qū)。在每個服務(wù)小區(qū)1A、1B和1C內(nèi)，有多個遠端天線裝置3(RADS)，它們一起提供定義服務(wù)小區(qū)范圍的無線覆蓋。RADs 3通過接口鏈路4連接到中央處理器、或HUB 2。正如下文所詳細描述的，HUB 2作為該系統(tǒng)的中央信號處理單元，并提供用于基站收發(fā)機傳統(tǒng)功能分配的裝置。HUB 2包括并集中了目前在基站、或微服務(wù)小區(qū)收發(fā)機中執(zhí)行的很多信號處理功能，并為使用RADs而不是更常規(guī)的微服務(wù)小區(qū)收發(fā)機開辟了道路。
服務(wù)小區(qū)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在參考圖2，這里說明了一個單個服務(wù)小區(qū)1。該服務(wù)小區(qū)的外圍邊界6用虛線來表示。圖2所示的服務(wù)小區(qū)邊界6是示范性的。對本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員很顯然的是，自然環(huán)境中無線傳播的特性常常使服務(wù)小區(qū)的邊界變得不規(guī)則而且不一定是相鄰的。服務(wù)小區(qū)邊界6用于說明移動站5是在該處從一個服務(wù)小區(qū)的影響移動到相鄰服務(wù)小區(qū)的，并不是實際的真實表示。
在服務(wù)小區(qū)邊界6內(nèi)，有多個較小的覆蓋區(qū)，或稱子服務(wù)小區(qū)，每個對服務(wù)小區(qū)邊界6內(nèi)的一部分提供無線覆蓋。為了揭示的目的，圖2中示有四個這樣的子服務(wù)小區(qū)，用描述標(biāo)號a、b、c及d標(biāo)識。子服務(wù)小區(qū)a、b、c及d的邊界分別用點劃線所示的區(qū)域來描述。盡管所示的只有四個子服務(wù)小區(qū)，但是定義服務(wù)小區(qū)1的子服務(wù)小區(qū)可以有任意數(shù)目N個，這里N是大于或等于2的整數(shù)。
每個子服務(wù)小區(qū)的邊界由相應(yīng)RAD 3的輻射圖樣來定義。例如，子服務(wù)小區(qū)a由RAD 3a的輻射圖樣來定義，子服務(wù)小區(qū)b由RAD 3b的輻射圖樣來定義，依次類推。對于圖2所示的子服務(wù)小區(qū)，子服務(wù)小區(qū)的邊界對于每個RAD的收發(fā)天線是相同的。這是為了詳細描述的清楚起見而做的假設(shè)，并不是必須的，下面要注意這一點。
信道化RADRAD 3提供從HUB 2接收的信號和每個子服務(wù)小區(qū)a、b、c及d廣播并接收的無線信號之間的轉(zhuǎn)換。RAD 3可以使用模擬信號與HUB 2接口，但是由于模擬接口的動態(tài)范圍有限，常常優(yōu)選數(shù)字接口。以前，由于模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器動態(tài)范圍有限，數(shù)字接口也會性能下降，但是A/D和D/A技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)大大提高，因此實際上可以使用數(shù)字接口。
RAD 3的第一實施例在圖3中做更詳細的說明。RAD 3是意味著提供發(fā)送和接收功能的收發(fā)機。在接收方面，天線6接收的信號耦合到低噪聲放大器(LNA)11，將接收信號放大到足夠克服下變頻加入的噪聲。LNA 11的輸出耦合到多個下變頻器8。下變頻器8根據(jù)常規(guī)方法將RF信號轉(zhuǎn)換成中頻(IF)信號。IF信號是比RF信號頻率低的信號，并且比相應(yīng)的RF信號容易處理。IF信號耦合到可以是晶體帶通濾波器的信道濾波器9，選擇性地只讓所需的頻帶通過并衰減這個頻段以外的頻率。信道濾波器9也可以提供防混疊濾波。濾波后的IF信號耦合到A/D變換器10，產(chǎn)生數(shù)字IF信號。數(shù)字IF信號通過接口鏈路4耦合到HUB 2。
在發(fā)送方面，從HUB 2接收的數(shù)字IF信號耦合到D/A變換器15，在這里轉(zhuǎn)換成模擬IF信號。模擬IF信號耦合到上變頻器14，在這里將頻率轉(zhuǎn)換成RF信號。RF信號在功率放大器13中放大。RF信號在合成器12中合成并通過發(fā)送天線7發(fā)射。在圖3中示意性說明的RAD中，A/D和D/A轉(zhuǎn)換是在單信道的基礎(chǔ)上完成的。這被稱為信道化的RAD。信道化RAD的好處是A/D和D/A轉(zhuǎn)換器相對不太復(fù)雜并且成本不太高。
現(xiàn)有的新技術(shù)可提供12比特、每秒40兆抽樣的轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)80-120dB動態(tài)范圍的寬帶多載波信號的A/D和D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)另一個實施例，從這樣的轉(zhuǎn)換器中可以構(gòu)造寬帶的RAD，如圖4中所示意性說明的。盡管這樣高性能A/D和D/A轉(zhuǎn)換器非常昂貴，但是每個RAD只需要一個A/D和D/A、與RAD中所需的信道數(shù)無關(guān)的事實使寬帶RAD具有經(jīng)濟上的可行性。
現(xiàn)在參考圖4，在接收方面，通過接收天線6接收的信號耦合到LNA 11，在這里將RF信號放大到足夠克服下變頻中引入的噪聲。LNA11的輸出耦合到下變頻器16，產(chǎn)生寬帶IF信號。寬帶IF信號耦合到A/D變換器17。在A/D變換之前可以進行防混疊濾波(未表示)。A/D變換器17的輸出是高速的數(shù)字IF比特流，通過接口鏈路4耦合到HUB 2。
在發(fā)送方面，從HUB 2接收的高速數(shù)字IF比特流通過接口鏈路4耦合到D/A變換器20，產(chǎn)生寬帶模擬IF信號。寬帶模擬IF信號耦合到上變頻器19，將寬帶模擬IF信號的頻率轉(zhuǎn)換為寬帶RF信號。上變頻器19的輸出耦合到多載波功率放大器18。所放大的寬帶RF信號耦合到天線7并在子服務(wù)小區(qū)內(nèi)發(fā)射。
寬帶RAD在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能方面提供了很多優(yōu)勢，因此有利地構(gòu)成了本發(fā)明另一個實施例的蜂窩電話系統(tǒng)的一部分。
接口鏈路接口鏈路4是傳輸HUB 2和RADs 3之間的數(shù)字化IF以及控制和開銷信息的雙向串行接口。根據(jù)RAD的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)率可以在10到250Mbit/s之間不等。盡管高達250Mbits/s的數(shù)據(jù)率可以通過同軸電纜來發(fā)送，但是在本發(fā)明的實施例中換用光鏈路。
接口鏈路4使用采用雙光纖鏈路的完全星形拓撲。在現(xiàn)有技術(shù)上，雙光纖方法比波分復(fù)用方法性能價格比要高。為了使成本最低的原因，使用單模光纖，并使用光纖帶技術(shù)接合。為了節(jié)省成本、安裝時間并保證連接質(zhì)量，也可以使用預(yù)組裝的電纜端子。
HUBHUB 2是執(zhí)行單獨基站或微服務(wù)小區(qū)所常規(guī)實現(xiàn)的功能的中央處理器。將信號處理和無線網(wǎng)絡(luò)操作功能合并到中央處理器中可以得到很大的成本節(jié)約和增強的靈活性。
圖5示意性地說明了HUB 2的邏輯結(jié)構(gòu)。信號處理子系統(tǒng)(SPS)24由一般在收發(fā)機中執(zhí)行的所有基帶信號處理組成。它們包括分信道、交換、合并、以及窄帶信號處理。上行鏈路信號強度測量(RSSI)、信號質(zhì)量(即，誤碼率、錯幀率等)也根據(jù)已知技術(shù)在SPS 24中執(zhí)行。為連接到HUB 4的每個RAD 3所執(zhí)行的信號強度及/或信號質(zhì)量測量報告給無線網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)23。SPS 24也執(zhí)行分集合并，例如以授予Bckstrm等人的US專利5,191,598中所描述為例。
無線網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)(RNS)23負責(zé)無線資源的本地控制。RNS 23控制RADs 3之間的切換并控制SPS 24在接收機和發(fā)射機上的切換，以便有效地利用中繼線。
無線協(xié)議子系統(tǒng)(RPS)26作為SPS 24、RNS 23以及外部網(wǎng)絡(luò)之間的鏈路。較高層協(xié)議處理包括與移動站5進行的測量命令和解釋的通信。
信號處理子系統(tǒng)SPS 24的功能在圖7中示意性地說明。從RADs 3a-3d接收的數(shù)字化IF信號耦合到信道器27，在這里數(shù)字地分成分立的信道。對于每個信道和每個RAD，執(zhí)行RSSI、或其它信號質(zhì)量測量并作為測量數(shù)據(jù)輸出到RNS 23。RNS 23確定RADs應(yīng)該使用哪個信道并向接收選擇和宏分集合并模塊29發(fā)出相應(yīng)的控制信息。模塊29對來自恰當(dāng)RAD的恰當(dāng)信道上接收的信號進行分集合并。模塊29的輸出耦合到窄帶接收機31，根據(jù)已知技術(shù)接收合成的信號。
在發(fā)送方面，RNS 23使用來自信道器27的測量信息為發(fā)送切換及合并模塊30選擇恰當(dāng)?shù)目刂菩畔?。所有信道在?fù)接器28中復(fù)接在一起，數(shù)字化的IF送到RADs 3a-3d。因此可以看到當(dāng)選擇特定的RAD站點作為下行鏈路時，所有RAD站點都用于進行上行鏈路測量。本發(fā)明中使用寬帶RADs 3和HUB 2中的中央處理允許這種空前的靈活性。
唯一ID號和自動系統(tǒng)配置通過O&M 25，HUB 2能夠為RADs 3分配標(biāo)識參數(shù)。這可以通過輪詢RADs并接收鑒權(quán)響應(yīng)作為應(yīng)答來完成。鑒權(quán)信息可能包括型號、頻率范圍容量、最大/最小發(fā)送電平、天線類型、等等。這就使得O&M能夠自動確定系統(tǒng)配置而不必手動地通知HUB所安裝RADs的號碼或類型。本發(fā)明的另一個特性是，RADs不是預(yù)分配一個唯一的標(biāo)識號碼，而是在系統(tǒng)安裝時由HUB 2分配一個唯一的ID號。這就大大簡化了系統(tǒng)安裝。HUB 2周期性地進行系統(tǒng)測試，包括輪詢RADs并從中接收響應(yīng)。在最初建立時，O&M子系統(tǒng)為RADs分配一個單元ID號。與唯一ID號一起，關(guān)于RADs的其它基本信息也可以存儲在HUB 2中。這樣做的一個好處是系統(tǒng)可以擴展、升級、或修改而不必手動地重配置HUB 2中的信息。例如，如果安裝一個新的RAD 3，為一個特定區(qū)域提供覆蓋，可以簡單地將新RAD 3連接到接口鏈路4。HUB 2將自動識別它的存在，確定它的基本信息，并為新RAD分配一個唯一ID號。用戶不需特殊編程、或系統(tǒng)建立的干預(yù)。
在另一個實施例中，當(dāng)附加的RAD 3加到網(wǎng)絡(luò)中時，新增加的RAD3通過接口4向HUB 2發(fā)送信號。該信號為HUB 2提供附加的RAD 3已經(jīng)添加到網(wǎng)絡(luò)中的指示。藉此提示HUB 2輪詢附加的RAD 3并接收鑒權(quán)響應(yīng)作為應(yīng)答。此后HUB向附加的RAD分配唯一ID號，如上所述。
響應(yīng)RADs提供給HUB的鑒權(quán)響應(yīng)，HUB也能夠防止將ID號分配給RAD或者響應(yīng)對HUB輪詢的鑒權(quán)響應(yīng)取消分配給RAD的ID號。藉此，HUB能夠控制網(wǎng)絡(luò)的配置。
控制信道寬帶RADs 3的使用與傳統(tǒng)的微服務(wù)小區(qū)/微微服務(wù)小區(qū)系統(tǒng)相比，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供了自由度。有了寬帶RAD 3，就控制/接入信道本身來說，只產(chǎn)生幾個服務(wù)小區(qū)，因此減輕了網(wǎng)絡(luò)管理負擔(dān)。在回去參考圖1，每個服務(wù)小區(qū)分配一個或多個控制信道，它們由處于服務(wù)小區(qū)中的所有RADs進行廣播。通過在整個服務(wù)小區(qū)中聯(lián)播該控制信道，留出作為控制信道的信道號與傳統(tǒng)服務(wù)小區(qū)方法相比實際上減少了。此外，聯(lián)播控制信道的使用保證在整個服務(wù)小區(qū)提供足夠的覆蓋。
下行鏈路業(yè)務(wù)信道業(yè)務(wù)信道按每個用戶(即，移動站5)分配，而不是按每個服務(wù)小區(qū)，而且隨著用戶到不同的RAD站點。使用哪個RAD 3站點的控制由HUB 2執(zhí)行。無線容量也可以按最接近所需業(yè)務(wù)來分配。
每個RAD 3能夠在任何系統(tǒng)可用的的信道上接收和發(fā)送。信道被定義為頻率/時隙組合，例如TDMA中所使用的，或者頻率/碼字組合，例如CDMA中所使用的。如果有N個頻率和M個時隙/碼字，那么可以給每個RAD分配N個頻率和M個時隙/碼字，除非所有信道不能同時分配給所有RADs。信道分配和RAD選擇由RNS 23在HUB 2中完成?；谠赟PS 24中進行并報給RNS 23的上行鏈路信號測量，RNS 23確定哪個RADs最適合為特定的移動站5服務(wù)。進行選擇時考慮到盡可能地降低實現(xiàn)信號質(zhì)量所必需的下行鏈路發(fā)射功率。這樣就降低了整個系統(tǒng)的干擾門限。表面上，要選擇最靠近的RADs，但是并不總是這樣的。
在為下行鏈路分配RADs時，類似于US專利5,099,108中所描述的，提供了宏分集。在宏分集中，實際上具有相同信息的無線信號從至少兩個RADs 3廣播一個RAD相對于另一個RAD以一定時延發(fā)射。該時延量級為調(diào)制符號周期，以便在移動站5產(chǎn)生符號間干擾(ISI)?？梢杂欣乩肐SI。如果使用TDMA，使用分集合并MLSE均衡器，例如授予Backstrom等人的US專利5,191,598中所描述的。或者如果使用CDMA，使用RAKE接收機，完成空間和時間分集合并。
由于用戶(即，移動站5)在服務(wù)小區(qū)內(nèi)移動，會出現(xiàn)服務(wù)小區(qū)間切換、或者子服務(wù)小區(qū)間切換。在子服務(wù)小區(qū)間切換時，下行鏈路從一個RAD切換到另一個，移動站5并不意識到切換的發(fā)生。頻率、時隙、或碼字均不改變，移動站象以前一樣在業(yè)務(wù)信道不中斷地繼續(xù)工作。一種切換在授予Uddenfeldt的US專利5,109,528中描述。受讓給本發(fā)明的直接受讓人的US專利5,109,528在這里全部結(jié)合作為參考。
土6A-6C說明了使用宏分集完成切換的一種方法。在某種程度上類似于授予Uddenfeldt的US專利5,109,528種所描述的所謂軟切換。但是這里，在整個時間內(nèi)移動站是從至少兩個RADs 3接收信號，而不是只在從一個RAD 3向另一個轉(zhuǎn)換的過程中進行。參考圖6A，移動站5A在例如頻率F1和時隙TS1上從RAD 3a和3b接收下行鏈路信號。在另一個實施例中，CDMA系統(tǒng)中的移動站5A接收相同的DS-CDMA碼字。
如圖6B所示，當(dāng)移動站5A移出RAD 3a的移出RAD 3a的范圍之外時，移動站5A開始從RAD 3c接收下行鏈路信號。注意RAD 3a、3b、和3c實際上發(fā)送同樣的信息，只不過有時延，在移動站5A產(chǎn)生ISI。如圖6C所示，當(dāng)移動站進一步向RAD 3c移動時，RAD 3a結(jié)束發(fā)送信號。注意既然TDMA中的頻率、時隙(或者CDMA中的碼字)都不改變，移動站5A就不會覺察到切換。這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)。
切換是由HUB 2控制的，它使用RADs以如下方式進行上行鏈路信號強度、或信號質(zhì)量測量。使用寬帶RAD的一個好處是每個RAD在所有時間接收所有可能的頻率。在傳統(tǒng)的微服務(wù)小區(qū)/微微服務(wù)小區(qū)方法中，發(fā)送和接收站點是同時切換的。由于在微服務(wù)小區(qū)/微微服務(wù)小區(qū)中常常配置發(fā)射機/接收機，當(dāng)移動站移動時它們都要切換站點。在本發(fā)明中，只有下行鏈路站點要改變上行鏈路的RAD站點不受影響，因為所有RADs在所有時間都在接收所有的上行鏈路信道(即，頻率/時隙/碼字)。來自RADs的數(shù)字化寬帶信號通過接口鏈路4耦合到HUB 2并如在SPS 24中那樣處理。
上行鏈路業(yè)務(wù)信道在常規(guī)微蜂窩系統(tǒng)中，上行鏈路和下行鏈路是耦合的。即，通過選擇下行鏈路發(fā)射機，上行鏈路接收機(一般配置在收發(fā)機中)也自動地被選擇。在本發(fā)明中，不一定是這種情況。正如上面所提到的，每個RAD 3能夠在所有時間接收所有信道。如上面所描述地對上行鏈路信號進行接收、下變頻及數(shù)字化并通過接口鏈路4耦合到HUB 2。在HUB 2中，分析來自每個RAD的每個信道以便針對每個信道來確定應(yīng)該解調(diào)從RADs接收的哪個信號?？梢允褂眠@個信息選擇下行鏈路的最佳RAD，如上所述，但是由于無線環(huán)境的時變特性，確實可能出現(xiàn)所處理的接收信號可能來自沒有發(fā)射下行鏈路的RADs。用這種方式，有效地將上行鏈路和下行鏈路解除耦合。這種解除耦合迄今為止在現(xiàn)有微蜂窩方案中尚未可能，代表了蜂窩系統(tǒng)操作中的一種新的靈活性。
微蜂窩/宏蜂窩相互作用在本發(fā)明的實施例中，在上述微蜂窩環(huán)境中可操作向RAD 3發(fā)送信號并從中接收信號的移動單元也在其它蜂窩系統(tǒng)中可操作，例如宏蜂窩環(huán)境。當(dāng)移動單元位于接近微蜂窩系統(tǒng)時，微蜂窩系統(tǒng)所產(chǎn)生的控制(及其它)信號的能量電平被移動單元接收時，可能比從宏蜂窩系統(tǒng)或其它系統(tǒng)接收的控制(及其它)信號的能量電平高得多。例如，當(dāng)移動單元和宏蜂窩系統(tǒng)的基站之間距離可能是幾公里或更多時可能出現(xiàn)不一致。微蜂窩系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號也被工作在宏蜂窩系統(tǒng)中的移動單元所接收。當(dāng)移動單元處于接近微蜂窩系統(tǒng)時，移動單元可以對該信號起反應(yīng)并請求切換到微蜂窩系統(tǒng)。在一些情況下，這是不希望的。例如，當(dāng)所接收的微蜂窩系統(tǒng)的控制信號比宏蜂窩或其它系統(tǒng)的控制信號的能量電平高很多時，移動單元可能試圖從宏蜂窩或其它系統(tǒng)切換到微蜂窩系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實施例中，移動單元從宏蜂窩或其它系統(tǒng)切換到微蜂窩系統(tǒng)的時間是受控的。當(dāng)移動單元只是位于接近微蜂窩系統(tǒng)的地方時阻止切換進行，并當(dāng)移動單元進入微蜂窩系統(tǒng)所包圍的區(qū)域時才能按照所選擇的入口或出口所定義的允許切換。
因為RADs 3是位置固定的，處于接近室內(nèi)區(qū)域出口或入口的RADs3是可辨別的。與這種RADs通信的移動站因此也是可辨別的。
在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)移動單元位于接近入口和出口時，通過移動單元向位于接近這種入口或出口的RADs 3發(fā)射的信號的接收可以判斷，HUB 2就在控制、或其它信道上產(chǎn)生信號，指示移動站在微蜂窩系統(tǒng)中通信。或者指示移動單元根本不管微蜂窩系統(tǒng)的服務(wù)小區(qū)站點所產(chǎn)生的信號，可以最小化與宏蜂窩或其它環(huán)境中移動單元通信過早結(jié)束有關(guān)的問題。
在本發(fā)明的另一個實施例中，既在微蜂窩環(huán)境又在宏蜂窩環(huán)境操作的移動單元，例如上述系統(tǒng)，還包括延長移動單元便攜電源壽命的特性。當(dāng)移動單元工作在常規(guī)的宏蜂窩環(huán)境中時，需要執(zhí)行很多監(jiān)控、即開銷功能。當(dāng)移動站在微蜂窩環(huán)境中使用時這些功能很少需要執(zhí)行。由于移動單元在微蜂窩環(huán)境中使用不必執(zhí)行這些附加特性，這種附加開銷功能的性能就是多余的。因此，當(dāng)移動單元在微蜂窩環(huán)境中使用時，除了減少移動單元向RADs 3產(chǎn)生的通信信號功率以外，一些開銷功能的執(zhí)行可以取消。因此可以延長用于為移動單元供電的便攜電源的電池壽命。
當(dāng)本發(fā)明針對特定實施例描述時，本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將認識到本發(fā)明不限于這里描述和說明的特殊實施例。除了所表示以外的不同實施例和修改以及很多變化、改進以及等效的設(shè)計現(xiàn)在都有理由通過前述的說明和附圖而引發(fā)出來，并不背離發(fā)明的實質(zhì)或范圍。當(dāng)這里涉及其優(yōu)選實施例詳細描述本發(fā)明時，應(yīng)該理解本揭示只是本發(fā)明的說明和示范并只是為了提供對發(fā)明的全面而能動的揭示。因此，希望范圍之受所附權(quán)利要求的精神和范圍所限。
權(quán)利要求
1.具有多個重疊服務(wù)小區(qū)的蜂窩電話系統(tǒng)，每個服務(wù)小區(qū)定義一個特定的地理區(qū)域，至少一個所述服務(wù)小區(qū)包括多個無線頭，每個無線頭耦合到至少一個天線并提供對所述服務(wù)小區(qū)一部分的無線覆蓋；從多個無線頭廣播的第一信息信號，使得所述第一信息實際上被限制到整個服務(wù)小區(qū)中；從至少兩個無線頭廣播的第二信息信號，使得所述第二信息信號被限制到所述服務(wù)小區(qū)的至少一部分中；以及在所述服務(wù)小區(qū)內(nèi)工作的至少一個移動站，接收所述第一信息信號和所述第二信息信號，并廣播第三信息信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的蜂窩電話系統(tǒng)，其特征在于所述第二信息信號既從第一無線頭也從第二無線頭廣播，其特征在于所述第二信息信號以相對于所述第一無線頭的一個時延來廣播所述第二信息信號，以便提供時間擴散。
3.一個通信網(wǎng)絡(luò)，允許進行與移動單元的無線通信，該移動單元在所述網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所限定的至少一個服務(wù)小區(qū)內(nèi)的選定位置處移動位置，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括多個空間分隔的收發(fā)機，所述多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機定義一個子服務(wù)小區(qū)，收發(fā)機所定義的子服務(wù)小區(qū)共同構(gòu)成至少一個服務(wù)小區(qū)，所述收發(fā)機選擇性地在所選的下行鏈路信道上向調(diào)諧到所選下行鏈路信道的移動單元發(fā)射下行鏈路信號；以及一個控制裝置，耦合到所述多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機，所述控制裝置控制所述多個收發(fā)機的操作，使得定義子服務(wù)小區(qū)的至少兩個收發(fā)機在所選下行鏈路信道上向移動單元發(fā)射下行鏈路信號，并當(dāng)移動單元在子服務(wù)小區(qū)之間移動時允許移動單元通過保持調(diào)諧到所選下行鏈路信道而不間斷地接收下行鏈路信號。
4.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于移動單元還操作，在一組上行鏈路信道中所選上行鏈路信道上發(fā)射上行鏈路信號，而且其特征在于所述收發(fā)機每個都同時調(diào)諧到上行鏈路信道組中的所有上行鏈路信道。
5.權(quán)利要求4的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述收發(fā)機操作，將所述收發(fā)機接收的上行鏈路信號下變頻，構(gòu)成第一下變頻信號，而且其特征在于所述收發(fā)機構(gòu)成的第一下變頻信號提供給所述控制裝置。
6.權(quán)利要求5的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置還解調(diào)提供給它的至少一個第一下變頻信號。
7.權(quán)利要求6的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置還選擇解調(diào)哪個提供給它的第一下變頻信號。
8.權(quán)利要求5的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置，至少部分上響應(yīng)收發(fā)機所接收的上行鏈路信號的特征，選擇所述至少兩個收發(fā)機發(fā)射下行鏈路信號。
9.權(quán)利要求8的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置所利用的上行鏈路信號特征包括信號質(zhì)量特征。
10.權(quán)利要求8的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置所利用的上行鏈路信號特征至少包括收發(fā)機所接收的上行鏈路信號的能量電平。
11.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述收發(fā)機每個都包括多個下變頻器，每個收發(fā)機的所述多個下變頻器將任何上行鏈路信道上接收的上行鏈路信號下變頻。
12.權(quán)利要求11的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述收發(fā)機每個都包括多個上變頻器，而且其特征在于所述控制裝置通過控制選擇利用哪個所述收發(fā)機及其哪個上變頻器構(gòu)成下行鏈路信號，來控制收發(fā)機的操作。
13.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述收發(fā)機包括天線裝置。
14.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述多個收發(fā)機中至少兩個還在控制信道上向移動單元同時聯(lián)播一個控制信號。
15.權(quán)利要求14的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述多個收發(fā)機中每一個在控制信道上向移動單元同時聯(lián)播控制信號。
16.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述控制裝置還操作，對所述收發(fā)機分配標(biāo)識符。
17.權(quán)利要求16的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述多個空間分隔的收發(fā)機包括至少一個隨后添加的收發(fā)機，所述隨后添加的收發(fā)機在將所述多個其它收發(fā)機耦合到所述控制裝置之后也耦合到所述控制裝置，所述隨后添加的收發(fā)機操作向所述控制裝置發(fā)射，指示所述隨后添加的收發(fā)機耦合到控制裝置，而且其特征在于所述控制裝置響應(yīng)所述隨后添加的收發(fā)機向其發(fā)射指示的接收，向所述隨后添加的收發(fā)機分配一個標(biāo)識符。
18.權(quán)利要求16的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述收發(fā)機還操作，向所述控制裝置發(fā)射鑒定信息，而且其特征在于所述控制裝置通過輪詢所述收發(fā)機并接收向其響應(yīng)的鑒定信息來對所述收發(fā)機分配標(biāo)識符。
19.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，還包括將所述控制裝置與所述收發(fā)機耦合在一起的雙向接口鏈路。
20.權(quán)利要求3的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所定義的所述服務(wù)小區(qū)，與另一個網(wǎng)絡(luò)的另一個區(qū)域重疊，另一個網(wǎng)絡(luò)具有另一種在其中位置可移動的網(wǎng)絡(luò)移動裝置并能夠與所述多個空間分隔的收發(fā)機中的一個收發(fā)機以及另一個網(wǎng)絡(luò)的一個基站通信，而且其特征在于，當(dāng)宏蜂窩移動裝置被操作與另一個網(wǎng)絡(luò)的基站通信時，所述控制裝置還操作，控制另一個網(wǎng)絡(luò)移動裝置能夠與所述多個空間分隔收發(fā)機中的至少一個收發(fā)機通信的時間。
21.權(quán)利要求20的通信網(wǎng)絡(luò)，其特征在于當(dāng)另一個網(wǎng)絡(luò)移動裝置處于臨近所選收發(fā)機時，另一個網(wǎng)絡(luò)移動裝置被允許與多個空間分隔收發(fā)機的所選收發(fā)機通信。
22.一種允許與一個移動單元進行無線通信的方法，該移動單元在網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所定義的至少一個服務(wù)小區(qū)內(nèi)的所選位置中可移動位置，所述方法包括如下步驟將多個收發(fā)機置于遍及至少一個服務(wù)小區(qū)的空間分隔的位置上，每個收發(fā)機定義一個子服務(wù)小區(qū)；將控制裝置耦合到多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機；用控制裝置控制收發(fā)機的下行鏈路信號發(fā)送，使得定義子服務(wù)小區(qū)的至少兩個收發(fā)機在所選下行鏈路信道上向移動單元發(fā)射下行鏈路信號，當(dāng)移動單元在子服務(wù)小區(qū)之間移動時允許移動單元通過保持調(diào)諧到所選下行鏈路信道而不間斷地接收下行鏈路信號。
23.權(quán)利要求22的方法，還包括如下步驟將收發(fā)機同時調(diào)諧到上行鏈路信道組中的每個上行鏈路信道；在上行鏈路信道組中所選上行鏈路信道上從移動單元發(fā)射上行鏈路信號；并且在移動單元范圍內(nèi)多個收發(fā)機中的收發(fā)機處接收上行鏈路信號。
24.一個通信網(wǎng)絡(luò)，允許進行與移動單元的無線通信，該移動單元在所述網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所限定的至少一個服務(wù)小區(qū)內(nèi)的選定位置處移動位置，所述通信網(wǎng)絡(luò)包括多個空間分隔的收發(fā)機，所述多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機定義一個子服務(wù)小區(qū)，收發(fā)機所定義的子服務(wù)小區(qū)共同構(gòu)成至少一個服務(wù)小區(qū)，所述收發(fā)機具有發(fā)射機部分，選擇性地在所選的下行鏈路信道上向調(diào)諧到所選下行鏈路信道的移動單元發(fā)射下行鏈路信號，并具有接收機部分，同時調(diào)諧到上行鏈路信道組中的每個上行鏈路信道，在上行鏈路信道組的所選上行鏈路信道上接收移動單元發(fā)射的上行鏈路信號；以及一個控制裝置，耦合到所述多個收發(fā)機中的每個收發(fā)機，所述控制裝置控制所述多個收發(fā)機的操作，引起一對所選收發(fā)機的發(fā)射機部分發(fā)送下行鏈路信號，使得至少兩個收發(fā)機定義子服務(wù)小區(qū)，并引起移動單元所產(chǎn)生的上行鏈路信號在單個所選收發(fā)機的接收機部分的接收。
25.在允許與移動單元——該移動單元在通過一個接口耦合到中央控制裝置的多個空間分隔收發(fā)機所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所定義的至少一個子服務(wù)小區(qū)附近可移動位置——進行無線通信方法中，方法的改進是自動配置該網(wǎng)絡(luò)，所述方法包括如下步驟從中央控制裝置向每個收發(fā)機發(fā)射輪詢請求，請求有關(guān)每個收發(fā)機的信息；在發(fā)射輪詢請求的所述步驟過程中，響應(yīng)所發(fā)射的輪詢請求，將應(yīng)答從每個收發(fā)機發(fā)回中央控制裝置；以及部分響應(yīng)所述發(fā)射應(yīng)答步驟過程中向控制裝置發(fā)回的應(yīng)答，在控制裝置控制與移動單元的通信。
26.在允許與移動單元——該移動單元在通過一個接口耦合到中央控制裝置的多個空間分隔收發(fā)機所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)包圍區(qū)域所定義的至少一個子服務(wù)小區(qū)附近可移動位置——進行無線通信的方法中，方法的改進是，當(dāng)添加的收發(fā)機通過接口耦合到控制裝置時自適應(yīng)地配置網(wǎng)絡(luò)，所述方法包括如下步驟當(dāng)添加的收發(fā)機耦合到控制裝置時，從添加的收發(fā)機向控制裝置發(fā)射信號，提示控制裝置輪詢添加的收發(fā)機；從中央控制裝置向添加的收發(fā)機發(fā)射輪詢請求，請求有關(guān)添加的收發(fā)機的添加信息；響應(yīng)所述發(fā)射輪詢請求步驟過程中所發(fā)射的輪詢請求，將應(yīng)答發(fā)回中央控制裝置；以及當(dāng)在所述發(fā)射應(yīng)答步驟過程中發(fā)回中央控制裝置的應(yīng)答具有選定值時，允許添加的收發(fā)機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的一部分。
全文摘要
一種通信網(wǎng)絡(luò),及有關(guān)方法,允許在室內(nèi)環(huán)境中與移動單元進行無線通信。收發(fā)機(3)位于空間分開的位置并連接到中央控制設(shè)備(2)。收發(fā)機包括發(fā)射機部分和寬帶接收機部分。移動單元(5)所發(fā)射的上行鏈路信號由上行鏈路信號范圍內(nèi)收發(fā)機的接收機部分(8、9、10、11、16、17)接收。下行鏈路信號由至少兩個收發(fā)機的至少兩個發(fā)射機部分(12、13、14、15、18、19、20)產(chǎn)生?？刂圃O(shè)備對選擇使用多個收發(fā)機的哪個發(fā)射機部分和哪個接收機部分實現(xiàn)與移動單元的雙向通信進行控制。控制信號也可以由所有收發(fā)機的發(fā)射機部分發(fā)射,以便處于通信網(wǎng)區(qū)域內(nèi)任何地方的移動單元接收控制信號。
文檔編號H04W40/02GK1203008SQ9619855
公開日1998年12月23日 申請日期1996年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月6日
發(fā)明者A·B·福爾森, J·T·R·丹內(nèi)林德, C·M·弗羅迪, B·G·赫貝里, C·F·U·克羅內(nèi)斯特, Y·K·瓦爾斯特 申請人:艾利森電話股份有限公司