CN1095302C - 根据与基站的距离对移动发射时刻进行时间校准的基站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于数字时分多址无线电网络的基站。基站测量由于基站与移动无线电台间的距离而产生的无线电收发机的发射和移动台的发射间的时间差。移动台相对于无线电收发机的发射，通过预定的时间超前补偿上述时间差来调整它的发射。时间超前的最大值确定基站的无线电收发机的有效服务域的最大半径r_MAX。

Description

根据与基站的距离对移动发射时刻进行 时间校准的基站

本发明涉及用于数字时分多址无线通信网络的基站，该基站包括一个无线电收发机，用于测量由于基站和移动无线台间的距离而产生的无线电收发机和移动台间的传输时间差的装置，以及一个用于控制移动台，使它相对于无线电收发机的发射，通过预定的时间超前补偿上述时间差来调整移动台的发射的装置。上述时间超前的最大值确定了基站无线电收发机的有效服务域的最大半径r_MAX。

在数字时分多址(TDMA)无线通信系统中，多个移动台可以在时分条件下使用同一个无线信道同基站通讯。无线信道中的通讯在按用户需要分配给用户的若干个连续的时隙中发生，例如8个时隙。移动台由一个来自基站的信号进行同步，并且它的发射与该同步匹配，这样，来自移动台的信号就在分配给该移动台的时隙中被基站接收。然而，移动台与基站间的距离可能不同，因此，为了使基站在正确的时隙内接收来自各移动台的信号，每个移动台的发射定时与基站之间的同步应考虑到这种距离引起的传播延迟。为此，基站测量它自身的发射和所接收的来自移动台的发射之间的时间差，并由此为基础为该移动台设定一适当的时间超前。移动台利用这个时间超前，相对于它接收到的来自基站的同步所确定的一基准时间，提前它的发射时间。各种系统内的特征限定了这一时间超前的最大值。进而，该最大值又确定了该系统基站所能够服务的网孔的最大尺寸。例如，在泛欧(Pan-European)移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communication)中，超前时间可在0～233μs的范围内变化，即，它有一个最大半径为35KM的网孔尺寸。但是最大半径为35KM的网孔尺寸可能是太小了。例如对于人口稀疏、通讯量较低的地区。然而，由于上述限制，即使基站的容量和范围允许更大的网孔，扩大网孔尺寸也是不可能的。

欧洲专利申请0564429公开了一种基站，其中通过提供在发射机与接收机之间的定时补偿来扩展网孔的覆盖域。网孔的中心却没有得到服务。

本发明的目的是免除上述问题。

序言部份所述的本发明提供的基站可以解决这个问题。其特征在于在无线电收发机的接收与发射之间提供时间补偿，使得无线电收发机的服务域的最大半径是r₁+r_MAX，并且，该服务域有一半径为r₁的中心域，在该中心域内，无线电收发机不对移动台提供服务。这里r₁与上述补偿成正比。对于第二个无线电收发机，在它之中接收和发射之间的定时是常规的，它的服务域的外半径是与基站相距r_MAX；上述的在发射与接收之间的补偿被选择为第一个提到的无线电接收机的服务域与第二个无线电接收机的服务域重迭。

在本发明中，基站的无线电收发机的定时相对于发射机的定时的延迟提供了环绕基站的扩展覆盖域。无线电收发机的这样的操作形成了扩展的、典型的环绕基站的环形服务域。在该服务域内存在中心盲区，它的最大半径与上述补偿成正比。该服务域的最大扩展外部半径是由最大时间超前确定的最大半径和中心盲区的最大半径之和。相应地，例如在GSM系统中，如果被选补偿确定的环形盲区的内环半径是20KM，则其外环半径为60KM。根据本发明的基站还拥有一个常规服务域为0到35KM的常规无线电收发机，它们的服务域一起形成半径为60KM的网孔。更为可取的是，这两个服务域在一定范围内重叠，使得在两个服务域间的内部基站切换可不被注意地执行。在本发明的优选实施例中，分配给移动台的时间超前被用作切换标准。

为了更清楚全面地介绍本发明，以下参照附图来说明实施例。

图1是说明根据本发明的基站的方框图，

图2是说明图1所示的基站的发射机和接收机的定时，

图3图解说明了根据本发明的扩展网孔，

图4示出了根据本发明的另一扩展网孔。

本发明适用于任一使用数字时分多址(TDMA)的无线电网络，它相对于由基站发射的同步信号所设定的时间，利用一时间超前改变移动台的发射时间，该时间超前补偿了由于基站和移动台间的距离所产生的传输延迟。这样，基站便能在正确的时分多址(TDMA)时隙中接收来自移动台的发射。本发明尤其适用于GSM和DCS1800移动通信系统中。有关GSM系统的详尽说明可参考GSM系统说明书和《用于移动通信的GSM系统》(M.Moulyand M.-B.Pautet，Palaiscau，France，1992，ISBN：2-9507190-0-7)。

图1示出了根据本发明的基站。这里仅介绍基站中一些对理解本发明最重要的重要部分和功能。如主要介绍本发明的基站中的无线电收发机的定时以及在无线信道上在8时隙的帧中通讯的一时分多址系统。

图1示出的无线电发射机TX1和无线电接收机RX1形成一个无线电收发机，其结构和功能完全类似于常规无线电收发机。基站中的时隙时钟发生器25和帧时钟发生器26分别产生无线电收发机要求的时隙时钟25A和帧时钟26A。如图2所示，无线电收发机TX1/RX1的TDMA帧时间段始于t₀时刻，它由帧时钟脉冲26A决定，并且，帧的第一个时隙也始于该时刻。其后的时隙开始于时刻t₁-t₇，这由时隙时钟脉冲25A决定，一直持续到由新的帧时钟脉冲26A决定的一个新的帧在时刻t₀开始为止。在此例中，一帧包括8个时隙，但该时隙数由系统决定，可多可少，比如4个。图2中，时隙是从TS0到TS7的8个时隙。在无线电收发机TX1/RX1中，常规操作时接收机和发射机的帧时间段都开始于t₀时刻。相应地，时隙段开始于相同的时刻t₀-t₇。但是，时隙号的差别在于，每个发生在接收方的时隙号比发生在发射方的相应的时隙号迟3个时隙号。

参照图1和2介绍无线电收发机TX1/RX1的操作，假设移动台MS1与无线电收发机TX1/RX1在TDMA时隙2中通讯。在时钟信号25A和26A的控制下，发射机在时刻t₂后开始向移动无线台MS1发射脉冲。集中后的射频脉冲借助一发射天线30经载频F1发射给移动台MS1。移动台MS1接收该脉冲，根据该脉冲中所包含的同步信息而与基站同步，并在大约三个时隙之后通过载频F2发射射频脉冲到基站。接收机RX1借助接收天线31在时刻t₅与t₆之间的接收时隙2接收脉冲。只有当接收到的来自移动台MS1的脉冲在正确的时隙内到达接收机RX1，接收才能成功。然而，如果移动台MS1与基站距离遥远，则因该距离引起的传播延迟将使脉冲延迟，使得来自移动台MS1(注：原文误印为MS)的使用相邻时隙的脉冲重叠。因此，无线电收发机测量由基站与移动台间的距离引起的无线电收发机与移动台间的发射时间差。根据这一测量值，无线电收发机计算移动台要求的一时间超前，用于补偿由该距离引起的传播延迟。基站将这个时间超前信息通知给移动台MS1，移动台就根据从基站接收到的脉冲所决定的时间将它的发射时间提前了相当于时间超前的那么长的时间。这样，由移动台发射的脉冲将在正确的时间到达基站。各种系统内的限制决定了时间超前的最大值AD_MAX，这个最大值又决定传播延迟可以得到补偿的最大距离。相应地，这个时间超前的最大值还限制了常规基站的网孔尺寸。

为此，图1中所示的基站还包括由一接收机RX2和发射机TX2组成的另一个无线电收发机，接收机RX2的定时相对于发射机TX2而延迟。它是通过将时钟发生器25和26产生的时隙时钟信号25A和帧时钟信号26A直接接入发射机TX2，并经过一延迟装置27接入接收机RX2而实现的。延迟装置27产生一延迟的帧时钟信号27A和延迟的时隙时钟信号27B。根据本发明的无线电收发机的操作将参照图1与图2再次被介绍，假设基站和移动台MS2间的通信发生在时隙2内。在帧和时隙信号25A和26A的控制下，发射机TX2(注：原文误印为transceiver)在时刻t₂和t₃间的时隙2内发射一脉冲给移动台MS2。射频脉冲在无线电信道F3上通过发射天线32被发射给移动台MS2，移动台MS2接收该脉冲，根据脉冲中所包含的同步信息与基站同步，并在由时间超前决定的大约三个时隙后通过一无线电信道F4传送脉冲到基站，其操作与无线电收发机TX1/RX1相似。

然而，现在移动台MS2与基站间的距离大于由时间超前的最大值AD_MAX所决定的最大距离，因此，时间超前就不能补偿由该距离产生的传播延迟。移动台发出的脉冲将部份地在下一个时隙到达常规接收机。根据本发明，接收机RX2的接收时间相对于发射机TX2的定时被延迟一预定延迟dT。如图2所示，帧时钟脉冲在时刻t₀到达发射机TX2并开始一个新的帧。但是，相应的帧时钟脉冲被延迟装置27延迟，直到时刻t₀′＝t₀+dT才到达接收机RX2。类似地，每个到达接收机RX2的时隙脉冲相对于发射机TX2都被延迟了dT。这样，来自移动台MS2的脉冲将多用一段相当于延迟值dT的时间到达基站，并落入正确的时隙内。这也意味着移动台MS2与基站间的距离可被增加一个由传播延迟值dT所决定的相应的值，基站的网孔尺寸也就扩大了。另一方面，接收器RX2不能接收到来自与基站距离小于传播延迟dT所决定的距离的移动台的脉冲，因为从这样的移动台发出的脉冲太早地到达基站。这样，无线电收发机TX2/RX2将有一个环形服务域，其内径r₁与延迟dT成正比，外径r₂的值为r₁+r_MAX，这里r_MAX是时间超前最大值AD_MAX所决定的最大距离。所求的接收延迟可通过等式

      dT＝r₁/C计算。这里C表示光速。例如为获得一20KM的网孔尺寸扩展(cellsize extension)，延迟的值约为67μs。

图3示出了常规无线电收发机的服务域，它的最大半径r_MAX是由时间超前决定的，以及根据本发明的无线电收发机RX2/TX2的服务域，它的最大半径为r₂＝r₁+r_MAX。如果在一基站中同时使用这两种类型的无线电收发机，则常规基站的网孔尺寸将显著增加。

在图3中所示的网孔中，常规无线电收发机与根据本发明的无线电收发机的服务域最好在一定范围内重叠，在此范围内允许抗干扰的基站内的从一个无线电收发机到另一个无线电收发机的切换。该切换可以有各种标准，包括指定给移动台的时间超前值。例如，当处于根据本发明的无线电收发机的服务域内的一个移动台沿着箭头A1的指向移动到常规无线电收发机的服务域时，当指定给这个移动台的时间超前值已降至低于某一预定值时，基站将执行一个强迫的内部切换。相应地，当一个移动台从常规无线电收发机的服务域移动到根据本发明的无线电收发机的服务域内时，当指定给这个移动台的时间超前值升至高于某一预定值时，基站将执行一个强迫的内部切换。这个切换可以由基站的控制器28控制。基站的控制器28也可通过一控制信号28A改变由延迟装置27设定的延迟dT，比如在1到116μs的范围内变化。延迟变量dT允许根据本发明的无线电接收机的环形服务域的位置与无线通信网络的要求相一致地被改变，例如它的负载。

在某些特殊例子中，可以使用一个仅包含根据本发明的具有接收延迟的无线电收发机的基站。这样的基站具有一环形服务域，在它的中心附近对用户不提供服务。图4示出了一个这样的特例。这里两个根据本发明的无线电收发机被连接到不同的定向天线上，这样它们便各拥有从基站向外的不同方向的细长的服务域41和42。基站可以被置于地区内的较高点，如塔内或远离公路44的建筑物内，这样在基站的中心附近就不需要提供服务，使盲区43不成为缺点。但是，基站的延伸的服务面积41，42覆盖了公路相当长的一段，而过去需要几个基站用于该路段。网孔内的切换在这里是通过常规切换过程完成的。

图示以及参照图示的介绍只是为了说明本发明。本发明有关基站的细节可以在所附的权利要求所述范围内变化。

Claims (11)

1.用于数字时分多址无线通信网络的基站，该基站包括

一个无线电收发机，

在该收发机中的用于测量由于基站和移动台间的距离而产生的无线电收发机的发射与移动台的发射之间的时间差的装置，

用于控制移动台，使之相对于无线电收发机的发射，通过预定的时间超前补偿上述时间差来调整它的发射的在该收发机中的装置，上述时间超前的最大值确定基站无线电收发机的有效服务域的最大半径r_max，

特征在于提供一个在无线电收发机的接收与发射之间的时间补偿，使得无线电收发机的服务域的最大半径是r₁+r_MAX，并且，该服务域有一半径为r₁的中心域，在该中心域内，无线电收发机不对移动台提供服务，这里r₁与上述时间补偿成正比，

对于第二个无线电收发机，在它之中接收和发射之间的定时是常规的，它的服务域的外半径是与基站相距r_MAX；上述的在发射与接收之间的补偿使得第一个提到的无线电接收机的服务域与第二个无线电接收机的服务域重迭。

2.根据权利要求1的基站，特征在于：接收与发射间的上述延迟dT由等式

  dT＝r₁/C计算，其中C表示光速。

3.根据权利要求1或2所述的基站，其特征在于接收和发射间的上述时间补偿是变化的。

4.根据权利要求1或2所述的基站，特征在于无线电收发机的服务域是环形的。

5.根据权利要求1或2所述的基站，特征在于无线电收发机具有一个定向天线及自基站向某一方向延伸的服务域。

6.根据权利要求5的基站，特征在于基站包括另一个无线电收发机，其中的接收定时相对于发射被一预定的延迟值所延迟，上述无线电收发机包括一定向天线和自基站向某一方向延伸的服务域，这个方向不同于第一个无线电收发机的服务域的方向。

7.根据权利要求6的基站，特征在于无线电收发机的服务域覆盖一长的公路段。

8.根据权利要求1的基站，特征在于当移动无线电台从基站的一个服务域移动到另一个服务域时，进行内部的切换。

9.根据权利要求8的基站，特征在于切换装置以移动台的超前时间为标准完成切换。

10.根据权利要求9的基站，特征在于切换装置当位于第二无线电收发机的服务域内的移动台的时间超前超过一预定值时完成一切换。

11.根据权利要求8或9的基站，特征在于切换装置在当位于第一无线电收发机的服务域内的移动台的时间超前降到低于一预定值时完成切换。

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