专利名称：动态无线电骨干传输系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，该系统包括在两个或多个通信单元之间的无线电链路连接，特别涉及具有多个在地理上分散的远端固定的和/或移动无线电通信单元的无线电通信系统。
典型的蜂窝移动通信系统包括移动无线电用户单元，诸如移动电话机，多个无线电基站，每个基站提供业务给一个地理区域或网孔，和基站所连接的移动业务交换中心(SMC)或移动电话交换局(MTSO)。MSC和MTSO又连接到常规的公共交换电话网(PSTN)和综合业务数字网(ISDN)，例如完成移动无线电用户与陆线用户之间的传输，诸如电话呼叫。
目前的蜂窝系统提供相当宽区域即相当大的网孔的覆盖。模拟蜂窝系统诸如AMPS,ETACS,NMT-450和NMT-900已在全世界采用。数字蜂窝系统指定在北美中的IS-54B和泛欧GSM系统(包括DCS1800和PCS1900)。这些系统和其它系统例如在1993年马省Norwood市ArtechHouse出版社出版的由Balston等人编写的书籍“蜂窝无线电系统”中叙述了。
第一代蜂窝移动网络提供业务给具有从基站到网孔边界1至5km范围的宏网孔和具有一些卫星网孔(＞500km)的大网孔(5至35km)。
在无线蜂窝通信中的一个重要问题是有效地提供全覆盖费用。这导致在稠密业务区分开网孔，增加微网孔(对于行人为10至400m而对于车辆为300n至2km)和由宏网孔结构重叠的小网孔(500m至3km)。重叠的宏网孔服务低业务区和由移动用户跨越的地址网孔。
如所预测的那样由于蜂窝继续渗透，未来的蜂窝移动网络也将具有微微网孔(几米)和毫微网孔(多达10米)，经常以街道微网孔簇，每个簇被宏网孔重叠。在典型的网孔重叠结构中，每个微网孔有它自己的基站，提供业务给相应的网孔，而几个基站接线到集中器或接入单元，接入单元又接到MSC或MTSO。特别在微微网孔和毫微网孔环境下，提供静态、固定骨干基础结构的这些接线链路或环路包含基本的组网和传输费用，对于提供经济有效的蜂窝无线电覆盖的目的没有贡献。
然而，微微网孔、毫微网孔或微网孔蜂窝无线电网络系统对于容量和规律是经济的设施。也就是说，系统的各种部件必须设计，使得可取得地理覆盖、范围、通信容量和安装费用之间最佳，以便提供有竞争的无线连接。
关于容量和功率的优化，骨干基础结构构成用于提供有生命力的微微网孔、毫微网孔和微网孔蜂窝无线电网络的严格设计部分。
因此，本发明的一个目的是提供一种为微微网孔、毫微网孔和微网孔的几个基站与蜂窝移动通信系统的相应的网络系统接入单元之间连接而优化设计的骨干基础结构。
本发明提供一个动态骨干传输系统，用于将多个在地理上分散的远地无线电接入单元连接到移动无线电通信网络网络单元，诸如蜂窝移动通信网络，所述每个无线电接入单元提供业务给所述移动无线电通信网络的特定区域或网孔，所述骨干传输系统包括动态接入节点装置，该动态接入节点装置具有无线电收发信机装置，天线装置和控制装置，可操作地连接用于接入所述多个公共无线电通信信道，其中所述动态无线电接入节点装置的所述控制装置和所述骨干接入单元安排用于适应地选择所述多个公共无线电通信信道的空闲通信信道，所述动态接入节点装置安排用于连接到所述网络接入单元。
本发明是基于这样的认识通过传输骨干系统可取得对于容量和功率的优化，当由动态信道接入(DCA)要求时，动态地分配其传输资源。
根据本发明使用DCA作为无线电骨干系统的信道接入技术，该骨干系统的所有公共无线电通信信道可由连接到动态无线电接入节点(DAN)装置的微微网孔、毫微网孔和微网孔基站站点使用，无需对信道或频率规划的基本需要。这是因为DCA算法自动地防止网孔的已经占用的通信信道的占用。
使用本发明的动态无线电骨干传输系统，在用于提供几个小网孔无线电基站与集中器或MTSO之间无线连接的蜂窝移动网络中，可获得非常灵活、经济和高业务处理系统。
在本发明的另一个实施例中，安排所述动态无线电接入节点装置的无线电收发信机装置、天线装置和控制装置用于接入在定向分开的传输部分中的所述多个公共无线电通信信道，其中所述控制装置安排与在传输扇区中的所述骨干接入单元共同工作，以便适应地选择所述多个公共无线电通信信道的空闲无线电通信信道，当接入时，无线电通信信道可由相同动态无线电接入节点装置但是对于传输扇区中的无线电链路连接是独立的装置重用。
通过分扇区，可扩展无线电链路连接的有效范围。也就是说，通过辐射发射机装置的RF功率到定向有限地理区域，与无定向覆盖相比可扩展无线电发射机的有效范围。利用交互性，对于接收机装置的接收灵敏度也一样正确。
而且，公共无线电通信信道可在相同DAN内从一个扇区到一个扇区地重用，如果需要，可提供非常有效的传输资源的有效使用。
在本发明的特定实施例中，动态无线电接入模式装置包括多个无线电接入模块，每个模块具有无线电收发信机装置和安排用于接入多个公共无线电通信信道的控制装置。接入模块可操作地连接用于接入在相关传输扇区中提供公共无线电通信信道。各种无线电接入模块可互相独立地工作，由于公共无线电通信信道的占用，无需任何控制设备。
本发明的无线电节点装置可有利地装配独立操作的接入模块，该模块用于根据现有商用无绳技术诸如CT2或DECT工作，二者都使用DCA作为它们的信道接入技术。应该懂得，接入单元不限于使用这类的无线电接入模块。还可使用其它技术和在DCA算法的控制下提供通信信道的这些技术的改型。
通过适当地放置不同无线电接入模块，可取得无定向覆盖的区域或(重叠)网孔，使得在每个(重叠)网孔和所有它的相邻网孔中，该系统的所有公共无线电通信信道潜在地可用于建立无线电链路连接。
如上所述，DCA算法只占用给定地理区域中的空闲信道。通过由该单元的至少两个无线电接入模块在给定扇区中提供公共无线电通信信道，可容易地取得用于修理与维护目的和考虑给定扇区通信容量增加二者所要求的冗余量，无线电接入模块在正常操作期间可同时地操作。
在节点接入装置与骨干接入单元之间建立和进行通信时为了防止干扰，根据本发明的控制装置最好使用改进的DCA技术、呼叫连续动态信道选择(CDCS)工作。CDCS的基本特性在于接入在它的选择时刻最小干扰的无线电通信信道。
无线电接入模块和骨干接入单元最好包括收发信机装置，安排用于根据多址技术，例如时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)提供多个通信信道。
关于DCA和CDCS的更详细讨论可在美国专利4628152；4731812和1992年10月19-21日马省波士顿市第三届IEEE个人、室内和移动无线电通信国际研讨会D.Akerberg的文章“第三代移动无线电系统有用的新颖的无线电接入原理”中找到，引用在这里供参考。
在根据本发明的动态无线电骨干传输系统的另一个实施例最，多个动态无线电接入节点装置接到无线电节点控制装置。无线电节点控制装置安排用于连接到网络接入单元，诸如移动业务交换中心，移动电话交换局或移动无线电通信网络的基站设备。
在本发明的又另外一个实施例中获得了传输资源的非常有效的使用，其中无线电节点控制装置和动态无线电接入节点装置可操作地连接用于适应地接入在该无线电节点控制装置于动态无线电接入节点装置之间的连接可接入的多条公共无线电信道的空闲通信信道。
在这个实施例中，在该无线电节点控制装置于动态无线电接入节点装置之间的接口的通信信道以及在动态无线电接入节点装置与骨干接入单元之间的空中接口的无线电通信信道是可自适应地接入的，取决于无线电接入单元或几个微微网孔、毫微网孔或微网孔的无线电基站的负荷。
为了在更大的距离连接，根据本发明的动态无线电骨干传输系统的又一个实施例，动态无线电节点接入装置的收发信机装置连接到范围增强器单元。这个范围增强器单元包括频率变换、RF放大器和天线装置。
本发明还涉及如上所述的与动态无线电骨干传输系统一起使用的范围增强器单元，该范围增强器单元包括频率变换、RF放大器和天线装置。频率变换装置包括一个接收与发送部分，每个部分包括连接到本机振荡器装置的混频器转换装置。这些转换装置由本机振荡器控制，用于按照时分双工(TDD)通信协议交替地变换发送和接收的信号为一个或另一个频率。
图1以非常概略的方式表示根据本发明具有动态无线电骨干传输系统的蜂窝通信网络的一部分，其中在传输扇区中几个较小的网孔被分组。
图2以非常概略的方式表示根据本发明在图1的网络中使用的骨干系统结构。
图3表示根据本发明在无线电骨干系统中使用的无线电模块的方框图。
图4以非常概略的方式表示根据本发明具有范围增强器单元的骨干系统结构。
图5表示图4中所示的范围增强器单元的电路图。
意图不在于限制，现在参照蜂窝移动无线电通信网络中的一个示例的实施例叙述和说明本发明。
为了增加在给定区域中蜂窝移动网络的业务处理能力，这是必须的。同样1表示在蜂窝移动网络中动态无线电骨干传输系统典型实施例，其中在传输扇区3中多个相对小的网孔4，诸如微微网孔、毫微网孔和微网孔被分组。这些传输扇区可包含在或被相对大的网孔如宏网孔重叠。为了简化，以圆圈形式画出各个网孔和传输扇区。
每个网孔4包括一个无线电接入单元，提供业务给特定网孔4中的移动单元。各个无线电接入单元由无线电链路5连接到所谓的动态无线电接入节点装置(DAN)1。DAN1连接到网络接入单元，诸如移动电话交换局(MTSO)、移动业务交换中心(MSC)或无线电基站设备，诸如提供业务给扇区或宏网孔3的蜂窝基站的基站控制器(BSC)。在该图中，假定DAN 1直接接到MTSO 2。
特别在稠密的住宅或大都市中，可能包含大量的小网孔4。典型的蜂窝网络可包括几百个无线电接入单元，几千个移动站和一个以上的MTSO 2。
图2表示在图1所示的网络中使用的骨干传输系统结构10的方框图。DAN 1经过所谓的无线电节点控制器(RNC)6接到MTSO 2。RNC 6控制一个或几个DAN 1，而且是无线电骨干系统到MTSO 2和操作管理维护与监视(OAMP)单元7的接口。
网孔4包括一个所谓的骨干接入单元(BAU)8，它接到无线电接入单元或网孔4的无线电基站(RBS)。在GSM微网孔/微微网孔蜂窝系统中，例如RGS 9实际上是一个小单元，包括无线电收发信机和具有典型地位于大街上5-10米的综合天线的控制设备。
如在本发明的引言部分中已经叙述的，无线电接入节点装置和无线电骨干单元可以是基于根据目前的商用无绳技术之一工作的的无线电接入模块，这些无绳技术例如指定的CT2、CT3和DECT，它们都使用DCA分配多个公共无线电信道之一。
图3表示无线电接入模块20的方框图，该模块20根据DECT标准的相对协议工作。简单地说，DECT协议包括多载波/时分多址/时分双工(MC/TDMA/TDD)数字无线电接入技术，提供10个无线电载波，每个载波分为24个时隙，服务12个双工通信信道，称为一帧。
接入模块20基于接线输出连接21。中央控制与应用逻辑22检测来话呼叫和控制去话呼叫，并且根据DAC/CDCS算法选择适合的载波与时隙的组合，和经过多路复用器23组合不同的连接和时隙。模块20基于帧与时隙同步单元24，它控制时隙接收和发送定时。中央控制逻辑22还分别控制发送/接收(T/R)开关25和接到天线输出31的天线分集开关26，如果实现了天线分集。利用天线分集，如果无线电连接不提供好的通信，在改变无线电通信信道之前该控制逻辑首先尝试另一个天线。
模块20的无线电接口由接收器/解调器27和发送器/调制器28构成。同步和控制信息由单元29从接收的数据中分离出，而这样的信息加到由所示连接的单元30发送的数据上。
根据本发明，在DAN中使用单元20的120个无线电信道的每个信道可由图2中所示的动态骨干传输系统的BAU 8接入。根据DCA/CDCS技术，选择在空中接口5的无线电通信信道和从用于通信目的的这120个信道的任一个信道接入，假定这样的信道没有被在扇区3或网孔4中的另一个无线电链路连接使用，是否经过相同无线电接入模块20处理。在选择之后，这样的信道分为建立的无线电链路连接。
如图所示，DAN 1放置在扇区3交点，使得每个小网孔4的无线电接入单元(未示出)经过DAN 1至MTSO的无线电接口连接。
在本发明的另外的实施例中，在RNC 6和DAN 1之间接口可得到的通信信道自适应地选择用于连接无线电基站9到MTSO 2。本领域的技术人员懂得，通过在RNC 6和DAN 1之间接口以及在DAN 1和BAU 8之间的无线电接口的通信信道，提供非常有效的动态无线电骨干传输系统。
应该懂得，这是连接各个小网孔的非常有效的方法，对信道或频率规划没有基本的需要。
当由几个小的网孔4产生的业务相对地低和(暂时)不调节接线链路以及在相对高的传输要求的情况下(例如每个无线电基站9为2*64kb/s)使它在需要时容易引用网络冗余的情况下，这类动态点对多点骨干无线电传输解决方案是非常有效的和吸引人的。另外，DAN 1可起着协商点的作用，由此容易从一个媒介变到另一个媒介。
在特定的实施例中，在MTSO/RNC接口，多个64kb/s通信信道(永久地)分配给RSB 9。在DAN/BAU无线电接口5，可用的无线电通信信道根据其负荷动态地分配给每个RBS。在BAU/RBS接口，有限数量的2-6个64kb/s通信信道对于RBS是可用的；即在DECT2无线电空中接口的情况下BAU 8和DAN 1之间的4-12个32kb/s信道。除了通信信道之外，在骨干传输系统上可提供半永久的信令信道，即MTSO 2/RNC6/DAN 1。
从费用的观点看，在非常低的用户密度的情况下，需要互连更广泛地分散的远端对于组8、9。其中对于在这样的郊区中使用，提供所谓范围增强器单元(REU)14，如图4中所示的。REU 14放置在DAN的站点。
在其最简单的实施例中，REU 14在无线电通信链路5上传送无线电信号，它可以是根据DECT标准例如工作在1900MHz波段到任意频段的无线电信号，典型地在450或800MHz。发送的信号还被放大到足以提供比无线电接入模块20或DAN 1的范围更大的范围的电平。REU 14的典型范围为12-15km。
在DAN 1站点的REU 14可具有与在DAN 1中的无线电接入模块20一样多的变换器，放大器和天线组合。在特定的实施例中，在特定无线电接入模块20的天线输出31的无线电信号馈送给REU 1496和进行变换。在网孔站点4，安装另一个REU 15，以便变换来自REU 14的无线电信号为无线电通信链路5的频段，例如可以是在DECT频段的无线电信号。
REU 15的变换的输出信号可馈送给所谓的无线电中继站(RRS)17，用于按照无线电通信链路5的协议和频率提供无线电覆盖和业务给用户网孔4。这样的RRS 17可具有带有REU 15的有线或无线链路。RRS 17基本上类似于无线电接入模块20那样构成(见图3)。主要差别在于还有由中央控制与应用逻辑22控制的另一个发送/接收输出/输入(或在应用分集时为两个)，该中央控制与应用逻辑22还连接在天线31的发送/接收时隙的信息给在发送/接收输出/输入的适当的发送/接收时隙。因此在多路复用器23的数据馈送入移位寄存器(未示出)，在该中央控制与应用逻辑22的控制下，按照所应用的中继器协议，移位寄存器被控制及时地移位该数据回到多路复用器21。这另一个输入/输入可连接到接收器/解调器27和发送器/调制器28，或者可作为接线的输出/输入提供。参见国际专利申请WO94/19877，包括在这里供参考。
利用根据本发明的REU概念，能够在REU 14、15组合的覆盖区内的任何地点再建立用户网孔。在隔离的用户(在农场等)的情况下，REU 15可直接接到用户远端单元或固定接入单元(FAU)，如所示的。在所谓的多线FAU 19的情况下，即FAU 19具有多个输出用户端，REU 15和FAU 19例如可由多个(相邻的)用户共享。
在本发明中，DAN 1可以是与一个或多个REU 14共同放置的，这大大地减少了整个系统的按照费用。
而且，通过分离器装置(未示出)，无线电接入模块20的天线输出可直接连接到天线和REU 14。由于它的放大，馈送给REU 14的信号可能会相对弱，因此对到和来自天线的功率的影响不明显。
如果应用分集，即在无线电接入模块20(图3)两个天线输出31,REU 14可连接到每个天线输出，使得对于每个分集链路，可激活一个分开的REU。在用户侧可能只使用一个REU 15，它也能够接收两个REU14的无线电信号。通过在天线分集开关26的中间路径中插入REU 14，在分集的情况下，一个REU是足够的。但是，这可要求现有无线电接入模块20的另外修改。
利用根据本发明的REU概念，虽然几个无线电接入模块20安装在相同站点，对于它们的操作，认为它们提供业务给没有重叠覆盖的在地理上分开的不同网孔，使得每个无线电接入模块提供其全容量给它寻址的区域。
图5以非常概略的方式表示用于TDD操作的REU的电路图。低噪声接收器RX 35与其输入连接到发送/接收(T/R)开关37和以其输出连接到混频器39的输入。发射器TX 36以其输出连接到T/R开关37和以其输入连接到混频器40的输出。混频器39、40的输入连接到所谓的本机振荡器(LO)开关38，其输入连接到本机振荡器(LO)41。混频器39的另一个输出和混频器40的另一个输入分别连接耦合器42的输入和输出。耦合器106提供REU的组合的发送/接收输入43，而T/R开关37提供REU的发送/接收输出44。
由于TDD操作，不需要滤波来分开发送和接收通路。发送与接收模式之间的转换通过本机振荡器转换到混频器39、40和T/R开关37中的任何一个提供。合适的控制信号例如可由无线电接入模块20或经过分开的信令路径45和信令装置(未示出)提供。
虽然本发明已参照具体实施例和接入单元以及更详细地对于它在GSM通信系统中的使用进行了叙述，但是应该懂得，本发明的新颖构思可与几个接入技术和许多不同的动态接入节点装置以及骨干接入单元一起使用。
权利要求
1．一种动态无线电骨干传输系统，用于连接多个在地理上分散的远地无线电接入单元到移动无线电通信网络的网络单元，诸如蜂窝移动通信网络，所述每个无线电接入单元提供业务给所述移动无线电通信网络的特定区域或网孔，所述骨干传输系统包括动态接入节点装置，该动态接入节点装置具有无线电收发信机装置，天线装置和控制装置，可操作地连接用于接入所述多个公共无线电通信信道，其中所述动态无线电接入节点装置的所述控制装置和所述骨干接入单元安排用于适应地选择所述多个公共无线电通信信道的空闲通信信道，所述动态接入节点装置安排用于连接到所述网络接入单元。
2．根据权利要求1的动态无线电骨干传输系统，其中所述动态无线电接入节点装置的所述无线电收发信机装置，天线装置和控制装置安排用于接入在定向分散的传输扇区中所述多个的公共无线电通信信道，其中所述控制装置安排与在传输扇区中的所述骨干接入单元共同工作，用于自适应地选择所述多个的公共无线电通信信道的空闲无线电通信信道，当接入时，无线电通信信道可以由相同的但是对传输扇区中的无线电链路连接是独立的动态无线电接入接点装置重用。
3．根据权利要求2的动态无线电骨干传输系统，其中所述动态无线电接入节点装置包括多个无线电接入模块，每个无线电接入模块具有安排用于接入多个公共无线电通信信道的无线电收发信机装置和控制装置，其中所述多个无线电接入模块可操作地连接用于接入在相关的传输扇区中的所述多个公共无线电通信信道。
4．根据权利要求1、2或3的动态无线电骨干传输系统，其中所述天线装置安排用于提供所述无线电接入节点装置与所述骨干接入单元之间的点对点无线电链路连接。
5．根据权利要求1、2、3或4的动态无线电骨干传输系统，其中所述控制装置安排用于连续地自适应接入所述多个公共无线电通信信道的空闲无线电通信信道。
6．根据权利要求1、2、3、4或5的动态无线电骨干传输系统，其中所述动态无线电接入节点模块装置和所述骨干接入单元安排用于根据多个无线电接入技术接入多个公共无线电通信信道。
7．根据权利要求1、2、3、4、5或6的动态无线电骨干传输系统，包括多个动态无线电接入节点装置，每个动态无线电接入节点装置连接到无线电节点控制装置，所述无线电节点控制装置安排用于连接到网络接入单元，诸如所述移动无线电通信网络的移动业务交换中心，移动电话交换局或基站设备。
8．根据权利要求7的动态无线电骨干传输系统，其中所述无线电节点控制装置和所述动态无线电接入接点装置可操作地连接，用于自适应地接入可在所述无线电节点控制装置与所述动态无线电接入接点装置之间连接的多个公共通信信道的空闲通信信道。
9．根据权利要求7或8的动态无线电骨干传输系统，其中在所述无线电节点控制装置与所述网络接入单元之间用于每个所述无线电接入单元的连接上指定多个通信信道。
10．根据前面的权利要求的任一个权利要求的动态无线电骨干传输系统，其中所述动态无线电接入接点装置的收发信机装置连接到一个范围增强器单元，所述范围增强器单元包括频率变换、RF放大器和天线装置。
11．根据前面的权利要求的任一个权利要求的动态无线电骨干传输系统，其中所述动态无线电接入接点装置和所述骨干接入单元根据数字增强无绳通信(DECT)标准的相对协议工作。
12．在蜂窝移动通信网络中特别在按照全球移动通信系统(GSM)标准工作的蜂窝移动通信网中，使用根据前面的权利要求的任一个权利要求的动态无线电骨干传输系统。
13．与根据前面的权利要求的任一个权利要求的动态无线电骨干传输系统一起使用的范围增强单元，其中所述范围增强单元包括频率变换、RF放大器和天线装置，所述频率变换装置包括一条接收和发送路径，每个路径包括连接到本机振荡器开关装置的混频器装置，该开关装置由本机振荡器控制，用于按照时分双工(TDD)通信协议交替地变换发送和接收信号为一个或另一个频率。
全文摘要
一种动态无线电骨干传输系统(10)用于连接多个在地理上分散的远地无线电接入单元(9)到移动无线电通信网络的网络单元(2),诸如蜂窝移动通信网络。每个无线电接入单元(9)提供业务给该移动无线电通信网络的特定区域或网孔(4)。该骨干传输系统包括动态接入节点装置(1),该动态接入节点装置(1)具有无线电收发信机装置,天线装置和控制装置,可操作地连接用于接入多个公共无线电通信信道。该动态无线电接入节点装置(1)的控制装置和该骨干接入单元(8)安排用于适应地选择该多个公共无线电通信信道的空闲通信信道。
文档编号H04W16/10GK1225222SQ97196357
公开日1999年8月4日 申请日期1997年5月21日 优先权日1996年5月21日
发明者P·查拉斯 申请人:艾利森电话股份有限公司