擴展了範圍的同心小區基站的製作方法
2023-05-25 11:21:16
專利名稱：擴展了範圍的同心小區基站的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線通信系統，尤其涉及擴展無線通信系統的接入範圍。
圖1描述了一個無線通信系統10，該系統採用基於眾所周知的電信工業協會的IS-95標準的碼分多址(CDMA)技術。無線通信系統10包括一個移動交換中心(MSC)12和若干個與MSC 12連接的基站(BS)14-i。在相應的地理覆蓋區(這裡用半徑為Ri的小區18-i來表示)內，每個BS 14-i都向行動電話(MT)如行動電話16-k提供無線通信業務。為了便於說明，小區18-i用以基站14-i為中心的圓形來表示。應當理解，小區18-i也可以是非圓形的(比如六邊形)，基站也可以不在中心位置，並且術語「半徑Ri」應當理解為定義基站與小區18-i的圓周上的點之間的距離(它將根據圓周上的特殊點而變化)。
每個基站14-i都包括一些無線設備和天線，在其相應的小區18-i內，這些無線設備和天線用於調製和發送發向行動電話的基站信號和用於接收和解調來自行動電話的行動電話信號。每個基站14-i還包括一個接收機(以下稱為「GPS接收機」)，用於利用眾所周知的全球定位衛星來接收定時信息。
基站14-i和行動電話，利用GPS接收機，根據GPS時間所校準的定時協議來發送信號。圖2描述了採用基於IS-95標準的定時協議的實現方式的時間表20。該時間表20包括一系列幀22-n，其中每幀22-n歷時時間為t。每幀22-n的起點用校準到GPS時間的時刻Tn處的幀分界來標記。根據該定時協議，基站14-i被安排在幀分界處開始發送基站信號，其中，就行動電話和系統接入操作來說，基站信號包括零或多個帶信息信號和一個用於帶信息信號的相干解調的領示信號。而行動電話16-k被安排在行動電話16-k開始接收基站信號之後的幀時間段的某x倍(即tx)處開始發送行動電話信號，其中x是某一大於等於0的整數。與基站信號不同，行動電話信號包括一個或多個帶信息信號，而沒有領示信號，並利用一組與偽噪聲(PN)序列(或一種已知碼)結合的正交碼(稱為Walsh碼)來編碼，以便可以對帶信息信號進行非相干解調。PN序列包括隨機的0和1數位訊號，其中發送的0或1的持續時間在此被稱為PN碼片。
下面，參照圖3來討論上述定時協議，該圖描述了一個時序圖28，該時序圖說明了基站14-i與行動電話16-k的發送和接收時序。在T1時刻，BS 14-i開始向位於小區18-i中的任何地方的MT 16-k發送基站信號S1。MT 16-k在T1+dBS→MT時刻開始接收信號S1，其中，dBS→MT是從BS 14-i到MT 16-k的傳播延時。注意，術語傳播延時應理解為包括視距內和非視距內的傳播延時。
從MT 16-k開始接收信號S1時起，MT 16-k將等待一段時間間隔tx，然後開始發送行動電話信號S2。因此，MT 16-k將在T1+dBS→MT+tx時刻(即在某幀分界後dBS→MT的時刻)開始發送信號S2。例如，設x＝2，則MT 16-k在T3+dBS→MT時刻(即在接收到基站信號S1後兩幀處)發送信號S2。
由於從MT 16-k到BS 14-i的傳播延時dMT→BS，BS 14-i將在T1+dBS→MT+tx+dMT→BS時刻開始接收信號S2。為便於討論，假定從MT 16-k到BS 14-i的傳播延時dMT→BS與傳播延時dBS→MT相同，並且以後將這兩者分別稱為單向傳播延時dow，即dow＝dMT→BS＝dBS→MT，或統稱為往返傳播延時2dow。因此，BS 14-i將在T1+tx+2dow時刻開始接收信號S2。
為了解調所接收的信號S2，BS 14-i必須先對信號S2進行檢測。每一無線設備都包括一個相關器，它是一種對行動電話信號進行檢測的裝置。例如，相關器通過將呼入信號與PN序列相乘來檢測行動電話信號S2，其中，PN序列在一段時間即時間間隔(這裡稱為搜索窗Wn)上以離散步長進行時移，直到(PN序列與呼入信號的)乘積超過某一指示檢測到行動電話信號S2的閾值。如果在搜索窗Wn的界內，BS 14-i沒有開始接收信號S2，則BS 14-i將不可能(用圖2中所採用的定時協議)檢測到信號S2。
為確保BS 14-i在搜索窗Wn的界內開始接收信號S2，不論行動電話16-k在小區18-i中的何處，搜索窗Wn歷時的時間間隔，應當包括信號S2(在行動電話和基站之間行進一段直線即視距內路徑後)能到達的時刻。基於上述定時協議，基站14-i可以預期在不早於幀分界且不遲於幀分界後2dow-radius的時刻接收信號S2，其中，dow-radius為信號行進一段等於半徑Ri的距離的單向延時(或2dow-radius為往返傳播延時)。因此，搜索窗Wn歷時的時間，應是從Tn時刻開始到不早於Tn+2dow-radius結束的至少2dow-radius。實際上，搜索窗Wn的持續時間限制了小區18-i的有效半徑(或尺寸)，在此也稱為基站的接入範圍。
搜索窗Wn的持續時間與相關器的實現方式有關。通常，相關器以專用集成電路的形式來實現(以下稱為「ASIC相關器」)，這種專用集成電路具有一個預定的比特數(這裡也稱為「比特限定」)，用於表示(信號從基站行進到行動電話再返回到基站的)往返行程延時。這種比特限定限制了搜索窗的持續時間，而搜索窗，如上所述，限制了小區18-i的有效尺寸即基站14-i的接入範圍。只要比特限定不將搜索窗Wn限制在持續時間2dow-radius內，基站14-i就可以檢測到位於小區18-i中的任何地方的任一行動電話所發送的信號S2(假定對於圓周上的所有點Ri均相同)。
在基於IS-95的CDMA無線通信系統中，基站的一般實現方式包括ASIC相關器，它有12比特限定，用於表示往返行程延時。為了有精確延時解析度，將典型值1/8PN碼片用作最小分辨單位。以1/8PN碼片為單位，12比特限定(即往返行程延時表示)得出一個512PN碼片(即，212比特×1/8PN碼片/比特)的範圍。對於1.2288MHz的傳輸帶寬(這是基於IS-95的CDMA無線通信系統的典型傳輸帶寬)而言，12比特限定可以表示416μs往返行程延時(即，512PN碼片÷1.2288PN碼片/μs)。如果空中傳播速度為5.33μs/英裡，那麼416μs往返行程延時(或208μs單向延時)可表示這樣的限定，即如果行動電話在離基站約39英裡(即，208μs÷5.33μs/英裡)處，那麼，只要無線路徑損耗可以接受且搜索窗安排合適，行動電話就能與基站通信，換言之，12比特限定(或512時間碼片延時指數表示)允許小區具有一個約39英裡的最大半徑Ri(或最大往返行程延時)。與BS 14-i相距39英裡以上的行動電話所發送的信號，根據現有技術的定時協議，可能在任何搜索窗Wn的界內都到達不了BS 14-i，因此用該12比特ASIC相關器無法可靠地檢測到該信號。
目前，如果要將小區尺寸或接入範圍擴展，超出了ASIC相關器的12比特限定(即，超出39英裡)，則必須將ASIC相關器重新設計。具體地說，必須將ASIC相關器重新設計以提高其比特限定，以便，超出了接入範圍ASIC相關器的12比特限定的行動電話所發送的信號也能被檢測到。然而，對於小規模的應用情況來說，不希望重新設計ASIC相關器，而且重新設計可能也不經濟。因此，要求能擴展基站的小區尺寸或接入範圍，而又不致花費ASIC相關器重新設計所需的高代價。
本發明涉及一種擴展了範圍的同心小區基站，和一種方法，用於擴展小區尺寸或接入範圍而無需進行ASIC相關器重新設計。這可通過用一種同心小區基站的設計方案來實現，這種設計方案採用多個定時協議和搜索窗。這種同心基站聯結了一個微小區和一個宏小區，其中，微小區和宏小區使用相同的頻帶，但用不同的定時協議和搜索窗，這些定時協議和搜索窗可使其各自小區內的行動電話所發送的信號在至少一個搜索窗的界內被接收。在一種實施方式中，微小區採用具有第一搜索窗的現有技術的定時協議，該第一搜索窗開始於幀分界處並結束於該幀分界後p1的某時刻，其中p1代表一個時間間隔，它與用來表示第一搜索窗的一個ASIC相關器的比特限定相對應。而宏小區採用一種改進的定時協議和一種第二搜索窗，該第二搜索窗開始於幀分界後但不遲於幀分界後p1的時刻(即，不遲於第一搜索窗的結束點)並結束於第二搜索窗開始後p2的某時刻，其中，改進的定時協議可使宏小區中的行動電話所發送的信號在第二搜索窗的界內被接收，而p2代表一個時間間隔，它與用來表示第二搜索窗的一個ASIC相關器的比特限定相對應。
根據下列描述、附屬權利要求書以及附圖，可以更好地理解本發明的特徵、特性及優點，其中圖1描述了採用基於眾所周知的IS-95標準的碼分多址(CDMA)技術的無線通信系統；圖2描述了根據基於IS-95標準的定時協議的實現方式所採用的時間表；圖3描述了一個時序圖，該時序圖說明了按照圖2的時間表，基站與行動電話的發送和接收時序；圖4描述了一種根據本發明所採用的基站，它基於眾所周知的碼分多址的IS-95標準；圖5描述了根據本發明的一種實施方式所採用的定時協議的時間表；圖6描述了一個時序圖，該時序圖說明了位於小區的擴展範圍內的基站與行動電話的發送和接收時序；圖7描述了一種具有根據本發明所採用的分層小區結構的基站；圖8描述了採用圖7的基站所用的第一和第二定時協議的時間表；和圖9描述了具有微小區和宏小區的基站，其中，微小區和宏小區都有內、外半徑。
圖4描述了一種根據本發明所採用的基站30，它基於眾所周知的碼分多址的IS-95標準。基站30包括一些無線設備和天線，在小區34內，這些無線設備和天線用於調製和發送發向行動電話的基站信號和用於接收和解調來自行動電話的行動電話信號，和一個GPS接收機，用於利用眾所周知的全球定位衛星來接收定時信息。每一無線設備都包括一個以ASIC形式來實現的相關器(以下稱為「ASIC相關器」)，它可用來對行動電話信號進行檢測，以便對行動電話信號進行解調。
為便於討論，正如發明背景一節中所述，ASIC相關器有12比特限定(或512PN碼片)，用於表示(信號從基站30行進到行動電話再返回到基站30的)往返行程延時。當然不應將本發明局限於12比特限定的ASIC相關器。顯然，對一般技術人員而言，本發明同樣可適用於這樣一些基站，它們具有其他比特限定的ASIC相關器或具有不用ASIC實現的相關器。12比特(或512PN碼片)ASIC相關器有一個持續時間約416μs的搜索窗Wn。在一種採用基於IS-95標準的定時協議的現有技術的CDMA無線通信系統中，這種搜索窗Wn被安排開始於Fn時刻(標記幀的起點)並結束於Fn+416μs時刻，並可使基站30檢測到位於基站30的約39英裡範圍內的行動電話所發送的信號。因此，可以認為與基站30相距39英裡以上的行動電話超出了裝有12比特ASIC相關器的基站30的接入範圍。
小區34具有外半徑Router(或R34)和內半徑Rinner(或R32)，其中，外半徑Router可能是或就是超出ASIC相關器比特限定的接入範圍的距離(例如，對於12比特限定的ASIC相關器而言，Router＞39英裡)，內半徑Rinner小於Router，而半徑Router與Rinner之差ΔR不應大於與ASIC相關器比特限定相應的距離(即最大往返行程延時)(例如，ΔR≤39英裡)。因此，根據本主題發明，小區34的範圍可以超出ASIC相關器比特限定的接入範圍。
本發明可使基站30檢測到位於小區34中任何地方的行動電話所發出的信號，包括超出該基站的ASIC相關器比特限定的接入範圍(例如超出39英裡)的地方，而無需ASIC相關器重新設計。本發明利用一種改進的定時協議來實現，該定時協議可使搜索窗就幀分界而言可以移位，從而，可使處在超出ASIC相關器的比特限定的地方的行動電話所發送的信號在搜索窗內被接收。這包括了，在相對於幀分界的r時刻發送基站信號，並安排搜索窗Wn分別在r時刻後q和q+p的時刻開始和結束，其中，q是大於0的代表一個傳播延時的定時超前值，該傳播延時對應於不超過基站與小區34的內半徑之間的往返行程的信號傳播(即，q相當於一段大於0而不超過內半徑Rinner兩倍的距離上的傳播延時)，而p代表一段與ASIC相關器比特限定相對應的時間間隔，或一段行動電話信號可以被相關從而被檢測的時間間隔。
在本發明的一種實施方式中，基站30可利用一種採用了移位的或偏移的搜索窗Wn的改進的定時協議，來檢測發自行動電話38的信號。圖5示出了根據本發明的這一實施方式所採用的定時協議的時間表70。根據該時間表70，基站30被安排在幀分界處開始發送信號，並在移位的搜索窗Wn內搜索行動電話信號，該搜索窗起始於Fn+q時刻而在不遲於Fn+q+p的時刻結束。同樣，行動電話38被安排在行動電話開始接收基站信號之後的幀時間間隔的某x倍(即fx)處開始發送信號。象時間表50一樣，基站30採用時間表70，可在(移位的)搜索窗Wn內接收發自行動電話38的信號。
圖6描述了一個時序圖60，該時序圖說明了可能位於小區34內任何地方的基站30與行動電話38按照圖5的定時協議的發送和接收時序。基站30在時刻F1開始發送基站信號S1。基站30在時刻Fn發送信號S1，將使得在移位的搜索窗Wn內接收行動電話38所發送的信號，從而，儘管行動電話38超出ASIC相關器比特限定的接入範圍，行動電話信號也可被基站30檢測和解調。
行動電話38在F1+dow時刻開始接收信號S1，其中，dow是從基站30到行動電話38(或從行動電話38到基站30)的單向傳播延時。由於行動電話38在小區34中，因此該傳播延時dow應相當於信號行進至少一段距離Rinner所需的時間。注意，為便於討論，假定從基站30到行動電話38的傳播延時等於從行動電話38到基站30的傳播延時。如果行動電話38向基站30發送行動電話信號S2，那麼行動電話38從它開始接收信號S1起，要等待一段幀時間間隔的某一倍數(即fx)的時間，才開始發送信號S2。因此，行動電話38將在某一時刻F1+dow+fx(即，某幀分界後dow的時刻)開始發送信號S2。由於從行動電話38到基站30的單向傳播延時dow，基站30將在某一時刻F1+dow+fx+dow(即F1+2dow+fx)開始接收信號S2。因為2dow相當於信號行進了至少基站與距離Rinner之間的往返行程所需的時間，因此，信號應被安排在Fn時刻(即幀分界)與Fn+p時刻之間被接收，其中，p＝416μs，與ASIC相關器比特限定相對應(即在搜索窗Wn界內)。然後，用眾所周知的技術，來檢測和處理信號S2。
應當注意，僅採用本發明的改進的定時協議的基站無法檢測小區32中的行動電話所發送的行動電話信號。為了能檢測這種行動電話信號，本發明採用了一種定時協議，它不同於與小區34中的行動電話進行通信所用的定時協議，如下所述。
圖7描述了一種具有根據本發明所採用的分層小區結構的基站80。基站80聯結了一個微小區82和一個宏小區84。微小區82有一個微小區半徑Rmicro或R82，其中，微小區半徑Rmicro小於或等於與ASIC相關器比特限定相應的一段距離(例如，Rmicro≤39英裡)。宏小區84具有外宏小區半徑Rmacro-outer或R84和內宏小區半徑Rmacro-inner或R85，其中，內宏小區半徑Rmacro-inner大於0小於等於Rmicro，而宏小區半徑Rmacro-outer與Rmacro-inner之差ΔR不應大於與ASIC相關器比特限定相應的距離(例如，對12比特ASIC相關器而言，ΔR≤39英裡)。儘管圖8將微小區82和宏小區84示為兩個不同的小區，應當理解，微小區82和宏小區84也可以部分重疊。
基站80包括若干無線設備90、一個或多個天線92以及一個GPS接收機94。這些無線設備90每個都可以利用同一頻帶freq(包括上行鏈路和下行鏈路頻道)來調製和解調信號。每個無線設備90都包括至少一個以ASIC形式來實現的相關器96。天線92可利用該頻帶freq來發送和接收信號。基站80(或無線設備90)被安排利用頻帶freq來發送信號，以便微和宏小區82、84中的行動電話接收(基站80發送的)具有可接受信號強度的領示信號。
基站80利用頻帶freq和第一定時協議，向微小區82中的行動電話如行動電話86提供無線通信業務。在一種實施方式中，第一定時協議是目前在基於IS-95的CDMA無線通信系統中所採用的定時協議，如前面背景一節中所述。而基站80利用第二定時協議但用同一頻帶，向宏小區84中的行動電話如行動電話88提供無線通信業務。在一種實施方式中，第二定時協議是上述圖5中所描述的改進的定時協議。在本實施方式中，第一定時協議關聯第一搜索窗W1-n，該第一搜索窗開始於幀分界處並結束於幀分界後p1的某時刻，其中p1代表時間間隔，它與用來表示第一搜索窗W1-n的一個ASIC相關器的比特限定相對應。第二定時協議關聯第二搜索窗W2-n，該第二搜索窗開始於幀分界後但不遲於幀分界後p1的時刻並結束於第二搜索窗W2-n開始後p2的某時刻，其中p2代表時間間隔，它與用來表示第二搜索窗的一個ASIC相關器的比特限定相對應。
根據一種實施方式，圖8中示出了用於第一和第二定時協議的時間表100。時間表100包括一系列幀102-n，其中每一幀102-n歷時時間間隔f，並且每一幀102-n的起始點用由GPS接收機94校準到GPS時間的時刻Fn處的幀分界來標記。根據第一和第二定時協議，基站80被安排在幀分界處，利用頻帶freq開始發送基站信號，並在起始於Fn時刻而在不遲於Fn+p1時刻結束的第一搜索窗W1-n內，利用頻帶freq搜索行動電話信號。根據第二定時協議，基站80被安排在幀分界處，利用同一頻帶freq開始發送基站信號，並在開始於幀分界後但不遲於幀分界後p1的時刻而結束於第二搜索窗開始後p2的某時刻的第二搜索窗W2-n內，利用該頻帶freq搜索行動電話信號。為便於說明，將第二搜索窗W2-n示為其起點在第一搜索窗W1-n的結束點處。但絕不應認為本發明局限於此。
不管什麼定時協議，行動電話86、88被安排在行動電話開始接收基站信號後的幀時間間隔的某x倍(即fx)處開始發送信號，其中x是某一大於等於0的整數。當信號到達基站80時，基站80將利用搜索窗W1-n和W2-n搜索呼入信號，以找出行動電話信號。如果該信號為行動電話在微小區82中所發送，那麼基站80應在第一搜索窗W1-n內檢測該行動電話信號。如果該信號為行動電話在宏小區84中所發送，那麼基站80應在第二搜索窗W2-n內檢測該行動電話信號。
在一種實施方式中，基站80用不同的無線設備來搜索每個搜索窗W1-n、W2-n。在另一種實施方式中，基站80用一種無線設備來搜索兩個搜索窗W1-n、W2-n。在又一種實施方式中，對於行動電話信號，基站80可不搜索第二搜索窗W2-n，除非基站80在第一搜索窗W1-n中沒有檢測到行動電話信號。
儘管參照一些實施方式，對本發明進行了很詳細的描述，但還可以有其他變化。例如，本發明也可應用於其微小區和宏小區都有內、外半徑的基站，對照圖9，以及採用其他類型的多址聯接技術如時分多址的無線通信系統。因此，本發明的實質和範圍並不局限於這些實施方式的描述。
權利要求
1.一種檢測行動電話信號的方法，該方法包括以下步驟在第一幀分界處發送基站信號；利用第一搜索窗來搜索行動電話信號，該第一搜索窗開始於第二幀分界處並結束於第二幀分界後p1的時刻，其中p1代表一個與第一相關器的比特限定相對應的時間間隔；和利用第二搜索窗來搜索行動電話信號，該第二搜索窗開始於第二幀分界後但不遲於第二幀分界後p1的時刻並結束於第二搜索窗開始後p2的時刻，其中，其中p2代表一個與第二相關器的比特限定相對應的時間間隔。
2.權利要求1的方法，還包括以下步驟利用相關器來檢測行動電話信號。
3.權利要求2的方法，其中，當呼入信號與已知碼相乘所得到的信號超過某一閾值時，檢測行動電話信號。
4.權利要求3的方法，其中，已知碼是偽隨機噪聲序列。
5.權利要求1的方法，其中，第一幀分界和第二幀分界是相同的。
6.權利要求1的方法，其中，第一幀分界和第二幀分界是不相同的。
7.權利要求1的方法，其中，只有當利用第一搜索窗來搜索行動電話的步驟沒有檢測到行動電話信號時，才執行用第二搜索窗來搜索行動電話信號的步驟。
8.權利要求1的方法，其中，第一和第二相關器相同。
9.權利要求1的方法，其中，第一和第二相關器不同。
10.一種基站，包括一個用於在幀分界處發送基站信號的第一無線設備，該第一無線設備具有一個第一相關器，用來在第一時間間隔期間搜索行動電話信號，該第一時間間隔開始於幀分界處並結束於幀分界後p1的時刻，其中p1代表一個與第一相關器的比特限定相對應的時間間隔；和一個用於在相對於幀分界的r時刻發送基站信號的第二無線設備，該第二無線設備具有一個第二相關器，用來在第二時間間隔期間搜索行動電話信號，該第二時間間隔開始於幀分界後但不遲於幀分界後p1的時刻並結束於第二時間間隔開始後p2的時刻，其中，p2代表一個與第二相關器的比特限定相對應的時間間隔。
11.權利要求10的基站，其中，當呼入信號與已知碼相乘所得到的信號超過某一閾值時，第一相關器檢測行動電話信號。
12.權利要求10的基站，其中，當呼入信號與已知碼相乘所得到的信號超過某一閾值時，第二相關器檢測行動電話信號。
13.權利要求10的基站，還包括一個GPS接收機，用於接收用來校準幀分界的定時信息。
全文摘要
本發明涉及一種擴展了範圍的同心小區基站,和一種方法,用於擴展小區尺寸或接入範圍而不需進行ASIC相關器重新設計。這可通過用一種同心小區基站的設計方案來實現,這種設計方案採用多個定時協議和搜索窗。這種同心基站聯結了一個微小區和一個宏小區,其中,微小區和宏小區使用相同的頻帶,但用不同的定時協議和搜索窗,這些定時協議和搜索窗可使其各自小區內的行動電話所發送的信號在至少一個搜索窗的界內被接收。
文檔編號H04B7/155GK1248832SQ9911830
公開日2000年3月29日 申請日期1999年8月26日 優先權日1998年8月31日
發明者拉馬巴德蘭·S·拉哈馮 申請人:朗迅科技公司