使用交錯上行鏈路幀結構來擴展基站覆蓋範圍的裝置和方法

2023-05-25 11:30:16 1

專利名稱：使用交錯上行鏈路幀結構來擴展基站覆蓋範圍的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統和方法，更具體地說，涉及用來增加無線通信系統的範圍的裝置和方法。


圖1說明一種典型地面蜂窩通信系統20。蜂窩系統20可包括一個或一個以上的與多個小區通信的終端22，而這些小區則由基站26和行動電話交換局(MTSO)28提供服務。儘管圖1中僅示出三個小區24，但典型的蜂窩網絡實際上可包括數百個小區，可包括不止一個MTSO，並且可為成千上萬的終端提供服務。
小區24在通信系統20中通常作為節點，從這些小區中，通過為小區24服務的基站26，在終端22與MTSO 28之間建立連結。每個小區24都有分配給它的一個或多個專用控制信道以及一個或多個業務信道。控制信道是專用來發送小區標識和尋呼信息的信道。業務信道載送語音和數據信息。通過蜂窩網20，可以在兩終端22之間建立雙工無線通信鏈路，或者通過公共交換電話網(PSTN)34在終端22與固定電話用戶32之間建立雙工無線通信鏈路。基站26的功能是處理小區24與終端22之間的無線通信。在此功能中，基站26作為數據和語音信號的中繼站。
本領域的技術人員會理解，「小區」可具有除圖1所示的全向小區24之外的其它結構。例如，基站26所服務的抽象表示為六角形區域的覆蓋區，實際上可以細分為三個分區，這些分區使用安裝在基站26上的單獨定向天線，而各分區天線具有向三個不同方向伸展的輻射圖。這些分區中的每個分區本身可被視為一個「小區」。正如本領域的技術人員會理解的，其它小區結構也是可能的，包括例如，重疊小區、微小區、微微小區等等。
在時分復用通信系統中，小區大小一般受到傳播時延對不同位置的終端的傳輸的到達與基站收發信機所用的時隙幀結構之間同步的影響的限制。為了使來自小區中終端的傳輸同步，基站終端一般向相應的終端發送相應的定時提前值(TA)。終端按照定時提前值將其傳輸提前發到基站，從而補償終端與基站之間的傳播時延。通常，定時提前值指示終端將其上行傳輸提前，使得基站所服務的所有終端發出的傳輸與公共接收幀結構同步地到達基站。
但是，在終端嘗試接入某系統時，此類傳播時延信息一般不可用。因此，傳統的時分復用系統通常利用隨機接入信道(RACH)接收來自這種非同步終端的接入請求突發，並且利用從接收的RACH突發得出的傳播時延來為終端確定適當的定時提前量。一旦開機或切換至新基站，非同步終端就會搜索並接收基站發出的提供初始定時參考的控制信道。然後終端會在與控制信道定時參考相關的預定時間發送RACH突發，以便開始使用基站。一旦收到RACH突發，基站可以根據控制信道定時參考的發送與RACH突發的接收之間的延遲，確定來回時延。基站利用這個來回時延為終端確定適當的時間提前量。
RACH通常是一種時隙信道，這種信道被設計成容許RACH突發定時的重大變化。每個RACH時隙一般包含大量的「保護時間」，使得相鄰時隙中的RACH突發重迭的可能性減小。所提供的保護時間量一般限制了最大的小區規模，因為保護時間量決定了基站可接收的RACH突發的最大延遲變化。
例如，在符合GSM建議的系統中，小區大小一般受以下因素限制(1)設置在時隙中的分配給RACH邏輯信道用於隨機接入突發的保護位數(68.25)；(2)在慢速隨路控制信道(SACCH)中、分配給定時提前消息欄位的位數(6)；以及(3)在以半雙工模式工作的終端中接收與發送突發之間所需的合成器切換時間。終端用RACH突發例如在切換或初始接入時獲得接入權，並且RACH突發一般具有相對較長的保護周期(68.25位或252微秒)。若使用8.25位保護時間，則時隙中剩餘60.0位的周期(221.5微秒)可用於來回時間估算。終端與基站之間的來回時延應該在221.5微秒以內；否則，RACH突發可能與下一個時隙交疊和/或發生衝突。因而，最大221.5微秒的來回時延一般規定了33.2公裡的最大小區半徑。對於超過33.2公裡跨距的小區，RACH突發可能會與下一個時隙突發發生衝突，從而使基站無法估算正確的來回時延並對RACH突發解碼。
在GSM系統中，一旦在終端與基站之間建立連接，基站會不斷測量其自身突發時間安排與從終端接收的突發之間的時間偏移。在這些測量結果的基礎上，基站定期為終端提供6位定時提前值(TA)形式的時間提前信息，以每秒兩次的頻率在慢速隨路控制信道(SACCH)上發送這些信息。基站在公用控制信道(CCCH)上估計隨機接入信道(RACH)的來回時延，並使用這個估計的來回時延來確定要發送至終端的適當定時提前值。通常，基站發送的定時提前值對應於以位數周期表示的基站與終端之間的絕對延遲，使得6位定時提前值提供從0位周期到63位周期的提前範圍，具有1位周期的解析度。
參見圖2A和2B，GSM中的上行鏈路幀通常相對於下行鏈路幀延遲3個時隙周期(GSM時隙的長度為577微秒，包含156.25個位周期)。一般為終端分配一對時隙，也就是說，在下行與上行載頻的每一幀都有一個時隙。假設傳播時延有某個上限，下行鏈路時隙與上行鏈路時隙之間的時間差使終端能採用簡單的半雙工模式的無線操作，其中終端在兩個不同載頻上的接收與發送之間切換。被分配最大63位的定時提前量並且以半雙工模式工作的終端，一般有大約1.5個時隙用於頻率合成器從接收到發送地切換。
如果沒有延遲，則基站發送定時提前值TA＝0，而終端使用比其接收幀結構滯後468.75位(3個時隙周期)的發送幀結構向基站發送信號。在可由SACCH欄位中的6位定時提前值TA來補償的最大延遲下，基站發出定時提前TA＝63的指令，而終端使用比其接收幀結構滯後405.75位的發送幀結構來進行發送。在這種系統中，定時提前量的最大值為63位周期，終端與基站之間的來回時延被限制在233微秒，規定的最大半徑為34.9公裡。
如上所述，RACH突發所需的延長的保護時間、連同SACCH消息中的定時提前量欄位的限制、以及終端合成器切換時間的限制，一般使GSM中的小區大小限制在大約35公裡。在其他時分復用系統中，一般也存在類似的限制。雖然傳統小區大小對於許多(若非大多數)應用來說可能是足夠的，但是在許多應用中，更大的小區規模可能更有利。例如，在用戶人口密度低的鄉村地區，較大的小區可以減少覆蓋該地區所需的基站數目，從而降低投資和運營成本。同樣，對於又長又直的高速公路、以及大區域中的用戶受到僅在一個方向上大大延伸的相對較小部分的限制的類似應用中，使用較大的小區可能有利。在實際地形限制可接受的基站數量的地區、例如海岸地區，較大的小區也可能是有益的。
擴大小區規模的一種提出的方法包括把用戶的分配限制於接收幀結構的每隔一個時隙，以便未用到的時隙提供附加的保護時間來補償增加的傳播時延。遺憾的是，這種方法會明顯減小系統容量。在距基站遠的位置僅有相對較少數量的用戶時，這種低效率會特別明顯。
在GSM系統中擴大小區規模的另一種方法是向終端發送相對定時提前值而不是絕對定時提前值。按照該方法，基站發送的定時提前值被解釋為增量或減量，終端根據它來增加或減少其定時提前量。例如應用於GSM系統時，SACCH消息中為TA值提供的6位，如果用於傳輸相對定時提前值，就大得足以支持大得多的小區規模。但是，對於採用半雙工操作模式的終端，這種方案通常都會受到最小合成器切換時間的限制，即，終端的發送幀無法提前到終端有足夠時間在接收與發送頻率之間切換的程度。既使能夠得到更快的合成器切換時間，終端的成本一般也會顯著提高。另外，使用相對定時提前值仍然無法消除對RACH中設置的保護時間的限制，並且可能需要修改現有的空中接口標準和終端硬體。
本發明的另一個目的是提供可使用現有終端和空中接口擴大覆蓋範圍的無線通信裝置和方法。
按照本發明，通過以下無線通信裝置和方法達到這些及其他目的、特徵和優點指示各組終端(例如在距某個基站各不相同的範圍中的各組終端)將其傳輸定時、以便與相應時間偏移的幀結構同步地到達基站。來自各組終端的傳輸可在各自的上行載頻上發送，並與各自時間偏移的幀序列同步。來自各組終端的傳輸也可在公用上行載頻上發送，並且與時分復用在公用上行載頻上的相應幀序列同步地被接收。按照本發明的另一方面，可定義交疊範圍，使得當終端在覆蓋範圍之間移動時，可以提供幀結構之間切換上的滯後。
通過提供交錯幀結構，本發明允許使用更大的小區規模。在基站可接收遠處終端的傳輸信號，並且與相對於用來接收較近終端的傳輸的幀結構有延遲的幀結構同步，這避免了為較遠終端使用大的定時提前量的需要。這種交錯方法不需要更快的合成器切換時間，並且允許使用現有終端和空中接口。由於來自各組的傳輸或者在時間上或者在頻率上是隔開的，因此可以避免信號間的衝突。
具體來講，根據本發明的實施例，指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站。指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站，而第二幀系列與第一幀系列相比有時間偏移。最好是，第一組終端位於相對於基站的第一範圍，而第二組終端位於相對於基站的第二範圍。在基站與相應的第一和第二幀系列同步地接收來自第一組和第二組終端的傳輸。可在各自分開的載頻上接收分別來自第一組和第二組的傳輸，或者可在公用載頻上將第一和第二幀系列多路復用。
在本發明的一個實施例中，從基站發出第一定時信息，指示第一組中的終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站。從基站發出第二定時信息，指示第二組中的終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站。傳輸定時信息可包含定時提前值，該值是根據終端與基站之間的傳播時延來確定的。傳播時延可根據隨機接入信道(RACH)突發的定時來確定。
根據本發明的另一方面，當終端在第一範圍時，基站把第一定時信息發送至終端，第一定時信息指示終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站。當終端在第二範圍時，基站將第二定時信息發送至終端，第二定時信息指示終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站，而第二幀系列與第一幀系列相比有時間偏移。覆蓋範圍可能會交疊，而當終端在第一與第二範圍之間移動時，在指示終端使其傳輸與第一幀系列或第二幀系列其中之一同步時，可提供滯後。
根據本發明的另一方面，時分復用無線通信系統中的裝置包括用於指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站的裝置；以及用於指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站的裝置，第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。所述裝置還包括用於在基站與相應的第一和第二幀系列同步地接收來自第一組和第二組終端的傳輸的裝置。
在本發明的另一個實施例中，時分復用無線通信系統所用的基站包括用於在終端處於相對基站而言的第一範圍時、將第一定時信息發送至終端的裝置，第一定時信息指示終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站；以及用於在終端處於第二範圍時、將第二定時信息發送至終端的裝置，第二定時信息指示終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站，第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。基站可進一步包括用於接收在第一載頻上與第一幀系列同步的發自終端的傳輸的裝置；以及用於接收在第二載頻上與第二幀系列同步的發自終端的傳輸的裝置。作為選擇，基站可包括用於接收在公用載頻上、與第一和第二幀系列其中之一同步的發自終端的傳輸的裝置。
在根據本發明的另一個實施例中，無線通信裝置包括基站，該基站可用來發送指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站的第一定時信息；以及發送指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站的第二定時信息，所述第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。基站還可用來接收來自第一和第二組終端、與相應的第一和第二幀系列同步的傳輸。
基站還可用來當終端處於相對基站而言的第一範圍時、將第一定時信息發送至終端，第一定時信息指示終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達基站；以及當終端處於第二範圍時、將第二定時信息發送至終端，第二定時信息指示終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站，第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。第一與第二範圍可能交疊，當終端在第一與第二範圍之間移動時，基站可在指示終端使其傳輸與第一幀系列或第二幀系列其中之一同步時提供滯後。
圖2A-2B是說明根據現有技術的無線通信系統中使用的上行鏈路和下行鏈路幀結構的定時圖。
圖3是說明根據本發明的實施例的無線通信裝置的簡化示意圖。
圖4A-4B是說明根據本發明的實施例的無線通信系統中使用的示範性上行鏈路和下行鏈路幀結構的定時圖。
圖5是說明根據本發明的實施例的無線通信系統的覆蓋範圍和相關定時提前值的簡化示意圖。
圖6-7是說明根據本發明的一個方面、用於在無線通信系統中進行通信的示範性操作的流程圖。
圖8A-8B是說明根據本發明的另一實施例、用於無線通信系統的示範性下行鏈路和上行鏈路幀結構的定時圖。
圖9是說明根據本發明的一個方面、用於在無線通信系統中進行通信的示範性操作的流程圖。
圖10A-10B是說明根據本發明的另一實施例、用於無線通信系統的示範性下行鏈路和上行鏈路幀結構的定時圖。
圖11是說明根據本發明的實施例的無線通信系統的覆蓋範圍和相關定時提前值的簡化示意圖。
圖12-13是說明根據本發明的一個方面、用於在無線通信系統中進行通信的示範性操作的流程圖。
圖14是說明根據本發明的實施例、用於在各範圍之間切換的示範性滯後回線的示意圖。
圖15是說明根據本發明另一實施例、用於無線通信系統中的隨機接入信道和上行鏈路幀結構的定時圖。
圖16是說明根據本發明的另一方面、用於與終端通信的示範性操作的流程圖。
圖3表示基站，具體地說，表示基站子系統(BSS)300，它包括如遵循GSM的系統中普遍實現的基站收發信臺(BTS)320和基站控制器(BSC)310，用於根據這裡所描述的本發明實施例與終端330通信。BTS 320包括接收機321和發射機322，它們均耦合至天線323。來自終端330的傳輸(例如RACH突發)由接收機321接收，然後傳送至BSC 310中實現的傳播時延確定器311，該確定器確定BTS 320與終端330之間的傳播時延。根據確定的傳播時延，定時信息確定器312確定定時信息、例如定時提前值TA，並通過發射機322將其發送至終端330。
接下來對圖4A-15的討論會描述用於提供擴展範圍的示例性裝置和操作，並且會繼續參考圖3中說明的基站300和終端330裝置。應當理解，BTS 320和BSC 310代表符合GSM建議的無線系統中普遍採用的蜂窩網要素。BSC 310可包括處理器，例如計算機、微處理器、微控制器或其他數據處理裝置，在這些處理器中可實現傳播時延確定器311和定時信息確定器312，並且這些處理器處理接收機321收到的信息並生成由發射機322發送的信息。應當明白，儘管許多其他BTS或BSC部件未示出，但它們是存在的，諸如混頻器、雙工器、頻率合成器和電源等等。這類部件的操作是眾所周知的，這裡不需要再詳細討論。還應當明白，可以使用與GSM系統中所用的網絡體系結構不同的其它網絡體系結構來實現本發明的方法和裝置，諸如其他時分復用系統的網絡體系結構(例如符合IS-136標準的結構)。
圖6-7、9、12-13和15是根據本發明的各方面、說明用於無線通信系統中通信的示範性操作的流程圖。應當理解，這些流程圖中的方框和方框組合可以通過電腦程式指令來實現，這些指令可以裝入計算機或其他可編程數據處理裝置、如在圖3的BSS 300中或者在無線通信系統的其他部分中的計算機或其他數據處理裝置，並且在其上執行，從而產生一種機器，使得在計算機或其他可編程數據處理裝置上執行的指令形成了實現流程圖方框或多個方框中指定功能的裝置。電腦程式指令也可以裝在計算機或其他可編程數據處理裝置上，使得在計算機或其他可編程裝置上執行一系列可操作步驟，從而生成由計算機實現的處理，使得在計算機或其他可編程裝置上執行的指令提供了用來實現流程圖方框或多個方框中指定功能的步驟。
因此，圖6-7、9、12-13和15的流程圖方框支持用於執行指定功能的裝置的組合和執行指定的功能的步驟的組合。還應當理解，圖6-7、9、12-13和15的流程圖的各方框和其中方框的組合可以通過執行指定功能或步驟的專用的基於硬體的計算機系統來實現，或者通過專用硬體和計算機指令的組合來實現。
根據圖4A-4B和圖5中說明的本發明的第一方面，來自相對BSS300而言的各個範圍中的各組終端的傳輸被在相應的不同上行載頻上、採用相應時間偏移的幀結構發送。圖4A說明在BSS 300中相應的第一和第二頻率上的典型下行鏈路幀結構410a以及第一和第二上行鏈路幀結構420a、430a。下行鏈路幀結構410a和上行鏈路幀結構420a、430a包括相應的幀系列F，每幀都包含一系列時隙0-7。
現在參照圖4A並結合圖5，在相應的第一和第二載頻上採用第一和第二上行鏈路幀結構420a、430a，接收來自相應範圍(例如，圖5中說明的範圍B0和B1)內終端的傳輸。第一和第二上行鏈路幀結構420a、430a按照時間間隔Toffset產生時間偏移，此處所示為對於GSM系統中使用的6位定時提前值、最大的定時提前量(64位)。
圖4B說明在終端330的典型下行鏈路幀結構410b和典型上行鏈路幀結構420b，對應於圖4A的下行鏈路和上行鏈路幀結構410a、420a。範圍B0內的終端330將定時提前量TA(此處所示具有0至63位的值)加至上行鏈路幀結構420b，以便根據上行鏈路幀結構420b在終端330產生的這種發自終端330的傳輸與上行鏈路幀結構420a同步地到達BSS 300。
在GSM中，定時提前量TA對應於終端330與BSS 300之間的來回傳播時延PD，可以作為BSS 300與終端330之間的距離和符號周期的函數來計算TA＝PD＝2d/C*Ts(1)其中d是BSS 300與終端330之間的距離(公裡)，Ts是符號周期(秒)，C是光速(公裡/秒)。在GSM中，TA值限制在0至63的範圍內，因而得出BSS 300與終端330之間的最大距離為34.9公裡。
但是，若使用圖4A-4B和圖5中的交錯幀結構，可以通過把TA計算作BSS 300與終端330之間的來回傳播時延PD的模64(將PD除以64後得出的餘項或餘數)，從而擴展範圍TA＝mod64(PD)(2)使用模運算定義相對於圖5所示BSS 300而言的範圍B0-B2(本領域的技術人員應當明白，使用這種方法定義的範圍數目可以超過圖5所述的範圍數目)。在某個給定範圍內與終端330通信的BSS 300發送在(2)中計算出的定時提前值TA，並指示終端330在與該範圍相關的載頻上發射。所示實施例的每個範圍中使用的定時提前量在0到63的範圍內。
由於在每個範圍中定時提前值限制在0至63位的範圍內，因此來自不同範圍中終端的上行鏈路突發在到達BSS 300時會交錯。對於圖5中說明的GSM實施例，來自範圍B0中的終端的上行鏈路突發到達得比下行鏈路幀的開頭要遲468.75位(3個時隙)。來自範圍B1中的終端的上行鏈路突發要再延遲64位，而來自範圍B2的上行鏈路突發與來自範圍B1的上行鏈路突發相比又要再延遲64位。
圖6中說明根據本發明的這一方面的示範系統操作600。BSS 300將第一定時信息、例如第一定時提前值發送至第一組的終端330、例如圖5所示的範圍B0內的終端330(方框610)。第一定時信息指示正在接收的終端330將其傳輸定時為與第一幀系列、例如上行鏈路幀結構420a同步地到達BSS 300。BSS 300將第二定時信息、例如第二定時提前值發送至第二組中的終端330、例如圖5的範圍B1內的終端330(方框620)。第二定時信息指示此終端330將其傳輸定時為與第二幀系列、例如第二上行鏈路幀結構430a同步地到達BSS 300，第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。BSS 300在與不同幀系列相關的第一和第二載頻上，例如在與第一和第二上行鏈路幀結構420a、430a相關的各個上行鏈路載頻上，接收來自終端的傳輸(方框630)。
應當明白，由於在分開的載波上接收偏移的傳輸，因此避免了傳輸之間的幹擾。可以通過添加附加的交錯上行鏈路幀結構，可以為附加的範圍提供服務，從而使小區規模可以明顯擴大，而不會在傳輸之間產生衝突。由於交錯是通過BSS 300分配上行鏈路載頻並選擇定時提前值得到的，操作對終端而言是透明的，因此不需要修改終端。
圖7說明根據本發明的另一方面的示範性操作700，即當終端330在諸如圖5所示的多範圍小區結構中各範圍之間移動時，用於切換該終端的操作。第一定時信息發送給處於第一範圍內的終端330，指示它將其第一載頻上的傳輸定時為與第一幀系列同步地到達BSS300(方框710)。然後，BSS 300接收在第一載頻上、與第一幀系列同步的來自終端330的傳輸(方框720)。但是，當終端330移動到第二範圍時，BSS 300向該終端330發送定時信息，指示終端330將其在第二載頻上的傳輸定時為與第二幀系列同步地到達BSS 300，而第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移(方框730)。然後，BSS 300接收在第二載頻上、來自終端330並與第二幀系列同步的傳輸(方框740)。
圖8A-8B和圖9說明本發明的另一個實施例，在沒有多個載頻來提供上述交錯的終端傳輸的頻率分離的基站中，採用本實施例特別有利。根據本實施例，來自相對於BSS 300的各範圍內的各組終端的傳輸在公用載頻上發送，並且與多路復用在公用載頻上的相應偏移的幀結構同步。圖8A說明在BSS 300中的典型下行鏈路幀結構810a以及第一和第二上行鏈路幀結構820a、830a。下行鏈路幀結構810a包括幀系列F，每幀都包括一系列時隙0-7，而上行鏈路幀結構820a、830a包括相應的幀系列F』、F」，其中包括相應的時隙系列0-2、3-6。幀結構820a、830a的時分復用會導致公用載頻上損失一部分可用容量，因為第二上行鏈路幀結構830a與第一上行鏈路幀結構820a相比會延遲一部分時隙。
現在結合圖5參照圖8A，在公用載頻上採用第一和第二上行鏈路幀結構820a、830a，接收來自相應範圍、例如圖5所示範圍B0和B1內終端的傳輸。使第一與第二上行鏈路幀結構820a、830a之間的時間偏移按照時間間隔Toffset，此處所示為GSM系統中使用的6位定時提前值的最大定時提前量(64位)。
圖8B說明在終端330的典型下行鏈路幀結構810b和典型上行鏈路幀結構820b，與圖4A的下行鏈路和上行鏈路幀結構810a、820a對應。範圍B0內的終端330將定時提前量TA(此處所示具有0至63位的值)加至上行鏈路幀結構820b，在終端330根據上行鏈路幀結構820b產生的這種傳輸與上行鏈路幀結構820a同步地到達BSS 300。由於上行鏈路上的幀結構的時分復用，系統強制終端330在時隙0-2中在載頻上傳輸。這種強制措施對終端而言是透明的，就象在GSM或其他常規系統中通常那樣操作。時隙3-6在圖8B中以虛線表示，說明這些時隙與範圍B0內終端所用的時隙0-2的相對位置；時隙3-6可分配給範圍B1內的終端，以便將該終端的傳輸定時為與第二上行鏈路幀結構830a同步地到達BSS 300。
圖9說明根據本發明的這一方面的示範性系統操作900。BSS 300將第一定時信息(例如，第一定時提前值)發送至第一組的終端330(例如，圖5所示的範圍B0內的終端330)(方框910)。第一定時信息指示正在接收的終端330將其傳輸定時為與第一幀系列、例如圖8A的上行鏈路幀結構820a同步地到達BSS 300。BSS 300將第二定時信息(例如，第二定時提前值)發送至第二組中的終端330(例如，圖5的範圍B1中的終端330)(方框920)。第二定時信息指示此終端330將其傳輸定時為與第二幀系列(例如，圖8A的第二上行鏈路幀結構830a)同步到達BSS 300，而第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。BSS 300接收在公用載頻上的來自終端的傳輸，傳輸與第一和第二上行鏈路幀結構820a、830a中相應的一個幀結構同步(方框930)。
圖10A-10B和11-12說明本發明的另一個實施例，其中採用交疊範圍為正在各範圍之間移動的終端330提供滯後。對於固定終端和通話期間停留在同一範圍內的移動終端而言，圖4A-4B、5-7和8A-8B中說明的實施例可以正常工作。但是，如果終端在通話期間從一個範圍移至另一個範圍，則可能需要將通話切換到分配給該範圍的載頻上。為了適當地切換，通常移動終端必須在切換至新載頻之前保持對舊範圍的連接，以便交換切換消息。由於幀結構已實現同步，切換消息可包括要用在新信道上的新定時提前值，而且終端可用新定時提前值在新信道上開始通信。
切換最好在略微超出所述範圍之處進行(對於所說明的實施例大約為1/2公裡)，以便基站的上行鏈路突發時間中斷不超過1個位周期。另外，由於系統會設法在終端處於不同範圍之間時對其進行切換，因此各範圍最好還有一些交疊的覆蓋區，以免通話中斷。因此，圖10A-10B和圖11-12中說明的本發明的方面包括將小區分成交疊範圍，最好是在切換過程中提供滯後以避免在範圍邊緣頻繁切換。
如圖10A和10B所示，可以使用與圖4A-4B中所說明的類似的幀和時隙定時，除了相應的上行鏈路幀結構之間減小的偏移之外。圖10A說明在BSS 300中的典型下行鏈路幀結構1010a以及第一和第二上行鏈路幀結構1020a、1030a。下行鏈路幀結構1010a以及上行鏈路幀結構1020a、1030a包括相應的幀系列F，每幀包括一系列時隙0-7。第一和第二上行鏈路幀結構1020a、1030a用在相應載頻上來接收來自各範圍、例如圖11中所示範圍B0和B1內的終端的傳輸。按時間間隔Toffset使第一與第二上行鏈路幀結構1020a、1030a之間產生時間偏移，此時間間隔(52位)是小於GSM系統中所用的6位定時提前值的最大定時提前量(64位)的量。
圖10B說明在範圍B0中的終端330中的典型下行鏈路幀結構1010b和典型上行鏈路幀結構1020b，與圖10A的下行鏈路和上行鏈路幀結構1010a、1020a相對應。範圍B0內的終端330將值在0到63位之間的定時提前量TA加至上行鏈路幀結構1020b，以便根據上行鏈路幀結構1020b在終端330中產生並發出的傳輸與上行鏈路幀結構1020a同步到達BSS 300。但是，為交疊區域內的特定終端選擇的已更新的定時提前值取決於該終端當前使用的載頻是哪一個。
圖11提供了範圍B0、B1、B2交疊的實例，為了12位定時提前值交疊，提供的交疊距離大約為6.6公裡。如果(Δd+δ)是大的小區內各範圍的距離，δ是交疊距離，則範圍Bi的範圍按下式得出Bi＝{i*Δd，(i+1)Δd+δ}其中Δd＝52Ts.C/2，δ＝12Ts.C/2。例如，範圍B0在0到(Δd+δ)公裡之間，範圍B1在Δd到(2Δd+δ)公裡之間。根據前面所述的實施例，定時提前量在0至63的範圍內。但是，在兩個範圍的交疊區中，可能會有兩種不同的定時提前值發送給終端，視終端的當前狀況而定。
圖12說明當終端330在交疊範圍之間移動時提供滯後的示範操作1200。在終端330處於第一範圍內時，BSS 300將第一定時信息發送到該終端330，該信息指示終端330將其傳輸定時為與第一幀系列同步到達BSS 300(方框1210)。BSS 300在第一載頻上接收來自終端330並與第一幀系列同步的傳輸(方框1220)。對終端330移動至第二交疊範圍的一部分中、特別是在第一範圍以外的第二範圍的部分中作出響應，BSS 300發送第二定時信息，指示終端330使其傳輸與第二幀系列同步，而第二幀系列與第一幀系列相比有時間偏移(方框1230)。BSS 300在第二載頻上接收來自終端330並與第二幀系列同步的傳輸(方框1240)。當終端330從第二範圍移動至位於第二範圍外的第一範圍的某一部分中時，BSS 300再次發送定時信息作為響應，指示終端330再次使其傳輸與第一幀系列同步(方框1250)。然後，BSS300接收來自終端330並與第一幀系列同步的傳輸(方框1260)。
對於圖10A-10B和圖11中說明的這個實施例，定時提前值TA(即發送至終端的值)可以按以下公式計算TA＝mod64(PD+n*12)用於範圍n。計算TA的示範操作1300如圖13中所示。初始來回傳播時延PDini例如根據RACH突發來確定(方框1310)。根據初始傳播時延PDini，BSS 300確定終端330位於哪個範圍Bn內(方框1320)。然後，BSS 300計算定時提前量TA並且將其傳送至終端330(方框1330)。隨後，BSS300確定更新的來回傳播時延PDnew(方框1340)。如果新的傳播時延值PDnew導致定時提前值上下滾動(rollover or rollunder)，表明已移動至新的範圍Bn，BSS 300更新範圍Bn(方框1350)，並使用更新的n來計算新的定時提前值TA(方框1360)。如果沒有上下滾動，BSS 300在計算新的定時提前值TA時將保留n不變(方框1360)。對於每個新的傳播時延值PDnew(方框1340)，BSS 300重複確定定時提前量的操作(方框1350和/或1360)。
當終端330在各範圍之間移動時，這種計算定時提前量的方法提供了滯後，有助於減少通話期間在載波(或在單個載波中各幀)之間切換的頻率。在圖10A-10B和圖11-13的示範實施例中，提供了4位的交疊(大約2.2公裡)。應該理解，所述操作的大量變型在本發明的範圍之內。例如，並不是這樣定義範圍，使得範圍的第一和第二邊界與最小定時提前值TA＝0和最大定時提前值TA＝63相符合，而是可以這樣設立範圍邊界，以便在達到最大與最小TA值的中間值時在交錯幀結構之間進行切換。圖14中示出此類邊界定義的一個實例，說明當定時提前值為TA＝4和TA＝60時、介於範圍Bn-1與Bn之間的切換點。應當理解，一般，諸如範圍交疊量和發生切換的定時提前值等參數可根據性能要求和系統容量來確定。
圖15-16說明本發明的又一方面，具體來說，說明一種示範技術，它使用擴展時隙RACH幀1540為終端提供接入並且在交錯業務信道幀1520、1530上為終端分配時隙。擴展範圍後的小區內的終端發送RACH突發，該突發被定時為落在第一載頻的「擴展」RACH時隙內，其中提供從時隙0和3開始的擴展時隙1541、1542是通過不將業務分配至「常規」時隙1和4。RACH時隙1541、1542經過擴展，可以接受來自擴展小區的較外側終端的更大的傳播時延。一旦接收到RACH突發，BSS 300會為終端指定具有交錯幀結構1520、1530的第一和第二載波其中之一上的時隙，如以上參照圖4A-4B所述，或者指定時分復用交錯幀的時隙，如參照圖8A-8B所述。
圖16說明根據本發明的這一方面的示範操作1600。BSS 300在擴展RACH時隙中接收RACH突發(方框1610)。根據RACH突發的定時，BSS 300確定終端330的傳播時延(方框1620)。根據傳播時延提示終端330是在第一範圍還是在第二範圍，BSS 300發送第一或第二定時信息，指示終端330將其傳輸定時為與第一幀系列或有時間偏移(可能在分開的載波上，或者復用在相同載波上)的第二幀系列同步到達(方框1630)。然後，BSS 300接收來自終端330並與適當的幀系列同步的傳輸(方框1640)。
在附圖和說明書中，已經公開了本發明的典型最佳實施例，儘管使用了具體的術語，但僅僅是在廣義和說明性意義上使用它們，而不是對以下權利要求書中陳述的本發明範圍作出限制。
權利要求
1.一種操作時分復用無線通信系統的方法，該方法包括以下步驟指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站；指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達基站，所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移；以及在所述基站接收來自所述第一組和第二組終端並與所述相應的第一和第二幀系列同步的傳輸。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第一組終端位於相對所述基站而言的第一範圍；以及所述第二組終端位於相對所述基站而言的第二範圍。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於指示第一組終端的所述步驟包括從所述基站發送第一定時信息的步驟，所述第一定時信息指示所述第一組中的終端將其傳輸定時為與所述第一幀系列同步地到達所述基站；以及指示第二組終端的所述步驟包括從所述基站發送第二定時信息的步驟，所述第二定時信息指示所述第二組中的終端將其傳輸定時為與所述第二幀系列同步地到達所述基站。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述接收步驟包括以下步驟在第一載頻上接收來自所述第一組的終端並與所述第一幀系列同步的傳輸；以及在第二載頻上接收來自所述第二組的終端並與所述第二幀系列同步的傳輸。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述接收步驟包括以下步驟在公用載頻上接收來自所述第一組的終端和來自所述第二組的終端、並且與所述第一和第二幀系列中相應的一個同步的傳輸，其中所述第一和第二幀系列被多路復用在所述公用載頻上。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於所述第一和第二幀系列中的每幀均包含至少一個時隙，並且所述第二幀系列中幀的開頭相對於所述第一幀系列的前一幀的結尾延遲了小於一個時隙的持續時間的時間間隔。
7.如權利要求4所述的方法，其特徵在於還包括以下步驟指示第三組終端將其傳輸定時為與第三幀系列同步地到達第二基站；以及指示第四組終端將其傳輸定時為與第四幀系列同步地到達第二基站，第四幀系列相對於第三幀系列有時間偏移。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於指示第四組終端的所述步驟之後有以下步驟在所述第二基站中、在公用載頻上接收來自所述第三組和第四組並分別與所述第三和第四幀系列同步的傳輸。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在指示第一組終端的所述步驟和指示第二組終端的所述步驟之前有以下步驟確定各終端與所述基站之間的相應的傳播時延；以及根據所述確定的傳播時延，將所述終端分類為第一組和第二組。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於確定相應的傳播時延的所述步驟包括以下步驟在所述基站上接收來自各終端的隨機接入突發；以及根據所述接收的隨機接入突發的定時，確定各終端相應的傳播時延。
11.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述第二範圍比所述第一範圍離所述基站更遠，而所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有延遲。
12.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
13.如權利要求3所述的方法，其特徵在於發送第一定時信息的所述步驟包含發送第一定時提前值的步驟；以及發送第二定時信息的所述步驟包含發送第二定時提前值的步驟。
14.一種在時分復用無線通信系統中操作基站的方法，該方法包括以下步驟當終端在第一範圍內時，向該終端發送第一定時信息，所述第一定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達所述基站；以及當終端在第二範圍內時，向該終端發送第二定時信息，所述第二定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達所述基站，所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於發送第一定時信息的所述步驟之後接著以下步驟在第一載頻上接收來自所述終端並與所述第一幀系列同步的傳輸；以及發送第二定時信息的所述步驟之後接著以下步驟在第二載頻上接收來自所述終端並與所述第二幀系列同步的傳輸。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於發送第一定時信息的所述步驟之後接著以下步驟在公用載頻上接收來自所述終端並與所述第一幀系列同步的傳輸；以及發送第二定時信息的所述步驟之後接著以下步驟在所述公用載頻上接收來自所述終端並與所述第二幀系列同步的傳輸。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於所述第一和第二幀系列中的每個幀均包含至少一個時隙，並且所述第二幀系列中幀的開頭相對於所述第一幀系列的前一幀的結尾延遲了小於一個時隙的持續時間的時間間隔。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於所述第二範圍比所述第一範圍距所述基站更遠，而所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有延遲。
19.如權利要求14所述的方法，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於包括以下步驟當所述終端在所述第一與第二範圍之間移動時，在指示所述終端將其傳輸與第一幀系列或第二幀系列其中之一同步的過程中提供滯後。
21.如權利要求19所述的方法，其特徵在於發送第二定時信息的所述步驟包含以下步驟響應所述終端從所述第一範圍移動至所述第二範圍在所述第一範圍之外的部分，發送所述第二定時信息；以及發送第二定時信息的所述步驟之後接著以下步驟響應所述終端從所述第二範圍移動至所述第一範圍在所述第二範圍之外的部分，發送所述第一定時信息，使得當所述終端在第一與第二範圍之間移動時提供滯後。
22.一種時分復用無線通信系統中的裝置，該裝置包括用於指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站的裝置；用於指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達基站的裝置，第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移；以及響應終端、用於在所述基站接收來自所述第一組和第二組終端並與相應的第一和第二幀系列同步的傳輸的裝置。
23.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於所述第一組終端位於相對基站而言的第一範圍；以及所述第二組終端位於相對基站而言的第二範圍。
24.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於用於指示第一組終端的所述裝置包括用於發送第一定時信息的裝置，該第一定時信息指示第一組的終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達所述基站；以及用於指示第二組終端的所述裝置包括用於發送第二定時信息的裝置，所述第二定時信息指示所述第二組的終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達所述基站。
25.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於所述接收裝置包括用於在基站中在第一載頻上接收來自所述第一組的終端、與所述第一幀系列同步的傳輸的裝置；以及用於在基站中在第二載頻上接收來自所述第二組的終端、與所述第二幀系列同步的傳輸的裝置。
26.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於所述接收裝置包括這樣的裝置，它用於在基站中在公用載頻上接收來自所述第一組的終端和來自所述第二組的終端、並且與所述第一和第二幀系列中相應的一個同步的傳輸，其中所述第一和第二幀系列被多路復用在公用載頻上。
27.如權利要求26所述的裝置，其特徵在於所述第一和第二幀系列的每一個幀均包含至少一個時隙，並且所述第二幀系列中幀的開頭相對於所述第一幀系列的前一幀的結尾延遲了小於一個時隙的持續時間的時間間隔。
28.如權利要求25所述的裝置，其特徵在於還包括用於指示第三組終端將其傳輸定時為與第三幀系列同步地到達第二基站的裝置；用於指示第四組終端將其傳輸定時為與第四幀系列同步地到達第二基站的裝置，第四幀系列相對於第三幀系列有時間偏移；用於在第二基站中、在公用載頻上接收來自第三組和第四組並且分別與第三和第四幀系列同步的傳輸的裝置。
29.如權利要求22所述的裝置，其特徵在於還包括用於確定各終端與基站之間各個傳播時延的裝置；以及用於根據所確定的傳播時延、將終端分類到第一組和第二組中的裝置。
30.如權利要求29所述的裝置，其特徵在於確定各個傳播時延的所述裝置包括用於在基站接收來自終端的隨機接入突發的裝置；以及響應所述用於接收隨機接入突發的裝置、用於根據所述接收的隨機接入突發的定時確定各終端的相應傳播時延的裝置。
31.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於所述第二範圍比所述第一範圍離所述基站更遠，而所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有延遲。
32.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
33.如權利要求23所述的裝置，其特徵在於發送第一定時信息的所述裝置包括發送第一定時提前值的裝置；以及發送第二定時信息的所述裝置包括發送第二定時提前值的裝置。
34.一種用於時分復用無線通信系統的基站，該基站包括用於當終端在相對基站而言的第一範圍中時、向該終端發送第一定時信息的裝置，所述第一定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站；以及用於當終端在第二範圍內時、向該終端發送第二定時信息的裝置，所述第二定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達基站，所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移。
35.如權利要求34所述的基站，其特徵在於還包括用於在第一載頻上接收來自終端並與第一幀系列同步的傳輸的裝置；以及用於在第二載頻上接收來自終端並與第二幀系列同步的傳輸的裝置。
36.如權利要求34所述的基站，其特徵在於它還包括用於在公用載頻上接收來自所述終端並與所述第一和第二幀系列其中之一同步的傳輸的裝置。
37.如權利要求36所述的基站，其特徵在於所述第一和第二幀系列中的每個幀均包含至少一個時隙，並且所述第二幀系列中幀的開頭相對於所述第一幀系列的前一幀的結尾延遲了小於一個時隙的持續時間的時間間隔。
38.如權利要求34所述的基站，其特徵在於所述第二範圍比所述第一範圍離所述基站更遠，以及所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有延遲。
39.如權利要求34所述的基站，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
40.如權利要求39所述的基站，其特徵在於當終端在第一與第二範圍之間移動時，發送第一定時信息的所述裝置與發送第二定時信息的所述裝置在指示終端將其傳輸與第一幀系列或第二幀系列其中之一同步時提供了滯後。
41.如權利要求39所述的基站，其特徵在於發送第二定時信息的所述裝置包括用於當終端從第一範圍移動至第二範圍在第一範圍以外的部分時、發送第二定時信息至終端作為響應的裝置；以及發送第一定時信息的所述裝置包括用於當終端從第二範圍移動至第一範圍在第二範圍以外的部分時、發送第一定時信息至終端作為響應的裝置。
42.一種無線通信裝置，它包括可用來發送第一定時信息和發送第二定時信息的基站，所述第一定時信息指示第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站，所述第二定時信息指示第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步到達基站，所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移，所述基站還可用來接收來自第一組和第二組終端並與相應的第一和第二幀系列同步的傳輸。
43.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述第一組終端位於相對基站而言的第一範圍；以及所述第二組終端位於相對基站而言的第二範圍。
44.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述基站包括接收機，可用來在基站中在第一載頻上接收來自第一組終端並與第一幀系列同步的傳輸，以及在基站中在第二載頻接收來自第二組終端並與第二幀系列同步的傳輸。
45.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述基站包括接收機，可用來在基站中在公用載頻上接收來自第一組終端和來自第二組終端、並且與第一和第二幀系列中相應的一個同步的傳輸，所述第一和第二幀系列多路復用在所述公用載頻上。
46.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述基站包括傳播時延確定器，可用於確定各終端與基站之間的相應傳播時延；以及定時信息確定器，它響應所述傳播時延確定器，並且可用來根據所述確定的傳播時延來確定第一和第二定時信息。
47.如權利要求46所述的裝置，其特徵在於所述基站還包括接收機，可用來接收來自終端的隨機接入突發，並且所述傳播時延確定器響應所述接收機，從而根據接收到的隨機接入突發的定時來確定各終端的相應傳播時延。
48.如權利要求43所述的裝置，其特徵在於所述第二範圍比所述第一範圍離所述基站更遠，以及所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有延遲。
49.如權利要求43所述的裝置，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
50.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述基站可用來根據所述終端屬於哪一組來向其發送定時提前值。
51.如權利要求42所述的裝置，其特徵在於所述基站可用來當終端在相對基站而言的第一範圍中時、向該終端發送第一定時信息，所述第一定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站；所述基站還可用來當終端在第二範圍中時、向該終端發送第二定時信息，所述第二定時信息指示該終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達基站，所述第二幀系列相對於所述第一幀系列有時間偏移。
52.如權利要求51所述的裝置，其特徵在於所述第一與第二範圍交疊。
53.如權利要求52所述的裝置，其特徵在於當所述終端在第一與第二範圍之間移動時，所述基站在指示該終端將其傳輸定時為與第一幀系列或第二幀系列其中之一同步時提供滯後。
54.如權利要求52所述的基站，其特徵在於當所述終端從第一範圍移動至第二範圍在第一範圍以外的部分時，所述基站發送第二定時信息作為響應；當所述終端從第二範圍移動至所述第一範圍在第二範圍以外的部分時，所述基站發送第一定時信息作為響應。
全文摘要
例如通過發送定時提前值,指示在距基站第一範圍的第一組終端將其傳輸定時為與第一幀系列同步地到達基站。指示在第二範圍的第二組終端將其傳輸定時為與第二幀系列同步地到達基站,第二幀系列相對於第一幀系列有時間偏移。在基站接收來自第一組和第二組終端並與相應的第一和第二幀系列同步的傳輸。分別來自第一組和第二組的傳輸可在相應分開的載頻上接收,也可在公用載頻上多路復用。按照另一方面,基站將第一定時信息發送至在第一範圍的終端,並將第二定時信息發送至在第二範圍的終端,第一與第二定時信息指示終端將其傳輸定時為與第一幀系列或有時間偏移的第二幀系列其中之一同步地到達基站。範圍可能交疊,當終端在第一與第二範圍之間移動時,可在指示終端將其傳輸與第一幀系列或第二幀系列同步時提供滯後。討論了相關的無線通信裝置。
文檔編號H04B7/26GK1378761SQ00814031
公開日2002年11月6日 申請日期2000年7月31日 優先權日1999年8月11日
發明者R·阿索坎, A·K·賴斯 申請人:艾利森公司