一种用于改善蜂窝无线系统中连接质量的方法以及基站

摘要

本发明涉及一种基站和一种改善蜂窝无线系统连接质量的方法。该系统每个小区至少包括一个基站(BS)，它与其覆盖范围内的用户终端设备(MS)通信并至少用一个载波频率发射信号；在该系统中，每个频率上发射的信号被按照时分原理分成由几个时隙组成的帧结构，基站将有关自身的信息传送给用户终端设备。为了改善基站与用户终端设备之间的连接质量，用来将信号发往基站的终端设备的天线根据时分原理按这样一种方式进行更换；基站每次用一个天线发射一段预定的时间，然后更换所用天线。

说明书

本发明涉及一种用于改善蜂窝无线系统中连接质量的方法。该系统每个小区中至少有一个基站，它与位于其覆盖范围内的用户终端设备进行通信并至少用一个载波频率发送信号，在该系统中，每个频率上发射的信号被按照时分原理分成一个由几个时隙组成的帧结构，基站将自身的有关信息传输给用户终端设备。

在蜂窝无线系统中，用户的语音或数据信息通过业务信道在基站和用户终端设备间传输。另外，在用户终端设备和基站之间还需要一些控制消息和系统信息。为了传输这类信息，需要有专门的控制信道。在GSM系统中，例如，BCCH信道就是用来从基站向终端设备传送呼叫建立信息的。

在蜂窝无线系统中，基站与用户终端设备之间无线信道的质量随空间和时间的不同而不同。由基站天线产生的场并不是随距离而均匀地衰减，即使在离天线距离相等的情况下，场强也随所在地点的不同而不同。这些变化是由于发射和接收天线不总在直线视觉范围内，而是在视线中有由地形或建筑物引起的障碍物。这种环境因而对所传信号造成衰落和反射，用户终端设备所接收的信号通常是沿几条不同路径传播的信号的总和。所以场强随位置变化有可能非常大。

在目前的蜂窝无线系统中，当连接质量突然恶化时，场强的局部衰落(local fades)会导致通话中断以及使呼叫建立失败，这种现象能占到总话务的5-10％。

在蜂窝无线系统的网络规划中，为了能使通话中断和呼叫建立问题减至最少，必须考虑场强随位置的变化。按照现有技术，解决方法是如果某小区中有衰落区，则增加该小区的发射功率，或者在有问题的区域增加发射机的数目。最常见的是为了在衰落区域得到满意的场强，小区的发射功率增加到超过了正常区域所需的功率。然而，这样却导致在理想的区域场强过强以及频率重复使用极其复杂，结果是系统的总容量下降。

一种避免衰落的方法是在系统中使用跳频，不同的时隙按照预定的序列在不同的频率上发射。然而，实现跳频成本很高，另外，它并不能在任何情况下都能使用，比如在GSM系统中传输BCCH信息的频率上。

因而本发明的目标是在没有上面提及的缺点和昂贵的费用条件下，在衰落区域得到更好的连接质量。

这是通过导言中描述的方法来实现的，其特征在于：基站根据时分原理按以下这样一种方式对用来将信号发往终端设备的天线进行更换，基站每次用一个天线发射一段预定的时间，然后更换所用天线。

此发明进一步涉及一种用于蜂窝无线系统中的基站。该系统每个小区内至少有一个基站，它与位于其覆盖范围内的用户终端设备进行通信并至少用一个载波频率发送信号。在该系统中，每个频点上发射的信号被按照时分原理分成一个由几个时隙组成的帧结构，基站将自身的有关信息发送给用户终端设备。本发明的基站特征在于：基站包含一种装置，它根据时分原理对被基站用来将信号发往终端设备的天线按以下这样一种方式进行更换，传输信号每次在一个天线上发射一段预定的时间，然后更换所用天线。

本发明的方法基于位于不同位置的天线产生不同的场这样一个事实，即场强的最小值不会在同一位置产生，这是因为从位于不同位置的天线发出的信号不会沿同一条路径传播。本发明的方法与传统的天线分集法不同，前者在每一时刻，信号只从一个天线发送出去。在某给定时刻被使用的天线将在预定时刻被更换。根据本发明的优选实施方式，在每个天线上发射一个完整的帧，然后更换天线。将本发明应用到GSM系统中传输BCCH信号的频率上时尤其有用。按照本发明的第二个实施方案，天线在每一时隙都进行更换。

下面，参照附图中的例子详述本发明，其中：

图1是一个能应用本发明的方法的蜂窝无线系统。

图2说明了GSM系统中TDMA的帧结构。

图3用框图说明了本发明的基站结构。

图1示出了一个能应用本发明的方法的蜂窝无线系统。该系统每个小区内至少包括一个基站BS，它与位于其覆盖范围内的用户终端设备MS进行通信。语音和数据业务通过业务信道处理，而控制信息通过控制信道传输。本发明的方法能适用于任何采用时分多址TDMA法的蜂窝无线系统。下面，将按应用于GSM系统中的情形来描述本发明，但本发明并不限于此。

在GSM系统中，一个TDMA帧包括8个时隙。帧的结构见图2。帧的时隙依次编号为1到7。在一个小区内可使用几个载波频率。一个GSM小区总是使用这样一个载波频率，它的TDMA帧的第一个时隙(该时隙编号为0)被用来传输呼叫建立信息，即是从基站到用户终端设备的BCCH信道。同时基站也利用这同一时隙来应答由终端设备发出的呼叫建立信号。在空闲模式下，终端设备监视BCCH信道。它们必须一直知道传送BCCH信号的频率。相应地，BCCH的载波频率没有跳频。

本发明的方法使用了二个或更多天线，它们与基站的发射机相连。待发射的信号每次只在一个天线上发射，而所用天线则随机地或按一预定次序进行更换。因此终端设备所接收到的场强也随着发射天线的变化而变化，从而使终端设备一直处于衰落区的概率大大减小。这是基于如下事实：因为位于不同位置的天线发射的信号沿不同的路径到达终端设备，它们以不同的方式衰减。如果从一个天线发出的信号到达时有衰落，可能从另一个天线发出的信号却没有衰落。用于蜂窝无线系统中的纠错方法，如交织和编码能校正接收到的信号中可能出现的丢失或低质量的帧，只要不是很多这类错帧连续到达。

在本发明的优选实施方案中，这种方法应用于在第一时隙传输BCCH信号的载波频率上。根据这种方法，基站用同一天线发射一帧，然后更换发射天线发射下一帧所需的时间。因此提高了呼叫建立信号的成功接收。按照误比特率来测量，在典型城市环境和慢移动终端设备情况下，终端接收到的信号在使用2个天线时改善了3dBc，在使用3个天线时改善了5dBc。

在本发明的第二实施方案中，天线按时隙更换，即在每一时隙，天线随机或按一次序进行更换，使得连续帧中相同时隙通过不同的天线发射出去。在这种情况下，天线按连接特性进行更换，在选定基站或终端设备的发射天线时，可利用用户终端设备与基站之间的连接质量测量结果。通过几个天线接收从用户终端设备发来的信号的基站能检测出用每个天线接收到的信号质量，并且依据这个信息来选择发射天线。

在本发明的第二种实施方案中，利用了由用户终端设备进行的质量测量。终端设备持续向基站报告连接质量的信息，基站便能使用使连接质量相对较好的天线。实际上，这种方法能运用于有两个天线的情形，例如按这样一种方式实现：基站用第一个天线连续发射三个时隙的时间，再用第二个天线发射三个时隙时间，然后接收由终端设备报告的连接质量测量结果。在此信息基础上，基站判断哪个天线提供较好的连接质量并在以后通过诸如用较好天线连续发射四个时隙而用较差天线发射两个时隙的方式来着重用这个天线，直到测量结果显示需更换着重使用的天线为止。通过这类依连接特性而定的用法，在每个业务信道中连接质量能得到4-6dBc的改善。

本发明的基站结构在图3中用框图形式加以说明。本发明的基站包括产生基带信号的装置30，其输出信号被加到调制装置31，载频信号从这里被送到输出放大器32。本发明的基站进一步包括装置33，通过它能从可用的天线34a-34c中选出各时刻所用的天线。本发明的基站包括不止一个天线。天线的数量并不受限，天线越多，性能越好。基站还包括装置35，通过它能控制上述部件。装置35还按这样一种方式控制切换装置33：在每一时刻，让所期望的一个天线发射信号。切换装置33与待发送的信号的帧结构同步。切换装置还可放在输出放大器32之前。本发明的基站还可包括一个以上的基带和调制装置，它们的信号在输出放大器32之前被合成。

自然，实用中的基站还包括其它部件，比如滤波器和转换器。但由于它们对本发明而言不是基本的，所以为简单起见而没有在图中画出。

即使以上参照附并图中的例子对本发明加以描述，但显然本发明并不限于此，而可以在所附权利要求书中公开的发明原理范围内进行多种多样的修改。