CN1119818A - 用于无线电通信网一个分区网孔的控制台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线电通信网的分区网孔、该分区网孔用的控制站以及在该网孔中分配无线电资源的方法。网孔构成了包括一个中心区(N)和若干个设置在该中心区(N)周围的扇区(S1，…，S4)的第一系统，由构成第二系统的发射装置确保对该网孔的覆盖，第一和第二系统一一对应地进行配合。每个扇区都包括一个中间区(C1，…，C4)，在两个相邻扇区(S1，S2)的中间区之间至少有一个分隔区(AR1，AV2)，控制站有一个能把同一无线电资源分配到这两个相邻扇形区(S1，S2)的中间区(C1，C2)的分配装置。

Description

用于无线通信网一个分区网孔的控制站

本发明涉及一种用于无线通信网一个分区网孔的控制站。

在网孔通信网中，将其服务的区域划分成网孔。这种网络的好处是，只要两个不同的网孔不是相邻的，就可以在这两个网孔中复用同一无线电资源。

但是在一给定的网孔中，希望把完成一定通信量所必需的无线电资源的数量减到最少。一种相似的方法是把传统网络(没有复用无线电资源)转变成蜂窝网，这可使分配到该蜂窝的无线电资源在此蜂窝内的小蜂窝复用。因此就应当把该网孔细分成若干区域，以使同一无线电资源不在相邻的两个区域内复用，同时要时刻避免彼此间的相互干扰。

法国专利申请FR 2230126中描述了一种频分多址(AMRF)的解决方案。该方案在于把圆形网孔分成一个盘状网孔和一个环状网孔，盘的中心和圆形网孔的中心相同，环的内半径等于盘的半径，而外半径等于圆形网孔的半径。再把该环重新分成若干个由网孔半径划分的大小相等的扇形区。我们将把网孔中的这个圆盘称为中心区。

分配无线电资源，在这种情况下就是频率的规则如下。把无线电资源分成三组，以使任一无线电资源只属于唯一的一个组。扇形区为偶数，并将它们连续地编号，使(r－1)行和(r＋1)行的扇形区把r行的扇形区夹在中间。这样就把第一组频率分配给中心区，第二组频率分配给单数行的扇形区，第三组频率分给双数行的扇形区。这样就保证了网孔中没有相互干扰。

显然，为了复用同一无线电资源n次(在n个扇形区中)，就必须设计有2n个扇形区，因而在一个扇形区中发送信息所必须的设备数量，特别是发射装置数量就必须成倍增加。

我们还知道专利申请WO 93/10601所描述的一种网孔，它包括复盖整个蜂窝的第一种型式区。当同一无线电资源必须用在两个相邻的扇区中时，如果此无线电资源在这两个扇区的边界就会出现问题。所以在这两个扇区之间就有一个分隔区，一般地说，所有第一种形式扇都有这种分隔区。事实上，这些分隔区决定了第一种型式和第二种型式的差别。

但是，属于第一或第二种型式区的每个扇区都有自己的发射装置。由此看来，这基本上是上述文献所提出的方法的再现。

本发明也涉及分成区域的蜂窝、它是一个用于这种分区网孔的控制台和在该网孔中对无线电资源进行分配的方法，这种方法尤其可以减少复用给定的无线电资源所需要的设备数量。

为此，根据本发明，分区网孔构成了第一系统，它包括一个中心区和若干个位于中心区周围的扇区，构成第二系统的发射装置确保了对该网孔的复盖，第一和第二系统一一对应地进行配合。每个扇区都包括一个中间部位、至少一个分隔区，它是在两个相邻扇形区的中间部位之间划定的，控制站有一个能够把同一无线电资源分配到这两个相邻扇形区中间部位的分配装置。

这样，在采取了某些措施以后就可以在相邻两个扇区中复用同一无线电资源，因此同一无线电资源复用的次数等于扇形区数。

更有利地，网孔的两个分隔区分别位于对应扇区的两边，该分配装置能把同一无线电资源分配给这两个区。

由此得到一个可以在其上面能复用无线电资源的面积，该面积对应于整个环形的面积。

此外，该分配装置用于把不同的无线电资源分配到分隔区和邻接分隔区的各中间部位。

这样就确保了将干扰程度降低到可接受的范围内。

另一方面，该控制站有一个信号设备，它用以把相同的信号资源分配到一个扇区中和一个由该区的延伸部所确定的中心区内。

此外，该控制站还有一个与该信号设备相配合的定位装置，它用来根据端点所用的信号资源来测算该端点的径向位置，以便确定该端点是否在该扇区中或是在中心区内。

另外，在该扇区中端点被编目，该扇形区或有一个前边缘或者一个后边缘，或前边缘和后边缘，定位装置还用来对该端点的角位置进行测算，以便确定该端点是否在前边缘中、中间部位或是在该扇形区的后边缘中。

为此，扇区的发射装置有一个波束适宜的和可定向的天线阵，该天线阵位于此网孔的中部，控制站装有用于控制该发射装置的控制设备，以使：

—或者波束具有一个相对于扇区角较大的角度以便传送信号资源，这样就可以测定端点的位置。

—或者波束有一个狭角，以便把传送的通信资源送到两个边缘中的一个边缘内或中间部位。

本发明还将尤其适用在按时分多址运作的数字式蜂窝无线通信网络中，在该时分多址中把不同的信号资源分送到每个扇区中。

本发明还提供了一种在无线通信网中一个蜂窝中分配无线电资源的方法，该网孔由周围围着几个扇形区的中心区组成，该中心区和所有的扇区都与各自的发射装置相配合，每个扇区都有一个中心、至少两个分别位于对应扇区两边的分隔区，该方法在于：

—如果没有在任何一个扇区中使用无线电资源，则该无线电资源归于中心区；

—如果资源已用于由中心区和两个与对应扇区中心相邻的分隔区构成的第一干扰区之外，则该资源归于该对应扇形区的中间部位；和

—如果资源已用于由中心区和两个与一分隔区相邻的中心形成的第二干扰区之外，则该资源归于该分隔区。

现在将结合附图对作为例子而给出的一个实施例进行描述，从而使本发明得到更清楚的了解，其中

—图1：本发明的分区网孔，

—图2：实施本发明的天线阵。

两附图中的所有部分均有唯一的和相同的编号。

此实施例将与蜂窝式无线通信网联系起来而加以介绍，该网络按照时分多址(AMRT)运作，这主要是所谓的GSM网或类似的网。在这些网中，网孔一词的概念是很明确的，也就是说将一个地域细分成若干个网孔，同一资源不能同时用于两个相邻的网孔中。

根据本发明，网孔一词只是指网复盖的面，它与该网孔的周围环境无关，也就是说，该网孔的周围可有另外的网孔，也可以没有另外的网孔。事实上，网孔以其使用的资源为特点。

另一方面，分时多址网要求有一些载波频率，每个载波频率被分解成一些连续时帧。一个时帧本身又被分解成若干连续的时间间隔。这样，一个资源就对应于某一特别载波的一个时间间隔。如果是跳频，那么一个资源就对应一个依时间而定的载波所在的频带的时间间隔。本发明通常适用于跳频或不非跳频网。它们的应用与资源的形式无关。例如AMRF系统。

本发明的分区网孔示于图1中，该网孔为简单而大体成一圆形。当然它也可适用于蜂窝网中公知的六角结构。

因而该网孔包括一个呈内盘状的中心区N，它与该网孔同心。此网孔还有一个外围圆环区，环的内半径等于中心区的半径，而其外半径等于网孔的半径。

如图所示该圆环细分成我们称之为扇区的相等的四部分。这些扇区由网孔的两条成90°角的轴线X＇X，Y＇Y所限定。

这样，图1中的水平和垂直轴线就限定出了四个象限区，第一象限位于右上方，第二位于左上方，第三位于左下方，第四位于右下方。

位于第一象限的第一扇区S1有一个由第一和第四象限的公共轴线及靠近该轴线的第一象限中网孔半径所限定的前边缘AV1。该第一扇区还有一个由第一和第二象限的公共轴线及靠近该轴线的第一象限中的网孔半径所限定的后边缘AR1。而且该第一扇区还有位于前边缘AV1和后边缘AR1之间的中间区C1。

这里第二、第三和第四扇区S2、S3和S4的形状都与第一扇区S1的形状相同，所以它们各自都是由中间部位C2，C3，C4的前边缘AV2，AV3，AV4和后边缘AR2，AR3，AR4构成的。

这些扇形区的大小根据技术准则确定，以便避免所有的干扰风险。这样，两个相邻边缘，例如第一扇形区的后边缘AR1和第二扇形区的前边缘AV2的大小适于把两个相邻中间区之间的相互干扰率减少到可以接受的程度，这儿的两个相邻中间区指的是第一扇形区的中间区C1和第二扇形区的中间区C2。

最好采用如图2所示的位于中心区N中间的天线系统完成该网孔的运作。

先用一个全方位天线QN，并且每个象限都配有天线阵Q1，Q2，Q3，Q4。用于第一个扇形区的第一天线阵Q1为本领域普通技术人员所熟知的波束适宜的和可定向的天线阵。

波束适合，也就是说能够改变波束开角，当然最大角Q_M基本上对应于象限的角度，并且最小角Qm基本上对应于边缘AV1，AR1的角度。此外，波束是可定向的使得它能够或复盖住整个第一象限，或是复盖两个边缘AV1，AR1中的一个边缘，或是复盖中间区C1。应该指出的是，中间部位C1可以被角度为(Q_M—2Qm)的波束全部复盖，也可以通过小角度波束的扫描方式全部复盖。

在某些情况下，零定向角天线可以用，以便防止中心区和扇形区之间的相互干扰。但这种天线并不是解决上述问题的常用办法。

尽管合适的和可定向的波束天线阵是一个优选的实施方案，但须注意，用其它设备也可以获得相同的结果。

例如，如果Q_M为t倍的Qm，可替换的解决方案在于：设置t个角度为Qm的单向天线，用以复盖整个象限区。还可以为每个边缘AV1，AR1各提供一个角度为Qm的定向天线，并为中间部位C1提供一个角度为(Q_M—Qm)的单向天线。给出各种不同的可能构形后，为更一般地起见，我们考虑一种能在一个象限或中心区作用的发射装置。

分别用于第二、三和第四象限区的第二、第三和第四天线阵Q2，Q3和Q4采用与第一象限区中的第一天线阵Q1相同的方法设置到这些象限区中。所以此处不再详述。

现在将参照GSM系统描述网孔的运行情况。我们将把进行传送所需要的信号资源和用于完成所述传送而设计的通信业务资源区别开来。

为网孔设计的控制站可以确保对全向(全方位)天线QN、四个天线阵Q1，Q2，Q3，Q4和所配合的设备进行控制。

一个象限区中的信号由相应的天线阵得到保证，例如第一象限区的信号由第一天线阵Q1来保证。我们记得，该象限区包括扇形区S1以及与该区相邻并由构成该象限区的两个半轴线所确定的中心区N的部分P1。

中心区内的通信由全向天线QN来保证，而每个扇形区中的业务由相应的天线阵得到保证。

现在假设端点处在第一象限区中。

控制站有一个用以确定此端点是否处在中心区的部位P1、前边缘AV1、中间部位C1或是后边缘AR1中的位置测定装置。这个与第一象限区天线阵Q1耦连的位置测定装置首先能测算出端点到网孔中心的距离。

一种适用于GSM的简单设备在于使用已经为系统所用的信号信息。事实上发射到目的端点的信号中包括一个时基前移(英语为“Timing Advance”)的信息，该信息由该端点发送。此时基前移直接与该端点的距离相关，因为它基本上代表了控制站发射的第一信号，传送到端点，端点处理，端点发送第一信号收到的第二信号，传送到第一天线阵Q1和控制站收到所必须的时间。

所以，当该时基前移大于预定的临界值时，端点处于第一扇形区S1，而在相反的情况下，端点处于相对该扇形区的中心区P1部位中。作为说明，根据现有技术的限制，可以把中心区N的最小半径限定在300米左右。

另一种设备用以测量端点发射信号的衰减情况，当得知发射功率并测量到天线阵上接收到的功率时，就可以测出该信号衰减。不论测算该距离所用的设备如何，本发明通常都是适用的。

如果端点处于第一扇形区S1中，还必须确定它是在该区的前边缘AV1中、还是在中间区C1或是在后边缘AR1中。为此，定位装置有测量端点角度的设备。该设备对第一天线阵Q1所接收到的来自端点的信号进行分析，以便测算该信号的入射角。这属于本领域普通技术人员的公知技术，所以不再详细说明。

显然，可以用相同的方法在各扇形区中进行位置测定。

现在开始对通信资源的分配问题进行说明。

第一个解决方案是进行静态分配，也就是说准备有三组资源，每一组资源属于一个组，而且只属于一个组。第一组用于中心区，第二组用于中间区，而第三组用于边缘。在此情况下，当涉及的是把一个资源分配给端点时，就只需在对应于该端点位置的组中选择一个可自由使用的资源。我们清楚地知道，对于资源利用来讲，该第一方案显然不是最佳的。

第二方案是把资源分成二组，第一组用于中心区，第二组用于所有的扇形区。在此情况下，对于中心区来讲，只要如上述那样，在第一组中选择一个可自由使用的资源就行了。对于第一扇形区的中间区C1来讲，必须选择第二组的一个资源，而该资源未被用于干扰区中，干扰区包括该扇形区S1的前边缘AV1，前一个扇形区S4的后边缘AR4，第一扇形区的后边缘AR1和下一个扇形区S2的前边缘AV2。在由第一扇形区后边缘AR1和第二扇形区前边缘AV2组成的两个成对的边缘中的一个边缘中，必须选择一个没用于干扰区的第二组资源，该干扰区包括第一和第二扇形区的中间区C1，C2和成对的另一个边缘。我们很容易把此方法推广到全部扇区。

第三个更好的方案在于对资源进行整体动态分配。例如可以设计一个表格，表格的行对应于资源，列对应于该网孔的各个部分，即一个是中心区，一个是各对相邻边缘，还有一个是每个中间区。当第i个资源用于第j个部分中时，一个指示器就定位在表格的i行和j列的交叉位置。定位方法如下。

在中心区内，如果资源是可自由使用的，即如果它并未用于网孔的任一部分中，则可以对其进行分配。

在中间区CK中，如果一个资源既没有用于该中间区中，也没有用于中心区N内，也没有用于前面的一对边缘ARK－1，AVK中，而且也没有用于后面的一对边缘ARK，AVK＋1中，即使它在别处被用于网孔中，也可以对其进行分配。

在相邻一对边缘ARK，AVK＋1中，如果一个资源既没有用于该对边缘ARK，AVK＋1中，也没有用于中心区N中，也没有用于上一个中间区CK中，而且也没有用于下一个中心CK＋1中时，就可以对其进行分配。

当资源的分配状况被显示出以后，重要的是当端点跃过该网孔任何两个部分之间的边界时，对可能出现的问题进行处理。

当该端点离开中心区而进入某一个扇区时，相应地应当改变与该端点相连的发射装置。作为选择，可以保留相同的资源，也可以根据上述规则分配不同的资源。

当该端点离开扇区前边缘AV1而进入该区的中间区C1时，如果同一资源并未用于包括该区后边缘AR1的一对边缘AR1，AV1中时，只能保留该资源。反之，必须按照上述规则改变资源。此外，在任何情况下，都可以决定改变资源。

当该端点离开扇区后边缘AR1而进入该区的中间区C1时，如果同一资源并未用于包括该区前边缘AV1的一对边缘AR4，AV1中时，就只能保留相同的资源。反之，必须按照上述规则改变资源。此外，能够在任何情况下决定改变资源。

当该端点离开边缘AR1而进入相邻边缘AV2中时，就应当相应地改变与该端点相联系的发射装置。作为选择，可以保留相同的资源，也可以遵循上述规则分配不同的资源。

当该端点离开扇形区的中间区而进入一个边缘中时，如果同一资源并未用于与该边缘相邻的扇区中间区内时，就只能保留相同的资源。反之，必须按照上述规则改变资源。此外，在任何情况下，都可以决定改变资源。

当该端点为进入中心区而离开扇区时，就应当相应地改变与该端点相联系的发射装置。作为选择，可以保留相同的资源。或者按照上述规则分配不同的资源。

毫无疑问，每天对每次资源状态的变化重新安排分配表，这种变化可是所述资源成为空闲的，它在蜂窝中位置的改变或重新分配。

可以看到，该方案对于资源分配来讲灵活性最大。同样它可以使一个位于网孔中的端点资源变化次数减到最小。这就是本发明的一个好处，因为这种称为蜂窝内“交接”过程对于网来讲是不利的。

结合附图描述的实施方案是仅作为例子给出的。当然本发明还适于别的情况。

首先，如果在另一些扇区中人们喜欢保留另一种运行方式，则可以仅仅在相邻的两个扇形区内实施本发明。

第二，不论有多少扇区(至少两个)或是它们的尺度有多大，这都与本发明无关。一个扇区以及它的中间部位的大小可以是任意的，只要遵守上述规则就行。

第三，本发明与所选用的信号类型无关。为了演示发明的应用才选择了GSM网，该GSM网对信号资源的分配采取了强制措施。

最后一点是，它适于重新对各个扇区进行细分。为了对称起见，并考虑到描述的简练性，我们才选择了把每个扇区分成前边缘，中间部位和后边缘，两个边缘的大小基本相等。

但本领域的普通技术人员可以清楚地看到，可以对边缘的大小进行改变，条件是相邻的一对边缘对于与这对边缘相邻的两个中间部位之间可能出现的干扰来讲应该有足够的大小。例如当考虑的是由第一扇区S1后边缘AR1和第二扇区S2前边缘AV2构成的一对边缘时，就可以把所述后边缘AR1减小直到将其取消，但条件是要相应地增大所述前边缘AV2。事实上，相邻一对边缘确定了一个分隔区，该分隔区应当包括把这些边缘包含在内的两个扇区之间的分隔界限，该分隔界限可以在分隔面的内部或外部。

同样可以这样考虑：如果一个扇区的两个相邻的扇区的每个都有一个和该扇区相邻的边缘，则该扇区就根本没有边缘。例如，可以把第一扇区S1的前边缘AV1和后边缘AR1去掉，而保留第二扇区S2的前边缘AV2和第四扇形区S4的后边缘AR4，并适当地调整这些边缘的尺寸。

为简述起见，实施本发明主要在于下面两个规则：

一当端点从中心区移向一个扇区，从一个扇区移向中心区或从一个扇区移向另一个扇区时，就改变发射装置；

一不分配，也不保留那些已连端点所处区域及端点要移向的区域相邻的区域中已使用的资源。

Claims (9)

1.一种无线通信网分区网孔用的控制站，所述网孔构成了包括一个中心区(N)和若干个绕此中心区(N)设置的扇区(S1，…，S4)的第一系统，由构成第二系统的发射装置确保对该网孔的复盖，所述第一和第二系统一一对应地进行配合，其特征在于：每个扇区包括一个中间区(C1，…，C4)，在两个相邻扇区(S1，S2)的中间部位当中至少有一个分隔区(AR1，AV1)，该控制站有一个能把同一无线电资源分配到所述相邻扇形区(S1，S2)中间区(C1，C2)的分配装置。

2.根据权利要求1所述的控制站，其特征在于：所述网孔包括两个从对应扇区(S1)的中间区(C1)两边分开的中间隔离区(AR4—AV1，AR1—AV2)，所述分配装置能把同一无线电资源分配到这两个区中。

3.根据权利要求1或2所述的控制站，其特征在于：所述分配装置用于把不同的无线电资源分配到一个分隔区(AR1—AV2)和与这些分隔区相靠近的中间区(C1，C2)。

4.根据权利要求1—3所述的控制站，其特征在于，它包括一个信号设备，用以把相同的信号资源分配到一个扇区(S1)和一个由该扇区的延伸部位所确定的中心区(N)内的部位(P1)中。

5.根据权利要求4所述的控制站，其特征在于，它包括一个与所述信号设备配合的定位装置，它用来根据端点所用的信号资源来测算该端点的径向位置，以便确定该端点是否处在所说扇区(S1)中或是处在所述中心区(N)的部位(P1)中。

6.根据权利要求5所述的控制站，其特征在于：在所述扇区(S1)中将所述端点编目，该扇区或者包括有一个前边缘(AV1)或包括一个后边缘(AR1)，或者包括既有前边缘(AV1)又有后边缘(AR1)，所述定位装置还用以对该端点的角位置进行测算，以便确定该端点是否处在该区S1的前边缘(AV1)中、在中间部位(C1)中或是处在其后边缘(AR1)中。

7.根据权利要求6所述的控制站，其特征在于：扇区(S1)的发射装置有一个波束适宜又可定向的天线阵，该天线阵位于该网孔的中部，控制站还有一个用以控制所述发射装置的控制装置，以使：

—或者所述波束有一个相对于所述扇区(S1)角较大的角度，用以传送信号资源，这就可以测定端点的位置，

—或者所述波束有一个狭角，以便把通信资源发送到两个边缘(AV1，AR1)中的一个边缘内或者送入中间区(C1)。

8.根据权利要求1—7所述的控制台，其在数字式蜂窝无线通信网中的应用，该网是根据时分多址运行的，其中把不同的信号资源分配给各个扇形区。

9.在无线蜂窝通信网中分配无线电资源的方法，所述网孔由一个被若干扇形区(S1，…，S4)围绕着的中心区(N)所组成，所述中心区和所有上述扇区均与各自的发射装置相配合，其特征在于：每个扇区都有一个中间区(C1，…，C4)，和至少两个彼此从对应扇形区(S1)的中间区(C1)分开的分隔区(AR4—AV1，AR1—AV2)，

—如果没有在任何一个所述扇区(S1，…，S4)中使用资源，则该资源归于中心区(N)，

—如果资源已用于由所述中心区(N)和两个与所述中间部位(C1)相邻的分隔区(AR4—AV1，AR1—AV2)所构成的第一干扰区之外，则该资源归于所述对应扇区(S1)的中间区(C1)，并且

—如果一个资源已用于由所述中心区(N)和两个与所述分隔区(AR1—AV2)相邻的中间区(C1，C2)所构成的第二干扰区之外，则该资源归于所述中间隔离区(AR1—AV2)。