专利名称：使用交错上行链路帧结构来扩展基站覆盖范围的装置和方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统和方法，更具体地说，涉及用来增加无线通信系统的范围的装置和方法。
图1说明一种典型地面蜂窝通信系统20。蜂窝系统20可包括一个或一个以上的与多个小区通信的终端22，而这些小区则由基站26和移动电话交换局(MTSO)28提供服务。尽管图1中仅示出三个小区24，但典型的蜂窝网络实际上可包括数百个小区，可包括不止一个MTSO，并且可为成千上万的终端提供服务。
小区24在通信系统20中通常作为节点，从这些小区中，通过为小区24服务的基站26，在终端22与MTSO 28之间建立链接。每个小区24都有分配给它的一个或多个专用控制信道以及一个或多个业务信道。控制信道是专用来发送小区标识和寻呼信息的信道。业务信道载送语音和数据信息。通过蜂窝网20，可以在两终端22之间建立双工无线通信链路，或者通过公共交换电话网(PSTN)34在终端22与固定电话用户32之间建立双工无线通信链路。基站26的功能是处理小区24与终端22之间的无线通信。在此功能中，基站26作为数据和语音信号的中继站。
本领域的技术人员会理解，“小区”可具有除图1所示的全向小区24之外的其它结构。例如，基站26所服务的抽象表示为六角形区域的覆盖区，实际上可以细分为三个分区，这些分区使用安装在基站26上的单独定向天线，而各分区天线具有向三个不同方向伸展的辐射图。这些分区中的每个分区本身可被视为一个“小区”。正如本领域的技术人员会理解的，其它小区结构也是可能的，包括例如，重叠小区、微小区、微微小区等等。
在时分复用通信系统中，小区大小一般受到传播时延对不同位置的终端的传输的到达与基站收发信机所用的时隙帧结构之间同步的影响的限制。为了使来自小区中终端的传输同步，基站终端一般向相应的终端发送相应的定时提前值(TA)。终端按照定时提前值将其传输提前发到基站，从而补偿终端与基站之间的传播时延。通常，定时提前值指示终端将其上行传输提前，使得基站所服务的所有终端发出的传输与公共接收帧结构同步地到达基站。
但是，在终端尝试接入某系统时，此类传播时延信息一般不可用。因此，传统的时分复用系统通常利用随机接入信道(RACH)接收来自这种非同步终端的接入请求突发，并且利用从接收的RACH突发得出的传播时延来为终端确定适当的定时提前量。一旦开机或切换至新基站，非同步终端就会搜索并接收基站发出的提供初始定时参考的控制信道。然后终端会在与控制信道定时参考相关的预定时间发送RACH突发，以便开始使用基站。一旦收到RACH突发，基站可以根据控制信道定时参考的发送与RACH突发的接收之间的延迟，确定来回时延。基站利用这个来回时延为终端确定适当的时间提前量。
RACH通常是一种时隙信道，这种信道被设计成容许RACH突发定时的重大变化。每个RACH时隙一般包含大量的“保护时间”，使得相邻时隙中的RACH突发重迭的可能性减小。所提供的保护时间量一般限制了最大的小区规模，因为保护时间量决定了基站可接收的RACH突发的最大延迟变化。
例如，在符合GSM建议的系统中，小区大小一般受以下因素限制(1)设置在时隙中的分配给RACH逻辑信道用于随机接入突发的保护位数(68.25)；(2)在慢速随路控制信道(SACCH)中、分配给定时提前消息字段的位数(6)；以及(3)在以半双工模式工作的终端中接收与发送突发之间所需的合成器切换时间。终端用RACH突发例如在切换或初始接入时获得接入权，并且RACH突发一般具有相对较长的保护周期(68.25位或252微秒)。若使用8.25位保护时间，则时隙中剩余60.0位的周期(221.5微秒)可用于来回时间估算。终端与基站之间的来回时延应该在221.5微秒以内；否则，RACH突发可能与下一个时隙交叠和/或发生冲突。因而，最大221.5微秒的来回时延一般规定了33.2公里的最大小区半径。对于超过33.2公里跨距的小区，RACH突发可能会与下一个时隙突发发生冲突，从而使基站无法估算正确的来回时延并对RACH突发解码。
在GSM系统中，一旦在终端与基站之间建立连接，基站会不断测量其自身突发时间安排与从终端接收的突发之间的时间偏移。在这些测量结果的基础上，基站定期为终端提供6位定时提前值(TA)形式的时间提前信息，以每秒两次的频率在慢速随路控制信道(SACCH)上发送这些信息。基站在公用控制信道(CCCH)上估计随机接入信道(RACH)的来回时延，并使用这个估计的来回时延来确定要发送至终端的适当定时提前值。通常，基站发送的定时提前值对应于以位数周期表示的基站与终端之间的绝对延迟，使得6位定时提前值提供从0位周期到63位周期的提前范围，具有1位周期的分辨率。
参见图2A和2B，GSM中的上行链路帧通常相对于下行链路帧延迟3个时隙周期(GSM时隙的长度为577微秒，包含156.25个位周期)。一般为终端分配一对时隙，也就是说，在下行与上行载频的每一帧都有一个时隙。假设传播时延有某个上限，下行链路时隙与上行链路时隙之间的时间差使终端能采用简单的半双工模式的无线操作，其中终端在两个不同载频上的接收与发送之间切换。被分配最大63位的定时提前量并且以半双工模式工作的终端，一般有大约1.5个时隙用于频率合成器从接收到发送地切换。
如果没有延迟，则基站发送定时提前值TA＝0，而终端使用比其接收帧结构滞后468.75位(3个时隙周期)的发送帧结构向基站发送信号。在可由SACCH字段中的6位定时提前值TA来补偿的最大延迟下，基站发出定时提前TA＝63的指令，而终端使用比其接收帧结构滞后405.75位的发送帧结构来进行发送。在这种系统中，定时提前量的最大值为63位周期，终端与基站之间的来回时延被限制在233微秒，规定的最大半径为34.9公里。
如上所述，RACH突发所需的延长的保护时间、连同SACCH消息中的定时提前量字段的限制、以及终端合成器切换时间的限制，一般使GSM中的小区大小限制在大约35公里。在其他时分复用系统中，一般也存在类似的限制。虽然传统小区大小对于许多(若非大多数)应用来说可能是足够的，但是在许多应用中，更大的小区规模可能更有利。例如，在用户人口密度低的乡村地区，较大的小区可以减少覆盖该地区所需的基站数目，从而降低投资和运营成本。同样，对于又长又直的高速公路、以及大区域中的用户受到仅在一个方向上大大延伸的相对较小部分的限制的类似应用中，使用较大的小区可能有利。在实际地形限制可接受的基站数量的地区、例如海岸地区，较大的小区也可能是有益的。
扩大小区规模的一种提出的方法包括把用户的分配限制于接收帧结构的每隔一个时隙，以便未用到的时隙提供附加的保护时间来补偿增加的传播时延。遗憾的是，这种方法会明显减小系统容量。在距基站远的位置仅有相对较少数量的用户时，这种低效率会特别明显。
在GSM系统中扩大小区规模的另一种方法是向终端发送相对定时提前值而不是绝对定时提前值。按照该方法，基站发送的定时提前值被解释为增量或减量，终端根据它来增加或减少其定时提前量。例如应用于GSM系统时，SACCH消息中为TA值提供的6位，如果用于传输相对定时提前值，就大得足以支持大得多的小区规模。但是，对于采用半双工操作模式的终端，这种方案通常都会受到最小合成器切换时间的限制，即，终端的发送帧无法提前到终端有足够时间在接收与发送频率之间切换的程度。既使能够得到更快的合成器切换时间，终端的成本一般也会显著提高。另外，使用相对定时提前值仍然无法消除对RACH中设置的保护时间的限制，并且可能需要修改现有的空中接口标准和终端硬件。
本发明的另一个目的是提供可使用现有终端和空中接口扩大覆盖范围的无线通信装置和方法。
按照本发明，通过以下无线通信装置和方法达到这些及其他目的、特征和优点指示各组终端(例如在距某个基站各不相同的范围中的各组终端)将其传输定时、以便与相应时间偏移的帧结构同步地到达基站。来自各组终端的传输可在各自的上行载频上发送，并与各自时间偏移的帧序列同步。来自各组终端的传输也可在公用上行载频上发送，并且与时分复用在公用上行载频上的相应帧序列同步地被接收。按照本发明的另一方面，可定义交叠范围，使得当终端在覆盖范围之间移动时，可以提供帧结构之间切换上的滞后。
通过提供交错帧结构，本发明允许使用更大的小区规模。在基站可接收远处终端的传输信号，并且与相对于用来接收较近终端的传输的帧结构有延迟的帧结构同步，这避免了为较远终端使用大的定时提前量的需要。这种交错方法不需要更快的合成器切换时间，并且允许使用现有终端和空中接口。由于来自各组的传输或者在时间上或者在频率上是隔开的，因此可以避免信号间的冲突。
具体来讲，根据本发明的实施例，指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站。指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站，而第二帧系列与第一帧系列相比有时间偏移。最好是，第一组终端位于相对于基站的第一范围，而第二组终端位于相对于基站的第二范围。在基站与相应的第一和第二帧系列同步地接收来自第一组和第二组终端的传输。可在各自分开的载频上接收分别来自第一组和第二组的传输，或者可在公用载频上将第一和第二帧系列多路复用。
在本发明的一个实施例中，从基站发出第一定时信息，指示第一组中的终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站。从基站发出第二定时信息，指示第二组中的终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站。传输定时信息可包含定时提前值，该值是根据终端与基站之间的传播时延来确定的。传播时延可根据随机接入信道(RACH)突发的定时来确定。
根据本发明的另一方面，当终端在第一范围时，基站把第一定时信息发送至终端，第一定时信息指示终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站。当终端在第二范围时，基站将第二定时信息发送至终端，第二定时信息指示终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站，而第二帧系列与第一帧系列相比有时间偏移。覆盖范围可能会交叠，而当终端在第一与第二范围之间移动时，在指示终端使其传输与第一帧系列或第二帧系列其中之一同步时，可提供滞后。
根据本发明的另一方面，时分复用无线通信系统中的装置包括用于指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站的装置；以及用于指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站的装置，第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。所述装置还包括用于在基站与相应的第一和第二帧系列同步地接收来自第一组和第二组终端的传输的装置。
在本发明的另一个实施例中，时分复用无线通信系统所用的基站包括用于在终端处于相对基站而言的第一范围时、将第一定时信息发送至终端的装置，第一定时信息指示终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站；以及用于在终端处于第二范围时、将第二定时信息发送至终端的装置，第二定时信息指示终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站，第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。基站可进一步包括用于接收在第一载频上与第一帧系列同步的发自终端的传输的装置；以及用于接收在第二载频上与第二帧系列同步的发自终端的传输的装置。作为选择，基站可包括用于接收在公用载频上、与第一和第二帧系列其中之一同步的发自终端的传输的装置。
在根据本发明的另一个实施例中，无线通信装置包括基站，该基站可用来发送指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站的第一定时信息；以及发送指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站的第二定时信息，所述第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。基站还可用来接收来自第一和第二组终端、与相应的第一和第二帧系列同步的传输。
基站还可用来当终端处于相对基站而言的第一范围时、将第一定时信息发送至终端，第一定时信息指示终端将其传输定时为与第一帧系列同步到达基站；以及当终端处于第二范围时、将第二定时信息发送至终端，第二定时信息指示终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站，第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。第一与第二范围可能交叠，当终端在第一与第二范围之间移动时，基站可在指示终端使其传输与第一帧系列或第二帧系列其中之一同步时提供滞后。
图2A-2B是说明根据现有技术的无线通信系统中使用的上行链路和下行链路帧结构的定时图。
图3是说明根据本发明的实施例的无线通信装置的简化示意图。
图4A-4B是说明根据本发明的实施例的无线通信系统中使用的示范性上行链路和下行链路帧结构的定时图。
图5是说明根据本发明的实施例的无线通信系统的覆盖范围和相关定时提前值的简化示意图。
图6-7是说明根据本发明的一个方面、用于在无线通信系统中进行通信的示范性操作的流程图。
图8A-8B是说明根据本发明的另一实施例、用于无线通信系统的示范性下行链路和上行链路帧结构的定时图。
图9是说明根据本发明的一个方面、用于在无线通信系统中进行通信的示范性操作的流程图。
图10A-10B是说明根据本发明的另一实施例、用于无线通信系统的示范性下行链路和上行链路帧结构的定时图。
图11是说明根据本发明的实施例的无线通信系统的覆盖范围和相关定时提前值的简化示意图。
图12-13是说明根据本发明的一个方面、用于在无线通信系统中进行通信的示范性操作的流程图。
图14是说明根据本发明的实施例、用于在各范围之间切换的示范性滞后回线的示意图。
图15是说明根据本发明另一实施例、用于无线通信系统中的随机接入信道和上行链路帧结构的定时图。
图16是说明根据本发明的另一方面、用于与终端通信的示范性操作的流程图。
图3表示基站，具体地说，表示基站子系统(BSS)300，它包括如遵循GSM的系统中普遍实现的基站收发信台(BTS)320和基站控制器(BSC)310，用于根据这里所描述的本发明实施例与终端330通信。BTS 320包括接收机321和发射机322，它们均耦合至天线323。来自终端330的传输(例如RACH突发)由接收机321接收，然后传送至BSC 310中实现的传播时延确定器311，该确定器确定BTS 320与终端330之间的传播时延。根据确定的传播时延，定时信息确定器312确定定时信息、例如定时提前值TA，并通过发射机322将其发送至终端330。
接下来对图4A-15的讨论会描述用于提供扩展范围的示例性装置和操作，并且会继续参考图3中说明的基站300和终端330装置。应当理解，BTS 320和BSC 310代表符合GSM建议的无线系统中普遍采用的蜂窝网要素。BSC 310可包括处理器，例如计算机、微处理器、微控制器或其他数据处理装置，在这些处理器中可实现传播时延确定器311和定时信息确定器312，并且这些处理器处理接收机321收到的信息并生成由发射机322发送的信息。应当明白，尽管许多其他BTS或BSC部件未示出，但它们是存在的，诸如混频器、双工器、频率合成器和电源等等。这类部件的操作是众所周知的，这里不需要再详细讨论。还应当明白，可以使用与GSM系统中所用的网络体系结构不同的其它网络体系结构来实现本发明的方法和装置，诸如其他时分复用系统的网络体系结构(例如符合IS-136标准的结构)。
图6-7、9、12-13和15是根据本发明的各方面、说明用于无线通信系统中通信的示范性操作的流程图。应当理解，这些流程图中的方框和方框组合可以通过计算机程序指令来实现，这些指令可以装入计算机或其他可编程数据处理装置、如在图3的BSS 300中或者在无线通信系统的其他部分中的计算机或其他数据处理装置，并且在其上执行，从而产生一种机器，使得在计算机或其他可编程数据处理装置上执行的指令形成了实现流程图方框或多个方框中指定功能的装置。计算机程序指令也可以装在计算机或其他可编程数据处理装置上，使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列可操作步骤，从而生成由计算机实现的处理，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供了用来实现流程图方框或多个方框中指定功能的步骤。
因此，图6-7、9、12-13和15的流程图方框支持用于执行指定功能的装置的组合和执行指定的功能的步骤的组合。还应当理解，图6-7、9、12-13和15的流程图的各方框和其中方框的组合可以通过执行指定功能或步骤的专用的基于硬件的计算机系统来实现，或者通过专用硬件和计算机指令的组合来实现。
根据图4A-4B和图5中说明的本发明的第一方面，来自相对BSS300而言的各个范围中的各组终端的传输被在相应的不同上行载频上、采用相应时间偏移的帧结构发送。图4A说明在BSS 300中相应的第一和第二频率上的典型下行链路帧结构410a以及第一和第二上行链路帧结构420a、430a。下行链路帧结构410a和上行链路帧结构420a、430a包括相应的帧系列F，每帧都包含一系列时隙0-7。
现在参照图4A并结合图5，在相应的第一和第二载频上采用第一和第二上行链路帧结构420a、430a，接收来自相应范围(例如，图5中说明的范围B0和B1)内终端的传输。第一和第二上行链路帧结构420a、430a按照时间间隔Toffset产生时间偏移，此处所示为对于GSM系统中使用的6位定时提前值、最大的定时提前量(64位)。
图4B说明在终端330的典型下行链路帧结构410b和典型上行链路帧结构420b，对应于图4A的下行链路和上行链路帧结构410a、420a。范围B0内的终端330将定时提前量TA(此处所示具有0至63位的值)加至上行链路帧结构420b，以便根据上行链路帧结构420b在终端330产生的这种发自终端330的传输与上行链路帧结构420a同步地到达BSS 300。
在GSM中，定时提前量TA对应于终端330与BSS 300之间的来回传播时延PD，可以作为BSS 300与终端330之间的距离和符号周期的函数来计算TA＝PD＝2d/C*Ts(1)其中d是BSS 300与终端330之间的距离(公里)，Ts是符号周期(秒)，C是光速(公里/秒)。在GSM中，TA值限制在0至63的范围内，因而得出BSS 300与终端330之间的最大距离为34.9公里。
但是，若使用图4A-4B和图5中的交错帧结构，可以通过把TA计算作BSS 300与终端330之间的来回传播时延PD的模64(将PD除以64后得出的余项或余数)，从而扩展范围TA＝mod64(PD)(2)使用模运算定义相对于图5所示BSS 300而言的范围B0-B2(本领域的技术人员应当明白，使用这种方法定义的范围数目可以超过图5所述的范围数目)。在某个给定范围内与终端330通信的BSS 300发送在(2)中计算出的定时提前值TA，并指示终端330在与该范围相关的载频上发射。所示实施例的每个范围中使用的定时提前量在0到63的范围内。
由于在每个范围中定时提前值限制在0至63位的范围内，因此来自不同范围中终端的上行链路突发在到达BSS 300时会交错。对于图5中说明的GSM实施例，来自范围B0中的终端的上行链路突发到达得比下行链路帧的开头要迟468.75位(3个时隙)。来自范围B1中的终端的上行链路突发要再延迟64位，而来自范围B2的上行链路突发与来自范围B1的上行链路突发相比又要再延迟64位。
图6中说明根据本发明的这一方面的示范系统操作600。BSS 300将第一定时信息、例如第一定时提前值发送至第一组的终端330、例如图5所示的范围B0内的终端330(方框610)。第一定时信息指示正在接收的终端330将其传输定时为与第一帧系列、例如上行链路帧结构420a同步地到达BSS 300。BSS 300将第二定时信息、例如第二定时提前值发送至第二组中的终端330、例如图5的范围B1内的终端330(方框620)。第二定时信息指示此终端330将其传输定时为与第二帧系列、例如第二上行链路帧结构430a同步地到达BSS 300，第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。BSS 300在与不同帧系列相关的第一和第二载频上，例如在与第一和第二上行链路帧结构420a、430a相关的各个上行链路载频上，接收来自终端的传输(方框630)。
应当明白，由于在分开的载波上接收偏移的传输，因此避免了传输之间的干扰。可以通过添加附加的交错上行链路帧结构，可以为附加的范围提供服务，从而使小区规模可以明显扩大，而不会在传输之间产生冲突。由于交错是通过BSS 300分配上行链路载频并选择定时提前值得到的，操作对终端而言是透明的，因此不需要修改终端。
图7说明根据本发明的另一方面的示范性操作700，即当终端330在诸如图5所示的多范围小区结构中各范围之间移动时，用于切换该终端的操作。第一定时信息发送给处于第一范围内的终端330，指示它将其第一载频上的传输定时为与第一帧系列同步地到达BSS300(方框710)。然后，BSS 300接收在第一载频上、与第一帧系列同步的来自终端330的传输(方框720)。但是，当终端330移动到第二范围时，BSS 300向该终端330发送定时信息，指示终端330将其在第二载频上的传输定时为与第二帧系列同步地到达BSS 300，而第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移(方框730)。然后，BSS 300接收在第二载频上、来自终端330并与第二帧系列同步的传输(方框740)。
图8A-8B和图9说明本发明的另一个实施例，在没有多个载频来提供上述交错的终端传输的频率分离的基站中，采用本实施例特别有利。根据本实施例，来自相对于BSS 300的各范围内的各组终端的传输在公用载频上发送，并且与多路复用在公用载频上的相应偏移的帧结构同步。图8A说明在BSS 300中的典型下行链路帧结构810a以及第一和第二上行链路帧结构820a、830a。下行链路帧结构810a包括帧系列F，每帧都包括一系列时隙0-7，而上行链路帧结构820a、830a包括相应的帧系列F’、F”，其中包括相应的时隙系列0-2、3-6。帧结构820a、830a的时分复用会导致公用载频上损失一部分可用容量，因为第二上行链路帧结构830a与第一上行链路帧结构820a相比会延迟一部分时隙。
现在结合图5参照图8A，在公用载频上采用第一和第二上行链路帧结构820a、830a，接收来自相应范围、例如图5所示范围B0和B1内终端的传输。使第一与第二上行链路帧结构820a、830a之间的时间偏移按照时间间隔Toffset，此处所示为GSM系统中使用的6位定时提前值的最大定时提前量(64位)。
图8B说明在终端330的典型下行链路帧结构810b和典型上行链路帧结构820b，与图4A的下行链路和上行链路帧结构810a、820a对应。范围B0内的终端330将定时提前量TA(此处所示具有0至63位的值)加至上行链路帧结构820b，在终端330根据上行链路帧结构820b产生的这种传输与上行链路帧结构820a同步地到达BSS 300。由于上行链路上的帧结构的时分复用，系统强制终端330在时隙0-2中在载频上传输。这种强制措施对终端而言是透明的，就象在GSM或其他常规系统中通常那样操作。时隙3-6在图8B中以虚线表示，说明这些时隙与范围B0内终端所用的时隙0-2的相对位置；时隙3-6可分配给范围B1内的终端，以便将该终端的传输定时为与第二上行链路帧结构830a同步地到达BSS 300。
图9说明根据本发明的这一方面的示范性系统操作900。BSS 300将第一定时信息(例如，第一定时提前值)发送至第一组的终端330(例如，图5所示的范围B0内的终端330)(方框910)。第一定时信息指示正在接收的终端330将其传输定时为与第一帧系列、例如图8A的上行链路帧结构820a同步地到达BSS 300。BSS 300将第二定时信息(例如，第二定时提前值)发送至第二组中的终端330(例如，图5的范围B1中的终端330)(方框920)。第二定时信息指示此终端330将其传输定时为与第二帧系列(例如，图8A的第二上行链路帧结构830a)同步到达BSS 300，而第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。BSS 300接收在公用载频上的来自终端的传输，传输与第一和第二上行链路帧结构820a、830a中相应的一个帧结构同步(方框930)。
图10A-10B和11-12说明本发明的另一个实施例，其中采用交叠范围为正在各范围之间移动的终端330提供滞后。对于固定终端和通话期间停留在同一范围内的移动终端而言，图4A-4B、5-7和8A-8B中说明的实施例可以正常工作。但是，如果终端在通话期间从一个范围移至另一个范围，则可能需要将通话切换到分配给该范围的载频上。为了适当地切换，通常移动终端必须在切换至新载频之前保持对旧范围的连接，以便交换切换消息。由于帧结构已实现同步，切换消息可包括要用在新信道上的新定时提前值，而且终端可用新定时提前值在新信道上开始通信。
切换最好在略微超出所述范围之处进行(对于所说明的实施例大约为1/2公里)，以便基站的上行链路突发时间中断不超过1个位周期。另外，由于系统会设法在终端处于不同范围之间时对其进行切换，因此各范围最好还有一些交叠的覆盖区，以免通话中断。因此，图10A-10B和图11-12中说明的本发明的方面包括将小区分成交叠范围，最好是在切换过程中提供滞后以避免在范围边缘频繁切换。
如图10A和10B所示，可以使用与图4A-4B中所说明的类似的帧和时隙定时，除了相应的上行链路帧结构之间减小的偏移之外。图10A说明在BSS 300中的典型下行链路帧结构1010a以及第一和第二上行链路帧结构1020a、1030a。下行链路帧结构1010a以及上行链路帧结构1020a、1030a包括相应的帧系列F，每帧包括一系列时隙0-7。第一和第二上行链路帧结构1020a、1030a用在相应载频上来接收来自各范围、例如图11中所示范围B0和B1内的终端的传输。按时间间隔Toffset使第一与第二上行链路帧结构1020a、1030a之间产生时间偏移，此时间间隔(52位)是小于GSM系统中所用的6位定时提前值的最大定时提前量(64位)的量。
图10B说明在范围B0中的终端330中的典型下行链路帧结构1010b和典型上行链路帧结构1020b，与图10A的下行链路和上行链路帧结构1010a、1020a相对应。范围B0内的终端330将值在0到63位之间的定时提前量TA加至上行链路帧结构1020b，以便根据上行链路帧结构1020b在终端330中产生并发出的传输与上行链路帧结构1020a同步到达BSS 300。但是，为交叠区域内的特定终端选择的已更新的定时提前值取决于该终端当前使用的载频是哪一个。
图11提供了范围B0、B1、B2交叠的实例，为了12位定时提前值交叠，提供的交叠距离大约为6.6公里。如果(Δd+δ)是大的小区内各范围的距离，δ是交叠距离，则范围Bi的范围按下式得出Bi＝{i*Δd，(i+1)Δd+δ}其中Δd＝52Ts.C/2，δ＝12Ts.C/2。例如，范围B0在0到(Δd+δ)公里之间，范围B1在Δd到(2Δd+δ)公里之间。根据前面所述的实施例，定时提前量在0至63的范围内。但是，在两个范围的交叠区中，可能会有两种不同的定时提前值发送给终端，视终端的当前状况而定。
图12说明当终端330在交叠范围之间移动时提供滞后的示范操作1200。在终端330处于第一范围内时，BSS 300将第一定时信息发送到该终端330，该信息指示终端330将其传输定时为与第一帧系列同步到达BSS 300(方框1210)。BSS 300在第一载频上接收来自终端330并与第一帧系列同步的传输(方框1220)。对终端330移动至第二交叠范围的一部分中、特别是在第一范围以外的第二范围的部分中作出响应，BSS 300发送第二定时信息，指示终端330使其传输与第二帧系列同步，而第二帧系列与第一帧系列相比有时间偏移(方框1230)。BSS 300在第二载频上接收来自终端330并与第二帧系列同步的传输(方框1240)。当终端330从第二范围移动至位于第二范围外的第一范围的某一部分中时，BSS 300再次发送定时信息作为响应，指示终端330再次使其传输与第一帧系列同步(方框1250)。然后，BSS300接收来自终端330并与第一帧系列同步的传输(方框1260)。
对于图10A-10B和图11中说明的这个实施例，定时提前值TA(即发送至终端的值)可以按以下公式计算TA＝mod64(PD+n*12)用于范围n。计算TA的示范操作1300如图13中所示。初始来回传播时延PDini例如根据RACH突发来确定(方框1310)。根据初始传播时延PDini，BSS 300确定终端330位于哪个范围Bn内(方框1320)。然后，BSS 300计算定时提前量TA并且将其传送至终端330(方框1330)。随后，BSS300确定更新的来回传播时延PDnew(方框1340)。如果新的传播时延值PDnew导致定时提前值上下滚动(rollover or rollunder)，表明已移动至新的范围Bn，BSS 300更新范围Bn(方框1350)，并使用更新的n来计算新的定时提前值TA(方框1360)。如果没有上下滚动，BSS 300在计算新的定时提前值TA时将保留n不变(方框1360)。对于每个新的传播时延值PDnew(方框1340)，BSS 300重复确定定时提前量的操作(方框1350和/或1360)。
当终端330在各范围之间移动时，这种计算定时提前量的方法提供了滞后，有助于减少通话期间在载波(或在单个载波中各帧)之间切换的频率。在图10A-10B和图11-13的示范实施例中，提供了4位的交叠(大约2.2公里)。应该理解，所述操作的大量变型在本发明的范围之内。例如，并不是这样定义范围，使得范围的第一和第二边界与最小定时提前值TA＝0和最大定时提前值TA＝63相符合，而是可以这样设立范围边界，以便在达到最大与最小TA值的中间值时在交错帧结构之间进行切换。图14中示出此类边界定义的一个实例，说明当定时提前值为TA＝4和TA＝60时、介于范围Bn-1与Bn之间的切换点。应当理解，一般，诸如范围交叠量和发生切换的定时提前值等参数可根据性能要求和系统容量来确定。
图15-16说明本发明的又一方面，具体来说，说明一种示范技术，它使用扩展时隙RACH帧1540为终端提供接入并且在交错业务信道帧1520、1530上为终端分配时隙。扩展范围后的小区内的终端发送RACH突发，该突发被定时为落在第一载频的“扩展”RACH时隙内，其中提供从时隙0和3开始的扩展时隙1541、1542是通过不将业务分配至“常规”时隙1和4。RACH时隙1541、1542经过扩展，可以接受来自扩展小区的较外侧终端的更大的传播时延。一旦接收到RACH突发，BSS 300会为终端指定具有交错帧结构1520、1530的第一和第二载波其中之一上的时隙，如以上参照图4A-4B所述，或者指定时分复用交错帧的时隙，如参照图8A-8B所述。
图16说明根据本发明的这一方面的示范操作1600。BSS 300在扩展RACH时隙中接收RACH突发(方框1610)。根据RACH突发的定时，BSS 300确定终端330的传播时延(方框1620)。根据传播时延提示终端330是在第一范围还是在第二范围，BSS 300发送第一或第二定时信息，指示终端330将其传输定时为与第一帧系列或有时间偏移(可能在分开的载波上，或者复用在相同载波上)的第二帧系列同步到达(方框1630)。然后，BSS 300接收来自终端330并与适当的帧系列同步的传输(方框1640)。
在附图和说明书中，已经公开了本发明的典型最佳实施例，尽管使用了具体的术语，但仅仅是在广义和说明性意义上使用它们，而不是对以下权利要求书中陈述的本发明范围作出限制。
权利要求
1.一种操作时分复用无线通信系统的方法，该方法包括以下步骤指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站；指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达基站，所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移；以及在所述基站接收来自所述第一组和第二组终端并与所述相应的第一和第二帧系列同步的传输。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一组终端位于相对所述基站而言的第一范围；以及所述第二组终端位于相对所述基站而言的第二范围。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于指示第一组终端的所述步骤包括从所述基站发送第一定时信息的步骤，所述第一定时信息指示所述第一组中的终端将其传输定时为与所述第一帧系列同步地到达所述基站；以及指示第二组终端的所述步骤包括从所述基站发送第二定时信息的步骤，所述第二定时信息指示所述第二组中的终端将其传输定时为与所述第二帧系列同步地到达所述基站。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述接收步骤包括以下步骤在第一载频上接收来自所述第一组的终端并与所述第一帧系列同步的传输；以及在第二载频上接收来自所述第二组的终端并与所述第二帧系列同步的传输。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述接收步骤包括以下步骤在公用载频上接收来自所述第一组的终端和来自所述第二组的终端、并且与所述第一和第二帧系列中相应的一个同步的传输，其中所述第一和第二帧系列被多路复用在所述公用载频上。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述第一和第二帧系列中的每帧均包含至少一个时隙，并且所述第二帧系列中帧的开头相对于所述第一帧系列的前一帧的结尾延迟了小于一个时隙的持续时间的时间间隔。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于还包括以下步骤指示第三组终端将其传输定时为与第三帧系列同步地到达第二基站；以及指示第四组终端将其传输定时为与第四帧系列同步地到达第二基站，第四帧系列相对于第三帧系列有时间偏移。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于指示第四组终端的所述步骤之后有以下步骤在所述第二基站中、在公用载频上接收来自所述第三组和第四组并分别与所述第三和第四帧系列同步的传输。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在指示第一组终端的所述步骤和指示第二组终端的所述步骤之前有以下步骤确定各终端与所述基站之间的相应的传播时延；以及根据所述确定的传播时延，将所述终端分类为第一组和第二组。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于确定相应的传播时延的所述步骤包括以下步骤在所述基站上接收来自各终端的随机接入突发；以及根据所述接收的随机接入突发的定时，确定各终端相应的传播时延。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第二范围比所述第一范围离所述基站更远，而所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有延迟。
12.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
13.如权利要求3所述的方法，其特征在于发送第一定时信息的所述步骤包含发送第一定时提前值的步骤；以及发送第二定时信息的所述步骤包含发送第二定时提前值的步骤。
14.一种在时分复用无线通信系统中操作基站的方法，该方法包括以下步骤当终端在第一范围内时，向该终端发送第一定时信息，所述第一定时信息指示该终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达所述基站；以及当终端在第二范围内时，向该终端发送第二定时信息，所述第二定时信息指示该终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达所述基站，所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于发送第一定时信息的所述步骤之后接着以下步骤在第一载频上接收来自所述终端并与所述第一帧系列同步的传输；以及发送第二定时信息的所述步骤之后接着以下步骤在第二载频上接收来自所述终端并与所述第二帧系列同步的传输。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于发送第一定时信息的所述步骤之后接着以下步骤在公用载频上接收来自所述终端并与所述第一帧系列同步的传输；以及发送第二定时信息的所述步骤之后接着以下步骤在所述公用载频上接收来自所述终端并与所述第二帧系列同步的传输。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于所述第一和第二帧系列中的每个帧均包含至少一个时隙，并且所述第二帧系列中帧的开头相对于所述第一帧系列的前一帧的结尾延迟了小于一个时隙的持续时间的时间间隔。
18.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述第二范围比所述第一范围距所述基站更远，而所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有延迟。
19.如权利要求14所述的方法，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于包括以下步骤当所述终端在所述第一与第二范围之间移动时，在指示所述终端将其传输与第一帧系列或第二帧系列其中之一同步的过程中提供滞后。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于发送第二定时信息的所述步骤包含以下步骤响应所述终端从所述第一范围移动至所述第二范围在所述第一范围之外的部分，发送所述第二定时信息；以及发送第二定时信息的所述步骤之后接着以下步骤响应所述终端从所述第二范围移动至所述第一范围在所述第二范围之外的部分，发送所述第一定时信息，使得当所述终端在第一与第二范围之间移动时提供滞后。
22.一种时分复用无线通信系统中的装置，该装置包括用于指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站的装置；用于指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达基站的装置，第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移；以及响应终端、用于在所述基站接收来自所述第一组和第二组终端并与相应的第一和第二帧系列同步的传输的装置。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于所述第一组终端位于相对基站而言的第一范围；以及所述第二组终端位于相对基站而言的第二范围。
24.如权利要求22所述的装置，其特征在于用于指示第一组终端的所述装置包括用于发送第一定时信息的装置，该第一定时信息指示第一组的终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达所述基站；以及用于指示第二组终端的所述装置包括用于发送第二定时信息的装置，所述第二定时信息指示所述第二组的终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达所述基站。
25.如权利要求22所述的装置，其特征在于所述接收装置包括用于在基站中在第一载频上接收来自所述第一组的终端、与所述第一帧系列同步的传输的装置；以及用于在基站中在第二载频上接收来自所述第二组的终端、与所述第二帧系列同步的传输的装置。
26.如权利要求22所述的装置，其特征在于所述接收装置包括这样的装置，它用于在基站中在公用载频上接收来自所述第一组的终端和来自所述第二组的终端、并且与所述第一和第二帧系列中相应的一个同步的传输，其中所述第一和第二帧系列被多路复用在公用载频上。
27.如权利要求26所述的装置，其特征在于所述第一和第二帧系列的每一个帧均包含至少一个时隙，并且所述第二帧系列中帧的开头相对于所述第一帧系列的前一帧的结尾延迟了小于一个时隙的持续时间的时间间隔。
28.如权利要求25所述的装置，其特征在于还包括用于指示第三组终端将其传输定时为与第三帧系列同步地到达第二基站的装置；用于指示第四组终端将其传输定时为与第四帧系列同步地到达第二基站的装置，第四帧系列相对于第三帧系列有时间偏移；用于在第二基站中、在公用载频上接收来自第三组和第四组并且分别与第三和第四帧系列同步的传输的装置。
29.如权利要求22所述的装置，其特征在于还包括用于确定各终端与基站之间各个传播时延的装置；以及用于根据所确定的传播时延、将终端分类到第一组和第二组中的装置。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于确定各个传播时延的所述装置包括用于在基站接收来自终端的随机接入突发的装置；以及响应所述用于接收随机接入突发的装置、用于根据所述接收的随机接入突发的定时确定各终端的相应传播时延的装置。
31.如权利要求23所述的装置，其特征在于所述第二范围比所述第一范围离所述基站更远，而所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有延迟。
32.如权利要求23所述的装置，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
33.如权利要求23所述的装置，其特征在于发送第一定时信息的所述装置包括发送第一定时提前值的装置；以及发送第二定时信息的所述装置包括发送第二定时提前值的装置。
34.一种用于时分复用无线通信系统的基站，该基站包括用于当终端在相对基站而言的第一范围中时、向该终端发送第一定时信息的装置，所述第一定时信息指示该终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站；以及用于当终端在第二范围内时、向该终端发送第二定时信息的装置，所述第二定时信息指示该终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达基站，所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移。
35.如权利要求34所述的基站，其特征在于还包括用于在第一载频上接收来自终端并与第一帧系列同步的传输的装置；以及用于在第二载频上接收来自终端并与第二帧系列同步的传输的装置。
36.如权利要求34所述的基站，其特征在于它还包括用于在公用载频上接收来自所述终端并与所述第一和第二帧系列其中之一同步的传输的装置。
37.如权利要求36所述的基站，其特征在于所述第一和第二帧系列中的每个帧均包含至少一个时隙，并且所述第二帧系列中帧的开头相对于所述第一帧系列的前一帧的结尾延迟了小于一个时隙的持续时间的时间间隔。
38.如权利要求34所述的基站，其特征在于所述第二范围比所述第一范围离所述基站更远，以及所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有延迟。
39.如权利要求34所述的基站，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
40.如权利要求39所述的基站，其特征在于当终端在第一与第二范围之间移动时，发送第一定时信息的所述装置与发送第二定时信息的所述装置在指示终端将其传输与第一帧系列或第二帧系列其中之一同步时提供了滞后。
41.如权利要求39所述的基站，其特征在于发送第二定时信息的所述装置包括用于当终端从第一范围移动至第二范围在第一范围以外的部分时、发送第二定时信息至终端作为响应的装置；以及发送第一定时信息的所述装置包括用于当终端从第二范围移动至第一范围在第二范围以外的部分时、发送第一定时信息至终端作为响应的装置。
42.一种无线通信装置，它包括可用来发送第一定时信息和发送第二定时信息的基站，所述第一定时信息指示第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站，所述第二定时信息指示第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步到达基站，所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移，所述基站还可用来接收来自第一组和第二组终端并与相应的第一和第二帧系列同步的传输。
43.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述第一组终端位于相对基站而言的第一范围；以及所述第二组终端位于相对基站而言的第二范围。
44.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述基站包括接收机，可用来在基站中在第一载频上接收来自第一组终端并与第一帧系列同步的传输，以及在基站中在第二载频接收来自第二组终端并与第二帧系列同步的传输。
45.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述基站包括接收机，可用来在基站中在公用载频上接收来自第一组终端和来自第二组终端、并且与第一和第二帧系列中相应的一个同步的传输，所述第一和第二帧系列多路复用在所述公用载频上。
46.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述基站包括传播时延确定器，可用于确定各终端与基站之间的相应传播时延；以及定时信息确定器，它响应所述传播时延确定器，并且可用来根据所述确定的传播时延来确定第一和第二定时信息。
47.如权利要求46所述的装置，其特征在于所述基站还包括接收机，可用来接收来自终端的随机接入突发，并且所述传播时延确定器响应所述接收机，从而根据接收到的随机接入突发的定时来确定各终端的相应传播时延。
48.如权利要求43所述的装置，其特征在于所述第二范围比所述第一范围离所述基站更远，以及所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有延迟。
49.如权利要求43所述的装置，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
50.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述基站可用来根据所述终端属于哪一组来向其发送定时提前值。
51.如权利要求42所述的装置，其特征在于所述基站可用来当终端在相对基站而言的第一范围中时、向该终端发送第一定时信息，所述第一定时信息指示该终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站；所述基站还可用来当终端在第二范围中时、向该终端发送第二定时信息，所述第二定时信息指示该终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达基站，所述第二帧系列相对于所述第一帧系列有时间偏移。
52.如权利要求51所述的装置，其特征在于所述第一与第二范围交叠。
53.如权利要求52所述的装置，其特征在于当所述终端在第一与第二范围之间移动时，所述基站在指示该终端将其传输定时为与第一帧系列或第二帧系列其中之一同步时提供滞后。
54.如权利要求52所述的基站，其特征在于当所述终端从第一范围移动至第二范围在第一范围以外的部分时，所述基站发送第二定时信息作为响应；当所述终端从第二范围移动至所述第一范围在第二范围以外的部分时，所述基站发送第一定时信息作为响应。
全文摘要
例如通过发送定时提前值,指示在距基站第一范围的第一组终端将其传输定时为与第一帧系列同步地到达基站。指示在第二范围的第二组终端将其传输定时为与第二帧系列同步地到达基站,第二帧系列相对于第一帧系列有时间偏移。在基站接收来自第一组和第二组终端并与相应的第一和第二帧系列同步的传输。分别来自第一组和第二组的传输可在相应分开的载频上接收,也可在公用载频上多路复用。按照另一方面,基站将第一定时信息发送至在第一范围的终端,并将第二定时信息发送至在第二范围的终端,第一与第二定时信息指示终端将其传输定时为与第一帧系列或有时间偏移的第二帧系列其中之一同步地到达基站。范围可能交叠,当终端在第一与第二范围之间移动时,可在指示终端将其传输与第一帧系列或第二帧系列同步时提供滞后。讨论了相关的无线通信装置。
文档编号H04B7/26GK1378761SQ00814031
公开日2002年11月6日 申请日期2000年7月31日 优先权日1999年8月11日
发明者R·阿索坎, A·K·赖斯 申请人:艾利森公司