专利名称：可升级的无线通信网络和方法
技术领域：
本发明一般涉及无线通信网络，尤其涉及一种可升级的无线通信网络和一种扩充无线通信网络容量的方法。
无线通信系统向它们的用户提供很多自由，该无线通信系统例如可以是模拟和数字蜂窝通信系统、个人通信系统(PCS)和其它类似无线通信系统。无论在路上、家中或办公室里，无线通信系统的用户几乎始终都能进行通信。而且，尽管无线通信系统内部的复杂性，对于用户来说使用该系统简单到只需拨一个电话号码。
在无线通信系统中，用户有时候不能发出或接收呼叫，或者正在进行的呼叫突然中断。必需记住至少一部分无线通信系统是远程或移动用户和系统之间的射频(RF)链路。存在多种因素影响不能完成或中断呼叫的方式和原因。一种原因是有限数目的可用于给定服务区的射频资源。射频资源部分地根据用于特定应用的射频频谱的分配受到限制。例如，为电视广播提供某一部分射频频谱，而给无线通信网络分配另一部分射频频谱。如此分配以便并不因射频重用使一个系统的操作在另一系统中的产生干扰。
然而，通过提供将公共射频用于多个用户的能力，某些无线通信系统结构克服了射频资源的限制，例如那些基于用于码分多址(CDMA)无线通信网络的IS-95-A临时标准的无线通信系统结构。系统可处理的用户数量上限制的结果依然是容量问题或用户接入和使用这些系统的能力上的限制。当然，在此的解决方案是扩充系统容量。不幸的是，当前的系统结构并不支持扩充系统容量。
例如，可能会想通过简单地添加附加设备以处理新添用户将能够解决容量问题。然而，尤其在基于CDMA的无线通信系统中，设备的添加产生某些系统性能问题。例如，当以添加基站收发信台(BTS)、基站控制器(BSC)和移动交换中心(MSC)的形式增加系统容量时，由每组MSC／BSC／BTS覆盖的总面积变小，这意味着更多的缝隙，即覆盖区之间更多的干扰。
通信系统中额外的缝隙可能意味着更频繁的越区切换，尤其是更多的“硬”越区切换。额外的缝隙还可能要求附加的处理资源应用，并可能导致因业务互连增加语音延迟和增加执行呼叫处理程序的等待时间。缝隙要求附加的系统工程，并在许多情况下导致降低呼叫质量。
通过允许移动站与多个BTS通信，CDMA通信系统使用称作“软”或“软软”越区切换的过程降低因硬越区切换导致的呼叫质量降低。当移动站从由一个BTS覆盖的区域移动到由另一个BTS覆盖的区域时，软越区切换被有利地利用。在软越区切换中，移动站始终与至少一个BTS通信，即使当其在该系统中从一个BTS覆盖区移动到另一个BTS覆盖区时。其原因在于每个BTS在使用一组公用射频的特定BSC的控制之下进行操作。
硬越区切换缝隙通常对呼叫质量产生负面影响并应当尽可能地避免。当移动站从由第一BSC服务的地理区域移动到由第二BSC服务的地理区域时，可能出现硬越区切换。由第一BSC服务的BTS和由第二BSC服务的BTS之间的越区切换要求在第二BSC中通过与第二BSC相连的合适的BTS建立一条通信链路。当必须进行越区切换时，即当移动站从第一BTS的服务区移动到第二BTS的服务区时，移动站必需通过第二BSC重新建立呼叫。在这种模式下通常不可能与多个BTS进行通信。更重要地，移动站和BTS／BSC之间的通信经常暂时中断。因此，可以认识到以添加MSC、BSC和BTS的形式增加容量将增加缝隙数目，并尤其可能导致增加硬越区切换缝隙和服务中的相关中断。
因此，需要一种无线通信系统结构，当系统用户数目增加时，可以轻易地升级和扩充。更重要地，应当以最低成本提供这种系统扩充而不降低系统性能。
图1是现有技术的无线通信系统的示意图。
图2是现有技术的扩充到双倍容量的无线通信系统的示意图。
图3是根据本发明优选实施例重新配置的图1的无线通信系统的示意图。
图4是根据本发明优选实施例扩充到双倍容量的无线通信系统的示意图。
图5是根据本发明另一个优选实施例扩充到双倍容量的无线通信系统的示意图。
将用几种优选实施例，尤其用根据码分多址(CDMA)无线通信系统的IS-95-A标准的无线通信系统来描述本发明。参见图1，例如，现有技术的无线通信系统10包括移动交换中心(MSC)12、第一基站控制器(BSC)14和第二BSC 16，每个BSC服务于总服务区22的服务区18和20。如从该系统所知，每个BSC14和16分别具有与之相连的多个基站收发信台(BTS)24和26。虽然在每个服务区18和20中仅图示两个BTS，显然在不脱离本发明合理范围的情况下，在需要时可以实施额外的或更少的BTS。MSC 12、BSC 14和16、BTS 24和26根据IS-95-A标准指定和操作以向工作在服务区18和20内的移动站(一般表示为30)提供无线通信服务。然而，再次说明，本发明并不限制于所实施的特定通信标准，在诸如模拟蜂窝、全球移动通信(GSM)数字蜂窝和IS-55时分多址(TDMA)数字蜂窝的其它标准中，本发明也是有用的。
根据IS-95-A标准，与BSC 14相连的BTS使用射频信道或载波C1和C2在服务区18内提供服务。类似地，BSC 16使用射频信道C1和C2在区域20内提供服务。这种方式的系统10划分产生服务区18和20之间的硬越区切换缝隙28。即，当移动站30从服务区18移动到服务区20时，可能要求移动站30从与BSC 14相连的BTS 24越区切换到与BSC 16相连的BTS 26。
在图2中，图示通信系统10的扩充情况，该通信系统标记为10’。在图2中，来自系统10的单元带有相同的数字标记并添加有字母“a”。被添加以扩充容量的单元带有系统10相同单元的相同参考号并添加有字母“b”。通过添加MSC 12b、BSC 14b和16b，系统10’的容量与系统10相比被加倍。为了简化在图2中未图示BTS，但应理解为在每个服务区18a、20a、18b和20b内都使用BTS。BSC 14a和16a继续向相应服务区18a和20a提供服务。BSC 14b和16b在服务区18b和20b中提供服务。每个BSC 14a、16a、14b和16b利用载波C1、C2、C3和C4向工作在相应服务区内的移动站提供服务。如在图2中可明显看出的，以这种方式从系统10扩充到系统10’已经产生额外的硬越区切换缝隙。硬越区切换缝隙28a保留在BSC 14a和16a之间，在BSC14b和16b之间产生新缝隙28b，并在BSC 16a／MSC 12a和BSC14b／MSC 12b之间产生新缝隙28c。而且，每个服务区的物理大小的降低导致更频繁的硬越区切换。系统10’以这种方式通过添加两个附加载波和附加设备提供增加的容量，但以更小的服务区和更多的硬越区切换缝隙为代价。
现在参见图3，表示根据本发明优选实施例将图1的系统10重新配置成系统100。系统100包括BSC 114和116，被配置为分别在每个服务区118和120内在载波C1和C2中的一个载波上提供服务。BSC 114和116被表示为支持单个载波CX，但应理解所示的载波可以是一个载波组。例如，载波C1可以是包括载波CA、CB、…、CN的一组载波。然而，载波组C1和C2必需是相互区别的。另外，有可能提供一定级别的冗余度以防止BSC 114或116出故障。在这种实施中，当一个BSC即BSC 116出故障时，可以由有效的BSC即BSC 114使用一组载波，例如分配给BSC 116的载波组C2。这在图3中用幻象线路表示。
每个服务区118和120的物理大小与系统100的总服务区122一致，并且每个服务区118和120覆盖与总服务区122基本相同的物理区域。BSC 114和116(利用未图示的合适的跨距和回程)分别与基站124和126连接，现在基站124和126由BSC 114和116逻辑共享以向工作在服务区118或120内的移动站30提供服务。
如根据图3所理解的，系统100向整个服务区122提供无线通信服务而没有在系统10中发现的硬越区切换缝隙。每个BSC114和116被有利地连接以利用BTS 124和126和利用载波C1或C2或两者。诸如可从伊利诺斯州Schaumburg市的摩托罗拉公司获得的典型BTS设备具有多载波性能。在系统100中，由每个BSC 114和116逻辑共享两载波BTS。在可选配置中，没有多载波BTS，两个单载波BTS可以被分别连接到每个BSC 114和BSC 116，该单载波BTS利用一个共享天线和其它可能的射频发射和接收硬件，例如功率放大器、上下变频器等。在后一配置中，可以认为多个BTS逻辑共享同一物理位置和物理地共享发射和接收硬件。如将进一步理解的，提供合适的跨距和回程(未图示)并各自用于每个BSC 114和116。
移动站30以在可应用的系统标准中指定的方式获得对系统100的接入。然而，系统100被用合适的负载分配和卸载逻辑进一步实施，以便根据系统负载和可用性将移动站30分配给BSC 114或116。例如，当移动站30试图接入系统并且存在更多个分配给BSC 114的移动站时，可以将移动站30分配给BSC 116。BSC分配还可以根据移动站类型、服务选项、位置和／或当前或预测的移动性。而且，可以设想在系统100内操作的移动站30可以为了系统平衡而在BSC114和116之间转移。显然在不脱离本发明合理范围的情况下可以实施多种适当的移动站分配标准。
现在参见图4，系统100被表示为扩充到双倍容量的系统100’。虽然在本优选实施例的论述中讨论双倍容量的扩充，显然在不脱离本发明合理范围的情况下可以实施更多或更少量的扩充。如图3所示的系统100’中存在的单元被指定相同的参考号并添加字母“a”。与图3所示的单元相同但被添加以扩充系统100容量的单元标有添加了字母“b”的相同参考号。
接着继续参见图4，系统100’包括分别连接到MSC 112的BSC114a、BSC 116a、BSC 114b和BSC 116b。尽管图示单个MSC，可以使用多个MSC以进一步扩充容量并提高系统冗余度。每个BSC 114a、116a、114b和116b被连接到总服务区122内的基站(未在图4中图示)以在每个服务区118a、120a、118b和120b中提供通信服务。如所理解的和所图示的，将服务区118a、120a、118b和120b中一个服务区内的载波C1、C2、C3和C4中的一个载波分配给每个BSC 114a、116a、114b和116b。每个服务区118a、120a、118b和120b覆盖基本相同的物理区域即总服务区122。(为了清楚，在图4中服务区被分开表示)。BTS是多载波BTS设备，或者可以是单载波和多载波BTS设备的组合，物理地共享同一天线和相关硬件并且逻辑共享系统100中的同一物理位置。另外，BSC 114a、116a、114b和116b可以在分别成对的服务区118a、120b、118b和120b中操作载波对。
如上面所指出，合适的负载平衡和卸载逻辑被实施为BTS和／或MS的一部分，但也可以被实施为BSC的一部分。移动站30试图根据可应用的标准接入系统100’，并被分配给一个载波，并因此被分配给服务于总区域122的BSC 114a、116a、114b和116b中的一个BSC。
系统100’中，每个服务区118a、120a、118b和120b彼此均匀重叠并覆盖整个总服务区122。然而，如所理解的，根据基站位置和排列，天线分区和其它用于服务区配置的已知技术，服务区可以是偏离的。在图5中将这种配置图示为系统100”。相同的参考号被再次用于表示相同的单元，带有添加给服务区118a’、120a’、118b’和120b’的主要标记，现在这些服务区彼此相对偏离但共享一个公共部分132，如图5所示。以这种方式，可以在原总覆盖区122之外增大扩充。或者，正如所希望的，在诸如通信业务密度高的公共部分132的固定区域内，集中的资源可以提高通信资源的利用或可用性。
继续参见图5，针对系统100和100’的进一步说明是BSC 114a、114b、116a和116b可以并优选地被定位在彼此远离的位置上。在一个BSC位置上出现系统故障的情况下，可以使用其余BSC向总服务区122提供服务。可能因一个设备的故障减少容量，但避免了服务区的信号中断。用于每个服务区的BTS最好被一起安装在公用基站房内，并连接到位于基站房的天线。BTS最好位于基站房内的公用设备架上。
通过本发明的讨论，已经说明用于服务区的单个通信标准。显然在由通信设备根据第一种标准服务的第一区域和由通信设备根据第二种标准服务的第二服务区域的情况下可以实施本系统。例如，在第一系统适合于语音通信和第二系统适合于数据通信的情况下。或者，在每个系统都适合于语音通信，但根据不同通信标准的情况下。在每种情况下，更高层的通信单元逻辑共享基站设备，而基站物理地共享某一发射和接收硬件。
已经参考附图公开并描述了本发明的几种优选实施例。本领域的技术人员将理解本发明具有在此所述的具体实施例之外的应用。因此，本发明应当并不仅限于图示的优选实施例。
权利要求
1．一种无线通信系统，包括根据一种通信系统协议操作并使用第一通信资源的第一通信系统控制器；根据该通信系统协议操作并使用第二通信资源的第二通信系统控制器；位于一个无线通信服务区内以向其提供无线通信服务的多个基站，连接到第一通信系统控制器的第一基站和连接到第二通信系统控制器的第二基站分别用于服务区内第一和第二通信资源上的相应通信。
2．权利要求1的无线通信系统，其中第一和第二基站适合于物理地公用收发信机设备。
3．权利要求2的无线通信系统，其中收发信机设备包括下组中的一部分收发信机设备，该组包括天线、放大器、上变频器、下变频器。
4．权利要求1的无线通信系统，其中第一和第二基站包括适合于在至少第一和第二通信资源上通信的一个单独的基站单元。
5．权利要求1的无线通信系统，其中服务区包括偏离一公共部分的第一部分，并且第一基站服务于第一部分和公共部分。
6．一种无线通信系统，包括根据第一通信协议控制第一组通信信号的装置；根据第一通信协议控制第二组通信信号的装置；连接到每个用于控制的第一和第二装置的装置，用于分别在公共通信服务区内使用第一和第二通信资源收发第一组和第二组通信信号。
7．权利要求6的无线通信系统，其中每个用于控制的第一和第二装置包括基站控制器。
8．权利要求7的无线通信系统，其中相互远距离地设置每个基站控制器。
9．权利要求6的无线通信系统，其中用于收发信号的装置包括基站收发信台。
10．权利要求6的无线通信系统，其中用于收发信号的装置包括连接到用于控制的第一装置的第一基站收发信台和连接到用于控制的第二装置的第二基站收发信台，并且其中第一和第二基站收发信台中的每个都连接到一公用发射和接收设备。
全文摘要
一种无线通信系统(100)包括多个基站控制器(BSC)(114,116),所述基站控制器(BSC)逻辑共享多个基站收发信台(BTS)(124,126),并可以物理共享天线和相关收发信机设备。在减少系统(100)中服务区之间出现的缝隙(28)的同时,配置该系统(100)以提高系统容量。
文档编号H04W36/18GK1282491SQ98812213
公开日2001年1月31日 申请日期1998年8月21日 优先权日1997年12月19日
发明者约瑟夫M·佩兹瓦特, 保罗D·斯坦伯格, 阿尔米达R·麦肯齐 申请人:摩托罗拉公司