專利名稱：基站網(wǎng)絡中分配傳輸系統(tǒng)容量的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1前序中定義的，基站網(wǎng)絡中傳輸系統(tǒng)容量的一種分配方法，該方法能夠增加使用給定傳輸系統(tǒng)的基站的數(shù)量和/或改進傳輸系統(tǒng)的利用率。本發(fā)明還涉及應用該方法的傳輸系統(tǒng)。
例如，GSM(全球移動通信系統(tǒng))網(wǎng)絡中基站控制器(BSC)和它控制的基站(BTS)之間的通信方式通常如下利用雙向基于時分的2 Mbps系統(tǒng)實現(xiàn)傳輸。系統(tǒng)包括32個64kbps時隙，每個時隙可以劃分成4個16kbps部分時隙。一個(點對點)或多個基站可以以串行，多點，環(huán)形或星形配置連接到這種系統(tǒng)?；揪哂幸粋€或多個發(fā)射機/接收機(TRX)單元，這些單元包括8個16kbps雙向業(yè)務信道(TCH)。傳輸系統(tǒng)以固定方式為每個TRX單元分配2個時隙用于業(yè)務信道，一個16kbps部分時隙用于TRX信令(TRXSIG)。此外，系統(tǒng)以固定方式為每個基站保留一個16kbps部分時隙用于運營和維護單元信令(OMUSIG)。因此，一個傳輸系統(tǒng)可以用于12個TRX單元。在這種最大情況下，只有少量的部分時隙未用；其確切數(shù)量取決于TRX單元被劃分成多少基站。也有將10個TRX單元的業(yè)務量放置于2Mbps系統(tǒng)的設備。此外，有些設備中一些傳輸系統(tǒng)時隙包含GSM業(yè)務量，一些包含NMT(Nordisk MobilTelefon)業(yè)務量，或者其它蜂窩無線系統(tǒng)的業(yè)務量或尋呼量。
按照現(xiàn)有技術的方法和采用該方法的系統(tǒng)在例如NokiaTelecommunication文檔“TRUA Base Transmission Unit，ProductDescription”，NTC C33315002SE_B0，Nokia Telecommunications Oy1995-1996中公開。

圖1a示出了采用2Mbps傳輸系統(tǒng)的可能的基站網(wǎng)絡。其中的基站由源自基站控制器101的電纜串行連接?；綛TS1(102)具有6個TRX單元，例如如下扇區(qū)化這些單元，使得這三個扇區(qū)中每個扇區(qū)有2個TRU單元。基站BTS2、BTS3和BTS4每個都有兩個全向TRX單元?；綛TS1中的接口單元103以雙向方式將時隙T1-T12連接到TRX單元的無線信道。圖2詳細給出了業(yè)務信道TCH在時隙中的配置。該表中的行對應于時隙T0-T31，X表示該部分時隙未用。類似的，基站BTS2占用時隙T13-T16，BTS3占用時隙T17-T20，BTS4占用時隙T21-T24。
必須為信令(TRXSIG)及運營和維護(OMUSIG)分配不同時隙。在圖2的例示性例子中，基站BTS1為此使用時隙T25、T26和T27，BTS2使用時隙T28，BTS3使用時隙T29，BTS4使用時隙T30。
圖1a所示的基站網(wǎng)絡具有串行拓撲。在圖1b中，基站網(wǎng)絡具有星形拓撲，因為從基站BTS3發(fā)出的連接分叉到另兩個基站BTS5和BTS6。TRX單元在基站之間的分配與圖1a稍有不同，以使得它們的總數(shù)保持不變。在圖1c中，基站網(wǎng)絡具有環(huán)形拓撲，因為基站BTS4和基站控制器BSC之間具有直接的通信連接。在現(xiàn)有技術基站網(wǎng)絡中，環(huán)形拓撲主要用于確保通信安全，因為在這種配置下，基站網(wǎng)絡中的任何基站與基站控制器之間有兩種可選的通信連接(這兩種可選連接是基站所形成的環(huán)路的相反方向)。圖3概要說明了這種環(huán)形配置基站網(wǎng)絡中的基站300?；?00和同一基站網(wǎng)絡中其它設備之間的通信通過傳輸單元301(TRU)進行。傳輸單元301是一種交叉連接設備，其中特定分支表(未示出)決定了不同時隙如何通過傳輸單元301直接從左到右(或者從右到左)連接，以及這些時隙如何通過傳輸單元301的下層部件連接到基站控制功能(BCF)部件。后者在基站的TRX單元302和303之間分配時隙所表示的傳輸容量。按照慣例，圖3以不同的信號線示出了各時隙，盡管實際上這些時隙通過同一物理連接傳送。該例假定6個時隙直接通過傳輸單元301(線路304)連接，2個時隙連接到基站TRX單元302和303(線路305和306)。
在圖3中，傳輸單元301包括兩個所謂的Y類型保護開關307和308，系統(tǒng)利用它們使用基站網(wǎng)絡的拓撲。該傳輸單元監(jiān)控伴隨來自不同傳輸連接的信號的所謂的導頻信息，確定基站TRX單元302和303所用的時隙是應當通過基站和基站控制器之間的左側路徑尋路，還是應當通過右側路徑尋路。在圖3中，傳輸單元檢測到線路305和306所表示的時隙應當通過左側路徑發(fā)送，所以保護開關307和308被設置城將基站TRX單元302和303連接到線路305和306的左分支。如果得到不同的測量結果，則可以將保護開關307和308之一或兩者都設置成虛線所示的另一位置，這種情況下，該時隙中的業(yè)務量應當通過基站300中的右側路徑尋路。保護開關307和308的設置使得傳輸單元301中的當前分支表發(fā)生改變。在這種上下文中，顯然方向術語“左”“右”和“下”僅指圖3所示方向，與實際情況沒有關聯(lián)。
這種方法的缺陷在于，傳輸系統(tǒng)按照最大業(yè)務量為基站TRX單元保留容量，而不考慮實際業(yè)務量情況。這樣，網(wǎng)絡運營商必須不時支付不必要的傳輸容量。這種方法的另一缺陷在于，如果給定區(qū)域中必須構造附加的移動通信容量，使得TRX單元的數(shù)量超過12，則運營上必須提供新的，甚至更未充分利用的傳輸系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是減少上述缺陷。按照本發(fā)明的方法的特征在獨立的權利要求書中表述。
該方法的基本思想在于傳輸系統(tǒng)中至少部分時隙由基站及其TRX單元共享。給定時隙或部分時隙可以按照業(yè)務量情況在不同時刻分配給不同的TRX單元。一些業(yè)務量時隙以固定方式分配給TRX單元，另一些則共享，或者所有的時隙都共享。在后一種情況下，最好還分配固定部分時隙給TRX信令(TRXSIG)和運營和維護信令(OMUSIG)。
因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以更為有效地利用傳輸系統(tǒng)的容量，因為它總是用于具有最多業(yè)務量的TRX單元，基站和區(qū)域。與目前實際情況相比，可以有更多的TRX單元附著在傳輸系統(tǒng)中。這很重要，尤其在網(wǎng)絡運營者必須釋放傳輸連接的情況下更是如此。因此，本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，與現(xiàn)有實際情況相比，隨著給定區(qū)域的業(yè)務量的增加，可以推遲新傳輸系統(tǒng)的引入。
下面詳細描述本發(fā)明。在以下描述中，請參看附圖，在附圖中圖1a-1c是已知的基站網(wǎng)絡的例子；
圖2說明了按照圖1a的網(wǎng)絡中傳輸系統(tǒng)時隙的當前使用；圖3示出了環(huán)形配置基站網(wǎng)絡中的已知基站；圖4示出了圖1a網(wǎng)絡的擴展，使得部分傳輸系統(tǒng)容量由按照本發(fā)明的TRX單元共享；圖5說明了按照圖4的網(wǎng)絡中按照本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)時隙的使用；圖6示出了網(wǎng)絡的擴展，使得傳輸系統(tǒng)的總傳輸容量由按照本發(fā)明的TRX單元共享；圖7說明了圖6網(wǎng)絡中傳輸系統(tǒng)時隙的使用；圖8說明了分配時隙或部分時隙的原則；圖9a和9b示出了應用按照本發(fā)明的原理的基站；圖10示出了應用按照本發(fā)明的原理的基站網(wǎng)絡；以及圖11示出了應用按照本發(fā)明的原理的第二基站網(wǎng)絡。
圖4和5說明了按照本發(fā)明的方法的例子。在網(wǎng)絡中加入使用傳輸系統(tǒng)的配備有兩個TRX單元的一個基站BTS5和配備有一個TRX單元的一個基站BTS6。與現(xiàn)有技術類似，一些傳輸系統(tǒng)時隙以固定方式分配給TRX單元，但是特定時隙總是由兩個TRX單元共享。時隙T1-T8(401)以固定方式分配給基站BTS1中的4個TRX單元，時隙T9和T10分配給BTS2中的一個TRX單元。同樣，時隙T11-T16分配給了基站BTS3、BTS4和BTS5中的一個TRX單元，時隙T17和T18分配給了BTS6中的唯一一個TRX，如圖5所示。時隙T19和T20最初分配給了基站BTS1中的TRX 4(402)和BTS3中的TRX 10。類似地，時隙T21和T22最初分配給了BTS1中的TRX 6和BTS4中的另一TRX單元(403)。此外，按照圖5，時隙T23和T24最初分配給了基站BTS2和BTS5中的另一TRX單元。
假定基站BTS1中的單元TRX1和TRX2代表扇區(qū)1，TRX3和TRX4代表扇區(qū)2，TRX5和TRX6代表扇區(qū)3。如果，例如在給定時刻，扇區(qū)2中8個業(yè)務信道已足夠，則如果時隙T19空閑，基站BTS1就占用該時隙。這種情況下，基站BTS3最多可以使用12個業(yè)務信道(8+4)。如果12個信道對基站BTS1的扇區(qū)2而言不夠，則基站還占用時隙T20，如果該時隙空閑。這是的基站BTS3只剩下8個信道。同樣，BTS3可以在時隙T19和T20空閑時占用它們。這樣，按照業(yè)務量情況使用時隙T19和T20，以及時隙T21-T24。因為各小區(qū)中業(yè)務量峰值和小區(qū)的扇區(qū)通常不相合，所以上述方法不會大幅度增加網(wǎng)絡的擁塞。網(wǎng)絡設計必須允許業(yè)務量峰值的臨時分配，在包含辦公樓的區(qū)域中，業(yè)務量峰值出現(xiàn)在辦公時間，而在居住區(qū)，業(yè)務量峰值出現(xiàn)在辦公時間之外?；窘M應當包含業(yè)務量峰值不大會相合的基站，前述基站組中的基站最初共享分配的時隙。
圖5還示出了在傳輸系統(tǒng)中定位信令及運營和維護信令，表示成TRXSIG和OMUSIG的時隙的可能方式。
圖6和7說明了按照本發(fā)明的方法的第二例子。TRX單元的數(shù)量是36，或者說是圖1所示情況的3倍。現(xiàn)在比前一例子更詳細地考察傳輸系統(tǒng)容量的動態(tài)分配。讓我們假定每個TRX單元對區(qū)域中的忙時業(yè)務量峰值Eh相同，Eh＝16。業(yè)務量在使用的業(yè)務信道中測量。因為不同區(qū)域中的瞬時業(yè)務量彼此獨立，所以這些區(qū)域的峰值業(yè)務量值作平方相加。共有18個TRX對，所以整個基站網(wǎng)絡的峰值業(yè)務量Ehk可以由以下公式計算Ehk=1618=67.9≈17.0·4]]>因為一個時隙可以有4個業(yè)務量信道，所以如果所有基站中的業(yè)務量信道都可以自由選擇，則對整個基站網(wǎng)絡的業(yè)務量而言，17時隙容量便已足夠。圖6和7的例子作了這種假定。按照圖7，業(yè)務量時隙的數(shù)量是18。所有72個業(yè)務量信道由所有36個TRX單元機器288個無線信道共享，所以可以認為這些時隙最初被分配給了所有基站。
下面參看圖8描述分配時隙或部分時隙的過程。在步驟80中，基站發(fā)現(xiàn)它與基站控制器之間通信需要更多的通信容量。這種發(fā)現(xiàn)可以基于以下事實基站可用的所有時隙已全被占用慢，或者可用時隙的一部分(例如80％)已被占用，后一種情況下基站在某種程度上預見容量將要用完。圖8步驟81表示了基站在基站可用時隙中，最好是類似于OMUSIG或TRXSIG信道的控制信息時隙中，以標準消息的形式發(fā)送給基站控制器的時隙或部分時隙的分配請求。在步驟82中，基站控制器根據(jù)它所維護的表檢查基站網(wǎng)絡的時隙分配情況。如果基站的分配請求可以接受(有合適的時隙或部分時隙空閑)，則基站控制器向基站指示分配給該基站的時隙或部分時隙的標識，步驟83。該指示最好在控制信息時隙中，類似于OMUSIG或TRXSIG信道中發(fā)送。響應于所述指示，基站激活控制，步驟84，它建立分配的時隙(或部分時隙)和基站交叉連接設備，或者傳輸單元中的下行無線信道之間的連接。后面將給出有關傳輸單元中各連接類型的詳細討論?；具€可以按照步驟85通知基站控制器已建立連接，基站控制器響應于該信息，更新分配表，使得時隙或部分時隙標記成分配給該基站，步驟86。如果沒有使用按照步驟85和86的確認過程，則在步驟82中檢查分配情況的同時，更新分配表。
將附加容量分配給基站還可以由基站控制器啟動。在圖8的步驟87中，基站控制器檢測到位于給定基站區(qū)域的移動臺將要接收尋呼消息，即建立新連接的請求。基站控制器還檢測到分配給該基站的時隙已被其他業(yè)務量占用。因此，基站控制器啟動按照步驟82的過程，已前述方式分配新時隙給基站。
如果在按照步驟82檢查分配情況時，基站控制器發(fā)現(xiàn)沒有合適的時隙或部分時隙空閑，那么它不會按照步驟83向基站指示新時隙或部分時隙的分配。圖8沒有示出在基站不再需要附加容量時，這些附加容量的釋放過程。這種釋放可以基于基站所發(fā)送的通知，表明不再需要較早分配的附加容量。此外，基站控制器可以測量每個時隙和/或部分時隙中的業(yè)務量，從而檢測出沒有活躍業(yè)務量的時隙或部分時隙。如果分配表表明這種時隙或部分時隙屬于基站組最初分配的“共享”容量，現(xiàn)在暫時分配給了給定基站，則基站控制器可以發(fā)送給基站一個回收通知，并更新分配表，使得時隙或部分時隙可以再次分配給該基站組中的任何基站。
圖9a到11詳細描述了基站傳輸單元所用的技術實現(xiàn)，用以使基站網(wǎng)絡按照本發(fā)明工作。圖9a和9b示出的基站900具有傳輸單元(TRU)901和控制功能部件(BCF)902，后者將通信容量分配給TRX單元(未示出)。以固定方式分配一個時隙給基站900。此外，基站900屬于基站最初分配有信號線904所表示的時隙的基站組。在圖9a中，基站900沒有占用所述時隙，所以它的傳輸單元901直接連接代表時隙的信號線904。在圖9b中，基站900在基站控制器(未示出)的允許下占用了信號線904所代表的時隙。在圖9b中，通過在分支表(未示出)中加入一個Y類型保護開關905來實現(xiàn)分配，該分支表控制傳輸單元901的操作，保護開關905將信號線904的左分支連接到基站控制功能部件902。也可以采用從信號線904的左分支到基站控制功能部件的類似直接連接來取代保護開關，如同信號線903。如果圖9a和9b所示基站屬于環(huán)形配置基站網(wǎng)絡，則可以公開分支表，該表的開頭(在圖9a所示情況下)是信號線903的Y類型保護開關和信號線904通過傳輸單元901的直接連接。傳輸單元901的第二分支表(在圖9b所示情況下)包括兩個Y類型保護開關，這兩個開關都用于到基站控制器的最佳連接，其方式與前面針對圖3的現(xiàn)有技術描述所給出的相同。
Y類型保護開關并不是基站傳輸單元實現(xiàn)本發(fā)明所用的唯一連接類型。圖10示出的基站網(wǎng)絡包括基站1001、1002和1003，其中以固定方式將12個可能時隙中的3個(3根信號線1004)分配給每個基站。此外，信號線1005、1006和1007所表示的時隙最初分配給了由這些基站所組成的基站組。每個基站的傳輸單元包括3個分支開關1008、1009和1010，其位置決定了每個最初分配的時隙所連接的基站。在圖10中，這些時隙沒有分配給給出的任何基站，所以所有分支開關1008、1009和1010都位于上面的位置。如果例如信號線1007所表示的時隙分配給基站1003，基站1001和1002中的對應開關1010都保持在上面的位置，則基站1003中的開關1010將轉到虛線所示的下面的位置。因此，這種情況下，不需要在任何基站中引入全新的分支表，因為特定的二位置開關已定義在所有基站的傳輸單元的分支表中。
圖10所示分支開關將入信號線通過傳輸單元，或者從傳輸單元連接到控制功能部件，它可以應用于圖9a和9b所示的情況。在該情況下，圖9a和9b的基站傳輸單元的分支表包括分支開關，利用它信號線904可以經過傳輸單元901，或者利用傳輸單元901通到控制功能部件。
圖10假定每個基站可以占用附加容量，不用考慮最初分配的時隙中哪一個尋址到它。因此，每個基站可以使用信號線1005、1006和1007所表示的任一時隙。但是，基站體系結構會導致給定基站只能使用特定時隙作為附加容量。圖11示出了可以在這種情況下應用本發(fā)明的基站網(wǎng)絡?；綛TS1到BTS9形成了鏈形配置的基站網(wǎng)絡，其中以固定方式為每個基站分配一個時隙(信號線1101)。未簡明起見，基站BTS4到BTS7沒有在該圖中示出，但是根據(jù)該圖的其余部分可以容易地導出其位置和連接。最初為包括所有這些基站的基站組分配了3個時隙(信號線1002、1003和1004)。每個基站具有3個分支開關1105、1106和1107，它們共用一根到控制功能部件1108的線路。這種情況需要使用所謂的條件分支表，即如果在基站傳輸單元中修改了連接，則必須改變該傳輸單元中的分支表?；究刂乒δ懿考恍枰缹⒛膫€時隙分配成附加容量，因為從控制功能部件角度來看，新分支表所控制的傳輸單元將分配的時隙所代表的附加容量分配給基站的方式始終相同。
以上主要討論了基站和基站控制器之間的2-Mbps連接，其中業(yè)務量被劃分成32個時隙，這些時隙可以進一步劃分成4個部分時隙。本發(fā)明無論如何都不局限于基于這些圖的系統(tǒng)，其創(chuàng)新思想可以應用于基站和基站控制器之間的通信基于時隙或類似容量單元的分配的所有系統(tǒng)。例如，除了2 Mbps之外，其它被廣泛應用的數(shù)據(jù)傳輸速率是1.5Mbps、1Mbps和0.5Mbps。如果基站和基站控制器之間的通信在多個并行的頻段上進行，則按照本發(fā)明的動態(tài)分配方法可以用于所有這些頻段，也可以用于一些頻段。
以上假定基站在時隙分配方面是平等的，即將空閑的可分配時隙分配給首先占用它的基站。也可以給基站指定優(yōu)先級，使得給定時隙主要被特定基站所占用，其它基站只能在主基站不需要該時隙時占用該時隙。
權利要求
1.處理蜂窩無線網(wǎng)絡中基站(BTS1-BTS12)和基站控制器(BSC)之間通信的系統(tǒng)中傳輸容量的一種分配方法，其中傳輸容量由預定數(shù)量的容量單元(T0-T31)組成，這些容量單元可以被單獨分配，其特征在于，至少一個容量單元(TCH)可分配給包括至少兩個基站的給定基站組，使得在所述基站組中的第一基站所處理的瞬時業(yè)務量需要臨時分配附加容量時，將所述容量單元分配給所述第一基站，在所述第一基站所處理的瞬時業(yè)務量不再需要臨時分配附加容量時，釋放所述容量單元，使之可分配給該基站組。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述基站組僅包括在給定基站控制器控制下工作的部分基站(TRX 4，10；TRX 6，12；TRX8，14)。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所述基站組包括在給定基站控制器控制下工作的所有基站(TRX 1-36)。
4.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，基站控制器維護分配表，該表指示了容量單元的分配情況。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于，基站控制器響應于以下之一的輸入，選擇新的容量單元進行分配(73)基站在收到終端的新連接請求(70)時發(fā)出的分配請求(71)；交換中心發(fā)出的建立到特定終端的連接請求(72)。
6.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，容量單元的特定第一部分永久分配給給定基站，容量單元(TCH)的特定第二部分可分配給給定基站組。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所有容量單元(TCH)都可分配給給定基站組。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，容量單元是循環(huán)出現(xiàn)的時隙，可分配給給定基站組的時隙只能整體分配。
9.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，容量單元是循環(huán)出現(xiàn)的時隙，可分配給給定基站組的至少一個時隙可以以部分時隙的形式分配。
10.處理蜂窩無線網(wǎng)絡中基站(BTS1-BTS12)和基站控制器(BSC)之間通信的傳輸系統(tǒng)，其中所述傳輸系統(tǒng)的傳輸容量由預定數(shù)量的容量單元組成，這些容量單元可以被單獨分配，其特征在于，它包括至少一個基站控制器裝置，用于指示可分配給給定基站組的至少一個容量單元，從而基站控制器能夠在特定基站所處理的瞬時業(yè)務量需要臨時分配附加容量時，將所述容量單元分配給所述基站。
全文摘要
在處理蜂窩無線網(wǎng)絡中基站(BTS1－BTS12)和基站控制器(BSC)之間通信的系統(tǒng)中,傳輸容量由預定數(shù)量的容量單元(T0－T31)組成。至少一個容量單元(TCH)可以分配給包括至少兩個基站的給定基站組。在所述基站組中的特定基站所處理的瞬時業(yè)務量需要臨時分配附加容量時,將所述容量單元分配給所述基站,在所述基站所處理的瞬時業(yè)務量不再需要臨時分配附加容量時,釋放所述容量單元,使之可分配給該基站組。
文檔編號H04W88/08GK1276953SQ98810468
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月22日 優(yōu)先權日1997年10月23日
發(fā)明者周括·卡潘恩 申請人:諾基亞網(wǎng)絡有限公司