Изобретение относится к системе связи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству и способу добавления базовой станции сотовой ячейки в систему сотовой связи и исключения из нее базовой станции, когда нагрузка системы соответственно увеличивается или уменьшается или в случае необходимости технического обслуживания базовой станции.
В некоторых системах сотовой телефонной связи, системах персональной связи и системах беспроводных абонентских шлейфов, использующих методы кодирования, основанные на принципах многостанционного доступа с кодовым разделением (МДКР), общая полоса частот используется для связи со всеми базовыми станциями в системе. Общая полоса частот обеспечивает одновременную связь между подвижным блоком и более чем одной базовой станцией. Сигналы, занимающие общую полосу частот, селектируются в приемном терминале (как в базовой станции, так и в подвижном блоке) с использованием свойств МДКР сигналов с расширенным спектром, основанных на использовании высокочастотных псевдошумовых (ПШ) кодов и ортогональных кодов Уолша. Передающие терминалы (как базовая станция, так и подвижный блок), использующие различные ПШ коды, или сдвинутые во времени ПШ коды, или ортогональные коды Уолша, формируют сигналы, которые могут быть селективно приняты приемными терминалами.
В возможном примере реализации системы МДКР каждая базовая станция передает пилот-сигнал, содержащий общий ПШ код расширения спектра, который смещен по фазе кода относительно пилот-сигнала других базовых станций системы. В процессе функционирования системы подвижный блок получает перечень смещений фазы кода, соответствующих соседним базовым станциям, находящимся в окрестности данной базовой станции, через которую установлена связь. Подвижный блок оснащен средством поиска, которое дает ему возможность отслеживать мощность пилот-сигнала от группы базовых станций, включающей соседние базовые станции.
Известны различные способы переключения подвижного блока с одной базовой станции на другую (известных как способы "передачи связи"). Один из таких способов определен как "гибкая" передача связи, при которой связь между подвижным блоком и конечным пользователем не прерывается при передаче связи в необходимом случае от исходной базовой станции к следующей базовой станции. Такой способ определяется как "гибкая" передача связи в том смысле, что связь со следующей базовой станцией устанавливается до завершения связи с исходной базовой станцией. Если подвижный блок осуществляет связь с двумя базовыми станциями, то для конечного пользователя формируется единый сигнал из сигналов от каждой базовой станции с помощью контроллера системы сотовой или персональной связи. В указываемом здесь для ссылки патенте США N 5267261, переуступленном правопреемнику настоящего изобретения, раскрыт способ и система обеспечения связи с подвижным блоком более чем через одну базовую станцию в процессе передачи связи, т.е. обеспечения гибкой передачи связи.
Гибкая передача связи, поддерживаемая подвижным блоком, осуществляется с использованием уровня пилот-сигнала от нескольких групп базовых станций, измеряемого подвижным блоком. Группа Действующих базовых станций представляет собой группу базовых станций, посредством которых установлена действующая связь. Группа Соседних базовых станций есть группа базовых станций, окружающих действующую базовую станцию, для которых имеет место высокая вероятность наличия пилот-сигнала достаточного уровня для установления связи. Группа базовых станций-Кандидатов представляет собой группу базовых станций, уровень пилот-сигнала в которых достаточен для установления связи.
Вначале, когда установлена связь, подвижный блок осуществляет связь через первую базовую станцию, и Группа Действующих базовых станций содержит только первую базовую станцию. Подвижный блок контролирует уровень пилот-сигнала базовых станций в Группе Действующих базовых станций, Группе базовых станций-Кандидатов и Группе Соседних базовых станций. Когда пилот-сигнал базовой станции из Группы базовых станций-Кандидатов превысит предварительно определенный пороговый уровень, то базовая станция добавляется к Группе базовых станций-Кандидатов и исключается из Группы Соседних станций в подвижном блоке. Подвижный блок передает сообщение, идентифицирующее новую базовую станцию. Контроллер системы сотовой или персональной связи принимает решение об установлении связи между новой базовой станцией и подвижным блоком. Если контроллер системы сотовой и персональной связи примет решение установить такую связь, то он посылает сообщение новой базовой станции с идентифицирующей информацией о подвижном блоке и команду об установлении связи с подвижным блоком. Сообщение также передается к подвижному блоку через первую станцию. Сообщение идентифицирует новую Группу Действующих базовых станций, которая включает первую и новую базовые станции. Подвижный блок осуществляет поиск передаваемого информационного сигнала новой станции, и связь с новой станцией устанавливается без прекращения связи через первую станцию. Эта процедура может продолжаться для следующих базовых станций.
Когда подвижный блок осуществляет связь через множество базовых станций, он продолжает контролировать уровень сигнала базовых станций Группы Действующих базовых станций. Группы базовых станций-Кандидатов и Группы Соседних базовых станций. Если уровень сигнала, соответствующего базовой станции Группы Действующих базовых станций падает ниже предварительно определенного уровня в течение определенного интервала времени, то подвижный блок формирует и передает сообщение об этом событии. Контроллер системы сотовой или персональной связи принимает это сообщение посредством по меньшей мере одной из базовых станций, с которыми осуществляет связь подвижный блок. Контроллер системы сотовой или персональной связи может принять решение о прекращении связи через базовую станцию, пилот-сигнал которой имеет низкий уровень.
После принятия решения о прекращении связи через базовую станцию контроллер системы сотовой или персональной связи генерирует сообщение, идентифицирующее новую Группу Действующих базовых станций. Новая Группа Действующих базовых станций не содержит базовую станцию, связь через которую должна быть прекращена. Базовые станции, через которые установлена связь, передают сообщение на подвижный блок. Сообщения от подвижного блока, таким образом, маршрутизируются только через базовые станции, идентифицированные в новой Группе Действующих базовых станций.
Так как подвижный блок осуществляет связь с конечным пользователем по меньшей мере через одну базовую станцию постоянно на протяжении всей процедуры гибкой передачи связи, то не происходит перерывов в связи между подвижным блоком и конечным пользователем. Процедура гибкой передачи связи обеспечивает значительные преимущества благодаря реализуемому при этом принципу "сделать, прежде чем прервать" вместо ранее общепринятого принципа "прервать, прежде чем сделать", который использовался в других системах сотовой связи.
В системе сотовой или персональной телефонной связи чрезвычайно важна максимизация пропускной способности системы в смысле числа одновременно осуществляемых телефонных вызовов. Пропускная способность системы с расширенным спектром может быть максимизирована, если передаваемая мощность каждого подвижного блока регулируется так, чтобы каждый передаваемый сигнал приходил в приемник базовой станции с минимальным уровнем, требуемым для поддержания работоспособности линии связи. Если сигнал, передаваемый подвижным блоком, приходит в приемник базовой станции со слишком низким уровнем мощности, то частота ошибок по битам может оказаться слишком высокой для того, чтобы обеспечить высокое качество связи вследствие взаимных помех от других подвижных блоков. Если, с другой стороны, передаваемый сигнал подвижного блока имеет уровень мощности, слишком высокий при приеме его базовой станцией, то связь именно с этим конкретным подвижным блоком приемлема, однако такой сигнал с высоким уровнем мощности создает помехи другим подвижным блокам. Эти взаимные помехи могут отрицательно повлиять на связь с другими подвижными блоками.
Потери на трассе распространения в радиоканале определяются как любое ухудшение качества или потери, испытываемые сигналом при его распространении по воздуху, и могут характеризоваться двумя отдельными явлениями: средними потерями на трассе и замиранием. Прямая линия связи, т.е. линия связи от базовой станции к подвижному объекту, в типовом случае, но не обязательно, работает на частоте, отличной от частоты обратной линии связи, т.е. линии связи от подвижного блока к базовой станции. Тем не менее, так как частоты прямой и обратной линий связи находятся в пределах одной полосы частот, между средними потерями на трассе распространения для обеих линий связи имеет место значительная корреляция. Например, в типовой сотовой системе центральная частота одного из каналов прямой линии связи равна 882 МГц, которой соответствует центральная частота одного из каналов обратной линии связи, равная 837 МГц. С другой стороны, замирание представляет собой независимое явление для прямой и обратной линий связи и изменяется в функции времени. Характеристики замирания в канале, однако, одни и те же как для прямой, так и для обратной линий связи, так как частоты находятся в пределах одной и той же полосы частот. Поэтому среднее замирание канала по времени для обеих линий связи в типовом случае одно и то же.
В одном из возможных вариантов системы МДКР каждый подвижный блок оценивает потери на трассе распространения в прямой линии связи, основываясь на полной мощности на входе подвижного блока. Полная мощность есть сумма мощности от всех базовых станций, работающих при одном и том же распределении частот, как она воспринимается подвижным блоком. Исходя из оценки средних потерь на трассе распространения в прямой линии связи подвижный блок устанавливает уровень передачи сигнала обратной линии связи.
Передаваемая мощность подвижного блока также регулируется одной или более базовыми станциями. Каждая базовая станция, с которой подвижный блок устанавливает связь, измеряет уровень принятого сигнала от подвижного блока. Измеренный уровень сигнала сравнивается с требуемым уровнем сигнала для данного конкретного подвижного блока в данной базовой станции. Команда регулировки мощности генерируется в каждой базовой станции и передается подвижному блоку по прямой линии связи. В ответ на команды регулировки мощности от базовой станции подвижный блок увеличивает или уменьшает передаваемую им мощность на предварительно определенную величину.
Когда подвижный блок осуществляет связь более чем с одной базовой станцией, команды регулирования мощности обеспечиваются каждой базовой станцией. Подвижный блок действует в ответ на эти команды регулировки мощности от множества базовых станций с тем, чтобы избежать уровней мощности, которые могут отрицательно повлиять на связь, осуществляемую другими подвижными блоками, и при этом обеспечивать достаточную мощность для поддержания связи подвижного блока по меньшей мере с одной из базовых станций. Этот механизм регулирования мощности реализуется тем, что подвижный блок увеличивает свой уровень передаваемого сигнала, только если каждая базовая станция, с которыми подвижный блок осуществляет связь, потребует увеличения мощности. Подвижный блок уменьшает свой уровень передаваемого сигнала, если любая базовая станция, с которой этот подвижный блок осуществляет связь, потребует, чтобы мощность была снижена. Управление мощностью с участием базовых станций и подвижных блоков раскрыто в приведенных здесь для ссылки патентах США N 5056109, 5265119, 5257283, 5267262, переуступленных правопреемнику настоящего изобретения.
Разнесение базовых станций в подвижном блоке является важным фактором в процедуре гибкой передачи связи. Способ управления мощностью, описанный выше, реализуется оптимальным образом, если подвижный блок осуществляет связь с каждой базовой станцией, с которой возможна связь, в типовом случае от одной до трех базовых станций, хотя возможно и большее их число. При этом подвижный блок стремится предотвратить непреднамеренные помехи связи через базовую станцию, которая принимает сигналы подвижного блока с избыточным уровнем, но не может передать команду регулировки мощности на подвижный блок, так как связь с подвижным блоком не установлена.
Каждая зона обслуживания базовой станции имеет две границы передачи связи. Граница передачи связи определяется как физическое положение между двумя базовыми станциями, где линия связи функционирует одинаково, независимо от того, осуществляет ли подвижный блок связь с первой или с второй базовой станцией. Каждая базовая станция имеет границу передачи связи прямой линии связи и границу передачи связи обратной линии связи. Граница передачи связи прямой линии связи определяется как положение, в котором приемник подвижного блока функционировал бы одинаково, независимо от того, от какой базовой станции осуществлялся прием. Граница передачи связи обратной линии связи определяется как положение подвижного блока, при котором приемники двух базовых станций функционировали бы одинаково по отношению к данному подвижному блоку.
В идеальном случае эти две границы должны быть сбалансированы, в том смысле, что они должны иметь одно и то же физическое местоположение по отношению к базовой станции. Если они не сбалансированы, то пропускная способность системы может быть снижена, так как процедура регулирования мощности нарушается или область передачи связи неоправданно расширяется. Заметим, что граница передачи связи есть функция времени, в том смысле, что мощность обратной линии связи увеличивается по мере того, как число подвижных блоков возрастает. Мощность обратной линии связи обратно пропорциональна зоне обслуживания. Поэтому при всех прочих условиях, сохраняющихся постоянными, увеличение мощности обратной линии связи снижает эффективный размер зоны обслуживания базовой станции и обуславливает перемещение границы передачи связи обратной линии связи в направлении к базовой станции. Если только в базовой станции не используется механизм компенсации для прямой линии связи, то даже система, которая первоначально была идеально сбалансирована, окажется со временем разбалансированной, в зависимости от нагрузки базовой станции.
В работающей системе сотовой или персональной связи или в системе с беспроводными абонентскими шлейфами флуктуации нагрузки являются обычным явлением. Например, если на автостраде происходит авария в часы с наиболее интенсивным движением, то в результате образующейся пробки существенно увеличивается число пользователей системы, которые стремятся получить доступ к системе. Запланированные мероприятия, такие как крупные спортивные мероприятия, конференции и парады, также могут иметь тот же эффект. Большие флуктуации нагрузки, приводящие к увеличению числа пользователей намного больше соответствующего ожидаемой средней нагрузке, могут обусловить перегрузку системы. Если перегрузка значительна, то в запросах на предоставление новых линий связи будет отказано. Хотя ситуация перегрузки нежелательна, очевидная альтернатива, состоящая в обеспечении дополнительной пропускной способности для каждой базовой станции системы, представляется нецелесообразной с практической точки зрения. В настоящее время, однако, не существует способа или устройства, с помощью которых можно было бы избежать ситуаций перегрузки без временного прерывания связи или без ухудшения характеристик системы.
Кроме того, если базовая станция требует регламентного или незапланированного технического обслуживания, она должна быть выведена из состава системы и затем вновь введена в ее состав после завершения технического обслуживания. Важно, однако, при исключении базовой станции из системы и повторном ее введении в действие поддерживать нормальную работу системы и не допускать перерывов в обеспечиваемых системой процедурах связи. Обычные системы, однако, не предусматривают средств, с помощью которых базовую станцию можно удалить из системы и вновь ввести ее в состав системы, при необходимости проведения технического обслуживания базовой станции, не оказывая при этом отрицательного воздействия на характеристики системы.
Поэтому существует необходимость в устройстве и способе, обеспечивающих эффективное функционирование и предупреждение ситуаций перегрузки, а также обеспечивающих поддержание нормального функционирования системы при выполнении процедур технического обслуживания базовых станций.
Соответственно настоящее изобретение направлено на создание устройства и способа, позволяющих дополнительно вводить базовую станцию в систему связи и исключать ее из системы связи, чтобы предотвратить перегрузки системы, обеспечивать услуги связи без каких- либо помех при проведении технического обслуживания базовой станции, а также в существенной степени решить проблемы, связанные с ограничениями и недостатками систем, известных из предшествующего уровня техники.
Для достижения этих результатов в соответствии с задачами, решаемыми изобретением, раскрытым и подробно описанным ниже, предложен способ и устройство для дополнительного введения новой базовой станции в систему связи и/или исключения базовой станции из этой системы. Настоящее изобретение наиболее пригодно для введения новой базовой станции, работающей на предварительно определенной частоте, в существующую сеть базовых станций, работающих на той же самой частоте, когда увеличившаяся нагрузка в системе создает необходимость в дополнительном введении одной или нескольких базовых станций. Изобретение также может использоваться в случае необходимости удаления базовой станции из сети базовых станций, когда нагрузка снижается, делая удаляемую базовую станцию бесполезной. Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано для удаления и повторного введения базовой станции (или отдельного сектора базовой станции), когда требуется техническое обслуживание или модернизация базовой станции. Процедура добавления базовой станции в систему (или так называемое "развертывание сотовой ячейки") требует согласованного расширения зон обслуживания прямой и обратной линий связи новой базовой станции. Удаление базовой станции (или так называемое "свертывание сотовой ячейки") требует согласованного сокращения зон обслуживания прямой и обратной линий связи для удаляемой базовой станции.
Перед введением новой базовой станции в существующую сеть мощность прямой линии связи (или передаваемая мощность) и мощность сигнала обратной линии связи (или принимаемая мощность) новой базовой станции примерно равны нулю. В начале процедуры добавления новой базовой станции аттенюатор в приемном тракте новой базовой станции устанавливается на высокий уровень потерь в тракте или высокий уровень ослабления, создавая высокий уровень мощности принимаемых искусственных шумов. Аттенюатор в тракте передачи также устанавливается на высокий уровень ослабления, что, в свою очередь, обуславливает низкий уровень передаваемой мощности. Высокий уровень мощности принимаемых искусственных шумов приводит к тому, что зона обслуживания обратной линии связи новой базовой станции весьма мала. Аналогично, так как зона обслуживания прямой линии связи прямо пропорциональна передаваемой мощности, то очень низкий уровень передаваемой мощности приводит к тому, что зона обслуживания прямой линии связи также весьма мала.
Процедура затем продолжается согласованным регулированием аттенюаторов в приемном и передающем трактах. Уровень ослабления аттенюатора в приемном тракте снижается, снижая при этом уровень принимаемой мощности искусственных шумов, увеличивая естественный уровень сигнала и, следовательно, увеличивая размер зоны обслуживания обратной линии связи. Уровень ослабления аттенюатора в тракте передачи также уменьшается, увеличивая при этом уровень передаваемой мощности новой базовой станции и расширяя ее зону обслуживания прямой линии связи. Скорость, с которой возрастает передаваемая мощность и снижается мощность приема искусственных шумов, должна быть относительно низкой, чтобы обеспечить передачу связи при вызовах между новой и окружающими базовыми станциями, когда новая базовая станция дополнительно вводится в систему или удаляется из нее.
Когда новая базовая станция вводится в систему, принимаемая и передаваемая мощности изменяются согласованно одна с другой. Т.е. при введении новой базовой станции передаваемая мощность увеличивается в соответствии со снижением мощности приема искусственных шумов новой базовой станции. Соответственно, когда передаваемая мощность увеличивается на 1 дБ, мощность принимаемых искусственных шумов снижается на 1 дБ. Такое полное соответствие изменения передаваемой и принимаемой мощности поддерживается на протяжении всей процедуры дополнительного введения новой базовой станции в систему.
Предпочтительно процедура введения новой базовой станции завершается, когда передаваемая мощность новой базовой станции достигает предварительно определенного требуемого уровня. Как вариант, если базовая станция оснащена средствами периодического изменения параметров ("дыхания") системы (будут описаны ниже), процедура дополнительного введения новой базовой станции завершается, когда система достигнет состояния равновесия для всех базовых станций системы.
Каждая из имеющихся базовых станций характеризуется двумя зонами обслуживания: изолированной зоной обслуживания и эффективной зоной обслуживания. Понятие изолированной зоны обслуживания относится к максимальной зоне обслуживания, которую может иметь базовая станция, и определяется при условии, когда базовая станция изолирована от всех других базовых станций, т.е. является единственной работающей базовой станцией системы. Эффективная зона обслуживания определяется границей вокруг базовой станции, в пределах которой подвижные блоки осуществляют связь с этой базовой станцией. Эффективная зона обслуживания перемещается, сокращаясь и расширяясь, в соответствии с нагрузкой базовой станции.
Когда новая базовая станция вводится в систему, ее зоны обслуживания обратной линии связи и прямой линии связи увеличиваются от по существу нулевых значений. Если система оснащена средствами периодического изменения параметров ("дыхания") системы, эта процедура продолжается, поддерживая зоны обслуживания обратной и прямой линий связи в сбалансированном соотношении, т. е. существенно одинаковых размеров. В то же время система уменьшает эффективные зоны обслуживания прямой и обратной линий связи имеющихся базовых станций, находящихся по соседству с новой базовой станцией. Соответственно, эффективные зоны обслуживания соседних базовых станций сокращаются, в то время как зоны обслуживания новой станции расширяются. При наличии средств периодического изменения параметров системы это сокращение и расширение продолжается до тех пор, пока соседние базовые станции и новая базовая станция не окажутся нагруженными одинаково, т.е. система достигнет состояния равновесия. Либо, как вариант, сокращение и расширение могут прекратиться, когда уровень передаваемой мощности новой базовой станции достигнет предварительно определенного требуемого уровня (требуемый уровень ограничен максимальной номинальной мощностью новой базовой станции).
В системе, оснащенной средствами периодического изменения параметров ("дыхания") ячейки, после достижения состояния равновесия, при возрастании и снижении нагрузки для различных базовых станций, что вызывает расширение и сокращение их эффективных зон обслуживания обратной линии связи, граница зоны обслуживания прямой линии связи согласована с зоной обслуживания обратной линии связи. Таким образом, после завершения процедуры развертывания ячейки зоны обслуживания базовых станций "дышат", сокращаясь и расширяясь согласованно.
Процедура удаления имеющейся базовой станции из сети базовых станций (или свертывание ячейки) представляет собой процесс, обратный развертыванию ячейки. В этом случае зоны обслуживания удаляемой базовой станции сокращаются. Эта процедура продолжается до тех пор, пока зоны обслуживания прямой и обратной линий связи удаляемой базовой станции не сократятся примерно до нуля. В результате удаляемая станция перестает работать, а эффективные зоны обслуживания соседних базовых станций расширяются для заполнения области, освобожденной удаленной базовой станцией. Подобно развертыванию ячейки, свертывание ячейки может выполняться без нарушений работы или перерывов в работе системы.
В устройстве и способе, соответствующих изобретению, информация может передаваться в системе связи с использованием методов МДКР. МДКР представляет собой способ мультиплексирования передач с использованием расширения спектра за счет непосредственной модуляции передаваемого сигнала последовательностью путем кодирования передач таким образом, чтобы их можно было идентифицировать. Мультиплексирование по методу МДКР позволяет большему числу приемопередатчиков (т.е. подвижных телефонных модулей) осуществлять связь в системе, чем это было бы возможно без использования таких методов расширения спектра.
Следует иметь в виду, что изложенное выше обобщенное описание и последующее детальное описание приведены для примера и для пояснения и не предназначены для какого-либо ограничения заявленного изобретения.
Иллюстрирующие изобретение чертежи обеспечивают дополнительное пояснение изобретения и включены в данное описание как его составная часть для иллюстрации примеров осуществления изобретения и пояснения лежащих в его основе принципов.
Фиг. 1 - схематичное представление примера выполнения системы подвижной сотовой телефонной связи;
фиг. 2A - 2C - иллюстрация трех несбалансированных условий передачи связи;
фиг. 3 - блок-схема устройства базовой станции, выполненного согласно изобретению;
фиг. 4 - блок-схема другого варианта устройства базовой станции, соответствующего изобретению, имеющего средства периодического изменения параметров сотовой ячейки;
фиг. 5A - 5С - иллюстрация развертывания сотовой ячейки в одном из вариантов системы.
Ниже будет рассмотрен предпочтительный вариант осуществления изобретения, пример которого представлен на чертежах. При этом одинаковые элементы на чертежах обозначены одинаковыми позициями.
Пример выполнения наземной системы 100 сотовой подвижной телефонной связи, в которой может быть реализовано настоящее изобретение, показан на фиг. 1. Система, представленная на фиг. 1, может использовать способ модуляции, реализующий принципы многостанционного доступа с временным разделением (МДВР), МДКР и другие способы модуляции при осуществлении связи между подвижным блоком 102 и базовыми станциями 104. Сотовые системы в крупных городах могут содержать сотни и тысячи подвижных блоков 102 и множество базовых станций 104. Вместе с тем, система, соответствующая изобретению, не ограничена подвижными блоками 102 и может быть использована для осуществления связи между стационарными сотовыми устройствами связи. Например, удаленный блок 106 может быть размещен в здании и предназначен для передачи и приема данных и/или речевой информации между некоторым устройством, находящимся в здании, и исходной базой 108, осуществляющей сбор данных. Передачи от базовых станций 104 к подвижным блокам 102 и удаленному блоку 106 осуществляются по прямой линии связи 120, а передачи в противоположном направлении - по обратной линии связи 130.
Типовая система сотовой или персональной связи или беспроводных абонентских шлейфов, подобная показанной на фиг. 1, содержит ряд базовых станций, имеющих множество секторов. Мультисекторная базовая станция содержит множество независимых передающих и приемных антенн, а также независимые схемы обработки. Настоящее изобретение в равной степени применимо к каждому сектору мультисекторной базовой станции и к независимым базовым станциям с одним сектором. Далее в настоящем описании термин "базовая станция" поэтому может относиться как к сектору мультисекторной базовой станции, так и к базовой станции с одним сектором. На фиг. 5A - 5C, подробно описанной ниже, представлен пример трехсекторной базовой станции 402.
В соответствии с настоящим изобретением предложены устройство и способ добавления целевой базовой станции в сеть имеющихся базовых станций и удаления целевой базовой станции из такой сети. Сеть включает базовые станции, находящиеся по соседству с целевой базовой станцией. Целевая базовая станция характеризуется уровнем принимаемой мощности и уровнем передаваемой мощности. Соседние базовые станции и целевая базовая станция определяют каждая зону обслуживания прямой линии связи и зону обслуживания обратной линии связи. Устройство содержит первый аттенюатор для уменьшения и увеличения уровня мощности принимаемых искусственных шумов и тем самым расширения и сокращения зоны обслуживания обратной линии связи целевой базовой станции. Устройство также содержит второй аттенюатор для увеличения и уменьшения уровня передаваемой мощности и тем самым расширения и сокращения зоны обслуживания прямой линии связи целевой базовой станции. Уровни ослабления первого и второго аттенюаторов регулируются контроллером. В соответствии с расширением зон обслуживания обратной и прямой линий связи целевой станции эффективные зоны обслуживания прямой и обратной линий связи соседних базовых станций сокращаются. В соответствии с сокращением зон обслуживания обратной и прямой линий связи целевой базовой станции зоны обслуживания прямой и обратной линий связи соседних базовых станций расширяются.
Зона обслуживания каждой базовой станции имеет две границы передачи связи. Граница передачи связи определяется как физическое местоположение между двумя базовыми станциями, где линия связи будет обеспечивать один и тот же результат, независимо от того, с какой из базовых станций осуществляет связь подвижный блок. Каждая базовая станция имеет границу передачи связи прямой линии связи и границу передачи связи обратной линии связи. Граница передачи связи прямой линии связи определяется как местоположение, где приемник подвижного блока будет работать одинаково, независимо от того, от какой из базовых станций он осуществлял прием. Граница передачи связи обратной линии связи определяется как местоположение подвижного блока, где приемники двух базовых станций будут работать одинаково относительно данного подвижного блока. Настоящее изобретение описано здесь на примере предпочтительного варианта осуществления, основанного на системе, имеющей средства гибкой передачи связи. Однако изобретение в равной степени применимо для всех режимов передачи связи.
Полезно сбалансировать (т.е. выровнять) границу передачи связи обратной линии связи с границей передачи связи прямой линии связи, или наоборот, для того, чтобы максимизировать пропускную способность системы. Граница передачи связи всегда определяется между по меньшей мере двумя базовыми станциями. Например, на фиг. 2A граница 60 передачи связи прямой линии связи является функцией мощности, переданной от базовой станции 10 и от базовой станции 40, а также взаимных помех от других окружающих базовых станций (не показаны) и других источников излучений в той же полосе. Граница 50 передачи связи обратной линии связи является функцией уровня мощности, принятого базовой станцией 10 и базовой станцией 40 от подвижного блока в данном местоположении, и уровня мощности принятого базовой станцией 10 и базовой станцией 40 от других подвижных блоков и других источников излучений в той же полосе и любых шумов, генерируемых приемниками базовых станций 10 и 40.
В идеальном случае граница передачи связи прямой линии связи и граница передачи связи обратной линии связи совпадают, так что может быть достигнута оптимальная пропускная способность системы. Если они не совпадают, то могут возникнуть три ситуации, отрицательно влияющие на пропускную способность системы. На фиг. 2A показана первая из этих ситуаций. Область гибкой передачи связи есть физическая область между двумя базовыми станциями, где вероятно, что подвижный блок, находящийся в этой области, может установить связь с обеими базовыми станциями. На фиг. 2B заштрихованная область изображает область 20 гибкой передачи связи.
При передаче связи, поддерживаемой подвижным блоком, область передачи связи определяется характеристиками прямого канала связи. Например, на фиг. 2A область 20 гибкой передачи связи представляет область, где качество сигнала от базовой станции 10 и качество сигнала от базовой станции 40 достаточны для осуществления связи. Когда подвижный блок 30 входит в область 20 гибкой передачи связи, он будет уведомлять о том, с какой из базовых станций он осуществляет связь, чтобы имелась возможность установления связи с второй базовой станцией. Контроллер системы (не показан) устанавливает связь между второй базовой станцией и подвижным блоком 30, как описано в вышеупомянутом патенте США N 5267261. Когда подвижный блок 30 находится в области гибкой передачи связи между базовой станцией 10 и базовой станцией 40, обе базовые станции регулируют мощность передачи подвижного блока 30. Подвижный блок 30 снижает свою передаваемую мощность, если любая из этих базовых станций выдает команду на снижение, и повышает свою передаваемую мощность, только если обе базовые станции передадут команду на повышение мощности, как это раскрыто в вышеупомянутом патенте США N 5265119.
На фиг. 2A показана первая ситуация, которая снижает пропускную способность системы. Как показано на фиг. 2A, граница 60 передачи связи прямой линии связи и граница 50 передачи связи обратной линии связи в значительной степени разбалансированы (т.е. пространственно разнесены). Подвижный блок 30 находится в положении, где связь осуществляется только с базовой станцией 40. В области, где находится подвижный блок 30, характеристики прямого канала связи наилучшие по отношению к базовой станции 40, а характеристики обратного канала связи были бы лучше, если бы подвижный блок 30 осуществлял связь с базовой станцией 10. В такой ситуации подвижный блок 30 осуществляет передачи с более высоким уровнем передаваемой мощности по сравнению с уровнем передаваемой мощности при осуществлении связи через базовую станцию 10. Этот увеличенный уровень передаваемой мощности способствует увеличению взаимных помех в системе, тем самым ухудшая ее пропускную способность. Кроме того, также увеличивается полное потребление мощности в подвижном блоке 30, что приводит к сокращению срока службы его батарей питания. И наконец, это ставит под угрозу осуществление связи, если подвижный блок 30 достиг своего максимального уровня передаваемой мощности и не способен реагировать на команды увеличения мощности.
На фиг. 2B представлен альтернативный вариант несбалансированной передачи связи, ухудшающий характеристики системы. Как показано на фиг. 2B, область 70 гибкой передачи связи находится около границы 50 передачи связи обратной линии связи. Такое положение передачи связи могло бы быть результатом альтернативной схемы передачи связи, при которой передача связи основывается на характеристиках обратной линии связи, а не прямой линии связи. В таком случае каждая базовая станция будет стремиться измерить мощность, принятую от каждого подвижного блока. Если измеренный уровень мощности превышает порог или превышает уровень, принятый на других базовых станциях, то устанавливается связь с второй базовой станцией. Как показано на фиг. 2B, подвижный блок 30 размещен в области, где связь установлена только с базовой станцией 10. Как и на фиг. 2A, в области, где расположен подвижный блок 30, характеристики прямой линии связи наилучшие для базовой станции 40, а характеристики обратной линии связи наилучшие для базовой станции 10. В отличие от обратной линии связи, прямая линия связи не обладает большим динамическим диапазоном передаваемой мощности, и когда подвижный блок 30 перемещается по направлению к базовой станции 40, взаимные помехи от базовой станции 40 возрастают, так как уровень мощности, принимаемой от базовой станции 10, снижается. Если уровень мощности от базовой станции 10 падает ниже достаточного уровня сигнала до уровня взаимных помех или ниже определенного абсолютного уровня, то возникает опасность потери линии связи. Уровень мощности, передаваемой от базовой станции 10, медленно увеличивается в пределах ограниченного динамического диапазона по мере того, как подвижный блок 30 удаляется от базовой станции 10. Это увеличение мощности создает помехи другим пользователям базовой станции 10 и базовой станции 40, снижая тем самым пропускную способность системы.
Еще одну возможную альтернативу предоставляет комбинированная схема передачи связи, основанная как на характеристиках прямой линии связи, так и на характеристиках обратной линии связи. На фиг. 2C представлена возможная ситуация для такого случая. Как показано на фиг. 2C, область 80 передачи связи велика и охватывает как границу 50 передачи связи обратной линии связи, так и границу 60 передачи связи прямой линии связи. Но не являющаяся обязательной гибкая передача связи непосредственно снижает пропускную способность системы. Назначением гибкой передачи связи является обеспечение осуществления передачи связи без нарушения связи между базовыми станциями и обеспечение эффективного механизма регулирования мощности. Однако если область гибкой передачи связи слишком велика, то становятся значительными негативные последствия данного режима функционирования. Например, как показано на фиг. 2C, как базовая станция 10, так и базовая станция 40 должны осуществлять передачу на подвижный блок 30, когда он находится в области 80 гибкой передачи связи. Поэтому суммарные взаимные помехи в системе возрастают, когда подвижный блок 30 находится в области 80 гибкой передачи связи. Кроме того, ресурсы как в базовой станции 10, так и базовой станции 40 должны быть специализированными по отношению к сигналу, принятому от подвижного блока 30. Поэтому увеличение размера области гибкой передачи связи не характеризует собой эффективного использования пропускной способности системы и ее ресурсов.
Решением в случае подобных отрицательных ситуаций является балансирование (т.е. совмещение) границы передачи связи обратной линии связи с границей передачи связи прямой линии связи и наоборот. Такое совмещение требуется поддерживать в процессе дополнительного введения базовой станции в систему или ее удаления из системы. Для добавления базовой станции в систему граница прямой линии связи, определяемая передаваемой мощностью, медленно увеличивается. Для достижения оптимальных характеристик системы граница передачи связи обратной линии связи должна отслеживать медленное расширение границы передачи связи прямой линии связи. Для удаления базовой станции из системы граница передачи связи обратной линии связи должна отслеживать медленно сокращающуюся границу передачи связи прямой линии связи.
Характеристики прямой линии связи могут контролироваться базовой станцией. В варианте системы МДКР каждая базовая станция передает пилот-сигнал. Подвижные блоки осуществляют передачу связи основываясь на воспринимаемом уровне пилот-сигнала, как описано выше. За счет изменения мощности пилот-сигнала, передаваемого базовой станцией, можно манипулировать местоположением границы передачи связи прямого канала.
Характеристики обратной линии связи также могут контролироваться базовой станцией. Шумовая характеристика приемника базовой станции устанавливает минимальный уровень принимаемого сигнала, который может быть обнаружен. Шумовая характеристика приемника обычно определяется через коэффициент шума всей системы. Путем контролирования коэффициента шума приемника, например, путем введения шумов или увеличения ослабления аттенюатора, можно настроить характеристику обратной линии связи и, следовательно, границу передачи связи обратной линии связи.
Настоящее изобретение предусматривает использование управляемого аттенюатора в тракте обратной линии связи для регулирования зоны обслуживания обратной линии связи. Аттенюатор включается перед или после малошумящего усилителя (МШУ) базовой станции. Аттенюатор должен быть включен достаточно близко к МШУ, чтобы оказывать воздействие на шумовые характеристики базовой станции. Идеальным местом включения аттенюатора является включение его на входе МШУ, так чтобы уровень ослабления и дополнительно вводимый уровень шумов имели линейную корреляцию. Вследствие того, что большинство аттенюаторов являются неидеальными и не обеспечивают нулевого ослабления при настройке на минимум, оптимальные характеристики системы в случае, когда не требуется введение ослабления, могут потребовать включения аттенюатора на выходе МШУ. Если аттенюатор включен после МШУ, то влияние аттенюатора на систему не будет соответствовать устанавливаемому значению ослабления и система будет требовать проведения калибровки. В последующем описании предполагается использование идеальной конфигурации, когда аттенюатор включен на входе МШУ системы.
Имеется множество других механизмов, которые можно использовать для регулирования функции, которую в предпочтительном варианте осуществления обеспечивают аттенюаторы. Например, могут быть использованы схемы автоматической регулировки усиления (АРУ), содержащие усилители с регулируемым усилением. Может регулироваться коэффициент усиления усилителя мощности или МШУ. Для достижения того же самого результата мощно видоизменить реальные характеристики антенны. Для введения шумов в приемник можно использовать управляемый генератор шума.
В описанной выше схеме передачи связи границы передачи связи основываются на измерениях мощности пилот-сигнала базовой станции в подвижном блоке. Альтернативой контролю полной излучаемой мощности целевой базовой станции может быть контроль только уровня ее пилот-сигнала. Для разработчика зоны обслуживания такая схема может иметь определенное предпочтение, но контроль полной передаваемой мощности, включая рабочую нагрузку (т.е. действующие вызовы) и пилот-сигналы, имеет некоторые преимущества. Во-первых, отношение пилот-сигнала к сигналу рабочей нагрузки канала остается постоянным. Подвижный блок ожидает, что указанное отношение должно быть постоянным и основывается при распределении своих ресурсов на этом отношении. Если бы подвижный блок должен был принимать два пилот-сигнала одинаковой мощности, каждый из которых соответствует каналу рабочей нагрузки с различным уровнем мощности, то демодуляция двух сигналов в процессе гибкой передачи связи была бы искажена. Во-вторых, управление полной передаваемой мощностью снижает взаимные помехи по отношению к зонам обслуживания других базовых станций. Если пилот-сигнал не достаточно мощный для того, чтобы гарантировать передачу связи в зоне обслуживания соседней базовой станции, то сигнал канала рабочей нагрузки высокой мощности добавляет бесполезные помехи в данной зоне. Конфигурации, представленные на фиг. 3 и 4, основываются на регулировании полной мощности, передаваемой базовой станцией.
Со ссылками на фиг. 3 теперь будет описано устройство, соответствующее изобретению, позволяющее дополнительно вводить базовую станцию 200 в сеть существующих базовых станций и удалять эту базовую станцию из сети. Базовая станция 200 имеет тракт передачи 202 и тракт приема 204. В приемном тракте имеется первый аттенюатор 210, который может быть использован для регулирования уровня принимаемой мощности искусственных шумов базовой станции 200. Мощность (PN) естественного (реального) сигнала поступает на вход первого аттенюатора 210, который изменяет уровень мощности реального сигнала от подвижных блоков, поступающего на МШУ 224, и который изменяет уровень принимаемой мощности искусственных шумов, воспринимаемый приемником. Выходной сигнал МШУ 224 (PR) представляет сумму ослабленной мощности реального сигнала и принимаемой мощности искусственных шумов, усиленную МШУ 224. В передающем тракте 202 имеется второй аттенюатор 218, который используется для изменения уровня передаваемой мощности базовой станции 200. Реальная передаваемая мощность (PA) поступает на вход второго аттенюатора 218, на выходе которого формируется передаваемая мощность (PT), поступающая на вход усилителя мощности 222, который, в свою очередь, формирует на выходе выходную передаваемую мощность (PFINAL).
Уровни ослабления первого и второго аттенюаторов 210, 218 регулируются контроллером 220. Контроллер 220 может изменять уровни ослабления двух аттенюаторов 210, 218 согласованно или независимо один от другого. Контроллер 220, предпочтительно микропроцессорный блок, может быть спроектирован так, чтобы изменять уровни ослабления двух аттенюаторов 210, 218 в дБ в полном соответствии один другому в обоих аттенюаторах. Тогда в ответ на команду контроллера 220 повысить или понизить ослабление на каждый 1 дБ в первом аттенюаторе 210, второй аттенюатор 218 будет также осуществлять повышение или снижение ослабления на 1 дБ. Следует иметь в виду, что аттенюаторы 210, 218 не должны обязательно иметь один и тот же уровень ослабления, так чтобы их уровни ослабления увеличивались или уменьшались в одной и той же степени.
В процессе развертывания и свертывания сотовой ячейки зоны обслуживания прямой и обратной линий связи (и границы передачи связи) предпочтительно сбалансированы. Полезно балансировать границу передачи связи обратного канала связи с границей передачи связи прямого канала связи или наоборот, чтобы максимизировать пропускную способность системы, даже если целевая базовая станция полностью развернута и работает в статических условиях. Сигнал уровня взаимных помех от сигнала прямой линии связи, принимаемого подвижным блоком, есть функция числа других подвижных блоков, находящихся в зоне обслуживания данной базовой станции. Когда нагрузка на базовую станцию возрастает, граница передачи связи прямой линии связи сокращается, смещаясь к базовой станции. Граница обратной линии связи не испытывает аналогичного влияния. Поэтому система, которая в исходном состоянии была сбалансирована, может со временем оказаться разбалансированной.
Для балансирования границ передачи связи прямой и обратной линий связи можно сделать так, чтобы размеры зоны обслуживания базовой станции "дышали", периодически сокращаясь и увеличиваясь. Такой колебательный характер изменения параметров системы эффективно перемещает границу передачи связи обратной линии связи в то же самое положение, где находится граница передачи связи прямой линии связи. Процесс "дыхания сотовой ячейки" может быть использован для поддержания зон обслуживания (и границ передачи связи) целевой базовой станции в сбалансированном состоянии. В системе со средствами колебательного изменения параметров сотовой ячейки каждая базовая станция в системе первоначально откалибрована таким образом, что сумма шумов ненагруженного приемного тракта и требуемой мощности пилот-сигнала равна калибровочной постоянной. Когда сотовая система получает нагрузку (т.е. подвижные блоки начинают осуществлять связь), схема компенсации поддерживает постоянное соотношение между принимаемой мощностью и мощностью пилот-сигнала, передаваемого каждой базовой станцией. Нагрузка базовой станции эффективно перемещает зону обслуживания обратной линии связи по направлению ближе к базовой станции. Для получения того же результата для прямой линии связи, т.е. для перемещения зоны обслуживания прямой линии связи ближе к базовой станции мощность пилот-сигнала должна снижаться по мере увеличения нагрузки. Механизм "дыхания" (колебательного изменения параметров) сотовой ячейки описан в совместно поданной заявке на патент США Cep. N 08/278347 от 17 июля 1994 на "Способ и устройство для выравнивания границы передачи связи прямой линии связи с границей передачи связи обратной линии связи в сотовой системе связи", переуступленной правопреемнику настоящего изобретения.
Для того чтобы такое колебательное изменение параметров сотовой ячейки было эффективным, граница передачи связи обратной линии связи и граница передачи связи прямой линии связи первоначально должны быть сбалансированы. Каждая из этих границ зависит от характеристик по меньшей мере двух базовых станций. Как показано ниже, для того чтобы выравнять две границы, сумма характеристик прямой линии связи по отношению к характеристикам обратной линии связи должна быть одинаковой для всех базовых станций системы.
Используя мощность пилот-сигнала для регулирования границы передачи связи прямой линии связи и коэффициента шума для регулирования границы передачи связи обратной линии связи, следует выбрать постоянную всей системы. Вместо того, чтобы стремиться сделать все базовые станции одинаковыми, проще определить постоянную системы и изменять характеристики каждой базовой станции так, чтобы согласовывать их с постоянной системы. В интересах эффективности системы желательно в минимальной степени увеличивать шумы. Поэтому при определении постоянной Klevel для каждой базовой станции, используется следующее уравнение:
где NRx:i - шумы приемного тракта i-ой базовой станции в дБ;
Pmax:i - максимальная требуемая мощность пилот-сигнала i-ой базовой станции в дБ;
- оператор определения максимальной из сумм для всех базовых станций в системе.
Для проверки того, что установка суммы принятой мощности и передаваемой мощности в соответствии с Klevel на самом деле позволяет сбалансировать систему, приняты некоторые допущения. Первое из них состоит в том, что в любой базовой станции, использующей множественную избыточность приемных и передающих антенн, антенны сбалансированы для обеспечения одних и тех же характеристик. Также предполагается, что в каждой базовой станции обеспечиваются идентичные средства декодирования. Это предполагает постоянное отношение между суммарной мощностью прямой линии связи и мощностью пилот-сигнала, а также взаимность между потерями на трассе распространения прямой линии связи и потерями на трассе распространения обратной линии связи.
Для нахождения границы передачи связи прямой линии связи между двумя произвольными базовыми станциями, базовой станцией А и базовой станцией В, заметим что граница передачи связи прямой линии связи возникает там, где мощности пилот-сигналов двух базовых станций равны. Предположим, что подвижный блок C расположен на границе, тогда можно записать следующее математическое соотношение
Учитывая, что мощность, принятая в подвижном блоке, равна переданной мощности, умноженной на потери на трассе распространения, получим
Преобразуя последнее уравнение и исключая общий знаменатель, получим
Следуя той же самой процедуре для обратной линии связи и учитывая, что граница передачи связи обратной линии связи возникает, когда каждая базовая станция воспринимает одно и то же отношение сигнал/взаимная помеха для данного подвижного блока, получим
Учитывая, что мощность, принятая базовой станцией, равна переданной мощности, умноженной на потери на трассе распространения, последнее уравнение преобразуем к виду
Преобразуя это равнение и исключая общий знаменатель, получим:
Вследствие принятого допущения о взаимности потерь на трассе распространения в прямой и обратной линиях связи в любом местоположении, уравнения (4) и (7) можно объединить; в результате получим :
Переходя в уравнении (8) от линейных единиц измерения к дБ, получим уравнение (8'):
Сумм. мощн. , принят, в A (дБ) - Сумм.мощн., принят, в B (дБ) = Мощн.пилот-с., перед.от B (дБ) - Мощн.пилот-с., перед.от A (дБ)
Уравнение (8') эквивалентно предпосылке, заключающейся в следующем: если
Сумм.мощн., прин. в A (дБ)+Мощн.пилот-с., перед.от A (дБ) = Klevel и
Сумм.мощн., прин. в B (дБ)+Мощн.пилот-с., перед.от B (дБ) = Klevel
то уравнение (8) будет удовлетворено и граница передачи связи прямой линии связи совпадет с границей передачи связи обратной линии связи.
Для реализации функции колебательного изменения параметров сотовой ячейки ("дыхания") необходимы три механизма: средство первоначальной настройки характеристик на Kievel, средство контроля флуктуаций в обратной линии связи и средство изменения характеристик прямой линии связи в соответствии с флуктуациями в обратной линии связи.
Одним из способов исходной настройки характеристик на Klevel является измерение максимальной имеющейся мощности пилот-сигнала, учитывая изменения в зависимости от температуры и времени, и введение ослабления в приемник при условии отсутствия входного сигнала, пока не будут достигнуты характеристики, соответствующие Klevel. Дополнительное введение ослабления снижает чувствительность приемника и эффективно увеличивает его коэффициент шума. Это также требует, чтобы каждый подвижный блок передавал пропорционально более высокий уровень мощности. Дополнительно вводимое ослабление должно поддерживаться на минимальном уровне, задаваемом Klevel.
После достижения первоначального сбалансированного состояния мощность, поступающая в базовую станцию, может быть измерена для осуществления контроля характеристик обратной линии связи. Могут быть использованы различные способы. Измерения можно осуществлять путем контроля напряжения АРУ или непосредственно измерять уровень приходящего сигнала. Данный способ имеет преимущество, заключающееся в том, что если имеется источник помех (например, в виде частотно-модулированного сигнала), эта энергия будет измеряться и границы передачи связи будут стягиваться ближе к базовой станции. За счет такого стягивания границы ближе к базовой станции источник помех будет выведен из зоны обслуживания базовой станции и его влияние будет сведено к минимуму. Измерения могут производиться просто путем подсчета числа пользователей, осуществляющих связь посредством базовой станции, и оценивания суммарной мощности, основываясь на том обстоятельстве, что сигнал каждого подвижного блока приходит в базовую станцию с одинаковым уровнем.
В идеальной конфигурации механизм колебательного изменения параметров сотовой ячейки должен использовать измерения принимаемой мощности и пропорционально изменять передаваемую мощность. Однако некоторые системы могут не использовать способ пропорционального изменения, а вместо этого могут изменять уровень передаваемой мощности лишь на определенную долю воспринятого изменения принимаемой мощности. В другом варианте уровень передаваемой мощности может изменяться лишь в том случае, когда уровень принятого сигнала в приемнике достигнет предварительно определенного порога. Этот способ может быть использован в первую очередь для устранения влияния источников помех.
Как показано на фиг. 4, базовая станция 200 может быть оснащена средствами колебательного изменения параметров сотовой ячейки, которые позволяют изменять передаваемую мощность в соответствии с флуктуациями принимаемой мощности. В таком устройстве приемный тракт 204 содержит не только первый аттенюатор 210 и МШУ 224, но и детектор мощности 302, который формирует выходной сигнал, индицирующий суммарную мощность на выходе МШУ 224. Фильтр нижних частот (ФНЧ) 304 усредняет выходной сигнал уровня мощности. Элемент масштабирования и пороговой обработки 306 устанавливает необходимый коэффициент и смещение в соотношении между увеличениями принимаемой мощности и снижениями передаваемой мощности и формирует на выходе управляющий сигнал (CRCV).
Тракт передачи 202 регулирует передаваемую мощность в соответствии с изменениями принимаемой мощности. Управляющий сигнал (CRCV) с выхода элемента масштабирования и пороговой обработки 306 поступает на второй аттенюатор 218, включенный в тракт передачи 202. Второй аттенюатор 218 формирует соответствующую передаваемую мощность (PC), которая является функцией реальной передаваемой мощности (PA) базовой станции 200 и управляющего сигнала CRCV. Второй аттенюатор 218 регулирует передаваемую мощность базовой станции 200 в соответствии с принимаемой мощностью базовой станции 200, так что передаваемая мощность практически точно отслеживает принимаемую мощность дБ за дБ. В частности, если принимаемая мощность возрастает на 1 дБ, передаваемая мощность также возрастает примерно на 1 дБ. Соответствующая передаваемая мощность (PC) с выхода второго аттенюатора 218 поступает на вход усилителя мощности 220, который усиливает сигнал PC и тем самым генерирует выходной сигнал передаваемой мощности (PFINAL).
Скорость, с которой осуществляются развертывание и свертывание сотовой ячейки, определяется скоростью, с которой может быть осуществлена гибкая передача связи. В современных системах наиболее быстрая гибкая передача связи может быть осуществлена примерно за 1/10 секунды. С учетом этого времени, для того, чтобы гарантировать гибкую передачу связи без разъединения или перерывов текущего вызова, усиление при передаче (измеряемое в дБ) регулируется (посредством второго аттенюатора 218) со скоростью 1-2 дБ/с. Предпочтительно, однако, для обеспечения запаса с учетом ошибок в гибкой передаче связи регулировать усиление при передаче с более низкой скоростью, а именно, менее 1 дБ/с. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что если время на осуществление гибкой передачи связи уменьшается, то скорость регулирования усиления при передаче может быть увеличена. Например, если бы на выполнение гибкой передачи связи потребовалось всего 1/100 с, то усиление при передаче могло бы регулироваться со скоростью, в 10 раз превышающей используемую в настоящее время. Скорость, с которой первый и второй аттенюаторы 210, 218 увеличивают и уменьшают уровни принимаемой и передаваемой мощности, может регулироваться для обеспечения требуемых временных характеристик. Может быть предусмотрен контроллер скорости перестройки аттенюаторов, который либо работает с фиксированной скоростью, либо является переменным для учета различных требований к временным характеристикам гибкой передачи связи. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что такие контроллеры могут быть реализованы как посредством схем с навесным монтажом или интегральных схем, так и с помощью программных средств.
На фиг. 5A-5C представлена иллюстрация развертывания сотовой ячейки, когда новая базовая станция 404 дополнительно вводится в сеть 400 имеющихся базовых станций. Развертывание сотовой ячейки полезно в различных условиях. Например, если нагрузка сети 400 сильно увеличивается за счет подвижных блоков, обменивающихся информацией, например на участках парковки автомобилей около стадиона перед началом спортивного мероприятия или в случае сильных пробок на дорожных магистралях, то пропускная способность сети 400 существующих базовых станций может не обеспечить удовлетворительную работу в условиях такой возросшей нагрузки. Поэтому если пропускная способность сети не будет увеличена, то многие подвижные блоки не получат доступа к сотовой системе. Возможным путем решения этой проблемы является дополнительное введение в сеть 400 новой базовой станции, чтобы обеспечить нормальное функционирование системы в условиях возросшей нагрузки. Развертывание сотовой ячейки представляет собой эффективный путь такого дополнительного введения новой базовой станции в сеть 400.
В соответствии с настоящим изобретением развертывание сотовой ячейки выполняется таким образом, что новая базовая станция 404 добавляется к сети 400, не оказывая влияния на осуществление операций в системе, включая текущие вызовы. Перед началом процедуры развертывания сотовой ячейки новая базовая станция 404 имеет передаваемую мощность примерно нулевого уровня и примерно нулевую мощность приема реального сигнала при высокой мощности искусственных шумов. Сектора базовых станций 402A, 402C и 406A обеспечивают обслуживание в зоне, в которой в конечном счете будет работать новая базовая станция 404 в процессе развертывания сотовой ячейки и по окончании этой процедуры.
В начале процедуры развертывания сотовой ячейки новая базовая станция 404 выполняет множество функций. Контроллер 220 устанавливает ослабление первого и второго аттенюаторов 210, 218 на высокий уровень. Высокий уровень ослабления первого аттенюатора 210 обуславливает высокие потери в приемном тракте 204 новой базовой станции 404, вследствие чего мощность приема искусственных шумов новой базовой станции 404 достигает высокого уровня. В соответствии с установками контроллера 220, уровень ослабления первого аттенюатора 210 снижается, обуславливая снижение мощности приема искусственных шумов относительно исходного высокого уровня, что снижает вклад принимаемых искусственных шумов в суммарную принимаемую мощность (PR) и приводит к расширению зоны обслуживания обратной линии связи новой базовой станции 404. Контроллер также снижает уровень ослабления второго аттенюатора 218, предпочтительно в полном соответствии с изменением уровня ослабления первого аттенюатора 210. Действительная передаваемая мощность (PA) поступает на вход второго аттенюатора 218, и снижающийся уровень ослабления второго аттенюатора 218, в свою очередь, вызывает увеличение уровня передаваемой мощности (PT) новой базовой станции 404. В результате зоны обслуживания прямой и обратной линий связи новой станции 404 расширяются, как показано зоной обслуживания 404A на фиг. 5B.
На фиг. 5A жирными линиями 410 и 412 обозначены примерные границы передачи связи между секторами 402A, 402C и 406A, так что подвижный блок 420 осуществляет связь через сектор 402A, подвижный блок 424 осуществляет связь через сектор 402C, а подвижный блок 422 осуществляет связь через сектор 406A. На фиг. 5B расширенная зона обслуживания базовой станции 404 увеличилась до зоны обслуживания 404A. Границы передачи связи между секторами 404A и секторами 402A, 402C и 406A имеют нерегулярную форму 408. Вследствие выравнивания процесса развертывания нерегулярная форма 408 представляет границы передачи связи как прямой, так и обратной линий связи. Отметим, что, как показано на фиг. 5B, подвижный блок 422 находится наиболее вероятно в состоянии гибкой передачи связи между базовой станцией 404 и сектором 406A.
По мере продолжения процесса развертывания сотовой ячейки, иллюстрируемого фиг. 5C, зона обслуживания 404A прямой и обратной линий связи продолжает увеличиваться. Как показано на фиг. 5C, эффективная зона обслуживания расширилась, как показано границами передачи связи нерегулярной формы 430. В соответствии с фиг. 5C как подвижный блок 422, так и подвижный блок 424 осуществляют связь с базовой станцией 404, так как они расположены внутри контура 430 нерегулярной формы. Поэтому сектора 402A, 402C и 406A имеют уменьшенную нагрузку, определяемую числом подвижных блоков, и сеть 400 способна поддерживать большее число одновременно осуществляемых вызовов.
Если новая базовая станция 404 оснащена средством обеспечения колебательного изменения параметров сотовой ячейки, соответствующим показанному на фиг. 4, то работа новой станции 404 осуществляется следующим образом. Как отмечалось выше, ослабление первого аттенюатора 210 сначала установлено на высокий уровень и затем постепенно снижается. Детектор мощности 302 детектирует уровень мощности, вырабатывая выходной сигнал, пропорциональный уровню принимаемой мощности новой базовой станции 404. После обработки ФНЧ 304 и элементом масштабирования и пороговой обработки 306 управляющий сигнал (CRCV) подается на второй аттенюатор 218 в тракте передачи 202 новой базовой станции 404. Как описано выше, второй аттенюатор 218 обрабатывает сигнал CRCV вместе с действительной передаваемой мощностью (PA) новой базовой станции 404, и в соответствии с уменьшением принимаемой мощности передаваемая мощность новой базовой станции 404 увеличивается. Вследствие этого, так как мощность принимаемых искусственных шумов уменьшается, а передаваемая мощность увеличивается, то зоны обслуживания обратной и прямой линий связи новой базовой станции 404 расширяются совместно, поддерживая сбалансированное состояние границ передачи связи.
Соседние базовые станции 402 и 406 могут включать в себя такие же средства обеспечения колебательного характера изменения параметров сотовой ячейки (показано на фиг. 4), как и новая станция 404. Следовательно, соседние базовые станции 402 и 406 могут включать устройство для формирования выходной индикации уровня мощности, пропорциональной принимаемой мощности, и для регулирования их уровня передаваемой мощности в соответствии с выходной индикацией уровня мощности.
Развертывание сотовой ячейки заканчивается, как показано на фиг. 5C, когда новая базовая станция 404 достигает предварительно определенного требуемого уровня передаваемой мощности, если механизм "дыхания" сотовой ячейки не используется. В противном случае зона обслуживания новой базовой станции 404 зависит от существующей нагрузки системы. Окончательно сформированная зона обслуживания есть функция максимальной номинальной мощности новой базовой станции 404. Она также является функцией принимаемой мощности от каждой базовой станции сети 400. Другие переменные могут включать шумы в системе, число и местоположение подвижных блоков, осуществляющих связь в составе системы, и номинальную мощность других базовых станций.
Пример развертывания сотовой ячейки, иллюстрируемый фиг. 5A-5C, используется для увеличения числа действующих вызовов в системе. Обратный процесс может иметь место при свертывании сотовой ячейки. Свертывание сотовой ячейки может использоваться для удаления базовой станции из системы обслуживания при необходимости осуществления ремонта. После завершения ремонта базовая станция может быть вновь введена в эксплуатацию.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть использовано для множества различных базовых станций. Как указывалось выше, в системах сотовой связи базовые станции могут быть односекторными или мультисекторными. Зона обслуживания односекторной базовой станции, обычно круговой конфигурации, представлена зоной обслуживания 404A. Также могут использоваться мультисекторные базовые станции, такие как базовая станция 402, показанная на фиг. 5, имеющая три сектора 402A, 402B, 402C, причем каждый сектор занимает примерно 1/3 зоны обслуживания базовой станции 402. Базовые станции могут иметь различное число секторов и конфигурации секторов, отличные от представленных на фиг. 5. В большинстве сотовых систем каждый сектор базовой станции имеет два независимых приемных тракта, которые потребуют дублирования приемных антенн.
Настоящее изобретение может быть использовано при развертывании и свертывании односекторных и мультисекторных базовых станций. Например, для трехсекторной базовой станции 402, показанной на чертеже, при ее развертывании каждый сектор 402A, 402B и 402C будет расширяться в одной и той же степени. При свертывании каждый сектор 402A, 402B и 402C будет сворачиваться также в одной и той же степени. Кроме того, любой один или комбинация секторов 402A, 402B и 402C может развертываться или свертываться независимо от других.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что могут быть сделаны различные модификации и видоизменения устройства и способа, соответствующих изобретению, не выходя за пределы сущности и объема изобретения. Таким образом, следует иметь в виду, что настоящее изобретение охватывает все такие модификации и видоизменения данного изобретения, при условии, что они сделаны в пределах пунктов формулы изобретения и их эквивалентов.
Изобретение относится к системам сотовой связи. Технический результат состоит в создании способа, позволяющего дополнительно вводить базовую станцию и исключать ее из системы связи, чтобы предотвратить перегрузки системы, обеспечивать услуги связи без помех. Устройство содержит два аттенюатора: первый - для регулировки уровня мощности искусственно вводимых шумов и второй - для установки уровня передаваемой мощности. Когда базовая станция дополнительно вводится, первоначально передаваемая мощность низка и уровень искусственно введенных шумов высок, так что зоны обслуживания прямой и обратной линий связи совмещены и находятся в непосредственной близости от базовой станции. По мере того, как базовая станция полностью вступает в работу, мощность искусственно вводимых шумов уменьшается, а уровень передаваемой мощности возрастает, так что обе зоны обслуживания базовой станции остаются в сбалансированном состоянии по мере того как зоны обслуживания расширяются. Когда базовая станция удаляется из системы, те же самые аттенюаторы используются для сворачивания обеих зон обслуживания согласованно по мере снижения уровня передаваемой мощности от базовой станции, что является техническим результатом. 14 с. и 57 з.п. ф-лы, 5 ил.
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
| Нефтяной конвертер | 1922 |
|
SU64A1 |
| УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАНТОВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХПОЛОТНИЩ | 0 |
|
SU347234A1 |
| Способ усиления узла верхнего пояса решетчатой конструкции из трубчатых профилей | 2022 |
|
RU2793503C1 |
| Система линейной дуплексной радиосвязи с подвижными объектами | 1983 |
|
SU1290546A1 |
