Изобретение относится к системам связи, в частности, к способу и устройству для осуществления передачи связи между двумя секторами общей базовой станции.
В сотовой системе телефонной связи с многостанционным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA системе) или персональной системе связи общая полоса частот используется для связи со всеми базовыми станциями системы. Эта общая полоса частот позволяет осуществлять одновременную связь между подвижным устройством и более чем одной базовой станцией. Сигналы, занимающие общую полосу частот, выделяются в приемной оконечной аппаратуре (в подвижном устройстве или в базовой станции) с использованием характеристик сигнала с расширенным спектром CDMA системы с помощью псевдошумовых (PN) кодов с высоким быстродействием и ортогональных кодов Уолша. PN-коды с высоким быстродействием и ортогональные коды Уолша используются для модуляции сигналов, передаваемых с базовых станций и подвижных устройств. Передающая оконечная аппаратура (в подвижном устройстве или в базовой станции), использующая отличающиеся PN-коды или сдвинутые по времени PN-коды, вырабатывает сигналы, которые могут приниматься отдельно в приемной оконечной аппаратуре.
В типичной CDMA системе каждая базовая станция передает пилот-сигнал, имеющий общий PN-код расширения спектра, сдвинутый по фазе кода относительно пилот-сигнала других базовых станций. Во время работы системы подвижному устройству представляется список фазовых смещений кодов, соответствующих соседним базовым станциям в окрестности данной базовой станции, через которую ведется связь. Подвижное устройство оборудовано средством поиска, которое позволяет ему отслеживать уровень пилот-сигнала, принимаемого от группы базовых станций, включающей в себя соседние базовые станции.
В патенте США 5267261, выданном 30.11.93, на "мягкую передачу связи с помощью подвижной станции в сотовой CDMA системе связи", описаны способ и устройство для обеспечения связи с подвижным устройством через более чем одну базовую станцию во время процесса передачи связи. В этой системе связь между подвижным устройством и конечным абонентом не прерывается во время возможной передачи связи от исходной базовой станции к следующей базовой станции. Такой тип передачи связи можно считать "мягкой" передачей связи, при которой связь со следующей базовой станцией устанавливается до того, как будет прервана связь с первоначальной базовой станцией. Когда подвижное устройство осуществляет связь с двумя базовыми станциями, контроллер сотовой или персональной системы связи формирует единый сигнал для конечного абонента из сигналов, передаваемых от каждой базовой станции.
Мягкая передача связи с помощью подвижного устройства осуществляется с использованием уровня пилот-сигнала нескольких групп базовых станций, измеренного подвижным устройством. Активная группа - это группа базовых станций, через которую устанавливается активная связь. Группа соседних станций - это группа базовых станций, окружающих активную базовую станцию, включающая в себя базовые станции, для которых существует высокая вероятность того, что в них уровень пилот-сигнала имеет достаточную величину для установления связи. Группа станций-кандидатов - это группа базовых станций, уровень пилот-сигнала в которых достаточен для установления связи.
При первоначальном установлении связи подвижное устройство ведет связь через первую базовую станцию и активная группа состоит только из этой первой базовой станции. Подвижное устройство контролирует уровень пилот-сигнала базовых станций активной группы, группы станций-кандидатов и группы соседних станций. Если пилот-сигнал какой-то базовой станции из группы соседних станций превышает предварительно установленный пороговый уровень, эта базовая станция добавляется к группе станций-кандидатов и удаляется из группы соседних станций в подвижном устройстве. Подвижное устройство передает сообщение на первую базовую станцию с идентификацией данной новой базовой станции. Контроллер сотовой или персональной системы связи решает, следует ли устанавливать связь между этой новой базовой станцией и данным подвижным устройством. Если контроллер сотовой или персональной системы связи принимает положительное решение, он передает сообщение на данную новую базовую станцию с идентификационной информацией о данном подвижном устройстве и команду установить с ним связь. Через первую базовую станцию также передается сообщение на подвижное устройство. В этом сообщении идентифицируется новая активная группа, которая включает первую и новую базовые станции. Подвижное устройство производит поиск информационного сигнала, передаваемого новой базовой станцией, и устанавливает связь с данной новой базовой станцией, не прекращая связи через первую базовую станцию. Этот процесс может продолжаться с дополнительными базовыми станциями.
Когда подвижное устройство ведет связь через несколько базовых станций, оно продолжает контролировать уровни сигналов базовых станций активной группы, группы станций-кандидатов и группы соседних станций. Если уровень сигнала, соответствующего некоторой базовой станции из активной группы, падает ниже заранее установленного порога на предварительно установленный интервал времени, подвижное устройство формирует и передает сообщение о данном факте. Контроллер сотовой или персональной системы связи принимает данное сообщение через по меньшей мере одну базовую станцию, с которой осуществляет связь данное подвижное устройство. Контроллер сотовой или персональной системы связи может принять решение прекратить связь через базовую станцию, имеющую слабый пилот-сигнал.
После принятия решения о прекращении связи через какую-либо базовую станцию контроллер сотовой или персональной системы связи формирует сообщение, идентифицирующее новую активную группу базовых станций. Новая активная группа базовых станций не содержит ту базовую станцию, связь через которую должна быть прекращена. Базовые станции, через которые устанавливается связь, передают сообщение на подвижное устройство. Контроллер сотовой или персональной системы связи также передает информацию той базовой станции, которая должна прекратить связь с данным подвижным устройством. Таким образом, связь подвижного устройства маршрутизируется только через базовые станции, идентифицированные в новой активной группе.
Поскольку подвижное устройство в любой момент в процессе мягкой передачи связи осуществляет связь с конечным абонентом по меньшей мере через одну базовую станцию, не возникает перерывов связи между подвижным устройством и конечным абонентом. Мягкая передача связи обладает существенным преимуществом за счет присущего ей свойства "установления связи перед ее прекращением" (make before break) по сравнению с традиционной технологией "прекращения связи перед ее установлением" (break before make), используемой в других системах сотовой связи.
В сотовых или персональных телефонных системах связи исключительно важно обеспечить максимальную пропускную способность системы, выражаемую в количестве одновременно обслуживаемых телефонных вызовов. В системе с расширенным спектром можно обеспечить максимальную пропускную способность, если мощность передатчика каждого подвижного устройства регулируется таким образом, что в приемник базовой станции каждый передаваемый сигнал поступает с одинаковым уровнем. В реальной системе каждое подвижное устройство может передавать сигнал минимального уровня, который обеспечивает отношение сигнал/шум, необходимое для приемлемого восстановления данных. Если сигнал, передаваемый подвижным устройством, поступает в приемник базовой станции с чрезмерно низким уровнем мощности, коэффициент ошибок в битах может быть слишком высоким, для обеспечения качественной связи, из-за помех от других подвижных устройств. С другой стороны, если сигнал, передаваемый подвижным устройством, имеет чрезмерно высокий уровень мощности при приеме базовой станцией, связь с данным конкретным подвижным устройством может осуществляться, но этот сигнал высокой мощности действует как помеха для других подвижных устройств. Такие помехи могут отрицательно сказаться на связи с другими подвижными устройствами.
Следовательно, чтобы обеспечить максимальную пропускную способность в типичной CDMA системе с расширенным спектром, мощность передачи каждого подвижного устройства, осуществляющего связь с базовой станцией, регулируется этой базовой станцией, чтобы обеспечить одинаковую номинальную мощность принимаемого сигнала на данной базовой станции. В идеальном случае общая мощность сигнала, принимаемая на данной базовой станции, равна номинальной мощности, принимаемой от каждого подвижного устройства, умноженной на число подвижных устройств, осуществляющих передачу в зоне обслуживания данной базовой станции, плюс мощность, принимаемая данной базовой станцией от подвижных устройств в зоне обслуживания соседних базовых станций.
Потери на трассе распределения сигнала в радиоканале могут быть охарактеризованы двумя отдельными явлениями: средними потерями на трассе распространения и замиранием. Прямая линия связи, т.е. от базовой станции к подвижному устройству, функционирует на частоте, отличающейся от частоты обратной линии связи, т.е. от подвижного устройства к базовой станции. Однако из-за того, что частоты прямой и обратной линий связи находятся в пределах одной и той же полосы частот, существует значительная корреляция между средними потерями на трассе распространения для этих двух линий связи. С другой стороны, замирание представляет собой независимое явление для прямой и обратной линий связи и изменяется как функция времени. Однако, характеристики замирания в конкретном канале одинаковы для прямой и обратной линий связи, поскольку частоты находятся в одной и той же полосе. Следовательно, средняя по времени величина замирания в канале для обеих линий связи в типовом случае одинакова.
В типичной CDMA системе каждое подвижное устройство оценивает потери на трассе распространения в прямой линии связи по полной мощности на входе подвижного устройства. Полная мощность - это сумма мощности от всех базовых станций, работающих в соответствии с одним и тем же распределением частот, воспринимаемых конкретным подвижным устройством. По оценке средних потерь на трассе распространения прямой линии связи подвижное устройство устанавливает уровень передачи сигнала в обратной линии связи.
Мощность передачи подвижного устройства также регулируется одной или несколькими базовыми станциями. Каждая базовая станция, с которой осуществляет связь данное подвижное устройство, измеряет уровень сигнала, принимаемого от данного подвижного устройства. Измеренный уровень сигнала сравнивается с желательным уровнем сигнала для данного конкретного подвижного устройства в этой базовой станции. Каждая базовая станция формирует команду регулировки мощности и передает ее на подвижное устройство по прямой линии связи. В ответ на команды регулировки мощности от базовой станции подвижное устройство увеличивает или уменьшает свою мощность передачи на установленную величину.
Когда подвижное устройство осуществляет связь с несколькими базовыми станциями, команды регулировки мощности поступают от каждой из этих станций. Подвижное устройство реагирует на команды регулировки мощности от этих нескольких базовых станций для исключения уровней мощности передачи, которые могут отрицательно повлиять на связь других подвижных устройств, и в то же время обеспечивая достаточную мощность для поддержки передачи от данного подвижного устройства на по меньшей мере одну базовую станцию. Этот механизм управления мощностью реализуется таким образом, что подвижное устройство повышает уровень своего передаваемого сигнала только в том случае, если каждая базовая станция, с которой оно осуществляет связь, запрашивает повышение уровня мощности. Подвижное устройство уменьшает уровень своего сигнала передачи в том случае, если любая базовая станция, с которой оно осуществляет связь, запрашивает уменьшение уровня мощности. Система управления мощностью базовой станции и подвижного устройства описана в патенте США 5056109 на "Способ и устройство для регулирования мощности передачи в сотовой CDMA системе подвижной телефонной связи", выданном 08.10.91.
Важным аспектом в процессе мягкой передачи связи является разнесение базовых станций в подвижном устройстве. Упомянутый выше способ управления мощностью дает оптимальный результат, когда подвижное устройство устанавливает связь с каждой базовой станцией, через которую возможна связь. При этом в данном подвижном устройстве исключаются случайные помехи при связи через базовую станцию, принимающую сигнал данного подвижного устройства с избыточным уровнем, но не способную передавать команду регулировки мощности на подвижное устройство, так как с ним не установлена связь.
Зона обслуживания каждой базовой станции имеет две границы передачи связи. Под границей передачи связи подразумевается физический участок между двумя базовыми станциями, на котором линия связи функционирует одинаково, независимо от того, с какой из базовых станций осуществляет связь данное подвижное устройство. Каждая базовая станция имеет границу передачи связи на прямой линии и границу передачи связи на обратной линии. Граница передачи связи для прямой линии определяется как участок, на котором приемник подвижного устройства будет функционировать одинаково, независимо от того, какую базовую станцию он принимает. Граница передачи связи для обратной линии определяется как положение подвижного устройства, при котором приемники двух базовых станций будут функционировать одинаково относительно данного подвижного устройства.
В идеальном случае эти границы должны быть сбалансированы, т.е. иметь одно и то же физическое положение. В противном случае пропускная способность сети может уменьшаться при нарушении процесса управления мощностью или неоправданном расширении области передачи связи. Следует отметить, что баланс границ передачи связи является функцией времени, при которой мощность обратной линии возрастает с увеличением числа подвижных устройств. Повышение мощности обратной линии связи уменьшает эффективный размер зоны обслуживания базовой станции и приводит к смещению границы передачи связи для обратной линии внутрь, по направлению к базовой станции. Если не снабдить базовую станцию механизмом компенсации для прямой линии связи, даже система, идеально сбалансированная изначально, будет периодически разбалансироваться в зависимости от нагрузки.
Устройство и способ, соответствующие изобретению, направлены на достижение компенсации в базовой станции в целях обеспечения сбалансированного состояния границы передачи связи при изменяющихся условиях нагрузки. Балансировка базовой станции автоматически увеличивает и уменьшает зону обслуживания данной базовой станции, чтобы согласовать границу передачи связи в прямой линии связи с границей передачи связи в обратной линии связи. Этот процесс можно определить как "дыхание", т.е. циклическое изменение параметров базовой станции.
Задачей изобретения является создание способа и устройства, обеспечивающих согласование границы передачи связи в прямой линии связи с границей передачи связи в обратной линии связи.
Кроме того, изобретение предусматривает создание способа и устройства, обеспечивающих постоянный контроль и реагирование на нагрузку обратной линии связи для обеспечения максимальной пропускной способности системы.
Сущность изобретения
Указанный результат достигается тем, что способ регулирования зон обслуживания базовых станций в системе, содержащей несколько базовых станций для двусторонней связи с подвижным устройством, при которой информация передается к подвижному устройству от базовых станций по прямой линии связи и от подвижного устройства к базовым станциям по обратной линии связи, причем каждая базовая станция определяет зону обслуживания прямой линии связи и зону обслуживания обратной линии связи, в соответствии с изобретением включает этапы измерения уровня мощности обратной линии связи, принимаемого первой базовой станцией и второй базовой станцией, и регулировки уровня мощности прямой линии связи в первой базовой станции и во второй базовой станции на основании измерения уровня мощности обратной линии связи в первой и второй базовых станциях для сохранения баланса положений эквивалентного функционирования прямой и обратной линий связи между первой и второй базовыми станциями.
При этом произведение уровня мощности обратной линии связи в первой базовой станции и уровня мощности прямой линии связи в первой базовой станции предпочтительно равно некоторой постоянной величине, и произведение уровня мощности обратной линии связи во второй базовой станции и уровня мощности прямой линии связи во второй базовой станции предпочтительно равно указанной постоянной величине.
Кроме того, произведение уровня мощности обратной линии связи в первой базовой станции и уровня мощности прямой линии связи в первой базовой станции предпочтительно равно некоторой постоянной величине, когда уровень мощности обратной линии связи в первой базовой станции выше некоторого порога, и произведение уровня мощности обратной линии связи во второй базовой станции и уровня мощности прямой линии связи во второй базовой станции предпочтительно равно указанной постоянной величине, когда уровень мощности обратной линии связи во второй базовой станции выше указанного порога.
Указанный технический результат достигается также тем, что способ выравнивания положения первой зоны обслуживания прямой линии связи с положением первой зоны обслуживания обратной линии связи, соответствующей первой базовой станции, в системе, содержащей базовые станции, имеющие зоны обслуживания прямой линии связи и обратной линии связи и устанавливающие связь с подвижным устройством в зоне обслуживания прямой линии связи, и принимающие связь от подвижного устройства в зоне обслуживания обратной линии связи, в соответствии с изобретением, включает измерение уровня нагрузки зоны обслуживания обратной линии связи, характеризующего положение первой зоны обслуживания обратной линии связи, и изменение положения первой зоны обслуживания прямой линии связи на основании данного измеренного уровня нагрузки.
При этом измеренный уровень нагрузки зоны обслуживания обратной линии связи представляет собой энергию, принятую от группы подвижных устройств, в первой зоне обслуживания обратной линии связи, и дополнительно содержит энергию, принятую не от абонента системы и от группы подвижных устройств в зоне обслуживания обратной линии связи второй базовой станции, причем изменение положения первой зоны обслуживания прямой линии связи ограничено минимальной границей зоны обслуживания, а измерение включает подсчет числа подвижных устройств, осуществляющих связь с первой базовой станцией.
Кроме того, вышеуказанный технический результат достигается тем, что способ балансировки границ базовых станций в системе, содержащей несколько базовых станций, в соответствии с изобретением включает передачу сигнала по прямой линии с выбранным уровнем мощности от первой базовой станции, определяющей первую зону обслуживания прямой линии связи, прием сигнала по обратной линии связи с первым уровнем мощности первой базовой станцией, определяющей первую зону обслуживания обратной линии связи, передачу сигнала по прямой линии связи с выбранным уровнем мощности второй базовой станцией, определяющей вторую зону обслуживания прямой линии связи, причем первая и вторая зоны обслуживания прямой линии связи пересекаются, образуя участок эквивалентности прямых линий связи, на котором подвижное устройство принимает сигнал связи одинакового уровня качества от первой и второй базовых станций, и прием сигнала по обратной линии связи с выбранным уровнем мощности второй базовой станцией, определяющей вторую зону обслуживания обратной линии связи, причем первая и вторая зоны обслуживания обратной линии связи пересекаются, образуя участок эквивалентности обратных линий связи, на котором первая и вторая базовые станции принимают сигналы связи от подвижного устройства с одинаковым уровнем качества, причем уровни мощности сигналов прямой линии связи от первой и второй базовых станций выбираются таким образом, чтобы участки эквивалентности прямой и обратной линий связи совпадали.
Кроме того, способ балансировки границ дополнительно включает прием первой базовой станцией сигнала обратной линии связи со вторым уровнем мощности, превышающим первый уровень мощности, принимаемый первой базовой станцией, для определения второй меньшей зоны обслуживания обратной линии связи первой базовой станции и нового участка эквивалентности обратных линий связи, и передачу с первой базовой станции сигнала по прямой линии связи с меньшим уровнем мощности для определения второй зоны обслуживания прямой линии связи и нового участка эквивалентности прямых линий связи, чтобы обеспечить совпадение новых участков эквивалентности прямых и обратных линий связи.
При этом каждая из базовых станций передает пилот-сигнал, являющийся сигналом в прямой линии связи от первой базовой станции, или каждая из базовых станций передает пилот-сигнал и сигналы сообщения, являющиеся сигналом в прямой линии связи от первой базовой станции.
При этом произведение уровня мощности сигнала прямой линии связи первой базовой станции и первого уровня мощности сигнала обратной линии связи первой базовой станции равно постоянной величине, и произведение уровня мощности сигнала прямой линии связи второй базовой станции и первого уровня мощности сигнала обратной линии связи второй базовой станции равно упомянутой постоянной величине, являющейся динамической и изменяющейся со временем, причем первый уровень мощности сигнала обратной линии связи первой базовой станции включает в себя некоторую величину искусственно введенной мощности, и мощность сигнала обратной линии связи второй базовой станции содержит некоторую величину искусственно введенной мощности.
Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для регулирования положения зон обслуживания прямой и обратной линий связи базовой станции в системе базовых станций, обеспечивающей двустороннюю связь с группой подвижных устройств, в соответствии с изобретением содержит антенную систему для приема входного сигнала с уровнем принимаемой мощности и для выработки передаваемого сигнала с уровнем передаваемой мощности, детектор мощности, имеющий вход, подключенный к антенной системе, и выход для выдачи индикации уровня мощности, пропорционального уровню мощности приема, и переменный аттенюатор, подключенный к выходу детектора мощности для приема сигнала управления мощностью и информационного сигнала и выработки информационного сигнала с регулируемой мощностью, причем выход переменного аттенюатора соединен с антенной системой для установки уровня передаваемой мощности, при этом произведение уровня принимаемой мощности входного сигнала и уровня передаваемой мощности передаваемого сигнала регулируется для сохранения баланса в указанном месте зон обслуживания прямой и обратной линий связи.
При этом устройство может дополнительно содержать аттенюатор, включенный между приемной антенной и детектором мощности, для установки упомянутого произведения на постоянную величину при минимальном уровне мощности входного сигнала, а также средство масштабирования и ограничения выходного уровня мощности, включенное между детектором мощности и переменным аттенюатором.
В соответствии с изобретением каждая базовая станция системы первоначально калибруется таким образом, чтобы сумма шума в ненагруженном тракте приемника и желаемой мощности пилот-сигнала была равна некоторой постоянной величине. Эта калиброванная постоянная величина согласована для всей системы базовых станций. Когда система становится нагруженной (т.е. подвижные устройства начинают устанавливать связь с базовыми станциями), компенсационная сеть поддерживает постоянное соотношение между мощностью обратной линии связи, принимаемой в базовой станции, и мощностью пилот-сигнала, передаваемой от базовой станции. Нагрузка базовой станции эффективно перемещает границу передачи связи с обратной линии ближе к базовой станции. Поэтому, чтобы имитировать такой же эффект в прямой линии связи, мощность пилот-сигнала уменьшается с увеличением нагрузки.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1A-1C иллюстрируют три несбалансированных состояния передачи связи;
Фиг. 2A-2C иллюстрируют эффект нагрузки на границах передачи связи и эффект компенсации механизма "дыхания";
Фиг. 3 представляет упрощенную структурную схему механизма "дыхания" в базовой станции.
Подробное описание предпочтительных вариантов
Важным аспектом процесса мягкой передачи связи является разнесение базовых станций в подвижном устройстве. Упомянутый выше способ управления мощностью дает оптимальный результат, когда подвижное устройство устанавливает связь с каждой базовой станцией, через которую возможна связь. При этом в данном подвижном устройстве исключаются случайные помехи при связи через базовую станцию, принимающую сигнал данного подвижного устройства с избыточным уровнем, но не способную передавать команду регулировки мощности на подвижное устройство, так как с ним не установлена связь.
Типичная сотовая беспроводная локальная система или персональная система связи содержит несколько базовых станций, имеющих несколько секторов. Многосекторная базовая станция содержит множество независимых передающих и приемных антенн, а также независимые схемы обработки. Изобретение применимо в равной степени к каждому сектору многосекторной базовой станции и к независимым станциям, содержащим один сектор. Термин "базовая станция" может подразумевать как сектор базовой станции, так и односекторную базовую станцию.
Каждая базовая станция имеет физическую зону обслуживания, в которой возможна связь с данной базовой станцией. Зона обслуживания каждой базовой станции имеет две границы передачи связи. Под границей передачи связи подразумевается физический участок между двумя базовыми станциями, на котором линия связи функционирует одинаково, независимо от того, с какой из базовых станций осуществляет связь подвижное устройство, находящееся на этом участке. Каждая базовая станция имеет границу передачи связи в прямой линии и границу передачи связи в обратной линии. Граница передачи связи в прямой линии определяется как участок, на котором приемник подвижного устройства будет функционировать одинаково, независимо от того, какую базовую станцию он принимает. Граница передачи связи в обратной линии определяется как положение подвижного устройства, при котором приемники двух базовых станций будут функционировать одинаково по отношению к этому подвижному устройству.
Описанное ниже изобретение основано на системе, выполненной с возможностью мягкой передачи связи. Однако данное изобретение в равной степени применимо и для жесткой передачи связи.
Граница передачи связи определяется всегда между по меньшей мере двумя базовыми станциями. Например, на фиг. 1A граница передачи связи в прямой линии 60 является функцией мощности, передаваемой от базовой станции 10 и от базовой станции 40, а также помех от других окружающих базовых станций (не показаны) и прочих внутриполосных источников. Граница передачи связи в обратной линии 50 является функцией уровня мощности, принимаемого на базовой станции 10 и базовой станции 40 от подвижного устройства, находящегося на этом участке, и уровня мощности, принимаемого на базовой станции 10 и базовой станции 40 от других подвижных устройств и прочих внутриполосных источников. Следует отметить, что уровень мощности, принимаемый на базовой станции 10, и уровень мощности, принимаемый на базовой станции 40, в некоторой степени не зависят друг от друга, и если базовая станция 10 имеет большое число подвижных устройств, находящихся в ее зоне обслуживания, а базовая станция 40 имеет только одно подвижное устройство, то помехи для базовой станции 40 будут намного меньше.
В идеальном случае граница передачи связи в прямой линии совмещена с границей передачи связи в обратной линии, чтобы можно было обеспечить оптимальную пропускную способность системы. Если же они не совмещены, тогда могут возникать три ситуации, отрицательно влияющие на пропускную способность. На фиг. 1A показана первая из этих ситуаций. Область мягкой передачи связи - это физическая область между двумя базовыми станциями, находясь в которой подвижное устройство имеет возможность установления связи с обеими базовыми станциями. Заштрихованная часть на фиг. 1A показывает область мягкой передачи связи 20.
При мягкой передаче связи с помощью подвижного устройства область передачи связи определяется характеристиками прямой линии связи. Например, на фиг. 1A область мягкой передачи связи 20 представляет собой область, в которой качество сигнала от базовой станции 10 и качество сигнала от базовой станции 40 достаточны для поддержки передач. Когда подвижное устройство 30 попадает в область мягкой передачи связи 20, оно извещает ту базовую станцию, с которой оно осуществляет связь, что вторая базовая станция доступна для связи. Контроллер системы (не показан) устанавливает связь между второй базовой станцией и подвижным устройством 30, как описано в упомянутом выше патенте США 5267261. Когда подвижное устройство 30 находится в режиме мягкой передачи между базовой станцией 10 и базовой станцией 40, обе эти базовые станции регулируют мощность передачи от подвижного устройства 30. Подвижное устройство 30 уменьшает свою мощность передачи, если любая из этих базовых станций передаст запрос на уменьшение мощности, и увеличивает свою мощность передачи только в том случае, если каждая базовая станция запрашивает усиление мощности, как описано в патенте США 5056109.
На фиг. 1A изображена первая ситуация, отрицательно влияющая на пропускную способность системы. Граница передачи связи в прямой линии 60 и граница передачи связи в обратной линии 50 значительно разбалансированы (т.е. удалены друг от друга). Подвижное устройство 30 находится в положении, где связь устанавливается только с базовой станцией 40. В области нахождения подвижного устройства 30 связь по прямой линии функционирует лучше с базовой станцией 40, но обратная линия будет функционировать лучше, если подвижное устройство будет вести связь с базовой станцией 10. В этой ситуации подвижное устройство 30 передает более высокую мощность, чем оно бы передавало, если бы осуществило связь с базовой станцией 10. Такая повышенная мощность передачи неоправданно увеличивает общие помехи в системе, отрицательно влияя на пропускную способность. Она также увеличивает общее потребление мощности подвижным устройством 30, сокращая срок службы батарей питания. Кроме того, она также ставит под угрозу линию связи, если подвижное устройство 30 достигает своей максимальной мощности передачи и уже не способно реагировать на команды повысить мощность.
На фиг. 1B изображен альтернативный, но также отрицательный результат несбалансированного состояния передачи связи. Область мягкой передачи связи 70 расположена у границы передачи связи в обратной линии 50. Это положение передачи связи может быть результатом альтернативной схемы, в которой передача связи основана на функционировании обратной линии вместо прямой линии. В одном таком случае каждая базовая станция будет пытаться измерить мощность, принимаемую от каждого подвижного устройства. Когда уровень измеренной мощности превышает некоторый порог или превышает уровень, принимаемый на других базовых станциях, устанавливается связь со второй базовой станцией. На фиг. 1B подвижное устройство 30 находится в области, где связь устанавливается только с базовой станцией 10. Как и на фиг. 1A, в области, где находится подвижное устройство 30, прямая линия функционирует лучше всего с базовой станцией 40, но обратная линия функционирует лучше с базовой станцией 10. В отличие от обратной линии прямая линия не обладает большим динамическим диапазоном передаваемой мощности и по мере того, как подвижное устройство 30 движется к базовой станции 40, возрастают помехи от базовой станции 40, а уровень принимаемой мощности от базовой станции 10 снижается. Если уровень мощности от базовой станции 10 падает ниже уровня сигнала, достаточного для уровня помех или ниже определенного абсолютного уровня, возникает угроза потери линии связи. Уровень мощности, передаваемый от базовой станции 10, медленно возрастает в пределах ограниченного динамического диапазона по мере того, как подвижное устройство удаляется от базовой станции 10. Такое увеличение мощности создает помехи для других абонентов базовой станции 10 и базовой станции 40, неоправданно снижая пропускную способность.
Еще одной альтернативой является комбинированная схема передачи связи, основанная как на функционировании прямой линии, так и на функционировании обратной линии. Такой сценарий изображен на фиг. 1C, где область передачи связи 80 большая и охватывает как границу передачи связи в обратной линии 50, так и границу передачи связи в прямой линии 60. Но необязательная передача связи непосредственно уменьшает пропускную способность системы. Назначением мягкой передачи связи является обеспечение передачи связи между станциями путем установления связи до ее прекращения и обеспечение эффективного механизма регулировки мощности. Однако, если область мягкой передачи связи чрезмерно большая, заметно проявляются отрицательные эффекты. Например, как показано на фиг. 1C, обе базовые станции 10 и 40 должны вести передачу на подвижное устройство 30, когда оно находится в области мягкой передачи связи 80. Следовательно, когда подвижное устройство 30 находится в области мягкой передачи связи 80, возрастают общие помехи системы. Кроме того, на обеих базовых станциях 10 и 40 должны выделяться ресурсы для сигнала, принимаемого от подвижного устройства 30. Таким образом, увеличение размера области мягкой передачи связи не обеспечивает эффективного использования пропускной способности системы и ее ресурсов.
Решение проблемы таких отрицательных эффектов состоит в балансировке (т. е. физическом выравнивании) границы передачи связи в обратной линии с границей передачи связи в прямой линии или наоборот. Но даже если это сделать на каждой базовой станции в статическом состоянии, этот баланс будет утрачен при использовании системы. Например, отношение сигнал/помеха для сигнала обратной линии, принимаемого на базовой станции, является функцией числа, положения и уровней мощности передачи подвижных устройств, находящихся в ее зоне обслуживания. При росте нагрузки на базовой станции помехи возрастают и граница передачи связи в обратной линии сжимается в направлении этой базовой станции. Граница для прямой линии не подвергается аналогичному воздействию, поэтому изначально сбалансированная система со временем может разбалансироваться.
Для сохранения баланса согласно данному изобретению предлагается способ "дыхания" размера зоны обслуживания базовой станции. Механизм "дыхания" (циклического изменения параметра) эффективно перемещает границу передачи связи в прямой линии на то же место, где находится граница передачи связи в обратной линии. Обе границы зависят от функционирования по меньшей мере двух базовых станций. Чтобы упомянутое циклическое изменение параметра было эффективным, граница передачи связи в обратной линии должна быть изначально выровнена с границей передачи связи в прямой линии. Эти границы могут оставаться выровненными, если функционирование каждой базовой станции регулируется, как будет описано ниже.
Работа прямой линии связи может регулироваться базовой станцией. В типичной CDMA системе каждая базовая станция передает пилот-сигнал. Подвижные устройства осуществляют передачу связи на основании определения уровня принимаемого пилот-сигнала, как описывалось выше. Посредством изменения уровня мощности пилот-сигнала, передаваемого от базовой станции, можно манипулировать положением границы передачи связи в прямой линии.
Работа обратной линии связи может также регулироваться базовой станцией. По шумовой характеристике приемника базовой станции устанавливают минимальный уровень принимаемой мощности, который можно обнаружить. Шумовая характеристика приемника в типовом случае определяется как общее шумовое поле системы. Регулируя шумовое поле приемника, например, путем добавления шума или введения ослабления, можно регулировать работу обратной линии, а значит и границу передачи связи в обратной линии.
Для балансировки границ передачи связи необходимо регулировать работу каждой базовой станции таким образом, чтобы она функционировала одинаково с другими базовыми станциями данной системы. Поэтому мы определяем в широких пределах постоянную эффективности системы, предназначенную для использования каждой базовой станцией системы. Можно также определять динамическую постоянную величину, которая равна для каждой станции, но может изменяться со временем. Для упрощения проектирования и реализации в данном варианте используется фиксированная постоянная величина.
Данная постоянная величина определяется как сумма шума в тракте приемника в децибелах (дБ) и максимальной желаемой мощности пилот-сигнала в децибелах, как будет показано ниже. Оптимально выбранная константа позволяет максимально использовать преимущества данной системы. Для определения постоянной величины Кур используется следующее уравнение:
Kур = maxBCl i[NRx:i + Pmax:i], (1)
где NRx:i - шум в тракте приемника i-й базовой станции в дБ;
Pmax:i - максимальная желаемая мощность пилот-сигнала i-й базовой станции в дБ;
maxBCl [] - максимальная сумма для всех базовых станций в системе.
Следует отметить, что после того, как выбрано Кур, для удовлетворения выбора данной константы могут использоваться искусственные средства увеличения шума ненагруженной системы для каждой базовой станции.
Чтобы доказать, что установка суммы принимаемой мощности и передаваемой мощности на Кур действительно балансирует систему, делается несколько предположений. Во-первых, предполагается, что на каждой базовой станции, использующей несколько резервных приемных и передающих антенн, эти антенны сбалансированы таким образом, что они функционируют одинаково. Также предполагается, что на каждой базовой станции осуществляется идентичное кодирование. Предполагается, что отношение между полной мощностью в прямой линии и мощностью пилот-сигнала постоянное. И предполагается наличие взаимности в потерях на трассе распространения в прямой линии и потерях на трассе распространения в обратной линии.
Чтобы найти границу передачи связи в прямой линии между двумя произвольными базовыми станциями, станцией A и станцией C, начнем с того, что отметим, что граница передачи связи в прямой линии находится там, где отношения мощности пилот-сигнала двух базовых станций к общей мощности равны. Допустим, что подвижное устройство C находится на границе, математически выраженной в единицах линейной мощности (Вт):
При учете, что мощность, принимаемая подвижным устройством, равна переданной мощности, умноженной на потери на трассе распространения, уравнение (2) принимает следующую форму:
Преобразование уравнения (3) и исключение общего знаменателя дает
Произведя такую же операцию для обратной линии связи и приняв во внимание, что граница передачи связи в обратной линии находится там, где каждая базовая станция воспринимает одинаковое отношение сигнал/помеха для данного подвижного устройства, получим
При учете, что мощность, принимаемая базовой станцией, равна мощности, передаваемой от подвижного устройства, умноженной на потери на трассе, уравнение (5) принимает следующую форму:
Преобразование уравнения (6) и сокращение общего числителя дают следующее уравнение:
На основании предполагаемой взаимности в потерях на трассах распространения в прямой и обратной линиях связи в любом месте уравнения (4) и (7) можно скомбинировать и получить
Заменив единицы линейной мощности в уравнении (8) на дБ, получаем
Полн. мощность, прин. в А (дБ) - Полн. мощность, прин. в В (дБ) = Мощность пилот-сигнала перед. от В (дБ) - Мощность пилот-сигнала перед. от А (дБ) (8)
Уравнение (8) эквивалентно предпосылке, состоящей в следующем:
если
Полная мощность, прин. в А (дБ) + Мощность пилот-сигнала, перед. от A (дБ) = Kур и Полн. мощность, прин. в B (дБ) + Мощность пилот-сигнала, перед. от B (дБ) = Kур, тогда уравнение (8) будет удовлетворено.
Значит граница передачи связи в прямой линии и граница передачи связи в обратной линии совмещены.
Для реализации функции "дыхания" (циклического изменения параметра) необходимы три механизма: средство первоначальной установки характеристик системы соответственно Кур, средство контролирования флуктуаций в обратной линии связи и средство изменения работы прямой линии в ответ на флуктуации обратной линии.
Одним из способов первоначальной установки характеристик системы на Кур является установка максимального желаемого уровня пилот-сигнала с учетом изменений в зависимости от температуры и времени и введение ослабления в соответствии с приемником в режиме отсутствия входного сигнала до тех пор, пока не будет достигнута характеристика Кур. Введение ослабления снижает чувствительность приемника и эффективно увеличивает его шум-фактор. При этом также требуется, чтобы каждое подвижное устройство передавало пропорционально больше мощности. Введенное ослабление должно удерживаться на минимуме, продиктованном Кур.
После достижения первоначального баланса мощность, поступающая на базовую станцию, может измеряться, чтобы контролировать характеристики обратной линии связи. Для этого можно использовать несколько способов. Измерение может производиться посредством контролирования напряжения АРУ (автоматической регулировки усиления) или непосредственным измерением входного уровня. Преимущество данного способа состоит в том, что в случае присутствия источника помех (например, ЧМ-сигнала), эта энергия может быть измерена и границы передачи связи будут передвинуты ближе к базовой станции. Приближение границы передачи связи к базовой станции может исключить данный источник помех из зоны обслуживания базовой станции и минимизировать его эффект. Измерение может производиться простым подсчетом числа абонентов, ведущих связь через данную базовую станцию, и оценки общей мощности, исходя из того, что сигнал каждого подвижного устройства нормально поступает на базовую станцию на одном и том же уровне.
По мере увеличения мощности в обратной линии мощность в прямой линии должна уменьшаться. Это легко достигается с помощью схемы АРУ, имеющейся в передающих схемах, или с помощью управляемого аттенюатора, предусмотренного в тракте передачи.
В описанной выше примерной схеме передачи связи границы передачи связи устанавливаются на основе измерения уровня пилот-сигнала в подвижном устройстве. Альтернативой регулировке полной мощности передачи может быть регулировка только уровня пилот-сигнала. Для проектировщика зоны обслуживания такая схема может служить некоторой отправной точкой, но регулировка полной мощности передачи, включающей нагрузку (т.е. активные вызовы) и пилот-сигналы, имеет ряд преимуществ. Во-первых, сохраняется постоянным отношение мощности пилот-сигнала к мощности сигнала нагрузки в канале. Подвижное устройство может ожидать постоянного отношения и может распределять свои ресурсы, основываясь на этом отношении. Если бы подвижное устройство принимало два пилот-сигнала равной мощности, каждый из которых соответствует каналу с нагрузкой, имеющему другой уровень мощности, то это бы привело к субоптимальному решению при распределении ресурсов подвижного устройства. Регулировка полной мощности также целесообразна, поскольку она снижает помехи для других зон обслуживания базовых станций. Если пилот-сигнал недостаточно силен, чтобы гарантировать передачу связи в зоне обслуживания смежной базовой станции, мощный сигнал нагрузки в канале вводит бесполезные и неоправданные помехи в эту зону. Конечно, в некоторых применениях может быть целесообразно комбинировать способы регулировки мощности пилот-сигнала в одних случаях со способами регулировки общей мощности передачи в других случаях. В других применениях может быть целесообразно изменение отношения мощности пилот-сигнала к мощности нагрузки в канале.
В идеальной конфигурации вышеупомянутый механизм циклического изменения параметра измеряет принимаемую мощность и пропорционально изменяет мощность передачи. Однако в некоторых системах может использоваться не данный пропорциональный способ, а изменение уровня передачи только на долю воспринятого изменения мощности приема. Например, если система спроектирована таким образом, что оценка принимаемой мощности затруднена и неточна, проектировщики системы могут предпочесть таким неточностям уменьшение чувствительности. Изменение уровня передачи, которое составляет только часть изменения принимаемой мощности, обеспечивает снижение чувствительности, исключая в то же время большой дисбаланс между границами передачи связи.
В других вариантах уровень передачи изменяется только в тех случаях, когда уровень приема превышает некоторый предварительно установленный порог. Этот способ может использоваться в основном для источников помех. Конечно, данный способ можно комбинировать с системой, в которой уровень передачи изменяется только на некоторую часть от воспринятого изменения принимаемой мощности.
В вышеупомянутом механизме циклического изменения параметра должна тщательно учитываться постоянная времени. Этот механизм может побуждать подвижные устройства осуществлять передачу связи. Для осуществления передачи связи подвижное устройство должно обнаружить изменение мощности и передать сообщение на базовую станцию. Контроллер системы должен принять решение и известить о нем базовые станции. На подвижное устройство должно быть передано сообщение. Этот процесс требует времени и поэтому процедура циклического изменения параметра ("дыхания" системы) должна быть достаточно медленной, чтобы она осуществлялась плавно.
Процедура циклического изменения будет естественно ограничивать себя, чтобы исключить полную сходимость зоны обслуживания базовой станции из-за избытка абонентов системы. Система CDMA обладает большой и мягко ограниченной пропускной способностью. Термин "мягко ограниченная пропускная способность" подразумевает тот факт, что всегда можно добавить еще одного абонента, но при некотором числе абонентов каждый дополнительный абонент влияет на качество связи для всех других абонентов. При некотором еще большем числе абонентов качество связи каждого абонента становится недопустимым и вся линия связи утрачивается для каждого подвижного устройства. Чтобы предотвратить потерю линии связи, каждая базовая станция ограничивает число подвижных устройств, с которыми она будет устанавливать связь. После достижения этого предела система будет отказывать попыткам установить дополнительные вызовы, т. е. новые вызовы будут блокироваться. Данный предел является параметром проектирования и в типовом случае устанавливается на 75% от теоретической пропускной способности. Он обеспечивает некоторый допустимый предел системы и позволяет системе принимать экстренный вызов даже в состоянии ограничения. Такой предел общего числа подвижных устройств, ведущих связь в данной зоне обслуживания одной базовой станции, естественно ограничивает максимальную принимаемую мощность и, таким образом, ограничивает диапазон действия процесса "дыхания".
Фиг. 2A-2C иллюстрируют то, как изображен механизм "дыхания" базовой станции.
На фиг. 2A базовая станция 100 имеет круговую зону обслуживания 130 в ненагруженном состоянии. Зона обслуживания базовой станции 100 сбалансирована в ненагруженном состоянии и зоны обслуживания прямой и обратной линий выровнены с круговой зоной обслуживания 130. Базовая станция 110 имеет круговую зону обслуживания 140 в ненагруженном состоянии. Зона обслуживания базовой станции 110 сбалансирована в ненагруженном состоянии и зоны обслуживания прямой и обратной линий выровнены с круговой зоной обслуживания 140. Работа базовых станций 100 и 110 сбалансирована на Кур в ненагруженном состоянии и линия 120 представляет место, в котором работа с каждой базовой станцией осуществляется в одинаковых условиях, т.е. границы передачи связи обеих базовых станций.
Как показано на фиг. 2B, базовая станция 110 приняла большую нагрузку, а базовая станция 100 нагружена слабо. Зона обслуживания обратной линии связи сократилась до круговой зоны обслуживания 145, в то время как зона обслуживания прямой линии связи осталась в пределах круговой зоны обслуживания 140. Слабая нагрузка базовой станции 100 не повлияла на зону обслуживания базовой станции 100, которая так и осталась в рамках круговой зоны обслуживания 130. Следует отметить, что граница передачи связи в обратной линии связи между базовой станцией 100 и базовой станцией 110 переместилась в положение, обозначенное линией 125, в то время как граница передачи связи на прямой линии связи осталась в положении, соответствующем линии 120. Таким образом, возник нежелательный дисбаланс границ передачи связи.
Фиг. 2C иллюстрирует то, как базовая станция 110 реализовала механизм "дыхания". Его эффект состоит в том, что граница передачи связи в прямой линии связи передвинулась к круговой зоне обслуживания 145. Линия 125 теперь представляет обе границы передачи связи - для прямой и обратной линий связи.
На фиг. 2B и 2C буквами X обозначены абоненты системы. В частности, абонент X150 находится на границе передачи связи на фиг. 2B. В этом положении абонент X находится в режиме мягкой передачи связи между базовой станцией 100 и базовой станцией 110. Следует отметить, что на фиг. 2C абонент X150 уже находится глубоко в зоне обслуживания базовой станции 100, а не в области мягкой передачи связи между базовой станцией 100 и базовой станцией 110. Следовательно, сильно нагруженная базовая станция 110 эффективно передала часть своей нагрузки слабо нагруженной базовой станции 100.
На фиг. 3 представлена структурная схема, иллюстрирующая примерную конфигурацию "дыхания" базовой станции. Антенна 270 принимает сигналы на базовой станции 300. Принятые сигналы передаются на переменный аттенюатор 200, который использовался для первоначальной установки работы на Kур. Принятые сигналы передаются на детектор мощности 210. Детектор мощности 210 вырабатывает сигнал уровня, показывающий полную мощность принятого сигнала. Фильтр нижних частот 220 усредняет показание мощности и замедляет время отклика в режиме циклического изменения. Схема масштабирования и порога 230 устанавливает желаемое отношение и смещение соотношения между увеличениями мощности обратной линии и уменьшениями мощности прямой линии связи. Схема масштабирования и порога 230 вырабатывает сигнал управления для средства переменного усиления 240. Средство переменного усиления 240 принимает передаваемый сигнал и передает выходной сигнал с регулируемым усилением на выходной усилитель мощности 250. Усилитель мощности 250 усиливает передаваемый сигнал и передает его на антенну 260 для передачи по линии радиосвязи.
Существует много вариантов конфигурации, изображенной на фиг. 3. Например, каждая из антенн 260 и 270 может содержать две антенны. Или наоборот, антенны 260 и 270 могут быть выполнены как одна антенна. Определение мощности в системе по фиг. 3 основано на мощности всех входящих сигналов в интересующей полосе частот. Как говорилось выше, определение мощности может быть основано только на определенном числе подвижных устройств, которые установили связь с данной базовой станцией. Кроме того, фильтр нижних частот может быть линейным или нелинейным фильтром (например, фильтром ограничения максимальной скорости нарастания выходного напряжения).
Предлагаемое изобретение имеет множество очевидных вариантов, включающих простые структурные изменения. Приведенное выше описание предпочтительного варианта позволит любому специалисту в данной области осуществить или использовано изобретение. Для специалистов будут очевидны различные модификации данных вариантов, и приведенные общие принципы могут быть применены к другим вариантам без дополнительной изобретательской деятельности. Следовательно, данное изобретение не ограничивается представленными вариантами, а имеет самый широкий объем в соответствии с раскрытыми принципами и новыми признаками.
Предложены способ и устройство для согласования положений границ передачи связи в прямой и обратной линиях связи. Выбирается некоторая константа системы, определяемая произведением принимаемой мощности и мощности передаваемого пилот-сигнала на каждой базовой станции. На базовой станции измеряется уровень мощности обратной линии связи, и уровень мощности прямой линии связи компенсируется в соответствии с нагрузкой обратной линии связи, чтобы поддерживать данное произведение постоянным. Таким образом, границы передачи связи для прямой линии связи совмещаются с границами передачи связи для обратной линии связи, что является техническим результатом. 4 с. и 16 з. п.ф-лы, 3 ил.
| Автоматический огнетушитель | 0 |
|
SU92A1 |
| SU 1769366 A1, 15.10.1992 | |||
| Автоматический огнетушитель | 0 |
|
SU92A1 |
| Устройство для управления подачи шлифовального станка | 1973 |
|
SU472330A1 |
| US 4435840 A, 06.03.1984. | |||
