本发明涉及对进入一个通信网孔的一个移动台分配一个帧内的时隙的一种方法。 它还涉及实现这个方法的收发信机基站。
在时分多址（TDMA）移动无线网络中，通过给每个移动台分配个时隙，多个收发信机（在GSM系统中为8个）使用相同的无线资源。
在GSM系统（移动通信的全球系统）的情况下，时隙的持续时间为577μs，而帧的持续时间为4.6ms。
在大多数的移动无线系统中，一些频率是连续地发送的。使移动台能更容易地识别它们，假定在呼叫期间它们只有一个很短的时隙，正如已经指出的，为了它们进行可靠的测量，这个功率必须总是相同的。
在使用TDMA结构的GSM系统的情况下，时隙O用在信标信道的发送特定的信息：
在下行链路方向，它被用于向所有地移动台指示该网孔的一般参数以便呼叫它们并给它们分配无线信道;
在上行链路方向，它由移动台用于指示它们要求到该网孔的连接（随机接入信号）。
这个类型的暂时结构的一个问题是：如果该移动台距离相关的收发信机基站（BTS）很远，则无线信号传播时间不能忽略。
在目前的GSM系统中这个问题以下面的方法解决了：当移动台第一次进入该网孔时，它发送具有时间延迟准确地等于三个时隙的随机接入信号;使用这个（固定的）值的原因在下面说明。当BTS接收这个信号时，它测量它与它自己接收定时基准之间的时间差，该定时基准相对其传输准确地偏移三个时隙。这个到达时间等效于无线电波在BTS与移动台之间返回传播时间。然后收发信和基站给该移动台分配一个时隙并给移动台指示它用于发送的定时提前量（timing advance）。
参见图1，在紧靠近收发给机基站20的移动台MS1·21发送具有一个零时延2并被分配时隙6（3）的一个随机存取信号RA11然后它与等于3TS-TA2的时延一起发送，值TA2给它指示什么时候它被分配时隙1。
同样地，在远离收发信机基站20的移动台MS2·22发送具有时延TA2并被分配在时隙1（13）的一个随机存取信号RA2。然后它与等于3TS-TA2的时延一起发送，值TA2给它指示什么时候它被分配时隙1。
由移动台进行接收/发送时延的选择取决于这样的事实，对于八个时隙该移动台必须：
-在频率f1侦听出其时隙;
-在频率f2在其时隙中发送;和
-在频率f3测量功率电平以确定它从临近网孔接收的电平。
在三个频率工作的最经济的解决方案是使用一个单频合成器。由于直接合成型的合成器对一个系统是太贵了，在商业成功中终端的价格是关键的因素，所以最合适的解决方案是锁相环合成器。由于这些合成器有一个相当长的同步时间，重要的是最佳地分配上述的三个时隙，而且在此期间产生的频率必须是稳定的。
考虑到移动台在一个时隙期间在频率f3测量功率电平，该移动台有（8-3）/3＝1.7时隙来改变频率。由于该移动台必须能够提前其传输一个定时提前量TA，已作出决定以等于2TS的时间分开接收和发送时隙。
因此从一个频率转换到另一个频率的剩余时间为：
-从f2到f3和从f3到f1为1.5TS;
-从f1到f2为2TS-TA
选择TA的最大值等于0.5TS，则从一个频率改变为另一个频率的定时限制总是1.5TS。其它限制已导致选择TA的最大值等于广播调制的63比特，它等效于0.41TS。这些限制之一是在该时隙期间随机存取信号必须一直完整地被接收，而不管移动台的距离;移动台越远，随机存取信号的信号传递能力越小。
导致这个清楚地选择的理由的概述表明在距离增加时移动台的TA的最大值无限地增加是不可能的;TA的目前限制不能超过，而不对移动台的电设计和随机存取消息的可用长度表示疑问。
由于发送功率要求迅速使移动台变得非常庞大，对于真正的移动台来说大区域网孔的经济益处相当小。另一方面，对于“伪造的”移动台其经济益处是很大的，这些移动台实际上在一个固定地点，具有指向该发信机基站的定向天线，以基础结构的费用提供无线通信，该费用与电缆网络的费用无法相比。于是唯一的限制是由水平距离所强加的。
为了能在超过35km的距离与移动台交换数据，通常建议的解决方案是相当简单的，如在由Michle MOULY和Marie-Bernadette PAUTET所写和出版的“GSM系统”（ISBN 2-9507190-0-7）中所说明的;接收时隙分成对：0+1，2+3，4+5和6+7，而且收发信机基站使用一个接口窗口，该窗口随着到移动台的距离变化，以各种可能的实施过程之一进行：
不论什么时候定时提前量TA＝0都可向移动台指示，而接收窗口根据收发信机基站与移动台之间的实际距离移动;在这种情况下，该暂时结构只能处理四个移动台，每个移动台总是要求一对时隙;
在距离达到35km时该移动台可以常规的方法管理，而等效于35km的定时提前量总是指示超过该距离，该管理过程更困难，但是当这是真正需要时可以只使用两个时隙。
在所有情况下用于接收随机存取信号的信标信道的时隙0和1必须保留只作为这个用途，从远距离移动台来的随机存取信号重叠这两个时隙。
当与常规的收发信机基站相比时，这类的系统的总平衡相当差：
模拟发送和接收设备只使用它们初始容量的50%，在发射机的情况下，由于在已知相关的距离时它们必须具有高的功率额定值，这种情况是一个很大的代价。
数字处理设备同样使用不充分，除非采取特别的和困难的措施;这个限制继续运用到信标信道的时隙0，而不管所选择的实施方法，这是因为随机存取信号的问题。
所有这些考虑的结果是频率大多未充分使用。这是不太重要的，因为如果使用非常大的网孔时频率要求是优先的限制和因为频率重用的可能性比小网孔大得多。这是因为，由于传播规律是相对于距离的平方反比率，大的网孔使相同的频率能更经常地重用。
本发明的一个目的是提出一个方法来纠正这些缺陷，因而由该收发信机基站管理的每个网孔中的所有移动台可分成共同的暂时结构。根据本发明，一个移动台进入由一个收发信机基站管理的基站网孔周围的一组同心网孔的一个网孔，使用从收发信机基站到该移动台的下行链路帧暂时结构和从该移动站到所述收发信机基站的上行链路帧暂时结构与出现在一网孔中的每个移动台进行通信，给该移动台分配在一帧的时隙的方法的特征在于：对于每个网孔，上行链路暂时结构相对于下行链路暂时结偏移了一个时延，该时延等于基本网孔的基本下行链路暂时结构与基本上行链路暂时结构之间的基本偏移和取决于该网孔在所述网孔组中的等级的偏移时间之和。
利用根据本发明的方法，因此更好地使用相应于同心网孔的暂时结构的时隙并且从而有助于更合理的使用发送-接收设备是可能的。考虑具有半径为35km的一个基本网孔，例如，如果离开该基本网孔的天线不到35km的一个移动台试图连接到管理35km以外的移动台的该收发信机基站，则由于基随机存取信号不在正确的暂时窗口内而不由该收发信机基站进行解码;相反地，它影响在上行链路方向的收发信机基站的时隙。在相反情况下的时隙出现相同的问题。在所有情况下，通过禁止各自时隙可避免这个影响，但是这是昂贵的解决方案，特别是考虑产生的低电平无线干扰。注意在这些情况下，在由该系统在信标信道上一般信息广播规定的多次不成功的尝试之后，该移动台自然地尝试“正确的”网孔。
在另一方面，本发明包括一个收发信机基站，用于管理一组通信网孔，通信网孔包括到一个基站控制器的接口装置、到一个发送天线的接口装置和用于来自接收天线的信号的预放大器装置，实现根据本发明的方法，其特征在于：它进一步包括用于每个网孔的数字管理装置，用于管理相应于所述网孔的暂时结构，连接到基站控制器的接器装置，和有一个发送输出端，它连接到该发送天线的接口装置的输入侧的功率放大器装置，和接到功率预放大器装置的一个接收输入端。
通过参考附图以非限定的例子所作的下列说明可得到出本发明的其它特征和优点，其中：
图1A表示一个靠近收发信机基站的移动台和一个远离该基站的移动台;
图1B表示根据现有技术的时隙分配的定时图;
图2表示根据本发明的方法的各种暂时结构;
图3表示实现根据本发明的方法的收发信机基站的一个实施例;
图4表示根据本发明的方法使用动态信道分配的一个优选实施例;
图5A表示优化跳频方法的一个特定实施例;
图5B表示相应于该方法的图5A实施例的暂时结构;
图6表示根据本发明的方法用于使用两组频率的两个网孔的一个实施例;
图7表示根据本发明的方法用于使用三个频率的三个网孔的一个实施例;
图8A表示根据本发明的方法加入跳频的一个实施例;
图8B表示具有跳频的远距离移动台和靠近的移动台的一个暂时结构综合入其帧中;和
图9表示一个移动台从一个网孔通过另一个网孔的各种情况。
首先说明根据本发明的方法依据的理论和该理论是如何应用在GSM系统的情况的。
根据本发明的方法应用到GSM系统目的在于将在35km和70km之间的一个网孔中的所有移动台分组为相对于相应在0km和35km之间的一个基本网孔的一个基本暂时结构“偏移”35km的一个公共的暂时结构。
图2表示各种暂时结构：
定时图100表示为GSM系统规定的基本的暂时结构：下行链路暂时结构101和上行链暂时结构102正好偏移3TS 103。
定时图110表示第一配置，其中下行链路暂时结构111与基本结构101同步，上行链路结构102相对于基本结构102偏移一个时间t1 114，得到下行链路结构之间的有效偏移为3TS+t1 113。
定时图120表示第二配置，其中的偏移等于和与先前的偏移相反。配置的选择基本上取决于必须被修改以实现本发明的收发信机基站的内部结构。
如果收发信机基站包括一个暂时存储下行链路方向的信息至少等于t1时间期间的设施，则配置110是更可取的。
如果收发信机基站包括一个暂时存储上行链路方向的信息至少等于t1时间期间的设施，则配置120是更可取的。配置110和120的结合可用于中间的情况。如果需要的话暂时存储设备可加到该收发信机基站。
时间t1 114，124最好由以下式子确定：
t1＝K（R-M）
式中R是基本网孔的半径，即在GSM系统的这个例子中为35km：
M是边距，即两个同心网孔之间允许重叠预定的距离;和
K是该移动台所在的网孔的等级：
值K＝0代表基本网孔，如在本GSM系统中所规定的：该式子不适用和t1-0;
值K＝1代表在（35-M）km和（70-M）km之间的距离上的移动台;
值K＝2代表在（70-2M）km和（105-2M）km之间的距离上的移动台。
很清楚，超过70km的距离可通过并置多个环状网孔提供必要条件。
在下面的叙述中，一个网孔被认为具有半径为35，70等公里。这些距离必须根据上面的式子进行校正以便修正相邻网孔之间重叠的边距。
很明显每个网孔必须有一条信标信道，它独占时隙0。与现有技术相比，两个暂时结构的经济的平衡如下：
现有技术：2×4-1＝7移动台可在0km与70km之间的距离工作;
发明：2×（8-1）＝14移动台可工作，七个移动台在0km与35km之间的距离和七个移动台在35km与70km之间的距离。
如下面所说明的，本发明的灵活性可被增强。
注意，由于所有的部件除了暂时结构管理模拟数字设备之外都是公用的，所以实现这些网孔是特别经济的，虽然有两个或几个网孔，但是只有一个发送/接收天线和一个接收天线预放大器。同样地，所有的网孔可使用单个发送天线放大器。
图13表示从一个标准的收发信机基站300提供（0-35）公里和（35-70）公里区域覆盖的一个实施例。
收发信基站300通过适配器输入总线（AbI）或等效类型的连接307到基站控制器BSC和通过发送天线304与接收天线305连接到移动台。
现有技术的收发信机基站与根据本发明的收发信机基站的共用部件是：
到BSC的接口301;
到发送天线的接口302;
基本部件306，包括时钟和电源;
一个天线预放大器303。
每个暂时结构管理设备310，320包括：
功率放大器311，321（这些可用单个放大器308代替）;
数字管理设备312，322，用于管理每个暂时结构管理设备310，320的数字部分;这些设备的接收部分包括模数变换器，在天线预放大器303中该变换器通常不提供。
如果暂时结构管理设备的数量很大，在不脱离本发明的范围的情况下增加一个电子开关系统用于连接任何数字设备312，322等到任何功率放大器311，312特别是使能实现跳频，这是可能的，而且可能是有益的。
同样地，在该接收机和数字部分之间可提供一个接收开关系统，使能使用工作在固定频率的接收机。上面说明的理论仍然有效。
为了提供指示的覆盖，如图2所示，暂时结构管理设备320只是必须在时间偏移，参见配置110或120，所有其它设备保持一样。
从这个基本的实现开始，通过在0km与35km之间和在35km与70km之间允许更多种的移动台的配置，增加系统的灵活性是一件简单的事情。
在相对于100和120配置中表示了这个改进，但是例如在100和110，一样可以实现。
该方法要求具有或不具有提前量的时隙的动态配置：
设备310（320）发送的接收在100（120）配置中的时隙0。
当该移动台进入一个网孔时，它们最好被分配由设备310或320管理的它们的网孔中的最低数的时隙。
例如，如果由设备310管理的网孔是满的（信标信道+7移动台），而设备320管理的网孔至少还有时隙6和7可用，如果一个移动台要求进入由设备310管理的网孔，则320将代替它，使用时隙6发送而没有定时提前量。
此后进隙7对于靠近的或远距离的移动台都不可用。
当然，如果时隙6和7是不可用的，则如果在320中有两个其它的时隙是可用的，一个或两个转移到320将使它们能够变成可用的。
在这个实施例中，如图4中所示，图2的暂时结构120被修改。
基本的暂时结构101被再生以表示时标。
暂时结构421代表一帧的所有的时隙1至7都用于位于第二网孔[（35-70）km]中的移动台。
如果时隙6（437）用于在0km与35km之间的一个移动台，则暂时结构431产生了，其中时隙435和436丢失了。
在这些时隙期间传输不能停止。假定不可能使它与GSM“频率校正信道”或“SCH同步信道”信号相混淆的话，则存在着自由选择被发送的数据流。例如，一个“假脉冲串”的开始可被用于时隙435发送，而相同的假脉冲串的结束用于时隙436发送。
如果两个时隙例如时隙5和6（448、447）用于位于（0-35）km网孔中的两个移动台，则两个时隙445、446不被使用。
该方法可重复直到时隙1-6以“靠近”方式使用的时候。
不管在0km与35km之间使用的时隙数量，只有一个时隙丢失，在0km与70km之间的任何距离上可能管理13个移动台，或者如果一方面在0km与35km之间，而另一方面在35km与70km之间它们平均地划分，则可管理14个移动台。
通过如在设备320中那样，使它提前其传输，设备310可以在超过35km的距离上管理移动台：它丢失时隙6（更一般地为时隙i），而它在时隙7（更一般在地时隙i+1……7）管理这个移动台。
在本发明的一个有利的实施例中，网孔的频率可以动态地改变以实现跳频。根据本发明方法的一个实施例，图5A和5B表示了利用该方法可使跳频最优化。第一网孔500覆盖从0km至35km的区域。其信标信道使用第一频率A。时隙7不使用。第二网孔510覆盖从35km至70km的区域。其信标信道使用第二频率B。时隙1不使用。发送的网孔代表比特流511。暂时结构501和511与时隙及在帧的部分可用时隙时间i，i+1和i+2使用的频率一起表示出。为了说明方便起见，假定频率A和B在每帧互换，但是这个互换可同等地是伪随机的，假定这两个网孔使用一个共同的算法，以致于两个选择是互不相同的。在GSM系统的情况下，这种互不相同可以下列任一种方法取得：
通过循环跳跃;
通过使用相同的“跳跃序列号”（HSN）的伪随机跳频。
在这两种情况下，两个网孔必须同步，忽略已经提到的时差t1。
参见与暂时结构502相关的频率A的使用，多个特征区域或被区分出：
区域521：该频率用于管理在网孔500的覆盖区域中的移动台;
区域522：该频率用于管理在网孔501的覆盖区域中的移动台;
区域523：在这个时隙期间该频率不分配给任何移动台;网孔500发送一个假脉冲串，如在GSM建议中所规定的;和
区域524：这些不完全的时隙可以用与时隙435、436相同的方法进行处理，如参见图4已经说明的那样;因此，对于区域524向发送假脉冲串的开始，而对于区域525可发送这个脉冲串的结束。
刚才叙述的对于两个频率和两个网孔的具有跳频的配置可以很容易推广到其它的情况。
例如可以是每个网孔一个以上的频率。如果网孔500使用频率A1、A2……An，而网孔501使用频道B1、B2……Bn，则所有的移动台使用频率A1、A2……An、B1、B2……Bn的组合并且使用相同的时隙。
在另一个配置中，信标道的频率A1、B1如上所述的那样被处理，频率A2、……An和B2、……Bn如对照图6所述的那样进行使用。注意，在所示的暂时结构601、602中，35km半径的网孔在所有时隙中交替地使用频率A2和B2，而（35-70）km的网孔在除了时隙0外的所有时隙中使用另一个频率，时隙0不使用（以避免冲突）。注意，如果要求的话，时隙0如在另一个网孔中可使用，则根据每个网孔的业务负荷可在这个网孔中静止地或动态地使用时隙0。在所有的情况下，每个网孔有一个以上的频率，由于这些时隙不是信标信道，发射机没有信号要发送的时隙不必由信号占用。注意，时隙号和网孔必须动态地分配。
第二种情况是三个同心网孔。在这种情况跳跃是在三个频率上，如图7所示。注意，其理论直接地从图5所示的理论导出的，两端网孔之间的时间偏移小于一个时隙的持续时间。
在这里收发信机基站BTS使用各自的第一、第二和第三频率A、B和C管理三个同心网孔。分别相应于第二和第三网孔的第二和第三暂时结构702、703分别相对于第一和第二暂时结构701、702偏移第一和第二偏移时间;第一和第二结构701、703之间的偏移小于一个时隙的持续时间。
对于每个暂时结构701、702、703在每个连续帧中分配的频率循环地或伪随机地改变，例如，预定等级的一个时隙在每个暂时结构701、702、703的每帧中未使用，以致于在任何时间每个暂时结构的各个时隙具有不同的频率或者不使用;这样避免了任何频率冲突。
在第三种情况下，最末端网孔之间的时延在于一个时隙的持续时间。在这种情况下以下选择方案是可用的：
或者删去每个网孔的另一时隙以避免暂时重叠;
或者将网孔分成组，包括最多三个相邻的网孔，并且在这些组的每组中应用跳频。
将一方面图4的配置与另一方面图5、6或7的配置组合以得到与跳频组合的时隙的动态分配，这是可能的。为了表示简单起见，在图8A中表示了具有两个网孔、每个网孔使用一个频率的配置，该图表示：
第一[（0-35）km]网孔的一个基本的暂时结构801;与时隙相关的频率在804指示出;
相应该情况的一个暂时结构802，在该情况中四个移动台在小于35km的距离（时隙1-4）和二个移动台在35km与70km之间的距离（时隙6和7）;
第二[（35-70）km]网孔的一个基本的暂时结构803;与该时隙相关的频率在805指示出。
这个原理可以自然地用于两个网孔之间的时隙的不同分配，基本和原理总是规定一组靠近的移动台使用相连的时隙组808，而一组远离的移动台使用时隙组809。时隙和移动台完全混合也是可能的。假定：
（0-35）km网孔从时隙1管理靠近的移动台和从时隙6管理远距离的移动台;
（35-70）km的网孔从时隙1管理靠近的移动台和从时隙7管理远距离的移动台。
在相应于这样情况的在图8B中表示了暂时结构806：时隙1、2和3分配给靠近的移动台，而时隙5、6和7分配给远距离的移动台，该暂时结构806相关的频率表示在807。注意，每个网孔可管理在任何距离的具有一次跳频的六个移动台，即对于两个网孔的组合来讲是十二个移动台。
下表表示在每个网孔中可由收发信机基站管理的移动台数量的每个配置和实施例。
移动台的距离（0-35)km(35-70)km(0-70)km非动态分配77-动态分配而无跳频7或X7或13-X-或13跳频660跳频和动态分配X12-X12
变量X代表管理系统如基站控制器BSC或在上行链路的任何其它系统可利用的动作或活动范围的余量。
在收发机基站中使用根据本发明的方法也是可能的，该基站没有中心网孔而只有同心圆状的网孔。
根据关于一个移动台从一个网孔移动到另一个网孔的本发明的方法的一个特别方面在下面叙述。“转换”（GSM术语）或“过区切换”（美国术语）过程用于完成这个方面的。它包括延迟该移动台必须发送的数字信息的传输一个预定量，以便新网孔的收发信机基站同步。
图9表示从一个网孔移动台到另一个网孔的各种情况的特征。这个图表示：
由根据本发明的方法管理的两个同心网孔900、901;
网孔900完全重叠的一个网孔902;
由网孔901完全重叠的但是网孔900不重叠的一个网孔903;
只部分地重叠网孔901的网孔904;
部分地重叠同心网孔900和901的一个网孔905。
当一个移动台处在这些网孔之一中并且由于它在移动而必须离开该网孔时，最好应用下面的规则来代替通常的功率平衡规则：
从离开网孔902，转换到网孔900，而不是网孔901;
从离开网孔903，转换到网孔901而不是网孔900;
从离开网孔904，转换到网孔901或另一个网孔而不是网孔900;
从离开网孔905：如果在网孔905中的移动台具有相应于一个距离的一个时间偏差，该距离小于相应于网孔900的内径910的距离912减去网孔900与905的各自天线Ao、A之间的距离911，则转换到网孔900。如果网孔905的天线A是在网孔900的覆盖区域中，这个规则是适用的。否则必须反过来。
如果上面说明的准则不满足，即如果在离开的网孔905中的移动台具有相应于一个距离的时间偏移，而该距离大于相应于网孔900的内径910的距离912减去网孔900和905各自天线Ao、A之间的距离911，则最好转换到同心网孔，网孔905的天线是位于该同心网孔内。如果这个第一转换过程失败，则进行尝试转换到另一个同心网孔。在非全向辐射天线的离开网孔的情况下，则进行转换到重叠离开网孔的网孔到较大的范围。
当然本发明不限于刚才已经叙述的例子，在不脱离本发明的范围下许多修改可适用于这些例子中。具体地讲，根据本发明的方法不限于包含在说明中的网孔半径的例子，而且可适用于具有不同网孔半径的其它通信系统。