CN1037887C - 测量一个基地台状态的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个测量TDMA无线电***中基地台接收天线状态的方法，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TDMA信道结构，并利用了在预定的TDMA时隙中所完成的测量。依据本发明，按照ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的时隙中，和/或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的时隙中，完成测量而不干扰基地台的正常工作，并且没有配置一个业务信道。

Description

测量一个基地台状态的方法和设备
本发明涉及测量TDMA无线电***中基地台状态的方法和设备。该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TEMA信道结构，并利用了在预定的时隙中所完成的测试。
在无线电***如蜂窝无线电话***中，最关键的因素之一就是基地台和移动无线电台之间无线电通信线路的质量。这个无线电通信线路的质量主要地受基地台无线电部分的状态所影响，即是受天线和收发信机的影响。因此，通过各种测量和试验，能够监视基地台无线电部分的状态是很重要的。
对于基地台的发送和接收天线的状态，典型的监视方法是测量它的驻波比，也就是天线对于接收机和发射机***的剩余部分的电气匹配。利用位于基地台的设备，通过天线线路传送射频功率给天线，并测量由该天线所反射的功率，这种监视已经正常地完成。从天线所反射的信号电平可以判定天线的状态。为了防止对于基地台正常工作的干扰，测量通常是在基地台正常工作频带之外的一个特定测试频率上进行。应用此原理的某些设备已在芬兰专利申请904085和欧洲专利申请0261828中说明。
收发信机的状态和基地台的基带信号处理单元的状态一样，由一种设备进行测试。这个设备将发送机发送到接收机的射频测试信号连接成回路。如果所发送的测试信号没有误差地被接收，则被测试的装配可假定是正常的状态。在数字无线电***中，基于发送的和接收的数据之间的比较，有可能计算误码率(BER)，在基地台处于正常状态下，它是低于一个预定的有限值。无线电测试设备典型地连接在发射天线线路和接收天线线路之间，并且它必须将测试信号从发射频率变换为接收频率。各种类型的某些设备已在芬兰专利申请902624和PCT申请WO90/06635中说明。
TDMA(时分多址联接)类的新型数字无线电***具有时分信令，它在一个频率上包括几个时隙(典型是8个)。一个TDMA***是全欧移动电话***GSM。同样地，在数字无线电***中，如果不希望妨害基地台的正常工作的话，测试必须在基地台正常频带外的频率上进行。如果希望基地台的正常频率用于在基地台工作时所进行的测试，则必须从“正常业务”中除去诸时隙中的一个以作测试用。由于这个原因，基地台无线电部分的连续监视和实时报警是不可能的。
本发明的一个目的就是在TDMA无线电***的基地台实际应用的频率上实现对于天线状态的测量，而没有干扰基地台的正常工作。
这是依靠在序言中发表的样板的方法来实现的。依据本发明的测量TDMA无线电***中基地台状态的方法，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TEMA信道结构，它利用了在预定的TDMA时隙中所完成的测试，其特征在于，包括以下步骤：
为测试提供一射频测试信号；
在所述基地台的无线信道上，依据ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的至少一个时隙或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的时隙中发送上述射频测试信号，
接收在上述无线信道的所述空闲帧的上述至少一个时隙中发送的上述射频测试信号；以及
基于上述接收的射频测试信号确定基地台的状态。
本发明的目标还涉及测量TDMA无线电***中基地台接收天线状态的设备，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TDMA信道结构，并借助于在预定的TDMA时隙中所进行的测量。该设备的特征是它包括：
依据ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的至少一个时隙中和/或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的至少一个时隙中，通过天线线路发送一个预定的射频测试信号到天线的装置；
测量一个测量信号分量的幅度的装置，该分量由天线反射并沿着一个预定的测量通路传播；
在上述空闲帧的一个或几个时隙中，沿上述测量通路，直接向接收机发送一个测量信号的装置；
测量直接沿着测量通路发送的测量信号幅度的装置；
根据这两个被测信号幅度的比，确定天线状态的装置。
本发明还涉及测量TDMA无线电***中基地台状态的设备，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TEMA信道结构，它利用了在预定的TDMA时隙中所完成的测试，其特征在于，该设备包括：
提供运载一预定测试数据的射频测试信号的装置；
依据ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的至少一个时隙中或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的至少一个时隙中，在无线信道上发送运载上述预定测试数据的上述射频测试信号的装置；
在上述空闲帧的上述至少一个时隙中，在上述无线信道上用于接收运载上述预定测试数据的上述射频测试信号的接收机；
基于上述接收机接收的上述预定测试数据和对上述接收机已知的起始预定测试数据，确定所接收信号的误码率的装置，上述确定的误码率指示上述接收机的状态。
ETSI/GSM建议05.02规定了用于GSM***的无线电接口的无线电通路上的信道结构。建议中所规定的信道结构TCH/F+SACCH/TF和信道结构SDCCH/8包含一个所谓“空闲帧”的特定的位置，它的使用总是不受限制的。在本发明中，所要求的基地台的测试是在某些空闲帧的一个或几个时隙中完成，从而测量不占据适于其它通信业务的时隙。因此在利用本发明工作时，有可能连续地监视基地台，而不考虑通信情况，并且也不影响基地台的通信容量，这是由于可能实时发现故障并给出报警的原故。
下面，将利用参考附图说明的实施例，来更详细地解释本发明，这里：
图1和2表示在控制信道和业务信道结构之间的基地台两个无线电信道的时隙配置；
图3，4，5，和6图解说明一个TDMA帧结构；
图7表示一个TCH/F业务信道结构；
图8是一框图，它说明依据本发明的基地台的测试设备。
本发明适宜地用来测量TDMA无线电***中基地台的接收天线的状态，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TDMA信道结构。这些***是全欧移动通信***GSM以及它的直接形形，如DCS1800(数字通信***)。
关于GSM***更详细的说明可参考ETSI/GSM建议05.02和书籍“用于移动通信的GSM***”，作者是M.Mouly和M.B.Pautet，Palaiseau，法国1992年ISBN：2-9507190-0-7。只有本发明的重要特点将单独地在下面讨论。
GSM***遵循FDMA(频分多址联接)原理，在这个***中，使用了许多无线电信道(载波频率)另一方面，根据TDMA原理，时分多路复用以这样的方式施加到无线电信道上，即每一个无线电信道包括几个时隙，典型地是8个。时隙主要地是用来传送控制信道(CCH)和业务信道(TCH)，语音和数据由业务信道传送。在控制信道，在基地台和移动用户台之间执行一个信令。
图1表明两个于双工无线电信道，每一个包含发送和接收的载波Fu1，Fi1和Fu2，Fi2。它们以双倍距离(例如45MHz)分隔开。在第一无线电信道Fu1，Fi1，下面的信道结构被装入8个时隙：一个公共的控制信道CCH，六个业务信道TCH，和一个独立专用的控制信道SDCCH。在第一无线电信道，业务信道TCH被装入每一个时隙。本发明感兴趣的信道结构是TCH和SDCCH。
首先，有必要来研究通常的GSM***的帧结构。这个结构在图3到图6中说明。图6表示一个TDMA基本帧，较好地，它包括用作业务信道和控制信道的8个时隙。26个或51个顺序的FDMA帧组成了一个复帧，这取决于人们关注的是业务信道结构还是控制信道结构，如图5所示。在另一方面由51个或26个顺序的复帧组成了一个超帧(Superframe)，这取决于复帧是包含26帧还是51帧，如图4所示，更进一步，2048个超帧组成了一个极超帧(hyperframe)，如图3所示，另一方面，一个复帧可包含26个TDMA帧，而一个超帧包含51个复帧。
ETSI/GSM建议05.02，规定了用于GSM***的无线电接口的无线电通路上的信道结构.图7说明了建议中所规定的业务信道结构TCH/F+SACCH/TF，复帧的最后一帧称之为空闲帧，它的使用总是不受限制的。在图1的每一个业务信道TCH上，例如空闲帧是有规律的重复，甚至当业务信道的其它帧有一个正在进行的呼叫时，它也没有被分配作任何用途。根据本发明，所要求的基地台的无线电部分的测量是在诸如空闲帧的一个或几个时隙内实行的。因此，测试可能进行而无需分配业务信道，即使在业务信道已有一个正在进行的呼叫的时候。
在对于独立专用的控制信道SDCCH所规定的信道结构SDCCH/8中也发现了相应的空闲帧，当所要求的测试在这些空闲帧中进行时，它们不干扰控制信道的正常工作。
依据本发明，上述在空闲帧中所实行的测量可能包含基地台所必需的任何测量。接收天线状态的测量和接收机状态的测量将作为例子在下面描述。
示于图8中的TDMA收发信机包含至少2个，较好地是4个收发信机对21A，210A和21B，210B，分别地，每一对组成一个全双工的链路。发射机单元21A和21B的输出利用一个组合元件22(组合器)连接到公共天线线路23和公共发射天线24。接收天线26经天线线路27连接到一个分开所接收信号到接收机单元201A和201B的分支元件29。如这里使用的那样，发射机和接收机单元主要地表示收发信机的无线电部分。
基地台还包括一个基带接口设置12，用来按照一个基地台控制器BSC和一个移动电话交换机MSC将基地台连接于数字链路11，它典型地是一个PCM链路，从链路11所接收的用户数据和控制数据被变换为帧单元7的TDMA帧，在发射机21内经信道编码、交织和调制，被变换成为所要求的发送载波频率的TDMA短脉冲串，并被传送到发射天线24。相应地，从接收天线26所接收的TDMA信号被传送到收发信机单元210，这里，它被解调从接收的载频变为基频，此后在帧单元7中实行检波、去交织、信道解码和解帧(deframing)，随后，所接收的控制数据和用户数据经接口12被传送到PCM链路11。
为了测量接收天线26，基地台包含一个测量信号源112，例如一个信号发生器，它产生一个射频测量信号用来测量天线的状态，信号的频率相应于接收机的某些正常接收频率，较好地，它是在800-1000MHz的范围以内。测量信号源112的输出132借助于开关单元28连接到天线线路27，开关单元包含一个射频开关S2和方向耦合器28A和28B。
测试工作由基地台的工作和维持单元20控制，这个单元通过控制线路20A命令信号源112在一个预定的测试时隙内产生一个测试环，并且通过控制线路20B，命令开关S2转换方向耦合器28A或28B，方向耦合器28A将测量信号引向天线26，用于天线的反射测量。方向耦合器28B将信号引入接收机，用于天线测量的参考测量。
OMU20也作为一个测量单元，它接收来自分支元件29的信号，并测量该信号的幅度。另一方面，接收机Rx可包含一个测量装置，它的测量结果，由OMU20经线路20C接收。
天线测量的过程如下：OMU20向信号源112发出一个测试命令，因此，在用于测试的空闲帧的时隙内，一个测量信号接到开关S2，它响应于拇路20B的状态，将测量信号转换到方向耦合器28B，它发送测量信号直接引向接收机。OMU20测量该测量信号的幅度，并把测量结果用作一个参考值。然后，OMU20改变线路20B的状态，结果，开关S2将测量信号转换到方向耦合器28A。OMU20测量由天线26反射的信号分量的幅度，然后，OMU20从这些测量值计算指示天线状态的值，将这个值与所存贮的报警门限值相比较，如必要，就给出报警。
可以测试基地台接收端的射频部分，这是在用于测试的空闲帧的一个或几个时隙内，通过发送一个带有预定数字数据的预定射频测试信号到接收天线来实现的。在示于图8的本发明的优选实施例中，测试信号是一个由用户终端MS或是激励用户终端的一个特殊测试装置STM发出的，它们通常用参考号11表示。MS/STM11可以这样的方式处于基地台(虚线13)的直接控制下，即基地台可以启动发送一个测试信号。接收机单元正常地接收测试信号，并在帧单元7内正常地处理它。此外，帧单元7，以新接收的数据和已知的测试数据为基础，来计算指示接收机部分的状态的误码率。OMU20通过线呼20c接收了已计算的值，如果超出了预定的报警门限值，就发出报警。OMU20还可以测量所接收信号的电平，如必要，可给出与此相连系的报警。
还可以测试发射端的射频部分，如果测试信号由帧单元7和发射机单元21产生，并经天线24发射线MS/STM11，它将测试信号送回给基地台的接收机，并将进行上述的测量。
有关的图形和说明只是想要解释本发明。至于细节。依据本发明的方法和设备可在所附的权利要求书的范围内变化。

Claims (8)

1.测量TDMA无线电***中基地台状态的方法，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TDMA信道结构，它利用了在预定的TDMA时隙中所完成的测试，其特征在于，包括以下步骤：
为测试提供一射频测试信号；
在所述基地台的无线信道上，依据ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的至少一个时隙或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的时隙中发送上述射频测试信号，
接收在上述无线信道的所述空闲帧的上述至少一个时隙中发送的上述射频测试信号；以及
基于上述接收的射频测试信号确定基地台的状态。
2.依据权利要求1的方法，其特征在于，基地台接收天线的状态通过测量来监视，该项测量包括步骤：
在上述空闲帧的一个或几个时隙中，发射一个预定的射频测试信号，经过天线线路发送到天线；
测量一个测量信号分量的幅度，该测量信号分量是由天线反射而来，并朝着一个预定的测量通路传播的；
在上述空闲帧的一个或几个时隙中，沿着上述测量通路，直接向接收机发送测量信号；
测量一个测量信号的幅度，该信号是沿着测量通路直接发送的；
以这两个已测量的信号幅度之间的比为基础来确定天线的状态。
3.依据权利要求1的方法，其特征在于，该测量包括步骤：
在上述空闲帧的至少一个时隙中，将已知测试数据发送到无线电信道上基地台的一个接收机；
上述测试数据由基地台的接收机所接收；
依据上述所接收的测试数据和已知的测试数据来确定误码率。
4.测量TDMA无线电***中基地台状态的设备，该***使用依据ETSI/GSM建议05.02的TDMA信道结构，它利用了在预定的TDMA时隙中所完成的测试，其特征在于，该设备包括：
提供运载一预定测试数据的射频测试信号的装置(MS，STM，11，7)；
依据ETSI/GSM建议05.02，在信道结构TCH/F+SACCH/TF的空闲帧的至少一个时隙中或在信道结构SDCCH/8的空闲帧的至少一个时隙中，在无线信道上发送运载上述预定测试数据的上述射频测试信号的装置(11)；
在上述空闲帧的上述至少一个时隙中，在上述无线信道上用于接收运载上述预定测试数据的上述射频测试信号的接收机(210)；
基于上述接收机接收的上述预定测试数据和对上述接收机已知的起始预定测试数据，确定所接收信号的误码率的装置(7a，7b)，上述确定的误码率指示上述接收机的状态。
5.依据权利要求4的设备，其特征在于，用于发送测试信号的上述装置包括一用户台或一个独立的测试台(11)。
6.依据权利要求5的设备，其特征在于，用户台或测试台由待测试的基地台控制。
7.依据权利要求5或6的设备，其特征在于，发送测试信号的上述装置包括基地台的发射机部分(7a，7b，21)，并且用户台或测试台(11)作为一个蒸发器，它发送测试信号到基地台的接收机部分(210)。
8.依据权利要求4的设备，其特征在于，它还包括：
用来测量一个测量信号分量的幅度的装置(20)，该测量信号分量是由天线反射并沿着一个预定的测量通路传播的；
在上述空闲帧的一个或几个时隙中，用于发送一个测量信号的装置(S2，28B，112)，该信号沿着上述测量通路直接引向接收机；
测量一个测量信号的幅度的装置(20)，该测量信号是沿着测量通路直接发送的；
根据这两个已测量的信号幅度之间的比来确定天线状态的装置(20)。
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