CN1076572C - 各小区频段分配的方法及时分多址蜂窝无线电话系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及时分多址蜂窝无线电话系统及在时分多址蜂窝无线电话系统中对各小区进行可用频段分配的一种方法，在该系统中，至少有部分接收机采用了干扰消除方法，以便在有用信号中消除同频道干扰的影响。为了能有效地利用干扰消除方法及由此增大系统的容量，根据本发明提出的方法，蜂窝无线电话的可用频段将这样地对各小区进行分配：即将系统中相邻服务区的小区组成小区群(50-55)，各服务区中的每个小区群采用同一频段，从而，至少有一个对有用信号的同频道干扰信号明显强于其它同频道干扰信号。

Description

各小区频段分配的方法及时多址蜂窝无线电话系统

本发明涉及在时分多址(TDMA)蜂窝无线电话系统中，对各小区进行可用频段分配的一种方法，在该系统中，至少有部分接收机采用了干扰消除方法，以便在有用信号中，消除同频道干扰(co-channelinterference)的影响。

就窄带蜂窝无线电话系统而言，同频道干扰是限制系统容量的最重要因素之一。同频道干扰是指在采用同一频率的附近小区(cell)所发射的信号对有用信号产生的干扰。因此，蜂窝无线电话系统一般在设计时，就要使采用同一频率的各小区间保持足够大的距离，从而使得干扰信号在经过传播衰减之后，保持在可允许的限度以内。这就是蜂窝结构中的所谓频率复用(re-use)模式。例如，复用模式7意指将可用频段的1/7分配给每一个小区，而互相之间相距为 的相对复用距离的小区，将复用同一频率。

当要求增大系统容量时，就有必要缩短复用距离，但不能降低传输质量。过去常采取的方法是：减小小区范围并降低传输功率电平，从而达到增大系统容量的目的。解决有关增大系统容量问题的另一种方法是跟上数字信号处理的快速发展的步伐，利用已研究出来的干扰消除算法，在接收机中的同频道干扰消除将有可能在网络中实现更有效的频率复用。

在现代的蜂窝无线电话系统中，同频道信号可近似地看为是接收机中的随机高斯可加性白噪声。只要同频道干扰信号不太强，这一近似是充分的。所以传统的小区设计就是在保证有充分大的复用距离的情况下满足这一条件。

在干扰限定的蜂窝无线电话系统中，典型的同频道干扰具有确定性，这就使我们可以消除，至少是部分消除这些干扰对有用信号的影响。

以前，在码分多址(CDMA)系统中，由于该系统是干扰限定型，已经研究出并采用了各种干扰消除方法。但对时分多址系统，要应用这些干扰消除技术就困难得多了。本发明所引用作为参考资料的芬兰专利出版物944736号，报导了在时分多址系统中利用干扰消除的一种方法。

这样，各种干扰消除方法，都是基于首先检测出某些干扰信号，并在有用信号中消除它们的影响。各种干扰信号检测得愈加精确，则各种干扰消除算法就工作得愈好。所以，执行干扰消除算法的最有利的情况是：当接收机接收时，在与有用信号在一起的接收到的干扰信号中，有某些干扰信号明显强于其它干扰源，因而可以利用消除算法将其消除。

在常规的蜂窝无线电话系统的频率和小区分配规划中，力求所有的干扰信号相对于有用信号而言，越微弱越好。因此，在按常规方法设计出来的系统中，干扰消除方法不是以最优方式工作。

本发明的目的，即是在系统的设计阶段，就将采用干扰消除方法考虑进去，来构造一个蜂窝无线电话系统，在系统中按照本发明对上述方法有效地加以运用，所以，如此设计出来的网络，将比迄今为止的所有其它方法，有更大的容量。

这一目的可采用前面导论中已叙述的方法来达到，此方法的特征在于，蜂窝无线电话系统的可用频段将这样地对各小区进行分配，使得在每个小区中，至少有一个对有用信号的同频道干扰信号明显强于其它同频道干扰信号。

本发明进一步论及一种时分多址蜂窝无线电话系统，该系统在每一个小区至少有一个基站，该基站与其服务区内的各用户终端设备通信，该系统中分配有一组频段，并至少有部分接收机采用了干扰消除方法以消除同频道干扰对有用信号的影响。根据本发明的时分多址蜂窝无线电话系统的特征在于：系统中每一小区的可用频段是这样选定的，以使得至少有一个对有用信号的同频道干扰信号，将明显强于其它同频道干扰信号。

本发明提出的方法的基本思路是：蜂窝无线电话系统的各个可用频段将这样地对各小区进行分配，以便在系统中形成一些由相邻服务区组成的若干小区组，每一(小区)组在各服务区中采用同一频段。这种情况是有意安排的，使得对于每一组，有一个对有用信号的同频道干扰信号，将明显强于源于其它信号源的同频道干扰信号。这样，我们就能有效地运用干扰消除算法，使各个终端机与各个基站都可能在较低的信噪比下工作，而传输质量却能保持不变。

由于采用了根据本发明所提出的方法，接收机灵敏度将会提高。灵敏度的提高可在多方面加以利用。除了我们早已提到的将增大蜂窝网络的容量以外，由于接收机承受较高的干扰电平，连接的质量也将提高。而且还有可能增大小区范围及提高数据传输率。

下面，我们将通过优选的实施例，并参考有附图的例子，对本发明作更详细的介绍，附图的内容分别为：

图1表示蜂窝无线电话系统常规的频率分配方法，

图2表示一个小区分成三个扇形小区的情况，

图3表示一种频率复用因子为3的频率分配情况，

图4表示微区和大区相重叠的一个例子。

图5a-5b表明一种蜂窝无线电话系统的频率分配情况，它采用小区对的方式来实现，频率复用因子分别为3和5。

本发明所提出的对各小区进行频段分配的方法，可应用于任何一种数字时分多址蜂窝无线电话系统。本发明所提出的方法，也不对所运用的干扰消除算法作任何限制，只要在网络设计时就按本发明提出的方法进行，所有早先提出的各种适用于蜂窝无线电话系统的一切干扰消除方法，其性能都将会有所提高。

图1表明了蜂窝无线电话系统传统的频率分配方法，其复用因子为7。这表明每一个小区将采用全部频段的七分之一，而同一频段将按图1所示重复使用，即小区10所采用的频率也将为小区11-16所采用。假定要求的连接位于小区10，则小区11-16也采用同一频道(同一频率，相同时隙)。在这种情况下，如图1所示，由(小区)17a-17f在小区10内所产生的干扰信号经过的距离大致相等。实际上，每一个信号都分别有各自的多路径效应及衰减，这就意味着这些信号的电平将会有某种程度的起伏，但它们由于距离引起的衰减则是相等的。

按照本发明所提出的解决方法，在确定网络结构及其操作运行方式的设计阶段，就要提出这样的目标，即至少网络中的部分接收机能够实现干扰消除。实际上，可以考虑设计出一种网络，能保证总有一个或数个同频道干扰信号，在任何情况下均明显超过其总干扰电平。就频率规划而言，这就导致采用不规则的复用模式。

图2表明借助于方向性天线，将一个小区划分成3个扇形小区20-22的情况。按惯例，每一个扇形小区均采用与其它扇形小区不同的一个专用频率，共采用一组三个频段，而频率复用因子为3。该复用情况如图3所示。图3表示了通过位于小区中点的以基站来表示的一组小区，各基站用一圆圈来表示。图3还用不黑圈来表示采用了某个同一频段的各个基站。

根据本发明中提出的方法，所有这三个扇形小区20-22均采用同一频率，而其它两个频率则可保留在其它小区使用。在这种情况下，很关键的是所有的接收机都能够实现干扰消除。就干扰而言，最坏的情况将在相邻两扇形小区的边界处产生。这种情况的一个例子如图2所示，这时终端机23将和扇形小区21中的接收机互相通信；而终端机24将和扇形小区22中的接收机进行通信。而这两个终端机在扇形小区边界互相靠的很近。如果这两个分别和不同扇形小区进行通信的终端机采用同一频率与同一时隙和基站进行通信时，则终端机之间将产生严重干扰，最坏的情况下信噪比将降至0。信噪比不可能降至更低，因为在这种状态下，将转接至其它扇形小区。从干扰消除算法的角度来看，很明显，这样的一种解决方法提供所要求情况，即一个或两个同频道干扰信号将明显强于任何其它干扰源所产生的干扰信号。这种方法在增大系统容量方面的潜在益处估计将超过30％。

当然，本发明所提出的方法，决不是仅仅如上例所示，只限于将一个小区划分为三个扇形小区。同样，我们可将每个小区划分为两个或更多的扇形小区，原则上，扇形小区的数目是不受限制的。

在本发明的一个优选实施例中，在一个基站的服务区内，采用一个给定频段的同一时隙进行两次独立的连接。

图4表示了一种网络结构。在这种结构中，网络是由一组覆盖同一地理区域的一个大区40及一组微区41-45组成的。这里的大区，实际上就相应于现在常规地在其中进行移动通信的小区。而微区则可以是建筑物内部的小区，或为交通节点提供额外容量的小区，在后面这种情况下，大区即是所谓的伞状小区。这时，通信可以很容易地从一个微区转发至另一个微区。

根据本发明所提出的频率规划方法，大区40及微区41-45都采用同一频段。在大区和微区之间，不需要互相同步。和大区相比，各微区所传输的功率电平是低的，这就意味着由微区在大区中所产生的同频道干扰是可以忽略的，所以，在大区中不需要采用干扰消除。而由大区至小区而在通信线路中所产生的同频道干扰，可以用干扰消除的方法来消除。在所有微区的接收机中，都应该进行干扰消除。而各个微区之间相互的同频道干扰也是可以忽略的，这是因为各微区中所用的传输功率电平(level)是很低的。

上述结构将使办公室微区的配置有很大优越性，例如，在已存在一个相同频率范围的大区的场合。由于传播衰减很大，上述传输功率是很低的，这时，不同建筑物内的各个办公室微区将不会互相干扰。

图5a描述了本发明的第三个优先的实施例，这时，系统的可用频段是这样进行分配的，即蜂窝网络包含有由相邻小区组成的小区群50-55，在小区群的小区中采用同一频段。每一个小区群中可包含有两个或更多的小区，而每一个小区群中所含的小区数，也可能随不同的小区群而不同。在图5a中的例中，每个小区群中包含有两个小区，也即是一个小区对。和上面图3一样，图5a中的一组小区，都通过位于小区中心点的基站来表示，所以，图中的小圆圈即代表各个基站。而图中的小黑圈则用来代表采用同一的特定的频段的各个基站。在图5a所示的例子中，在小区对的每个小区中，都存在一个干扰有用信号的由小区对中另一个小区所产生的同频道信号，该信号将明显强于由其它小区所产生的同频道信号。这时假定小区对中各个小区彼此之间是互相同步的。图5a中，小区对的频率是复用的，其复用因子为3。而图5b中，小区对的频率也是复用的，其复用因子为5。这一方法所带来容量增大，最大时将达150％。

在这种小区群的方案中，当在各个小区均采用方向性天线时，系统的容量还将进一步增大。这时，使采用同一频率范围的其它小区群所引起的干扰将进一步降低。

本发明的思想还可以这样来实现，即和传统的频率规划相比，将蜂窝无线电话网络的频段复用因子加以降低，该复用因子的大小决定了采用频率的距离。这时，同频带干扰一般将较正常情况下增大。通过适当地排列各个基站，可创建这样一种情况，即在每个小区中都存在几个对有用信号的同频道干扰信号，它们明显强于其它同频道干扰信号。这是因为，每个信号都独自传播，在无线电途径中有不同的衰减。

本发明的思想还可以这样地来实现，即在蜂窝无线电话系统的一个基站的服务区内，在基站与终端机之间，采用同一频段的同一时隙进行两次独立的连接，这就意味着在同一小区中，将产生最强的同频道干扰(可用干扰消除算法予以消除)。

虽然本发明是通过附图中表示的一些例子来作了如上的描述，但显然，本发明的不仅仅限于这些，而是围绕下述权利要求中所表达的创造性的思想的范围内，可以用多种方式加以修正。

Claims (10)

1.在时分多址蜂窝无线电话系统中，对各小区进行可用频段分配的一种方法，在该系统中，至少有部分接收机采用了干扰消除方法，以便在有用信号中，消除同频道干扰的影响，其特征在于，当将蜂窝无线电话系统的可用频段分配给不同的小区时，选择对每个小区的频带，使得在每个小区中形成至少一个对有用信号的干扰明显强于其它同频道干扰信号的同频道信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当将蜂窝无线电话系统的各个可用频段分配给不同的小区时，选择频带以便在系统中形成一些由相邻服务区组成的小区群，每一小区群在各服务区中采用同一频段。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各可用频段将如此进行分配：即借助于方向性天线，将每一小区划分成两个或更多的扇形小区(20-22)，每一扇形小区均采用同一频段，从而在每一扇形小区中，至少有一个由相邻扇形小区所产生的对有用信号的同频道干扰信号明显强于由其它小区所产生的同频道干扰信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各有用频段将如此进行分配：即系统由若干大区(40)组成，每一个大区采用一个特定频段，而在每一个大区的服务区中存在一组远比大区小的微区(41-45)，每一个微区均和其相对应的大区采用同一频段，从而在每一个微区中，都存在一个由大区产生的对有用信号的同频道干扰信号，它明显强于由其它小区所产生的同频道干扰信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，各微区(41-45)中的接收机都采用干扰消除方法。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各有用频段将如此进行分配，即系统中包含有由相邻小区组成的小区群(50-55)，这些小区群中包含两个或更多的小区，这些小区均采用同一频段，其中在小区群中的每一小区中都存在至少一个对有用信号的同频道干扰信号，该信号明显强于由其它小区所产生的同频道干扰信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，每一小区群(50-55)中的小区数随小区群而逐个变化。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蜂窝无线电话系统的频段复用因子选择得足够低，从而在每一小区中，都存在一个或多个对有用信号的同频道干扰信号，该信号明显强于其它同频道干扰信号。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个基站的服务区内，采用一个给定频段的同一时隙进行两次独立的连接。

10.一个时分多址蜂窝无线电话系统，在每一个小区中至少有一个基站，该基站在它的服务区内和用户的终端机进行通信，该系统分配有一组频段，且在该系统中至少有部分接收机采用了干扰消除方法，以便在有用信号中消除同频道干扰的影响，特征在于，蜂窝无线电话系统中每一小区的可用频段被分配成在每个小区中形成至少一个同频道信号，该同频道信号对有用信号的干扰明显强于其它同频道干扰信号。

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