CN1157508A - 时分多址通信方式及装置 - Google Patents

Abstract

目的是在时分多址通信方式中不增设收发处理部件的数量而使通信中使用的时隙数增加的同时，实现高速的传送容量。在时分多址通信方法中，包含在各时隙用不同载频同时进行发送和接收的情况，使接收所用频带和发送所用频带可变，使接收时隙的载频和发送时隙的载频可变，并且隔开时间差在上述发送时隙中使用在上述接收时隙中使用的载频。

Description

时分多址通信方式及装置

本发明涉及TDMA通信方式及装置。

PHS方式(Personal Handy Phone System”RCR STD-28)中，使用TDMA-TDD通信方式(时分多址一时分复信方式：按时间分割信道进行收发信，而且上行线路和下行线路为同一载波频率的通信方式)。PHS方式的TDMA-TDD通信方式取基本帧为5msec，分割8个时隙，下行线路(基站→终端)中分配4个时隙，上行线路(终端→基站)中分配4个时隙，信号传送速度为384kbps。

PHS方式中的TDMA-TDD通信方式的时隙配置图示于图1，该TDMA-TDD通信方式把基站的发送载波频率和终端的发送载波频率取为相同，由此能够适用改善由于衰落信道的延迟波产生的终端接收品质恶化的发送分集(“TDMA/TDD传送方式中发送分集的地面误差改善效果”、1992电子情报通信学会春季大会B-304)。该发送分集以收发中使用的载频相同为条件，终端一侧不必具有多个天线，以其站一侧的发送天线的切换进行，因此在终端的小型化、纸耗电化方面很有效。

PHS方式中的TDMA-TDD通信方式如图1所示在基站和终端间的通信中使用收发各4个时隙。图1示出终端a、b、c、d同时与基站进行通信的例子。图中，时隙1、2、3、4用于从各终端a、b、c、d向基站的通信时隙5、6、7、8用于从基站向各个终端a、b、c、d的通信。在PHS方式中，基站和某终端间使用的频率在收发时相同，从基站向某终端的发送时隙和该终端的发送时隙隔开4个时隙(2.5msec)。在实际的使用PHS方式的系统中。4个时隙内，把1个时隙作为收发基站和各终端间共同使用的控制信号的时隙，因而能够同时和某基站通话的终端数为3，而在此为了明确地表示出本发明的特征及与以往技术的不同，故示出把全部4个时隙都在基站和终端之间使用的情况。

话务集中的区域，要求用1个基站和更多的终端进行通信。于是，收发处理单元各用2个电路，采用分配不同频率的方式。

图2示出在这种以往方式中取基站和终端间收发时隙为8，终端a、b、c、d、e、f、g、h和基站同时进行通信的例子。终端a、b、c、d和基站的通信使用载频f₁，终端e、f、g、h和基站的通信使用载频f₂。

图3示出使用这种以往方式时的基站电路结构。由于基站同时以不同载频进行发送和接收，故收发处理单元(T₁、T₂、R₁、R₂)各有2个电路，通过切换器SW切换收发。 A表示天线。

另一方面，在使用TDMA通信方式时，还有TDMA基本帧内用于通信的时隙数多于TDMA-TDD方式的TDMA-FDD通信方式(时分多址-频分复信方式：时间分割信道进行收发信，而且改变上行线路和下行线路中使用的载频的通信方式)。数字式汽车电话系统(RCR STD-27A)中使用该TDMA-FDD通信方式。

图4示出使用了TDMA-FDD通信方式时的例子。在该例中，和PHS方式一样，取TDMA基本帧为5msec，分割8时隙。在下行线路(基站→终端)中分配8时隙，在上行线路(终端→基站)中分配8时隙。本方式中取在上行线路使用的载频和在下行线路使用的载频为不同的载频。图4中取在上行线路使用的载频为f₁，在下行线路使用的载频为f₂。

图5示出使用了TDMA-FDD通信方式时的无线机的结构。A示出天线，D是天线共用器，T是发送处理单元、R是接收处理单元。由于在TDMA-FDD通信方式中同时进行发送和接收，故使用示于图中的无线共用器，由于固定了在天线共用器的发送中允许的频带和接收中允许的频带，因此在该以往技术中不能适用于发送和接收使用同一载频的PHS方式等。

如以上所述，在PHS方式中为增加1个基站同时通信的终端数，以往需要使用多个接收处理单元，因此基地台硬件规模的增大成为问题。

另一方面，在PHS等从无绳电话发展起来的个人携带通信系统中，其待着向着眼于传送容量大小的多媒体数据通信的应用，作为1例，为满足其期待、在PHS中已标准化了32kbps的集合信道(时分多路复用)传送，使用2个时隙的64kbps传送也正在进行标准化。而要求更高速化时，即使独占使用1个载频使用4个时隙但在用目前的帧格式的情况下也仅能确保32kbps×4＝128kbps的容量。在该速度下，不能确保作为ISDN基本单位(2B＋D＝144kbps)的传送容量，个人携带通信系统向多媒体通信方面的利用受到很大限制，因而强列地希望利用PHS的帧格式实现ISDN基本单位传送容量的方法。

于是，本发明的目的在于增加1个基站相应的收容终端数的同时，实现数据传送中确保ISDN基本接口传送容量(144kbps)等高速数据传送。

本发明的TDMA通信方法的一个特征在于“在TDMA通信方法中，(1)包含在各时隙中用不同的载波同时进行发送和接收的场合，(2)使接收所使用的频带和发送所使用的频带可变，(3)使接收时隙的载波和发送时隙的载波可变，(4)上述接收时隙中使用的载波设置时间差在上述发送时隙中使用。

本发明能够和以往的TDMA-TDD方式(如PHS方式)共存。在已有的PHS方式中时间上按每4个时隙隔开上述接收时隙和发送时隙，不必同时进行发送和接收。然而，为实现本发明目的的增加1个基站相应的收容终端数及高速数据通信，需要同时进行发送和接收，要增加所用的时隙。为此，需要具有上述(1)～(3)的方法。还有，为了实现与现有PHS方式共存需要具有在设置了时间差的时隙中用相同的载频进行发送和接收的上述(4)的方法。

图1是PHS方式中的TDMA-TDD通信方式的时隙关系图。

图2是以往方式中(TDMA-TDD方式)取时隙数为8的示意图。

图3是以往方式(TDMA-TDD方式)的基站电路结构。

图4是以往方式(TDMA-FDD方式)中取时隙数为8的示意图。

图5是以往方式(TDMA-TDD方式)的基站电路结构。

图6是所提案的方式中取时隙数为8的示意图。

图7A是基于本发明的基站电路结构。

图7B是适用了发送分集的基站结构例。

图8是天线共用器的特性例。

图9是切换信号的波形。

图10是基于本发明的天线共用器的其它结构例。

图11是基于本发明的天线共用器的再一结构例。

图12是基于本发明的天线共用器的又一结构例。

图13是依据本发明设定了高速通道(192kbps)时的时隙配置例。

图14是把图13的线路作为ISDN基本接口使用时的时隙配置图。

图15是在上行线路和下行线路中传送速度不同时的时隙配置例。

发明的实施形态

<实施例1>

本实施例示出在PHS方式的基站中发送处理单元及接收处理单元各仅使用1个电路同时取通信终端数为8台的例子。图6是示出在基站和终端间设定的时隙及所用载频的附图。示出取基站和终端间收发的时隙为8、基站同时和终端a、b、c、d、e、f、g、h进行通信的例子。PHS方式中也和在以往技术中叙述的那样，基站和某终端间使用的载频在收发中相同，在图2所示的以往方式中从基站向终端的下行线路和从终端向基站的上行线路中同时分配2个不同的载频，而本实施例中同时进行发送或接收的载频各为1个。图6的例中，第1时隙1内，以载频f₃进行从终端向基站的发送，以载频f₃进行从基站向终端的发送。

终端和以往一样，发送和接收定时隔开4个时隙(2.5msec)，由于没有必要同时收发信，因此能够使终端小型化、低功耗化。

还有，在图2所示的以往方式中在取1个基站相应的收容终端数为8个终端时需要增加发送处理单元及接收处理单元，相反，由于在本实施例中不需要增加发送处理单元及接收处理单元，因此能够使基站小型化、低功耗化。

本实施例中接收时隙中使用的载频在设置了一定时隙间隔的发送时隙中使用。图6中，终端a中把第1时隙1作为发送时隙，把从该发送时隙设置4个时隙间隔的第5时隙5作为接收时隙，都使用f₇的载频进行通信。本发明中通过适用取终端的发送频率和基站的发送频率相同的TDD方式，能够适用改善由于衰落信道的延迟波产生的终端接收品质恶化的发送分集。

图7A示出使用了本发明时的TDMA通信装置的电路结构。TDMA通信装置具有2个为同时进行发送和接收的天线共用器(D₁、D₂)，依据切换信号(cont)切换天线共用器。即，没有像图4所示的以往技术那样固定发送中允许的频带和接收中允许的频带。这里，使用具有发送中允许频带和接收中允许频带使用具有如图8所示特性的2个天线共用器，切换在进行通信的每个时隙使用的天线共用器进行收发信。天线共用器D₁允许从f₁到f₅作为发送载频，允许从f₆到f₁₀作为接收载频。天线共用器D₂允许从f₁到f₅作为接收载频，从f₆到f₁₀作为发送载频。本电路中，实现图6时隙设定时的切换信号示于图9。时隙1～4中使用天线共用器D₁，时隙5～8中使用天线共用器D₂。

发送处理单元T在图6的例中，在8个时隙以频率f₃、f₁、f₁、f₁、f₇、f₇、f₇、f₉输出8个通道的信号。第2切换器SW2在开始的4个时隙把发送处理单元T的输出连接到第1天线共用器D₁，在接着的时隙5～8把发送处理单元T的输出连接到第2天线共用器D₂。第1切换器SW1由于在时隙1～4中选择第1天线共用器D₁因此从天线A发射载频f₃、f₁，由于在时隙5～8中选择第2天线共用器D₂因此发射载频f₇、f₉。

关于接收处理也相同。在时隙1～4中，选择第1天线共用器D₁，载频f₇、f₉经由第3切换器SW3施加到接收处理单元R的输入上，在时隙5～8中，选择第2天线共用器D₂，载频f₃、f₁经由第3切换器SW3施加到接收处理单元R的输入上。

图7A中，把用点划线所围的天线共用器1及2、切换器1、2及3称为天线共用器单元DP。天线共用器单元DP从发送处理单元T接收发送信号t，把接收信号供给接收处理单元R。另外还输入各切换器的控制信号C。

图7B是在具有TDMA通信装置的基站中适用发送分集时基站的结构例。图7B中，设置2个天线共用器单元DP₁、DP₂。

各天线共用器单元的接收信号r施加到各个接收处理单元R₁、R₂。在这里进行接收信号品质的测定，根据测定了的品质，切换控制电路(SWCONT)控制接收选择器(SEL)及发送切换器(SW)，关于接收信号要选择接收信号品质良好一方的接收处理单元，关于发送信号对于各时隙的载频要选择与接收信号所选择的相同的天线共用器单元。接收信号品质的测定以众所周知的技术，依据接收电平、误码率等进行。

TDMA控制电路(TDMA CONT)是熟知的电路，进行TDMA时隙信号向发送处理单元的供给、从接收处理单元的接收，以及发生与时隙同步的切换器控制信号(CONT)。

图10是使用本发明的天线共用器单元的电路结构例，是用1个天线共用器实现的情况，功能上与图7A无异。用4个切换器阵列切换在通过从天线共用器D的f₁到f₅的载频信号的端子A输入发送处理单元发生的发送信号，把从端子B输出的f₆到f₁₀的载频信号输入到接收处理单元的状态和把发送信号输入到端子B而把从端子A输出的信号输入到接收处理单元的状态。即图9中从时隙1到4期间4个切换器连接到端子1一侧，把f₁到f₅作为发送频带，f₆到f₁₀作为接收频带。从时隙5到8期间4个切换器连接到端子2一侧，f₁到f₅作为接收频带，f₆到f₁₀作为发送频带。然而，在该结构中由于发送和接收共用天线共用器的分配一侧端子，所以要同时满足收发信所要求的选频特性。(通常天线共用器决定发送侧、接收侧，接收侧频带外的衰减量增大，发送侧频带内插入损失减小等受到重视)。

图11是使用本发明的天线共用器单元的电路结构例，示出在图10和图7A的电路结构中由于切换器关断侧泄漏功率引起收发载频间的隔离不充分时的改善例。例如在图7A的结构中选择天线共用器1时。发送信号的频率是f₁到f₅的某一个，发送信号从切换器1的端子1向天线连接而被发送，但作为切断连接的切换器1的端子2一侧也有发送信号的泄漏。一般该泄漏功率的电平在移动通信中所使用的微波段的一般切换器内衰减比为-20dB左右。泄漏到切换器1的端子2的发送信号通过天线共用器2的通带侧端子出现在切换器3的端子2上。切换器3的端子2虽然是切断连接的状态，但由于在接收处理单元中仍然以衰减比-20dB左右被进行输入，故发送信号受到切换器1及3的切断连接的衰减，并以发送功率的一40dB左右的电平被输入到接收单元中，在其自身是发送信号的无用信号的电平不满足接收单元所需特性时依据图11的电路结构能够取得收发载频间的隔离。

图11的电路结构是把图7A的电路结构中位于发送处理单元输出端的带通滤波器及发送放大器改变位置插入到天线共用器D₁、D₂和切换器2之间的2个位置，把图7A中位于接收处理单元输入端的接收放大器及带通滤波器改变位置插入到天线共用器D₁、D₂和切换器3之间的2个位置的电路结构。通过采用图11的电路结构并在控制各切换器的同时通/断控制发送放大器及接收放大器的电源，能够依据放大器电源关断来切断无用波的泄漏路径。放大器在电源接通时具有予定的增益，在电源关断时增益为0。例如，在图7A的结构中选择了天线共用器D₁时，泄漏到切换器1的端子2的发送信号通过天线共用器D₂通带侧端子被输入到切换器3的端子2。而在图11的结构中由于接收放大器Rx2的电源关断，因此被输入到接收处理单元的无用自身发送信号电平被抑制与接收放大器的通/断比相当的程度。

图12是使用循环器C代替图11的切换器SW时的电路结构。循环器C例如有端子1到3的3个端子，是具有把从端子1输入的信号从端子2输出、把从端子2输入的信号从端子3输出，把从端子3输入的信号从端子1输出功能的器件。于是，如图12所示，连接以f₁到f₅的频率群(频带fA)为通带的带通滤波器代替图11中作为发送放大器TX1的输出连接端的天线共用器D₁的端子A，连接以f₆到f₁₀的频率群(频带f_B)为通带的带通滤波器代替作为发送放大器B的输出连接端的天线共用器D₂的端子B，两方带通滤波器的输出连接到循环器C的端子1。还有，循环器C的端子2连接天线A。由此，发送处理单元的输出信号由用切换信号选择的发送放大器Tx1或Tx2放大后，通过带通滤波器，从循环器C的端子1输入。从天线A发射。另一方面，图12中接收侧从循环器C的端子3输出用天线A接收的信号，而循环器C的端子3上连接以f₁到f₅的载频群(频带f_A)为通带的带通滤波器和以f₆到f₁₀的载频群(频带f_B)为通带的带通滤波器代替图11中的天线共用器2，并且分别与接收放大器Rx1和Rx2的输入端子连接。由此，从天线输入的信号由切换信号选择频带f_A和频带f_B中非发送频带作为接收频带并进行放大后，输入到接收处理单元。

图13是依据本发明设定高速信道时的时隙配置例，在每1时隙32kbps，以6时隙实现192kbps的图例中，从终端向基站的发送使用时隙2、4、5、6、7、8这6个时隙，从基站向终端的发送使用时隙1、2、3、4、6、8这6个时隙。从终端向基站的上行信号的各时隙使用f₇、f₉、f₃、f₁、f₁、f₁共4种载频，从基站向终端的下行信号的各时隙使用f₃、f₁、f₁、f₁、f₇、f₉相同的4种载频，因此基地发送所使用的载频全部包含于终端发送所使用的载频之中。由此，在基站能够适用发送分集。

另一方面，在用上行信号中所使用的4种载频中一部分的3种载频发送下行信号时(以f₃、f₁、f₁、f₁、f₇、f₇的顺序发送)，也能够适用发送分集。这样，在设置时间差从基站向终端发送的下行信号中能够使用从终端向基站的上行信号所使用的多种载频的部分或全部。

高速信道中未使用的时隙能够和以往PHS方式的终端共存，发送和接收的时隙仅错开4个时隙(时隙1和5、3和7)。

图14示出把图13的线路作为ISDN基本接口使用时的时隙配置例，2个时隙对应于B₁，另外2个时隙对应于B₂，其它的1个时隙对应于D。

这种情况下基站发送所使用的载频亦在基站接收中使用，能够适用发送分集。

图15是上行线路和下行线路传送速度不同时的时隙配置例，从终端向基站的通信中分配2个时隙，从基站向终端的通信中分配6个时隙。其它时隙作为在以往PHS方式的通信中使用的时隙，发送和接收仅隔开4个时隙(时隙4和8)。

在进行从终端连接信息送达器等数据通信时，考虑到在上行线路中用向信息送达器进行指令发送等低容量线路很充分的情况很多，而下行线路中传送从信息送达器取出的大容量数据的情况很多。示出这样上行线路和下行线路的传送容量不同的非对称传送时的时隙配置例。

<实施例2>

美国的Broadband PCS Band Plan(IEEE Per Sonal Communica-tions pp.36-43，fourth quarter.1994.Vol.1 No.4)中，把1850MHz到1910MHz以及1930MHz到1990MHz制定为需要许可证的PCS(Personal Communication Services)用的频带。于是，可以考虑把从1850MHz到1910MHz的全频带或一部分作为实施例1中天线共用器1的发送所允许的频带及天线共用器2的接收所允许的频带，把1930MHz到1990MHz的全部频带或一部分作为实施例1中天线共用器1的接收所允许的频带及天线共用器2的发送所允许的频带而适用本发明。

<实施例3>

实施例2的1850MHz到1910MHz的频带与日本PHS中使用的1895MHz到1918MHz的频带重迭。于是，在美国的1895MHz到1910MHz中适用已有的PHS方式并开始服务，然后考虑也利用1895MHz到1910MHz的频带和Broadland PCS Band的其它频带并使用具有本发明的电路的无线机的方法。该方法易于使已有的PHS方式在日本以外的国家普及，进而还能够有效地利用已有的PHS方式中来使用的频带。

本发明的TDMA通信方式及装置中，通过可以用同一时隙进行发送和接收而且在接收中也可以使用发送所使用的载频，能够不增设收发处理单元就使得用于进行无线通信的时隙增加。其结果，具有在增加每1个基站的收容终端数的同时实现数据传送中确保IS-DN基本接口传送容量(144kbps)等的高速数据传送的效果。

Claims (8)

1.TDMA通信方法，在该TDMA通信方法中，特征在于：

(1)包含在各个时隙用不同的载波同时进行发送和接收的情况；

(2)使接收所用频带和发送所用频带可变；

(3)使接收时隙的载频和发送时隙的载频可变；

(4)设置时间差，在上述发送时隙中使用上述接收时隙中使用的载频。

2.权利要求1记述的TDMA通信方法，特征在于：

在基站和终端间进行通信，基站在接收了来自上述终端的上行信号后，隔开时间差发送向上述终端的下行信号，上述上行信号所使用的一种或多种载频的部分或全部在上述下行信号中作为所使用的载频使用，而且，上述基站。

(1)用多个天线接收上述上行信号；

(2)测定经由该各天线的各接收信号的接收场强或接收信号品质；

(3)选择接收了给出最高上述测定结果的上述上行信号的天线；

(4)经由该天线发送上述下行信号。

3.TDMA通信装置，在使用TDMA通信方式的TDMA通信装置中，特征在于：

具有

(1)在各时隙同时进行发送和接收的装置；

(2)使接收所用频带和发送所用频带可变的装置；

(3)使接收时隙的载频和发送时隙的载频可变的装置；而且，设置时间差在上述发送时隙中使用上述接收时隙中使用的载频。

4、TDMA通信装置，在使用TDMA通信方式的TDMA通信装置中，特征在于：

具有

(1)在各时隙同时进行发送和接收的装置；

(2)使接收所用频带和发送所用频带可变的装置；

(3)使接收时隙的载频和发送时隙的载频可变的装置；进而，具有上述TDMA通信装置的基站还具有

(4)用多个天线接收来自具有上述TDMA装置的终端的上行信号的装置；

(5)测定该各接收信号的接收场强或接收信号品质的装置；

(6)选择接收了给出最高上述测定结果的上述上行信号的天线的装置；

(7)接收上述上行信号后隔开时间差，经由上述被选天线发送向上述终端发送的下行信号的装置。

5.权利要求3或4记述的TDMA通信装置，特征在于：

具有第1及第2天线共用器、选择一方天线共用器连接到天线的第1切换器，把发送处理单元的输出连接到上述2个天线共用器一方的第2切换器，把接收处理单元的输入连接到上述2个天线共用器一方的第3切换器。接收用于切换上述各切换器的切换信号的端子。

6.权利要求3或4记述的TDMA通信装置，特征在于：

具有

与天线连接的同时，还包含有被加入一方频带的信号的端子A和被加入另一方频带的信号的端子B的天线共用器；

插入在该天线共用器和发送处理单元及接收处理单元之间的切换器阵；

该切换器阵具有切换输入到上述端子A的信号或从端子A输出的信号的第1切换器、切换输入到端子B的信号或从端子B输出的信号的第3切换器，把发送处理单元的输出连接到第1或第3切换器一方的第2切换器，把接收处理单元的输入连接到第1或第3切换器一方的第4切换器，接收切换各切换器的切换信号的端子。

7、权利要求3或4记述的TDMA通信装置，特征在于：

具有

第1及第2天线共用器、选择一方天线共用器连接天线的第1切换器，把发送处理单元的输出向第1端子(1)或第2端子(2)输出的第2切换器，从2个输入中选择接收处理单元的输入的第3切换器；

连接到第2切换器的第1端子(1)的有第1通带(fA)的第1带通滤波器，把该滤波器的输出连接到第1天线共用器的第1端子(A)上的第1发送放大器；

连接到第2切换器的第2端子(2)的有第2通带(fB)的第2带通滤波器，把该滤波器的输出连接到第2天线共用器的第2端子(B)上的第2发送放大器；

放大第1天线共用器的第2端子(B)的信号的第1接收放大器、连接到其输出并有第2通带(fB)的第3带通滤波器；

放大第2天线共用器的第1端子(A)的信号的第2接收放大器，连接到其输出并有第1通带(fA)的第4带通滤波器；

把第3及第4带通滤波器的输出连接到第3切换器的第1及第2端子的装置；

接收切换上述各切换器、各发送放大器及各接收放大器的切换信号的端子；

并且，进行控制使得第1及第2发送放大器在一方有增益时另一方的增益为0，使得第1及第2接收放大器在一方有增益时另一方的增益为0。

8.权利要求7记述的TDMA通信装置，特征在于：

上述第1切换器的动作由循环器进行，上述第1及第2天线共用器的各动作由具有第1通带(fA)的带通滤波器和具有第2通带(fB)的带通滤波器的组合进行。

Images