CN1157888C - 调制载波的调制方法和移动通信系统 - Google Patents
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Abstract
在采用调制载波的数字调制的移动通信系统中，规定了随其级数变化而变化的调制形式。其中，届时数字传输信道中调制的级数在运行中对当时存在的传输条件是这样适配的：在该传输信道中，一个非常稳定的差错概率已经达到了，在移动通信系统中调制方法最宜与组合的时分多址-频分多址(TDMA/FDMA)一起应用。
Description
技术领域
本发明涉及调制载波的调制方法和移动通信系统。
背景技术
众所周知，作为数字无线电系统的移动通信系统(例如)是Mouly，M.-B.Pautet，1992介绍的“The GSM移动通信系统”。在移动通信系统中，两个或多个通信伙伴之间无线电接口上的传输信道是变化的，并受多种因素的影响，致使传输条件的质量很快发生变化。
正如M.Mouly.M.-B Paute1，1992第249-259页“The GSM移动通信系统”一文中所介绍，调制中采用了数字相位键控转向调制。
在数字相移键控转向(PSK)的应用中，搞的是振幅和频率保持稳定的调制载波的调制，调制中，离散信号的每一个特征状态与调制载波的某个既定的相位相符。某个相位向另一个相位的过渡可能是连续性变化，也或者是非连续性变化。此外，众所周知，MSK-调制(最大或最小移频键控)是CPESK-调制(连续相位频移键控)的一种专用形式。CPESK-调制中搞得是具有频率间相位连续过渡的FSK(频移键控)调制。
MSK-调制是一种调制指数为0.5的CPFSK-调制，在正交信号和最小频偏情况下，这种调制在抗干扰和带宽需求之间产生一个补偿。不过，MSK-调制需要有时不能接受的高传输带宽，或者产生太低的数据传输率，既使(例如)用已知的GMSK-调制(高斯最小移位键控)的平滑方差，这种状况也得不到足够的改善。
可以肯定，在移动通信系统中，被传输的信号用这种调制法对调制载波进行调制，传输信道的带宽得不到充分的利用。
将组合的时分多址(TDAM)-频分多址(FDMA)，如在GSM(全球移动通信系统)-移动无线电系统中的应用情况，与码分多址(CDMA)比较，结果是CDMA-网络的带宽经常能够得到较好的充分利用，其中，带宽的利用就是每个可供使用的带宽的信道数和无线电台的信道数。但实际上，有时在它种情况下，由于要求同步而使CDMA网络中带宽的高度利用难以实现。US 4,495,619公布了一种卫星通信系统的调制法，在此方法中，可任意选择级数。
发明内容
本发明的任务就是提供移动通信系统中提高带宽利用的措施。
如本发明的调制方法和移动通信系统，即是能达此目的措施。本发明在改善带宽利用上的优点请详见后文的描述。
根据本发明调制载波的调制方法，在此方法中，采用了一种可根据其级数变化而变化的调制形式，用于数字传输信道，并且按照传输质量选择相应的调制级数，根据适配级数进行调制，其特征在于，在用一定级数进行调制时，级的数量具有下一个较高级数的级的数量的子数量，其中，随其级数变化而变化的调制形式是这样确定：在级数发生变化时传输信道的频谱宽度不加大。
根据本发明通过该传输信道中级数的适配，达到了非常稳定的差错概率。
根据本发明每次将一个时分多址-时隙赋给了许多传输信道，并且在传输信道的数据传输率保持稳定的条件下，该传输信道的调制载波调制级数为适配传输条件的变化，与该传输信道所消耗的传输时间的变化相关联。
根据本发明基站(BS)和移动台(MS)之间用于经无线电接口进行信号传输的移动通信系统，每台至少有一个调制器(MOD)和一个解调器(DEMOD)，在应用调制载波的多级调制中，在基站(BS)和/或移动台(MS)内设有用于确定传输条件的装置(ST)，
通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)按照传输质量选择相应的级数的调制形式，通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)使无线电接口上数字传输信道内调制的级数在运行中适配当时存在的传输条件。
其特征在于，调制器(MOD)是这样形成的：在用一定级数进行调制时，级的数量是具有下一个较高级数的级的数量的子数量，在级数发生变化时传输信道的频谱宽度不加大，
根据本发明按照时分多址方法和/或组合的时分多址-频分多址方法组成无线电接口。
根据本发明通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)使传输信道调制载波的调制级数为适应传输条件产生的变化与该传输信道所耗传输时间的变化相联结，其间，该传输信道的数据传输率保持稳定。
根据本发明随其级数的变化而变化的调制形式是这样的确定的：在级数发生变化时，传输信道的频谱宽度不加大，信道距离保持不变化。
根据本发明形成了作为GSM的移动无线电系统。在此系统中，在进行移动台(MS)和基站(BS)之间的传输时，在接收侧对传输质量进行监视，并且
在确定足够的传输质量时，从利用一个“全传输率”有效信道过渡到一个“脉冲串半传输率”有效信道上，在过渡中，平均模拟一个“半传输率”有效信道使用时隙的一半，通过设置4级相位调制代替2级相位调制使有效数据率，与一个“全传输率”业务信道的有效数据率一致。
根据本发明“脉冲串半传输率”业务信道中，4级相位调制是这样提出的：与已知2级高斯最小移位键控调制相比，每个载波占用的带宽没有变化。
根据本发明从某个“半传输率”传输出发，模拟一个“半传输率”传输信道，转接到一个具有4级相位调制的定义的脉冲串四分之一传输率传输信道上，该信道平均每32个时隙只占用1个，与“全传输率”传输信道相比，传输信道数可高达4倍。
在实施本发明的调制载波的调制方法中，例如，在某个移动通信系统范围内应用时，不论是从移动台向基站(即所谓Uplink)传输，还是从基站向移动台(即所谓下链接)传输，每次都在接收侧始终对传输质量进行监测。当传输质量达到足够程度时，传输方式即行改变。接收方促使传输方式的改变并将此变化经当时现有的生成信号的信道通知发送方。
根据本发明，传输方式这种变化的方法是，将每个单位时间的少量时隙的平均值用于具有足够传输质量的信道，从而每次均保持相同的平均数据传输率，根据本发明，届时调制过程的级数得以提高。
这里，调制过程级数的提高是这样进行的：信道的频谱宽度没有加大，从而使频率多路传输中信道的距离保持不变。根据本发明，因为需要的是每个信道少量时隙的平均值，所以(例如)为了一个移动通信系统，在频谱保持不变的情况下，经无线电台接口可传输的联接线(信道)的数量也能提高。
相反，如果一个信道内的传输质量下降，则调制过程的级数再次相应下降，或促使发射功率得以提高。
如果一个级数的级的数量形成一个较高级数的最低量，则级数的匹配是很容易转换的。
附图说明
下面用优化实施方案对本发明作进一步说明。另外，用图和表介绍一个用于GSM移动无线电系统的4级相位调制。
其中：
图1.一个移动通信系统。
图2.一个移动通信系统的发射台/接收台。
具体实施方式
在理想的码分多址存取(CDMA)过程中，如果充分利用了一半信道，则每个信道从平均负荷起，用相当坏的信号-干扰-比((C/I+N)＝载波/干扰加噪声)进行接收。但在一般情况下这种信号对干扰的比值对所要求的位差错概率来说已经足够了。
但是，如果采用组合的时分多址-频分多址-方法，在高负载情况下，也就是说，几乎全部可供使用的信道全被充分利用的话，本身会出现，一些信道以很好的也即很高的信号-干扰-比进行接收。但是，这个接收信号的优质通常几乎不能被用于提高信道容量，这是因为所要求的位差错概率已经达到的缘故。
达到接近最大信道容量的办法是，采用多级编码即多级调制，或提高级数。用按照传输质量适选的级数进行调制，则在采用时间多路传输-频率多路传输-过程中可对使用的网络进行集成，集成的要求是，设定的也即现有的时间标量和频率标量保持不变。如此，依照本发明，则在采用时分多址-频分多址-(TDMA/FDMA)网络时，带宽的利用原则上可以大大接近理论上可以达到的带宽利用水平。
下面用一个优化应用实例进一步介绍一种应用GSM移动无线电系统中改善带宽利用的情况。GSM-移动无线电系统对专业人员来说是很熟悉的。详见J.Biala著“移动无线电和智能网络”，Vieweg出版社，Braun-Schweig/Wiesbaden，1995。
图1所示是一个移动通信系统，例如，是按GSM标准表述的系统；此系统具有一个移动台MS，一个基站BS和一个移动交换台MSC。移动台MS和基站BS相互经一个无线电接口相联，而基站BS和移动交换台MSC之间是用有线相联的。移动交换台MSC制造至其它网络的转送。
如图2，发射台/接收台是用一个移动台MS和一个基站BS表示的，具有一根天线，至少一台发射机SE和一台接收机EE。还有一台装置ST，用于确定无线电接口上的传输条件。其它装置则是用于组成这种发射台/接收台的东西，专业人员对此是不陌生的。
发射机SE和接收机EE是用传输信道的时间隔离配备的，用于时分多址法，具有一个调制器MOD和一个解调器DEMOD，它们用于实现随其级数变化而变化的调制形式。
如上所述，在从一个移动台MS向一个基站BS传输时，即在所谓上链接时，以及在从一个基站BS向一个移动台MS传输时，即在下链接时，通常每8个时隙就有一个被利用；每次均在接收侧对传输质量进行监测。当传输质量达到足够程度时，转送到下述一一定义的“脉冲串半传输率”(Burst Half Rate)-有效信道(TrafficChannel＝TCH/BH)上。
这种“脉冲串半传输率”信道的优点是，在无线电接口中平均每16个时隙只有一个被利用，有如“半传输率”业务信道或有效信道(TCH/H)的情况。这里，一个“脉冲串半传输率”-有效信道的有效数据传输率相当于“全传输率”-有效信道(TCH/F)的有效数据传输率。
在应用某个“脉冲串半传输率”-有效信道时，这种有效数据传输率是通过4级有效数据-相位调制在TCH/BH-脉冲串中达到的，4级有效数据-相位调制(例如)是从已知的GMSK(高斯最小移位键控)调制中导出的。这里，通常设定的训练字符串毫无变化地被发送，从而使前以在GMSK(高斯最小移位键控)调制时应用的相关因素能够继续使用。此外，TCH/BH-脉冲串的4级相位调制是这样进行的：每个载波占用的带宽与2级GMSK-相位调制相比没有发生变化。这意味着，采用的现有FDMA-频率间隙不需任何改变就能继续使用。
采用TDMA法可以在带宽相同的情况下，在2个“脉冲串半传输率”-有效信道(TCH/BH)上进行传输，以代替在一个“全传输率”-有效信道上传输。依照本发明，在传输条件良好的情况下，能使容量提高一倍，而不另外补加带宽。不过，如果在应用“脉冲串半传输率”-有效信道(TCH/BH)时对信号-干扰-比(C/(I+N))要求高，其后果是，在信号-干扰-比下降时必然又转换到“全传输率”-有效信道(TCH/F)上。
为了尽可能频繁地转换到“脉冲串半传输率”-有效信道(TCH/BH)上，通常需要采用较高的发射频率。涉及移动台MS内电池-标准时间，所要求的大于因数2的功率用很少出现的脉冲串补偿。
例如，在改善的语言编码存在的情况下，如果已经能够从一个“半传输率”通信输出的话，则在传输质量良好的情况下，模拟“脉冲串半传输率”-有效信道(TCH/BH)，转换到一个具有一个4级相位调制的一一定义的“脉冲串1/4传输率”-有效信道(TCH/BQ)上。在此情况下，平均每32个时隙只占用一个，这样，与“全传输率”比较，有效信道(TCH/BF)可达到4倍的信道数。
下面介绍的是用于GSM移动无线电系统的4级相位调制的实现可能性。在一个被传输的位电流...di-1.di，di+1...内，每次2个相邻的位，例如d1和di-1，合并成符号Wn，其中n＝i/2，合并中的有效数值为表中所列的赋值。
相位的调制(t)＝0+∑n(Kn(t-nT))式中Kn＝1-2/3(Wn-Wn-1模数4)，其中高斯斜面
式中
高斯斜面从0到π/2，BT＝0.3，与2级GMSK调制时相同，其中，B为带宽，T为符号Wn的持续时间。在di＝d1+1(所有n均用i＝2n)的特殊情况下，这里所指的调制完全相当于今天在GSM调制系统中应用的GMSK调制。
与2级GMSK调制相比，其它情况均导致较低的相位变化，并因此不放大相位已调制的信号带宽。这样，GSM带的FDMA结构不会受损。
为了满足在涉及数字传输信道级数高时信号-干扰-比(C(I+N))的条件下的高要求，倘若其它条件允许，也可以用级数来提高发送效率。特别是在移动台MS，不必降低标准时间就能提高发送效率，这是因为所用的时隙的频率下降的缘故。
Claims (11)
1.调制载波的调制方法，在此方法中，采用了一种可根据其级数变化而变化的调制形式，用于数字传输信道，并且
按照传输质量选择相应的调制级数，根据适配级数进行调制，其特征在于，在用一定级数进行调制时，级的数量具有下一个较高级数的级的数量的子数量，其中，随其级数变化而变化的调制形式是这样确定：在级数发生变化时传输信道的频谱宽度不加大。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过该传输信道中级数的适配，达到了稳定的差错概率。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，每次将一个时分多址时隙赋给了许多传输信道，并且
在传输信道的数据传输率保持稳定的条件下，该传输信道的调制载波调制级数为适配传输条件的变化，与该传输信道所消耗的传输时间的变化相关联。
4.基站(BS)和移动台(MS)之间用于经无线电接口进行信号传输的移动通信系统，每台基站和移动台至少有一个调制器(MOD)和一个解调器(DEMOD)，在应用调制载波的多级调制中，在基站(BS)和/或移动台(MS)内设有用于确定传输条件的装置(ST)，
通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)按照传输质量选择相应的级数的调制形式，通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)使无线电接口上数字传输信道内调制的级数在运行中适配当时存在的传输条件，
其特征在于，调制器(MOD)是这样形成的：在用一定级数进行调制时，级的数量是具有下一个较高级数的级的数量的子数量，在所述级数量发生变化时传输信道的频谱宽度不加大。
5.如权利要求4所述的移动通信系统，
其中，按照时分多址方法和/或组合的时分多址-频分多址方法组成无线电接口。
6.如权利要求4或5所述的移动通信系统，
其中，通过调制器(MOD)和解调器(DEMOD)使传输信道调制载波的调制级数为适应传输条件产生的变化与该传输信道所耗传输时间的变化相联结，其间，该传输信道的数据传输率保持稳定。
7.如权利要求4或5所述的移动通信系统，其中，随其级数的变化而变化的调制形式是这样的确定的：在级数发生变化时，传输信道的频谱宽度不加大，信道距离保持不变化。
8.如权利要求4或5所述的移动通信系统，形成了作为GSM的移动无线电系统，在此系统中，在进行移动台(MS)和基站(BS)之间的传输时，在接收侧对传输质量进行监视，并且
在确定足够的传输质量时，从利用一个“全传输率”有效信道过渡到一个“脉冲串半传输率”业务信道上，在过渡中，平均模拟一个“半传输率”业务信道使用时隙的一半，通过设置4级相位调制代替2级相位调制使有效数据率，与一个“全传输率”业务信道的有效数据率一致。
9.如权利要求8所述的移动通信系统，其中，“脉冲串半传输率”业务信道中，4级相位调制是这样提出的：与已知2级高斯最小移位键控调制相比，每个载波占用的带宽没有变化。
10.如权利要求8所述的移动通信系统，其中，从某个“脉冲串半传输率”传输出发，模拟一个“脉冲串半传输率”传输信道，转接到一个具有4级相位调制的定义的脉冲串四分之一传输率传输信道上，该信道平均每32个时隙只占用1个，与“全传输率”传输信道相比，传输信道数可高达4倍。
11.如权利要求8所述的移动通信系统，其中，4级相位调制是这样形成的：在一个被传输的位电流中，每次有相邻的2个位di和di+1，合并成一个新的符号Wn，n＝i/2，其中的赋值见下表：
Wn
di
di+1
0123
0011
0101
此处，相位的一个调制(t)＝0+∑n(Kn(t-nT))，式中Kn＝1-2/3(Wn-Wn-1模4)，以及高斯斜面
式中高斯斜面为从0到π/2，BT＝0.3，B为带宽，T为一个符号Wn的持续时间。
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