CN1219041A - 用于通讯系统的不对称多址联接协议 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动蜂窝式通讯系统,其中提供了对于时分双工(TDD)通讯信道的不对称访问。信道被分为(由TDD)时隙,这些时隙被每个小区的基地站分配给上行链路通讯或者下行链路通讯。时隙和因此强制上行链路和下行链路时隙的定时穿过系统的小区协调。

Description

用于通讯系统的不对称多址联接协议
本发明涉及一个用于通讯系统的多址联接协议，尤其涉及一个使用时分双工(TDD)的移动蜂窝式通讯系统的不对称联接协议。
在移动通讯系统中，在上行链路时隙通过移动终端用户装置和基地站之间的数据，反之在下行链路时隙通过基地站和移动终端用户之间的数据。类似的半双工通讯协议用于其他的通讯系统，例如地面站到卫星。在移动蜂窝式通讯系统中，突出的问题是上行链路业务量与下行链路业务量的比率会发生不对称。例如，使用一个移动终端用户装置来发送数据(例如传真或电子邮件)可以导致几兆字节在上行链路上发送，而在下行链路上仅仅接收到几个字节。当前的蜂窝式系统已经设计为支持不对称的业务量比率，它对于所有的小区都是一样的，这会导致频谱的低效率使用。时隙之间的保护时间总是由系统承担的一个额外开销。
EP766416A描述了一个无线多址联接通讯系统，它动态地分配可得到的帧时隙到上行链路和下行链路。相应于干扰信号或者干扰信号的其他表示(从一个干扰基地站到一个受干扰基地站)，使用一个取消信号。在受干扰基地站中，使用取消信号以取消或者另外偏移在接收的合成信号中产生的混合干扰，该合成信号包括需要的移动站到基地站(上行链路)信号和干扰信号。因此它需要干扰取消技术(计时调整、幅度调整，等等)，这将导致额外的硬件实现复杂性。除了上行链路和下行链路，基地站-基地站链路需要保留，因此要包括等级在基地站BS之上的基地站控制器(BSC)。这引起额外的信号业务量并且移动终端设备对于额外的硬件复杂性是特别易损坏的。EP766416描述了一个系统，它借助于一个频率再用小区(基本上是不相邻小区系统)中的时隙分配(在下行链路和上行链路之间)完全地用于取消或者减少同信道干扰目的。
EP720321A1描述了一个类似的只有TDMA的系统。该系统具有相同的不对称模式用于非蜂窝式系统或者蜂窝式系统，即每个小区的不对称比率是相同的。该系统使用通过系统等级灵活的上行链路/下行链路分配获得的‘灵活的上行链路/下行链路分配’，其中不对称比率对于所有的小区都是相同的。
因此，需要一种灵活的和有效的不对称多址联接TDD协议，这个协议增加了在一个通讯信道上能够支持的业务量而不会反过来影响由通讯系统的用户感受的服务质量(QoS)。
根据本发明的第一方面，提供一种在移动蜂窝式通讯系统中时分双工的方法，包括：
将通讯系统分为多个小区，每个小区由一个基地站服务；
在通讯系统中提供一个信道，在该信道上一个基地站和至少一个移动站可以通讯；
使用时分双工以将信道分为多个帧，每个帧包括多个时隙；
跨越多个小区协调时分双工；以及其中
每个基地站分配时隙给上行链路通讯或者下行链路通讯以优化信道的吞吐量
其特征在于
每一帧包括了一个强制上行链路通讯时隙和一个强制下行链路通讯时隙，它可以由移动站用于会另外发生覆盖的区域。
根据本发明的第二方面，提供了一个移动蜂窝式通讯系统中的时分双工设备，包括：
至少一个移动站；
多个基地站，其中每个服务于通讯系统的一个小区；
通讯系统中的一个信道，在该信道上一个基地站和至少一个移动站可以通讯，使用时分双工将信道分为多个帧，每个帧包括多个时隙；
一个中心控制器，用于跨越多个小区协调时分双工；以及其中
每个基地站分配时隙给上行链路通讯或者下行链路通讯以优化信道中的吞吐量
其特征在于
每个帧包括一个强制上行链路时隙和一个强制下行链路时隙，每一帧可以由一个移动站用于可能会另外发生覆盖的区域。
强制时隙的位置可以由中心控制器确定，在帧内强制时隙的位置在每个小区中将是相同的。
本发明提供一个不对称TDD系统，其中资源在逐个小区的基础上分配，因此获得一个更加灵活和有效的系统。在一个时隙中传送的所有数据包可以被安排到连续的时隙中；即上行链路时隙和下行链路时隙可以连续地安排，因此避免了在相同类型的时隙之间保护时间的需要。因为本发明允许对于每个小区的不对称业务量比率(上行链路：下行链路)，改进了信道效率。因为每个基地站可以根据一个小区经受的业务量类型分配上行链路和下行链路时隙，所以业务量比率可以动态地调整。
由于不对称业务量比率在逐帧的基础上重复，时隙被安排到帧中。基地站可以在一个常规信息信道BCCH上传播业务量比率(即上行链路和下行链路分配)，使得提供业务量比率给进入一个小区的每个移动站。
中心协调控制器还可以组织帧的长度，并且管理从小区到小区的帧的计时。每个帧可以包括一个强制上行链路时隙和一个强制下行链路时隙，它们可以例如占用每个帧的前两个时隙。每个小区强制时隙可以是相同的，使得对于在小区之间移动的移动站，容易在小区之间转换。帧速率和强制时隙分配可以以这种方式选择使得只限制在强制时隙的移动站将不会遭受减少的QoS，特别是如果运行一个延迟的敏感应用程序时。
参照后面附图的例子，下面更详细地描述一个实际移动蜂窝式通讯系统，其中：
图1展示了一个移动蜂窝式通讯系统的方框图。
图2展示了一个划分为重叠小区的通讯系统的区域。
图3说明了该通讯系统内相邻小区的帧业务量。
图4说明了三个相邻小区的禁止区域、碰撞区域和非禁止区域。
一个终端用户装置(移动站1、2、3、4、5、6，等等)可以使用一些通讯协议中的任何一个经过天线10和11，通过无线接口12与它的最近基地站13通讯。在下面的实施例中，使用的通讯协议是CDMA(码分多址)。这允许移动站使用其代码几乎是不相关的编码扩展频谱信号通讯，因此提供一种多址联接通讯协议，其中碰撞不会破坏其他信号的同时广播。一旦移动站和它的最近基地站13之间的通讯信道已经建立，移动转换中心14a可以经过中心协调控制器16建立与另一个移动转换中心14b或者公共语音或者数据网络17的进一步的联接。
基地站在它的广播控制信道(BCCH)上连续广播信息到范围内的所有移动站。BCCH信息包括一个移动站登记进入系统所必需的各种代码和控制信号以及业务量比率(上行链路：下行链路)。每个移动站使用来自相邻基地站的BCCH的相对强度以确定是否转换到另一个基地站是合适的。基地站可以在寻呼信道(PCH)上寻呼一个移动站，或者另一方面，移动站可以在随机存取信道(RACH)上请求访问系统。基地站和移动站在业务量信道(TCH)上通讯，而基地站在相关控制信道(ACCH)上传送反馈控制。在TCH上传送的数据被分为包，包以合适的控制位在特定的时隙中传送。
图2展示了一个具有由一些基地站(13a,13b,13c)提供的具有重叠小区覆盖区(15a,15b,15c)的通讯系统。虽然小区覆盖区更多地作为蜂窝结构表示，实际的覆盖区取决于环境特性，并且大的重叠(例如20)可能发生。一般的重叠(21)是转换区域，其中来自相邻基地站的信号被一个移动站以相同的强度接收。在这个区域(22)中移动站可以请求从一个基地站(13a)转换到另一个基地站(13b)。
图3说明了三个相邻小区15a,15b,15c的一帧中的上行链路和下行链路业务量。每个帧包括一个中心控制器16已经分配到每个帧的第一个时隙(30a,30b,30c)的强制下行链路时隙(CDS)。这些帧还包括一个中心控制器16分配到每个帧的第二个时隙(31a,31b,31c)的强制上行链路时隙(CUS)。
如图3所见，小区15b和15c使用相同的业务量比率，在这种情况下是4∶6(下行链路∶上行链路)，分布为1下：1上：2下：5上：1下。小区15a使用不同的业务量比率5∶5，分布为1下：1上：3下：3上：1下：1上。
可能发生接近一个转换区域的“覆盖”(drown out)将恶化登记到两个相邻基地站的相邻移动站的信号。即移动站2和移动站3实际上紧挨在一起并且移动站2登记了基地站13a，而移动站3登记了基地站13b。在时隙34b中一个上行链路时隙上工作的移动站3可能覆盖来自基地站13a的信号，该基地站13a正试图在一个下行链路上与移动站2通讯。移动站2和3还可能在时隙37和38碰撞。为了克服这一点，进入禁止区域(40)的移动站被请求仅仅使用强制上行链路和强制下行链路时隙(CUS,CDS)。禁止区域的大小将取决于一些因素，如基地站和移动站的信号功率控制和信号处理能力。碰撞区域41如图4所示，它是碰撞实际发生的小区覆盖的区域，请求在恶化的时隙中传送的数据包被重新传送。
禁止区域由每个移动站的能力来确定以识别一个碰撞是可能发生的区域。碰撞区域的合理的估计能够使用现有的蜂窝式通讯技术，如GSM(群特别移动或者用于移动通讯的全球系统)系统确定。使用一种用于转换的类似的算法，禁止区域将包括两个小区之间的重叠区域。如在转换过程中，移动站将连续地寻找由所有基地站不断广播的信标信号(BCCH信号)。信标信号将包含当前被基地站使用的有关业务量比率的信息。如果相邻的基地站信标信号指示出由移动站当前使用的不同的业务量比率并且当信标信号的功率电平到达一个预定门限时，移动站将认为它自己在一个禁止区域内。移动站不能识别碰撞区域的整个范围，因为碰撞取决于两个干扰移动站的情况。
在一个理想的系统中，碰撞区域和禁止区域将精确地重叠。每个移动系统可以配备地理定位装置，它允许移动站精确地确定它相对于每个基地站的位置。这样一个装置会利用例如基地站三角测量方法。另一种情况，每个移动站配备有一个如GPS定位器的卫星定位系统。每个小区的业务量比率被中心控制器所知。这个信息与对于每个移动站确定的精确定位信息一起允许中心控制器确定是否一个特定的移动站需要被完全地或者部分地禁止。因为如图3所示，时隙32、33、35、36和37被基地站13a和13b给予相同的分配(小区15a和15b)，所以可能不必限制移动站到强制时隙。这样移动站2和3可能被部分地禁止，当在禁止区域40时防止使用时隙34、38和39。可以要求移动站在如图2的点24所示三个小区的相交处仅仅使用强制时隙。
返回到图3，帧长度如所示为16ms，而时隙长度是1.6ms。如果使用语音传输作为一个例子，由语音编码器以32000位/秒或者512位/帧的速率编码。假设加上64个信息位用于标题和其他信息，这给出了一个576位的话音数据包。这样，如果移动站被限制在强制上行链路中发送所有的话音数据，则数据率必须是至少每秒360,000位。
前面是本发明的描述，本领域的技术人员可以立刻明白其他在本发明范围内的实施例。

Claims (6)

1．一种在一个移动蜂窝式通讯系统中时分双工的方法，包括：
将通讯系统分为多个小区，每个小区由一个基地站服务；
在通讯系统中提供一个信道，在该信道上一个基地站和至少一个移动站可以通讯；
使用时分双工将信道分为多个帧，每个帧包括多个时隙；
穿过多个小区协调时分双工；以及其中
每个基地站分配时隙给上行链路通讯或者下行链路通讯以优化信道的吞吐量
其特征在于
每一帧包括了一个强制上行链路通讯时隙和一个强制下行链路通讯时隙，它可以由移动站用于可能另外发生覆盖的区域。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于强制时隙的位置由一个中心控制器确定。
3．如权利要求2所述的方法，其特征在于强制时隙的位置在每个小区中是相同的。
4．在一个移动蜂窝式通讯系统中用于时分双工的设备，包括：
至少一个移动站；
多个基地站，其中每个服务于通讯系统的一个小区；
通讯系统中一个信道，在该信道上一个基地站和至少一个移动站可以通讯，使用时分双工将信道分为多个帧，每个帧包括多个时隙；
一个中心控制器，用于穿过多个小区协调时分双工；以及其中
每个基地站分配时隙给上行链路通讯或者下行链路通讯以优化信道的吞吐量
其特征在于
每个帧包括一个强制上行链路时隙和一个强制下行链路时隙，每一帧可以由一个移动站用于覆盖可能另外发生的区域。
5．如权利要求4所述的设备，其特征在于中心控制器确定强制时隙的位置。
6．如权利要求5所述的设备，其特征在于中心控制器将强制时隙放置在每一帧和每一小区的相同位置。
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