CN1236283A - 移动无线电话系统 - Google Patents

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Abstract

包括多个具有工作连接的基站的移动无线电话系统,基站具有第一和第二无线通信装置,该装置通过第一和第二无线信号和至少一个移动站进行无线通信,该信号的无线频率占用无线频谱的公共部分,其中与该第一无线通信装置相关的频率复用规范和与该第二无线通信装置相关的频率复用规范基本上匹配。

Description

移动无线电话系统
本发明涉及移动无线电话系统以及操作移动无线电话系统的方法。
移动无线电话系统为移动单元提供当移动单元在移动无线系统中移动时通过无线信号传递数据的装置。为此，移动无线系统具有形成移动无线网络的多个互连的基站。
为了最优地利用分配给移动无线系统的无线频谱，移动无线系统具有能使给定无线覆盖区域中同时支持的数据通信信道数目最大化的装置。数据通信信道可以，例如，传送代表语音信号的数据，这些语音信号形成电话交谈的片段。移动站和基站之间的数据通信是通过调制高频电磁波形成的无线信号来进行的，这些信号用于在移动站和基站之间传送数据。被数据调制的无线信号就是载波信号，载波信号的频率就是载频。每个载波信号具有以载频为中心的无线频带，因此占用分配给移动电话系统的无线频谱的一部分。因此，分配给移动无线电话系统的无线频谱的一部分将被多个载波信号占用，每个载波信号形成一个通信信道。
因此，为了最优地利用分配的无线频谱，移动无线电话系统通过将相同的载频分配给系统中不同的基站来实现无线载频信号的通信信道复用，并藉此复用载频。虽然这在每个基站会导致同频干扰，但是可以通过将使用相同载频的基站规划为间隔尽可能远的距离，把这种干扰降低到容许的水平。这是根据电波传播的自然法则，即无线信号在传播过程中其信号强度的减弱正比于传播距离。
术语同频干扰在这里是指：移动无线系统中的移动站或基站在所分配的相同载频上对另一个基站或移动站检测所需信号的接收机产生的不必要的信号功率的总和。同频干扰的影响会降低通信数据的完整性。
移动无线系统的一个例子是全世界广泛采用的全球移动系统(GSM)。例如，在欧洲，有超过两千万人使用GSM系统或称为DCS1800的GSM系统的类似派生系统。为了实现频率复用，GSM系统的运营商为在特定的地理区域实施无线覆盖而利用许多基站，并且根据频率复用规范为那些基站分配载频。
根据预定的规范将多个载频分配给多个基站、然后该规范可以对系统中其它基站重复的方案已为本领域的技术人员所知。
在与一个基站相关连的地理区域中，移动站可以通过无线信号优先于其他基站而与该基站实现通信，该地理区域被称为小区。因此，频率复用规范可以看作形成多个小区簇，每个簇具有相同的载频集，但是簇中的每个小区或小区的每个扇区分配不同的载频。
扇区化的小区是使用方向性天线将小区进一步分为多个称为扇区的部分而形成的，每个扇区可以分配不同的载频。因此，移动无线系统的频率复用规范映射在小区或小区扇区上将产生一个相关的簇，簇的大小对应于根据频率复用规范复用的载频集所映射的独立扇区或小区的数目。
术语簇大小在这里以及此后表示并且包括根据频率复用规范形成的载频集所映射的扇区或小区的数目。
簇大小是根据移动无线电话系统中可用的无线载频的数目结合无线通信装置容许的同频干扰总量来确定的，从而维护可以接收的通信数据的完整性。减小小区簇的大小和缩小与小区相关的地理区域都可以提高移动无线通信系统的容量，即，可在一定地理区域和给定的无线频段中同时支持的数据通信信道的数目。例如，已知GSM系统运营商使用一个其大小为9的簇。
GSM系统是使用时分多址技术的第二代移动无线系统，它可以同时支持多个数据信道。然而众所周知，第三代移动无线系统将取代第二代移动无线系统，增加移动无线系统上通信的多种数据类型，并且提高系统支持的容量。
运营商在建造和使用第二代移动无线系统上已经进行了相当大的投资，尤其是GSM,DCS 1800和GSM 1900系统的运营商。本发明提出这样一个技术问题，即，在所分配的无线频谱内为移动无线系统提供一种能结合不同无线通信装置的设备。
根据本发明，提供一种包括多个在工作上有连接的基站的移动无线电话系统，其中基站具有第一和第二无线通信装置，它们通过占用无线频谱公共部分无线频率的第一和第二无线信号中的至少一个来完成与至少一个移动站的无线通信，其中与上述第一无线通信装置相关的第一频率复用规范和与上述第二无线通信装置相关的第二频率复用规范基本上匹配。
与第一通信装置的第一频率复用规范相关的簇大小可以和与第二通信装置的第二频率复用规范相关的簇大小相差一个预定的比例因子，藉此实现第一和第二复用规范之间的基本上的匹配。该预定的比例因子可以是一个整数。
通过将与移动无线系统基站中嵌入的第一无线通信装置相关的簇大小安排成与移动无线系统基站中嵌入的第二无线通信装置相关的簇大小的倍数，与第一和第二无线通信装置相关的频率复用规范可以一起结合在已经分配给与第一通信装置通信的移动无线系统的无线频段的一部分之内。
工作在相同载频的基站的最小间隔限制是由无线通信装置所容许的同频干扰的总量确定的。
有利地是，第二无线通信装置可以具有与第一无线通信装置不同的同频干扰容限。
通过提供能够容许更高同频干扰总量的第二通信装置，与第二无线通信装置相关的复用规范的簇大小和与第一无线通信装置相关的复用规范的簇大小相比可以减小，藉此促进第一和第二复用规范的匹配。
有利地是，第二无线频率信号的带宽可以大于第一信号的带宽。
作为第一无线信号的带宽小于第二无线信号的带宽的结果，嵌入第一无线通信装置的接收机接收的由第二无线信号造成的同频干扰量将按第二无线信号带宽和第一无线信号带宽的比值成比例地降低。这种降低的一方面影响是第一和第二无线通信装置可以在移动无线系统中同时工作，而不会由于第二无线信号造成第一无线通信的接收机上过度的同频干扰量，以及同样由于第二无线信号造成第二无线信号的接收机上过度的同频干扰量。因此，按照第一通信装置来安排移动站的通信的移动无线系统运营商，可以逐步过度到按照第二通信装置提供通信的系统，而不要求提供必须同时按照第一和第二通信装置这二者来进行工作的移动单元。此外，将通信切换到使用第一或第二无线通信装置的移动单元可以是在逐时隙的基础上实现的。
第一无线通信装置可以按照第二代移动无线系统工作，如GSM,DCS1800,DCS 1900等。
第二无线通信装置可以按照码分多址系统工作。该码分多址系统可以是时分/码分多址系统。
有利地是，基站可以包括方向性天线，它将每个小区划分为多个扇区，不同的载频分配给用于第一和第二无线通信装置的不同扇区。
根据本发明的一个方面，提供一种在移动无线系统中组合第一和第二无线通信装置的方法，该方法包括以下步骤：
根据与第一无线通信装置相关的第一频率复用规范为多个基站分配载频，和
根据与第二通信装置相关的第二频率复用规范使载频与第一频率复用规范匹配。
组合第一和第二无线通信装置的方法还可以包括将与第一频率复用规范相关的簇大小安排成与第二频率复用规范相关的簇大小的倍数的步骤。
现在将参考附图，仅作为例子，描述本发明的一个实施例，其中
图1是支持GSM和TD/CDMA系统的双模式移动无线电话系统的原理框图，
图2图解说明与第一频率复用规范相关的小区的簇，
图3图解说明与第二频率复用规范相关的小区的簇，
图4图解说明图1所示双模式移动无线系统中的频率方案，
图5进一步图解说明与图1所示双模式移动无线系统相关的频率方案，
图6给出了表1和表2，它们表示示例性的工作参数和可能的复用簇；
图7给出了一个表示可能的复用簇的表。
现在将参考GSM 1900移动无线通信系统和时分/码分多址系统(TD/CDMA)描述本发明的一个示范实施例。GSM 1900系统是在北美使用的GSM系统的派生物。本领域的技术人员所周知，GSM系统是一个时分多址系统并且被规划为使用多个相对窄带宽的无线频率信道在基站和移动站之间传递调制在载频上的数字信息。GSM系统是一个频分双工系统，移动站和基站之间的上行链路与基站到移动站的下行链路处于不同的频率信道。GSM通信信道的无线频率带宽是众所周知的200kHz数量级。
一种提供传输不同类型数据的方法并且容量高于第二代移动无线系统(如GSM)的第三代移动无线通信系统称为时分/码分多址(TD/CDMA)并且可以看作TDMA和CDMA之间混合系统。将数据调制到无线信号上并且使用TD/CDMA系统通信的方法在G.Blanz,A.Klein,M.Nabhan和A.Steil所著，IEEE Journal on Selected Areas in Communications,Volume 12,no.4,May 1994第568页，题为“Performance of a CellularHybrid C-TDMA Mobile Radio System Applying Joint Detection andCoherent Receiver Antenna Diversity(应用联合检测和相干接收机天线分集的蜂窝混合C-TDMA移动无线系统的性能)”的文章中进行了描述。TD/CDMA系统的特点是为多个通信信道的每一个提供了一个用户专用序列码，该码字被用户数据调制因而扩展了在那个信道上传送的数据的频谱，并且在每个无线载频上传送的信息被划分到多个时间间隔中。调制在用户专用序列码上的数据在无线载频的一个时隙中发送，多个用户专用序列被分配到每一个时隙。因此，TD/CDMA系统具有很强的抗同频干扰能力。然而，作为提高了调制数据的频谱的结果，无线频率信号的带宽大于GSM系统的TDMA信号。尽管如此，TD/CDMA信号的载波信号带宽仍然远小于直接序列扩频CDMA系统，在该系统中，扩频码长度所要求的带宽远大于TD/CDMA，并且所产生的信号具有较长的时间长度，不便于载波信号的时间分割。
GSM系统结合TD/CDMA系统形成的双模式移动无线电话系统如图1所示。图1中所示的三个基站BS1,BS2,BS3包括连接到数据处理单元4的GSM通信单元1，和TD/CDMA通信单元2。基站传送的数据可以馈自GSM通信单元1，或TD/CDMA通信单元2，通过天线耦合装置8到3个方向性天线6中的任何一个。漫游于移动无线网络之中的移动站M和移动站所附属的基站BS2之间的数据通信，由GSM通信单元1或TD/CDMA通信单元2，通过根据这两个系统中的一个的调制的无线信号进行。数据馈入基站控制器BSC10，并且从该基站控制器到移动单元M所从属的基站BS2。此后，数据从连接多个基站BS1,BS3(包括基站BS2)的基站控制器BSC10传递到并且传出移动交换中心(MSC)。移动交换中心MSC形成到公用交换电话网PSTN的连接。同时图1中还给出了运行维护中心OMC,OMC连接到每个基站控制器BSC，实现对移动无线网络的控制。如本领域的技术人员所知，MSC,BSC,OMC和基站BS1,BS2,BS3实际上形成了GSM系统的移动无线网络的一部分。然而，作为GSM相应部分的补充，TD/CDMA通信单元2也嵌入在每个基站中，并且通过它与采用并检测通过TD/CDMA系统传送的数据的移动站M进行数据通信。
移动无线系统中的每个基站用于形成与移动站之间的无线通信链路，这些移动站位于松散地分配给基站的地理区域之中。在图1中用虚线12表示这样区域的边界。这样，基站BS1,BS2,BS3分别与小区14,16,18相关连。移动无线系统中的每个小区都分配了至少一个无线载频用于上行链路以及用于下行链路。此外，如本发明的示范实施例所图示说明的，方向性天线6用于将小区划分为多个至少分配了一个无线载频的扇区
已经指出，每个基站都分配了至少一个频率复用规范中不同的无线载频，这样，一组小区或一组小区扇区就形成了簇，在簇中每个小区或每个小区扇区具有不同的载波或者多个不同的载波。随后，根据复用规范，该簇对整个网络中的其它基站重复。然而，对于这样一个第三代移动无线系统，可能会导致完全不同的频率复用规范，并且可能会与为GSM系统建立的频率规划不兼容。但是，如本发明的示范实施例所图解说明的，对于象TD/CDMA这样的第三代系统，TD/CDMA系统的频率复用规范可以与GSM系统相匹配，因为频率复用方案和频谱使用都充分地匹配，双模式移动无线网络可以使用GSM通信单元或TD/CDMA通信单元与移动站通信。这样，一个小区簇可以工作在通过GSM通信单元1实现通信，或通过TD/CDMA通信单元2实现通信的状态，或者实际上两个系统可以同时激活，在不同的时隙上完成与不同移动站的通信。这可通过参考图2中所示的频率方案来说明，其中，有一部分在图1中以相同的数字标识出现。
图2图解说明与图1中所示移动无线系统相关的用于扇区化小区方案的频率规划。如图2所示，每个小区14,16,18具有由方向性天线6建立的扇区20,22,24，方向性天线6在图1中已经作了说明。图2中图解说明的频率复用规范是由图1中所示的与TD/CDMA通信单元2一起工作的基站形成的。这样，小区14,16,18的扇区20,22,24中的每一个都分配了三个无线频道中的一个，通过这些频道传送TD/CDMA信号。小区的每个扇区14,16,18分配的独立TD/CDMA无线频道分别标为f1,f2,f3。如图2所示，TD/CDMA系统的每个无线频道的带宽是600kHz，因此TD/CDMA小区占用的总频谱(包括保护带)为2.2MHz的量级。这种情况下的复用簇大小是3。在这个例子中使用的扇区化小区得到了在单一小区中实施复用规范的方案。
相应地，图1中图解说明的移动无线系统通过GSM通信单元1传送数据的频率方案如图3所示。在图3中，对于GSM频率复用专利，小区14,16,18的每个扇区与图2中所示的TD/CDMA情况一样都分配了一个独立的无线频道。然而，作为降低抵抗与GSM系统相关的同频干扰的结果，或者换句话说，作为提高与同频干扰相关的、有用信号强度与无用信号强度之比的要求，每个与小区14,16,18相关的扇区分配了9个无线频道中的一个，这些无线频道标为f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8。如图3所示，与GSM系统的窄带操作相对应，GSM系统的带宽仅是200kHz的量级。作为这个例子所提供的，方向性天线用于将小区划分为3个扇区，因此对于大小为9的簇，只使用3个小区。
如前面本发明的示范实施例所述，这样一种GSM 1900系统和TD/CDMA系统的结合提供了第二和第三代移动无线系统高效带宽利用率的结合。这样，如本发明的实施例所图示说明的，GSM系统的频率复用规范的簇大小是9，而TD/CDMA系统的簇大小是3，这就为两个系统的频率规划提供了非常有效地匹配。此外，如本发明所图示说明的，小区14,16,18的每个复用簇所占用的总频谱实质上是相同的；对GSM系统，9×200kHz=1800 kHz；而对TD/CDMA系统，3×600kHz=1800kHz。这种兼容于两个系统的结合为移动无线运营商提供了充分匹配的无线频谱，并且使得第二代移动无线系统可以平滑地过渡到第三代移动无线系统。另外，上述的过渡可以从扇区到扇区，从小区到小区，以及从时隙到时隙。
可以理解，用全向天线代替方向性天线，也可以不使用扇区化的小区来等价地实现相应的TD/CDMA和GSM频率复用规范的混合方案。然而，在将单一TD/CDMA载波分配给每个小区、并且将相应的GSM无线载频分配给每个小区的情况下，GSM系统的频率复用规范将占用9个小区，而TD/CDMA系统将包括3个小区。
TD/CDMA和GSM1900系统各自的频率复用规范所导致的载频分配的进一步说明如图4所示。图4a给出了TD/CDMA系统的3个载波中的每一个所占用的无线频谱。相应地在图4b,4c和4d中可以看到9个载频的频谱带宽，三个基站中的每一个都分配了这9个载频之中的3个载频。
对本发明的实施例的进一步增强如图5所示。在图5中TD/CDMA载波f1,f2和f3的频谱示于图5a。图5b中图示说明了通过GSM系统通信的基站的频谱。在这种配置中，对于工作于“热点”而要求提高容量的基站，每个小区扇区都分配了两个载频，以提高基站所能提供的容量。然而，应该理解，这种配置也会如所预期地相应增加同频干扰，因此，这种配置很可能只能用于具有严重无线频率遮蔽的地区，这种遮蔽是由建筑物或自然障碍造成的，它将会促使每扇区载波数的增加。例如，这种情况就可能在“曼哈顿”类型的环境中发生。图5c是一个每扇区具有单一载波的基站的频谱。
在图6的表1中，说明在本发明的图解实施例中可能使用的系统参数。使用一个基站非同步的移动系统会促进组合的GSM1900模式系统和TD/CDMA系统的共存。与其它根据直接序列CDMA系统工作的第三代系统相比，这是TD/CDMA系统的一个优势，在那些直接序列CDMA系统中要求基站是同步的，以确保扩频码之间的正交性。
上述本发明的实施例可以看作是：它能促进对已分配给移动无线电话系统运营商的无线频谱的重分配和调度。同样，如图1所示，运行维护中心OMC可以用于帮助基站在TD/CDMA模式和GSM 1900模式之间的切换。如前所述，一个与TD/CDMA系统结合的GSM 1900系统的频率复用，可以和其小区的每个扇区使用一个600kHz载波、提供了频率复用(因子)为3的TD/CDMA系统相比。作为比较，GSM系统每扇区使用一个200kHz载波，偏移频率为0,-200和+200kHz，频率复用为9。
应该理解，在此之前描述的，与使用双模式移动无线系统的移动单元进行的无线通信可以逐时隙地在TD/CDMA系统和GSM系统之间变换。TD/CDMA系统提供在每时隙中与3个或4个移动单元通信的装置，而在GSM系统中每个时隙仅支持一个移动单元。
由于TD/CDMA无线信号的带宽3倍于GSM无线信号，TD/CDMA信号在GSM信号频带内对构成GSM通信单元的接收机产生的同频干扰相比于对TD/CDMA信号接收机产生的同频干扰而言，相应地降低三分之一。由于GSM1900系统的较低带宽(200kHz和600kHz相比)，导致在GSM1900通信单元接收机上的同频干扰比TD/CDMA信号产生的干扰低5dB。另外，GSM1900信号在TDMA信号接收机上产生的同频干扰是很低的，因为在GSM1900载波的一个时隙中只允许一个移动单元发送。这种所产生的同频干扰的相应性导致了GSM1900系统和TD/CDMA系统之间的匹配。结果，提供了GSM1900和TD/CDMA系统的交互工作，从而使得频率复用簇的基站可以使用GSM通信装置或TD/CDMA通信装置提供通信。据此，这样一个双模式移动无线电话系统提供了实实在在的好处，系统的运营商可以为顾客提供移动单元的选择，移动单元可以按照GSM通信装置或TD/CDMA通信装置工作，而不要求移动单元工作在双模式，也就是根据GSM系统和TD/CDMA系统工作。这就为顾客和运营商都节约了成本。
虽然参考GSM系统的复用因子为9的频率复用规范和TD/CDMA系统的复用因子为3的频率复用规范对本发明的示范实施例作了描述，但是应该理解其它的组合也是可能的。具体地说，与频率复用规范的相关的小区的簇大小可以根据等式1确定，其中R是与GSM系统相关的簇大小和与TD/CDMA系统相关的簇大小的比值，它可根据TD/CDMA系统的带宽Bwide和GSM系统的带宽Bnarraw来表示，而n是一个比例因子： R = B wide n × B narraw
对于已经描述了的双模式移动无线通信系统的图解例子，可以看出对于这个示范实施例，R=3,n=1,Bwide=600kHz,Bnarraw=200kHz。因此，TD/CDMA系统的频率复用因子是3,GSM的复用因子是9，这正是已经描述了的情况，然而如果TD/CDMA系统的频率复用因子是4,GSM系统的频率复用因子将是12。作为双模式移动无线系统可能使用的不同簇大小的其它例子，图6中的表2提供了带宽为1.2MHz的TD/CDMA系统中可能使用的不同的簇大小，而图7的表3相应地提供了带宽为2.4MHz的TD/CDMA系统中可能使用的不同的簇大小。在用混合小区和扇区来形成GSM或TD/CDMA系统的频率复用规范的情况下，n取其它非整数(比例因子)值也是可能的。例如，在TD/CDMA系统可用带宽为600kHz，频率复用簇大小为2的情况下，n可以是1.5。
本领域的专业人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对上述实施例进行不同的更改。特别是可以展望其它的移动无线系统组合，例如将宽带TDMA系统和GSM系统结合，或真正的宽带CDMA系统和TD/CDMA系统相结合。此外，应该理解，本发明并不限制为描述本发明的示范实施所用的具体的复用因子。另外，虽然没有指定所描述的示范实施例参考的载波是频分双工系统中的上行链路或下行链路，但是应该理解该描述既适用于上行链路又适用于下行链路，甚至适用于时分双工系统。

Claims (16)

1．一种包括多个在工作上有连接的基站的移动无线电话系统，其中基站具有第一和第二无线通信装置，它们通过占用无线频谱的公共部分无线频率的第一和第二无线信号中的至少一个来完成与至少一个移动站的无线通信，其中与所述第一无线通信装置相关的第一频率复用规范和与所述第二无线通信装置相关的第二频率复用规范基本上匹配。
2．权利要求1中所要求的移动无线系统，其特征在于还包括多个小区，每个小区与至少一个所述基站相关连，与第一无线通信装置相关连的簇大小等于与第二无线通信装置相关连的簇大小乘以一个预定的因子，藉此提供与第一和第二通信装置相关连的第一和第二频率复用规范之间的匹配。
3．权利要求1或2中所要求的移动无线系统，其特征在于所述第二无线通信装置具有一个通过所述第二无线信号进行数据通信的装置，使得在所述第二通信装置的接收机接收的同频干扰的总量可以不同于所述第一无线通信装置的接收机接收的所述第一无线信号所容许的同频干扰的总量。
4．上述任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于所述第二无线信号占用的带宽实际上大于所述第一无线频率占用的带宽。
5．权利要求4中所要求的移动无线系统，其特征在于所述预定的因子实际上等于所述第二无线频率信号的带宽与所述第一无线频率信号的带宽的比值。
6．权利要求5中所要求的移动无线系统，其特征在于所述预定的因子R由下式计算； R = B sec ond n × B first
其中Bsecond是所述第二无线信号的带宽，Bfirst是所述第一无线信号的带宽，n是一个比例因子。
7．上述任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于所述第一无线通信装置是一个蜂窝无线通信系统，如GSM,DCS 1800,GSM 1900等。
8．权利要求7中所要求的移动无线系统,其特征在于所述比例因子是一个整数。
9．权利要求1到7中任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于所述第一无线通信装置是一个无绳无线通信系统，如数字增强无绳电话(DECT)系统等。
10．上述任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于所述第二无线通信装置是一个码分多址系统。
11．权利要求10中所要求的移动无线系统，其特征在于该码分多址系统是一个时分/码分多址系统。
12．上述任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于基站还包括方向性天线，它将每个相关的小区划分为多个扇区，每个扇区从至少一个所述第一个和所述第二无线通信装置中分配至少一个不同的无线载频。
13．上述任何权利要求所要求的移动无线系统，其特征在于还包括一个控制单元，该控制单元连接到所述基站并且用来控制所述第一和所述第二通信装置的载频分配。
14．将第一和第二无线通信装置结合在一个移动无线系统中的方法，包括以下步骤：
根据与第一无线通信装置相关的第一频率复用规范将载频分配给多个基站，和
根据与第二无线通信装置相关的第二频率复用规范使载频与第一频率复用规范匹配。
15．如权利要求14所要求的结合第一和第二无线通信装置的方法，其特征在于还包括以下步骤：
将由第一频率复用规范形成的簇大小安排成基本上等于由第二频率复用规范形成的簇大小乘以一个预定的因子。
16．如权利要求15所要求的结合第一和第二无线通信装置的方法，其特征在于还包括以下步骤：
将所述第二无线频率信号占用的带宽安排成基本上等于所述第一无线频率占用的带宽乘以一个预定的因子。
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