CN1265243A - 具有在逐个时隙基础上分集接收的无线电通信系统 - Google Patents
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Abstract
通信系统基站在逐个时隙的基础上改善上行链路覆盖,通过根据移动站与基站之间RF链路的接收信号质量分配分集和非分集时隙来改善此覆盖。分集时隙是其间利用比非分集时隙期间更多的接收机分支接收信息的时隙。
Description
本发明一般涉及通信系统领域,并且更具体涉及将RF信道细分为时隙的通信系统中的接收机灵敏度、相邻信道与同信道抑制的改善。
诸如基于GSM、PDC、D-AMPS通信标准的时分多址(TDMA)通信系统,将一个或多个射频(RF)信道细分为多个时隙,在这多个时隙期间系统内的移动站进行语音与数据通信。通过在所分配的时隙期间发送与接收信息脉冲串,移动站通过覆盖相应通信小区的许多分散基站进行通信。在每个小区内,基站通过在下行链路RF信道上发送下行链路数据脉冲串给移动站并在上行链路RF信道上从移动站中接收上行链路数据脉冲串,在许多RF信道上与移动站进行通信。
为避免同频道干扰,给相邻小区分配不同的RF信道。由于特定小区内相对低功率的RF传输,所以隔开两个或多个小区的另一小区一般可以复用同一频率。复用相同频率的小区相互隔开越远,它们之间的同频道干扰越低。因此,通过使密集通信网络中较紧密的频率复用小区模式降低上行链路信道的同频道干扰增加系统容量。
利用较少数量的基站提供宽覆盖来减少网络的实施费用也是非常重要的。直接与基站覆盖有关的一个因数是其对上行链路信道上接收信号的灵敏度。一些常规系统给基站配备有位于紧靠近基站天线的低噪声放大器。
改善同频道干扰与接收机灵敏度的另一常规方法使用接收机分集,在此之下耦合到相应接收机分支的两个或多个空间隔开的天线从移动站接收上行链路信号。根据有关组合非相干噪声与所需信号的公知原理,通过组合从接收机中接收的信号来提高接收信号质量。例如,一些常规的GSM系统组合在基站上利用两个接收机分支接收的上行链路信号以便在连续基础上提高上行链路接收信号质量。当在单个接收机上从移动站中接收的信号强度降到低于预定义的门限时,其他的系统组合从两个或多个接收机分支接收的信号。
然而,常规方法未在逐个时隙基础上改善同频道干扰与接收机灵敏度。由于TDMA系统将RF信道细分为时隙,所以接收的信号质量在分配给特定移动站的上行链路信道的时隙期间有可能降低。例如,从位于通信小区边缘上的移动站中接收的信号的接收机灵敏度可能也低于所需电平,要求在其分配的时隙期间的改善。虽然常规的TDMA系统在接收上行链路RF信号时连续使用接收机分集,但这些TDMA系统不在逐个时隙基础上提供接收机分集。因此,存在改善在所选的时隙期间细分为时隙的上行链路RF信道的接收信号质量的需求。
以根据上行链路RF信道的接收信号质量分配接收机分集与非分集时隙的通信系统为例说明解决此需求的本发明。以这种方式,本发明的系统仅在必需时改善包括接收机灵敏度、同频道与相邻信道抑制的上行链路覆盖,并避免在不需要接收机分集时资源的浪费。
在一个方面中,本发明的通信系统包括通过细分为多个时隙的一个或多个射频信道链接到移动站的基站。此基站包括多个接收机分支,用于在分集与非分集时隙上从移动站中接收上行链路数据。该分集时隙是其间利用比非分集时隙多的接收机分支接收上行链路数据的时隙。本发明的系统还包括控制器,根据将移动站链接到基站的射频信道的接收信号质量的测量分配分集与非分集时隙。
根据本发明的一些更具体的特性,接收信号质量的测量对应于基站上接收信号强度、误码率或帧删除率之一或其组合。在本发明的另一特性中,此基站包括基带总线,允许来自接收机分支的上行链路数据的选择组合。根据本发明的还一特性,在此基站上利用均衡器来组合上行链路数据。
从下面结合附图的利用示例表示本发明原理的最佳实施例的描述中将使本发明的其他特征和优点变得显而易见。
图1是有益地利用本发明的通信系统的方框图。
图2是在图1的通信系统中使用的细分的RF信道的图。
图3是根据本发明一个实施例的无线电基站的方框图。
图4是根据本发明另一实施例的无线电基站的方框图。
参见图1,根据本发明示例实施例的通信系统10根据GSM标准操作。GSM通信系统的操作模式描述在欧洲电信标准局(ETSI)文件ETS300 573,ETS 300 574与ETS 300 578中,这些文件引入在此作为参考。因此,系统10的操作描述为理解本发明所需的范围。虽然本发明描述为以GSM系统进行实施,但本领域技术人员将意识到,本发明能有益地用于诸如基于PDC或D-AMPS标准的各种其他数字通信系统中。
系统10设计为具有用于管理呼叫的多个等级的分级网。利用所分配的细分为时隙的上行链路与下行链路RF信道组,操作在系统10中的移动站12利用所分配的时隙参与呼叫。在高分级上,一组移动业务交换中心(MSC)14负责从始发者至目的地的呼叫的路由选择。具体地,这些MSC负责呼叫的建立、控制与结束。称为网关MSC的一个MSC 14处理与公用交换电话网(PSTN)18或其他公用和专用网络的通信。
在较低分级上,每一个MSC 14连到一组基站控制器(BSC)16,BSC 16的主要功能是移动性管理。例如,根据移动站12上报告的接收信号强度。BSC 16确定是否开始用于保持呼叫而没有令人注意的中断的转移处理。BSC 16在称为A接口的标准接口下与MSC 14通信,这基于CCITT信令系统7号的移动应用部分。
在还一较低分级上,每一个BSC 16控制一组基站收发信机(BTS)20,BTS 20主要将RF链路用于发送数据脉冲串给移动站12并从移动站12中接收数据脉冲串。在本发明的优选实施例中,许多BTS 20并入无线电基站(RBS)22中。在示例实施例中,可以根据由本发明受让人的LM Ericsson提供的RBS-2000产品系列构造RBS 22。
类似于其他蜂窝通信系统,系统10将地理区域细分为连续的通信小区,这些通信小区一起给例如整个城市的服务区提供通信覆盖。根据允许一些空间隔开的小区使用相同的上行链路与下行链路RF信道的小区模式形成通信小区。以这种方式,系统10的小区模式减少覆盖此服务区所需的频道数量。系统10也采用跳频技术来避免“死点”并使系统中的干扰最小。
每个BTS 20包括使用上行链路与下行链路RF信道的许多TRX来给诸如一个或多个通信小区的特定公共地理区域提供服务。如后面具体所述的,TRX包括用于上行链路信号接收的接收机分支的公用库(pool)。在优选实施例下,接收机分支通过许多空间分集或极化分集或空间与极化分集天线24的组合接收上行链路信号。这个分集安排通过连续组合在TRX的分集接收机上接收的信号改善整个同频道与相邻信道拒绝和RF信道的接收机灵敏度。
为了根据本发明在逐个时隙的基础上改善同频道干扰与接收机灵敏度,通信系统10将用于上行链路信息接收的一些时隙分配为分集时隙,其他时隙指定为非分集时隙。因此,分集时隙是其间利用比非分集时隙期间更多的接收机分支接收上行链路数据的时隙。结果,通过分集接收的选择使用,本发明在需要时在逐个时隙基础上改善同频道与相邻信道拒绝和接收机灵敏度。
通信系统10将BSC 16用于分配分集与非分集时隙。BSC 16根据将移动站12链接到RBS 22的RF信道的接收信号质量的测量命令RBS 22。如下面具体描述的,可以根据包括RBS 22上的接收信号强度或误码率的许多参数测量接收信号质量。
通过考虑接收信号质量,通信系统10通过有效分配分集与非分集通信资源来改善上行链路覆盖。BSC 16动态地增加分配用于分集接收的时隙数量,如果链接RF信道的接收信号质量如此要求的话。例如,在大量移动站12位于具有在非分集时隙上恶化的RF链路的通信小区的边缘上时,BSC 16能指定一些非分集信道为分集信道来改善上行链路覆盖。同样地,BSC 16能重新分配分集时隙为非分集时隙,如果RF信道的传播特性使得分集接收不必要的话,从而增加系统容量。
结果,BSC 16定期调整用于分集或非分集接收的时隙库的大小。以这种方法,通过利用更多的接收机资源,系统10改善所选时隙期间的接收信号质量,从而减少容量。相反地,系统10的容量可以以来自移动站的减少的信号质量为代价来增加。因此,本发明使用公用接收机分支库来平衡更好的上行链路信号接收的需求与容量的需求。如以后具体描述的,BSC 16也根据系统的操作要求,例如根据RBS 22所报告的故障情况动态地重新分配分集与非分集资源。
参见图2,(上行链路或下行链路)RF信道26细分为重复的时间帧27,在这些时间帧期间发送信息。每帧还细分为传送信息分组的时隙28。系统10在包含预定数量的加密比特的脉冲串中在这些时隙期间完成信息的传输。在指定为业务信道(TC1,...,TCn)的时隙期间发送语音数据。利用在信令信道上发送的控制信息处理包括开始、转移和结束的有关系统中呼叫管理的所有信令功能。
可以在专用时隙期间发送信令信道或可以与许多业务信道相关发送信令信道。对于每个小区,BSC 16分配RF信道上的某些时隙为专用信令信道。例如,称为广播控制信道(BCCH)的专用控制信道在帧27的第一时隙上发送以便给移动站提供有关BTS的一般信息。移动站12利用相关的信道来发送诸如RX-CEV信号的相关控制信号,如GSM标准所定义的,此信号对应移动站上接收的信号强度和是移动站12上各种等级的误码率测量的RX-QUAL信号。
最好,BSC 16指定所有专用上行链路信令信道为分集时隙,以保证通信小区内来自包括那些远离RBS的移动站的所有移动站12的重要信令信息的接收。另一方面,相关的信令信道分配为分集时隙,如果其相应的业务信道分配为分集时隙的话。
参见图3,根据本发明一个实施例的RBS 22的方框图表示为包括服务于不同地理区域的多个BTS 20。BTS 22包括控制RBS 22的操作与维护的基站公用功能(BCF)方框68。BSC 16通过线路70上A-bis接口与BCF 68接口。BCF 68控制与RBS 22有关的操作与维护(O§M)功能。通过定时总线72,BTS 20相互同步。通过可以利用A-bis接口耦合到诸如T1线路(未示出)的公用或专用话音与数据传输线路的业务总线74提供话音与数据信息给RBS 22和从RBS 22提供话音与数据信息。
每个BTS 20包括通过覆盖分开地理区域77与78的天线24与移动站12通信的两个TRX 75与76。在本发明的示例实施例中,天线24是双极化天线,接收水平和垂直场上电磁无线电波。优选地,天线相互隔开,例如,隔开10米,以便提供上行链路信号的非相关接收。如所示的,表示为24A与24B的两个天线因此隔开以便覆盖覆盖区78。TRX 75与76包括经RF放大器83耦合到天线24A与24B的接收机对80与81。接收机对80与81将接收的上行链路信号经分别并入TRX 75与76的开关对84与85提供给相应的TRX调制器/解调器与组合器方框82。
系统10使用至少两个接收机分支来提供在分集与非集分时隙期间接收的所有上行链路信号的分集接收。每个接收机分支是通过每一个接收机80或81用于上行链路信号的接收路径,其中利用线路77上来自方框82的控制信号调谐接收机80或81。在开关控制信号的控制下,在线路87上,开关对84或85将来自两个或多个接收机分支的上行链路接收信号连到用于分集组合的方框82。
根据本发明,通过在逐个时隙基础上提供分集接收改善上行链路接收信号质量。因此,开关对84与85进行转换,以使TRX 75与76或通过二接收机分支分集或四接收机分支分集安排能动态地接收上行链路信号。而每个接收机分支是用于接收上行链路信号的独立路径。换句话说,在非分集时隙期间使用比分集时隙期间少的接收机分支。在此安排下,BSC 16分配某些时隙为分集时隙,在这些时隙期间四个接收机分支用于组合接收的上行链路信号,分配其它时隙为非分集时隙,在这些时隙期间两个接收机分支用于组合接收的信号。以这种方式,BSC 16进行BTS内转移以便将恶化的通信从非分集时隙转移到分集时隙来改善上行链路信号质量。用于RBS 22的所有天线的天线连接结构存储在BCF 68中。通过A-bis接口,BSC 16在分配分集与非分集时隙时能存储天线连接结构信息。
在本发明的这个实施例中,方框82包括用于组合来自接收机分支的上行链路数据的组合器,此组合器可以组合在GSM均衡器(未示出)的输出端上提供的软信息(每比特或脉冲串)。可选择地,可以由方框82内的均衡器使用合适的算法执行上行链路数据的组合,也可以通过选择提供最佳质量的接收机分支并抛弃其余的接收机分支来进行组合,也可以使用上述组合技术的组合。
参见图4,示出根据本发明另一实施例的BTS 20的方框图。BTS 20包括一对相同的TRX 93。每个TRX 93包括发射机部分86、两个接收机部分95、基带处理器88和TRX控制器90。在发送下行链路基带数据时,基带处理器88通过业务总线74从BSC 16接收正确编码的数字化语音并将它提供给信道编码器102,此信道编码器102根据GSM特定的协议编码和多路复用此语音。耦合到信道编码器102的发射机部分86通过天线24发送下行链路基带数据。
接收机部分95利用相应的下变频方框91(仅示出一个方框)对来自移动站12的上行链路信号进行下变频。由TRX控制器90控制下变频方框91以便设置上行链路RF信道的接收机频率。TRX控制器90根据业务总线74上来自BSC 16的指令设置接收机频率。在下变频接收的信号之后,接收机部分87利用抽样器方框92(仅示出一个方框)对信号(例如,相位与幅度)抽样,以便提供抽样的信号数据给基带处理器88。
在示例实施例中,RSSI估算器94在线路95上提供RSSI信号,此信号是上行链路RF信道的传播特性的测量值。RSSI估算器94测量空闲信道期间的噪声干扰电平和有效信道期间的接收信号强度。耦合到业务总线74的TRX控制器90处理从BSC 16中接收的指令并发送诸如各种TRX测量的TRX相关信息给BSC 16。在此安排下,TRX 76周期性地将RSSI信号和噪声干扰电平报告给BSC 16。BSC 16根据RF信道的质量选择分集时隙与非分集时隙。利用其接收机部分95,TRX93通过连续测量和平均RF信道上的噪声干扰电平来检测信道活动性。根据这样的测量,TRX 93能将RF信道的质量通知BSC 16。通过将特定信道的测量与平均干扰电平测量进行比较,BSC能评估特定信道的质量。干扰电平越低,那个信道上的接收质量越好。
本发明使用连续测量的上行链路信号质量参数或其组合来分配分集与非分集时隙。这些参数包括误码率(BER)、帧删除率(FER)或是上行链路RF信道的接收信号质量的测量值的接收信号强度电平(RX-LEV)参数。以公知的方式,利用RSSI方框94测量RX-LEV,并且利用BTS 20中的信道解码器测量BER与FER。BSC 16从BTS 20中接收RSSI信号并将这些信号与相应的门限进行比较。优选地,选择传播路径参数BER、FER或RX-LEV之一或其组合与之进行比较的相应门限来表示保证或分集或非分集时隙的使用的条件。例如,低于下门限的RX-LEV值将保证分集接收的使用,并且超过上门限的RX-LEV值将表示非分集接收的合适性。当然,选择上与下门限以便引入滞后。一旦表示保证分集使用的条件,BSC分配用于与移动站通信的分集时隙。BSC 16则进行BTS内转移以便从非分集时隙转移到分集时隙。如果表示非分集接收的合适性,则BSC 16能从分集时隙转移到非分集时隙。
在初始选择阶段期间,BSC 16确定每个RF信道的空闲信道质量。根据与RF信道上接收信号质量有关的预定义准则,BSC 16分配某些RF信道用于分集接收并分配其他RF信道用于非分集接收。例如,因为由具有超过预定义门限的空闲信道质量的RF信道提供的上行链路接收质量不要求分集接收的使用,所以这样的信道的所有时隙可以分配为非分集时隙。相反地,具有低于门限的信道质量的RF信道的所有时隙可以分配为分集时隙来改善这样的信道上的上行链路覆盖。
如前所述,本发明组合从接收机分支接收的上行链路信号以便在逐个时隙的基础上改善上行链路接收信号质量。优选地,从不同接收机分支接收的上行链路基带数据利用相互连接TRX93的基带总线79动态地进行组合。系统10内的每个RBS 22也包括基带总线79,是TDMA总线的基带总线79支持允许RBS 22有选择地寻址用于在指定的时隙期间接收与发送信息的TRX 93的协议。此基带总线协议使用单独的数据分组来在TRX 93之中传送基带数据以及地址与控制信息。由每个TRX 93组合的分组在基带总线79上传送基带数据及其TRX地址。以这种方式,利用基带处理器88组合的上行链路基带数据分组能与用于分集接收的BSC 16所选择的TRX 93的地址相关。
基带处理器88包括从TRX 93的两个接收机分支中接收上行链路抽样信号数据的均衡器100。均衡器100生成用于每个接收机分支的每比特或脉冲串(基带数据)的软信息或由均衡器100组合的用于接收机分支的软信息。均衡器100将上行链路基带数据放置在基带总线79上。基带总线79上的上行链路基带数据提供给信道解码器97,此信道解码器97组合来自接收机分支的基带数据并根据GSM特定协议解码基带信号。信道解码器97将解码的基带信号放置在业务总线74上,以便由BSC 16进一步进行处理。在业务总线74上,一直将RBS22内包括天线连接结构的各种操作情况通知BSC 16并且BSC 16提供地址与定时信息给TRX 93。BSC提供有关参与分集接收的TRX的地址信息给TRX控制器90。TRX控制器90则命令信道解码器97组合来自所寻址的TRX的上行链路基带信号数据。以这种方式,因为BSC能指定用于分集接收的TRX地址,所以基带总线79的使用显著地有助于逐个时隙基础上的本发明的选择分集接收。
根据在业务总线上提供的信息,BCF 68确定与每一个TRX有关的故障情况,BCF 68通过A-bis总线将故障情况报告给BSC 16。根据本发明的还一特性,BSC 16根据RBS故障报告重新构造和重新分配用于分集或非分集接收的RBS资源。例如,如果RBS 22报告有关其接收机部分之一的故障情况,BSC 16将不分配有故障的TRX 93用于分集接收。如果在RBS操作期间出现故障,分配用于分集接收的TRX93将作为资源重新进行分配,甚至消除,直至治愈故障情况。一旦治愈,TRX 93可以由BSC 16分配用于分集接收。
众所周知,在每一个接收机分支中生成的噪声相互无关,并因此不相关。因此,灵敏度根据附加的白高斯噪声(AWGN)信道增加10log10(N)dB,其中N是具有非相关噪声源的接收机分支数量。因此,通过保证利用接收机分支接收的信号基本上不相关来改善同频道与相邻信道拒绝。如前所述,天线24相互隔开,以便足以提供基本上不相关的上行链路接收信号。
从前面的描述中将认识到:根据本发明的通信系统10显著改善上行链路接收信号质量,同时提供有效的分集与非分集源的分配。已确定:本发明将系统的上行链路覆盖增加5dB。本发明根据移动站12与BTS 20之间的各条RF链路以及根据系统10的操作情况分配分集与非分集资源。如上所述,以动态方式处理改善的覆盖与容量。根据本发明的资源分配增加整个系统10内的通信。这尤其在严重拥塞的通信小区中将允许更多的呼叫进行。
虽然已经结合最佳实施例具体描述了本发明,但本领域技术人员将意识到:可以进行各种修改而不脱离本发明。因此,本发明仅用计划包含所有其等效物的下面的权利要求书来定义。
Claims (28)
1.一种数字通信系统,用于在细分为多个时隙的射频(RF)信道上提供通信覆盖,在这多个时隙期间与至少一个移动站传送信息,此系统包括:
基站,包括多个接收机分支,用于在许多分集与非分集时隙之中选择的时隙上从此移动站接收上行链路数据,其中分集时隙是其间利用比非分集时隙多的接收机分支接收上行链路数据的时隙;和
控制器,根据将此移动站链接到基站的至少一个RF信道上的接收信号质量的测量分配分集与非分集时隙。
2.根据权利要求1的通信系统,其中接收信号质量的测量对应于至少基站上接收信号强度的测量或基站上误码率的测量或基站上的帧删除率之一。
3.根据权利要求1的通信系统,其中此基站测量空闲RF信道的质量,其中此控制器响应此空闲信道质量的测量来选择分集与非分集时隙。
4.根据权利要求1的通信系统,其中此基站包括均衡器,用于组合上行链路数据。
5.根据权利要求1的通信系统,其中此基站包括基带总线,用于选择寻址用于在非分集或分集时隙期间接收的接收机分支。
6.根据权利要求1的通信系统,其中此控制器根据从此基站接收的故障报告分配分集与非分集时隙。
7.根据权利要求1的通信系统,其中天线构造为空间分集。
8.根据权利要求1的通信系统,其中天线是双极化天线。
9.根据权利要求1的通信系统,其中此控制器执行基站内转移,以便在非分集时隙与分集时隙之间转换接收。
10.一种基站,用于在细分为多个时隙的RF信道上发送与接收信息,在这多个时隙期间与至少一个移动站传送信息,此基站包括:
多个接收机分支,用于在许多非分集与分集时隙之中任何一个时隙上从此移动站接收上行链路信息,其中分集时隙是其间利用比非分集时隙多的接收机分支接收上行链路数据的时隙;和
控制器,根据将此移动站链接到基站的至少一个RF信道的接收信号质量测量分配分集与非分集时隙。
11.根据权利要求10的基站,其中接收信号质量的测量对应于至少基站上接收信号强度的测量或基站上误码率的测量或基站上的帧删除率之一。
12.根据权利要求10的基站,其中此基站测量空闲RF信道的质量,其中此控制器响应此空闲信道质量的测量来选择分集与非分集时隙。
13.根据权利要求10的基站,其中此基站包括均衡器,用于组合上行链路数据。
14.根据权利要求10的基站,其中此基站包括基带总线,用于选择寻址在非分集或分集时隙期间使用的接收机分支。
15.根据权利要求10的基站,其中此控制器根据从基站接收的故障报告分配分集与非分集时隙。
16.根据权利要求10的基站,其中天线构造为空间分集。
17.根据权利要求10的基站,其中天线是双极化天线。
18.根据权利要求10的基站,其中此控制器执行基站内转移,以便在非分集时隙与分集时隙之间转换接收。
19.用于在细分为多个时隙的至少一个射频(RF)信道上从至少一个移动站中接收上行链路数据的一种方法,包括:
在许多分集与非分集时隙之中所选择的一个时隙期间从此移动站接收上行链路数据,其中非分集时隙是其间利用比分集时隙少的接收机分支接收上行链路数据的时隙;和
根据将此移动站链接到基站的至少一个RF信道的接收信号质量测量分配分集与非分集时隙。
20.根据权利要求19的用于接收上行链路数据的方法,还包括组合在至少非分集时隙期间接收的上行链路数据。
21.根据权利要求20的用于接收上行链路数据的方法,其中对通过基带总线从所选择的接收机分支接收的数据进行组合。
22.根据权利要求21的用于接收上行链路数据的方法,其中利用均衡器来执行上行链路数据的组合。
23.根据权利要求19的用于接收上行链路数据的方法,其中接收信号质量的测量对应于基站上接收信号强度的测量,或基站上误码率的测量或基站上的帧删除率。
24.一种设备,用于在细分为多个时隙的至少一个射频(RF)信道上从至少一个移动站中接收上行链路数据,此设备包括:
接收机分支,在许多分集与非分集时隙之中选择的一个时隙期间从此移动站接收上行链路信息,其中非分集时隙是其间利用比分集时隙期间少的接收机分支接收上行链路数据的时隙;和
用于根据将此移动站链接到基站的至少一个RF信道的接收信号质量的测量分配分集与非分集时隙的装置。
25.根据权利要求24的用于接收上行链路数据的设备,还包括组合器,用于组合在至少非分集时隙期间接收的上行链路数据。
26.根据权利要求25的用于接收上行链路数据的设备,其中此组合器包括用于通过基带总线从所选择的接收机分支接收数据的装置。
27.根据权利要求25的用于接收上行链路数据的设备,其中此组合器包括组合上行链路数据的均衡器。
28.根据权利要求24的用于接收上行链路数据的设备,其中接收信号质量的测量对应于基站上接收信号强度的测量,或基站上误码率的测量或基站上的帧删除率。
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