CN1273014A - 控制通信系统的一种方法和利用该方法的系统 - Google Patents

Abstract

介绍了一种方法,这种方法用于控制采用连续FDD信道的通信系统。信道的每一个时间段被分成预定数量的子段。对于第一组时间段,在所有的子段里重复相应时间段的通信信号数据,对于第二组时间段,将一个或更多的子段用作空周期,在空周期里中断从第一个台到第二个台之间通信信号的发射。在第二组的其余子段里发射通信信号数据。这一方法使得CDMA FDD系统里可以建立分了时隙的发射模式,而不必改变CDMA系统的扩频系数

Description

控制通信系统的一种方法和利用该方法的系统

技术领域

本发明涉及控制通信系统的方法，特别涉及允许询问无线电系统中的其它信道，以便产生切换请求。具体地说，本发明涉及从工作于频分模式的已建立信道实施切换。

技术背景

大家都知道在蜂窝系统里需要进行切换控制，已经有许多的技术用来改变跟移动单元通信的基站。本发明特别涉及不同系统之间，或者是支持一个以上的频道或不同区域内不同通信类型的同一系统内的通信信号切换。

为了让移动台能够决定何时切换合适，必须对一些可选信道进行某种监测，以便做出正确的切换判决。如果一个现有通信信道工作在CDMA频分双工(FDD)模式就会出现问题，因为实质上在通信信道的所有时间帧上都有用户数据，因此移动台根本没有时间监测可选通信信道。这一问题一种可能的解决方案是给每一个移动台装两个接收机，一个接收基站发射出来的用户数据，另一个监测其它信道的状况。当然应当尽量避免让每个移动台都使用两个接收机。

另一个方法是使用分了时隙的传输模式，在其中的一些帧或者所有帧里，除了部分帧持续时间以外，基站发送所有的帧数据。这通常要求提高信息传输速率，例如在扩频系统里减小扩频系数。在一帧的留下的时间内不向移动台发射任何信息，在帧中构成一个空周期(NullPeriod)。在这一空周期里也可以发射信息，但移动台可以忽略这些信息。这些空周期使得移动台能够在空周期里利用一个接收机完成信号测量，以便分析其它信道或频带的状况。然后利用这一分析评估是否需要切换。

WO 94/29981公开了在DS-CDMA系统中进行切换的一种发射系统，其中有空闲周期，否则就是连续发射。在有一个空闲周期的一帧里，用较高的发射功率和较小的扩频系数发射信道数据。在空闲周期里移动台监测其它的信道以实施无缝隙切换。

WO 94/29981系统的一个问题是，它需要动态地改变CDMA码的扩频系数。空闲周期的同步也是一个问题。

例如为了评估切换到一个可选信道是否合适，移动台需要获得其它信道的信息，这些信息只能在专用时间里发射。例如可以在每一帧的指定位置，比方说在每一帧的报头，传送信道的控制数据。时分复用(TDD)系统中的基站只在时间帧的一部分时隙里发射数据。因此，为了让移动台能够评估另一个信道是否合适，需要在未知专用时间里询问可选信道。

如果这一可选信道的帧跟正使用的信道的帧在时间上重合，就会出现问题，因为移动台询问可选信道的空周期在时间上可能跟用于做出切换决策的控制数据对不上。

发明简述

本发明提供了控制通信系统的一种方法，其中的通信信号是在第一个和第二个台之间用一种信道结构来传送的，该信道包括顺序排列的时间段，进行的传输基本上是连续的，它包括：

将第一个台到第二个台之间的信道的每一个时间段分成预定数量的子段；

对于第一组时间段，在所有子段里的对应时间段里重复通信信号数据；和

对于第二组时间段，将一个或更多的子段用作空周期，在这些空周期里中断第一个台到第二个台之间的通信信号，但在第二组的其余子段里发射通信信号数据。

将一些子段用作空周期使得第一个台的发射机和/或第二个台的接收机可以用作其它目的，例如用于实施切换。第一个台可以是移动台或基站，第二个台可以是基站或者移动台。这些时间段最好包括诸时间帧。利用分段时帧结构，即使是在没有任何空周期的帧场合，都使得码分传输系统里可以采用常数扩频系数。而对于重复数据(高比特率)的帧，接收终端可以将数据合并，跟普通较低比特率传输相比很少增加或者根本不会增加出现差错的机会。当然，信号的比特率并不一定是常数，例如，在可变速率语音编码的情况下就不是常数。

在第二组中每一时间段里至少一部分剩余的子段中，可以用提高了的发射功率发射信号，使得接收信号有可以比较的差错特性。

在第二个台到第一个台之间的信道里，最好也有一些空周期，其中的一些空周期可以用第一个台到第二个台的信道里的空周期来同步。这在切换信道监测的过程中将最大限度地减少干扰。

在这些空周期里，可以用第二个台测量可选通信信道，如果测量过程中发现有一个更合适的信道，就根据测量结果产生切换请求。第二组时间段中不同时间段的不同时间子段都可以有空周期。这就可以解决空周期里会不断地错过为切换而监测的可选信道中所需要的数据部分这一问题。

本发明还提供采用上述方法的一种通信系统。

本发明进一步提供一种通信台，用于在分成时间段的一个分配的信道里发射信号，它包括发射装置、将时间段分成子段的同步装置、将通信信号数据分配到多个子段里去的重复装置(repeating means)和将一个或更多的子段安排成空周期在其中中断发射的中断装置，其中对于第一组时间段，重复装置都将通信信号数据分配到所有子段里去用第一个功率发射，对于第二组时间段，中断装置都将每一个时间段的一个或多个子段安排成空周期，中断装置将通信信号数据分配到第二组的其余子段中用第二个功率发射，第二个功率比第一个功率大。

因此发射台可以根据本发明的方法工作。要发射的信号最好用一个码序列扩频，其中在有子段被安排成空周期的时间段里，扩频系数跟没有空周期的时间段里的扩频系数一样。

本发明还提供一种通信台，用来在分配的信道上从发射台接收信号，该信道被分成时间段，时间段分成预定数量的子段，包括接收装置、在作为空周期的子段里中断接收装置的工作的装置、合并子段数据作为单个时间段的重复数据的装置和控制接收装置在空周期里监测其它通信信道的装置。

因此这一通信台可以根据本发明的方法工作。该通信台最好还有解扩装置，在有子段被安排成空周期的时间段里，跟没有空周期的时间段里采用同样的扩频系数。

附图简述

下面将用实例并参考以下附图来说明本发明。

图1说明使用一个可能的时隙传输模式的帧定时数据；

图2说明本发明帧定时；

图3说明能够按照本发明的方法工作的一个发射台的结构；和

图4说明能够按照本发明的方法工作的一个接收台的结构。

优选实施方案

图1中的A部分说明基站和移动台之间下行链路通信的一个可能的帧结构。该信号有许多按顺序排列的帧2。通常一帧占用10ms。每一帧2都有用户数据和控制数据。用户数据和控制数据可能被多路复用在一起，或者每一帧可以分成不连续的段，或者每一个都分配到不同的物理信道里去。例如，每一帧都可以有一个同步序列和传输控制数据的一个报头。本发明特别涉及采用频分双工技术的一个通信系统，其中信号的发射和接收基本上都是连续的。当然还可以采用各种编码和交织技术。本发明是为了解决从一个频分双工系统切换到其它频率、可选系统或者一个系统支持的其它通信模式时所存在的问题。

为了使切换可靠，移动台有必要测量可以作为切换目标的其它基站(甚至同一基站)建立的信道。为了使切换无缝隙，移动台必须在不中断连接的情况下完成这些测量。这要求移动台中有第二个接收机监测可选信道，或者要求移动台周期性地中断它唯一的接收机的工作。为此目的，可以在基站到移动台之间的链路上安排空周期4，在这些空周期里，移动台接收机可以执行除了接收基站信息以外的任务。图1A说明空周期4的一种安排方式，其中每一个空周期4都占用大约半帧，在每四帧的第一帧2里安排一个空周期。

虽然在上述实例和以下实例中，空周期都与一个相应的帧有关，而且空周期占用的时间都比一帧短，但是还可以采用其它的结构。例如，空周期占用的时间可以跟系统的帧一样长，或者更长。此时时间段可以占用许多个帧。

如果采用图1A所示的结构，就需要采取措施来保证帧通信信号数据的发送，而不管由于引入空周期而缩短了可用时间。这要求提高信号的比特率。在扩频系统(例如码分多址CDMA)里，这要求采用一个较小的扩频系数。扩频系数通常定义为扩频序列的码片率跟信息比特率的比值。因此，比特率的改变要求改变扩频系数。完成这一工作的装置取决于特定的系统，但可以要求改变扩频码，或者使用多个扩频码。

在发射终端和接收终端里这样动态地控制扩频系数，可能会给系统的硬件和软件引入额外的复杂性。它还可能要求在用户之间重新分配系统资源(即扩频码)。为了在接收机处维持有效的信噪比，更高的比特率还要求提高发射功率。

如果移动台在空周期4里的监测跟其它基站发射控制信息的时间错开了，图1A所示的基站发射信号就会导致另一个问题的出现。在这种情况下，空周期4可能会其它基站不发射任何信号的一段时间重合。例如，图1B说明利用长度相同的帧2’的另一个基站一种可能的帧结构。图1B中每一帧2’开头处的粗线表示每一帧的控制数据部分6，在这一部分里基站可以发射各种控制信息，例如基站识别信息、说明哪些系统可以使用该信道的信息和该基站支持哪种信号的信息。图1A中的空周期4跟控制数据部分6中的哪一个都不重合，这时移动台无法利用图1B表示的信道收到任何控制信息来决定切换到某一基站是否合适。

这一特殊的问题可能会出现在帧长度相同的非同步系统里，或者它会同样出现在支持不同通信模式的一个系统里。例如，在UMTS(通用移动通信系统)系统里，有人建议让该系统支持频分复用模式和时分复用模式。在这种情况下，图1B表示的信道可以包括UMTS系统内另一个基站，甚至是同一个基站，提供的一个时分复用信道。此时，空周期肯定跟TDD系统的一个基站发射周期吻合，使移动台的测量成为可能。

图2A说明本发明的方法可能使用的一种帧结构。在图2A里，只画出了信道数据占满了的帧10。每一帧10分成了两个子段12，这两个子段都包括同样的信道数据。信道数据用字母A、B、C、D、E和F表示。因此，发射台用一个比需要更高的比特率(从而减少差错率)发射信道数据。本发明的方法还可以独立应用于控制数据和用户数据，但不必用于所有的数据。例如，重复功率控制信息通常没有任何好处，但重复速率或传输格式信息会有某些好处。

图2A所示的信道数据可以包括用户数据或控制数据或者这两者都包括。在UMTS系统里使用多码传输是一种熟知的技术。在这种情况下可以将不同的帧结构用于这种传输，对数据的不同部分可以使用不同的扩频码。(可以把UMTS系统的扩频码看作一个扰频码跟一个信道专用码的组合。因此图2A的帧结构可以跟不使用本发明的子帧方法的其它帧结构一起使用。

利用合适的合并技术，可以获得相同的接收信号质量。这可以通过合并每一重复数据位(或调制码元)的软判决信息来实现。

在一个普通的CDMA系统里，要在一帧里发射的信息经过编码后用最高扩频系数扩频，这样扩谱信息填满了这一帧。但在图2A所示的实例里，帧内完整的信道信息可用时间较短则要求较低的扩频系数。

图2B说明的是本发明中帧结构的一个实例，其中的发射是非连续的。对于某些帧10，将两个子段12中的一个用作空周期14，在这些空周期里不发射任何功率，这样接收台的发射机或接收机就可以用作其它目的。如果在下行链路信号中采用帧结构，移动台就可以在空周期14里利用它的(唯一的)接收机询问其它系统，从而评估是否需要切换。如果在上行链路里使用帧结构，移动台就可以在空周期里将它的发射机用作其它目的，例如向另一个系统发出信号。在移动台和基站组成的系统里，只有某些移动台需要分配一个重复发射结构的无线电载体。

这种帧结构这一方面的优点是发射台(不管是移动台还是基站)不必事先通知接收台它将在发射信号中提供中断功能。可以在帧结构中的导频部分发送一个信号。没有这一导频信号就说明在这一特定的帧里有一个空周期，因此在有空周期的帧里接收信息，接收台不需要对过程进行多少修改或者根本不需要进行任何修改。

但为了进行切换，移动台需要事先知道下行链路信号中空周期的时间关系，从而使移动台的接收机能够切换到另一个频率来评估另一个载体。这可以通过例如事先安排好帧，让其中定期出现空周期而实现。

可以将下行链路信号中的空周期按照一个重复序列连续出现，从而使移动台能够独立地计算出来空周期何时到达。应当在建立信号的时候给出同步信息，这一同步信息决定了至少一个空周期的到达时间。或者由移动台请求给出空周期的到达时间，如果某一时间信息说明需要询问大量的可选信道。这一请求可以通过专用信令来完成。移动台能够灵活地选择空周期的到达时间使得它能够让两个或多个基站同时发射空周期，例如当移动台正从两个基站同时接受用户数据时。可以在某些系统里采用这种方法以增强多样性。

空周期的时间也可以由基础设施来改变而不是按照一种预定的模式。

在图2中用信息方框的高度表示需要的发射功率。如图所示，在有空周期的帧里提高了时间较短的信道数据16的发射功率。这样做提高了信噪比。

另外，可能会有某种操作结构，它能提高信噪比而不需要提高发射功率。例如在产生非连续数据流的一个系统里(例如可变速率语音或视频编解码器)，利用帧里的非连续性，可能需要重复现有数据包来填充数据流中的间隙。非连续发射系统(DTX)能够在实时发射时在时隙中产生空隙，对于发射其间的常数比特率，给出固定的端到端延迟。可以用同样的比特率重复现有数据填充这些间隙，而不是提高发射功率。

在图2B里，两个空周期在它们的帧里相对位置相同。但也可能需要在它们的帧里改变位置。对于检查是否需要切换，这将使空周期跟有相同帧周期的不同系统里帧的不同部分重叠。为了读出可选系统里帧的相关部分可能需要这样做。在图2B中的实例里，可能需要将空周期安排在某些帧的前半部分，而在其它帧中则安排在后半部分。

为了进行切换，下行链路信号将采用上述结构。但移动台到基站之间的上行链路信号最好也插入跟基站信号的空周期4相对应的空周期。这使得移动台能够监测当前信道的相邻频带或同一频带内的信道。这种情况可能会出现在UMTS系统里，其中的TDD和FDD通信模式可能安排在相邻频带里。需要高性能的滤波器来防止移动台发射的信号干扰可选信道的被监测信号，而不需要关闭移动台的发射机。

虽然在图2B中空周期的占空比是0.5(这适合于软切换)，还可以采用其它的占空比。例如在同样依赖于分成两个子段的帧结构的图2C里，空周期占用了0.25帧。这时可以认为每一帧里的数据重复了两次，而且将数据看成有两个部分是很有用的。这样，信道数据A包括数据部分A₁和数据部分A₂。在这种情况下，既然空周期只延续了半个数据周期，那么只有半个数据周期需要用较高的功率发射，也就是图2C里的数据A₂。同样可以在不同的时间帧里让空周期的位置不同，如图2C里的数据E所示，它包括数据部分E₁和E₂。

虽然在前面的说明中是将数据段分成两个子段，但是也可以将它分成更多的子段，例如图2D里的4段。在这一实例中，只用明显大得多的功率发射一次信道数据B，而且空周期14占了0.75帧。在采用这一方案的CDMA系统里需要较小的扩频系数。

图3是发射台产生图2所示信道结构的一个可能结构的原理图。台20包括一个发射机22和一个接收机24。发射信号由编码单元26准备好，该单元对信号完成必要的调制，包括所有的编码(即扩频)或者交织。帧结构由帧生成器28设定，它包括一个重复器30用来在帧内的子段里重复信道数据。帧生成器28还产生帧结构中的控制部分，包括报头和同步信号源。另外，帧生成器还将帧划分成子段。

类似地，接收单元里有一个解码单元30。整个台的控制由控制器32完成，它控制编码器26、解码器30和输入/输出接口32的工作过程。该台还有一个时间控制器34，它提供信息给系统控制器32以影响帧生成器的工作过程，特别是帧中如何安排空周期。为此目的，有一个电路36用来中断发射，它由时间控制器34控制。这一结构能够实现前面介绍的方法。

对实现本发明的方法所需要的结构和硬件操作不做更详细的介绍，因为更具体的细节对本领域里的技术人员来说是显而易见的，本发明的方法可以用普通的设备来实现。

如果将本发明的方法用于改善切换，那么发射台通常就是基站。

图4从原理上说明能够按照本发明的方法工作的接收台的系统结构。接收台40也有一个发射机42和一个接收机44以及有关的编码器和解码器46、48，跟一个输入/输出电路49相连，它们跟图3中的电路功能相同。解码器48也要组合子段中的重复数据。该系统也是由控制器51控制，它也有一个帧生成器电路52用于发射信号。

在台40里，开关53使接收机44停止正常的工作，在下行链路信号中规定的空周期里监测其它的通信信道。此时，接收机44给分析电路54提供信息，分析电路54提供信息给整体控制单元51，控制系统在下一个上行链路信号里发出切换请求。

该控制器还可以对应于下行链路信号里的空周期，中断台40的信号发射。

当然可以将发射台和接收台的功能合并在一个装置里。

不再对可能结构的具体细节做进一步的介绍，因为普通的硬件就可以用于构成按照本发明的方法工作的一个系统。

Claims (11)

1.控制通信系统的一种方法，其中的通信信号是在第一个台和第二个台之间建立的，并采用包括顺序的时间段的信道配置，而由该信道来确定基本上连续的发射，该方法包括：

将第一个台到第二个台之间的每一信道时间段分成预定数量的子段；

在第一组时间段所有的子段里重复相应时间段的通信信号数据；和

在第二组时间段里将一个或更多的子段用作空周期，在这些空周期里中断第一个台到第二个台之间通信信号的发射，在第二组的其余子段里发射通信信号数据。

2.权利要求1的方法，其中在第二组中每一时间段的其余子段中用较高的发射功率发射信号。

3.权利要求1或2的方法，其中从第二个台到第一个台之间的信道里也有空周期，其中至少有一部分跟第一个台到第二个台之间的信道里的空周期同步。

4.权利要求1～3中任意一个的方法，其中的第二组时间段中不同时间段里空周期占用不同的子段。

5.权利要求1～4中任意一个的方法，其中第二个台用于在空周期里监测可选通信信道。

6.权利要求5的方法，其中如果监测过程中发现一个合适的信道，第二个台就根据监测结果发出切换请求。

7.采用权利要求1～6中任意一个的方法的一种通信系统。

8.在分配的分成时间段的信道里发射信号的一种通信台，包括发射装置、将时间段分成子段的定时装置、将通信信号数据分配给多个子段的重复装置以及将一个或多个子段用作空周期的中断装置，在这些空周期里中止发射信号，其中重复装置在第一组时间段里将通信信号数据分配给所有子段用第一个功率发射，在第二组时间段里中断装置将每一时间段的一个或多个子段安排成空周期，重复装置将通信信号数据分配给第二组时间段的其余子段，用比第一个功率高的第二个功率发射。

9.权利要求8的通信台，其中的发射信号用一个扩频序列扩频，有子段被用作空周期的时间段跟没有子段被用作空周期的时间段中扩频系数都一样。

10.从一个发射台通过分配的信道接收信号的一种通信台，该信道被分成时间段，时间段又被分成预定数量的子段，包括接收装置、在空周期子段期间中断接收装置工作的中断装置、在单个时间段重复数据的子段期间合并数据的装置以及在空周期里控制接收装置监测其它通信信道的装置。

11.权利要求10的一种通信台，还包括解扩装置，在有子段被安排成空周期的时间段和没有子段被安排成空周期的时间段里采用同样的扩频系数。

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