CN1278391A

CN1278391A - 多模式通信系统及其通信方法

Info

Publication number: CN1278391A
Application number: CN 98810665
Authority: CN
Inventors: 莱尼·杰普森; 罗列·奥内尔; 莱萨·卡里米; 贝扎德·莫赫比
Original assignee: Motorola Ltd
Current assignee: Motorola Solutions UK Ltd
Priority date: 1997-10-27
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2000-12-27
Also published as: WO1999022534A1; GB9722511D0; GB2330729A

Abstract

提供了包括至少一个中心站(101)和多个远程单元(103)的一个通信系统(100),这个通信系统(100)利用一共享的频谱(203)同时在上行键路方向和下行链路方向上进行通信。根据本发明,在两个方向上使用了不同的发送方法,以减少使用共享频谱在上行链路方向上进行通信的远程单元(103)和使用共享频谱在下行键路方向上进行通信的远程单元(103)之间的交叉干扰。不同发送方法的特征是在一个发送方法(401)中,信号能量优选在时间和频率域中是分散的,而在另一个发送方法(403)中,信号能量在频率和时间域中是集中的。

Description

多模式通信系统及其通信方法

本发明涉及包括至少一个中心单元和多个远程单元的一个通信系统，这个通信系统利用一个共享的频带。

包括至少一个中心单元和多个远程单元的通信系统通常使用频谱或者频带中相互分开的部分来用于上行链路(远程单元发送到中心站)和下行链路(中心站发送到远程单元)的传送。这样一个系统的一个典型示例是全球移动通信系统(GSM)，其中上行链路和下行链路传送所使用的频带相距45MHz。

使用相互分开的频带的一个主要缺点是需要为上行链路和下行链路传送所需频谱进行一个固定的分配，而固定的频谱分配并不方便和灵活。

在许多系统中，在上行链路和下行链路之间的业务量分配随着时间发生很显著的改变。所以，在每一个方向上进行一个固定的频谱分配就需要分别考虑在上行链路和下行链路上的最坏的情形，尽管总的业务量可能会比两个方向上最坏情形的和少得多。如果在上行链路和下行链路上可以进行动态地频谱分配，就可以大大改善频谱使用的效率。

作为一个示例，正如所认识到的，在将来的通用移动通信系统(UMTS)中，在上行链路和下行链路上的业务量分布随时间的改变将非常的大。结果，正如所讨论的，如果UMTS空中接口能够在上行链路和下行链路方向上动态地共享频谱，那将是非常有利的。

在通信系统中区分不同的无线信号可以使用不同的时间，不同的频率，不同的码，或者及其组合来实现。但是，当在上行链路和下行链路方向上共享相同的频谱时，如果在所希望的信号和不希望的信号之间的功率变化很大时，其区分就变得异常的困难。一个典型的示例是一个远程单元位于覆盖区域的边缘的一个情形，由此这个远程单元从这个中心站所接收的信号很弱。同时，一个附近的远程单元可能会使用一个很高的功率电平向这个中心站进行发送，因为这个远程单元也位于覆盖区域的边缘，由此产生了一个很强的干扰信号。

如果信号在时间上是分开的，例如在一个时分多址(TDD)的方法中，干扰可以被限制到没有被当前远程单元所使用的时间间隔期间，所以信号的分隔是非常有效的。但是，因为在发送和接收之间需要一个保护时间，所以使对任何超过非常小的小区(典型地，小于1公里)来说，一个时分的方法是不实际的。频分复用需要对不希望出现的信号有一个很大的衰减，这是因为信号之间的功率变化很高，而这对滤波器提出了很高的要求，从而要求使用大的和昂贵的滤波器。类似地，因为信号之间的功率变化很大，码分复用也需要对不希望出现的信号有很大的衰减，而这导致需要非常长的码，而这使接收器的设计变得非常的复杂。

所以，需要一个新发明来实现在上行链路和下行链路方向上的频谱共享。

根据本发明，提供了包括一第一中心站，多个远程单元，和用于向多个远程单元提供通信服务的一个频谱的一个通信系统，这个通信系统包括：使用第一发送方法，在第一方向上，使用这个频谱的第一部分来在第一中心站和第一远程单元之间进行发送的装置；这个通信系统的特征是包括：使用第二发送方法，在第二方向上，使用这个频谱的第一部分在这个中心站和第二远程单元之间同时进行发送。

不同的发送方法的优选特征是：一个发送方法的信号能量优选在时间和频率域中是分散的，而另一个发送方法的信号能量在频率和时间域内是集中的。

根据本发明的一个特征，分布的能量信号的分布可以是不均匀的，由此可以以最小的交叉方向上的干扰将信号能量集中在某些频率上。根据本发明的另一个特征，可以向多个远程单元这样分配频谱，以使使用频谱的共享部分进行上行链路和下行链路发送的远程单元在地理上是分开的，由此增加远程单元之间的最小耦合损耗，这样来减小干扰。

根据本发明的第二个方面，提供了一个方法来在包括一第一中心站，多个远程单元，和用于向多个远程单元提供通信服务的一个频谱的一个通信系统中进行通信，这个方法包括步骤：使用第一发送方法，在第一方向上，使用这个频谱的第一部分来在第一中心站和第一远程单元之间进行发送；和这个方法的特征是包括步骤：使用第二发送方法，在第二方向上，使用这个频谱的第一部分在这个中心站和一第二远程单元之间同时进行发送。

图1是本发明是应用的一个典型的通信系统的一个示例。

图2是在一个优选实施方式中，用于上行链路和下行链路业务的频带分配的一个示例图。

图3是一个远程单元的一个优选实施方式的一个示例。

图4是根据本发明，信号能量是分散的或者是集中的一个示例。

图5是能量分散的信号中，信号能量分布不均匀的一个示例。

图6是将共享频带中的信道分配到多个远程单元的一个优选示例。

图7是向用户分配信道的一个优选方法的一个处理流图的一个示例。

根据本发明，提供了允许在上行链路和下行链路方向上共享频谱的一个通信系统100，这个系统包括至少一个中心站和多个远程单元。图1显示了这样一个系统，其中一个中心站101经过无线信道105与多个远程单元103进行通信。详细地，这个通信系统可以是一个蜂窝系统，其中这个中心站在一特定的地理区域107内向用户提供业务服务覆盖，而其它的地理区域109，111被其它的中心站113，115所覆盖。这样一个系统的一个示例是遵循欧洲通信标准协会的标准的UMTS蜂窝系统。

根据本发明，至少一部分频谱被分配用于在上行链路和下行链路方向上同时进行通信。图2显示了一个优选的频谱分配200。一部分频谱被分配用于上行链路201，另一部分频谱被分配用于下行链路205，第三部分频谱被分配用于由上行链路和下行链路所共享203。因为在独立的上行链路和下行链路频谱201，205中的干扰比共享频谱203中的干扰小，所以优选使用这两个独立的频带来执行呼叫建立。在某些情形下，共享频谱中的干扰将变得很严重，例如如果一个远程单元使用这个频带来进行上行链路发送，而这个远程单元离使用这个相同频带来进行下行链路发送的一个远程单元很近的话。

本发明的原理是采用不同的发送方法来在至少这个共享频谱部分使用一个混合空中接口，这些不同的发送方法使上行链路和下行链路之间的串扰最小。这个优选系统将在一个方向上使信号能量尽可能地分散，而在另一个方向上使信号能量尽可能地集中。在一个方向上将信号能量扩展可以是在时间和频率域上将信号能量进行扩展，类似地，在另一个方向上将信号能量集中也优选在时间和频率域上对信号能量进行集中。

图3显示了一个远程单元103的一个优选实施方式。这个远程单元103包括连接到一个双工器311的一个天线301，而这个双工器311又连接到一个接收器单元303和一个发送器单元309。这个接收器单元和发送器单元303，309连接到一个控制器305，这个控制器305连接到一个用户接口307。这样，这个远程单元103提供了在一个控制器305的控制下，发送和接收用户数据的装置。这个发送单元309能够使用与接收单元303中的方法不同的方法来进行发送。例如，根据本发明，发送单元309可以采用一个时间上连续的宽带信号，而接收单元303采用一个时分的窄带信号。另外，发送器单元309和接收器单元303也可以使用多个发送方法并且可以工作在多个不同的频带。中心站101与远程单元103类似，但是其可用的发送方法典型地是与远程单元103所使用的方法相应的方法，以使远程单元103中的接收单元303可以使用的发送方法可以被中心站101中的发送单元309所使用，反过来也是一样。使用何种发送方法是在远程单元103，中心站101中的控制器305中被决定的，或者也可以是整个系统来决定的。使用各种发送方法的接收器和发送器的设计细节在该领域中是众所周知的，该领域的技术人员可以使用任何已知的发送器或者接收器设计方法，而不会偏离本发明。

图4显示了一个优选的能量分布400，其中显示了一个能量分散的信号401和能量集中的信号403。

当考虑频率域时，能量分散的信号401与无线信号占据很宽的带宽但是其频谱能量密度较低的一个宽带信号相应。优选地，这个信号被使用一个在该领域中众所周知的一个扩频技术来进行扩展。其它替代的扩展信号的方法包括已知的技术，例如跳频技术，或者通过引入冗余数据来增加信号的带宽的技术。后者的一个示例是使用前向纠错(FEC)码，它允许使用低的功率谱密度但是带宽变宽的方式来进行发送。能量集中的信号与标准的窄带信号相应，其中不使用频率扩展后者仅使用有限的频率扩展。

当考虑时间域时，与能量集中的信号的发送相比，能量分散的信号与持续时间长的一个信号相应，优选地，它是一个连续信号。能量集中的信号与以突发脉冲串形式发送的信号而不是连续发送的信号相应。例如，这些信号是TDMA通信系统中所使用的信号。这样，能量分散的信号的特征是发送功率的变化相对较小，而能量集中的信号在发送突发期间有很高的功率峰值。

当接收信号时，就减少干扰电平，减少使用降低干扰的接收器技术的几率，和减少使用使给定干扰的影响最小的技术的几率来说，这两个发送格式之间大的不一致性是非常有利的。

当接收能量集中的信号，例如一个频率不扩展的TDMA信号时，从一个可能的、附近的强干扰源来的干扰能量将在时间和频率上进行扩展。由此，包括在这个相关时隙中和窄的频率信道中的干扰能量被最小化。作为一个示例，如果一个GSM语音呼叫被考虑成使用一个200kHz的信道。假定一个干扰信号被扩展到5MHz(如UMTS系统中所考虑的)，那么这个干扰信号在窄带GSM信道中的干扰功率将减少25倍，即减少14dB。干扰功率的减少将大大减少接收器所需的动态范围。另外，GSM TDMA信号有一个1/8的占空比，这样总的干扰能量的减少是200倍，即23dB。

当接收能量扩展的信号时，能量集中的信号将有一个很高的干扰电平，但是这在时间和频率域上优选是集中的。这样，通过使用例如一个陷波滤波器来进行滤波，可以去除这个高的干扰。这又去除了一个潜在的、电平很高的干扰，由此大大减少了这个接收器所需的动态范围。对这个不希望出现的窄带干扰源所进行的滤波也可以去除一部分希望出现的信号。但是，因为这个滤波集中在一个窄带和一个短时隙内时，在大多数情形下这个影响是可以接受的。这个干扰源将局限于在一短的时间间隔内，在这个时间间隔内的交织处理和FEC编码将大大减少这个干扰源所造成的误比特的数量。如果这个能量集中的信号是一个TDMA信号，将优选在整个帧长内进行交织处理和编码。

根据本发明，根据对和来自使用共享的频谱在另一个方向上进行通信的远程单元的干扰，通过将能量信号在频率域内进行不均匀的扩展，可以进一步减少干扰电平。这被显示在图5中，图5显示了一个均匀扩展的信号501，一个能量不均匀扩展的信号503，和窄带信号505。图5还显示了表示在一个方向上进行通信的扩频信号，和表示在另一个方向上进行通信的窄带信号。通过将扩频信号的能量集中在没有被窄带信号所使用的频带，将减少对窄带信号的干扰，也可以减少窄带信号对其它信号的干扰。

作为一个示例，目前的CDMA系统所使用的扩展码对一个平坦频率响应来说是优化的，因为这对一个纯CDMA系统来说能够产生最佳的性能。但是，在所推荐的系统中，某些频率上的干扰将比其它频率上的干扰大得多，由此优选采用不平坦的扩展码，它将CDMA信号能量集中在干扰最小的某些频率上。例如，如果窄带干扰源被分配到较高的频率，就可以使用将信号能量集中在较低频率的一个扩展码(图5)。任何其它的分布可以被平等地应用于本发明，例如，可以周期性地分配窄带载波或者将窄带载波分配到频带中的较低部分或者中间部分，以使系统对扩频信号的给定频谱形状来说是最优的。根据窄带干扰源的数目和电平，可以自适应地使用这个方法。通过改变扩展码，或者通过修改扩频信号的脉冲形状，可以获得扩频信号的形状。如果使用跳频的方法来实现扩频，可以通过将跳频的频率集中在干扰较少的频带，就能够简单地获得这个效果。

本发明的另一个方面是，通过将共享频谱中的信道分配给在地理位置上是分开的远程单元，就可以减少所描述通信系统中远程单元之间的干扰。图6显示了分配原理的一个示例，它显示了一个中心站601，多个远程单元603和3个区域605，607和609，这3个区域根据到中心站601的距离将远程单元分成组。根据本发明，可以使用专用的频谱部分来建立呼叫，并且可以使用这样一个方法来给呼叫分配共享频谱中的信道，以使它们使用共享的频谱在一个方向上进行通信，而在另一个方向上使用合适的专用频谱进行通信。共享频谱的分配原理是它在一个方向上被离中心站最近的远程单元所使用。在相反的方向上，它被离中心站最远的远程单元所使用。参考这个图，例如，在区域605中的远程单元603的下行链路将被分配到共享频谱，而其上行链路将被分配到专用上行链路频谱，而在区域609中的远程单元的上行链路将被分配到共享频谱，其下行链路信道被分配到专用频谱。基本的分配原理这样来分配信道，以使在共享频谱中进行上行链路通信的远程单元离在下行链路方向上使用共享频谱的远程单元尽可能的远。这将使共享相同频谱的远程单元之间的最小耦合损耗最大，由此使干扰最小。

图7显示了这个方法的一个优选实施方式的一个处理流图700。这个方法优选是在这个中心站601的控制器中实现，但是也可以在远程单元603中被实现，或者分布于整个系统中。

处理从步骤701开始，其中估计在中心站601和远程单元603之间的距离。远程单元603离中心站601越远，传播损耗就越高，并且其优选方法可以从所接收信号的强度和发送功率电平来估计距离，或者简单地从一给定发送质量下的发送功率电平来估计距离。但是，其它替代的估计距离的方法可以包括测量传输延迟，例如GSM系统中的定时，或者使用位置信息，例如从包括在远程单元中的全球定位系统接收器来的信息，如某些未来通信系统所设想的。

步骤701之后是步骤703，其中将共享频谱中的无线信道分配到最远的远程单元603。分配使远程单元603在一个方向上的信道被分配到合适的非共享频谱，而在第二个方向上的信道被分配到共享频谱中。

步骤705也是在步骤701之后，并且可以与步骤703无关，而是将信道分配到最近的远程单元603。其分配方法与步骤703中将信道分配给最远的远程单元的方法相反。这样，远程单元在最远的远程单元603使用共享频谱的这个方向上，使用分配在合适的非共享频谱上的信道进行通信。进一步，这个最近的远程单元603在相反的方向上使用分配在共享频谱中的信道进行通信，但是使用根据本发明的发送方法不同的方法来进行发送。

这样，本发明提供了根据在上行链路方向和下行链路方向上使用不同的发送方法来进行通信的一个通信系统或者方法。使用两个不同的发送方法允许上行链路信号和下行链路信号有很大的不同，而这使这些信号之间的交叉干扰最小。结果，就基本上实现了使用一个共享的频谱部分同时在两个方向上进行通信。

Claims

1.一个通信系统(100)，包括第一中心站(101)，多个远程单元(103)，和向多个远程单元提供通信服务的一个频谱，这个通信系统包括：

使用第一发送方法，在第一方向上，使用这个频谱的第一部分(203)来在第一中心站(101)和一第一远程单元(103)之间进行发送的装置；

和这个通信系统的特征是包括：

用于使用第二发送方法，在第二方向上，同时使用这个频谱的第一部分(203)在这个第一中心站(101)和第二远程单元之间进行发送的装置。

2.如权利要求1的一个通信系统，其特征是所述第一发送方法使用能量分散的信号，所述第二发送方法使用能量集中的信号。

3.如权利要求1的一个通信系统，其特征是所述第一发送方法使用一个基本上在时间上是连续的、并且功率变化较低的信号，所述第二发送方法使用在时间上是不连续的、并且在突发发送期间有高的峰值功率的信号。

4.如权利要求1的一个通信系统，其特征是在所述第一方向上使用一个时分多址(TDMA)的方法，而在所述第二方向上使用码分多址(CDMA)的方法。

5.如权利要求1的一个通信系统，其特征是在所述第一方向上使用一个正交的频分多址(OFDMA)的方法，而在所述第二方向上使用码分多址(CDMA)的方法。

6.如权利要求1的一个通信系统，其特征是所述频谱的第二部分(201)专用于在所述第一方向上进行通信，而所述频谱的第三部分(205)专用于在所述第二方向上进行通信。

7.如权利要求6的一个通信系统，进一步包括用于分配用户的一个控制器(305)，其特征是包括：

a)用于估计从所述第一中心站到所述多个远程单元(103)的距离的装置；

b)用于将频谱中的所述第一部分(203)中的信道分配给所述远程单元(103)中的最远的远程单元来在所述第一方向上进行通信，和将频谱中的所述第三部分(205)中的信道分配给所述远程单元(103)中的最远的远程单元来在所述第二方向上进行通信的装置；和

c)用于将频谱中的所述第一部分(203)中的信道分配给所述远程单元(103)中的最近的远程单元来在所述第二方向上进行通信，和将频谱中的所述第二部分(201)中的信道分配给所述远程单元(103)中的最近的远程单元来在所述第一方向上进行通信的装置。

8.如权利要求1的一个通信系统，其特征是所述第一发送方法使用能量谱密度低的宽带信号(401)，而所述第二发送方法使用能量谱密度高的窄带信号(403)。

9.如权利要求8的一个通信系统，其特征是所述宽带信号(503)是不均匀分散的信号。

10.如权利要求8的一个通信系统，其特征是进一步包括：

用于当接收所述宽带信号(401)时，选择性地去除所述窄带信号(403)的装置。

11.用于在一个通信系统中进行通信的方法，该通信系统包括第一中心站(101)，多个远程单元(103)，和用于向多个远程单元提供通信服务的一个频谱的，这个方法包括步骤：

使用第一发送方法，在第一方向上，使用这个频谱的第一部分(203)来在第一中心站(101)和第一远程单元(103)之间进行发送；

和这个方法的特征是包括步骤：

使用第二发送方法，在第二方向上，同时使用这个频谱的第一部分(103)在这个中心站(101)和第二远程单元之间进行发送。