CN1342353A - 多路存取通信方法和设备 - Google Patents

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Abstract

只需最小程度改变TDD设备来支持FDD帧结构的通信系统和方法包括了新颖的帧结构,一组用户站(102),每个都有单一的频率合成器,来与基站(401)通信。根据该帧结构(501),一个时间帧由一组时隙组成,每个时隙被分成第一时段和第二时段。来自用户站(102)的信号由用户传输频带发送,并与来自基站通过基站传输频带发送的信号在时间上交替,为用户站提供适当的发送/接收切换(817)时间。

Description

多路存取通信方法和设备
本发明所属技术领域
本发明的领域涉及多路存取通信的方法和设备。
与本发明相关的背景技术
有各种技术允许多个用户与一个或多个固定站(即基站)进行无线通信来使用共享的通信资源。多路存取通信系统的例子包括蜂窝电话网络和本地无线通信系统，比如无线私有分支交换(PBX)网络。在这些多路存取通信系统中，来自不同源的发送信号采用许多的方式区分，比如按照不同的频率、时隙和/或编码来区分。
为了便于引用，此处称按照发送频率不同来区分发送信号的通信系统为频分多路存取(FDMA)通信系统。前向链路在一个频率上传输而反向链路在另一个不同频率上传输的通信系统称为频分双工(FDD)通信系统。
按照发送的相对时间(即，使用时隙)区分信号的通信系统称为时分多路存取(TDMA)通信系统。前向链路在一个时隙(或时段)上传输而反向链路在另一个不同时隙(或时段)上传输的通信系统称为时分双工(TDD)通信系统。DECT系统是一个众所周知的TDD通信系统的例子。
按照发送时编码的方式区分信号的通信系统称为码分多路存取(CDMA)通信系统。在CDMA通信系统中，要发送的数据通常以某种方式编码，该方式使该信号能够“扩频”较宽的频率范围，同时随着扩频的频带范围增加而可以降低发送信号的能量。在接收方，信号被解码，这“解扩”并恢复原始数据。不同的编码可以用于区分发送信号，因此允许多路同时通信，虽然与“窄带”FDMA或TDMA系统相比较而言在较宽的频带和较低的能量级别上通信。因此，不同用户可以在同一频率同时发送信号而不必担心相互干扰。
已经开发或提出了各种“混合”通信系统，其中集中了不止一个多路存取通信技术。比如GSM系统可以看作使用FDD和TDMA的“混合”通信系统。在GSM系统中，每个基站被赋予在其相关频带内的一个发射频率，而移动站使用基站可接收的频带中的一种频率来与基站通信。发送到用户站的信号按照基站发射频率所赋予的时隙通信，而来自用户站的信号以对应基站接收频率的时隙发送。
图3的方框图显示通常与传统的GSM系统相关的空中帧结构301。如图3所示，基站发送时间帧302结合基站发送频率311定义，移动站发送时间帧303结合移动站发送频率312定义。基站发送频率311和移动站发送频率312按照预先确定的频率间隔(比如45MHz)分隔。基站发送时间帧302由一组等间隔基站发送时隙306组成。类似的，移动发送时间帧303由一组等间隔移动站发送时隙307组成。基站发送时间帧302和移动发送时间帧303有相同数量的时隙306，307，比如每个帧有8个时隙306，307。
在运行时，GSM基站在基站发送时隙306发送，在移动发送时隙307接收。移动发送时间帧303按照预先确定的时间305(比如，三个时隙)“偏离”基站发送时间帧302，从而允许移动站有足够的“轮回”切换时间和信息处理时间，也允许转发基站到移动站消息给移动站。
尽管多路存取通信可以采用FDMA，TDMA，或CDMA，或一些变种(比如FDD或TDD)或它们的混合等来实现，但是当设备制造商或操作者希望从一种类型的多路存取通信迁移到另一种类型的多路存取通信时就会出现问题。该问题来自于下面的事实：专门为一种类型的多路存取通信系统制造设备的厂商不能使用另一种多路存取系统，因为在各种通信技术中存在本质的区别，从而导致两种通信系统不仅在通信协议上而且在物理硬件上不兼容。比如，为TDD通信设计的基站不能与FDD手机正常通信，而TDD手机也不能与为FDD通信设计的基站通信。
人们希望设备制造商或服务提供商采用或提供使用不同多路存取通信技术或协议的系统，从而为不同的市场、地理区域或客户类型、或其他情况提供服务。但是，为不同的多路存取通信环境开发不同的设备将显著增加设备设计和制造成本。这种开发过程也有可能导致产生不同的互不兼容的协议，比如他们可能需要不同类型的回程服务，导致更多的设计费用来支持不同的回程格式，很可能需要在同一地区建立两个基站控制器，每个服务于不同类型的基站(如FDD对TDD)。而且，设备制造商或服务提供商可能希望不花费显著的重新设计费用就从一种类型的多路存取通信和协议迁移到另一种类型。
因此，提供设备和方法允许在多个多路存取通信环境中相互通信有很多好处。而且，更为有益的是提供方法和设备用来把一种类型的多路存取服务(比如TDD)转化或适配成不同类型(比如FDD)的服务。
发明简述
从某方面将，本发明提供一种通信系统，它包含的方法和设备使TDD设备只需最小的变化来支持FDD帧结构并执行FDD通信。
在一个实施例中，提供了一种新颖的帧结构。利用该帧结构，每个都具有单一频率合成器的一组用户站，能够与有超过两个频带的基站通信，从而执行FDD通信。根据该实施例，时间帧由一组与基站发送频带相关的基站发送时隙和一组与用户发送频带相关的用户发送时隙组成。基站发送时隙和用户发送时隙都被分成第一时段和第二时段，每个时段一般都由时隙的一半组成。来自用户站的信号以用户发送频带发送，来自基站的信号以基站发送频带发送，两者在时间上交替。在时隙的第一时段，用户站发送给基站；在时隙的第二时段，基站发送给用户站，这样基站和用户站达到希望的不同时发送。
描述到采用本发明原则的至少两种不同的时间帧结构。在一个实施例中，基站与该组用户站中的每一个按顺序进行通信，在与一个给定用户站完成所有双向交流之后再与下一个用户站通信。在该实施例的优选方案中，“活动的”的基站发送时隙和“活动的”的用户发送时隙在时间序列上交替出现。在基站发送时隙，第一时段被设定成无效(即，未被使用)，类似地，在用户发送时隙，第二时段被设定成无效(即，未被使用)。因此，用户站每隔一个用户发送时隙就在第一时段发送，而基站则每隔一个基站发送时隙就在第二时段发送。发送/接收切换时间由活动的用户发送时隙的第二时段和活动的基站发送时隙的第一时段组成。在发送/接收切换期间，正与基站通信的用户站在用户发射频率和基站发射频率之间切换，并进入接收模式。
在另一个实施例中，基站按顺序与一组用户站中的每一个通信，但是并非在与一个给定用户站完成所有双向交流之后才与下一个用户站通信。在该实施例的优选方案中，时间帧仍由一组与基站发送频带相关的基站发送时隙和一组与用户发送频带相关的用户发送时隙组成，基站发送时隙和用户发送时隙都被分成最好是等间隔的第一时段和第二时段。基站发送和用户站发送交替进行。用户站在用户发送时隙的第一时段发送，基站在基站发送时隙的第二时段发送，这样基站和用户站没有同时发送。双工通信信道是如下定义的，在每个双工通信信道中，基站发送与相应的用户站发送之间在时间上由预先确定的时间分隔。因此，双工发送对由在基站时隙的基站发送和在用户时隙的用户发送组成，基站发送和用户发送之间由预先确定的时间(比如，接近时间帧的一半)来分隔，这插入的时间允许用户站进行发送/接收切换。
在另一种情况下，用户站最初被配置成TDD通信，并具有适合于或经过修正适合于执行FDD通信的单一频率合成器，它最好与此处描述的优选FDD时间帧结构一致。可能的修正包括以适当的间隔重新调整用户站频率合成器使之允许FDD通信，重新配置语音/数据处理接口来解决发送/接收切换时间所必需的延迟以及其它修正。
在另一种情况下，基站最初被配置成TDD通信，并具有适合于或经过修正适合于执行FDD通信的单一频率合成器，它最好与此处描述的优选FDD时间帧结构一致。可能的修正包括以适当的间隔重新调整基站频率合成器使之允许FDD通信，重新配置回程接口来解决发送/接收切换时间所必需的延迟以及其它修正。
在另一种情况下，基站最初被配置成TDD通信，并具有适合于或经过修正适合于执行FDD通信的多个频率合成器，它最好与此处描述的优选FDD时间帧结构一致。可能的修正包括以适当的间隔重新配置回程接口来解决基站和用户站发送之间的间隔，以及用户站发送/接收切换时间所必需的延迟等其它修正。
其它有关本发明的实施例、修正、变化和增强也在本文加以说明。
附图简要描述
图1是蜂窝系统示意图。
图2是业界熟知的TDD帧结构的示意图。
图3是GSM帧结构的示意图。
图4是基站的方框图。
图5A和5B是在基站和适合进行FDD通信的TDD用户站之间进行FDD通信的帧结构的示意图。
图6A是描述在用户站调整频率合成器以便执行FDD通信的相对时间关系的时序图。
图6B是描述当发送语音数据之外的差错校验数据时在用户站调整频率合成器的相对时间关系的时序图。
图7是在基站和修改后的TDD用户站之间进行FDD通信所需的另一种帧结构的示意图。
图8的方框图描述了有单一频率合成器的用户站(比如，手机)。
图9的方框图描述了有单一频率合成器的基站。
优选实施例的详细描述
图1的框图是包含基站和用户站的蜂窝通信系统101。在图1中，通信系统101在一组用户站102之间提供通信，包括一组蜂窝103，每个蜂窝含有基站104，基站通常位于接近蜂窝103中心的位置。每个站(包括基站104和用户站102)一般都由接收器和发送器组成。用户站102和基站104采用频分双工(FDD)技术通信，在该技术中，基站104采用一个频带通信而用户站102采用另一个频带通信。不同的用户站102在不同的时间(即不同的时隙)发送信息，此处将进一步描述。
如图1进一步所示，通信系统101还包括基站控制器105，它与特定地理区域的基站104相连接。基站控制器105放大来自多个基站104的输入，并把信息从基站104中继到移动交换中心(MSC)(图中未标)并最终连接到公众交换电话网(PSTN，或“网络”)(图中未标)。基站控制器105还把信息从网络中继到独立的基站104。如果必要的话，基站控制器105执行信号消息转换，信号消息涉及移动管理和呼叫控制，从而使信号消息与基站104使用的通信协议相兼容。
在此处描述的一个或多个实施例中，提供了方法和设备来适配、修正或转换TDD设备(包括TDD用户站与/或基站)从而执行FDD通信。另外还提供了一种新颖的帧结构用于通信，该帧结构尤其适用于适配、修正或转换TDD设备来执行FDD通信。下面将简要描述以前的TDD帧结构，结合对TDD设备在TDD帧结构中通信的情况加以描述。此后将详细描述本发明提供的革新性技术。
图2是业界熟知的TDD帧结构的示意图。在图2中，重复的主要时间帧201由一组时隙(或次要时间帧)202组成。每个时隙202可以由基站104赋予某个用户站102。如果需要的话，用户站102可以被赋予不止一个时隙202，因此时隙202可以连续或不连续的被赋予。
如图2进一步所示，每个时隙202由两个时段205，206组成。在第一(即用户发送)时段205，被赋予该时隙202的用户站102发送用户到基站消息211给基站104。在第二(即基站发送)时段206，基站104发送基站-用户消息212给被赋予该时隙202的用户站102。因此，每个用户站102在她所赋予的时隙202发送和接收，这样允许多个用户站102与同一个基站104通信。
图4和8分别是基站401和用户站801的方框图，它们可能被专门配置成利用现有技术的空中TDD协议(比如图2所描述的)通信。如图4所示，基站401一般由无线电收发器405(包含发送器415和接收器416等)、天线406(连接到无线电收发器405)以及也连接到无线电收发器405的空中控制器410组成。空中控制器410连接到存储缓冲区411，该缓冲区是空中控制器410和回程线路控制器412所共享的。空中控制器410查看无线电收发器405从内存缓冲区411提取信息并发送给与基站401通信的各个用户站102的信息提取过程，并当从用户站102接收到信息时通过无线电收发器405存储信息到存储缓冲区411。回程线路控制器412从存储缓冲区411移出信息通过回程线路430发送给网络，并把回程线路430从网络接收的信息存储到存储缓冲区411，以便无线电收发器405能够获取它。在该方式下，信息从用户站102传递给网络，然后再回来，这样就能支持电话呼叫或类似的通信链路。
图4还进一步描述了空中控制器410的细节。此处描述的空中控制器410由连接到时间帧计数器421和时隙计数器422的时钟420组成。时间帧计数器421和时隙计数器422连接到控制逻辑器423，后者使用来自时间帧计数器421和时隙计数器422的输出形成空中通信的格式化消息。在空中控制器410的控制下，无线电收发器405存储信息到缓冲区411或删除缓冲区411内的信息。
除了包含发送器415和接收器416之外，无线电收发器405还包含发送器VCO(压控振荡器)418和接收器VCO413。发送器VCO418连接到混频器419，用来把发送器415的数据输出转换成需要的发送频率，接收器VCO413连接到混频器414，用来把基站401接收的数据转换成需要的接收频率以便由接收器416处理。混频器418和419耦合到双工复用器417，后者连接到天线406。
基站401的工作频率可以通过为发送器VCO418和接收器VCO413选择需要的电压(比如通过控制来自空中控制器410的比特)来加以选择，从而设置需要的频率输出。如果基站401被配置成使用单一频带在基站和用户站进行TDD通信(比如根据图2所示的帧结构201)，那么发送器VCO418和接收器VCO413可以被设置成同样的频率。另一方面，如果基站401被配置成与此处描述的帧结构相关的FDD通信，那么发送器VCO418和接收器VCO413可以被设置成不同频率(其频率分隔可以是比如45MHZ)。在空中控制器410的控制下可以动态的完成频率选择。另外，发送前或接收后的数据处理一般也可以由空中控制器410的控制逻辑器423控制。
为了便于快速或方便的存储和提取数据，存储缓冲区411可以划分为存储段429，每个存储段429对应一个时隙202。比如，在一个实施例中，当前时隙(比如来自时隙计数器422的输出)可以被用做偏移指针，控制在给定时刻无线电收发器405应该访问哪个存储段429。如果采用TDD通信，或者基站发送和用户站发送之间按时间区分，那么存储段429的组织结构可以如下安排：用户发送时段206的数据和基站发送时段205的数据相邻存放。另外，存储段429可以有其它组织结构，比如所有用户发送时段206的数据存储在缓冲区411的一半，而所有基站发送时段205的数据存储在缓冲区411的另一半。来自控制逻辑器423的控制信号触发或改变每个时段的状态(即，基站和用户时隙之间每次转换)，可被用做偏移指针来控制无线电收发器405在给定的时刻是访问存储缓冲区411的“上”半部分还是访问存储缓冲区411的“下”半部分(即，用户发送数据还是基站发送数据)。
图4所示的基站401提供对发送和接收频率的选择，因此允许在具有不同频率的不同蜂窝103(如图1所示)的蜂窝环境中采用该基站401(与某一种重复模式一致，比如在此处全部引用的美国专利5,402,413中描述的三蜂窝或七蜂窝重复模式)。基站401选用需要的频率的方法很多，比如可以通过选择基站401外部交换机，或者采用更好的方法，通过使用空中控制器410的软件或固件对需要的频率编程。
图8是用户站801(比如手机)的方框图，该用户站用于根据图2所示的空中TDD协议通信，在某一个方面代表了把TDD手机转换成用于FDD通信。如图8所示，用户站801包括无线电收发器805(由发送器815和接收器816等组成)、天线806(连接到无线电收发器805)以及空中控制器810(也连接到无线电收发器805)组成。空中控制器810连接到存储缓冲区811。空中控制器810管理无线电收发器805从内存缓冲区811提取信息并发送给与用户站801通信的基站104的信息检索过程，并当从基站104接收到信息时通过无线电收发器805存储信息到存储缓冲区811。
存储缓冲区811连接到模拟/数字(A/D)转换器831和数字/模拟(D/A)转换器832。A/D转换器831和D/A转换器832都连接到声音合成机835，后者连接到扬声器/麦克风836。从基站104接收并存储在缓冲区811中的信息被D/A转换器832从数字格式转换成模拟格式。然后，声音合成机835处理模拟格式信息并发送信号给扬声器/麦克风836来产生音频语音或其它声音给用户/收听者。扬声器/麦克风836还从用户处拾取语音或其它声音，并传递模拟数据信号给声音合成机835。声音合成机835处理模拟数据信号，并把处理过的模拟数据信号发送给A/D转换器831转换成数字格式。然后，数字格式的数据被存储在缓冲区811中，以便在适当的时隙发送这些数据给基站104。
图8还进一步描述了空中控制器810的细节。此处描述的空中控制器810由连接到时间帧计数器821和时隙计数器822的时钟820组成。时间帧计数器821和时隙计数器822连接到控制逻辑器823，后者使用来自时间帧计数器821和时隙计数器822的输出形成空中通信的格式化消息。在空中控制器810的控制下，无线电收发器805存储信息到缓冲区811或删除缓冲区811内的信息。无线电收发器805还进一步包括发送/接收(T/R)开关817允许在发送模式和接收模式之间转换。空中控制器810的控制逻辑器823控制T/R开关817，从而根据时间帧的当前位置选择发送模式或接收模式。比如，如果用户站801使用图2的时间帧201操作，那么空中控制器810在所赋予的时间帧202的用户发送时段205期间选择发送模式，并相应的选择T/R开关817的位置或状态。类似的，空中控制器810在所赋予的时间帧202的基站发送时段206期间选择接收模式，并相应的选择T/R开关817的位置或状态。
控制逻辑器823被连接到RF存储区825(比如RAM)，后者存放一组可编程的频率值。可以根据存储在RFRAM825中的可编程频率值对VCO818编程。这样，当用户站801在蜂窝103之间移动时或当用户站801监视到来自基站104的临近蜂窝103的通信时，VCO818可以被调整到需要的频率以便允许用户站801与其它基站104通信，或在使用不同频率的不同蜂窝103之间执行移交。
尽管可能希望适配或修改用户站801来支持FDD通信，但是在该尝试中仍面临问题，比如适配或修改只有一个单一无线收发器805(因此在TDD帧结构中只使用一种频带)的用户站801，这导致只有单一的频率合成器(即VCO818)。这样，用户站801不能同时接收和发送。另外，用户站801存在一个有限但可能相当大的接收和发送频率转换延迟。由于典型硬件性能的限制，只有单一无线电收发器805的用户站801通常不可能支持用户站801在两个分离的频率的连续时段(即“零偏移”)进行发送和接收时所需的时间帧。
根据此处描述的一个实施例，TDD用户站(比如图8所示的手机801)最初被配置成按照TDD时间帧(比如图2所示的时间帧201)操作，通过使用新FDD帧结构可以适配成在FDD环境中操作，该FDD帧结构无须同时发送或接收信号。类似的，TDD基站(比如图4中的基站401)最初被配置成支持TDD时间帧(比如图2所示的时间帧201)，它也可以适配成在FDD环境中操作，该操作通常要结合无须同时发送或接收信号的新FDD帧结构，允许修改后的TDD(即，单无线电)用户站与该新FDD帧结构操作。
在一个实施例中，基站401和它的相关用户站801被修改、适配或重配置成按照图5A和5B所描述的帧结构501定义的重复模式通信。如图5A，时间帧502由一组时隙503组成。时隙503由一组对应基站发送频带520的基站发送时隙505和一组用户站发送时隙506(也称为基站接收时隙)组成，后者对应用户站发送频带521(也称为基站接收频带)。基站发送时隙505被分成第一时段510a和第二时段510b，每个时段一般包括基站发送时隙505的一半。类似的，用户站发送时隙506被分成第一时段511a和第二时段511b，每个时段一般包括用户站发送时隙506的一半，而且分别与基站发送时隙505的第一时段510a和第二时段510b的时序匹配。有关帧结构501的更完整的描述参见图5B。
正如下面要更详细说明的，并非所有的基站发送时隙505和用户站发送时隙506都被用于通信。其实，一些时隙(或一些时隙的某部分)被用于允许某个时间区间在用户站102进行发送/接收切换，或者是可能遇到的其它时间延迟(比如转发与/或处理延迟)。如图5A和5B所示，以用户发送频带521进行的用户站102发射和以基站发送频带520进行的基站104发射在时间上交替出现。从交替进行的基站发射和用户站发射的立场来看，图5A和5B的帧结构与TDD帧结构有某种程度的类似。但是，与前面图2所描述的TDD帧结构不一样的是，用户站发射和基站发射是基于不同的频带的。因此，在前面图4中描述的TDD基站401如果按照普通配置不加修改就不可能支持帧结构501(或任何其它类型的FDD帧结构)。类似的，如前所述图8中的TDD用户站801如果按照普通配置不加修改，就不可能支持帧结构501(或任何其它类型的FDD帧结构)。
根据图5A和5B所描述的帧结构501的一种情况，活动的基站发送时隙505与活动的用户站发送时隙506在时间上交替出现。另外，在基站发送时隙505，第一时段510a(对应TDD时隙202的用户发送时段205，其中基站401按照最初配置)被设定成无效(即，未被使用)，类似的，在用户站发送时隙506，第二时段611b(对应TDD时隙202的基站发送时段206，其中用户站801按照最初配置)被设定成无效。因此，在图5A和图5B所示的实施例中，用户站102每隔一个用户发送时隙506就以用户发送频带521进行一次发射，类似的，基站104每隔一个基站发送时隙505就以基站发送频带520进行一次发射。对应用户发送频带521的各个用户发送时隙506之间的时间以及对应基站发送频带520的各个基站发送时隙505之间的时间都保持为“黑色”或未用。另外，“活动”基站发送时隙505的第一时段510a和“活动”用户站发送时隙506的第二时段511b也保持为黑色或未用。
在图5A和5B所描述的实施例中，基站104在处理与下一个用户站102之间的通信之前，承载与给定用户站102的整个双工通信(即前向链路发送和反向链路发送)。在该实施例的优选方案中，双向传输发生在相邻时隙，双向传输时隙之间的时间区间(由两个未用的时段511b和510a构成)保持未用以便允许用户站102在发送/接收之间切换。具体而言，参照图5A和5B，第一用户站(标记为“M1”)在第一用户站发送时隙506的第一时段511a向基站(标记为“BS”)发射，而基站BS在第二基站发送时隙505(保持第一基站发送时隙505和第二用户站发送时隙506为“黑色”或未用)的第二时段510b向第一用户站M1发射。类似的，第二用户站(标记为“M2”)在第三用户站发送时隙506向基站BS发射，而基站BS在第四基站发送时隙505(保持第三基站发送时隙505和第四用户站发送时隙506为“黑色”或未用)向第二用户站M2发射。该通信模式在整个时间帧502以及每个后续时间帧502重复进行。
发送/接收切换时段512的定义是活动用户发送时隙506的第二时段511b与活动基站发送时隙505的第一时段510a之和。在发送/接收切换时段512，参与跟基站104通信的当前用户站102在用户发送频率521和基站发送频率520之间切换，并进入接收模式。同时，基站104也在用户发送频率521和基站发送频率520之间切换，并进入发送模式。基站104在基站发送时隙505的第二时段510b完成发送之后，基站104在基站发送频率520和用户发送频率521之间切换，准备接收来自下一个用户站102的发送。
在基站104包含两个独立的频率合成器(比如，图4所示的基站401，它包含VCO413和419以及双工复用器417)的情况下，基站104能够在发送之后立即接收以不同频率发射的用户站信号。但是，如果基站104只有一个单一频率合成器，那么每当基站在不同频率之间切换时就需要帧结构提供一个时间区间(比如，一个完整的时隙)，以允许重新调整基站的单一频率合成器。该种基站的一个例子参见后面将讨论的图9。
可以看出，图5A和5B描述的帧结构501把蜂窝103的系统容量减少到了图2所示的TDD帧结构201的一半，相当于减少到“真正的FDD”容量的四分之一。但是，图5A和5B的帧结构501的优势在于把由TDD设备改成执行FDD通信所需的硬件与/或软件修改降到了最低程度。
最初被配置成支持TDD通信的用户站(比如用户站801)可以被修改或适配来提供频率切换并扩展用户发送和基站发送之间的间隔，从而支持如图5A和5B的帧结构501所示的FDD帧结构。对用户站801的修改可能包括硬件修改与/或软件修改。比如，修改空中控制器810，使之在基站发送频带520和用户站发送频带521之间切换可编程VCO418，使赋予用户站801的基站发送时隙505和用户站发送时隙506的时序同步。响应频率选择控制信号(该信号可以从时隙计数器822中根据时隙数是偶数或奇数衍生出来)，空中控制器810为所赋予的用户发送时隙511a选择用户发送频带521，为所赋予的基站发送时隙510b选择用户发送频带520。空中控制器810以类似图2所示的帧结构201控制用户站801的T/R开关817，即，在所赋予的用户发送时隙511a把T/R开关817放置到发送模式或状态，在所赋予的基站发送时隙510b把T/R开关817放置到接收模式或状态。
另外，可以修改用户站801的空中控制器810以便在用户站801接收和发送的双工通信对中占据一个时隙延迟(即，发送/接收切换时段512)。为了达到该目的，空中控制器810在从存储缓冲区811中调出数据并发送该数据时比其它根据图2所示的TDD帧结构201调出并发送的数据晚一个时隙。对空中控制器810进行修改来执行该功能可以通过软件实现，其方法是当用户站801从发送模式触发到接收模式时，增加软件时间延迟(比如，软件定时循环)。
在优选实施例中，每个用户站801的帧计数器821和时隙计数器822是与所赋予的信道“同步”的，从用户站801的角度看，赋予用户站801的用户发送时隙511a发生在时间帧502的最后时隙506，而对应的基站发送时隙510b发生在时间帧502的第一个时隙505，假设只有一个时隙被赋予用户站801。当用户站801第一次与基站建立通信信道时，帧计数器821和时隙计数器822按照上面描述的方式同步。在该实施例中，可编程VCO818在发送/接收之前留出足够的时间在基站发送频率520和用户站发送频率521之间切换，以便可编程VCO818能够在正确频率时预先稳定。
该过程的进一步描述参见图6A。图6A描述定时循环550，它是代表图5A和5B的重复时间帧502的另一种方式，它有助于描述可编程VCO818在时间帧502的切换时序。定时循环550包含一组连续时隙551(比如，十六个时隙)。当第一次建立通信信道时，用户站801重新同步或重置内部时序，这样所赋予的信道包括最后时隙551(即第十五个时隙)的第一时段556，以及第一时隙551(即第0时隙)的第二时段557。对空中控制器810的控制逻辑器823编程，以便在用户站发送时段556之前一到两个时隙551--比如，在第十三时隙的起点，如图6A所示--调出用户站发送频率FTX，而在基站发送时段557之前一个完整时隙，即，在用户站发送时段556的最后调出基站发送频率FRX。该时序确保可编程VCO818能在用户站给基站104发送和对应的基站向用户站801发送之间有足够时间稳定。
图6B的时序图描述了一个实施例，其中可编程VCO818当用户站801和基站104之间交换差错校验码而不是其它数据时(如，语音数据或承载的数据)被重新调整。在图6B中，类似图6A，代表图5A和5B的重复时间帧502的定时循环570包含了一组连续时隙571。在图6B所体现的特定实施例中，用户站发送和基站发送之后都跟着一个差错速率位(BERT)，接收者利用它来分析自身发送的质量，并在必要时调整功率水平或其它发射参数。在特殊的测试模式下提供BERT发送，而在通常模式下其操作是图6A。当发送BERT信号时，用户站801重新同步或重置其时序，这样，在所赋予的信道进行的用户站发送就在第二到最后一个时隙571的第一时段576发生，而对应的基站发送发生在第一时隙571的第二时段578。用户站BERT在最后时隙571的第一时段577发送，而基站BERT在第二时隙571的第二时段579发送。
重新调整用户站801的频率合成器(即，可编程VCO818)最好按照类似图6A的时序发生。因此，空中控制器810的控制逻辑器823被编程，以便在用户站发送时段576之前一到两个时隙571--比如，在第十二时隙的起点，如图6B所示--调出用户站发送频率FTX，而在基站发送时段558之前一个完整时隙，即，在用户站BERT发送的用户站发送时段577的最后调出基站发送频率FRX。该时序确保可编程VCO818能在用户站给基站104发送和对应的基站向用户站801发送之间有足够时问稳定。
可编程VCO818的重新调整由空中控制器810的控制逻辑器823管理。因为大部分FDD系统通常基站104比用户站102需要被赋予更多的不同频率集合用于发送，所以用户站801的RFRAM825最好扩展到能够保持两倍的可编程频率值，其中一半是与基站发送频带520有关的可编程频率值，另一半是与用户站发送频带521有关的可编程频率值。
根据此处所描述的实施例，最初被配置成用于TDD通信的用户站，而且只有一个单一可编程频率合成器，可以用最小的硬件与/或软件修正被适配或修改来支持FDD通信。
另外，最初被配置成用于TDD通信的基站，而且只有一个单一可编程频率合成器，可以使用类似上面所描述的用户站801的方法，被适配或修改来支持图5A和5B所示的帧结构501。带有单一频率合成器的基站901的例子参见图9。图9中的基站901的组件，如果其功能与图4的基站401的组件类似，那么就采用和图4一致的编号，只是图9中的编号指定为序列9xx，而图4中的编号指定为序列4xx。
相应的，图9中的基站901由无线电收发器905(包含发送器915和接收器916等)、天线906(连接到无线电收发器905)以及空中控制器910(也连接到无线电收发器905)组成。空中控制器910连接到存储缓冲区911，该缓冲区是空中控制器910和回程线路控制器912所共享的。与图4所示的基站401类似，空中控制器910查看无线电收发器905从内存缓冲区911提取信息并发送给与基站901通信的各个用户站102的信息提取过程，并当从用户站102接收到信息时通过无线电收发器905存储信息到存储缓冲区911。回程线路控制器912从存储缓冲区911移出信息发送到回程线路930给网络，并把回程线路930从网络接收的信息存储到存储缓冲区911，以便无线电收发器905能够获取它。在该方式下，信息从用户站102传递给网络，然后再回来，这样就能支持电话呼叫或类似的通信链路。
图9还进一步描述了空中控制器910的细节。此处描述的空中控制器910由连接到时间帧计数器921和时隙计数器922的时钟920组成。时间帧计数器921和时隙计数器922连接到控制逻辑器923，后者使用来自时间帧计数器921和时隙计数器922的输出形成空中通信的格式化消息。在空中控制器910的控制下，无线电收发器905存储信息到缓冲区911或删除缓冲区911内的信息。
无线电收发器905还进一步包括发送/接收(T/R)开关917允许在发送模式和接收模式之间转换。空中控制器910的控制逻辑器923控制T/R开关917，从而根据时间帧的当前位置选择发送模式或接收模式。比如，如果用户站901使用图2的时间帧201操作，那么空中控制器910在所赋予的每个时隙202的用户发送时段205期间选择发送模式，并相应的选择T/R开关917的位置或状态。类似的，空中控制器910在所赋予的每个时隙202的基站发送时段206期间选择接收模式，并相应的选择T/R开关917的位置或状态。
为了便于快速或方便的存储和提取数据，存储缓冲区911可以划分为存储段929，每个存储段929对应一个时隙202。比如，在一个实施例中，当前时隙(比如来自时隙计数器922的输出)可以被用做偏移指针，控制在给定时刻无线电收发器905应该访问哪个存储段929。存储段929的组织结构可以如下安排：用户发送时段206的数据和基站发送时段205的数据相邻存放。另外，存储段929可以有其它组织结构，比如所有用户发送时段206的数据存储在缓冲区911的一半，而所有基站发送时段205的数据存储在缓冲区911的另一半。T/R开关917的控制信号可被用做偏移指针来控制无线电收发器905在给定的时刻是访问存储缓冲区911的“上”半部分还是访问存储缓冲区911的“下”半部分(即，用户发送数据还是基站发送数据)。
为了适配或修改图9的基站901来执行FDD通信，修改空中控制器910，使之在基站发送频带520和用户站发送频带521之间切换可编程VCO918，使基站发送时隙505和用户站发送时隙506的时序同步。响应频率选择控制信号(该信号可以从时隙计数器922中根据时隙数是偶数或奇数衍生出来)，空中控制器910为偶数时隙505和506选择基站发送频带520，为奇数时隙505和506选择基站发送频带521。空中控制器910以类似图2所示的帧结构201控制基站901的T/R开关917，即，在奇数时隙505和506把T/R开关917放置到发送模式或状态，在偶数时隙505和506把T/R开关917放置到接收模式或状态。
另外，可以修改基站901的空中控制器910以便在给定用户站201接收和发送的双工通信对中占据一个时隙延迟(即，发送/接收切换时段512)。为了达到该目的，空中控制器910在从存储缓冲区911中调出数据并发送该数据时比其它根据图2所示的TDD帧结构201调出并发送的数据晚一个时隙。对空中控制器910进行修改来执行该功能可以通过软件实现，其方法是当基站901从接收模式触发到发送模式时，增加软件时间延迟(比如，软件定时循环)。
图7的框图描述了用于FDD通信的另一种帧结构701，该通信发生在基站104和用户站102之间，具体而言是发生在被初始配置成TDD通信但又被修改或适配来支持FDD通信的基站104和用户站102之间。在图7中，时间帧602由一组时隙603组成。时隙603由一组基站发送时隙605(对应基站发送频带620)和一组用户站发送时隙606(也称为基站接收时隙)组成，后者对应用户站发送频带621(也称为基站接收频带)。基站发送时隙605被分成第一时段610a和第二时段610b，每个时段一般包括基站发送时隙605的一半。类似的，用户站发送时隙606被分成第一时段611a和第二时段611b，每个时段一般包括用户站发送时隙606的一半，而且分别与基站发送时隙605的第一时段610a和第二时段610b的时序匹配。
如图7所示，以用户发送频带621进行的用户站102发射和以基站发送频带620进行的基站104发射在时间上交替出现。从交替进行的基站发射和用户站发射的立场来看，图7的帧结构与TDD帧结构有某种程度的类似。但是，与前面图2所描述的TDD帧结构不一样的是，用户站发射和基站发射是基于不同的频带的。
根据图7所示的帧结构601，在基站发送时隙605，第一时段610a(对应TDD时隙202的用户发送时段205)被设定成无效(即，未被使用)，类似的，在用户站发送时隙606，第二时段611b(对应TDD时隙202的基站发送时段206)被设定成无效(即，未被使用)。因此用户站102在用户站发送时隙606的第一时段611a发射，基站104在基站发送时隙605的第二时段610b发射。与图5A和5B的帧结构501不同的是，所有的基站发送时隙605和用户发送时隙606都用于时间帧602通信，在帧结构601中既不存在活动基站发送时隙和活动用户站发送时隙之间强加的连续交替行为，也不必要存在“黑色”或未用时隙。但是，帧结构601确实存在黑色或未用时段；具体而言，每个基站发送时隙605的第一时段610a和每个用户站发送时隙606的第二时段611b还存在黑色或未用。
在图7所描述的帧结构701中，基站104承载与用户站102有交迭的双工通信，在处理与下一个用户站102之间的通信之前，并不完成与给定用户站102的整个双工通信。在该实施例的优选方案中，双工通信对包含在基站时隙605的基站发送和在用户站时隙606的用户站发送，两者在时间上大约相隔半个时间帧602，该相隔的时间区间允许用户站102切换发送/接收。如图7所示(它从基站的角度描述)，基站(标记为“BS”)在第一基站发送时隙605的第二时段610b发送基站到用户消息给第一用户站(标记为“M1”)，而用户站M1在第九发送时隙606的第一时段611a发送给基站BS(假设时间帧602有十六个基站和用户时隙605和606)。在基站BS发送给第一用户站M1的同一个时隙603，第九用户站(标记为“M9”)发送给基站BS，但是它使用基站BS没有发送的第一时段611a。第九用户站M9在第九时隙603接收来自基站的发送，如图7所示。因此，帧结构601就定义了一个重复的发送模式，在每个时隙603中基站104和用户站102交替发送，每个双工信道包含基站发送及其后跟随的相应用户站发送，两者之间相隔一个预先确定的时隙603数目(比如，八个时隙)。该通信模式在整个时间帧602以及每个后续时间帧602重复进行。
容易看出，图7的帧结构601有图5A和5B描述的帧结构501系统容量的两倍，与图2所示的TDD帧结构201的系统容量相同，是“真正的FDD”系统容量的一半。与图5A和5B的帧结构501一样，图7所示的帧结构601的优势在于把由TDD设备改成执行FDD通信所需的硬件与/或软件修改降到了最低程度。
最初被配置成支持TDD通信的用户站(比如用户站801)可以被修改或适配来提供频率切换并扩展用户发送和基站发送之间的间隔，从而象支持图5A和5B的帧结构501那样支持图7所示的FDD帧结构601。但是，用户站发送和基站发送之间的时间区间不是等于一个时隙，使用图7所示的帧结构601，用户站801将被修改成使该时间区间等于所赋予的用户发送时隙和基站发送时隙之间的间隔(即，大约半个时间帧，或者8个时隙，按照用户站801的角度考虑)。类似的，最初被配置成支持TDD通信的基站可以被修改支持图7所示的帧结构601，其方式类似图5A和5B的有关描述，但存在例外，基站(比如，图4的基站401)需要被重新编程或修改以便空中控制器410在时隙和用户站102之间维持正确的联系。
假设图4所示的基站401最初被配置成支持TDD通信(即，对应图2所示的帧结构201)，可以进行一定的修改来允许基站401支持图7所示的FDD帧结构601。比如，作为分割前向链路和反向链路的结果，基站401的空中控制器410可以被修改，以便相应的调整无线电收发器405，使之把信息映射到或映射出存储缓冲区411(在空中控制器410的控制下)。换言之，空中控制器410被重新配置，以便让无线电收发器405在对应具体用户站102的存储缓冲区411的正确存储段429存储和提取包数据。一种达到该方式的软件方法是使用时隙偏移参数。当空中控制器410指示无线电收发器405从存储缓冲区411为基站发送时隙610b提取信息时，就施加时隙偏移参数从而使信息能够从存储缓冲区411正确的位置(即，正确的存储段429)提取。在该方式下，不必修改反向线路控制器412(除了可能存在例外的时序调整来占据前向和反向链路信息之间新增的延迟)。
另外，可以修改反向线路控制器412而不是空中控制器410的存储管理。在该实施例中，通过修改反向线路控制器412，使之把从网络接收并要发送到特定用户站102的信息存放在存储缓冲区411的合适存储段429。比如，反向线路控制器412把从网络接收的信息不是在基站时隙610b之后立即存储到存储段429而是在基站时隙610b之后八个时隙603之后才存储到存储段429。然后，空中控制器410使无线电收发器405在正确的基站发送时隙610b发送该信息。但是，空中控制器410仍需要修改以便联系到正确的用户站发送时隙611a和基站发送时隙610a，作为单一的双工信道，从而得知何时命令无线电收发器405发送(或接收)以及何时保持睡眠状态，因为没有用户站102被赋予某个特定时隙605或606。
根据图7的帧结构，用户站发送和基站发送之间相隔一个约等于半个时间帧(即，8个时隙)的区间，因此允许用户站102在发送和接收频率之间切换多个时隙，同样的操作原则可以被扩展或应用到其它类似帧结构，通过选择不同数目的时隙与/或在该时间帧中的不同数目的时隙来分隔用户站发送和对应的基站发送。
图7所示的帧结构601的优点是用户站102应该有更多适当的时间在它们的前向链路和反向链路的发送和接收频率之间切换。但是，可能需要修改基站901的反向线路控制器912，来适应由前向链路和反向链路以TDD时间帧结构发送时两者之间引入的延迟，但是该修改在范围上相对较小，而且没有必要调整反向协议或带宽(在支持有两倍用户容量的“真正的FDD”时则需要)。
除了对基站104与/或用户站102的硬件/软件改变之外，还需要对所采用的通信协议做一些修改，以便支持图5A/5B或图7的FDD帧结构。比如，如果TDD基站被转换成FDD通信，支持对单一用户站102的时隙集合，该能力是FDD通信系统所需要的，那么就需要修改空中控制器910来赋予并管理分配给单一用户站102的多个时隙。假设为一个时隙的给定用户站102分配接发送/接收送频率切换时间，在图5A/5B和图7中的FDD帧结构的时隙结合数量就主要取决于用户站102的发送和接收时隙之间的偏移。但是，在这两种情况下都可能为单一用户站102赋予半数的时隙。
应该注意的是，此处描述的各种实施例中，某些电路被描述成本质上是模拟电路，而其它电路被描述成本质上是数字电路。但是，业界技术人员将理解许多不同的组件可以采用数字或模拟方式实现，这取决于各种人们已知的折中考虑，本发明并没有特意限制有关各种实施例的具体实现方式。比如，尽管图801所描述的手机801有一个声音合成器835，后者以模拟信号操作，但是声音合成器835也可以用数字技术实现，这样，A/D转换器831和D/A转换器832就连接在声音合成器835和扬声器/麦克风836之间。
本发明的原则既适用于移动系统，也适用于固定系统，此处描述的实施例可以在移动通信环境或固定的无线本地回路系统被实施。本发明与美国专利申请序列号09/159,714与/或09/159,734结合使用、参照使用或附加使用，这两个专利申请在此被完整的引用。
在优选实施例中，基站104和用户站102之间使用扩展频谱通信。前面描述的每个实施例都可以配置成使用扩展频谱通信。举例而言，在美国专利号5,016,255，5,022047或5,659,574中描述了合适的扩展频谱发送和接收技术，每个专利都可以适用于本发明的接受者，它们被完整的在此引用。不同的蜂窝103(参见图1)可以被赋予不同的扩展频谱代码(或不同集合的扩展频谱代码，其中每个单一的代码可能被临时赋予单独的用户站102)，从而获得CDMA技术的优势。除了使用CDMA来区分不同蜂窝103的发送之外，可以为不同的蜂窝103赋予不同的频率，其方法与赋予CDMA代码的重复模式相同或不同。
尽管此处描述了本发明的优选实施例，但是许多变化仍可能存在于本发明的概念和范围之内。业界普通技术人员阅读了本说明和图表之后就很清楚这种变化。因此，本发明除了受权利要求的精神和范围限制之外，不受任何限制。

Claims (28)

1.FDD通信系统，包含：
基站，所述的基站产生包含一组时隙的时间帧，每个时隙包含第一时段和第二时段；以及
一组用户站；
其中所述的用户站仅在所述的时隙的第一时段以第一频带发送到所述的基站，所述的基站仅在所述的时隙的第二时段以第二频带发送到所述的用户站，所述的第一频带和所述的第二频带相互隔绝。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包含一组双工信道，每个双工信道由一个与所述的第二频带相关的第一时段和一个与所述的第一频带相关的第二时段组成。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，对每个双工信道，第一时段和第二时段是相邻的时隙。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，对每个双工信道，包含双工信道第一时段的时隙刚好处于包含双工信道第二时段的时隙的前面。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，对每个双工信道，包含双工信道第一时段的时隙与包含双工信道第二时段的时隙相隔大约半个所述的时间帧。
6.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述的用户站只包含一个单一频率合成器。
7.FDD通信的方法，包含如下步骤：(a)在基站产生时间帧，所述的时间帧包含一组时隙，每个时隙被分成第一时段和第二时段；(b)仅在每个时隙的第二时段以第一频带从基站向用户站发送；(c)仅在每个时隙的第一时段以不同于第一频带的第二频带从用户站向基站发送；
8.根据权利要求7所述的方法，其中每个时隙所述的第一时段在所述的第二时段的前面。
9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括如下步骤：把双工通信信道赋予与所述的时间帧有关的所述的用户站。
10.根据权利要求9所述的方法，其中每个双工通信信道包含来自两个不同时隙的时段。
11.根据权利要求10所述的方法，其中每个双工通信信道包含来自第一时隙的第一时段和来自第二时隙的第二时段，所述的第一时隙和第二时隙相互邻接。
12.根据权利要求10所述的方法，其中每个双工通信信道包含来自第一时隙的第一时段和来自第二时隙的第二时段，所述的第一时隙和第二时隙之间相隔大约半个所述的时间帧。
13.FDD通信的方法，包含如下步骤：(a)在基站产生重复的时间帧，所述的时间帧包含一组时隙，每个时隙被分成第一时段和第二时段；(b)在所述的第一时隙的第一时段以指定的用户发送频率在所述的基站接收来自用户站的用户-基站消息；(c)把所述的用户站的无线电收发器切换到指定的基站发送频率；(d)在所述的第二个时隙的第二时段以指定的基站发送频率从所述的基站发送基站-用户消息给所述的用户站；(e)把所述的用户站的无线电收发器切换到指定的用户发送频率；(f)重复步骤(b)到(e)，以所述的时间帧的一组时隙与所述的基站的各个用户站通信。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述的第二时隙与所述的第一时隙在时间上相邻。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述的第二时隙紧跟在所述的第一时隙之后。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述的第二时隙与所述的第一时隙在时间上相隔大约半个时间帧。
17.用户站，包括：
收发器，只包含一个单一频率合成器；
控制器，连接到所述的收发器，所述的控制器通过根据时间帧所编程序运行，该时间帧包含一组时隙，每个时隙包含第一时段和第二时段；
其中所述的控制器驱使所述的收发器在第一个所述的时隙的第一时段以第一频带发送用户-基站消息，在第二个所述的时隙的第二时段以第二频带接收基站-用户消息。
18.根据权利要求17所述的用户站，其中所述的第一时隙和所述的第二时隙相互邻接。
19.根据权利要求17所述的用户站，其中所述的第一时隙和所述的第二时隙之间相隔大约半个时间帧。
20.根据权利要求17所述的用户站，进一步包括连接到所述的收发器的扬声器和麦克风。
21.根据权利要求17所述的用户站，其中所述的收发器包括扩频频谱编码器和扩频频谱解码器。
22.基站，包括：
无线电收发器；以及
控制器，连接到所述的无线电收发器，所述的控制器通过根据时间帧所编程序运行，该时间帧包含一组时隙，每个时隙包含第一时段和第二时段；
其中所述的控制器驱使所述的无线电收发器在所述的时隙的第一时段以第一频带接收用户-基站消息，在所述的时隙的第二时段以第二频带发送基站-用户消息。
23.根据权利要求22所述的基站，其中所述的无线电收发器只包含一个单一频率合成器，并且其中所述的用户-基站消息和所述的基站-用户消息被最近的用户-基站消息或基站-用户消息以最小的发送/接收切换时间相隔。
24.根据权利要求22所述的基站，其中所述的控制器驱使所述的无线电收发器在相邻的时隙发送和接收每个用户站信息。
25.根据权利要求22所述的基站，其中所述的控制器驱使所述的无线电收发器在相隔大约半个所述的时间帧的时隙发送和接收每个用户站的信息。
26.根据权利要求22所述的基站，进一步包括：
天线；
存储缓冲区，连接到所述的无线电收发器，所述的存储缓冲区被分成一组存储段，每个存储段对应一个通信信道；
发送/接收开关，连接在所述的无线电收发器和所述的天线之间，所述的发送/接收开关在发送模式和接收模式之间切换，来响应时隙计数器信号；以及
反向接口，连接到所述的存储缓冲区，所述的反向接口从所述的存储缓冲区通过反向线路发送信息，并接收来自反向线路的信息存储到所述的存储缓冲区；
其中所述的控制器包含时间帧标记信号和时隙计数器，所述的时隙计数器输出时隙计数器信号，根据所述的时隙计数器信号确定的时间间隔，把存储在所述的存储缓冲区的存储段的信息转发到所述的无线电收发器用于发送，并根据所述的时隙计数器信号确定的时间间隔，把从用户站接收的发送给所述的基站收发器的信息存储在所述的存储缓冲区的存储段。
27.适配TDD用户站执行FDD通信的方法，所述的TDD用户站起初被配置成根据包含一组时隙的时间帧操作，其中每个时隙被分成第一时段和第二时段，包括如下步骤：
配置TDD用户站的无线电收发器，在第一频带和第二频带之间切换，所述的第二频带与所述的第一频带完全隔离；并且
对TDD用户站的控制器编程，让所述的无线电收发器在所述的第一时隙的第一时段以所述的第一频率发送用户一基站消息，允许所述的无线电收发器在所述的第二时隙的第二时段以所述的第二频率接收基站一用户消息。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述的无线电收发器通过读取来自一组用户发送频率值的某个用户发送频率值，以及读取来自一组基站发送频率值的某个基站发送频率值，在所述的第一频带和所述的第二频带之间切换。
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