CN1413423A - 对无线电收发信机的信道分配 - Google Patents

Abstract

网络中的每一基站具有天线(1)，天线以常规方式跟收发信机(2)连接以处理一个或多个无线电信道上的一般呼叫业务。此外，有另一个发射机(3)，其在几个测试信道的每一个上发射测试信号，对主收发信机(2)可用的每一无线电信道都使用一测试信号。收发信机还具有一检测测试信号的接收机(4)。该系统受一定时器(5)控制，该定时器保证发射机(3)和接收机(4)不同时工作。接收时间可以是随机的，或可在各个基站之间协调。当接收机工作时，它检测从其他基站发射的测试信号。信号强度被测量(测量系统(6))，结果由控制系统(7)使用来为每个信道确定优先值：测得的信号越强，优先值越低。优先值被用于控制放大器系统(8)，该放大器系统控制发射机(3)发射的每一信道的信号强度。通过根据优先值选择要使用的业务信道，该优先值还用于控制业务收发信机(2)。

Description

对无线电收发信机的信道分配

发明领域

本发明涉及无线电网络中对无线电收发信机的信道分配。描述的实施例针对蜂窝电话网络的固定基站，但本发明也用于无线电发射机和/或接收机的其他网络中。

背景技术

蜂窝电话网络包括大量固定基站收发信机及更大量的通过无线电信道与基站进行通信的移动手机。所谓的蜂窝电话网络中的“蜂窝”(小区)是指单个固定无线电基站的覆盖区。每个运营商被容许使用有限数量的无线电信道，不可能有足够的信道来使网络中的每一次电话呼叫承载在一个不同信道上。因此，这种网络的中心原则是信道再利用：在任何时间每一信道可由许多基站操作。这就引入了电话呼叫间干扰的可能性。来自使用同一信道的其他呼叫的干扰称为“共信道干扰”。由使用不同信道的另一呼叫造成的“邻近信道”干扰也是一个问题：在对应于4000-4025KHZ频带的信道上进行的呼叫易受到来自邻近频带4025-4050KHZ上的呼叫的干扰。在同一蜂窝中两个呼叫之间及邻近蜂窝的之间会产生邻近信道干扰。

网络运营商面临的问题是给基站分配信道，以便满足网络的信道需求，并使干扰保持在可接受的程度内。这些目标显然是矛盾的：如果每一基站被分配更多的信道，则每一信道必然被更多基站使用，这样就更难以计划以避免不可接受的干扰。

还有一个困难是网络上的需求既不均匀又不是静态的。有些蜂窝在一天的特定时间赶上高需求而其余时间又低于平均需求，如上下班交通主干线所通过的蜂窝。对于有效的信道分配来，更糟的是由于突发事件而造成无法预计的需求波动，如道路拥挤、铁路服务中断，或吸引新闻媒体注意的事件。

目前运营商通常采用固定信道分配计划。任何特定基站使用的信道由一个“频率计划”确定。这一计划定期修改以符合服务标准的质量，例如满足需求变化，及安装新的基站。在一个频率计划存在期间，每一基站有其本身的信道分配，在整个计划期间不变，一般为几个月。

申请人已有一个国际专利申请(WO99/56488)，该申请公开了一种信道分配方法，其中每一基站为一自主协商单元。每一基站收发信机对于整体信道分配计划可利用的每一信道有一优先值(居于0和1之间)。基站在其邻近基站对同一信道的优先值的基础上调整其对每一信道的优先值。该基站的邻近基站对一个信道的优先值越大，该基站对同一信道的优先值减低越多。起初，所有基站对于所有信道都有差不多同样的优先值，但是，随着时间进展，发生非均匀性，而且因蜂窝间的抑制性反馈而扩大。一特定基站最终对于某些信道具有显著的优先值，而对于所有其他信道来说，由于邻近基站的抑制，其优先值较低。

任何时候，这种非均匀性的优先值集合可通过应用一种算法转换成可行的信道分配计划，该算法取每个基站的最高优先信道，并把它们分配给该基站以实际用于跟手机通信。

在此过程期间，在每一基站，对于每信道的每一优先值的调整跟来自所有邻近基站的抑制成比例。抑制的计算如下：对于每个邻近基站来说，把该邻近基站对同一信道的优先值乘以一个从表示来自邻近基站的可能干扰强度的查找表获得的系数(即，如果该基站及该邻近基站实际使用同一信道跟手机进行通信时所导致的共信道干扰的程度)。对于近邻基站来说，此系数通常较高，而对于远邻基站则较低。也有例外，地理上的远邻基站能产生强干扰(由于地势突变及无线电波传输的性质等原因)。这反映为高系数。反之，局部地貌可能抑制地理近邻之间的干扰。经历的总抑制为所有邻近基站在所述信道上计算的所有抑制之和。

分配给系数的值对于用此方法产生的信道分配的质量很重要。如果系数不确切反映邻近基站对该基站的抑制强度，那么，当信道被分配并用于实际系统中时，有可能会有比预计的高的干扰。这对优选技术来说是共性的问题：方案的质量取决于搜索空间如何准确地表示方案必须实施的现实。

编撰查找表的过程需要一个移动监控单元(货车中的人)测量网络中各个位置的信号强度。从该基站到监控位置的信号衰减可由监控单元测得的信号强度计算出来。这一工作是费时的。最好是在通信量小的时候进行(比如午夜)，这样基站可致力于发射已知功率的测试信号。如果使用的测试信号不是基站当前频率分配的一部分，该测试信号会干扰来自其他附近基站的信号。另外，即使产生了高度准确的表，其也只能维持到网络发生改变之前。如果构筑了新基站，该表即过时。局部地貌的改变，如建筑的建成或毁坏，季节性的影响，如树木是否有叶子，甚至气候的变化，也会影响在先前条件下精心构筑的表的精确度。

发明内容

根据本发明，为无线电收发信机网络提供了一种通信信道分配方法，其中每一收发信机有潜力利用所有可用通信信道，并处理收发信机间相互作用的组合，使得网络的每一台收发信机抑制其邻近收发信机使用一给定通信信道，以在每一收发信机中为每一通信信道产生一个表示该收发信机对该通信信道的预期干扰水平的优先值，其特征在于，每一收发信机发出一组测试信号，每一测试信号表示一个相应的通信信道，每一收发信机测量从其他收发信机接收到的干扰测试信号的强度，并根据各个接收的干扰测试信号的强度调节其发出的每一测试信号的功率，每一通信信道的优先值由各个接收的干扰测试信号的强度确定。

根据另一方面，提供一无线电收发信机，包括用于选择无线电信道的通信信道选择装置，选择装置具有处理该收发信机和邻近收发信机间的相互作用的装置，通过为每一通信信道产生一个表示该收发信机对该通信信道的预期干扰水平的优先值，使得该收发信机抑制邻近收发信机或被邻近收发信机抑制使用单个信道，其特征在于，所述收发信机包括：用于发出一组测试信号的装置，每一测试信号表示一个相应的通信信道；用于测量从其他收发信机接收到的干扰测试信号的强度的装置；用于根据各个接收的干扰测试信号的强度调节其发出的每一测试信号的功率的装置；用于确定各个接收的干扰测试信号的强度并从中导出每一通信信道的优先值的装置。

本发明中，上述专利申请中所用的系数表由收发信机本身做的信号强度测量值取代。多个收发信机通过发射和接收测试信号相互合作以便产生这些测量值。

每一基站收发信机使用其被分配的通信信道处理与移动手机间的常规通信业务，信令及数据传输。因此，例如，一特定收发信机可用两个信道跟14台手机进行通信(每一信道七个时隙)。

此外，收发信机在一个特殊组的‘抑制信令’信道的每一个上发送一信号。对于每一个分配计划可用的每个通信信道都有这些抑制信令信道中的一个，但由于每个信道的带宽窄得多故它们占用的频谱也少得多。每一抑制信令信道在无线电频谱上应接近其所涉及的通信信道，以便色散特性类似。如果容量足够大，抑制信令信道可以被承载在通信信道本身的空闲时间或频率间隙中。在每一抑制信令信道上发射的强度跟该收发信机对相应通信信道的当前保持的优先值成正比。应当指出每一抑制信令信道必须从每个收发信机发出，不管其是否当前被分配了相关通信信道。可以想象，从使用该动态分配过程所获效率增益完全超出了由于留出抑制信道而导致的带宽损失。

收发信机不能测量来自其所有邻近收发信机的信号强度并同时在同一频率上广播，因为它会检测到从邻近目标反射的其本身的发射信号。换言之，收发信机不该在同一时间在同一频率发射和接收。收发信机大部分时间用在发射模式，只有短暂的收听时段散布其间。收听时间取决于网络的大小。在小而同步的网络中，可能给每一收发信机唯一的收听时段。这样，如一个收发信机在收听，所有其他收发信机将发射。在大的或异步网络中，收听可随机发生。这样，当一个收发信机在收听时，其他一些收发信机也可收听。这意味着在这一时刻，收听的收发信机不能听到网络的其余子集。然而，下一次收听时将是一个不同而随机的无声子集，所以在几个收听时段中(尽管短暂，可以是频繁的)，收发信机将接收在无线电范围内的来自所有其他收发信机的信号。

甚至在其基站被比如一个山峰相互屏蔽的蜂窝之间也会发生干扰，如果移动单元在这两个基站的范围内(如在山顶上)。为使基站检测这种干扰源，移动单元也可被设置为在抑制信令信道上发射。这就使基站可检测位于邻近蜂窝中的潜在干扰源，即使这些邻近蜂窝的基站本身并不是干扰源。移动单元可在其发射中包括其身份的指示或其正在通信的基站的指示，以使该基站把它们识别为(或不视为)干扰源。作为选择，它们也可由其当前基站控制，这样当它们的当前基站也在发射时它们仅发射抑制信号。

每一基站测量每一抑制信令信道上的信号强度(不管来自当前与其合作的移动单元的任何信号，该信号由发射的身份码或基站身份码识别)。这些值用于确定基站本身的优先值的总抑制。

在整个过程中，基站可用其被分配的通信信道继续在常规呼叫业务与移动单元合作。

本发明排除了对干扰强度系数表的需要和依赖。这就省去了编撰该表的辛苦，避免了先前所涉及的表的不精确性。

这些优点在网络自身迅速改变的情况下尤为重要，因为动态测量/自调节收发信机适于不能制出精确表的环境。一种网络高度可变的可能应用是军事移动通信。当一个部队行进时，它把其‘基站’也向前移动，当然也移动‘手机’。在传统的信道化无线电网络中，这种选择是对带宽非常无效的使用，而当军用通信中要求提高数据速率时就变得很重要。

另一个应用可能是将来的活动网络(可动态改变其连接性)。类似的发明将是，提出的移动网络使用无线电频谱进行信道协商并发射数据，活动网络将协商信号随数据包一起发送。因此，不是具有邻近收发信机的查阅表，而是收听协商信号并使用它们来动态地构建其邻近基站的图象(picture)。

附图说明

以下将参考附图更详细地描述本发明示例性实施例，其中：

图1说明常规信道分配做法。

图2说明现有技术申请WO99/56488中描述的发明的原理。

图3说明本发明的原理。

图4说明根据本发明的基站收发信机。

图5说明本发明系统的两个可能的信道分配计划。

具体实施方式

图1-3示出两个基站收发信机BS1、BS2，两者都能接入六个业务信道A、B、C、D、E、F。在图1的现有技术系统中，一个中央控制器确定最佳分配。这是基于在一段时间中收集的干扰和阻塞数据“离线地”发生的。然后将最佳分配加在网络上。最佳分配用图1中的标记表示，其中信道A、C、D被分配到BS1，信道B、E、F被分配到BS2。

图2示出WO099/56488中公开的现有技术系统的分配方法。每一基站保持有一组优先值，由图2中分等级带阴影的六个信道标记表示。基站把这些优先值传送到网络中的其它基站，这些基站把它们与全球公认的强度系数表中的有关系数相乘。所得值用作对其他基站中优先值的抑制压力(inhibitorypressure)。在选择信道时，每一基站就用其具有最高优先值的信道。该过程可以模拟进行，当模拟已运行时，所得优先值被传送到基站，或每一基站可用事先准备的强度系数表进行其本身的一部分过程。

图3示出了本发明的原理。与图2一样，基站保持有所有信道的优先值。其差别是，这些优先值作为一组信号强度(振幅)在一组无线电信道上被传送到范围内的任何邻近基站，然后这些邻近基站又用该信号强度为它们自己对这些信道的优先值确定抑制压力。

图4示出在系统中操作的基站收发信机。将会了解，该系统需要几个这种基站收发信机进行配合。基站有天线1，天线1以常规方式跟收发信机2连接以处理一个或多个无线电信道上的一般呼叫业务。此外，有另一个发射机3，其在几个测试信道之每一个上发射测试信号，对主收发信机可用的每一无线电信道使用一个测试信号。如图5所示，这些测试信道21、22、23、24、25、26可安排在业务信道11、12、13、14、15、16(图5a)之间的无线电频谱中，作为一组靠近业务信道安置的分开的信道(图5b)，作为它们各自业务信道内的时隙31、32、33、34、35、36(图5c)，或单个专用测试信道20内的时隙(图5d)。

每一收发信机还有一用于检测测试信号的接收机4。该系统受一定时器5控制，该定时器保证发射机3和接收机4不同时工作。单个基站的接收时间可以是随机的，或可在各个基站之间协商。

当接收机4工作时，它检测从其他基站发射的测试信号。信号强度被测量(测量系统6)，结果由控制系统7使用来为每个信道确定优先值：测得的信号越强，优先值越低。

优先值被用于控制放大器系统8，该放大器系统控制发射机3发射的每一信道的信号强度。通过根据优先值选择要使用的业务信道，该优先值还用于控制业务收发信机2。

跟该收发信机配合的远端收发信机单元，如移动单元或转发器，也可在抑制信令信道上发射。移动基站单元在其发射中包括其身份指示，或其正在通信的基站的身份指示，以便使接收机4把它们识别为或不视为干扰源。作为选择，移动单元也可受基站控制，使得仅当基站发射机3也在发射(因此接收机4不在工作)时它们才发射。

Claims (14)

1.用于无线电收发信机网络的通信信道分配过程，其中该过程从每一收发信机有潜力利用所有可用通信信道的位置开始，并处理收发信机间的相互作用，使得网络的每一收发信机抑制其邻居使用一给定通信信道，以便在每一收发信机中为每一通信信道产生一个表示该收发信机在该通信信道上的预期干扰水平的优先值，其特征在于，每一收发信机发出一组测试信号，每一测试信号表示相应的一个通信信道，每一收发信机测量从其他收发信机接收到的干扰测试信号的强度，并根据各个接收的干扰测试信号的强度调节其发射的每一测试信号的功率，每一通信信道的优先值由各个接收的干扰测试信号的强度确定。

2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，每一基站根据所产生的各自的优先值选择所使用的通信信道。

3.根据权利要求1或2所述的过程，其特征在于，每一收发信机在一组抑制信令信道的每一个上发射一信号，其中每一通信信道都有一个这种抑制信令信道，每一抑制信令信道上的发射强度与该收发信机对相应通信信道的当前优先值成比例。

4.根据权利要求1、2或3所述的过程，其特征在于，每一收发信机在发射模式与接收模式间交替。

5.根据权利要求4所述的过程，其特征在于，各个收发信机是同步的，这样，当一个收发信机为接收模式时，所有其余收发信机为发射模式。

6.根据权利要求4所述的过程，其特征在于，收发信机在接收模式和发射模式之间随机切换。

7.根据权利要求4-6之一所述的方法，其特征在于，与每一收发信机配合的远端单元被设置为在与其相应的收发信机相同的时间发射测试信号。

8.一种无线电收发信机，包括用于选择无线电信道的通信信道选择装置，选择装置具有用于处理该收发信机和邻近收发信机间的相互作用的装置，通过为每一通信信道产生一个表示该收发信机在该通信信道上的预期干扰水平的优先值，使得该收发信机抑制其邻居或被其邻居抑制使用各个信道，其特征在于，所述收发信机包括：用于发射一组测试信号的装置，每一测试信号表示相应的一个通信信道；用于测量从其他收发信机接收到的干扰测试信号的强度的装置；用于根据各自接收的干扰测试信号的强度调节其发射的每一测试信号的功率的装置；用于确定各自接收的干扰测试信号的强度并从中导出每一通信信道的优先值的装置。

9.根据权利要求8所述的无线电收发信机，其特征在于，具有用于根据所产生的各个优先值选择所使用的通信信道的装置。

10.根据权利要求8或9所述的收发信机，其特征在于，收发信机被设置为在一组抑制信令信道的每一个上发射一信号，其中每一通信信道都有一个这种抑制信令信道，每一抑制信令信道上的发射强度与该收发信机对相应通信信道的当前优先值成比例。

11.根据权利要求8、9或10所述的收发信机，其特征在于，配备有控制装置以使收发信机在发射模式和接收模式间交替。

12.根据权利要求11所述的收发信机，其特征在于，控制装置被设置为与类似收发信机配合，这样，当一个收发信机为接收模式时，所有其他收发信机为发射模式。

13.根据权利要求11所述的收发信机，其特征在于，控制装置使收发信机在接收模式和发射模式之间随机切换。

14.根据权利要求11-13之一所述的收发信机，其特征在于，包括用于控制配合的远端单元以在与相应的收发信机相同的时间在测试信道上发射的装置。

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