CN1436434A - 通过信道分配分层的部分重用 - Google Patents

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Abstract

用于通过信道分配分层部分重用资源，从而增强电信系统的频谱效率的蜂窝电信方法和系统。小区(15)中的多个可用信道(110)被划分成逻辑组(115，125)，其中每个共享相同的无线电资源(105)。该系统利用多种技术，如干扰分集、干扰抑制和/或干扰避免来减少或消除干扰。系统中资源的这样的利用将创建频谱有效网络或小区(15)并且能够使用小于一的重用。

Description

通过信道分配分层的部分重用
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2000年6月15日提出的共同未决的美国临时专利申请第60/211,841号的优先权，并且将其全部公开内容合并在这里供参考。
发明背景
发明领域
本发明一般涉及蜂窝通信系统并且特别涉及利用通过信道分配分层(channel allocation tiering-CHAT)的部分重用来增加蜂窝通信系统的频谱效率。
发明的背景和目的
频分多址(FDMA)和时分多址(TDMA)是在无线行业中当前采用的被广泛接受的多址通信方法。特别的，两种多址方法的组合，例如全球移动通信系统(GSM)是最流行并且全球的无线通信多接入方法。因快速增长的需求以及移动无线电通信的使用，新的业务和特性进入市场。这些业务，例如音频和视频，要求网络在传统语音业务持续扩展的同时支持高比特率业务。随着新站点的获得变得越来越难，需要有限频谱的有效利用，同时确保链路质量保持在可接受的程度。
为说明增强频谱效率的技术，考虑通常使用的全球移动通信系统(GSM)。GSM在900MHz、1800MHz、或者1900MHz频率范围操作。作为例子，GSM在900MHz范围操作，为上行链路和下行链路业务量分配了两个频段。每个频段是划分成多个频率载波的频率，例如，124个频率载波，每个利用200kHz频谱。每个载波进一步划分成时隙，例如，8个时隙。总之，每个基站可以包含一个或多个扇区小区。在每个扇区小区，有多个通信单元，例如，收发信机。
在系统中可以实现无线电资源(RR)跳跃。RR跳跃的最好例子是跳频。除了其他方案之外，系统中可以使用跳频方案，来增加性能并且减少干扰，如本领域熟知的。在这种情况下，每个收发信机在一个特定频率下操作并且信号从一个收发信机跳到另一个，例如，基带跳频，或者在某些情况下每个收发信机通过在频率之间跳动来利用几个频率，并且始终只发送一个信号，例如，合成跳频。
总之，当业务会话无线电资源通过时间变化时，因为业务会话依赖于时间和频率，因此减少了干扰。例如，因多径衰落或影响信道的其他因素通常在给定时刻的频率上而出现传输信道中的下降(dip)。当信道频率从一个频率跳到另一个时，在这个频率或者甚至只在这个频率的一个时隙在该信道上出现的下降只在下降的一部分期间影响这个信道。因此跳频改善了性能，特别是与编码和交织相结合。而且，利用如跳频和自适应天线的多种方法完成了蜂窝网络的规划以便改善频谱效率。跳频可用于在系统中减少干扰的影响，如上文中所描述的。也可以使用自适应天线，以及多种其他技术，如链路适配、发送机分集、以及先进的接收机算法。
多种这样的技术的组合可以将频谱效率增加到完全加载的一次重用网络在业务质量方面可能变得可行的程度。使频谱效率超过完全加载一次重用意味着或者引入复杂的统计多路复用技术或者在一个小区里多次重用相同的频率。后一种替代方案更简单并且为已有的移动通信系统提供平滑的进展。如果在一个小区里频率可以多次重用，则需要管理可能出现的潜在地严重小区内干扰的方法。一种技术是利用窄束自适应天线来为来自基站的不同方向的用户分配相同的无线电资源的所谓的空分多址(SDMA)。因为如果在相同信道上的用户要保持空间分离，则需要复杂的小区内切换和波束管理算法，所以SDMA的缺点是移动性管理复杂。而且，因为其或者引入小区内干扰或者进一步使波束管理复杂化或者两者都有，所以来自多个波束的分集组合一般不能使用。因为在小区内没有干扰分集并且没有使用干扰抑制技术的可能性，所以小区内干扰将导致严重的性能下降。这是因为RR跳跃序号和代码，在用的地方，在每个小区的基础上被分配。
一个更好的选项是下面描述的更简单的技术，可以在不需要复杂的移动性管理和统计多路复用过程的情况下提高蜂窝网络的频谱效率并且使完全加载的一次重用网络在业务质量方面有效。本发明在不显著增加系统复杂性的情况下克服了完全加载一次重用网络在缺少可用信道方面的限制。下文中描述的本发明既是一种提高蜂窝网络的频谱效率的技术又是一种能够重用少于一个，也称为部分重用的方法。
发明概述
本发明描述了用于通过信道分配分层(CHAT)的资源的部分重用，因此增加电信系统的频谱效率的方法和系统。小区中多个可用的信道被划分成逻辑组，每个部分或者全部地共享相同的无线电资源。系统利用多种技术，如干扰分集、干扰抑制和/或干扰避免来减少或消除冲突。系统中资源的这种利用将创建一个频谱有效的网络或小区并且能够实现小于一的重用。
附图简述
当与附图一起通过参考下列详细描述可以获得本发明的方法和设备的更完整的理解，其中：
图1说明根据本发明的蜂窝系统中的示例小区布局；
图2说明用于执行本发明的信道分配分层(CHAT)技术的示例基站；以及
图3说明蜂窝系统中本发明的信道分配分层(CHAT)概念。
优选的示例实施方案详述
将通过特别参考目前的优选的示例实施方案来描述本申请的多种创新的教义。但是，应该理解这类实施方案仅提供这里的创新的教义的许多有利的使用的一些例子。总之，本申请的说明书中进行的声明不必要限定各种权利要求的发明的任何一个的界限。而且，某些声明应用于某些发明的特性但是不应用于其他的。
图1说明了无线的无线电通信系统中的示例小区布局。在无线的无线电通信系统中，小区15被划分成多个扇区，例如，3个扇区或6个扇区。每个扇区有一个向该扇区中的移动站发送和接收信号的天线35a。如下面将解释的，关于图3，小区或所有扇区中可用的信道将共享相同的无线电资源。在本发明的一个实施方案中，部分或者全部共享相同资源的可用信道优选地空间分离，例如，在一个扇区可用的信道将与在另一个扇区中可用的信道共享相同的无线电资源。如下面将参考图3详细描述的，共享相同的无线电资源的可用信道通常但不是必须地被空间分离，并且具有不同的训练序列，并且具有不同的无线电资源跳跃序列。
图2说明在具有多个收发信机55的小区中的基站。如下面所描述的每个收发信机与一个信道相关。信道被划分成组，称为层，其中所有的层可以部分地或全部地共享小区中可用的相同的无线电资源。基站连接75到移动交换中心(MSC)，到另一个基站以及到另一个网络单元，如本领域熟知的。而且，每组中的信道可以利用不同的天线(35a，35c)发送，其中天线是空间分离的。基站包括划分收发信机55的分配器65以及控制无线电资源跳跃序列的控制器70。控制器还负责训练序列分配和关于图3在下文中描述的其他需要的功能。
本发明利用通过信道分配分层(CHAT)的部分重用增加了蜂窝无线电通信系统的频谱效率性能。图3说明了本发明的一个优选实施方案中的信道分配分层(CHAT)概念。在每个小区中通常使用多个信道(Nch)。根据提供的业务或用户要求，一个或多个信道对应每个用户。在本发明的一个优选实施方案中，每个信道利用一个收发信机。例如，如果用户想要高速访问如视频和/或音频流的业务，则为该用户的该业务分配几个信道。在TDMA系统中这几个信道可由较长的时间周期表示。高速率业务需要多个收发信机，每个对应于一个信道。但是，在某些情况下，载波带宽有限，也就是频率和/或时隙被完全使用并且需要共享以便满足使用的多个收发信机在小区里执行业务。如这里提到的这将提供系统中少于一个的重用。信道被划分成多个逻辑组(信道分层)，每个逻辑组有最大大小Nπ。每个信道分层的这个最大大小Nπ是分配给每个小区的无线电资源(RR)单元的数量。通过在不同层的不同信道之间共享这些无线电资源可以完成信道分配分层(CHAT)的部分重用。在本发明的一个优选实施方案中，可用信道110被分成多个逻辑组“信道层”，例如，图3中所示的两层。这两层，层1(115)和层2(125)，利用系统中相同的无线电资源105。两个信道，一个来自层1(115a)并且一个来自层2(125a)，共享相同的无线电资源105a。总之，所有层部分或全部地共享相同的无线电资源。但是，根据本发明的一个优选实施方案，共享非常灵活。一个信道可与不同层的其他信道共享其资源，或者其可以不共享而自己使用可用的无线电资源。当由信道执行共享时，要求冲突数量的减少。可以使用多种技术来实现最低可能的冲突率。根据本发明的一个优选实施方案，为所有层分配不同的无线电资源(RR)跳跃序列。干扰抑制技术也可以在接收机中被采用。而且，通过对每层采用不同的训练序列，进一步增强了干扰抑制技术。系统中减少冲突率的另一个特点是通过采用干扰避免。这种干扰避免可以通过利用自适应天线、强制无声或/和空间分离或任何其他已知的技术的空间分离来实现。这里描述的干扰分集、干扰抑制和干扰避免技术可以单独使用，或者为获得最大性能所有三种机制可以同时使用。
干扰分集，如上面所提到的，可以在其中为逻辑组或信道层的每个分配不同的无线电资源(RR)跳跃序列的系统中采用。例如，对每层可以使用不同的跳频序列。这由确定实际跳跃序列的跳跃序列号(HSN)规定。可以利用移动分配索引偏移(MAIO)管理方法来在一层里不同的移动台之间分配跳跃序列。这将去掉每层里任何的同信道干扰。每层可以有一个不同的跳跃序列，其通过引入干扰分集减轻干扰的影响。
为每个逻辑组或信道层分配一个不同的训练序列。例如，为每个信道层分配GSM标准中规定的8个训练序列之一。但是，可以优先使用具有更好的交叉相关属性的额外的训练序列。虽然如此，如果使用目前可用的具有次最佳交叉相关属性的训练序列，则在层之间可以实现时间偏移以便减少训练序列之间的相关。这可能增强在接收机里用到的干扰抑制算法的性能。在本发明的优选实施方案中可以使用本领域熟知的用于单个或多分支接收机的任何干扰抑制算法。
如上所述，在系统中可以实现干扰避免以避免干扰。例如，可以利用通过小区里自适应天线的使用的空间分离来实现这种干扰避免。在小区的扇区中可以使用多个波形自适应天线来通过空间分离用户减少用户之间的干扰。而且，可以采用强制无声来避免小区内干扰。可以在小区里具有最大干扰的用户信道上强制无声脉冲。这些无声脉冲应该被管理并且数量相当少以便避免任何的质量下降。这个无声脉冲基于使用的业务的服务质量(QoS)描述文件优选地使干扰者无声。强制无声可用于具有使用干扰抑制技术的能力的任何系统中，如上面提到的，或者用于上面提到的干扰抑制技术在其中不可能的系统中。
在本发明的一个优选实施方案中，蜂窝电信网有多个频率以及需要使用每个小区中多个收发信机的业务负载。当需要的收发信机的数量大于该相同小区里频率的数量时，如上所述的部分重用是用于提高该网络或小区的频谱效率的理想方法。在收发信机的数量超过可用频率的数量的小区里通常是这种情况。在这种情况下，收发信机的数量被划分成多个逻辑组，其中每个逻辑组的特征在于不同的训练序列、不同的跳跃序列并且优选地是空间分离的。
例如，在一个带有15个非广播控制信道(non-BCCH)频率以及需要每个小区安装20个收发信机的业务负载的GSM/EDGE网络中，每个与一个信道相关的20个收发信机可以被划分成两个10收发信机的组(信道层)。来自两层的信道共享15个可用的频率。通过使每层使用不同的跳跃序列来减少冲突。可以使用其他技术，如在层和/或每层的不同训练序列之间的空间分离来避免/减少系统中的干扰，如上面详细描述的。
小区中信道层将彼此干扰的数量依赖于每层中的负载。因此层之间业务量的分配将影响其他层中的干扰等级。智能信道分配算法有可能最大化CHAT小区中运行的各种业务的性能。因此，可以考虑层中当前的负载、活动的业务会话的主要质量的任何测量值、业务会话的服务质量(QoS)要求、不同用户关于基站的方向、不同用户离基站的距离、不同用户离基站的路径损失或等价的其接收的信号强度、从不同用户到小区边界的地理或无线电距离、或者上面的任意组合来优先地进行不同层的信道分配。
如早先提到的，当频率的数量小于系统中信道/收发信机的数量时优选地使用信道分配分层(CHAT)。但是，CHAT可以用于频率的数量大于需要的收发信机的数量的系统中。在这种情况下，收发信机的数量被优选地划分成组以便允许例如1/3的较低的硬件负载。例如，如果我们有18个非BCCH频率以及需要12个收发信机的业务量，则优选地可将12个收发信机划分成2个6收发信机的层。这使得硬件负载变成6/18，即三分之一，其使得基站间同步以及MAI0管理能够去掉站点内共信道干扰。换句话说，减少/去掉了层组里所有的共信道干扰。而且，可以使用上述的干扰分集、干扰抑制和/或干扰避免技术。这将进一步减少共信道站点内冲突的可能性。
如本领域的技术人员将认识到的，本申请中描述的创新概念可以在很大范围的应用上被修改和变化。因此，专利申请的主题的范围不应限制于讨论的任何特定的示例教义，而是代替的，由所附权利要求书定义。

Claims (19)

1.一种用于增加无线电信系统的频谱效率的方法，所述方法包括步骤：
将所述无线电信系统的小区里的多个信道划分成多个逻辑组；
将所述多个逻辑组的第一组映射到第一多个无线电资源上；以及
将所述多个逻辑组的至少另一个组映射到第二多个无线电资源上，所述第二多个无线电资源中的至少一个无线电资源对应于所述第一多个无线电资源中的至少一个无线电资源。
2.根据权利要求1的方法，其中所述多个逻辑组的每个有不同的无线电跳频序列。
3.根据权利要求1的方法，其中所述多个逻辑组的每个有不同的训练序列。
4.根据权利要求1的方法，其中所述多个逻辑组的每个被空间分离。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第一多个无线电资源以及所述第二多个无线电资源基本上是相同的。
6.根据权利要求1的方法，还包括步骤：
在所述多个逻辑组里的干扰信道上强制无声。
7.根据权利要求6的方法，其中强制无声的所述步骤基于服务质量(QoS)测量值。
8.根据权利要求1的方法，其中定时偏移应用于被映射到所述多个无线电资源上的所述多个逻辑组之间。
9.根据权利要求1的方法，其中根据通信测量值执行映射所述第一组和映射所述至少另一个组的所述步骤。
10.根据权利要求9的方法，其中从由下列组成的组中选择所述通信测量值：所述多个逻辑组中的当前负载、活动业务会话的主要质量、业务会话的服务质量要求、用户关于基站的方向、用户离基站的距离、用户离基站的路径损失、用户接收的信号强度、从用户到小区边界的地理距离、从用户到小区边界的无线电距离以及通信测量值的任意组合。
11.用于增强无线电信系统的频谱效率的无线电信系统，所述系统包括：
用于将所述无线电信系统的一个小区里的多个信道划分成多个逻辑组的分配器；以及
用于将所述多个逻辑组映射到多个无线电资源上的映射装置。
12.根据权利要求11的系统，其中所述映射装置包括将所述多个逻辑组灵活地映射到所述多个无线电资源。
13.根据权利要求11的系统，还包括用于在所述多个逻辑组的每个中实现不同的无线电跳频序列的实现装置。
14.根据权利要求11的系统，还包括用于在所述多个逻辑组的每个中使用不同训练序列的装置。
15.根据权利要求11的系统，还包括用于空间分离所述多个逻辑组的分离装置。
16.根据权利要求11的系统，还包括用于对干扰信道强制无声的无声装置。
17.根据权利要求16的系统，其中所述无声装置包括基于服务质量(QoS)测量值在用户上强制无声。
18.根据权利要求11的系统，还包括用于在被映射到所述多个无线电资源上的所述多个逻辑组之间应用时间偏移的偏移装置。
19.根据权利要求11的系统，还包括用于确定用于辅助映射装置将所述多个逻辑组有效地映射到所述多个无线电资源上，因此使系统性能最大化的通信测量值的确定装置。
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