CN1446410A - 从和向共用一个时隙的用户站传输数据的方法及基站 - Google Patents

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Abstract

在无线电通信系统的共同利用一个相同的时隙相继的帧的多个用户站(MS1、MS2)与基站(BS1)之间的数据传输的方法，其中基站(BS1)在给定的时隙为用户站的第一个(MS1)传输确定的信息数据和用户站的第二个(MS2)传输控制信息，在此控制信息用高于信息数据的误差保护编码。在给的时隙中对准第一用户站(MS1)发射的无线电信号与其发射功率对准第二用户站(MS2)的第二无线电信号重叠，以使得能够正确接收控制信号。所述第二无线电信号可以是聚束的也可以是非聚束的。

Description

从和向共用一个时隙的用户站传输数据的方法及基站
本发明涉及控制无线电通信系统的基站与多个用户站之间进行数据传输的方法，所述多个用户站利用一个相同的时隙与基站通信，本发明还涉及适用于此目的的基站。
这种方法应用于无线电通信系统中数据业务的传输。现有技术的无线电通信系统，诸如GSM等的帧结构从来是面向语音传输的需要；换言之，将一个帧分成时隙的规则重复序列，其中，确定一个帧内的时隙长度及其数量使得在一个时隙内可以传输与一个帧的时间长度(在“全率通信”的情况下)或者两个帧的时间长度(在“半率通信”的情况下)相应的数字化语音量。有别于语音传输的是，数据业务传输的数据率在时间进程中波动大并且可以是语音连接传输率的极小的分数也可以是数倍(不一定是整数)。为了也能够经济地传输这样的数据，开发了一种方法，它允许多个用户站使用时分复用中总是由相同的时隙相互接续的帧限定的传输信道。其中信道的分配以分组的方式进行：在每个帧共用的时隙中由基站发出一个分组，所述的分组含有为用户站确定的信息数据(Nutzdaten)以及确定了数据的用户站的用户站地址(临时流识别符，Temporary Flow Identifier：TFI)。此外所述的分组还含有应在此信道沿上行链路方向(用户站向基站)传输下一个分组的用户站地址(上行链路状态特征符)。
由此，用户站能够识别自身可以在什么时候在共用的信道上发射，它必须能够以足够的可靠性正确地解码基站在信道中发射的所有分组的上行链路状态特征符。在此必须能够在基站的共同小区中以充分好的质量接收上行链路标记。
这种必要性与通过采用所谓的自适应天线或者说智能型天线降低基站的总功率从而减少对相邻小区的干扰和/或在用户站改善信噪功能间隔(C/I)的努力相冲突。这种自适应天线的方向性比常规的扇形天线窄得多，并且可以目的明确地对准接收机。在这种方向性的主波瓣旁自适应天线的发射功率极小，甚至于局部为零。这意味着如果把自适应天线用于经以复用方式使用的信道对多个用户站进行数据业务的传输，并且把自适应天线的方向性对准应当是当前信息数据分组的接收机的用户站，那么就不能保证上行链路状态特征符指定的用户站能接收和解码信号。
为了解决这样的问题在GSM04.60中提出了所谓的固定分配方法。按照所述的方法，把短时间时隙内专一地提供给一个用户站，但是典型地用于多个分组。这种情况下，尽管可以不受限制地利用自适应天线的聚束效应，但是却会加大信道分配的信令开销，并且至少部分地损失统计复用所得的收益。这种方案在WAP(无线电应用协议)之类的应用中尤其不经济，此时，每个用户站都只需要在很小数量的相互连续时间帧上访问共同利用的信道，而所述信道须频繁地从一个用户站切换到另一个用户站。
另一种解决方案是所谓的上行链路颗粒化概念。从这种概念出发，每四个相继的下行链路分组中只有第一个含有有效的USF值，该值给予其中被指定的用户站相应地在四个相继帧的时隙中向基站发送的权力。这里只把这四个时隙的第一个非聚束地在整个小区中发送，使所有利用该信道的用户站能够接收，后续的三个时隙可以聚束地发射。这种解决方案也导致对信道的传输能力不充分的利用，因为即使从一个用户站要发送的数据本可以在较短的时隙传输时，也必须把一个用户站分配到四个时隙发射。
本发明的任务是提出一种控制基站与多个在一个复用信道上的用户站之间的数据传输的方法，所述的方法允许频繁地转换对各个用户站的信道分配，同时有效地利用信道，并且还可以用较低的平均发射功率。此外还实现可以兼容此方法的基站。
所述任务由具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求10或11的特征的基站解决。
根据本发明的方法利用了以下事实：在现有的或者正常运行的无线电通信系统，譬如尤其是GPRS、EGPRS和GERAN中，诸如上行链路状态特征符、被允许在下帧中发射的用户站符、和/或由基站确定的该用户站的发射功率等控制信息以高于信息数据的误差保护被编码，从而在即使接收信号的强度不再足以对信息数据解码时，用户站也能够正确地解码这些控制信息。因此本发明提出，附加于沿当前时隙的信息数据确定的用户站方向聚束的第一无线电信号，来发射第二无线电信号，其沿至少一个由控制信息确定的另一用户站方向的发射功率足以使之正确地接收到控制信息。为此第二无线电信号的发射功率是笫一信息发射功率的一个小的分数就够了。由于其功率很小，第二信号不会对相邻的小区造成显著的干扰，而且另一方面，不再需要把含有有效上行链路标识的时隙用信息数据所要求的高发送功率不聚束地向小区中的所有用户站发射。
优选地第二无线电信号的发射功率相对第一信号降低到足以使在由基站覆盖的整个小区中能够用足够的可靠性正确地解码控制信息，但是不足以解码可能会含于第二无线电信号中的，反正对控制信号指定用户站无关的信息数据。
所述第二信号可以非聚束地发射，也就是说为发射此信号天线可以有覆盖基站的全部小区的不变的方向性。
作为替代，第二无线电信号也可以沿上行链路状态特征符指定的用户站方向发射。这种情况下可以用同一个基站天线发射第一和第二无线电信号。
在两种情况下沿第二用户站方向的发射功率都优选地低于沿第一用户站方向3分贝至15分贝。此值当然取决于上行链路状态特征符和信息数据所采用的编码，并且适用于当前GPRS、EGPRS和GERAN采用的编码。对于GPRSCS1/CS2沿第二用户站方向的发射功率优选地低约5分贝，对于其它的编码可酌情有较大的差别。
为了防止两个无线电信号之间出现破坏性的干扰，把这两者适当相互正交地进行极化。
如果这两个信号都是定向的，它们具有相同的极化也是实际和适当的。
本发明的其它特点和优点由下面参照附图对实施例的说明中给出。
附图中：
图1是可以采用本发明的无线电通信系统的示意性方框图；
图2是基站的发射部分的方框图；
图3是所述发射部分的方向特性；
图4是基站的发射部分的第二实施例；
图5是基站的发射部分的第三实施例；
图6是所述发射部分的方向特性。
图1示出可采用本发明方法的无线电通信系统的结构。所述无线电通信网含有多个相互连接成网并且对固定网络和/或另外一个无线电通信网络之类的其它网络产生通路的移动交换中心MSC，图中只表现了其中之一。另外，所述的移动交换中心MSC与至少一个基站连接。每个基站控制控制器BSC又使之能够与至少一个基站连接，在此图中是BS1、BS2、BS3。每个这样的基站可以通过一个无线接口与用户站MS1、MS2、...建立信息连接，所述有户站MS1、MS2、...处在相应的小区C1、C2、C3中。
图2是基站BS1的发射部分的方框图。高频放大器1向功率分配器2输送用向用户站发射的信息数据和由控制信息调制的高频信号。所述功率分配器把发射功率按固定的预定比例分配到它的两个输出，在这两个输出上分别连接极性选择电路4和延迟矩阵5，极性选择电路4和延迟矩阵5分别由天线控制单元3控制。所述的分配比例根据为信息数据和控制信息采用的编码确定。
在GPRS信号的情况下，极性选择电路4接收功率分配器2的输入功率的四分之一。其两个输出分别向非聚束式天线6的两个正交极化的发射元件传送高频信号，在此非聚束式天线6是其方向性超出基站BS1的整个小区C1的扇形天线。根据极性选择电路4的位置不同，天线6具有正或负45度的极性。该天线的方向特性示于图2A中。
延迟矩阵5接收功率分配器2其余的四分之三的功率。这是一种向自适应天线7馈电的巴特勒矩阵(Butler-Matrix)。所述自适应天线7能够按照巴特勒矩阵上的天线控制单元3对天线7的不同发射元件设定的延迟以多个不同方向特性发射，所述的方向性各自具有带不同的主传播方向的窄波瓣8的形状，如图2B所示。
天线控制单元3控制开关4和巴特勒矩阵5，使得由天线6、7的无线电信号相互正交。天线控制单元3从一个无线电信号脉冲串到下一个无线电信号脉冲串交替改变两个信号极性。
天线控制单元3对每个在小区C1中活动的用户站识别相对于基站的方位角。为了把数据分组发射到用户站MS，天线控制单元3控制巴特勒矩阵，使得自适应天线7产生由巴特勒矩阵给定的不同波瓣8中的其主方向最能符合用户站方位角的波瓣。同时这样地控制延迟矩阵4，使天线以对所选取的波瓣8正交极性发射。
图3示出所得到的方向特性。被称为第一无线电信号的自适应天线7的信号的波瓣和称为第二无线电信号扇形天线6的信号的心脏形方向性按其正交的极性相干地迭加，从而可以不按单一的传播方向发出。通过沿用户站MS1方向的第一无线电信号束可以可靠地接收和解码为之确定的信息数据。在相对于基站BS1另一个方位角下的用户站接收天线6的第二无线电信号，第二无线电信号对大多数方向的发射功率由功率分配器2的分配比例给定，对于此例中的大多数角度约较自适应天线7低5分贝。由于这样地确定非聚束天线6和自适应天线7的发射功率得到只能够可靠地解码在波瓣8中在分组内传输的信息数据。然而上行链路状态标识却可以用小区C1中的每个用户站可靠地接收。
图4所示的发射部分的变型与图2所示的不同之处在于，取消了功率分配器2，而设有第二高频放大器1`以代之，从而天线6、7各安排一个自身的放大器。固定给出第一放大器1的发射功率，从而，经天线6用所有用户站都可以从中提取上行链路状态特征符的无线电信号提供给整个小区C1。放大器1`的发射功率是可调的，从而可以按照基站BS1与用户站MS1之间的距离，目的明确地匹配性天线7的发射功率，其中为所述的基站和用户站确定了发出分组的信息数据。如果基站BS1和用户站MS1之间的距离小到由非聚束天线6发射出的第二无线电信号足以由用户站MS1解码信息数据，在极端的情况下可以把放大器1`的发射功率降低为零。
图5示出发射部分的第三实施例，其中取消了天线6，取而代之，功率分配器6用高频电能相两个巴特勒矩阵5、5`馈电，其中第二矩阵5`含有所提供的发射功率的四分之一而矩阵5含有其四分之三。两个巴特勒矩阵5、5`的输出信号经T形部件9聚集，然后各自输入到自适应天线的单一元件上。天线控制器3对布特勒矩阵5的控制如以上对图2所示实施例一样进行。而巴特勒矩阵5`由天线控制单元控制，以把波瓣10(图6)以产生沿刚才发射的分组标出的上行链路标志标示的用户站MS2的主发射方向。
图6示出所得到的方向特性，以图3中已经示出的强波瓣8沿数据块的信息数据确定的用户站MS1的方向，弱波瓣10沿用户站MS2的方向。
如果，如图6中所示波瓣8和10的主发射方向差别大，以及这两个波瓣不重叠，它们可以有同样的极性。如果站MS1和MS2的方位角只有很小的差别并且波瓣部分地重叠，最好把它们相互正交地极化以避免破坏性的干扰。这是因为如以这样借助于布特勒矩阵5、5`只是能够不连续地通过矩阵的延迟电路的协调作用产生预定的方向特性，那么可能一般出现这样的情况：须接收用户站MS2上行链路状态标志的，或者说由信息数据确定的用户站所处的该方位角下，这两个波瓣8、10可能会受到破坏性干扰。
如果各个波瓣的重叠范围足够大，把自适应天线的控制简化为所有的波瓣都有相同的极性。即，如果用户站MS1、MS2的方位角的差在波瓣的张角的数量级，可以用第一无线电信号的强波瓣8就足够为这两个用户站提供信号了；这种情况下们，可以停止用波瓣10发射第二无线电信号。如果方位角的差较大，可以为第一和第二无线电信号选择两个不重叠的波瓣，也就是如图6所示波瓣8、10，由于不重叠，因此在不论信息数据还是控制信息所确定的用户站MS1、MS2处都没有相互抵消的风险。
不言而喻，本发明还可以用于这样的基站：它不是从各个，通过布特勒矩阵制定的不连续的主发射方向中选择，而是可以通过用复加权系统乘以自适应天线给出的无线电信号的各个发射元连续地控制主发射方向。

Claims (15)

1.在无线电通信系统的共用相继帧的一个相同时隙的多个用户站(MS1、MS2)与基站(BS1)之间进行数据传输的方法，其中基站(BS1)在给定的时隙为一个第一用户站(MS1)传输确定的信息数据和为一个第二用户站(MS2)传输控制信息，其中，利用强于信息数据的误差保护对控制信息进行编码，其特征在于，在给定的时隙中对准第一用户站(MS1)发出的无线电信号被其发射功率对准第二用户站(MS2)的第二无线电信号重叠，以使得能够正确接收控制信号。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述控制信息含有一个用户站(MS2)的标志，所述用户站(MS2)被允许在后继帧的相应时隙中发射数据。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，所述控制分组包含关于第二用户站要采用的发射功率的信息。
4.如权利要求1至3之一的方法，其特征在于，第二无线电信号的发射功率不足以让第二用户站(MS2)正确地接收给定时隙的信息数据。
5.如权利要求1至4之一的方法，其特征在于，第二无线电信号覆盖基站(BS1)的整个小区(c1)。
6.如权利要求1或4的方法，其特征在于，所述第二无线电信号沿第二用户站(MS2)方向聚束地发射。
7.如以上权利要求之一的方法，其特征在于，沿第二用户站(MS2)方向的发射功率低于沿第一用户站(MS1)方向3分贝至15分贝。
8.如以上权利要求之一的方法，其特征在于，第一和第二无线电信号有正交的极化。
9.如权利要求1至7之一的方法，其特征在于，第一和第二无线电信号是定向的并且具有相同的极化。
10.无线电通信系统的基站，具有连接在发送信号源上的自适应天线(7)用于聚束地发射第一无线电信号，其特征在于，还附加地含有一个天线用于非聚束地发射第二无线电信号，所述天线连接在相同的发送信号源上并且它所拥有的发送功率比自适应天线(7)的发送功率小得多。
11.无线电通信系统的基站，具有连接在发送信号源上的自适应天线(7)用于聚束地发射第一无线电信号，其特征在于，所述基站含有向自适应天线(7)发送第二无线电信号的装置(3、5、9)，所述第二无线电信号从与第一无线电信号相同的发送信号源引出，第二无线电信号的主发射方向与第一无线电信号的主发射方向不同并且第二无线电信号的发送功率比第一无线电信号的发送功率小得多。
12.如权利要求10或11的基站，其特征在于，所述基站被安排得使第一和第二无线电信号彼此正交极化地发射出。
13.如权利要求7的基站，其特征在于，附加的天线(6)和自适应天线(7)适用于发射两个彼此正交地极化的无线电信号。
14.如权利要求11的基站，其特征在于，所述基站被安排得使第一和第二无线电信号不重叠并且相同极化地发射出。
15.如权利要求10至14之一的基站，其特征在于，第二无线电信号的发送功率比第一无线电信号的发送功率低3至15分贝。
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