CN1773893A - 一种通信方法及蜂窝移动通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数据通信方法，用于TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统，基站为小区内不同的接入UE分配不同的时隙/频率/时频二维资源；各小区划分为一或多个区域，蜂窝移动通信系统内互为相邻的区域分配有不同的扩频码，还包括：发送方对要发送的原始数据使用UE所属区域的扩频码进行扩频，通过所述时隙/频率/时频二维资源发送出去；接收方从所述时隙/频率/时频二维资源区接收发送方发送的数据，使用同一扩频码对数据进行解扩，还原出原始数据；其中，发送方指所述的基站/UE，接收方指所述的UE/基站。还提供了相应的蜂窝移动通信系统。使用本发明，蜂窝移动通信系统的不同小区可分配相同的频率，实现频率复用为1。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝移动通信领域，特别是指一种通信方法及蜂窝移动通信系统。
背景技术
图1为蜂窝移动通信系统的蜂窝网示意图。整个网络由若干个小区构成，小区是网络中一个基本的无线覆盖的区域，每个小区由一个基站进行信号覆盖。
对于FDMA、TDMA网络(如GSM网络)来说，若所有小区均使用相同的频率，其频率重复使用性会较高，但是在小区相邻之处必然会由于使用信号频率的重合而形成相互的干扰。为了避免这种原因产生的干扰，不同的相邻小区分配给不同的频率段，不相邻的小区则可以使用相同的频率段。如图1所示相邻小区A、B、C分配有不同的频率段，该图中，使用相同频率的小区以相同的字母表示。通过这种频率分配的蜂窝网，由于相邻小区的频率不同，因此可以降低相邻小区的信号干扰。
但是，蜂窝网采用了这种频率分配后，相邻小区不能使用相同的频率，频率重复使用性大大降低。以图1为例，每隔3个相邻小区可以使用相同的频率资源，也就是说此时频率复用系数为：1/3。
可以看出，采用上述相邻小区使用不同频率的方法来实现蜂窝组网，系统必然需要更多的频率资源，也就是说，相当于上述方法使得频率资源利用率降低，或者说频谱效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通信方法，使TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统的不同基站覆盖小区可以使用相同的频率资源与在其小区内的UE进行通信。
本发明还提供了一种蜂窝移动通信系统，使TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统的不同小区均可以分配相同的频率资源。
本发明提供的数据通信方法，应用于TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统，基站为小区内不同的接入UE分配不同的时隙/频率/时频二维资源区，用于与UE进行相互间的数据通信；各个小区划分为一个或多个区域，蜂窝移动通信系统内互为相邻的区域分配有不同的扩频码，该方法还包括：
A、发送方对要发送的原始数据使用UE所属区域的扩频码进行扩频，然后通过所述时隙/频率/时频二维资源区发送出去；
B、接收方从所述时隙/频率/时频二维资源区接收发送方发送的数据，使用同一扩频码对数据进行解扩，还原出原始数据；其中，发送方是指所述的基站/UE，接收方是指所述的UE/基站。
本发明提供了另一种数据通信方法，应用于TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统中，基站为小区内不同的接入UE分配不同的时隙/频率/时频二维资源，用于与UE进行相互间的数据通信；各个小区划分为一个或多个区域，蜂窝移动通信系统内互为相邻的区域分配有不同的扩频码，该方法还包括：
A、发送方对要发送的原始数据映射在所述时隙/频率/时频二维资源上，然后使用UE所属区域的扩频码进行扩频后发送出去；
B、接收方使用同一个扩频码对接收到的数据进行解扩，然后从所述时隙/频率/时频二维资源接收所述原始数据；其中，发送方是指所述的基站/UE，接收方是指所述的UE/基站。
其中，所述互为相邻的区域分配的不同的扩频码之间互为正交。
其中，进一步包括：不相邻小区所分配的小区扩频码可相同。
其中，所述区域包括：将小区内的用户划分成的用户组所对应的逻辑区域。
其中，所述区域包括：小区内所划分的扇区。
其中，进一步包括：不同的小区分配有不同的小区扰码；步骤A所述发送方对要发送的原始数据使用UE所属区域的扩频码进行扩频后，使用所分配的小区扰码对数据进行加扰；步骤B所述接收方使用同一扩频码对数据进行解扩前，使用同一小区扰码进行解扰。
其中，所述扩频码或/和小区扰码由无线网络控制器RNC或移动交换中心MSC进行分配，并通过基站无线信道中的公共信道发送给UE。
其中，步骤A所述对要发送的原始数据使用其所在小区的小区扩频码进行扩频后，进一步包括：使用OFDM对数据进行调制；步骤B所述使用同一扩频码对数据进行解扩前，进一步包括：使用OFDM逆过程对数据进行解调。
本发明相应提供了一种TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝通信系统，包括不同的区域，各个相邻区域之间使用不同的扩频码进行区分。
其中，所述区域为：基站所覆盖的小区、小区内划分的不同用户组对应的逻辑区域、或小区内划分的不同扇区。
由上述方法可以看出，在TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统中，基站和UE之间可以使用全部的网络频率带宽进行通信，因此提高了频谱利用率和数据传输速率。可以充分满足宽带通信对数据传输速度、容量的要求。
本发明所述TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统，不同小区均可以分配相同的频率资源，且小区之间不存在干扰。有效解决了TDMA、FDMA、OFDMA等蜂窝网络通信系统中的频率复用问题，实现了频率复用率为1。可以节省大量频谱，提高了频谱利用率。在此基础上，通过多载波配置可以大幅度提高系统容量。
并且，实现频率复用为1，还可以省去复杂的频率规划工作，为快速建网提供了可能。
附图说明
图1为现有TDMA/FDMA蜂窝网示意图。
图2为本发明TDMA/FDMA蜂窝网示意图。
图3为本发明采用码分小区的数据下行传输的原理图和流程图。
图4为本发明采用码分小区、码分用户组的数据下行传输的原理图。
图5为本发明采用码分小区、码分扇区的数据下行传输的原理图。
具体实施方式
本发明在无线空中接口机制上作了研究，在TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝网系统中，提出码分小区的方案。其中，小区内仍采用TDMA/FDMA/OFDMA方式实现不同用户的接入，也就是说，仍以TDMA/FDMA/OFDMA方式区分各用户，克服小区内用户之间的干扰；而各个小区分配相同的频率，而采用扩频码方式区分各小区(或者通过扩频码+扰码的方式区分各小区)，克服小区之间的干扰，从而实现各小区使用相同的频率，即单频组网。这里可以将码分小区的方案称为CDMC(Code DivisionMultiple Cell)。
如图2示出的本发明所述TDMA/FDMA蜂窝系统，各个基站使用相同的频率来覆盖其小区，并且相邻基站使用不同的小区扩频码而带来的扩频增益来克服相邻小区的信号干扰，实现对各个小区的区分，而小区内各个UE仍以TDMA/FDMA/OFDMA方式接入基站无线信道。
由于在TDMA蜂窝网中使用CDMC的原理和在FDMA/OFDMA蜂窝网中使用CDMC的原理基本相同，下面仅以TDMA蜂窝网为例，来说明本发明蜂窝移动通信系统的数据通信方法。
以现有的TDMA网络进行说明，该例中，假设均为单载波，即一个基站覆盖一个小区。下面以数据的下行为例，即发送方为基站、接收方为UE，参见图3来说明本发明通信方法，包括以下步骤：
步骤301：基站要与UE进行通信时，首先为接入的用户分配时隙，也就是分配一个业务信道，其中为不同的用户分配不同的时隙(每个时隙对应一个业务信道)，以实现用户的TDMA接入。
步骤302：基站对下发的数据使用一个小区扩频码进行扩频，也就是说，对各个时隙的用户数据使用同一个扩频码进行扩频。其中，相邻的不同基站分配的小区扩频码不同，且小区扩频码之间互为正交。也就是说，各个相邻小区之间以不同小区扩频码进行区分。
参考图1中示出的频率的重复使用方案，如图2所示，本发明可将小区扩频码重复使用，即不相邻的小区可以分配相同的小区扩频码。而小区扩频码可以由基站所属的无线网络控制器(RNC)或移动交换中心(MSC)进行分配。不难理解，小区扩频码也可以不重复使用，即各个小区的小区扩频码均不相同。
步骤303：基站将扩频后的数据通过为接入UE所分配的时隙(即业务信道)发送出去。
步骤304：UE从所分配的时隙中接收基站所发送的数据。
步骤305：UE使用与步骤302相同的小区扩频码对接收到的数据进行解扩，还原出原始的数据。其中，在步骤304中，UE可能接收到相邻小区在同一时隙所下发的数据，但是由于相邻小区所使用的小区扩频码不同，且互为正交，因此，在本步骤进行解扩时，仅还原出本小区基站所下发的数据。
其中，UE使用的小区扩频码的获得，可以由基站通过无线信道中的公共信道(即某特殊时隙)传递给UE，例如在UE开机时，或者在UE切换到该小区时，通过公共信道接收到基站所下发的扩频码。相邻小区可以采用不同的时隙作为其公共信道，这样，可以避免相邻小区公共信道之间的干扰。
从以上可以看出，在同一小区内，用户仍以TDMA方式接入基站的无线信道，即通过TDMA来区分不同的用户。而相邻小区使用不同的小区扩频码进行区分，从而可采用相同的频率。UE在与基站进行通信时，通过小区扩频码正确识别出所在小区基站发送的数据。
上面所述的是基站和UE通信中数据的下行过程，对于数据的上行过程，即数据发送方为UE，接收方为基站，其原理类似于数据下行的逆过程，下面仅简单描述：
首先，基站为不同接入用户分配不同的时隙(即业务信道)，在UE发送数据时，UE首先使用所分配的小区扩频码对数据进行扩频；然后通过所分配的时隙(即业务信道)发送给基站；基站从该时隙(即业务信道)接收到数据，使用相同的扩频码进行解扩，还原出原始的数据。
另外，对于上述的数据下行、上行步骤中，对于发送方，在使用相同扩频码扩频以后，可以进一步使用OFDM进行调制，相应的在接收方，在进行解扩频之前使用OFDM逆运算进行解调。
另外，上述方案是发送方将数据先进行扩频在映射到业务信道发送出去，以及对应的接收方的逆过程。不难理解，也可以按照下面的方法进行通信：
发送方对要发送的原始数据先映射在不同的时隙上，然后使用其所在小区的小区扩频码进行扩频调制后发送出去；接收方使用同一个小区扩频码对接收到的数据进行解扩，还原出原始数据，然后从所述时隙资源区去区分是否是自己的原始数据，从相应的时隙中获取自己的原始数据。
下面来分析一下，采用本发明方案的优点：
以无线帧内用户TDMA为例，以时隙来区分不同的用户；以帧为单位扩频，以下举例条件是在5MHz带宽情况下，假设4倍扩频就实现了本发明的目的。此时存在的问题就是，在系统带宽是5MHz的情况下，那么在扩频前的chip率就变成了1.25MHz，相当于系统容量变成了原来的1/4；带来的好处是可以频率复用为1，此时容量的损失从以下角度来说似乎又是划算的：
如果系统带宽就是5M，提供近5M的Chip率，此时采用背景技术，实现系统蜂窝组网的话，则需要的频点不止4个，除非采用一些诸如智能天线等增强性技术(经计算，如果小区边缘使用系统最低阶的调制方式QPSK的话，至少需要12天线的智能天线方式，此时需要12个射频通道)，而这里的代价是每个小区需要4个正交的扩频码资源，或者在同一个小区内通过多载波4载频方式提供相同的容量。此时相当于小区总的chip率仍然可以近似达到1.25×4＝5M。这便是典型的CDMC(Code Division Multiple Cell)。
另外，如图4所示，相对于图3的A图来说，本发明还可以在同一个小区内将用户分为不同的用户组(全向小区方式)，一个用户组可以看作是一个逻辑上的区域，这些用户组使用不同的组扩频码进行区分，而这些不同的用户组可以共用同一套射频系统，此时类似于扇区叠加的概念。这种情况下，用户之间仍然是靠TDMA来区分的，但多了两层意思，一是靠码分多组(CDMGA，Code Division Multiple Group Access)来区分同一小区内不同用户组，二是相当于码分小区(CDMC)来区分各个小区。
这样，不同用户组的发送方使用不同的组扩频码进行扩频后，使用同一套射频系统发射；而接收方，不同的用户组使用不同的组扩频码对数据进行解扩。从而实现了在同一个小区内同一无线帧里有多组用户同时发射，各组之间通过不同的组扩频码来区分。并且，可进一步使用所属小区扰码进行加扰，以此，不同小区内用户组可以使用相同的组扩频码。
如图5所示，相对于图3的A图来说，本发明还可以在同一个小区内划分多个扇区(扇区化方式)，类似于CDMA系统里划分扇区的概念，扇区之间通过不同的扇区扩频码来区分，不同的扇区使用不同的定向天线。此时用户之间仍然是靠TDMA来区分的，但多了一层意思，一是靠码分扇区(CDMS，Code Division Multiple Sector)来区分了同一小区内不同扇区，二是相当于码分小区(CDMC)来区分各个小区。
这样，发送方使用扇区扩频码进行扩频，不同的扇区使用各自独立的一套射频系统发射；而接收方，在使用扇区扩频码对数据进行解扩。从而实现不同扇区内的用户数据经过不同的扇区扩频码进行区分。并且，可进一步使用所属小区扰码加扰来区分各小区，以此，不同小区的扇区可以使用相同的扇区扩频码。
以上实施例均以TDMA的蜂窝网为例进行说明。如前所述，本发明所述数据通信方法同样应用于FDMA/OFDMA蜂窝网，其原理相同，因此不再详述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1、一种数据通信方法，应用于TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统，基站为小区内不同的接入UE分配不同的时隙/频率/时频二维资源区，用于与UE进行相互间的数据通信；其特征在于，
各个小区划分为一个或多个区域，蜂窝移动通信系统内互为相邻的区域分配有不同的扩频码，该方法还包括：
A、发送方对要发送的原始数据使用UE所属区域的扩频码进行扩频，然后通过所述时隙/频率/时频二维资源区发送出去；
B、接收方从所述时隙/频率/时频二维资源区接收发送方发送的数据，使用同一扩频码对数据进行解扩，还原出原始数据；其中，
发送方是指所述的基站/UE，接收方是指所述的UE/基站。
2、一种数据通信方法，应用于TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝移动通信系统中，基站为小区内不同的接入UE分配不同的时隙/频率/时频二维资源，用于与UE进行相互间的数据通信；其特征在于，
各个小区划分为一个或多个区域，蜂窝移动通信系统内互为相邻的区域分配有不同的扩频码，该方法还包括：
A、发送方对要发送的原始数据映射在所述时隙/频率/时频二维资源上，然后使用UE所属区域的扩频码进行扩频后发送出去；
B、接收方使用同一个扩频码对接收到的数据进行解扩，然后从所述时隙/频率/时频二维资源接收所述原始数据；其中，
发送方是指所述的基站/UE，接收方是指所述的UE/基站。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述互为相邻的区域分配的不同的扩频码之间互为正交。
4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：不相邻小区所分配的小区扩频码可相同。
5、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述区域包括：将小区内的用户划分成的用户组所对应的逻辑区域。
6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述区域包括：小区内所划分的扇区。
7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：不同的小区分配有不同的小区扰码；
步骤A所述发送方对要发送的原始数据使用UE所属区域的扩频码进行扩频后，使用所分配的小区扰码对数据进行加扰；
步骤B所述接收方使用同一扩频码对数据进行解扩前，使用同一小区扰码进行解扰。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述扩频码或/和小区扰码由无线网络控制器RNC或移动交换中心MSC进行分配，并通过基站无线信道中的公共信道发送给UE。
9、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
步骤A所述对要发送的原始数据使用其所在小区的小区扩频码进行扩频后，进一步包括：使用OFDM对数据进行调制；
步骤B所述使用同一扩频码对数据进行解扩前，进一步包括：使用OFDM逆过程对数据进行解调。
10、一种TDMA/FDMA/OFDMA蜂窝通信系统，包括不同的区域，各个相邻区域之间使用不同的扩频码进行区分。
11、根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述区域为：基站所覆盖的小区、小区内划分的不同用户组对应的逻辑区域、或小区内划分的不同扇区。
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