CN85109677A - 在数字无线电传输系统中传送消息的方法和设备 - Google Patents

Abstract

先有技术中的无线电传输系统中通常采用时分、频分或码分的多路复用方法，或者这三种方法的组合方法。在迄今所知的各种无线电传输系统中，在往返两个方向都采用相同的传输方法。但是，这会在上述不同方法中的固定无线电基站BS和各移动无线电台BS中产生若干缺点。为防止这些缺点，本发明采用一种宽带多路复用方法沿从固定无线电基站BS到分配给这一基站的各移动无线电台BS方向传送各种消息，而采用一种窄带多路复用的方法沿从各移动无线电台MS向固定无线电基站方向传送各种消息。

Description

本发明是关于在数字无线电传输系统中传送消息，更准确地说，是传送报告和信号信息的一种方法。这种数字（无线电）传输系统包括设置在蜂窝状网络中的若干固定无线电台，即基站（BS），以及许多个相互独立的移动无线电台，即移动台（MS）。为了传送各种消息，这些基站和移动台可以接入多个消息信道。

为了通过由许多个用户所共用的某种传输设备（例如有线线路、无线电通道）传送各种消息，已经知道的基本方法有三种，即码分多路复用方法、频分多路复用方法和时分多路复用方法。

例如，在采用码分多路复用方法情况下，其过程是借助于基本的调制技术，将经由共用的传输设备所传递的各种消息调制到一个载频上。已调的合成信号与总带宽相比是一种窄带信号，并且通过采用表征接收机的一种码字进行多路复用调制，已调合成信号在频谱上被分布在整个信道带宽上。这样得到的码分复用信道（消息的传输信道）无论在时间上还是在带宽上都是不受限制的，但在其功率密度方面则是受限制的。因此，通过时间选择的方法或者按照频率分割的原理来识别这种信号都不会凑效，只能根据码谱来进行识别。接收机根据分配给它的码字，选择码分多路复用信道中码谱上迭加的大量编码消息。对于采用二级调制（基本信号调制和多路复用信号调制）而言，在无线电传输系统中往往采用移相链控（PSK）或移频键控（FSK）。

举例来说，将数字化的话音信号（在A/D变换之后）加到第一调制级，例如包含一个相乘混合器的第一调制级。在相乘混合器中，所加入的数字话音信号与分配给这一发射机的一个码字相混合，从而形成一种频谱的分布。在发射机的第二级调制过程中，将宽带信号（已调制的二进制字符序列）变换到适宜传输的一段频率上。

在接收机一端恢复消息信号，是以上述码分多路复用方法依次进行基本信号的解调和多路复用信号的解调而有效实现的。在基本信号解调级，通过将基准载频与接收到的信号相乘，实现频率位置的变换，使之变换到适合于多路复用解调的频带上（例如基带上）。借助于安装在接收机中的一种码字发生器以及一种码同步电路，在码字发生器产生的码字以正确的相位与接收到的码字同步之后，便消除了发送时产生的频谱分布。因此，以前曾在频谱上被分布在整个传输频带上的信号能量，又被压缩在原来的窄频带上。同时，利用不同的多路复用信号调制，使送到该接收机的各邻路信号在频谱上仍然保持着原来的分布，并且可以利用一种其带宽与未分布的信号带宽相适应的带通滤波器，将邻路信号予以抑制。

根据所用的码字间的各个互相关函数的数值较小而分布，系数较大;其余各信号所引起的，并仍然保留在多路复用解调中的由系统所决定的残余噪声就比较小。互相关函数的不为零的某一数值会减小信/噪比。信/噪比以及同步周期均由互相关函数和自相关函数所决定。

在采用频分多路复用方法的情况下，将可用传输消息的总带宽分割成为若干窄频带，每一个窄频带相当于一个消息传输信道，在无线电传输过程中，用户占有这样一个供其使用的窄频带。

在采用时分多路复用方法的情况下，每个用户拥有一个单个无线电信道的总带宽的使用权，但是这些用户仅仅在一个很短的时间间隔内才可以使用这单个无线电信道。各不同用户的字符或字符序列相互交替，并以相应更高比特速率在单个无线电信道上传送，分配给每个用户的时分信道时间，随帧周期进行重复。

DE-OS    25    37    683公开了一种包含有多个固定无线电基站和多个移动无线电台的无线电传输系统，在这种系统中，采用了异步时分多路复用、码分多路复用和频分多路复用的不同信道接入方法。

无线电传输系统中的通信联系是经由包括有各种障碍物重复反射的传播路径得以实现的。由于低效的天线高度和移动无线电台天线必然的圆形幅射特性的影响，接收场强就专门地包括来自分场强的干扰，这些分场强是由地球表面、山脉、建筑物等的反射，通过多种路径传播而产生的。由天线引入的接收电压的幅度和相位皆因分场强的迭加而附加了调制。反射信号的各个分量经由不同的路径，以不等的时间延迟到达天线。当直接幅射信号与反射信号之间的延迟时间差大于半个字符的持续时间，这种多路径传播的影响尤其明显。由多路径传播所产生的混合信号导致了与位置相关的幅度分布。在接收场强很低的区域内，幅度分布的最小值使与位置相关的值降低到极限灵敏度以下，从而导致干扰通信联系。对于静止不动的车载无线电台而言，接收电压的波动比较小，如果该车辆行驶起来，噪声频谱的影响就更为显著。通信联系中的扰动的持续时间，以及发生的频度，取决于车辆的行驶速度，并相应于雷莱分布（Rayleiqh    distribution）。这种扰动基于某种场强分布，而这种场强分布一方面取决于车辆行驶的路线，另一方面还取决于所处环境的反射系数。在不良的传播条件下，或在车辆高速行驶的情况下，测试到的误码率远大于1%，在某一短暂的时间内大约可以达到50%。

人们已发现，由于系统决定的噪声，码分多路复用方法所具有的信号/噪声比小于时分多路复用方法或频分多路复用方法。由于消息能量的频谱压缩，接收机的信号/噪声比可根据分布系数（每个消息字符的码字字符数目）得到改善。在消息从移动无线电台向固定无线基站传输期间，固定无线基站随着它到移动无线电台的距离愈远，它所接收到的能量愈小，平均来说，距离扩大到10倍时，能量相差40dB，因此，每个移动无线电台需要一种发送功率控制，以便进行必要的动态补偿。除了这个缺点之外，它还需要占用较宽的频带。与时分多路复用方法或频分多路复用方法相比，码分多路复用还有另一个缺点，即实现码同步的代价更为昂贵。与此相反，采用码分多路复用方法的优点是不存在邻路干扰，而采用频分多路复用时，由于各频带间的互相重迭便会产生邻路干扰，或当采用时分多路复用方法时，由于各时隙间的重迭，也会出现这种干扰。因为传输能量的“频谱分布”各种宽带噪声源以及其他各种噪声源终归会影响合成信号上所迭加的码字，因此，在频率方面，码分多路复用系统劣于其他各种系统。

码分多路复用系统要求更宽的频带的缺点，在无线传输系统中，可以用以下优点来弥补，即空间上相邻的各无线网络可以利用同一频带，从而使无线传输系统中容纳大量移动无线电台所容许采用的总带宽为频分多路复用方式总带宽的数量级。由于共用同一频带，很容易按照移动无线电台的需要实现无线网络的交换。

而码分多路复用方式与频分多路复用方式相比还具有以下优点：使用相同的码字、信号信息的各组成部分能够同时幅射给所有的移动无线电台;同时码分多路复用方法也还具有以下缺点：因为各移动无线电台和各固定无线电基站之间的距离差别波动很大，电波传播过程中的衰耗大不相同，所以缺点是在每个移动无线电台中均需要进行功率控制。时分多路复用方法所具有的缺点是（在很大程度上为了防止在二进制编码中的调制抵消作用），它能够实现的最大比特速率大约仅仅为50Kbit/S。然而，这一最大比特速率很低，因其信息量仅仅相当于极少几个用户（2-3个用户）的信息量，不足以提供来自大量用户的按时间互相交错复用的大量信号。

此外，上述各种方法的一些组合方式以及它们在数字无线电传输系统中的应用也是大家知道的。例如，《通信工程，电子学+技术情报》，1984年，7卷，第264～268页（“Nachrichtente-chnik，Elektronik+Telematic    38（1984），Vol.7，Page264～268”）公开了一种数字无线电传输系统，其中采用了时分多路复用方法与码分多路复用方法相结合的方式。在传送话音和/或数据的各时分信道（COmmunication    Channel    TCH）中，一个接一个地传送一个用于确定时钟比特速率（同步的）的比特序列、一个帧同步字（引导字），以及消息本身的比特序列。该传输消息的时分信道（3×20TCH）与几个控制信道（3CCH）相组合，便形成了一个持续时间为31.5mS的时分多路复用的帧。如果话音信号要作为一种消息（待）传送的话，则可以使用自适应增量调制方法来进行模/数变换。于是在发射机中就给所产生的各消息字符（数个比特）迭加一种码（字）。人们已发现，以每四比特一个码组的方式来组合各个专用的消息字符，并且给互不相关的字母分配这样得到的码组，是有优点的。这时所使用的分布系数取一种折衷的数值，使它有可能把频带分布的优点与所要求的经济利用频率（的优点互相）结合起来。

迄今所知的所有无线电传输系统具有共同之处，即固定无线电基站和移动无线电台之间的消息传输信道是一种对称结构的信道，也就是说，往返两个方向都采用相同的调制方法。关于每当消息传输信道的往返两个方向各自采用不同的调制方法时，是否就能避免以上所述的各种缺点的问题，迄今为止，还没进行过任何调查研究。本发明是基于这样一种认识：即在从固定的无线电基站到各移动无线电台的方向上，采用的是信息分量的分布方式，而在从移动无线电台到固定的无线电基站的方向上，存在一个点对点的通信联系。

本发明的目的是提供一种能够灵活地适应数字无线电传输系统中各种新业务的消息传输系统，从而提高数字无线电传输系统的灵活性。

这一目的已用一种方法实现，其特征是：在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）方向上所分配的每一消息信道通过码分多路复用信号调制进行多路复用，它们是相互迭加的，并在一个共用的频带上传送这样得到的宽带信号总和;而在从各移动无线电台（MS）到固定无线电基站（BS）方向上，用相互分隔的窄带频道实现消息的传送。

根据本发明的这种方法具有以下优点：由于在固定无线电基站采用码分多路复用信号调制，在发送方向上（从固定无线电基站到移动无线电台的方向）不需要进行昂贵的组合，并且可以用简单的方式方法来降低固定无线电基站的功率及空间的要求;与频分多路复用方法相比，在移动无线电台不需要很高的载频、很高的振荡器稳定性及大量的滤波器，因此可以降低所用频率合成器的成本，节省设计该频率合成器所付出的精力。

当从各移动无线电台到固定无线电基站方向上采用频分多路复用方法时，与时分多路复用方法相比，在时分多路复用帧的各时分信道之间不需要串扰防护边际，也不受范围的限制。与码分多路复用方法相比，在固定无线电基站中为了达到同步的目的而付出的成本费用及设计代价都可以减少;在每一移动无线电台中也不需要外加动态补偿。

如果将码分多路复用信号调制的各信道永久性地分配给各个移动无线电台，那未在移动无线电台中电路的成本费用和设计代价（设计更为简单的控制电路）也能够减少。

上述方法还具有如下特征：在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）方向，由固定无线电基站（BS）对移动无线电台（MS）所使用的码分多路复用信号调制的各信道进行选择，并在建立通信联系时，将选定的信道通告该移动无线电台（MS）。这种方法具有如下优点：可以用简单的方式使这种方法与业务量的变化状况相适应，并且可以轻而易举地从多路复用信号中选择出所需要的码分信息。

如果由所有移动无线电台所公用的码分多路复用调制被用于控制信道中，那末就能以一种简单的方式方法获得一条由所有移动无线电台共用的控制信道。

如果把分布的信号总和通过安装在各固定线电基站中的一个基站中的高频（HF）功率放大器进行放大的话，则可以降低功率和空间方面的各种要求。

在上述方法中，在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）的方向上，由固定无线电基站（BS）将处于通话的间隔时间的各移动无线电台排除在形成信号总和的系统之外，因此这种方法还具有各非占用移动无线电台不干扰其余各占用电台的优点。在形成信号和的过程中，对于建立通信联系的用户通话间隔时间的相应部分，不予计及。

如果通过采用不同的码分多路复用调制方法使邻近的固定无线电基站的无线电网络互相区别开来，则可以实现业务负荷量的分担，这样固定无线电基站就能以一个共用的频带传送信号。

在上述方法中，当设置在邻近的无线电网络的各固定无线电基站（BS）以不同的频带从这些固定无线电基站到各移动无线电台（MS）的方向传送信号时，这种方法所具有的优点是，频谱分布系数较小，与其他国家或其他部门在频率协调上也很少出现一些严重问题。

在上述方法中，当设置在邻近的无线电网络的各固定无线电基站（BS）彼此是时间同步的，并且在时分信道上实现从固定无线电基站（BS）向移动无线电台（MS）的方向上传送消息，在这种方法中，固定无线电基站可以使用较小的分布系数。

在上述的方法中，其中可以把设置在固定无线电基站（BS）的各窄带接收机在运行期间开关转换到多个无线电频道上，这种方法具有如下优点：在移动无线电台中所实现的分组系统与频分多路复用方法相比，仅需要为数较少的不同频率的信道。在这种情况下，如果移动无线电台仅仅使用一块晶体，而不使用频率合成器的话，则该移动无线电台就能够以一种很有吸引力的价格进行生产。

在上述方法中，其中每一固定无线电基站（BS）对所使用的各接收频率可进行管理，并且在收信受到干扰时，可以将从移动无线电台（MS）到固定无线电基站（BS）方向上的相关的通信联系任意地转换到另一条未受到干扰的频率信道上，而且固定无线电基站（BS）和移动无线电台（MS）都可以同时转换到该频道上，同时在固定无线电基站（BS）中，迄今所使用的接收机设备继续保持该通信的联系，这种方法所具有的优点是：能使邻近的各无线电网络中的各频率的重复率更低，而且有可能使用一种动态的频率划分。

现在参照附图中表示的最佳实施方案，更为详尽地描述并讨论本发明的一种消息传输方法。在附图中，

图1是表示在本发明的传输方向上发送信息的设备的电路框图;

图2表示码分多路复用调制设备的一种实施方案。

在图1中所表示的数字无线电传输系统包括设置在一个蜂窝状网络中的各固定无线电基站BS和多个互相独立的移动无线电台MS。为了传送各种消息，各移动无线电台均可以接入多个消息信道中的一个信道。在从固定无线电基站BS到分配给它的各移动无线电台的方向上，每个消息信道均以码分多路复用方法进行多路复用，多路复用的各消息信道被相互迭加，而在一个共用的频带上传输，由此得到信号总和的宽带。在从各移动无线电台MS到固定无线电基站BS的方向上，消息的传输是以相互分隔的各窄带频率信道实现的。从i个不同的消息信源NQ1……NQi所获得的各数字消息信号均各自加到一个码分多路复用调制设备EBS1……EBSi上。这些码分多路复用调制设备EBS1……EBSi（其各输出信号都被安排在共同频带中）的各输出信号都被送到一个相加器SUBS，其相加器的输出信号被送入一个发送设备SBS。最初来自分配给移动无线电台MS的一个消息信源NQMS的消息信号，经由一个调制器MMS，各自加到设置在移动无线电台MS的一个发送设备SMS。为了简化和更易于理解本发明起见，在图1中设有绘出在固定无线电基站BS和移动无线电台MS中的互相关联的各接收机设备和各消息数据宿。

对于在从固定无线电基站BS到移动无线电台MS的方向上话音的传送而言，在移动无线电台MS中所使用的码分多路复用调制信号由固定无线电基站BS选择接收，并在通信联系建立期间通告该移动无线电台MS。对于在从固定无线电基站BS到移动无线电台MS的方向上向该固定无线电基站BS所分配的各移动无线电台MS传送信号信息而言，采用对各移动无线电台来说是共同的一种码分多路复用调制。

为了区分设置在相邻无线电网络中的各固定无线电基站BS，各固定无线电基站沿从固定无线电基站BS到各移动无线电台MS的方向以不同的各个频带发送信号。各固定无线电基站BS包括有若干窄带接收机（图中未表示），这些接收机在运行时，可以开关转换到几个频率信道上。在移动无线电台MS中可以进行转换的发送频率的数目比在固定无线电基站BS中可以进行转换的接收频率数目要少。例如在固定无线电基站BS中可以转换到1000个频率，而在移动无线电台MS中可以转换到40个频率。

由于存在干扰情况，要在每个固定无线电基站对它们使用的各接收频率进行管理。在收信出现干扰的情况下，在从移动无线电台MS到固定无线电基站BS方向上，使相关的通信联系转换到另一条未受干扰的频率信道上，而且固定无线电基站BS和移动无线电台MS都能够转换到该频道上。在固定无线电基站BS中，到公用电话系统的有线网络方向的接收设备继续承担通讯联系。

如图2所示，一个码分多路复用调制设备EBSi的一个实施方案包括有，与数字消息信号的级数M相对应的，M个信号发生器SG1……SGM。各信号发生器SGm（其中m＝1……M）产生几个周期性信号Smi。取决于瞬时的信号级m，与各信号发生器SG1……SGM相接的转换开关U进行必要的控制，使得哪个与信号级m相关联的信号Smi在其输出端出现，该输出的信号便被加到码分多路复用调制设备EBSi的输出端。

Claims (16)

1、在数字无线电系统中传送各种消息，更准确地说是传送报告和信号信息的一种方法。这里所说的数字无线电通信系统包括有：设置在一种蜂窝状网络中的各固定无线电基站BS和许多相互独立的移动无线电台MS，这些移动无线电台，为了传送各种消息而接入多个消息信道。其特征在于：在从固定无线电基站(BS)到分配给它的各无线电台MS的方向上，对每一消息信道利用码分多路复用调制方法进行多路复用；再将码分多路复用调制后的各信号互相迭加，并用一个共用的频带传送迭加后所得到的信号总和宽带；以及在从移动无线电台(NS)到固定无线电基站(BS)方向上，以相互分隔的各窄带频率信道实现消息的传送。

2、如权利要求1的一种方法，其特征在于：对于从固定无线电基站（BS）到移动无线电台（MS）方向而言，将一种共用于所有移动无线电台（MS）的码分多路复用调制信号永久性地分配给每一移动无线电台（MS）。

3、如权利要求1的一种方法，其特征在于：在从固定无线电基站（BS）到移动无线电台（MS）的方向上，移动无线电台（MS）所使用的码分多路复用调制信号由固定无线电基站（BS）进行选择，并且在通信联系建立时，向移动无线电台（MS）通告。

4、如权利要求1至3中之一的一种方法，其特征在于：当在以固定无线电基站（BS）到移动无线电台（MS）方向，向分配给该固定无线电基站（BS）的各移动无线电台（MS）传送信号信息的情况下，采用一种能为所有移动无线电台（MS）所共用的码分多路复用调制信号。

5、如权利要求1的一种方法，其特征在于：在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）方向上，信号总和在发送之前要在固定无线电基站的共用的高频（HF）功率放大器中进行放大。

6、如权利要求1至3之一的一种方法，其特征在于：在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）的方向上，要在通话间隔期间从固定无线电基站（BS）的信号总和形成中排除各移动无线电台（MS）。

7、如权利要求4的一种方法，其特征在于：在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）的方向上，要在通话间隔期间从固定无线电基站（BS）的信号总和形成中排除各移动无线电台（MS）。

8、如权利要求1的一种方法，其特征在于：设置在邻近的无线电网络的各固定无线电基站（BS），沿从这一固定无线电基站（BS）到移动无线电台（MS）的方向可用共用频带进行发送，同时各固定无线电基站（BS）可用不同的码分多路复用调制进行区分。

9、如权利要求1的一种方法，其特征在于：设置在邻近的无线电网络的各固定无线电基站（BS）可用不同的频带，沿从这些固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）的方向发送。

10、如权利要求1的一种方法，其特征在于：设置在邻近的无线电网络的各固定无线电基站（BS）是互相时分同步的，并在从固定无线电基站（BS）到各移动无线电台（MS）的方向上，用时分信道实现各种消息的传送。

11、如权利要求1的一种方法，其特征在于：采用一种二进制码分多路复用编码作为码分多路复用调制。

12、如权利要求1的一种方法，其特征在于：安装在固定无线电基站（BS）的各窄带接收机在运行时，可转换到大量的频率信道。

13、如权利要求12的一种方法，其特征在于：在移动无线电台（MS）中可转换的发送频率数量少于在固定无线电基站（BS）中可转换的接收频率数量。

14、如权利要求12或13的一种方法，其特征在于：在每一固定无线电基站（BS）中，可以对该站所使用的各接收频率进行管理，并在收信受到干扰的情况下，可任意地将沿从移动无线电台（MS）到固定无线电基站（BS）方向的相关通信联系转换到一条不同的、未受到干扰的频率信道上，而且固定无线电基站（BS）和移动无线电台（MS）都可以转换到该频道，以便在固定无线的基站（BS）中到目前所使用的接收设备继续介入通信联系。

15、为了实现如权利要求1的方法的一种设备，其特征在于：在从固定无线电基站（BS）到各分配到那里的移动无线电台的方向上，来自i个不同消息信源（NQ1……NQi）的各数字消息信号各自送到一个码分多路复用设备（EBS1……EBSi）;各码分多路复用调制设备（EBS1……EBSi）的输出信号，都处在同一个共同频带中，并且都被送到一个相加器（SUBS），相加器的输出信号被传送到一个发射机设备;在从移动无线电台（MS）到固定无线电基站（BS）方向上，来自分配给该移动无线电台（MS）的一个消息信源（NQMS）的各消息信号，各自经由一个调制器（MMS）传送给装在该移动无线电台（MS）的发射机设备（SMS）;以及各移动无线电台（MS）的发射机设备的输出信号，均处在相互分隔的，窄带频率信道中。

16、如权利要求15的一种设备，其特征在于，码分多路复用调制设备（例如EBSi）包括有，与数字消息信号的级数M相对应的M个信号发生器SG1……SGM，这些发生器产生若干个周期性信号（SG1……SGi）;并且取决于瞬时信号级数m（M＝1……M），对接在各信号发生器（SG1……SGM），由转换开关U进行必要的控制，使得那个与信号级数m相关联的信号Smi在其输出端出现，就把那个输出信号加到码分多路复用调制设备上。