專利名稱：改善話音和數(shù)據(jù)無線電通信干擾相異性的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，具體而言，涉及在兩個或者更多的通信單元之間同時進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線電通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在過去的十年里，人們發(fā)展了用于移動電話和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N無線電通信系統(tǒng)的技術(shù)和概念。概括地說，移動通信系統(tǒng)可以分成兩種。
一種是蜂窩通信，它為移動用戶提供服務(wù)，這些用戶會在相對較大，叫做小區(qū)的區(qū)域內(nèi)以較快的速度移動。在全世界范圍內(nèi)建立了象AMPS、ETACS、NMT-450和NMT-900這樣的模擬蜂窩系統(tǒng)。建立的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)有美國的IS-54B、D-AMPS、日本的PDC和泛歐GSM系統(tǒng)。
另一種系統(tǒng)是無繩無線電通信系統(tǒng)，從簡單的住宅無繩電話到能夠跨越(很大的)辦公室或者生產(chǎn)車間等等，為上百甚至上千無繩通信單元提供服務(wù)，以及為本地公眾通信提供服務(wù)的商用無繩系統(tǒng)。模擬無繩系統(tǒng)有CT0、CT1和CT1+。數(shù)字無繩系統(tǒng)有CT2、CT2-CAI、CT3、PHS和DECT。
GSM、D-AMPS、PDC和CT3、PHS和DECT采用的是叫做TDMA(時分多址)的一種數(shù)字接入技術(shù)，其中的信號是在時隙里傳輸?shù)?，多個時隙一起構(gòu)成一幀。一些新興的數(shù)字通信系統(tǒng)采用CDMA(碼分多址)技術(shù)作為它們的接入方式，在系統(tǒng)的通信單元之間建立無線電通信。總之，這些移動或者無繩通信系統(tǒng)是用來在一個無線電頻帶內(nèi)提供多載體(MC)服務(wù)的。也就是說，具體的載體通信是用TDMA或者CDMA方式進(jìn)行的。
在GSM這樣的蜂窩系統(tǒng)里，一個小區(qū)專用一種或者多種載體。相隔足夠遠(yuǎn)的小區(qū)可以重復(fù)使用同樣的載體，而不會出現(xiàn)干擾。這一頻率復(fù)用方案使得運(yùn)營商能夠只用有限的頻譜資源為一個很大區(qū)域內(nèi)的許多用戶提供服務(wù)。
象DECT和PHS這樣的無繩系統(tǒng)采用的則不是頻率復(fù)用技術(shù)。其中每一個小區(qū)都能使用所有的載體。系統(tǒng)可以決定將哪些載體和這些載體里的哪些通信信道用于通信，使干擾最小。載體和通信信道是在通信之前和/或在通信過程中采用動態(tài)方式分配的，這種方式叫做DCA(動態(tài)信道分配)。因此，沒有必要進(jìn)行任何頻率規(guī)劃，也不需要運(yùn)營商來控制頻譜。
對于家庭應(yīng)用，例如PSTN(公共交換電話網(wǎng))里的無繩分機(jī)，或者LAN(局域網(wǎng))里的無繩分機(jī)，采用的是所謂的非注冊無線電通信頻帶。也就是說，用戶不需要得到許可就能使用這一無線電頻帶內(nèi)的設(shè)備。但是象歐洲的ETSI和美國的FCC這樣的管理機(jī)構(gòu)為非注冊頻帶制訂了規(guī)則，禁止任何一個用戶占用整個頻帶。這些規(guī)則通常都要求采用防沖突技術(shù)或者擴(kuò)頻技術(shù)。在擴(kuò)頻技術(shù)情形中，用戶的信號擴(kuò)展到了整個通信頻帶。由于沒有對不同用戶的信號進(jìn)行協(xié)調(diào)，因此必須采用抗干擾能力很強(qiáng)的無線電空中接口。
在2.4GHz處劃定了一個全球非注冊通信頻帶。這一ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥)通信頻帶對滿足FCC和ETSI規(guī)則的所有設(shè)備開放。不允許在系統(tǒng)之間為了減少干擾而進(jìn)行協(xié)調(diào)。這意味著這種通信系統(tǒng)的空中接口必須對付各種未知的干擾。
采用這一非注冊頻帶的無線電通信系統(tǒng)必須嚴(yán)格遵守ETSI和FCC制訂的規(guī)則。在這一2.4GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥)通信頻帶里，采用擴(kuò)頻方式是強(qiáng)制性的。這就是說不能采用DECT采用的DCA。而是必須采用例如FH(跳頻)擴(kuò)頻或者DS(直接序列)擴(kuò)頻方式。
本發(fā)明人的國際專利申請WO 93/17507公開了用于TDMA無線電通信系統(tǒng)的幾個FH方案，其中的無線電通信單元按照偽隨機(jī)頻道跳變方式選用無線電頻道發(fā)射信號，這里將這一專利申請引入作為參考。US-A-5430775公開了一種跳頻方案，其中的通信裝置都是同步工作的。
國際專利申請WO 93/22850公開了在TDMA通信系統(tǒng)里改善干擾相異性(interference diversity)的一種方法，它采用了跳頻方式，同時讓通信信道的時隙也跳變，從而進(jìn)一步提高抗干擾能力。也就是說，不是采用固定的時隙，在連續(xù)幀中時隙的位置不斷跳變，即TH(跳時)。
US-A-5291475和US-A-5020056也提到了用于減少干擾的跳時方案。
EP-A-0399612采用時分雙工信道傳輸數(shù)據(jù)，由于多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸具有不對稱的特性，因此將其中沒有參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r隙釋放，供單向傳輸使用。
通過采用FH和TH方式中的一種或者同時采用這兩種，信息的傳輸在時間和頻率上都實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)化。也就是說，在一次對話的過程中，通信信道占用不同的頻率和不同的時間位置，這樣一個通信信道里的干擾是通信頻帶內(nèi)所有信道的平均。這對話音傳輸是非常有利的。
實(shí)際上，蜂窩和無繩無線電通信系統(tǒng)都支持話音和數(shù)據(jù)傳輸。在這里，話音通信這一術(shù)語用于語音的實(shí)時傳輸，數(shù)據(jù)通信這一術(shù)語則用于表示包括非實(shí)時語音的其它信息的傳輸。
為了使數(shù)據(jù)傳輸不出現(xiàn)差錯，數(shù)據(jù)傳輸一般都采用重發(fā)方式，當(dāng)收到的信號出現(xiàn)錯誤時，就重新發(fā)送數(shù)據(jù)包。在ARQ(自動重發(fā)查詢，Automatic Retransmission Query)方案中，數(shù)據(jù)接收方將前一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r告訴數(shù)據(jù)發(fā)送方。如果發(fā)送方得知接收數(shù)據(jù)中有錯誤，發(fā)送方就自動地重發(fā)有錯誤的數(shù)據(jù)。在DECT這樣的TDMA系統(tǒng)中，可以建立非對稱數(shù)據(jù)鏈路，其中一個TDMA幀的多數(shù)時隙都被用于單工數(shù)據(jù)傳輸，也就是只用于一個方向的傳輸。但至少要維持一個返回通信信道，用來傳遞ARQ信息。為了使延遲最小，吞吐量最大，返回信道緊接著數(shù)據(jù)信道。于是，接收方可以立即通過返回信道確認(rèn)正確地收到了數(shù)據(jù)。
然而，采用跳時方式，由于跳變方式的隨機(jī)特性，某一幀里的返回信道可能在數(shù)據(jù)包傳輸完之前終止。因此，立即在同一幀里返回確認(rèn)信息是不可能的，因?yàn)槭盏綌?shù)據(jù)包以后返回信道已無法使用。如果沒有ARQ信息，發(fā)送方就自動地重新發(fā)送前面剛發(fā)送過的數(shù)據(jù)。不管數(shù)據(jù)是否正確到達(dá)都這樣做。對于本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說顯而易見，系統(tǒng)的吞吐量會顯著地降低，平均只能達(dá)到最大吞吐量的50％。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個目的是提供用于無線電通信的一種方法和裝置，采用TDMA幀的跳時技術(shù)，適合于在同一幀里共存各種通信。
本發(fā)明的另一個目的是提供TDMA時隙的一種優(yōu)化分配方法，用于在容易出現(xiàn)傳輸錯誤的通信系統(tǒng)里傳輸話音，例如在非注冊ISM頻帶里傳輸話音。
本發(fā)明的這些目的、優(yōu)點(diǎn)和特征以及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征是通過TDMA無線電通信系統(tǒng)里的一種無線電通信方法來提供的，其中的通信信道包括構(gòu)成一個TDMA幀的多個連續(xù)時隙中的至少一個時隙，在連續(xù)幀中時隙的位置不斷跳變。根據(jù)本發(fā)明，跳時方式取決于分配了這一時隙的通信信道的類型。
按照本發(fā)明的方法，TDMA幀里的跳時方式與通信信道有關(guān)。也就是說，不是按照前面現(xiàn)有技術(shù)那樣以偽隨機(jī)方式讓一幀內(nèi)的所有時隙的位置，也就是分配了這些時隙的通信信道，發(fā)生跳變，在本發(fā)明的方法里，時隙的跳變是用通信信道類型，例如根據(jù)是話音通信信道還是數(shù)據(jù)通信信道，控制的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案里，連續(xù)幀中的跳時只限于分配給話音通信信道的時隙，而分配給數(shù)據(jù)通信信道的時隙則占用幀里的固定位置。
本發(fā)明的這一實(shí)施方案為話音通信提供最強(qiáng)的抗干擾能力，而數(shù)據(jù)通信則可以采用ARQ方式。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)通信信道序列不受本發(fā)明的方法影響，這樣傳遞完數(shù)據(jù)以后返回信道總是可用的。
可以看到，采用這一傳輸方案時，跟話音通信信道相比，數(shù)據(jù)通信信道更容易受到干擾。這是因?yàn)榉峙浣o數(shù)據(jù)通信信道的時隙沒有干擾相異性能力。但采用ARQ方式，通過重發(fā)可以很容易地替換掉出錯的數(shù)據(jù)包。
在本發(fā)明的方法的另一個實(shí)施方案里，為了改善話音和數(shù)據(jù)通信信道的干擾相異性，將這一無線電通信系統(tǒng)用于包括多個無線電通信頻道的一個預(yù)定無線電通信頻帶，每一個這樣的無線電通信頻道都包括TDMA幀的多個通信信道。通過讓每一個TDMA幀在這些通信頻道里進(jìn)行位置跳變來改善干擾相異性。
也就是說，對TDMA幀采用跳頻方式，例如隨后的每一幀都在一個隨后的無線電通信頻道里發(fā)射，在系統(tǒng)的無線電通信頻帶內(nèi)平均掉數(shù)據(jù)時隙的干擾。
為了維持時隙的完整性，在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案里，分配給話音通信信道的時隙的位置跳變范圍只限于一幀里沒有分配給數(shù)據(jù)傳輸信道的時隙。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案里，在分配給話音通信信道的時隙和分配給數(shù)據(jù)通信信道的時隙之間有一條清晰的分界線，用于數(shù)據(jù)通信的時隙在一幀的一頭，用于話音通信的時隙在同一幀的另一頭。最好為話音通信分配一幀中前面的時隙或者前半幀，而為數(shù)據(jù)通信分配一幀里后面的時隙或者后半幀。也就是說，在TDMA/TDD(時分復(fù)用)通信系統(tǒng)里，是在一幀內(nèi)不同的半幀里發(fā)射和接收數(shù)據(jù)的。
將時隙組合起來形成連續(xù)的時隙串，也就是話音時隙分組和數(shù)據(jù)時隙分組，這樣做對于抑制干擾來說是有好處的，因?yàn)樗鼫p少了由于部分重疊引起沖突的次數(shù)。另外提供了話音跳時的最大間隙。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實(shí)施方案，跳時是這樣來實(shí)現(xiàn)的為每一個連續(xù)幀確定一個不同的時間偏移，將這一時間偏移加到分配給話音通信信道的時隙幀上去，或者籠統(tǒng)地說可能會跳變的時隙上去。這一時間偏移包括多個時隙時間。
當(dāng)一幀里分配給數(shù)據(jù)通信的時隙數(shù)增加或者被釋放時，用于跳變的時隙位置數(shù)動態(tài)地改變。如果一個TDMA幀有N個時隙，那么一幀里的跳時間隙(time hop space)M就是M＝N-Nd-1，其中Nd表示TDMA幀中分配給數(shù)據(jù)通信的時隙數(shù)。在TDMA/TDD幀這種情況中，跳時間隙M是M＝N/2-N’d-1，這里N’d表示半個TDMA/TDD幀中數(shù)據(jù)通信信道占用的最大時隙數(shù)。注意，由于數(shù)據(jù)通信信道的不對稱性，不同TDMA/TDD半幀里用于數(shù)據(jù)通信的時隙數(shù)可能會不同。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案里，從分配了跳變時隙的一幀或者半幀的結(jié)尾處數(shù)起，跳變的時隙在第M-1個時隙處繞回來。移出了跳時間隙的信道再回到這一幀的另一頭。對于TDMA/TDD，這種環(huán)繞過程可以分別在每一個半幀中進(jìn)行。
為了同步，將一幀的時間偏移傳送給工作于適合跳時的通信信道，例如話音通信信道，上的無線電通信系統(tǒng)中的每一個通信單元。在用于無線電接入單元或者無線電基站和多個遠(yuǎn)程無線電通信單元之間進(jìn)行無線電通信的無線電通信系統(tǒng)里，例如在便攜式電話和計(jì)算機(jī)裝置里，將時間偏移從無線電接入單元傳送給遠(yuǎn)程無線電通信單元。
在本發(fā)明中TDMA幀在無線電通信頻帶內(nèi)無線電通信頻道上跳變的實(shí)施方案中，實(shí)現(xiàn)了無線電通信單元之間的快速同步，在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案里，通過讓一個單元連續(xù)發(fā)射信號，例如讓無線電接入單元連續(xù)發(fā)射信號，而另一個單元則掃描某一無線電通信頻道，尋找發(fā)射的信號，收到這一信號時就鎖定到幀跳變序列上去。如果沒有任何通信信道在工作，就發(fā)送一個或者多個所謂的啞載體，這些啞載體也是采用跳頻和跳時方式發(fā)射的。
跳時同步是通過掃描一幀或半幀的所有時隙，直到收到一則消息，給出與跳時序列和時間偏移有關(guān)的信息來實(shí)現(xiàn)的。
為了進(jìn)行掃描，在本發(fā)明的再一個實(shí)施方案里，進(jìn)行掃描的無線電通信單元掃描整個無線電通信頻帶，其中掃描某一無線電通信頻道中的幀數(shù)至少等于該無線電通信系統(tǒng)的無線電通信頻道數(shù)。
本發(fā)明還涉及包括多個無線電接入單元和多個遠(yuǎn)程無線電通信單元的一個無線電通信系統(tǒng)，每一個接入單元都在一個有限的地理區(qū)域也就是小區(qū)里提供無線電通信服務(wù)。這些無線電接入單元和遠(yuǎn)程無線電通信單元按照上述方法進(jìn)行無線電通信。
在本發(fā)明的無線電通信系統(tǒng)的一個優(yōu)選實(shí)施方案里，無線電接入單元在一個公共無線電通信頻帶內(nèi)發(fā)射信號，每一個無線電接入單元都有自己的無線電通信頻道跳變序列。
本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種無線電通信系統(tǒng)，用于在2400到2483.5MHz的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥(ISM)頻帶內(nèi)進(jìn)行無線電通信，在這個頻帶內(nèi)有79個無線電通信頻道，每一個頻道都有1MHz的傳輸帶寬，其中每一個TDMA幀的長度都是10ms，在無線電通信頻道上的跳變速率為100跳每秒，采用的是TDMA/TDD傳輸方式，其中每一個半幀都有12個連續(xù)時隙。
本發(fā)明還涉及無繩無線電通信系統(tǒng)中的一種無線電接入單元和一種無線電通信單元，包括收發(fā)信機(jī)裝置和控制裝置，用于按照上述方法進(jìn)行無線電通信。
下面通過參考附圖，對本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。
附圖簡述

圖1中的簡圖說明可以采用本發(fā)明的一個典型的無繩家用多媒體系統(tǒng)。
圖2簡單說明現(xiàn)有技術(shù)中的一個數(shù)字TDMA/TDD傳輸方案。
圖3簡單說明現(xiàn)有技術(shù)中在圖2的TDMA/TDD傳輸方案中采用的跳時技術(shù)。
圖4簡單說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案。
圖5簡單說明無線電通信系統(tǒng)中按照本發(fā)明的方式工作的同一位置上的無線電接入單元。
圖6簡單說明在跳時同步之前，為跳頻同步進(jìn)行的掃描。
圖7簡單說明非鎖定等待模式無線電通信單元中本發(fā)明的掃描方法。
實(shí)施方案詳述下面利用優(yōu)選實(shí)施方案介紹本發(fā)明。但本發(fā)明并不局限于這些優(yōu)選實(shí)施方案。
圖1給出家用多媒體系統(tǒng)采用無繩無線電通信系統(tǒng)的一個典型實(shí)例，該系統(tǒng)既提供話音服務(wù)，又提供數(shù)據(jù)服務(wù)。
在家1里，無線電接入單元2，又叫做無線電基站或者RFP(無線電固定部分)，通過一條傳輸鏈路5跟PSTN/ISDN(公共交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))連接。此外，控制裝置3可以跟這一無線電接入單元2連接。另外，例如個人計(jì)算機(jī)6形式的數(shù)據(jù)處理裝置和便攜式無繩或者移動無線電電話7能夠在家1里工作，它也叫做PP(移動部分)。遠(yuǎn)程無線電通信單元6、7和無線電接入單元2中每一個都有收發(fā)信機(jī)和天線裝置8。無線電通信單元6、7和無線電接入單元2用無繩鏈路9連接，這一鏈路9同時支持話音和數(shù)據(jù)通信，并覆蓋了整個住宅?？梢杂袔讞l鏈路9同時工作。在這一應(yīng)用中，無線電通信單元6、7的外部通信是通過無繩鏈路9、中間的無線電接入單元2、鏈路5和PSTN/ISDN進(jìn)行的。無線電通信單元6、7之間的內(nèi)部連接是通過無線電鏈路9和無線電接入單元2進(jìn)行的。
例如，歐洲專利申請0716514公開了用于室內(nèi)外的無線電通信系統(tǒng)的一個實(shí)例。
雖然沒有說明，但是對于本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說顯而易見，在同一住宅1內(nèi)可以有幾個無線電接入單元2，它們的服務(wù)區(qū)有相互重疊的部分，相鄰住宅的無線電接入單元2的服務(wù)區(qū)或者覆蓋區(qū)也可以存在重疊。如果無線電接入單元2采用已有的低功率無繩TDMA(時分多址)技術(shù)，例如CT3、PHS和DECT，那么每一個無線電接入單元2和無線電通信單元的覆蓋區(qū)都有限，其大小相當(dāng)于皮小區(qū)、納小區(qū)或者微小區(qū)，半徑從幾米到10米到400米。
在著名的DECT(數(shù)字增強(qiáng)型無繩通信)技術(shù)中，空中鏈路9上傳輸?shù)男畔⒉捎昧薚DMA/TDD(時分雙工)協(xié)議，其中幀的前一半用于發(fā)射信息，后一半用于接收信息，或者反過來。一個DECT/TDMA幀有24個時隙和一個幀重發(fā)時間T。在幀的前一半也就是前12個時隙T0、T1、……T11里，無線電接入單元發(fā)射數(shù)據(jù)給遠(yuǎn)程無線電通信單元，在幀的后一半也就是后12個時隙R12、R13、……R23里，遠(yuǎn)程通信單元發(fā)射信息給無線電接入單元。在無線電接入單元和遠(yuǎn)程無線電通信單元之間一條典型的雙工無線電通信鏈路一般都分配了前半幀里的一個時隙和后半幀里的一個對應(yīng)時隙。每一個時隙一般都包括控制數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息或者用戶數(shù)據(jù)。
在DECT里，有10個載體可以用于信息傳輸，因此最多有120個雙工無線電通信信道。幀的周期是10ms。每一個時隙總共有480個比特。因此，這一系統(tǒng)的比特率為1152kb/s。在歐洲，DECT無線電通信頻帶的頻率范圍是1880～1990MHz。
在DECT里，定義了無線電通信頻道也就是載體。建立通信信道時為通信信道分配載頻和時隙。遠(yuǎn)程無線電通信單元在移動過程中(小區(qū)間切換)，以及某一載頻和時隙受到干擾(小區(qū)內(nèi)切換)時，需要切換到另一個頻率，例如切換到另一個無線電接入單元的無線電鏈路上去。在傳輸過程中采用自適應(yīng)方式不間斷地選擇載頻和時隙組合，這叫做CDCA(連續(xù)動態(tài)信道分配)。
在不支持動態(tài)信道分配的系統(tǒng)里，以及在無線電通信信道必須采用擴(kuò)頻方式的無線電通信系統(tǒng)里，就象FCC和ETSI對2.4GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥)無線電通信頻帶所要求的那樣，可以采用跳時方式，以避免脈沖干擾源之類引起干擾。
圖3說明上述現(xiàn)有技術(shù)中，圖2所示TDMA/TDD傳輸方式中跳時的效果。
圖3畫出了兩個連續(xù)的TDMA/TDD幀，分別用第k跳和第k+1跳表示。每一幀的前半部分是發(fā)射部分，用Tx表示，第二部分Rx則用于接收。此外，假設(shè)建立了雙工無線電通信信道A、B和C。
假設(shè)分配給某一通信信道的時隙在隨后的幀中跳過10個時隙位置，那么對于幀的Tx部分，在第k跳上時隙位置1上的通信信道A在第k+1跳上將位于時隙位置11上。同樣，通信信道B將從時隙2跳到時隙0，通信信道C跳到時隙1。這一實(shí)例中幀的Rx部分采用同樣的跳頻方案，也就是說，跳過10個時隙，從而在雙工信道上維持12個時隙的時隙間隔。
雖然這一跳變方案在例如話音通信中非常合適，但它不適合于所謂的ARQ(自動重發(fā)查詢)方式中的數(shù)據(jù)傳輸。此時，如果接收到的信息中有錯誤，接收機(jī)就在收到出錯數(shù)據(jù)以后在同一幀里立即向發(fā)射機(jī)發(fā)送一個重發(fā)請求。
在圖3中假設(shè)通信信道A和B都用于傳輸數(shù)據(jù)，其中信道B用于發(fā)送ARQ請求。在第k跳里，數(shù)據(jù)是用時隙1發(fā)送的，必須在時隙14里確認(rèn)收到了這一數(shù)據(jù)。也就是說在數(shù)據(jù)的接收和確認(rèn)之間，總共有12個時隙。對于10ms的幀長度，有5ms可以用于評估收到的數(shù)據(jù)。
但現(xiàn)在假設(shè)采用上述跳時方式。由圖3可見，在第k+1跳里數(shù)據(jù)信道A移到了時隙11上，而確認(rèn)信道則是在時隙12上。也就是說，緊接著數(shù)據(jù)之后。實(shí)際上，如果處理電路的速度不能迅速地檢查完數(shù)據(jù)有沒有錯誤，就無法確認(rèn)?，F(xiàn)有的多數(shù)無線電通信裝置都不能在收到數(shù)據(jù)以后在緊接著的時隙里立即重新發(fā)射信號?？傊?，至少要有一個時隙的時間差。
在可以采用自適應(yīng)方式選擇時隙用于發(fā)射或接收信息的無線電通信系統(tǒng)里，如果要從無線電接入單元向個人計(jì)算機(jī)類型的遠(yuǎn)程通信單元發(fā)送大量數(shù)據(jù)，就建立非對稱數(shù)據(jù)鏈路。在無線電接入單元到遠(yuǎn)程通信單元的方向(下行鏈路)上，這樣的鏈路占用幀里的多個時隙，在遠(yuǎn)程通信單元到無線電接入單元的方向(上行鏈路)上占用一個時隙。采用跳時方式時，極有可能出現(xiàn)這樣的情況，在一幀里的數(shù)據(jù)全部發(fā)送完之前，就有了返回信道，這樣，在同一幀里發(fā)送確認(rèn)信號根本不可能。沒有得到確認(rèn)就會自動地重新發(fā)送數(shù)據(jù)，即使沒有任何錯誤，這會大大地降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，平均只能達(dá)到最大吞吐量的50％。
圖4說明本發(fā)明中改進(jìn)了的跳時方案。為了描述這一發(fā)明，假設(shè)該系統(tǒng)采用圖3中的TDMA/TDD通信方案。
根據(jù)本發(fā)明，連續(xù)幀之間的跳時方式跟分配了時隙的通信信道類型有關(guān)。
在圖4里，將時隙A、B和C分配給話音通信信道，而時隙d則用于采用ARQ協(xié)議，也就是說沒有實(shí)時話音信息，的數(shù)據(jù)通信。
按照本發(fā)明的方法，分配給數(shù)據(jù)通信信道的時隙d占用幀內(nèi)的固定位置，而連續(xù)幀中分配給語音通信的時隙A、B和C則不斷跳變。如圖4所示，在前半幀中，話音通信信道A從第k跳里的時隙1跳到第k+1跳里的時隙6，也就是說一跳的時間長度是5個時隙位置。
在這一實(shí)例里，話音時隙不能跳到數(shù)據(jù)時隙里去，以維持時隙的完整性并防止時隙重疊。在這一實(shí)例中，話音時隙在時隙6處開始往回環(huán)繞，從而使跳時長度為5個時隙位置，話音通信信道B從第k跳的時隙2跳到第k+1跳的時隙0，而話音通信信道C則從第k跳的時隙3跳到第k+1跳的時隙1。后半幀的話音通信時隙也采用同樣的跳時方案。
由圖4可見，數(shù)據(jù)通信的時隙d不受跳時的影響，這樣返回信道總是在發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信道以后，從而保證可以在同一幀里進(jìn)行確認(rèn)。
因?yàn)樵捯敉ㄐ判诺兰丛捯糨d體不會跟數(shù)據(jù)通信信道即數(shù)據(jù)載體沖突，因此在話音和數(shù)據(jù)載體之間建立了一條清晰的分界線。數(shù)據(jù)載體占用TDMA幀的一端，在TDMA/TDD通信中是半幀，而話音載體則占用TDMA幀的另一端即另半幀。話音通信信道可以在數(shù)據(jù)通信信道不使用的時隙里跳變。圖4所示的時隙分配就遵從了這一優(yōu)選實(shí)施方案。
為了分配數(shù)據(jù)通信信道，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，首先建立一條特殊的雙工通信鏈路，用于交換建立信息。然后建立幾條雙工數(shù)據(jù)通信信道，它們在前半幀和后半幀中都分配了時隙。如果需要的時隙個數(shù)為奇數(shù)，就可以建立一條單工通信信道或者載體(只有一個時隙)。數(shù)據(jù)通信信道最好分配在連續(xù)的時隙里，在幀或者半幀內(nèi)時隙越多越好。將時隙組合起來形成連續(xù)時隙串對于抗干擾來說很有好處，因?yàn)樗鼫p少了由于部分重疊而產(chǎn)生沖突的次數(shù)。另外，為話音載體的跳時留下了盡可能多的空間。
如上所述，如果為數(shù)據(jù)通信信道分配了時隙，幀或者半幀內(nèi)的其余空間就可以分配給雙工話音通信信道。同樣為了避免沖突，也可以將話音通信信道組合起來，也就是說給它們分配時隙的時候，總是盡可能地選擇編號最小的那個時隙。如果釋放了一個編號較小的話音通信信道，就將編號最大的話音通信信道切換到剛剛釋放的時隙上去。
對于本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說顯而易見，如果增加了或者釋放了載體，跳時系統(tǒng)可用的跳時空間也就是跳時位置數(shù)可以動態(tài)地改變。
對于一幀里有N個時隙位置的一個系統(tǒng)，幀內(nèi)的跳時間隙M可以定義為M＝Nd-1其中Nd是TDMA幀中數(shù)據(jù)通信信道占用的時隙總數(shù)。
在TDMA/TDD無線電通信系統(tǒng)里，跳時間隙M定義為M＝N/2-Nd’-1
其中Nd’是TDMA/TDD幀中數(shù)據(jù)通信信道占用的半幀里的最大時隙數(shù)。這樣做是為了在一幀里提供雙工和單工數(shù)據(jù)通信信道。不管是什么情形，采用M的這種定義，有一對時隙(M，M+N/2)總是空閑的，它可以用于其它單元發(fā)出載體請求。
將上述方法應(yīng)用到圖4所示的實(shí)例里，取N＝24和Nd＝N’d＝4，得到M＝7。因此，從TDMA幀或者TDMA/TDD通信系統(tǒng)中分配了話音通信的半幀的一端數(shù)起，分配給話音通信的時隙在第M-1個時隙處往回繞。也就是說，在上述實(shí)例中編號較小的時隙位置。
通過在話音通信信道也就是話音載體上增加一個時間偏移來實(shí)現(xiàn)跳時，在TDMA/TDD方案中最好讓前半幀和后半幀里的這一時間偏移都相同，并用相同的方式應(yīng)用到所有的話音信道里去。然而，用時隙數(shù)表示的這一時間偏移可以在跳時間隙M范圍內(nèi)隨機(jī)地選擇。時間偏移在跳時間隙的邊界繞回來，偏移到跳時間隙以外的信道回到幀的開始，就象前面所描述的一樣。采用這一方案，仍然保留了TDMA/TDD方式的雙工特性，其中上行鏈路和下行鏈路時隙都位于不同的半幀中。
對于本領(lǐng)域里的技術(shù)人員來說顯而易見，不同的無線電通信系統(tǒng)可以采用不同的時間偏移，從而進(jìn)一步提高包括覆蓋區(qū)或者服務(wù)區(qū)重疊的幾個無線電接入單元的無線電通信系統(tǒng)的抗干擾能力。
在本發(fā)明的上述方法中，數(shù)據(jù)通信信道不在時間上擴(kuò)展，這樣，存在脈沖干擾時它們也能使用。
盡管可以采用ARQ傳輸協(xié)議來減輕這種失真的有害影響，從而提高抗干擾能力，但是本發(fā)明的方法還能用于FH(跳頻)方式。通過將可用無線電通信頻帶分成多個通信頻道，在隨后的通信頻道里傳輸隨后的幀，干擾源對一個或幾個頻道的干擾將在所有可用頻道上平均開來。
除了跳時(TH)方式以外，這種跳頻方式也是一種非常適合于2.4GHzISM頻段的無線電通信方式，其中家里烹調(diào)食物的微波爐是非常嚴(yán)重的干擾源。這些微波爐剛好工作于這一2.4GHz頻段的中間，對許多頻道都造成了干擾。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方案里，特別是用于ISM無線電通信頻帶的時候，劃定了79個無線電通信頻道，每一個頻道的帶寬都是1MHz，這樣FH序列的長度就是79。跳頻是循環(huán)進(jìn)行的，也就是說79個頻率都用過一次以后又開始采用已經(jīng)用過的頻率。對于長度為10ms的TDMA幀，在這些無線電通信頻道上跳頻速率為100跳每秒。
跳變系統(tǒng)中一個非常重要的問題是如何同步，只有在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同步跳變時才能進(jìn)行通信。必須優(yōu)化同步程序也就是捕獲程序，以減小捕獲延遲，降低等待模式的功耗。
考慮圖5所示的無線電通信系統(tǒng)。圖中畫出了許多獨(dú)立的無線電接入單元X、Y、Z，它們的覆蓋區(qū)也就是服務(wù)區(qū)分別是x、y、z，同時采用本發(fā)明的FH和TH方案。如果無線電接入單元沒有任何信號要發(fā)送，它就至少發(fā)送一個啞載體，作為信標(biāo)。這是一個沒有任何用戶數(shù)據(jù)的載體(見圖2)。為了避免兩個相隔很近的無線電接入單元一直發(fā)生沖突，啞載體的發(fā)射同時采用了跳頻和跳時方式。最好是不同的無線電接入單元都采用不同的跳頻序列，按照無線電接入單元的身份選擇FH序列，每一個無線電接入單元都廣播它的身份，從而使想跟這樣的無線電接入單元通信的那些遠(yuǎn)程通信單元能夠獲得所用跳變序列。在前面引用的已有技術(shù)里公開了合適的跳頻序列。
如上所述，如果跳頻序列是這樣的，當(dāng)所有其它無線電通信頻道都使用過以后才再一次使用這一頻道，那么未同步、未鎖定的遠(yuǎn)程無線電通信單元就可以在一個頻道里等待，同時掃描所有的時隙。一旦收到正確信號，這一未鎖定的單元就可以根據(jù)身份信息對應(yīng)的跳時序列按照同樣的速率跳時，從而跟上發(fā)射機(jī)。
可以讓跳時序列與幀的編號相關(guān)聯(lián)。通過定義一個絕對幀編號，經(jīng)常廣播這一編號，找到了FH同步信號的單元就可以通過跟隨幀跳時并掃描所有的時隙而跟上發(fā)射機(jī)。廣播了絕對幀編號的幀到達(dá)時，也可以實(shí)現(xiàn)TH同步。在有N個時隙的TDMA/TDD通信系統(tǒng)中，最佳的跳時時間是收到正確的信號以后再經(jīng)過N/2+1個時隙。這一點(diǎn)用圖6來說明。
正在掃描的單元W不知道單元X正在用哪一個時隙發(fā)射信號。X1和X2給出了兩種極端情形半幀中的第一個時隙和半幀中的最后一個時隙。圖中用陰影標(biāo)出了這些時隙。如果從接收到的時隙的最前端數(shù)起剛好第N/2+1個時隙以后，單元W跳到下一個頻率上，那么在下一個無線電通信頻帶里進(jìn)行一次完整的搜索就會捕獲到，由圖中對應(yīng)半幀中的叉表示的偏移模式確定的，偏移了任意時間的載體。甚至可以只掃描N-1次，這樣做能夠留出一個時隙用于調(diào)整掃描單元W的頻率綜合器。
等待模式中的單元最好采用非常小的占空比，以節(jié)省電力。該單元必須周期性的“蘇醒”，檢查是否有尋呼信息。跟無線電接入單元實(shí)現(xiàn)了FH和TH同步的鎖定了的單元的占空比可以非常小。在蘇醒期間之間，處于等待模式的遠(yuǎn)程通信單元任何時候都可以蘇醒過來，并建立一條鏈路，因?yàn)樗鸁o線電接入單元實(shí)現(xiàn)了完全同步。相反，無線電接入單元必須等到處于等待模式的單元蘇醒以后才能跟它建立連接。但如果還沒有建立FH和TH，遠(yuǎn)程無線電通信單元就必須周期性地蘇醒，以支持自動鎖定。等待模式中遠(yuǎn)程無線電通信單元的蘇醒期間必須在無線電接入單元的發(fā)射時間上滑過。
如上所述，假設(shè)一個無線電接入單元有79幀，可以選擇讓等待模式中遠(yuǎn)程通信單元每78幀蘇醒一次。此時，等待模式中的遠(yuǎn)程掃描單元(SU)以步長-1在無線電接入單元或者基站(BS)的時隙循環(huán)上滑動，見圖7?？紤]到時隙可能未對準(zhǔn)，最好讓等待單元的掃描時間略長于滑動過程的步長。
為了提高捕獲速度，可以更加頻繁地發(fā)送尋呼消息，甚至在所有空時隙或者啞載體中發(fā)送尋呼消息。通過采用相反順序，也就是相對于正常FH序列顛倒過來的順序，可以強(qiáng)迫等待模式中的遠(yuǎn)程通信單元進(jìn)入連續(xù)掃描的活動模式。
雖然沒有明確地提到，本發(fā)明的無線電接入單元和無線電遠(yuǎn)程通信單元可以包括合適的收發(fā)信機(jī)裝置和控制裝置，按照本發(fā)明的方式工作。
雖然介紹本發(fā)明時提到了TDMA和/或TDMA/TDD無線電通信系統(tǒng)的某些實(shí)施方案，但是本發(fā)明并不局限于某種具體的無線電通信系統(tǒng)，籠統(tǒng)地說本發(fā)明可以用于移動、無繩和任何其它類型的無線電通信系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.時分多址(TDMA)無線電通信系統(tǒng)中的一種無線電通信方法，其中的通信信道包括構(gòu)成一個TDMA幀的多個連續(xù)時隙中的至少一個時隙，其中幀內(nèi)的一個時隙位置在連續(xù)幀上跳變，其特征在于時隙的跳變方式取決于分配了這一時隙的通信信道的類型。
2.權(quán)利要求1的方法，其中分配給一個話音通信信道的時隙在連續(xù)幀里的位置上跳變，其中連續(xù)幀中分配給數(shù)據(jù)通信信道的時隙的位置固定在順序幀之間。
3.權(quán)利要求2的方法，其中分配給話音通信信道的跳時位置只限于幀中沒有分配給數(shù)據(jù)傳輸信道的那些時隙。
4.權(quán)利要求2或3的方法，其中用于數(shù)據(jù)通信信道的時隙是從幀的一頭分配的，用于話音通信信道的時隙是從這一幀的另一頭開始分配的。
5.權(quán)利要求4的方法，其中盡可能多地將從一頭分配給數(shù)據(jù)通信信道的時隙組合成相鄰時隙。
6.權(quán)利要求4或5的方法，其中盡可能多地將從幀的所述另一頭分配給話音通信信道的時隙組合成相鄰時隙。
7.以上權(quán)利要求中任意一個的方法，其中每一個TDMA幀都分成前半部分和后半部分連續(xù)時隙，按照時分雙工(TDD)方案，其中的雙工通信信道在每一個半幀中都有相應(yīng)的時隙，其中的時隙發(fā)生跳變，這些時隙是按照半幀方式選擇出來的。
8.以上權(quán)利要求中任意一個的方法，其中每一個連續(xù)幀都有一個不同的時間偏移，這一時間偏移被加到所述幀內(nèi)分配給話音通信信道的那些時隙上去，所述時間偏移相當(dāng)于多個時隙時間。
9.權(quán)利要求8的方法，其中的TDMA幀有N個時隙，其中幀的時隙間隙M定義為M＝N-Nd-1其中的Nd是數(shù)據(jù)通信信道占用的所述TDMA幀內(nèi)時隙的個數(shù)，其中對于TDMA/TDD幀M＝N/2-N’d-1其中N’d是數(shù)據(jù)通信信道占用的所述TDMA/TDD幀的半幀里的最大時隙數(shù)。
10.權(quán)利要求9的方法，其中從所述TDMA幀的另一頭數(shù)起，也就是從TDMA/TDD無線電通信系統(tǒng)中前半幀和后半幀的另一頭數(shù)起，跳變的時隙在第M-1個時隙處繞回來。
11.權(quán)利要求8、9或10的方法，其中幀內(nèi)的時間偏移被傳送給工作于所述幀的話音通信信道的所述無線電通信系統(tǒng)中的每一個通信單元。
12.以上權(quán)利要求中任意一個的方法，其中為每一幀分配一個幀編號，將這一幀編號發(fā)送出去，其中的跳時序列跟所述幀編號有關(guān)。
13.以上權(quán)利要求中任意一個的方法，其中的無線電通信系統(tǒng)用于在預(yù)定無線電通信頻帶內(nèi)進(jìn)行無線電通信，該無線電通信頻帶包括多個無線電通信頻道，每一個這樣的無線電通信頻道都包括TDMA幀里的多個通信信道，其中每一TDMA幀的位置都在所述無線電通信頻道之間跳變。
14.權(quán)利要求13的方法，其中隨后的每一幀都是在隨后的無線電通信頻道里發(fā)射的。
15.權(quán)利要求14的方法，其中的無線電通信系統(tǒng)包括至少第一個和第二個無線電通信單元，第二個單元在一幀的至少一個時隙里連續(xù)地發(fā)射信號，其中在第一個和第二個單元之間建立無線電通信信道，其方式是所述第一個單元掃描某一無線電通信頻道，尋找第二個單元發(fā)射的信號，其中收到所述信號時，這第一個單元鎖定到第二個單元的跳變序列上去。
16.權(quán)利要求15的方法，其中第一個單元連續(xù)地掃描整個無線電通信頻帶，其中對某一無線電通信頻道進(jìn)行掃描，尋找其中一定數(shù)量的幀，這些幀的數(shù)量至少等于所述無線電通信系統(tǒng)中無線電通信頻道的個數(shù)。
17.權(quán)利要求15或16的方法，其中第一個單元是一個遠(yuǎn)程無線電通信單元，例如一個便攜式或者移動無線電通信單元，第二個無線電通信單元是一個無線電通信系統(tǒng)的一個無線電接入單元，該系統(tǒng)包括多個遠(yuǎn)程無線電通信單元。
18.一種無線電通信系統(tǒng)，包括多個無線電接入單元和多個遠(yuǎn)程無線電通信單元，每一個無線電接入單元都在一個有限的地理區(qū)域也就是小區(qū)內(nèi)提供無線電通信服務(wù)，其中的無線電接入單元和遠(yuǎn)程無線電通信單元用于按照權(quán)利要求1～17中任意一個的方法進(jìn)行無線電通信。
19.權(quán)利要求18的無線電通信系統(tǒng)，其中的無線電接入單元在一個公共無線電通信頻帶內(nèi)發(fā)射信號，其中每一個無線電接入單元的無線電通信頻帶的跳變序列都不相同。
20.權(quán)利要求18或者19的無線電通信系統(tǒng)，用于在2400～2483.5MHz之間的工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)藥(ISM)頻帶內(nèi)進(jìn)行無線電通信，這一頻帶包括79個無線電通信頻道，每一個頻道的帶寬都是1MHz，其中每一個TDMA幀的長度都是10ms，在所述無線電通信頻道上的跳變速率是100跳每秒，其中每一個TDMA幀都包括前半幀和后半幀，按照TDMA/TDD通信方案每一個半幀都有12個連續(xù)時隙。
21.用于無繩通信的無線電通信系統(tǒng)的一個無線電接入單元，包括收發(fā)信機(jī)裝置和控制裝置，用于按照以上權(quán)利要求中任意一個的方式進(jìn)行無線電通信。
22.用于無繩通信的無線電通信系統(tǒng)的一個無線電通信單元，包括收發(fā)信機(jī)裝置和控制裝置，用于按照權(quán)利要求1～20中任意一個的方式進(jìn)行無線電通信。
全文摘要
在時分多址(TDMA)無線電通信系統(tǒng)中用于無線電通信的一種方法和一種系統(tǒng),其中的通信信道(A、B、C、d)包括構(gòu)成一個TDMA幀的多個連續(xù)時隙(0～23)中的至少一個時隙,其中幀里的時隙(A、B、C)在連續(xù)幀(第k跳、第k+1跳)的不同位置上跳變。時隙(A、B、C)的跳變方式取決于分配了這一時隙(A、B、C)的通信信道的類型。
文檔編號H04J13/00GK1276938SQ98810270
公開日2000年12月13日 申請日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月16日
發(fā)明者J·C·哈爾特森 申請人:艾利森電話股份有限公司