CN1054875A

CN1054875A - 共用载波跳频技术

Info

Publication number: CN1054875A
Application number: CN91101214A
Authority: CN
Inventors: 考特姿恩·马歇尔·戴尔; 斯皮艾尔·施蒂文森·李
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-27
Publication date: 1991-09-25
Also published as: CN1018503B; ES2100950T3; IE910577A1; US5301188A; WO1991013502A1; MY106999A; CA2072373C; IL97284A; JPH05505082A; KR920704472A; IL97284A0; EP0573417A4; EP0573417A1; DK0573417T3; PT96905A; KR960008609B1; DE69125949T2; JP2724914B2; EP0573417B1; PT96905B

Abstract

在TDMA蜂窝网络中提供了一种用于载波共用跳频的机制。其特征是：在某些时隙中在一个覆盖区(A)的重复使用直径(A/A′)范围内从一个 TDM帧跳频载波(a-e)库中至少分配一个帧(时隙 0-7)和在另外一些时隙中在另外的覆盖区(B)的载波重复使用直径(A/A′)范围内分配一个帧，基本上该跳频载波帧没有重叠的时隙，所有分配的载波基本上无干扰地与任何邻近的重复使用(A′)的载波在时间上同步，因此获得了跳频的各种优点。

Description

本发明涉及跳频技术。

更具体地讲，在蜂窝式无线电话系统中，本发明涉及通过各种载波共用技术来跳频以便增加载波的有效利用率。

在蜂窝式无线电话系统中，载波频率在地理上的重复使用作为一种解决有限的无线频谱的富有生命力的办法已得到了极大的发展。一般来说，一个服务区再细分为许多蜂窝状复盖面积的小区，並分配给这些小区一组载波。这些小区是重复布局的，以便使在地理位置上足够分隔开来的小区之间的载波可以重复使用，从而可以在没有严重干扰情况下，允许载波的同时重复使用。

在蜂窝式无线电话系统中，跳频可能被用于灵敏度的改善以克服慢衰落和改善载波干扰比（C/I）的裕度。在一个给定的复盖区内的传输中，可能在一组分配给该复盖区的一组载波中的一个载波跳到该组载波中的另外一个载波上，再由一个跳到另外一个。但是，在每个复盖区中必须具有高于跳频次数的载波数目，否则跳频的优点会被减弱。换言之，在一个给定的复盖区中较低的蜂窝式重复使用密度和较高的跳频次数两项指标改善了其性能。但是，一般来说，上述两项指标是从完全相同的（和不足的）频谱中得到的。这样，通过一种技术的对一项指标的任何改善都总在损害另外一项指标的情况下取得的。

在当前所建议的时分多元联接（TDMA）的蜂窝式系统中，特别是，当用作附属于现存的模拟蜂窝式系统或在多于一个话务员的场合较少的载波可以利用或要求在一个单载波上的八个重复时隙上发生八个通话的情形。因此，要求少到八分之七的载波传输相同容量的信道。这种对每个复盖区可以载波数的减少就减小了利用跳频作为提高系统效率的机会。

本发明就是以克服这些缺点和实现某些如下所述的优点为目的的。

在TDMA蜂窝式网中，提供了一种共用载波跳频的机制。它包括：在某些时隙中根据一个复盖区的重复使用直径下从一组储备的TDM跳频载波中分配一个帧和在另外的时隙中根据另外的复盖区的重复使用直径从一组储备的载波中分配一个帧，基本上在那些跳频载波的帧中没有重叠的时隙，所有的帧基本上无干扰地与任何邻近的重复使用载波在时间上相同步，从而获得了跳频的优点。用不同的方式可以描述为，它包括：在一个时刻，在一个复盖区的重复使用直径中从多个跳频载波中分配一个载波，在同一时刻在另外复盖区的重复使用直径中从多个跳频载波中分配一个载波，所有这些载波与邻近的重复使用载波在时间上同步。载波的控制与接入可以包括在一个跳频库内，产生某些将要在彼此不相同的序列跳频的时隙。该跳频库进一步在各个位置相近的网孔（Co-located site）中分配一些跳频组，因此减小了内部系统同步的要求。为解决近/远问题，接近跳频边界的TDM时隙优先分配给距离较近的移动用户。

下面的结合附图的详细描述将可以更为清楚地理解本发明的另外一些目的、特点和优点，也将明显地看出以其优选实施例（以不受该例子的限制的方式）进行实现的最好方式，其中附图为：

图1是本发明的优选实施例的网路图;

图2是表示利用本发明来解决近/远问题;

图3表示按照本发明的优选实施例的时隙分配。

本发明的优选实施例认识到、而且利用了TDMA载波固有的可分割性，並作为由跳频库提供的共用载波容量分配它们，这一载波容量将远大于按照常规技术所能提供的容量。

图1是由本发明的实施例进行操作的网络图。

图1表示在当前建议的GSM，全欧数字蜂窝式（GSM/PEDC）系统中由九个复盖区（A-I）构成的可重复的小区。每个复盖区由一个120度扇形天线服务。在这些有5MHz频带（24个载波）不可利用的（即其中多于一个共存的话务员或其中有现存的模拟蜂窝系统）的所有25MHz频带将分配给如下九个复盖区：

扇形区载波分配

A 1、10和19

B 2、11和20

C 3、12

D 4、13和21

E 5、14

F 6、15和22

G 7.16

H 8、17和23

I 9、18和24

（各载波频率虽然是顺序编号的，但是不相邻的）

在常规技术中可以看出，在每个扇形区中跳频仅可能在很小数目的可用载波中进行（两个或至多三个），比非跳频系统只能提供有限的性能的改善。更为不利的是，在每个复盖区通常指定一个载波频率专用于系统的信令、联接和控制;和进行固定地发送並固定不变的分配，从而使每个复盖区的可用载波进一步减少到一个或两个（或者在TDMA情况下，某些控制和联接载波的时隙是不能用于跳频的）。

然而，如果将所有的，但除去九个专用的联接控制信道（1-9），使其复原成为跳频库的形式，並不固定地分配给个别的复盖区，则跳频库就从每复盖区一个或两个增加到每复盖区15个（10-24），从而在各个复盖区中提供的跳频序列是时间同步。换言之，代替分配一小组跳频载波给个别的复盖区，而必须在该区内进行全部的跳频，变为分配给九个复盖区的每一个一个唯一时间或编号，用于顺序地编入一个具有所有15个存储跳频载波的循环排队（或确定的序列）。跳频是以从一个扇形区到一个扇形区和从一个小区到一个小区至少是粗时间同步实现的，以避免同信道（同信道重复使用）干扰和在重复使用直径内的邻近信道干扰。

下表说明将15个载波分配为每组5个的三个跳频组的两种不同方案。注意在X/Y/Z跳频方案中，所有15个载波（10-24）全都利用在位置相连的扇形区网孔中（比如说A、B、C）。这与U/V/W跳频相比网孔与网孔的同步，而后者的跳频组（比如说U）只包括位置相连的各扇形区的载波（例如A、B和C），反而要求与非相连的网孔（D/E/I或G/H/I）较低的同步以及减小任何同步失效的影响。

扇形区载波分配 U.V.W跳频 X、Y、Z跳频

A 1、10和19 U:10-12, X:10、13、16、

19和20 19和21

B 2、11和20 U Y:11、14、17、

20和23

C 3、12 U Z:12、15、18、

22和24

D 4、13和21 V:13-15, X

21和22

E 5、14 V Y

F 6、15和22 V Z

G 7、16 W:16-18、 X

23和24

H 8、17和23 W Y

I 9、18和24 W Z

上面的描述已提供了在噪声/干扰性能方面的基本的改善，应注意到，这种改善只发生在总的频谱（1-24）的一部分（10-24）中，虽然是相当大的一部分。这是由于每个复盖区（1-9）中有一个载波是专用的，它不能在任何其他复盖区中重复使用，也就是说由小于重复使用直径（A和A′）分割开来。虽然如此，为了改善系统的性能，跳频载波10-24（而不是固定的载波1-9）可以被优先地分配给那些具有最高需要的用户。便携式、手持式无线电话用户，由于它们的较慢的移动速度和较低的发射功率，或许从通过跳频改善灵敏度抗慢衰落和增强抗干扰的能力中获得更多的好处。跳频载波（10-24）还可能优先分配给那些遭受信号质量恶化的用户（增加比特差错率），因为这种情况比信号强度更为显著地表示出慢衰落和干扰。虽然这些技术是试图使固定的（1-9）和跳频的（10-24）载波的利用最佳化，但可能更为希望的是将全部载波（1-24）包括在跳频库中。

上面的描述基本上涉及在时间同步情况下的各个复盖区的载波共用，但是没有要求一种带有时隙的TDMA信道结构。然而，事实上，GSM/PEDC是一种TDMA系统，每个载波被再细分为以重复八个时隙帧（时隙0-时隙7）的八个独立的信道。在每个复盖区中的一个指定的载波中的0时隙（或是其他时隙）被保留出来和专门用作系统的联接，而且，因此是不能用作跳频，而1-7时隙可以用作其他话务。另外一个复杂的情况是在每个复盖区中指定的载波必须不断地发射其专用频率，以便使其信号强度能够被位于相邻的复盖区的用户为了判断交接选择的目的而进行监测，因此这个频率在重复使用直径中是不能被重复使用的。遗憾的是，每个载波保留下0时隙可能导至了一种不可接受的损失了可用容量的八分之一。每个复盖区保留一个载波不成为跳频库的一部分是在上文描述的解决办法，但是还存在着其他的解决办法。能够有对于1-7时隙不同于0时隙的跳频序列。0时隙或许是…a b c d e a b c d e…跳频，而1-7时隙可能是…a b c d e f a b c d e f…跳频，其中载波f（和其0时隙）可以被指定为联接和控制。因此，载波f的0时隙可以永远被利用作为信令、联接和控制。

一个示例性的八时隙TDMA系统，对于一个扇形复盖区（比如说A）讲具有五个跳频载波（a-e）和一个含有用作联接控制的0时隙的载波f和1-7时隙必须不断地发射，一个对于A的时隙/载波分配可以是：

其中重复使用分离直径，对于载波f可能对于跳频来说是不适用的，但对于a-e是适用的。如果载波g被专用于比如说复盖区B，一种用于B的可以接收的时隙/载波分配可以是：

应注意的一点是，附加的发射机设备可能需要保证载波f不断地发射，以便各用户判断交换的选择，甚至在这一复盖区无用户话务量的情况也是如此。在GSM/PEDC中，伪数据串（dummy bursts）规定为用作这一目的。另外，还应注意到，发射机设备必须如上文所描述的基于时隙到时隙的改变频率的能力，这里不包括专用的载波，和也意味着帧到帧的跳频能力。

利用这种方案的情况下，有一些例子，其中一个远距离用户由于不同的传输迟延可能受到干扰。假设两个网孔是在t₀同步的和共用相同的跳频库，如上文所述。

图2表示由本发明所解决的近/远问题。

当一个用户在其小区中相对地远离其网孔，但距一个扇形区A比另外一个扇形区B稍近，在帧的边界上（当频率改变时）时隙之间带有有限的保护时间，则该用户可能会受到来自扇形区B的末端与另一扇形区（A）的始端的重叠所产生的干扰。更远的用户会发生更为严重的重叠。图3表示按照本发明的优选实施例的时隙分配。对于这个跳频的潜在的复杂性的解决办法是不把距离帧边界最近的时隙分配给远地用户，而将它们分配给邻近网孔的那些用户（例如以时间提前为度量）。如果跳频发生在一个帧的基部，即使频率变化只发生在从时隙7至时隙0变化的时刻（和专用控制载波情况下发生在时隙0至时隙1变化的时刻），在帧边界的任意一边的前面的时隙7和后续的时隙0（和f/g载波的时隙1）应当分配给较近的用户，而时隙2-6应当分配给更远的用户。利用这种时隙分配方法，基本上减小了近/远问题。在从用户到网孔基站方面上的相反的近/远问题利用极为相同的策略进行解决。

使用在图2的分配控制处理器中的用于时间同步分配载波指示器的循环排队装置（或确定算法装置）的构造对于本技术领域的中等技术人员来说在蜂窝式基站控制方法学中已经有了充分的描述。

因此，在TDMA蜂窝网中，已经提供了一种用于载波共用跳频的机制。它包括：在某些时隙中根据一个复盖区的重复使用直径至少从一个TDM帧跳频载波库中分配一个帧和在另外一些时隙中根据另外一个复盖区的重复使用直径分配一个帧，基本上在帧跳频载波中没有重叠的时隙，所有的载波基本上无干扰地与任何邻近的重复使用载波在时间上相同步，从而获得了跳频的各种优点。用不同的方式讲，它包括：在一个时刻在一个复盖区的重复使用直径中从多个跳频载波中至少分配一个载波和在同一时刻在另外的复盖区的重复使用直径内从多个跳频载波中分配另外一个载波，所有载波与任何邻近的重复使用载波在时间上相同步。在跳频库中还可能包括一些控制和联接的载波，产生一些时隙将在一个不同于其他的序列中跳频。跳频载波库还将位置相连的网孔分配为一些跳频组，从而减小内部系统同步的要求。为解决近/远问题，接近跳频边界的TDM时隙优先地分配给近距离的用户。

本发明的附带的优点包括，从较小数量载波提供很大的跳频库;在所有的情况下当系统增强时允许跳频;在跳频序列中利用联接和控制载波;改善C/I和衰落性能;减少对内部系统同步的依赖;和解决了近/远问题。

虽然已经对本发明的优选实施例进行了描述与说明，但十分明显，对于本技术领域的中等技术人员来说明可以对本发明作出改善与改进。尽管该优选实施例已经描述了扇形的重复使用，没有理由在概念上作如此的限制，本发明完全可以适用于例如全向天线的频分多元联接（FDMA）。同样，没有理由将本发明限制在TDMA。

这些和所有其他的改变和改型都会落入后附的权利要求书所限定的范围之内。

Claims

1、一种载波共用跳频的方法，其特征在于：在一个时间间隔中(时隙0、1或7)在一个复盖区(A)的重量使用直径(A/A′)范围内从多个跳频载波(Ad)中至少分配一个载波；

和在另外的时间间隔中在另外的复盖区(B)的载波复盖直径(A/A′)范围内分配另外一个载波，基本上该跳频载波(Bd)没有重叠的时间间隔(时隙2-6)，所有载波基本上无干扰地与任何邻近的重复使用(A′)的载波(d)在时间上相同步。

2、一种载波共用跳频方法，其特征在于：在一个时间间隔中（时隙0、1或7）中在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围内从一个跳频载波（Ad）库中至少有规律地分配一个载波;

和在另外一个时间间隔中在另外的复盖区（B）的载波重复使用直径（A/A′）范围内有规律地分配一个载波，基本上该跳频载波（Bd）没有重叠的时间间隔（时隙2-6），所以载波基本上无干扰地与任何邻近的重复使用（A′）的载波（d）在时间上相同步;

因此获得跳频的各种优点。

3、一种载波共用跳频的方法，其特征在于：在某些时隙（时隙0、1或7）中在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围内从TDM帧跳频载波（a-e）库中至少分配一个帧（0-7时隙）;

和在另外某些时隙在另外一个复盖区（B）的载波重复使用直径（A/A′）范围内分配一个帧（0-7时隙），基本上该跳频载波的帧没有重叠的时隙（时隙2～6），所有的载波基本上无干扰地与任何相邻重复使用（A′）的载波（d）在时间上同前;

因此获得了跳频的各种优点。

4、按照权利要求2所要求的方法，其中控制和联接载波（例如，时隙0 f/g）的特征是跳频载波库的一部分。

5、按照权利要求2所要求的方法，其中控制和联接载波（例如，时隙0 f/g）的某些时间间隔是按照不同于其他的（a-e）方式进行跳频的。

6、按照权利要求2所要求的方法，其中跳频载波库（a-i）在位置相连的网孔（A、B、C）中被分配为跳频组（U/V/W，X/Y/Z）。

7、按照权利要求2所要求的方法，其中如果固定地分配给复盖区载波数目，每个复盖区通过存储使可利用的跳频载波数目超过每个复盖区可能利用的载波数目。

8、按照权利要求2所要求的方法，其中跳频载波（10-24）优先于固定载波（1-9）优先地分配给遭受到信号条件变坏的移动用户。

9、按照权利要求3所要求的方法，其中至少一个未接近跳频边界（时隙2-6）的TDM时隙被优先地分配远距离用户。

10、按照权利要求3所要求的方法，其中接近跳频边界（时隙0、1或7）的TDM时隙被优先地分配给近距离用户。

11、按照权利要求3所要求的方法，其中接近TDM帧边界（时隙0、1或7）的TDM时隙被优先地分配给近距离用户。

12、按照权利要求3所要求的方法，其中控制和联接载波（例如时隙0 f/g）的某些时隙是按照不同于其他（a-e）的方法进行跳频的。

13、一种载波共用跳频的设备，其特征在于：用于在一个时间间隔中（时隙0、1或7）在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围的从多个跳频载波（Ad）中至少分配一个载波的装置，並可操作地联接到，

用于在另外的时间间隔中在另外的复盖区（B）的载波重复用直径（A/A′）范围内分配一个载波的装置，基本上该跳频载波（Bd）没有重叠的时间间隙（时隙2-6），所有载波基本上无干扰地与任何邻近重复使用（A′）载波（d）在时间上相同步。

14、一种载波共同跳频设备，其特征在于：

用于在一个时间间隔（时隙0、1或7）中在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围由从跳频载波（Ad）库中至少有规律地分配一个载波的装置，並可操作地联接到，

用于在另外的时间间隔中在另外的复盖区（B）的载波重复使用直径（A/A′）范围内有规律地分配一个载波，基本上该跳频载波（Bd）没有重叠的时间间隔（时隙2-6），所有载波基本上无干扰地与任何邻近重复使用（A′）载波（d）在时间上相同步，

因此获得了跳频的各种优点。

15、一种载波共用跳频的设备，其特征在于：

用于在某些时隙（时隙0、1或7）在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围内从TDM帧跳频载波（a-e）库中至少分配一个载波的装置，並可操作地联接到，

用于在另外某些时隙在另外复盖区（B）的载波重复使用直径（A/A′）分配一个帧（时隙0-7）的装置，基本上该跳频载波帧设有重叠的时隙（时隙2-6），所有的载波基本上无干扰地与任何邻近重复使用（A）的载波（d）在时间上同步。

因此获得了跳频的各种优点。

16、按照权利要求14所要求的设备，其中的特征是控制和联接载波（例如时隙0 f/g）的某些时间间隔是跳频载波库的一部分。

17、按照权利要求14所要求的设备，其中存储的控制和联接载波（例如，时隙0 f/g）是按照不同于其他（a-e）的序列进行跳频。

18、按照权利要求14所要求的设备，其中跳频载波库（a-i）在位置相连的网孔（A、B、C）中分配为跳频组（U/V/W，X/Y/Z）。

19、按照权利要求14所要求的设备，其中如果固定地分配给复盖区载波数目，每个复盖区通过存储使可利用的跳频载波数目超过每个复盖区可能利用的载波数目。

20、按照权利要求15所要求的设备，其中至少一个不接近跳频边界（时隙2-6）的TDM时隙优先分配给远距离的移动用户。

21、按照权利要求15所要求的设备，其中邻近跳频边界（时隙0、1或7）的TDM时隙优先分配给近距离移动用户。

22、按照权利要求15所要求的设备，其中邻近TDM帧边界（时隙0、1或7）的TDM时隙优先分配给近距离的移动用户。

23、一种载波共用跳频方法，其特征在于：

在一个时刻在一个复盖区（A）的重复使用直径（A/A′）范围内从多个跳频载波（Ad）中至少分配一个载波，

和在相同的时刻，在另外的复盖区（B）的载波重复使用直径（A/A′）范围内从多个跳频载波（Ad）中分配另外一个载波，所有载波与任何相邻近的重复使用（A′）的载波（d）在时间上同步。