專利名稱：無(wú)線電通信系統(tǒng)中有選擇性地啟動(dòng)分集信令的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線電通信系統(tǒng)，具體涉及在有效地應(yīng)用通信資源時(shí)改善通信資源上發(fā)送信號(hào)的感覺(jué)質(zhì)量的方法和裝置。
中繼無(wú)線電系統(tǒng)是一種公知的無(wú)線電通信系統(tǒng)，諸如陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)使用的那種。這樣的系統(tǒng)通常包括幾個(gè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，或所謂的收發(fā)信機(jī)，它們被實(shí)施作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)器分布在該系統(tǒng)的整個(gè)地理覆蓋區(qū)內(nèi)。這樣，通過(guò)使用位于整個(gè)覆蓋區(qū)域內(nèi)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)器，可達(dá)成在諸如移動(dòng)無(wú)線電設(shè)備、便攜式無(wú)線電設(shè)備之類的無(wú)線電設(shè)備之間在整個(gè)覆蓋區(qū)內(nèi)的通信。
在當(dāng)今的無(wú)線電通信系統(tǒng)中，通過(guò)一個(gè)中介空間發(fā)送的、在中繼轉(zhuǎn)發(fā)器和無(wú)線電設(shè)備之類的兩個(gè)通信裝置之間交換的信號(hào)，通常在它們被接收之前遭到質(zhì)量上的損害。在某種設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，系統(tǒng)可在可接受的參數(shù)內(nèi)正常工作，使得質(zhì)量劣化處在預(yù)定的設(shè)計(jì)界限以內(nèi)。然而，當(dāng)超出該設(shè)計(jì)范圍時(shí)，發(fā)送信號(hào)的質(zhì)量將降到可接受的質(zhì)量等級(jí)之下，從而不能成功地維持滿意的通信。
上述不利的狀態(tài)，也即信號(hào)質(zhì)量不能接受，可能是發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的空間距離造成的，也就是實(shí)際的距離大于某個(gè)預(yù)定的設(shè)計(jì)范圍。另一方面，低劣的質(zhì)量可能來(lái)源于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間信號(hào)通路上的障礙物，例如建筑物、小山等。再則，質(zhì)量劣化可能是信號(hào)傳播方向的改變?cè)斐傻?，例如信?hào)在建筑物上反射和/或在建筑物周?chē)@射。
不論這種不利狀態(tài)也即信號(hào)質(zhì)量劣化的根源如何，利用各種已知的措施有可能改善信號(hào)質(zhì)量。通?？蓱?yīng)用分集技術(shù)，例如在通信資源中使用的頻率分集、時(shí)間分集和空間分集，來(lái)改善信號(hào)的通信質(zhì)量。然而，這些技術(shù)在理論上和實(shí)踐上都有局限性，如下文所述。
一種在給定范圍之外改善信號(hào)質(zhì)量的方法是增加發(fā)射信號(hào)的信號(hào)功率，也即增加信號(hào)能量。同樣，減低接收機(jī)檢測(cè)到的噪聲功率也即噪聲能量也可以改善信號(hào)的最終質(zhì)量。然而，發(fā)射功率受制造功率放大器可使用的技術(shù)的限制，還受從電源抽取的電流量的限制。再有，高功率放大器用于散熱的所需散熱器的尺寸使它體積較大。
再則，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)在功率輻射上有嚴(yán)格限制，因?yàn)楦吖β孰娖皆陬l率的重復(fù)利用方案中(也即將同一頻率資源用在鄰近的地理區(qū)域內(nèi))造成一些問(wèn)題。在基站現(xiàn)場(chǎng)處，工業(yè)射頻已接近由FCC所給定的射頻功率界限，這也是技術(shù)上的限制。對(duì)遠(yuǎn)地的收發(fā)信機(jī)，電流抽取量和放大器體積限制了較大的功率。在接收機(jī)中在減少噪聲指數(shù)上有可能作些小的改善，但正迅速地達(dá)到其理論的極限值。
利用通信資源中的頻率、時(shí)間、空間、角度和極化等參數(shù)的分集技術(shù)，也能改善信號(hào)的通信質(zhì)量，以克服上述的限制。然而，這些改善需要付出代價(jià)。例如，空間分集、角度分集和極化分集要求接收機(jī)有附加的硬件。至少，需要一個(gè)第二天線和同軸線，這表明增加了不希望的費(fèi)用。還可能需要一個(gè)第二接收機(jī)和/或切換開(kāi)關(guān)，由此又增加了費(fèi)用并增添了其它的技術(shù)限制。至于時(shí)間分集和頻率分集方案，相關(guān)的代價(jià)通常是用降低的頻譜效率來(lái)度量的。也就是說(shuō)，隨時(shí)采用時(shí)間分集和頻率分集方案即便其信號(hào)質(zhì)量是可接受的，由此得到的頻譜低效率也使人不敢問(wèn)津。
據(jù)此，現(xiàn)在需要一種既能改善信號(hào)質(zhì)量而又無(wú)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)的無(wú)線電通信系統(tǒng)，特別是，一種能提供改善信號(hào)質(zhì)量、無(wú)附加硬件費(fèi)用或不可接受的帶寬效率降低的系統(tǒng)，這是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的一種改善。


圖1示出有利于使用本發(fā)明的一種無(wú)線電通信系統(tǒng)；圖2示出按照本發(fā)明的通信裝置的操作的流程圖；圖3示出按照本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例的通信資源和在其上發(fā)送的一種信令序列。
本發(fā)明概括了一種在兩個(gè)或多個(gè)通信裝置之間交換信號(hào)的方法。一旦信號(hào)的質(zhì)量變得不令人滿意，本方法就把通信資源用于分集發(fā)送信號(hào)。按照這種方式，運(yùn)用本發(fā)明提供基于質(zhì)量來(lái)判定何時(shí)需要采用信號(hào)分集來(lái)有效地使用通信資源。
圖1概略地示出無(wú)線電通信系統(tǒng)100，它包括一個(gè)服務(wù)于覆蓋區(qū)104的中繼轉(zhuǎn)發(fā)器102。通信單元106—108例如移動(dòng)式無(wú)線電設(shè)備和便攜式無(wú)線電設(shè)備在覆蓋區(qū)104內(nèi)漫游，并利用中繼轉(zhuǎn)發(fā)器102建立相互通信。在通信單元106—108之間經(jīng)由一個(gè)通信資源110例如時(shí)分多址(TDMA)時(shí)隙、射頻(RF)信道或者任一種其它的合適的資源建立通信。在通信資源110上發(fā)送的信號(hào)可能被例如建筑物112損害，這時(shí)要考慮折衷。這類障礙或任何其它的干擾源通常使通信資源110的質(zhì)量損害，已損害的通信資源如114所示。
如上所述，已知的克服這種損害狀態(tài)的方式有其實(shí)踐上的限制。例如，增加中繼轉(zhuǎn)發(fā)器102發(fā)射的功率來(lái)克服接收機(jī)處的噪聲電平來(lái)使用受損超出一定界限的通信資源114是FCC所禁止的。而且，在多個(gè)通信單元106—108上利用常規(guī)的分集組合，需要附加的天線和其它所謂的“前端”硬件來(lái)實(shí)施這種方案，這需花費(fèi)。最后，因所有通信單元并不是時(shí)時(shí)都需要這些附加的能力，故圖1所示的通信系統(tǒng)存在低效率的問(wèn)題。具體地說(shuō)，只有通信單元106正在使用有損的通信資源114，而本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是僅在需要改善信號(hào)質(zhì)量到可接受的等級(jí)時(shí)，例如建筑物擋在通信資源114上時(shí)才使用已知的分集方案的組合。
圖2示出按照本發(fā)明的通信裝置的操作流程圖200。請(qǐng)注意，能使用本發(fā)明的通信裝置是在例如中繼轉(zhuǎn)發(fā)器102那樣的固定端上或在例如通信單元106那樣的移動(dòng)端上。在步驟201，首先向目標(biāo)通信裝置發(fā)送感興趣的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)AM、FM、SSB的頻分多址(FDMA)信道進(jìn)行中繼傳送，數(shù)據(jù)包括但不限于QAM和QP-SK形式，也可以用所有這些調(diào)制形式的時(shí)分多址(TDMA)傳送。在步驟202判定發(fā)送消息是否完畢。如果“是”，則程序退出。
如果需要多次發(fā)送來(lái)完成該消息的傳送，則在步驟203確定該通信資源的質(zhì)量，也即在它上面?zhèn)魉偷男盘?hào)的質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能可使用幾種技術(shù)。測(cè)量所接收信號(hào)的強(qiáng)度是最基本的檢查，并可用于模擬或數(shù)字系統(tǒng)。同樣，這種確定可以是一種簡(jiǎn)單的測(cè)量信噪比(SNR)、信號(hào)干擾比(SIR)或信號(hào)對(duì)噪聲加干擾之比(SNPIR)。在數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，誤碼率(BER)是一種公知的資源檢測(cè)技術(shù)；當(dāng)然，這種技術(shù)對(duì)已知的被傳送的符號(hào)例如引導(dǎo)信號(hào)(Pilot)或?qū)τ诰哂星跋蛘`碼校正(FEC)碼用以確定誤碼數(shù)量的系統(tǒng)是有限制的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)送的是TDMA信號(hào)，并用BER來(lái)確定通信資源以及其上傳送的信號(hào)的質(zhì)量。
在確定質(zhì)量等級(jí)之后，在步驟205判定這一質(zhì)量等級(jí)是否在處于預(yù)定的質(zhì)量閾值之上。閾值電平是可以變化的，這取決于例如該消息的優(yōu)先權(quán)或所應(yīng)用的技術(shù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用4—ary16 QAM調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)的TDMA系統(tǒng)，BER閾值設(shè)定為4％。
最好應(yīng)用遲滯電路來(lái)防止接收機(jī)在相鄰發(fā)送中在可接受與不可接受之間反復(fù)。也就是說(shuō)，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，下一個(gè)信號(hào)必定超過(guò)3％BER才能表明通信資源是可接受的而不需擴(kuò)充。
通信資源質(zhì)量是可接受時(shí)，在步驟209發(fā)送下一個(gè)信號(hào)例如數(shù)據(jù)字，并在步驟202再次檢查該消息是否完畢。請(qǐng)注意，一個(gè)消息通常由多個(gè)序列信號(hào)組成，在消息的末尾發(fā)出一個(gè)“消息結(jié)束”(EOM)信號(hào)。如果檢測(cè)到EOM信號(hào)，則程序退出。如果未檢測(cè)到EOM信號(hào)，則發(fā)送多個(gè)序列信號(hào)中的下一個(gè)信號(hào)。
再參看步驟205，如果發(fā)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量是不可接受的，則在步驟211發(fā)送后續(xù)信號(hào)?！舱?qǐng)注意，這個(gè)后續(xù)信號(hào)不是用來(lái)確定通信資源質(zhì)量的信號(hào)，而是構(gòu)成一個(gè)多信號(hào)消息的多個(gè)信號(hào)序列內(nèi)的下一個(gè)信號(hào)?！橙缓螅诓襟E213，在該通信資源的另一部分例如信道上再發(fā)送其后續(xù)的信號(hào)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該信道可以采取以下形式同一頻率上的不同時(shí)隙，不同頻率上的不同時(shí)隙，或不同頻率上的同一時(shí)隙。這種再發(fā)送可以在該通信資源的相同部分內(nèi)發(fā)生一次或多次，如下文所述。
本發(fā)明可以通過(guò)一系列例子并參考圖3來(lái)說(shuō)明。圖3示出按照本發(fā)明的通信資源300，它由H個(gè)頻率組成，每個(gè)頻率被劃分成為由下標(biāo)M、M＋1、M＋2和m＋3標(biāo)示的一些時(shí)間幀。為了便于說(shuō)明，將用三個(gè)替代的實(shí)施例、三個(gè)消息的各部分來(lái)表述本發(fā)明。第一個(gè)消息包含在頻率fA、fB和fC上，第二個(gè)消息只包含在頻率fD上，而第三個(gè)消息包含在頻率fE、fG和fH上?！舱?qǐng)注意，雖然下文敘述只討論了本發(fā)明的三個(gè)可替代實(shí)施例，但根據(jù)系統(tǒng)的擴(kuò)充方案，通過(guò)組合這些替代實(shí)施例，也可以得到其它的實(shí)施例?！硡⒖吹谝粋€(gè)消息，幀M的時(shí)隙302攜載以頻率fa發(fā)送的信號(hào)S1。〔請(qǐng)注意，這可以是但不必定是該消息的第一個(gè)信號(hào)?！橙绻卸〞r(shí)隙302和信號(hào)S1不滿足可接受通信的質(zhì)量閾值的要求，則下一個(gè)信號(hào)S2采用分集方式發(fā)送。具體地說(shuō)，起用頻率分集方案，即在頻率fA的后續(xù)幀(幀M＋1至頻M＋3)內(nèi)的相同時(shí)隙(304—306)發(fā)送后續(xù)信號(hào)(S2—S4)，并在頻率fB中相同的對(duì)應(yīng)時(shí)隙(308—310)再發(fā)送。當(dāng)然，如果信號(hào)質(zhì)量還是不滿意，也就是說(shuō)，在時(shí)隙305、309發(fā)送的信號(hào)S3的信號(hào)質(zhì)量仍不可接受，則該分集方案可以擴(kuò)展而在其它頻率比如頻率fC的時(shí)隙312再發(fā)送信號(hào)S4。同樣，響應(yīng)上限閾值電平以外的信號(hào)質(zhì)量的改善，如上文所述的遲滯閾值系統(tǒng)，而全部或部分地停止頻率分集，或者再部分或全部再被起用，直至該消息傳送完畢。
同樣，參看第二個(gè)消息，幀M的時(shí)隙314攜載以頻率fD發(fā)送的信號(hào)S1?！舱?qǐng)注意，它可以是但也不必定是該消息的第一個(gè)信號(hào)?！橙绻_定時(shí)隙314和信號(hào)S1不滿足可接受通信的質(zhì)量閾值的要求，則下一個(gè)信號(hào)S2以分集方式發(fā)送出去。具體地說(shuō)，可以起用時(shí)間分集方案，即在頻率fD后續(xù)幀(幀M＋1至頻M＋3)內(nèi)的相同時(shí)隙(316至318)中發(fā)送后續(xù)信號(hào)(S2至S4)，并在頻率fD不同的相對(duì)時(shí)隙(320至322)再發(fā)送。當(dāng)然，如果信號(hào)質(zhì)量仍不滿意，即時(shí)隙317、321發(fā)送的信號(hào)S3的信號(hào)質(zhì)量是不可接受的，則可以擴(kuò)展該分集方案以在其它時(shí)隙例如頻率fD的時(shí)隙324上再發(fā)送信號(hào)S4。同樣，響應(yīng)在上限閾值電平以外的信號(hào)質(zhì)量的改善，該時(shí)間分集方案可全部或部分地關(guān)閉，并可以反過(guò)來(lái)再全部或部分地再啟動(dòng)，直至該消息完畢。
最后，參看第三個(gè)消息，幀M的時(shí)隙326攜載以頻率fH發(fā)送的信號(hào)S1?！餐瑯樱梢允堑槐囟ㄊ窃撓⒌牡谝粋€(gè)信號(hào)?！臣俣ㄐ盘?hào)質(zhì)量是可接受的，則在幀M＋1中同一相對(duì)時(shí)隙327發(fā)送信號(hào)S2。此后，如果判定時(shí)隙327和信號(hào)S2不滿足可接受通信的質(zhì)量閾值的要求，則下一個(gè)信號(hào)采用分集方式發(fā)送。具體地說(shuō)，可以起用頻率分集和時(shí)間分集方案，在頻率fH的后續(xù)幀(幀M＋2、幀M＋3)內(nèi)相同的時(shí)隙(328、329)發(fā)送后續(xù)信號(hào)(S3、S4)，并在頻率fG中不同的相對(duì)時(shí)隙(330、331)以及在頻率fE中又一不同的相以時(shí)隙(332)上再發(fā)送。當(dāng)然，如同其它分集方案一樣，如果信號(hào)質(zhì)量變好，例如在時(shí)隙330、332發(fā)送的信號(hào)S3的信號(hào)質(zhì)量達(dá)到特定的閾值以上，則該分集方案可以部分地關(guān)閉，也即如圖中的幀M＋3中所示，對(duì)信號(hào)S4的發(fā)送僅剩兩頻率的分集。當(dāng)然，響應(yīng)信號(hào)質(zhì)量的根本改善，也可以使時(shí)間分集和頻率分集方案完全關(guān)閉，而反過(guò)來(lái)也可根據(jù)需要全部或部分地重新啟用分集，直至該消息完畢。
權(quán)利要求
1.一種在無(wú)線電通信系統(tǒng)中利用通信資源在許多通信裝置之間交換消息的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)從多個(gè)通信裝置中的第一個(gè)通信裝置在該通信資源內(nèi)的第一頻率上發(fā)送消息的第一部分；B)確定該通信資源的質(zhì)量；C)當(dāng)該通信資源的質(zhì)量不滿意時(shí)，就在該第一頻率和第二頻率上發(fā)送該消息的第二部分。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟B)包括以下步驟在該第一通信裝置處B1)計(jì)算從第二通信裝置發(fā)送的信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量的度量值，B2)把該信號(hào)質(zhì)量的度量值發(fā)給該第二通信裝置。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，包括以下步驟D)識(shí)別該消息第一部分的誤碼率(BER)降到預(yù)定的閾值以下的時(shí)間，也即何時(shí)通信資源的質(zhì)量變到不可接受了。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，包括以下步驟D)響應(yīng)該判定步驟的結(jié)果，在第三頻率上發(fā)送該消息的第二部分。
5.一種在無(wú)線電通信系統(tǒng)中利用通信資源在多個(gè)通信裝置之間交換消息的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)從多個(gè)通信裝置中的第一個(gè)通信裝置在該通信資源內(nèi)第一頻率的第一時(shí)間里發(fā)送消息的第一部分；B)確定該通信資源的質(zhì)量；C)當(dāng)該通信資源的質(zhì)量不滿意時(shí)，在與該第一頻率的第一時(shí)間相對(duì)應(yīng)的一個(gè)時(shí)間內(nèi)以及在該第一頻率的第二時(shí)間內(nèi)發(fā)送該消息的第二部分。
6.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，包括以下步驟D)識(shí)別出該第一部分消息的信噪比(SNR)下降到一個(gè)預(yù)定的閾值以下的時(shí)間，即何時(shí)通信資源質(zhì)量可能是令人滿意的。
7.權(quán)利要求5的方法，其特征在于，該通信資源中包括多個(gè)在第一頻率上的時(shí)分多址(TDMA)幀，且步驟A)包括以下步驟在多個(gè)TDMA幀的第一幀內(nèi)的第一時(shí)隙發(fā)送該消息的第二部分。
8.一種在無(wú)線電通信系統(tǒng)中利用通信資源在多個(gè)通信裝置之間交換消息的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟A)從多個(gè)通信裝置的第一個(gè)通信裝置在該通信資源內(nèi)第一頻率的第一時(shí)間里發(fā)送消息的第一部分；B)確定該通信資源的質(zhì)量；C)當(dāng)該通信資源的質(zhì)量不滿意時(shí)，在該通信資源內(nèi)在該第一頻率的第一時(shí)間相關(guān)聯(lián)的某個(gè)時(shí)間里以及在第二頻率的某第二時(shí)間里，發(fā)送該消息的第二部分。
9.權(quán)利要求8的方法，其特征在于，包括以下步驟D)識(shí)別該第一部分消息的誤碼率(BER)下降到一個(gè)預(yù)定的閾值以下的時(shí)間，即何時(shí)通信資源的質(zhì)量是不令人滿意的。
10.一種數(shù)字發(fā)射機(jī)，用以利用一種通信資源向一個(gè)通信裝置發(fā)送消息，該通信資源包括在一個(gè)第一頻率上的多個(gè)時(shí)分多址(TDMA)幀和在第二頻率上的多個(gè)TDMA幀，其特征在于，該數(shù)字發(fā)射機(jī)包括用以在第一頻率上的多個(gè)TDMA幀的第一個(gè)幀內(nèi)的第一個(gè)時(shí)隙里發(fā)送其消息的第一部分的裝置；用以確定該第一時(shí)隙的質(zhì)量的裝置；以及可操作地耦合到確定質(zhì)量的裝置上、用以在該第一時(shí)隙上發(fā)送一個(gè)第二部分消息并在該多個(gè)TDMA幀的第二個(gè)幀內(nèi)的第二時(shí)隙里在該第二頻率上發(fā)送第二部分消息的裝置。
全文摘要
在一種無(wú)線電通信系統(tǒng)中利用一個(gè)有選擇性地啟用時(shí)間分集和/或頻率分集方案來(lái)改善信號(hào)質(zhì)量。具體地說(shuō)，利用一種通信資源在通信裝置之間交換消息的方法(200)包括在該通信資源內(nèi)的第一頻率上發(fā)送消息第一部分消息的步驟(201)。當(dāng)確定該通信資源的質(zhì)量不令人滿意(203)時(shí)，就在該第一頻率上發(fā)送該消息的第二部分，并同時(shí)在第二頻率上和/或在一個(gè)單獨(dú)的時(shí)間上再發(fā)送(213)。
文檔編號(hào)H04B7/02GK1128590SQ94193018
公開(kāi)日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1994年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月31日
發(fā)明者艾倫·L·戴維斯 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司