專利名稱：用于通訊系統(tǒng)的不對(duì)稱多址聯(lián)接協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)用于通訊系統(tǒng)的多址聯(lián)接協(xié)議，尤其涉及一個(gè)使用時(shí)分雙工(TDD)的移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)的不對(duì)稱聯(lián)接協(xié)議。
在移動(dòng)通訊系統(tǒng)中，在上行鏈路時(shí)隙通過移動(dòng)終端用戶裝置和基地站之間的數(shù)據(jù)，反之在下行鏈路時(shí)隙通過基地站和移動(dòng)終端用戶之間的數(shù)據(jù)。類似的半雙工通訊協(xié)議用于其他的通訊系統(tǒng)，例如地面站到衛(wèi)星。在移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)中，突出的問題是上行鏈路業(yè)務(wù)量與下行鏈路業(yè)務(wù)量的比率會(huì)發(fā)生不對(duì)稱。例如，使用一個(gè)移動(dòng)終端用戶裝置來發(fā)送數(shù)據(jù)(例如傳真或電子郵件)可以導(dǎo)致幾兆字節(jié)在上行鏈路上發(fā)送，而在下行鏈路上僅僅接收到幾個(gè)字節(jié)。當(dāng)前的蜂窩式系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)為支持不對(duì)稱的業(yè)務(wù)量比率，它對(duì)于所有的小區(qū)都是一樣的，這會(huì)導(dǎo)致頻譜的低效率使用。時(shí)隙之間的保護(hù)時(shí)間總是由系統(tǒng)承擔(dān)的一個(gè)額外開銷。
EP766416A描述了一個(gè)無(wú)線多址聯(lián)接通訊系統(tǒng)，它動(dòng)態(tài)地分配可得到的幀時(shí)隙到上行鏈路和下行鏈路。相應(yīng)于干擾信號(hào)或者干擾信號(hào)的其他表示(從一個(gè)干擾基地站到一個(gè)受干擾基地站)，使用一個(gè)取消信號(hào)。在受干擾基地站中，使用取消信號(hào)以取消或者另外偏移在接收的合成信號(hào)中產(chǎn)生的混合干擾，該合成信號(hào)包括需要的移動(dòng)站到基地站(上行鏈路)信號(hào)和干擾信號(hào)。因此它需要干擾取消技術(shù)(計(jì)時(shí)調(diào)整、幅度調(diào)整，等等)，這將導(dǎo)致額外的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性。除了上行鏈路和下行鏈路，基地站-基地站鏈路需要保留，因此要包括等級(jí)在基地站BS之上的基地站控制器(BSC)。這引起額外的信號(hào)業(yè)務(wù)量并且移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)于額外的硬件復(fù)雜性是特別易損壞的。EP766416描述了一個(gè)系統(tǒng)，它借助于一個(gè)頻率再用小區(qū)(基本上是不相鄰小區(qū)系統(tǒng))中的時(shí)隙分配(在下行鏈路和上行鏈路之間)完全地用于取消或者減少同信道干擾目的。
EP720321A1描述了一個(gè)類似的只有TDMA的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有相同的不對(duì)稱模式用于非蜂窩式系統(tǒng)或者蜂窩式系統(tǒng)，即每個(gè)小區(qū)的不對(duì)稱比率是相同的。該系統(tǒng)使用通過系統(tǒng)等級(jí)靈活的上行鏈路/下行鏈路分配獲得的‘靈活的上行鏈路/下行鏈路分配’，其中不對(duì)稱比率對(duì)于所有的小區(qū)都是相同的。
因此，需要一種靈活的和有效的不對(duì)稱多址聯(lián)接TDD協(xié)議，這個(gè)協(xié)議增加了在一個(gè)通訊信道上能夠支持的業(yè)務(wù)量而不會(huì)反過來影響由通訊系統(tǒng)的用戶感受的服務(wù)質(zhì)量(QoS)。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種在移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)中時(shí)分雙工的方法，包括將通訊系統(tǒng)分為多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)由一個(gè)基地站服務(wù)；在通訊系統(tǒng)中提供一個(gè)信道，在該信道上一個(gè)基地站和至少一個(gè)移動(dòng)站可以通訊；使用時(shí)分雙工以將信道分為多個(gè)幀，每個(gè)幀包括多個(gè)時(shí)隙；跨越多個(gè)小區(qū)協(xié)調(diào)時(shí)分雙工；以及其中每個(gè)基地站分配時(shí)隙給上行鏈路通訊或者下行鏈路通訊以優(yōu)化信道的吞吐量其特征在于每一幀包括了一個(gè)強(qiáng)制上行鏈路通訊時(shí)隙和一個(gè)強(qiáng)制下行鏈路通訊時(shí)隙，它可以由移動(dòng)站用于會(huì)另外發(fā)生覆蓋的區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一個(gè)移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)中的時(shí)分雙工設(shè)備，包括至少一個(gè)移動(dòng)站；多個(gè)基地站，其中每個(gè)服務(wù)于通訊系統(tǒng)的一個(gè)小區(qū)；通訊系統(tǒng)中的一個(gè)信道，在該信道上一個(gè)基地站和至少一個(gè)移動(dòng)站可以通訊，使用時(shí)分雙工將信道分為多個(gè)幀，每個(gè)幀包括多個(gè)時(shí)隙；一個(gè)中心控制器，用于跨越多個(gè)小區(qū)協(xié)調(diào)時(shí)分雙工；以及其中每個(gè)基地站分配時(shí)隙給上行鏈路通訊或者下行鏈路通訊以優(yōu)化信道中的吞吐量其特征在于每個(gè)幀包括一個(gè)強(qiáng)制上行鏈路時(shí)隙和一個(gè)強(qiáng)制下行鏈路時(shí)隙，每一幀可以由一個(gè)移動(dòng)站用于可能會(huì)另外發(fā)生覆蓋的區(qū)域。
強(qiáng)制時(shí)隙的位置可以由中心控制器確定，在幀內(nèi)強(qiáng)制時(shí)隙的位置在每個(gè)小區(qū)中將是相同的。
本發(fā)明提供一個(gè)不對(duì)稱TDD系統(tǒng)，其中資源在逐個(gè)小區(qū)的基礎(chǔ)上分配，因此獲得一個(gè)更加靈活和有效的系統(tǒng)。在一個(gè)時(shí)隙中傳送的所有數(shù)據(jù)包可以被安排到連續(xù)的時(shí)隙中；即上行鏈路時(shí)隙和下行鏈路時(shí)隙可以連續(xù)地安排，因此避免了在相同類型的時(shí)隙之間保護(hù)時(shí)間的需要。因?yàn)楸景l(fā)明允許對(duì)于每個(gè)小區(qū)的不對(duì)稱業(yè)務(wù)量比率(上行鏈路下行鏈路)，改進(jìn)了信道效率。因?yàn)槊總€(gè)基地站可以根據(jù)一個(gè)小區(qū)經(jīng)受的業(yè)務(wù)量類型分配上行鏈路和下行鏈路時(shí)隙，所以業(yè)務(wù)量比率可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整。
由于不對(duì)稱業(yè)務(wù)量比率在逐幀的基礎(chǔ)上重復(fù)，時(shí)隙被安排到幀中?；卣究梢栽谝粋€(gè)常規(guī)信息信道BCCH上傳播業(yè)務(wù)量比率(即上行鏈路和下行鏈路分配)，使得提供業(yè)務(wù)量比率給進(jìn)入一個(gè)小區(qū)的每個(gè)移動(dòng)站。
中心協(xié)調(diào)控制器還可以組織幀的長(zhǎng)度，并且管理從小區(qū)到小區(qū)的幀的計(jì)時(shí)。每個(gè)幀可以包括一個(gè)強(qiáng)制上行鏈路時(shí)隙和一個(gè)強(qiáng)制下行鏈路時(shí)隙，它們可以例如占用每個(gè)幀的前兩個(gè)時(shí)隙。每個(gè)小區(qū)強(qiáng)制時(shí)隙可以是相同的，使得對(duì)于在小區(qū)之間移動(dòng)的移動(dòng)站，容易在小區(qū)之間轉(zhuǎn)換。幀速率和強(qiáng)制時(shí)隙分配可以以這種方式選擇使得只限制在強(qiáng)制時(shí)隙的移動(dòng)站將不會(huì)遭受減少的QoS，特別是如果運(yùn)行一個(gè)延遲的敏感應(yīng)用程序時(shí)。
參照后面附圖的例子，下面更詳細(xì)地描述一個(gè)實(shí)際移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)，其中

圖1展示了一個(gè)移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)的方框圖。
圖2展示了一個(gè)劃分為重疊小區(qū)的通訊系統(tǒng)的區(qū)域。
圖3說明了該通訊系統(tǒng)內(nèi)相鄰小區(qū)的幀業(yè)務(wù)量。
圖4說明了三個(gè)相鄰小區(qū)的禁止區(qū)域、碰撞區(qū)域和非禁止區(qū)域。
一個(gè)終端用戶裝置(移動(dòng)站1、2、3、4、5、6，等等)可以使用一些通訊協(xié)議中的任何一個(gè)經(jīng)過天線10和11，通過無(wú)線接口12與它的最近基地站13通訊。在下面的實(shí)施例中，使用的通訊協(xié)議是CDMA(碼分多址)。這允許移動(dòng)站使用其代碼幾乎是不相關(guān)的編碼擴(kuò)展頻譜信號(hào)通訊，因此提供一種多址聯(lián)接通訊協(xié)議，其中碰撞不會(huì)破壞其他信號(hào)的同時(shí)廣播。一旦移動(dòng)站和它的最近基地站13之間的通訊信道已經(jīng)建立，移動(dòng)轉(zhuǎn)換中心14a可以經(jīng)過中心協(xié)調(diào)控制器16建立與另一個(gè)移動(dòng)轉(zhuǎn)換中心14b或者公共語(yǔ)音或者數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)17的進(jìn)一步的聯(lián)接。
基地站在它的廣播控制信道(BCCH)上連續(xù)廣播信息到范圍內(nèi)的所有移動(dòng)站。BCCH信息包括一個(gè)移動(dòng)站登記進(jìn)入系統(tǒng)所必需的各種代碼和控制信號(hào)以及業(yè)務(wù)量比率(上行鏈路下行鏈路)。每個(gè)移動(dòng)站使用來自相鄰基地站的BCCH的相對(duì)強(qiáng)度以確定是否轉(zhuǎn)換到另一個(gè)基地站是合適的。基地站可以在尋呼信道(PCH)上尋呼一個(gè)移動(dòng)站，或者另一方面，移動(dòng)站可以在隨機(jī)存取信道(RACH)上請(qǐng)求訪問系統(tǒng)。基地站和移動(dòng)站在業(yè)務(wù)量信道(TCH)上通訊，而基地站在相關(guān)控制信道(ACCH)上傳送反饋控制。在TCH上傳送的數(shù)據(jù)被分為包，包以合適的控制位在特定的時(shí)隙中傳送。
圖2展示了一個(gè)具有由一些基地站(13a,13b,13c)提供的具有重疊小區(qū)覆蓋區(qū)(15a,15b,15c)的通訊系統(tǒng)。雖然小區(qū)覆蓋區(qū)更多地作為蜂窩結(jié)構(gòu)表示，實(shí)際的覆蓋區(qū)取決于環(huán)境特性，并且大的重疊(例如20)可能發(fā)生。一般的重疊(21)是轉(zhuǎn)換區(qū)域，其中來自相鄰基地站的信號(hào)被一個(gè)移動(dòng)站以相同的強(qiáng)度接收。在這個(gè)區(qū)域(22)中移動(dòng)站可以請(qǐng)求從一個(gè)基地站(13a)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)基地站(13b)。
圖3說明了三個(gè)相鄰小區(qū)15a,15b,15c的一幀中的上行鏈路和下行鏈路業(yè)務(wù)量。每個(gè)幀包括一個(gè)中心控制器16已經(jīng)分配到每個(gè)幀的第一個(gè)時(shí)隙(30a,30b,30c)的強(qiáng)制下行鏈路時(shí)隙(CDS)。這些幀還包括一個(gè)中心控制器16分配到每個(gè)幀的第二個(gè)時(shí)隙(31a,31b,31c)的強(qiáng)制上行鏈路時(shí)隙(CUS)。
如圖3所見，小區(qū)15b和15c使用相同的業(yè)務(wù)量比率，在這種情況下是4∶6(下行鏈路∶上行鏈路)，分布為1下1上2下5上1下。小區(qū)15a使用不同的業(yè)務(wù)量比率5∶5，分布為1下1上3下3上1下1上。
可能發(fā)生接近一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)域的“覆蓋”(drown out)將惡化登記到兩個(gè)相鄰基地站的相鄰移動(dòng)站的信號(hào)。即移動(dòng)站2和移動(dòng)站3實(shí)際上緊挨在一起并且移動(dòng)站2登記了基地站13a，而移動(dòng)站3登記了基地站13b。在時(shí)隙34b中一個(gè)上行鏈路時(shí)隙上工作的移動(dòng)站3可能覆蓋來自基地站13a的信號(hào)，該基地站13a正試圖在一個(gè)下行鏈路上與移動(dòng)站2通訊。移動(dòng)站2和3還可能在時(shí)隙37和38碰撞。為了克服這一點(diǎn)，進(jìn)入禁止區(qū)域(40)的移動(dòng)站被請(qǐng)求僅僅使用強(qiáng)制上行鏈路和強(qiáng)制下行鏈路時(shí)隙(CUS,CDS)。禁止區(qū)域的大小將取決于一些因素，如基地站和移動(dòng)站的信號(hào)功率控制和信號(hào)處理能力。碰撞區(qū)域41如圖4所示，它是碰撞實(shí)際發(fā)生的小區(qū)覆蓋的區(qū)域，請(qǐng)求在惡化的時(shí)隙中傳送的數(shù)據(jù)包被重新傳送。
禁止區(qū)域由每個(gè)移動(dòng)站的能力來確定以識(shí)別一個(gè)碰撞是可能發(fā)生的區(qū)域。碰撞區(qū)域的合理的估計(jì)能夠使用現(xiàn)有的蜂窩式通訊技術(shù)，如GSM(群特別移動(dòng)或者用于移動(dòng)通訊的全球系統(tǒng))系統(tǒng)確定。使用一種用于轉(zhuǎn)換的類似的算法，禁止區(qū)域?qū)▋蓚€(gè)小區(qū)之間的重疊區(qū)域。如在轉(zhuǎn)換過程中，移動(dòng)站將連續(xù)地尋找由所有基地站不斷廣播的信標(biāo)信號(hào)(BCCH信號(hào))。信標(biāo)信號(hào)將包含當(dāng)前被基地站使用的有關(guān)業(yè)務(wù)量比率的信息。如果相鄰的基地站信標(biāo)信號(hào)指示出由移動(dòng)站當(dāng)前使用的不同的業(yè)務(wù)量比率并且當(dāng)信標(biāo)信號(hào)的功率電平到達(dá)一個(gè)預(yù)定門限時(shí)，移動(dòng)站將認(rèn)為它自己在一個(gè)禁止區(qū)域內(nèi)。移動(dòng)站不能識(shí)別碰撞區(qū)域的整個(gè)范圍，因?yàn)榕鲎踩Q于兩個(gè)干擾移動(dòng)站的情況。
在一個(gè)理想的系統(tǒng)中，碰撞區(qū)域和禁止區(qū)域?qū)⒕_地重疊。每個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)可以配備地理定位裝置，它允許移動(dòng)站精確地確定它相對(duì)于每個(gè)基地站的位置。這樣一個(gè)裝置會(huì)利用例如基地站三角測(cè)量方法。另一種情況，每個(gè)移動(dòng)站配備有一個(gè)如GPS定位器的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。每個(gè)小區(qū)的業(yè)務(wù)量比率被中心控制器所知。這個(gè)信息與對(duì)于每個(gè)移動(dòng)站確定的精確定位信息一起允許中心控制器確定是否一個(gè)特定的移動(dòng)站需要被完全地或者部分地禁止。因?yàn)槿鐖D3所示，時(shí)隙32、33、35、36和37被基地站13a和13b給予相同的分配(小區(qū)15a和15b)，所以可能不必限制移動(dòng)站到強(qiáng)制時(shí)隙。這樣移動(dòng)站2和3可能被部分地禁止，當(dāng)在禁止區(qū)域40時(shí)防止使用時(shí)隙34、38和39。可以要求移動(dòng)站在如圖2的點(diǎn)24所示三個(gè)小區(qū)的相交處僅僅使用強(qiáng)制時(shí)隙。
返回到圖3，幀長(zhǎng)度如所示為16ms，而時(shí)隙長(zhǎng)度是1.6ms。如果使用語(yǔ)音傳輸作為一個(gè)例子，由語(yǔ)音編碼器以32000位/秒或者512位/幀的速率編碼。假設(shè)加上64個(gè)信息位用于標(biāo)題和其他信息，這給出了一個(gè)576位的話音數(shù)據(jù)包。這樣，如果移動(dòng)站被限制在強(qiáng)制上行鏈路中發(fā)送所有的話音數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)率必須是至少每秒360,000位。
前面是本發(fā)明的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以立刻明白其他在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種在一個(gè)移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)中時(shí)分雙工的方法，包括將通訊系統(tǒng)分為多個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)由一個(gè)基地站服務(wù)；在通訊系統(tǒng)中提供一個(gè)信道，在該信道上一個(gè)基地站和至少一個(gè)移動(dòng)站可以通訊；使用時(shí)分雙工將信道分為多個(gè)幀，每個(gè)幀包括多個(gè)時(shí)隙；穿過多個(gè)小區(qū)協(xié)調(diào)時(shí)分雙工；以及其中每個(gè)基地站分配時(shí)隙給上行鏈路通訊或者下行鏈路通訊以優(yōu)化信道的吞吐量其特征在于每一幀包括了一個(gè)強(qiáng)制上行鏈路通訊時(shí)隙和一個(gè)強(qiáng)制下行鏈路通訊時(shí)隙，它可以由移動(dòng)站用于可能另外發(fā)生覆蓋的區(qū)域。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于強(qiáng)制時(shí)隙的位置由一個(gè)中心控制器確定。
3．如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于強(qiáng)制時(shí)隙的位置在每個(gè)小區(qū)中是相同的。
4．在一個(gè)移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng)中用于時(shí)分雙工的設(shè)備，包括至少一個(gè)移動(dòng)站；多個(gè)基地站，其中每個(gè)服務(wù)于通訊系統(tǒng)的一個(gè)小區(qū)；通訊系統(tǒng)中一個(gè)信道，在該信道上一個(gè)基地站和至少一個(gè)移動(dòng)站可以通訊，使用時(shí)分雙工將信道分為多個(gè)幀，每個(gè)幀包括多個(gè)時(shí)隙；一個(gè)中心控制器，用于穿過多個(gè)小區(qū)協(xié)調(diào)時(shí)分雙工；以及其中每個(gè)基地站分配時(shí)隙給上行鏈路通訊或者下行鏈路通訊以優(yōu)化信道的吞吐量其特征在于每個(gè)幀包括一個(gè)強(qiáng)制上行鏈路時(shí)隙和一個(gè)強(qiáng)制下行鏈路時(shí)隙，每一幀可以由一個(gè)移動(dòng)站用于覆蓋可能另外發(fā)生的區(qū)域。
5．如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于中心控制器確定強(qiáng)制時(shí)隙的位置。
6．如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于中心控制器將強(qiáng)制時(shí)隙放置在每一幀和每一小區(qū)的相同位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動(dòng)蜂窩式通訊系統(tǒng),其中提供了對(duì)于時(shí)分雙工(TDD)通訊信道的不對(duì)稱訪問。信道被分為(由TDD)時(shí)隙,這些時(shí)隙被每個(gè)小區(qū)的基地站分配給上行鏈路通訊或者下行鏈路通訊。時(shí)隙和因此強(qiáng)制上行鏈路和下行鏈路時(shí)隙的定時(shí)穿過系統(tǒng)的小區(qū)協(xié)調(diào)。
文檔編號(hào)H04J3/02GK1219041SQ9812380
公開日1999年6月9日 申請(qǐng)日期1998年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月31日
發(fā)明者夏洛特·巴登, 曹強(qiáng), 洛倫茲·弗萊德·弗雷伯格, 戴維·喬納森·里德 申請(qǐng)人:朗迅科技公司