專利名稱：多模式通信系統(tǒng)及其通信方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括至少一個中心單元和多個遠程單元的一個通信系統(tǒng)，這個通信系統(tǒng)利用一個共享的頻帶。
包括至少一個中心單元和多個遠程單元的通信系統(tǒng)通常使用頻譜或者頻帶中相互分開的部分來用于上行鏈路(遠程單元發(fā)送到中心站)和下行鏈路(中心站發(fā)送到遠程單元)的傳送。這樣一個系統(tǒng)的一個典型示例是全球移動通信系統(tǒng)(GSM)，其中上行鏈路和下行鏈路傳送所使用的頻帶相距45MHz。
使用相互分開的頻帶的一個主要缺點是需要為上行鏈路和下行鏈路傳送所需頻譜進行一個固定的分配，而固定的頻譜分配并不方便和靈活。
在許多系統(tǒng)中，在上行鏈路和下行鏈路之間的業(yè)務量分配隨著時間發(fā)生很顯著的改變。所以，在每一個方向上進行一個固定的頻譜分配就需要分別考慮在上行鏈路和下行鏈路上的最壞的情形，盡管總的業(yè)務量可能會比兩個方向上最壞情形的和少得多。如果在上行鏈路和下行鏈路上可以進行動態(tài)地頻譜分配，就可以大大改善頻譜使用的效率。
作為一個示例，正如所認識到的，在將來的通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)中，在上行鏈路和下行鏈路上的業(yè)務量分布隨時間的改變將非常的大。結果，正如所討論的，如果UMTS空中接口能夠在上行鏈路和下行鏈路方向上動態(tài)地共享頻譜，那將是非常有利的。
在通信系統(tǒng)中區(qū)分不同的無線信號可以使用不同的時間，不同的頻率，不同的碼，或者及其組合來實現(xiàn)。但是，當在上行鏈路和下行鏈路方向上共享相同的頻譜時，如果在所希望的信號和不希望的信號之間的功率變化很大時，其區(qū)分就變得異常的困難。一個典型的示例是一個遠程單元位于覆蓋區(qū)域的邊緣的一個情形，由此這個遠程單元從這個中心站所接收的信號很弱。同時，一個附近的遠程單元可能會使用一個很高的功率電平向這個中心站進行發(fā)送，因為這個遠程單元也位于覆蓋區(qū)域的邊緣，由此產生了一個很強的干擾信號。
如果信號在時間上是分開的，例如在一個時分多址(TDD)的方法中，干擾可以被限制到沒有被當前遠程單元所使用的時間間隔期間，所以信號的分隔是非常有效的。但是，因為在發(fā)送和接收之間需要一個保護時間，所以使對任何超過非常小的小區(qū)(典型地，小于1公里)來說，一個時分的方法是不實際的。頻分復用需要對不希望出現(xiàn)的信號有一個很大的衰減，這是因為信號之間的功率變化很高，而這對濾波器提出了很高的要求，從而要求使用大的和昂貴的濾波器。類似地，因為信號之間的功率變化很大，碼分復用也需要對不希望出現(xiàn)的信號有很大的衰減，而這導致需要非常長的碼，而這使接收器的設計變得非常的復雜。
所以，需要一個新發(fā)明來實現(xiàn)在上行鏈路和下行鏈路方向上的頻譜共享。
根據(jù)本發(fā)明，提供了包括一第一中心站，多個遠程單元，和用于向多個遠程單元提供通信服務的一個頻譜的一個通信系統(tǒng)，這個通信系統(tǒng)包括使用第一發(fā)送方法，在第一方向上，使用這個頻譜的第一部分來在第一中心站和第一遠程單元之間進行發(fā)送的裝置；這個通信系統(tǒng)的特征是包括使用第二發(fā)送方法，在第二方向上，使用這個頻譜的第一部分在這個中心站和第二遠程單元之間同時進行發(fā)送。
不同的發(fā)送方法的優(yōu)選特征是一個發(fā)送方法的信號能量優(yōu)選在時間和頻率域中是分散的，而另一個發(fā)送方法的信號能量在頻率和時間域內是集中的。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，分布的能量信號的分布可以是不均勻的，由此可以以最小的交叉方向上的干擾將信號能量集中在某些頻率上。根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，可以向多個遠程單元這樣分配頻譜，以使使用頻譜的共享部分進行上行鏈路和下行鏈路發(fā)送的遠程單元在地理上是分開的，由此增加遠程單元之間的最小耦合損耗，這樣來減小干擾。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一個方法來在包括一第一中心站，多個遠程單元，和用于向多個遠程單元提供通信服務的一個頻譜的一個通信系統(tǒng)中進行通信，這個方法包括步驟使用第一發(fā)送方法，在第一方向上，使用這個頻譜的第一部分來在第一中心站和第一遠程單元之間進行發(fā)送；和這個方法的特征是包括步驟使用第二發(fā)送方法，在第二方向上，使用這個頻譜的第一部分在這個中心站和一第二遠程單元之間同時進行發(fā)送。


圖1是本發(fā)明是應用的一個典型的通信系統(tǒng)的一個示例。
圖2是在一個優(yōu)選實施方式中，用于上行鏈路和下行鏈路業(yè)務的頻帶分配的一個示例圖。
圖3是一個遠程單元的一個優(yōu)選實施方式的一個示例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明，信號能量是分散的或者是集中的一個示例。
圖5是能量分散的信號中，信號能量分布不均勻的一個示例。
圖6是將共享頻帶中的信道分配到多個遠程單元的一個優(yōu)選示例。
圖7是向用戶分配信道的一個優(yōu)選方法的一個處理流圖的一個示例。
根據(jù)本發(fā)明，提供了允許在上行鏈路和下行鏈路方向上共享頻譜的一個通信系統(tǒng)100，這個系統(tǒng)包括至少一個中心站和多個遠程單元。圖1顯示了這樣一個系統(tǒng)，其中一個中心站101經過無線信道105與多個遠程單元103進行通信。詳細地，這個通信系統(tǒng)可以是一個蜂窩系統(tǒng)，其中這個中心站在一特定的地理區(qū)域107內向用戶提供業(yè)務服務覆蓋，而其它的地理區(qū)域109，111被其它的中心站113，115所覆蓋。這樣一個系統(tǒng)的一個示例是遵循歐洲通信標準協(xié)會的標準的UMTS蜂窩系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，至少一部分頻譜被分配用于在上行鏈路和下行鏈路方向上同時進行通信。圖2顯示了一個優(yōu)選的頻譜分配200。一部分頻譜被分配用于上行鏈路201，另一部分頻譜被分配用于下行鏈路205，第三部分頻譜被分配用于由上行鏈路和下行鏈路所共享203。因為在獨立的上行鏈路和下行鏈路頻譜201，205中的干擾比共享頻譜203中的干擾小，所以優(yōu)選使用這兩個獨立的頻帶來執(zhí)行呼叫建立。在某些情形下，共享頻譜中的干擾將變得很嚴重，例如如果一個遠程單元使用這個頻帶來進行上行鏈路發(fā)送，而這個遠程單元離使用這個相同頻帶來進行下行鏈路發(fā)送的一個遠程單元很近的話。
本發(fā)明的原理是采用不同的發(fā)送方法來在至少這個共享頻譜部分使用一個混合空中接口，這些不同的發(fā)送方法使上行鏈路和下行鏈路之間的串擾最小。這個優(yōu)選系統(tǒng)將在一個方向上使信號能量盡可能地分散，而在另一個方向上使信號能量盡可能地集中。在一個方向上將信號能量擴展可以是在時間和頻率域上將信號能量進行擴展，類似地，在另一個方向上將信號能量集中也優(yōu)選在時間和頻率域上對信號能量進行集中。
圖3顯示了一個遠程單元103的一個優(yōu)選實施方式。這個遠程單元103包括連接到一個雙工器311的一個天線301，而這個雙工器311又連接到一個接收器單元303和一個發(fā)送器單元309。這個接收器單元和發(fā)送器單元303，309連接到一個控制器305，這個控制器305連接到一個用戶接口307。這樣，這個遠程單元103提供了在一個控制器305的控制下，發(fā)送和接收用戶數(shù)據(jù)的裝置。這個發(fā)送單元309能夠使用與接收單元303中的方法不同的方法來進行發(fā)送。例如，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)送單元309可以采用一個時間上連續(xù)的寬帶信號，而接收單元303采用一個時分的窄帶信號。另外，發(fā)送器單元309和接收器單元303也可以使用多個發(fā)送方法并且可以工作在多個不同的頻帶。中心站101與遠程單元103類似，但是其可用的發(fā)送方法典型地是與遠程單元103所使用的方法相應的方法，以使遠程單元103中的接收單元303可以使用的發(fā)送方法可以被中心站101中的發(fā)送單元309所使用，反過來也是一樣。使用何種發(fā)送方法是在遠程單元103，中心站101中的控制器305中被決定的，或者也可以是整個系統(tǒng)來決定的。使用各種發(fā)送方法的接收器和發(fā)送器的設計細節(jié)在該領域中是眾所周知的，該領域的技術人員可以使用任何已知的發(fā)送器或者接收器設計方法，而不會偏離本發(fā)明。
圖4顯示了一個優(yōu)選的能量分布400，其中顯示了一個能量分散的信號401和能量集中的信號403。
當考慮頻率域時，能量分散的信號401與無線信號占據(jù)很寬的帶寬但是其頻譜能量密度較低的一個寬帶信號相應。優(yōu)選地，這個信號被使用一個在該領域中眾所周知的一個擴頻技術來進行擴展。其它替代的擴展信號的方法包括已知的技術，例如跳頻技術，或者通過引入冗余數(shù)據(jù)來增加信號的帶寬的技術。后者的一個示例是使用前向糾錯(FEC)碼，它允許使用低的功率譜密度但是帶寬變寬的方式來進行發(fā)送。能量集中的信號與標準的窄帶信號相應，其中不使用頻率擴展后者僅使用有限的頻率擴展。
當考慮時間域時，與能量集中的信號的發(fā)送相比，能量分散的信號與持續(xù)時間長的一個信號相應，優(yōu)選地，它是一個連續(xù)信號。能量集中的信號與以突發(fā)脈沖串形式發(fā)送的信號而不是連續(xù)發(fā)送的信號相應。例如，這些信號是TDMA通信系統(tǒng)中所使用的信號。這樣，能量分散的信號的特征是發(fā)送功率的變化相對較小，而能量集中的信號在發(fā)送突發(fā)期間有很高的功率峰值。
當接收信號時，就減少干擾電平，減少使用降低干擾的接收器技術的幾率，和減少使用使給定干擾的影響最小的技術的幾率來說，這兩個發(fā)送格式之間大的不一致性是非常有利的。
當接收能量集中的信號，例如一個頻率不擴展的TDMA信號時，從一個可能的、附近的強干擾源來的干擾能量將在時間和頻率上進行擴展。由此，包括在這個相關時隙中和窄的頻率信道中的干擾能量被最小化。作為一個示例，如果一個GSM語音呼叫被考慮成使用一個200kHz的信道。假定一個干擾信號被擴展到5MHz(如UMTS系統(tǒng)中所考慮的)，那么這個干擾信號在窄帶GSM信道中的干擾功率將減少25倍，即減少14dB。干擾功率的減少將大大減少接收器所需的動態(tài)范圍。另外，GSM TDMA信號有一個1/8的占空比，這樣總的干擾能量的減少是200倍，即23dB。
當接收能量擴展的信號時，能量集中的信號將有一個很高的干擾電平，但是這在時間和頻率域上優(yōu)選是集中的。這樣，通過使用例如一個陷波濾波器來進行濾波，可以去除這個高的干擾。這又去除了一個潛在的、電平很高的干擾，由此大大減少了這個接收器所需的動態(tài)范圍。對這個不希望出現(xiàn)的窄帶干擾源所進行的濾波也可以去除一部分希望出現(xiàn)的信號。但是，因為這個濾波集中在一個窄帶和一個短時隙內時，在大多數(shù)情形下這個影響是可以接受的。這個干擾源將局限于在一短的時間間隔內，在這個時間間隔內的交織處理和FEC編碼將大大減少這個干擾源所造成的誤比特的數(shù)量。如果這個能量集中的信號是一個TDMA信號，將優(yōu)選在整個幀長內進行交織處理和編碼。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)對和來自使用共享的頻譜在另一個方向上進行通信的遠程單元的干擾，通過將能量信號在頻率域內進行不均勻的擴展，可以進一步減少干擾電平。這被顯示在圖5中，圖5顯示了一個均勻擴展的信號501，一個能量不均勻擴展的信號503，和窄帶信號505。圖5還顯示了表示在一個方向上進行通信的擴頻信號，和表示在另一個方向上進行通信的窄帶信號。通過將擴頻信號的能量集中在沒有被窄帶信號所使用的頻帶，將減少對窄帶信號的干擾，也可以減少窄帶信號對其它信號的干擾。
作為一個示例，目前的CDMA系統(tǒng)所使用的擴展碼對一個平坦頻率響應來說是優(yōu)化的，因為這對一個純CDMA系統(tǒng)來說能夠產生最佳的性能。但是，在所推薦的系統(tǒng)中，某些頻率上的干擾將比其它頻率上的干擾大得多，由此優(yōu)選采用不平坦的擴展碼，它將CDMA信號能量集中在干擾最小的某些頻率上。例如，如果窄帶干擾源被分配到較高的頻率，就可以使用將信號能量集中在較低頻率的一個擴展碼(圖5)。任何其它的分布可以被平等地應用于本發(fā)明，例如，可以周期性地分配窄帶載波或者將窄帶載波分配到頻帶中的較低部分或者中間部分，以使系統(tǒng)對擴頻信號的給定頻譜形狀來說是最優(yōu)的。根據(jù)窄帶干擾源的數(shù)目和電平，可以自適應地使用這個方法。通過改變擴展碼，或者通過修改擴頻信號的脈沖形狀，可以獲得擴頻信號的形狀。如果使用跳頻的方法來實現(xiàn)擴頻，可以通過將跳頻的頻率集中在干擾較少的頻帶，就能夠簡單地獲得這個效果。
本發(fā)明的另一個方面是，通過將共享頻譜中的信道分配給在地理位置上是分開的遠程單元，就可以減少所描述通信系統(tǒng)中遠程單元之間的干擾。圖6顯示了分配原理的一個示例，它顯示了一個中心站601，多個遠程單元603和3個區(qū)域605，607和609，這3個區(qū)域根據(jù)到中心站601的距離將遠程單元分成組。根據(jù)本發(fā)明，可以使用專用的頻譜部分來建立呼叫，并且可以使用這樣一個方法來給呼叫分配共享頻譜中的信道，以使它們使用共享的頻譜在一個方向上進行通信，而在另一個方向上使用合適的專用頻譜進行通信。共享頻譜的分配原理是它在一個方向上被離中心站最近的遠程單元所使用。在相反的方向上，它被離中心站最遠的遠程單元所使用。參考這個圖，例如，在區(qū)域605中的遠程單元603的下行鏈路將被分配到共享頻譜，而其上行鏈路將被分配到專用上行鏈路頻譜，而在區(qū)域609中的遠程單元的上行鏈路將被分配到共享頻譜，其下行鏈路信道被分配到專用頻譜?；镜姆峙湓磉@樣來分配信道，以使在共享頻譜中進行上行鏈路通信的遠程單元離在下行鏈路方向上使用共享頻譜的遠程單元盡可能的遠。這將使共享相同頻譜的遠程單元之間的最小耦合損耗最大，由此使干擾最小。
圖7顯示了這個方法的一個優(yōu)選實施方式的一個處理流圖700。這個方法優(yōu)選是在這個中心站601的控制器中實現(xiàn)，但是也可以在遠程單元603中被實現(xiàn)，或者分布于整個系統(tǒng)中。
處理從步驟701開始，其中估計在中心站601和遠程單元603之間的距離。遠程單元603離中心站601越遠，傳播損耗就越高，并且其優(yōu)選方法可以從所接收信號的強度和發(fā)送功率電平來估計距離，或者簡單地從一給定發(fā)送質量下的發(fā)送功率電平來估計距離。但是，其它替代的估計距離的方法可以包括測量傳輸延遲，例如GSM系統(tǒng)中的定時，或者使用位置信息，例如從包括在遠程單元中的全球定位系統(tǒng)接收器來的信息，如某些未來通信系統(tǒng)所設想的。
步驟701之后是步驟703，其中將共享頻譜中的無線信道分配到最遠的遠程單元603。分配使遠程單元603在一個方向上的信道被分配到合適的非共享頻譜，而在第二個方向上的信道被分配到共享頻譜中。
步驟705也是在步驟701之后，并且可以與步驟703無關，而是將信道分配到最近的遠程單元603。其分配方法與步驟703中將信道分配給最遠的遠程單元的方法相反。這樣，遠程單元在最遠的遠程單元603使用共享頻譜的這個方向上，使用分配在合適的非共享頻譜上的信道進行通信。進一步，這個最近的遠程單元603在相反的方向上使用分配在共享頻譜中的信道進行通信，但是使用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送方法不同的方法來進行發(fā)送。
這樣，本發(fā)明提供了根據(jù)在上行鏈路方向和下行鏈路方向上使用不同的發(fā)送方法來進行通信的一個通信系統(tǒng)或者方法。使用兩個不同的發(fā)送方法允許上行鏈路信號和下行鏈路信號有很大的不同，而這使這些信號之間的交叉干擾最小。結果，就基本上實現(xiàn)了使用一個共享的頻譜部分同時在兩個方向上進行通信。
權利要求
1.一個通信系統(tǒng)(100)，包括第一中心站(101)，多個遠程單元(103)，和向多個遠程單元提供通信服務的一個頻譜，這個通信系統(tǒng)包括使用第一發(fā)送方法，在第一方向上，使用這個頻譜的第一部分(203)來在第一中心站(101)和一第一遠程單元(103)之間進行發(fā)送的裝置；和這個通信系統(tǒng)的特征是包括用于使用第二發(fā)送方法，在第二方向上，同時使用這個頻譜的第一部分(203)在這個第一中心站(101)和第二遠程單元之間進行發(fā)送的裝置。
2.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是所述第一發(fā)送方法使用能量分散的信號，所述第二發(fā)送方法使用能量集中的信號。
3.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是所述第一發(fā)送方法使用一個基本上在時間上是連續(xù)的、并且功率變化較低的信號，所述第二發(fā)送方法使用在時間上是不連續(xù)的、并且在突發(fā)發(fā)送期間有高的峰值功率的信號。
4.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是在所述第一方向上使用一個時分多址(TDMA)的方法，而在所述第二方向上使用碼分多址(CDMA)的方法。
5.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是在所述第一方向上使用一個正交的頻分多址(OFDMA)的方法，而在所述第二方向上使用碼分多址(CDMA)的方法。
6.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是所述頻譜的第二部分(201)專用于在所述第一方向上進行通信，而所述頻譜的第三部分(205)專用于在所述第二方向上進行通信。
7.如權利要求6的一個通信系統(tǒng)，進一步包括用于分配用戶的一個控制器(305)，其特征是包括a)用于估計從所述第一中心站到所述多個遠程單元(103)的距離的裝置；b)用于將頻譜中的所述第一部分(203)中的信道分配給所述遠程單元(103)中的最遠的遠程單元來在所述第一方向上進行通信，和將頻譜中的所述第三部分(205)中的信道分配給所述遠程單元(103)中的最遠的遠程單元來在所述第二方向上進行通信的裝置；和c)用于將頻譜中的所述第一部分(203)中的信道分配給所述遠程單元(103)中的最近的遠程單元來在所述第二方向上進行通信，和將頻譜中的所述第二部分(201)中的信道分配給所述遠程單元(103)中的最近的遠程單元來在所述第一方向上進行通信的裝置。
8.如權利要求1的一個通信系統(tǒng)，其特征是所述第一發(fā)送方法使用能量譜密度低的寬帶信號(401)，而所述第二發(fā)送方法使用能量譜密度高的窄帶信號(403)。
9.如權利要求8的一個通信系統(tǒng)，其特征是所述寬帶信號(503)是不均勻分散的信號。
10.如權利要求8的一個通信系統(tǒng)，其特征是進一步包括用于當接收所述寬帶信號(401)時，選擇性地去除所述窄帶信號(403)的裝置。
11.用于在一個通信系統(tǒng)中進行通信的方法，該通信系統(tǒng)包括第一中心站(101)，多個遠程單元(103)，和用于向多個遠程單元提供通信服務的一個頻譜的，這個方法包括步驟使用第一發(fā)送方法，在第一方向上，使用這個頻譜的第一部分(203)來在第一中心站(101)和第一遠程單元(103)之間進行發(fā)送；和這個方法的特征是包括步驟使用第二發(fā)送方法，在第二方向上，同時使用這個頻譜的第一部分(103)在這個中心站(101)和第二遠程單元之間進行發(fā)送。
全文摘要
提供了包括至少一個中心站(101)和多個遠程單元(103)的一個通信系統(tǒng)(100),這個通信系統(tǒng)(100)利用一共享的頻譜(203)同時在上行鍵路方向和下行鏈路方向上進行通信。根據(jù)本發(fā)明,在兩個方向上使用了不同的發(fā)送方法,以減少使用共享頻譜在上行鏈路方向上進行通信的遠程單元(103)和使用共享頻譜在下行鍵路方向上進行通信的遠程單元(103)之間的交叉干擾。不同發(fā)送方法的特征是在一個發(fā)送方法(401)中,信號能量優(yōu)選在時間和頻率域中是分散的,而在另一個發(fā)送方法(403)中,信號能量在頻率和時間域中是集中的。
文檔編號H04B7/26GK1278391SQ98810665
公開日2000年12月27日 申請日期1998年10月21日 優(yōu)先權日1997年10月27日
發(fā)明者萊尼·杰普森, 羅列·奧內爾, 萊薩·卡里米, 貝扎德·莫赫比 申請人:摩托羅拉有限公司