從第一載頻到第二載頻變換的系統和方法
2023-05-10 12:15:56 1
專利名稱：從第一載頻到第二載頻變換的系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及通信系統，尤其涉及從時間到時間、從第一載頻到第二載頻移動的通信系統。
在包含一個或多個基站，而其中每個基站包括一個或多個無線電收發機以及包括分別具有一個無線電收發機的一個或多個遠程用戶單元的確定通信系統中，有時希望將一個正在進行的通信從一個載頻移到另一個載頻。過去，為完成這一要求，用戶單元的無線電收發機的接收機除調諧到新的載頻之外必須執行至少兩個操作。首先，接收機必須重新捕獲或重新估算新載波的頻率偏移。在發射機和接收機處於不同位置的系統中，這是通常的要求，以便它們各自的基準振蕩器最初避免互相鎖定。該條件(未鎖定振蕩器)將在接收機導致中心頻率從其要求的中心頻率出現一些偏移。常常使用自動頻率控制(AFC)來消除這種頻率偏移。本質上，AFC環路將捕獲或估算該頻率偏移，也稱為頻率估算，並從接收信號消除這種頻率偏移。
在許多通信系統中常常要求接收機完成的第二個操作是重新捕獲信道同步，也稱為時基的重新同步，即，在基站發射機從一個載波到第二載波變換之間重新與新的載波信號同步。在發射機處於多個地點的系統中，例如，蜂窩式電話系統，發射機一般互相不同步，因此每次新的發射機啟動時必須重新捕獲同步來完成相同的信息傳送，例如接收機相對於系統中不同的發射機移動。然而，根據在頻率偏移重新捕獲和時基重新同步處理期間數據不能被準確接收的事實，在載頻變換之後重新捕獲頻率偏移和重新同步接收機時基所要求的時間能產生被傳送信息的丟失。
期望提供一種改進的方法，用於在載波變換之後能很快地重新捕獲信道同步和頻率計算，以減小載波變換之後的數據丟失。
本發明被認為具有新穎性的特點特別列舉在附屬的權利要求。參考下面的描述，以及相應的附圖，本發明的結構和操作方式，以及目的和優點將更加顯而易見，附圖中類似的參考數字表示類似的元件，其中
圖1是表示一個定址通信系統的元件的方框圖；圖2是表示接收機以傳統方式捕獲頻率偏移及與新的載波的時間同步所進行操作的示意圖；圖3類似圖2是表示根據本發明接收機響應載波變換所進行的操作的示意圖；圖4是表示根據本發明在載波變換期間傳送的連續幀的示意圖；圖5是一個具有至少兩個信道的發射機的功能圖，其中幀和兩個信道幀內的時隙不同步；和圖6是與圖5類似的圖，其中幀和時隙同步。
儘管本發明可以有其它應用，為描述方便起見，將就在電纜TV網絡上實現連接模式服務(例如，電話，視頻電話或數據服務)進行參考。
本發明一般涉及具有時分多路復用的定址通信系統的實施，例如，在電纜TV網絡上提供連接模式服務(即，電話)的通信系統。尤其是，本發明涉及在這樣的通信系統中在載波變換之後能很快重新捕獲信道同步和頻率偏移估算的新型系統及相關方法。
定址系統可以認為是這樣的一個系統，其中各個用戶不相對它們的基站或發射機明顯移動，即，與行動電話或蜂窩式電話系統相反。使用電纜TV網絡進行電話服務的系統是一個這樣的定址系統。如圖1所示，在一個這樣的系統中，在基站8，電纜交換機(CEX)10使用每個都位於電纜埠無線電收發機(CPX)14的多個發射機，例如發射機13通過電纜控制單元(CCU)12操作接口將電話信號經多個信道分布到多個用戶。這些信號通過可能使用光纖或同軸電纜，或二者都使用的電纜網絡15送到多個用戶，每個用戶都具有連接用戶設備的適當的電纜聯接單元(CAU)16。每個用戶單元CAU16包括用於經電纜網絡15通信的無線電收發機18。每個無線電收發機18包括接收機20。這樣的系統可以利用時分多路復用，這意味著多個用戶單元通過將其在時間上分割分享一個單獨的載頻。
在該系統的基站中，提供至少兩個而常常是多個發射機，每個發射機工作在不同的載頻。當在這些載頻中的一個頻率上發傳信息時，在基站臺常常提供將信息變換到另一個載頻而沒有數據丟失的方法。例如，當幹擾或其他因素令人不能接受地降低在給定載頻傳送的信息的質量時，使用變換到另一載頻的方法。在電纜系統，突發噪聲常常出現在基站的發射機，也稱為電纜TV首端或電纜控制單元(CCU)。該突發噪聲能使給定的信道或頻率突然降至不可接受的電平。這樣，為尋找不受突發噪聲影響的載頻，基站將改變發射機，因此，通過稱為載波變換或備用鏈路傳送的處理恢復信道質量。這樣，如下面參考圖2所描述的，載波變換或備用鏈路變換的處理一般要求用戶單元或電纜聯接單元(CAU)重新捕獲新載波的同步和載頻偏移估算。
參考圖2，描述了接收機20捕獲新載波的頻率偏移和時間同步所進行的操作順序。如上所述，基站使用至少兩個在不同載頻工作的發射機。這樣，當幹擾或其他因素令人不能接受地降低在這些載頻中的一個頻率上傳送的信息質量時，基站可以將信息傳送轉到第二或新的載頻。改變載頻的處理有時也稱為備用鏈路變換或載波鏈路變換。因此，在圖2，接收機20首先接收載波鏈路變換指令如步驟22所示，表示將通信移至新的載頻。接著，接收機20將其合成器調諧到第二載波，步驟24所示。然後，在步驟26捕獲新載波的頻率偏移。在完成這些步驟之後，在步驟28捕獲新載波的時間同步，而在已經完成所有的在先操作之後，在步驟30可以最終接收數據。執行步驟24到步驟28全部的操作時，接收機20不能接受到數據。
在一個系統中可以在許多不同級別定義同步。一般來說，如果信息在具有很小變化的同一時刻被傳送，那麼認為這兩個信號是同步。較高級別的同步定義為要求兩個信號處於信息流中具有很小變化的同一點。比特級同步要求信號從給定的比特處同時傳送信息。一般，要求信號在另一信號的0.25比特時間內過渡。時隙級(例如，一幀是時分多址[TDMA]系統中多個時隙)同步要求信號從一幀內的同一時隙(例如，在TDMA系統8個時隙一組)傳送信息，一般具有較大的過渡變化。幀級同步要求信號從一組幀(超幀)內的同一幀傳送信息，一般具有一個更大的過渡變化。如果一信號被要求在很多級同步，那麼數據必須來自位於全部級別的同一點，並且兩個信號必須在它們的最小要求時間內過渡。
在定址系統中，例如，電纜TV系統，我們已經認識到有可能要求基站的全部載頻保持某些或全部級別的時間同步。當進行同步時，我們還認識到用戶單元的接收機(或CAU)在載波變換(或ALT)期間能使用由基站保持的來自最初的或第一載波的在先捕獲的時間同步級。在重新同步處理期間再次使用在先捕獲的時間同步級將允許省略一些或全部這些步驟，因此減小同步第二載波所需的時間。
根據本發明，通過向基站的多個發射機，也稱為電纜控制單元(CCU)12同時仔細地提供信號來獲得同步。對於比特級同步要求在比特時間上過渡的信號和當前比特值的指示器。為增加時隙級和幀級同步，需要分別表示當前時隙或幀序號的計數器。如上所述，偏離同步的較小但可接收的變化來自到達CCU12的CPX14中的一組發射機13的這些信號延遲的變化。
因此，參考圖3，可以看出，當根據本發明進行操作時，在載波變換期間能省略捕獲新載波的時間同步所需的步驟。這樣，在圖3，接收機32最初以與圖1的接收機20類似的方式操作，在此，接收機32在步驟24接收載波鏈路變換指令，在步驟26將合成器調諧到第二載波並且在步驟28捕獲新載波的頻率偏移。應該認識到可以以熟知的各種方式完成這些操作的最初兩個步驟(24，26)。通過其他已知的方法可以捕獲頻率偏移。一個有用的方法是在題目為「改進的自動頻率修正捕獲」(代理人的案宗號no.PD05506AM)，申請日1995.12.18，序號08/574,538，已併入本文作為參考的未審查申請所描述的方法。然而，在這些步驟之後，因為不必捕獲新載波上的時間同步，根據本發明操作的接收機現在準備接收數據，如步驟30所示。
參考圖4，以一個實例說明根據上述方法進行操作而實現的時間節省，該實例表示其中信息包含在每幀的時隙2(有效RX時隙)中傳送的兩個連續幀。當根據本發明進行操作時，其中發出載波變換信息的最後幀在時隙2中具有變換消息，與被傳送的信息在一起。這樣，在此進行圖2中的步驟24表示的接收載波鏈路變換指令的步驟。在開始下一幀時，CCU執行載波變換並且接收機或CAV能將其合成器調諧到第二載波，如圖2中的步驟26所示。根據本發明，通過利用，例如上面提到的未審查專利申請所述的方法在一個單獨的時隙內執行圖2中步驟28的新載頻偏移捕獲(即，AFC捕獲)。在所述的實施例中，這種AFC捕獲發生在剛好在有效RX時隙之前的時隙，或圖4所示實例中的時隙1。這樣，接收機準備接收緊跟在下一幀的時隙1之後的數據。因此，當根據本發明進行操作時，在載波鏈路變換處理期間不會丟失數據。
因為通過CCU發送和接收的全部載波的幀級定時是同步的，所以CAU內的AFC捕獲周期的定時是可能的。並且，為構成CAU以便在單獨一個時隙內捕獲頻率偏移估算(AFC捕獲)，接收機能接收下一個連續的時隙內的數據，如圖4所示。因此，當根據本發明進行操作時，僅當要求接收時隙0內的信息時數據將丟失，這樣沒有在AFC捕獲之前的時隙。然而，甚至在這種情況下，僅丟失一個單獨幀的信息，並且AFC捕獲將發生在新載頻上傳送的第一幀的時隙7(圖4未示出)。
在所述的實施例中，通信系統採用八時隙時分多址/時分多路復用/頻分雙工復用(TDMA/TDM/FDD)幀結構，其中通過電纜控制單元將多個載波注入電纜TV首端並通過位於用戶端的電纜聯接單元用於接收。應該認識到在不脫離本發明範圍的情況可以採用不同的幀和時隙結構。如上所述，在本發明的方案和系統中，通過使用與最初載波捕獲相同的時間同步，當發生載波鏈路變換時接收機或CAU不必重新捕獲時間同步，而是繼續使用最初載波捕獲的同步。通過省略該步驟而可能節省的時間使AFC捕獲發生在緊跟在載波變換之後的幀內的有效數據時隙之前即八個瞬時中的七個瞬時內，這樣不造成數據丟失。在第八個瞬時，只有一個單獨時隙內的數據將被丟失。
參考圖5，如上所述，根據本發明，在CCU內使用的多個載波之間，以比特，時隙和幀級在CCU保持同步。根據某些已有系統，圖5表示一個具有兩個不同步的信道42和44的CCU或發射機40。
相反，根據本發明，圖6表示一發射機或CCU50，其中所表示的信道1和2(52，54)的全部信道在比特，時隙和幀級同步。可以看出在相對於信道1的幀開始在信道2的幀的開始可能存在相對較小的時間偏移55，如圖中箭頭和點畫線所示。然而與系統的比特級定時相比，該偏移量相對較小。這樣，圖6中的信道1和2在比特，時隙和幀級同步。
儘管已經詳細表示和描述本發明的特定實施例，在不離開本發明更廣方面的情況下，針對本發明的不同方面，本領域的技術人員可以作出變化和修改，這是顯而易見的，變化和修改中的一些是關於一般的結構和設計，另一些經過思考之後也是顯而易見的。因此，本發明的範圍不限於本文描述的特定實施例和特定結構而通過附屬權利要求書及其等價形式限定。因此，附屬權利要求書的目的在於覆蓋所有的這些變化和修改，使其處於本發明真正的精神和範圍之內。
權利要求
1 一種能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統，其中信息是時分多路復用並以一系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，所述的信息在至少一個時隙內被發送，所述的系統包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機在不同的載頻發送，所述的全部發射機在幀級保持時間同步，所述的基站能將信息從第一載頻變換到第二載頻；和一個與所述基站相距較遠的接收機單元，所述接收機單元能夠通過所述基站檢測從所述第一載頻到所述第二載頻的變換，並能夠通過一處理在所述第二載頻捕獲數據，該處理包括步驟接收載波變換指令，調諧到所述第二載頻，捕獲所述第二載頻的頻率偏移，並接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下繼續使用從第一載頻在先捕獲的時基同步。
2 根據權利要求1所述的系統，其中接收機單元在一幀接收所述載波變換指令並在所述幀的下一幀捕獲第二載頻的頻率偏移，並且當信息在每幀的除第一時隙之外的一個時隙傳送時，接收機在傳送信息的時隙之前的在所述下一幀中的時隙中捕獲第二載頻的頻率偏移。
3 一種在通信系統的接收機中從第一載頻到第二載頻變換的方法，其中信息是時分多路復用並以一系列幀被發送，每幀具有多個時隙，並且每個時隙容納預定數目比特的信息，所述信息分配到至少一個時隙，並且系統還包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機在不同的載頻發送，所述基站能夠將信息從所述第一載頻變換到所述第二載頻，其中全部所述發射機在幀級保持時間同步，所述方法包括步驟接收載波變換指令；調諧到第二載頻；捕獲所述第二載頻的頻率偏移；並接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下，繼續使用從第一載頻在先捕獲的時基同步。
4 根據權利要求3所述的方法，其中接收載波變換指令的步驟發生在一幀內，並且其中捕獲第二載頻的頻率偏移的步驟發生在緊跟在所述一幀的下一幀，並且，當信息在除所述下一幀的第一時隙之外的一時隙內傳送時，捕獲第二載頻的頻率偏移的步驟發生在傳送信息的時隙之前所述下一幀的一時隙內。
5 一種用於能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統的接收機，其中信息是時分多路復用並以一組系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，並且所述信息在至少一個時隙內被發送，並且包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機在不同的載頻發送。全部所述的發射機在幀級保持時間同步，所述基站能夠將信息從第一載頻變換到第二載頻，所述接收機包括一個與所述基站相距較遠的接收機單元，所述接收機單元通過所述基站檢測從第一載頻到第二載頻的載波變換指令，並通過一處理在所述第二載頻捕獲數據，該處理包括步驟調諧到所述第二載頻，捕獲所述第二載頻的頻率偏移，並接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下，繼續使用從第一載頻在先捕獲的時基同步。
6 根據權利要求5所述的接收機，其中接收機在一幀內接收所述載波變換指令並在緊跟在所述幀的下一幀捕獲第二載頻的頻率偏移，並且，當信息在每幀的除第一時隙之外的一時隙傳送時，接收機在傳送信息的時隙之前在所述下一幀的一時隙內捕獲第二載頻的頻率偏移。
7 一種能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統，其中信息是時分多路復用並以一系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，以及所述信息在至少一個時隙內被發送，所述系統包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機工作在不同的載頻，全部所述的發射機在比特，時隙和幀級保持時間同步，所述的基站能夠將信息從第一載頻變換到第二載頻；和一個與所述基站臺相距較遠的接收機單元，所述的接收機單元通過所述基站能夠檢測從所述第一載頻到所述第二載頻的變換並且通過一處理捕獲第二載頻的數據，該處理包括步驟接收載波變換指令。調諧到所述載頻，捕獲所述第二載頻的頻率偏移，並且接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下，繼續使用在先捕獲的第一載頻的時基同步。
8 一個用於能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統的接收機，其中信息是時分多路復用並以一系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，以及所述信息在至少一個時隙內發送，所述系統包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機工作在不同的載頻，全部所述的發射機在比特，時隙和幀級保持時間同步，所述基站能夠將信息從第一載頻變換到第二載頻，所述接收機包括一個與所述基站相距較遠的接收機單元，所述接收機單元通過所述基站臺檢測從第一載頻到第二載頻的載波變換指令，並通過一處理在所述第二載頻捕獲數據，該處理包括步驟調諧到所述第二載頻，獲得所述第二載頻的頻率偏移，並且接收數據，以及在未從第二載頻率捕獲時基同步的情況下，繼續使用在先捕獲的第一載頻的時基同步。
9 一種能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統，其中信息是時分多路復用並以一系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，以及所述的信息在至少一個時隙內發送，所述系統包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機工作在不同的載頻，全部所述的發射機在時隙級保持時間同步，所述基站能夠將信息從第一載頻變換到第二載頻；和一個與所述基站相距較遠的接收機單元，所述接收機單元能夠通過所述基站檢測從第一載頻到第二載頻的變換，並能夠通過一處理在所述第二載頻捕獲數據。該處理包括步驟；接收載波變換指令，調諧到所述第二載頻，捕獲所述第二載頻的頻率偏移，並且接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下，繼續使用在先捕獲的第一載頻的時基同步。
10 一種能夠從第一載頻變換到第二載頻的數字電信系統，其中信息是時分多路復用並以一系列幀發送，每幀具有多個時隙並且每個時隙容納預定數目比特的信息，以及所述信息在至少一個時隙內被發送，所述系統包括一個具有多個發射機的基站，每個發射機在不同的載頻發送，全部所述的發射機在比特級保持時間同步，所述的基站能夠將信息從第一載頻變換到第二載頻；和一個與所述基站相距較遠的接收機單元，所述的接收機單元通過所述基站能夠檢測從所述的第一載頻到所述的第二載頻的變換，並能夠通過一處理在所述第二載頻捕獲數據，該處理包括步驟接收載波變換指令，調諧到所述的第二載頻，捕獲所述的第二載頻的頻率偏移，並且接收數據，以及在未從第二載頻捕獲時基同步的情況下，繼續使用在先捕獲的第一載頻的時基同步。
全文摘要
數字電信系統包括具有多個發射機的基站(8)，各發射機在不同載頻發送，全部發射機在幀級保持時間同步。基站(18)發送時能將信息從發射機的第一載頻變換到發射機的第二載頻。與基站(8)較遠的接收機單元通過基站(8)檢測從第一載頻到第二載頻的變換並利用一個處理在第二載頻捕獲信息，該處理包括接收載波變換指令、調諧到第二載頻、捕獲第二載頻的頻率偏移並接收數據及繼續使用在先捕獲的第一載頻的時基同步。
文檔編號H04N7/173GK1169087SQ97109909
公開日1997年12月31日 申請日期1997年2月14日 優先權日1996年2月16日
發明者詹姆斯·羅伯特·克爾頓, 戴衛·鮑爾·格尼, 布魯瑟·塔勒·姆樂 申請人:摩託羅拉公司