通過信道分配分層的部分重用的製作方法
2023-05-27 11:19:06 2
專利名稱：通過信道分配分層的部分重用的製作方法
相關申請的交叉引用本專利申請要求2000年6月15日提出的共同未決的美國臨時專利申請第60/211,841號的優先權，並且將其全部公開內容合併在這裡供參考。
背景技術：
發明領域本發明一般涉及蜂窩通信系統並且特別涉及利用通過信道分配分層(channel allocation tiering-CHAT)的部分重用來增加蜂窩通信系統的頻譜效率。
發明的背景和目的頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)是在無線行業中當前採用的被廣泛接受的多址通信方法。特別的，兩種多址方法的組合，例如全球移動通信系統(GSM)是最流行並且全球的無線通信多接入方法。因快速增長的需求以及移動無線電通信的使用，新的業務和特性進入市場。這些業務，例如音頻和視頻，要求網絡在傳統語音業務持續擴展的同時支持高比特率業務。隨著新站點的獲得變得越來越難，需要有限頻譜的有效利用，同時確保鏈路質量保持在可接受的程度。
為說明增強頻譜效率的技術，考慮通常使用的全球移動通信系統(GSM)。GSM在900MHz、1800MHz、或者1900MHz頻率範圍操作。作為例子，GSM在900MHz範圍操作，為上行鏈路和下行鏈路業務量分配了兩個頻段。每個頻段是劃分成多個頻率載波的頻率，例如，124個頻率載波，每個利用200kHz頻譜。每個載波進一步劃分成時隙，例如，8個時隙。總之，每個基站可以包含一個或多個扇區小區。在每個扇區小區，有多個通信單元，例如，收發信機。
在系統中可以實現無線電資源(RR)跳躍。RR跳躍的最好例子是跳頻。除了其他方案之外，系統中可以使用跳頻方案，來增加性能並且減少幹擾，如本領域熟知的。在這種情況下，每個收發信機在一個特定頻率下操作並且信號從一個收發信機跳到另一個，例如，基帶跳頻，或者在某些情況下每個收發信機通過在頻率之間跳動來利用幾個頻率，並且始終只發送一個信號，例如，合成跳頻。
總之，當業務會話無線電資源通過時間變化時，因為業務會話依賴於時間和頻率，因此減少了幹擾。例如，因多徑衰落或影響信道的其他因素通常在給定時刻的頻率上而出現傳輸信道中的下降(dip)。當信道頻率從一個頻率跳到另一個時，在這個頻率或者甚至只在這個頻率的一個時隙在該信道上出現的下降只在下降的一部分期間影響這個信道。因此跳頻改善了性能，特別是與編碼和交織相結合。而且，利用如跳頻和自適應天線的多種方法完成了蜂窩網絡的規劃以便改善頻譜效率。跳頻可用於在系統中減少幹擾的影響，如上文中所描述的。也可以使用自適應天線，以及多種其他技術，如鏈路適配、發送機分集、以及先進的接收機算法。
多種這樣的技術的組合可以將頻譜效率增加到完全加載的一次重用網絡在業務質量方面可能變得可行的程度。使頻譜效率超過完全加載一次重用意味著或者引入複雜的統計多路復用技術或者在一個小區裡多次重用相同的頻率。後一種替代方案更簡單並且為已有的移動通信系統提供平滑的進展。如果在一個小區裡頻率可以多次重用，則需要管理可能出現的潛在地嚴重小區內幹擾的方法。一種技術是利用窄束自適應天線來為來自基站的不同方向的用戶分配相同的無線電資源的所謂的空分多址(SDMA)。因為如果在相同信道上的用戶要保持空間分離，則需要複雜的小區內切換和波束管理算法，所以SDMA的缺點是移動性管理複雜。而且，因為其或者引入小區內幹擾或者進一步使波束管理複雜化或者兩者都有，所以來自多個波束的分集組合一般不能使用。因為在小區內沒有幹擾分集並且沒有使用幹擾抑制技術的可能性，所以小區內幹擾將導致嚴重的性能下降。這是因為RR跳躍序號和代碼，在用的地方，在每個小區的基礎上被分配。
一個更好的選項是下面描述的更簡單的技術，可以在不需要複雜的移動性管理和統計多路復用過程的情況下提高蜂窩網絡的頻譜效率並且使完全加載的一次重用網絡在業務質量方面有效。本發明在不顯著增加系統複雜性的情況下克服了完全加載一次重用網絡在缺少可用信道方面的限制。下文中描述的本發明既是一種提高蜂窩網絡的頻譜效率的技術又是一種能夠重用少於一個，也稱為部分重用的方法。
發明概述本發明描述了用於通過信道分配分層(CHAT)的資源的部分重用，因此增加電信系統的頻譜效率的方法和系統。小區中多個可用的信道被劃分成邏輯組，每個部分或者全部地共享相同的無線電資源。系統利用多種技術，如幹擾分集、幹擾抑制和/或幹擾避免來減少或消除衝突。系統中資源的這種利用將創建一個頻譜有效的網絡或小區並且能夠實現小於一的重用。
附圖簡述當與附圖一起通過參考下列詳細描述可以獲得本發明的方法和設備的更完整的理解，其中
圖1說明根據本發明的蜂窩系統中的示例小區布局；圖2說明用於執行本發明的信道分配分層(CHAT)技術的示例基站；以及圖3說明蜂窩系統中本發明的信道分配分層(CHAT)概念。
優選的示例實施方案詳述將通過特別參考目前的優選的示例實施方案來描述本申請的多種創新的教義。但是，應該理解這類實施方案僅提供這裡的創新的教義的許多有利的使用的一些例子。總之，本申請的說明書中進行的聲明不必要限定各種權利要求的發明的任何一個的界限。而且，某些聲明應用於某些發明的特性但是不應用於其他的。
圖1說明了無線的無線電通信系統中的示例小區布局。在無線的無線電通信系統中，小區15被劃分成多個扇區，例如，3個扇區或6個扇區。每個扇區有一個向該扇區中的移動站發送和接收信號的天線35a。如下面將解釋的，關於圖3，小區或所有扇區中可用的信道將共享相同的無線電資源。在本發明的一個實施方案中，部分或者全部共享相同資源的可用信道優選地空間分離，例如，在一個扇區可用的信道將與在另一個扇區中可用的信道共享相同的無線電資源。如下面將參考圖3詳細描述的，共享相同的無線電資源的可用信道通常但不是必須地被空間分離，並且具有不同的訓練序列，並且具有不同的無線電資源跳躍序列。
圖2說明在具有多個收發信機55的小區中的基站。如下面所描述的每個收發信機與一個信道相關。信道被劃分成組，稱為層，其中所有的層可以部分地或全部地共享小區中可用的相同的無線電資源。基站連接75到移動交換中心(MSC)，到另一個基站以及到另一個網絡單元，如本領域熟知的。而且，每組中的信道可以利用不同的天線(35a，35c)發送，其中天線是空間分離的。基站包括劃分收發信機55的分配器65以及控制無線電資源跳躍序列的控制器70。控制器還負責訓練序列分配和關於圖3在下文中描述的其他需要的功能。
本發明利用通過信道分配分層(CHAT)的部分重用增加了蜂窩無線電通信系統的頻譜效率性能。圖3說明了本發明的一個優選實施方案中的信道分配分層(CHAT)概念。在每個小區中通常使用多個信道(Nch)。根據提供的業務或用戶要求，一個或多個信道對應每個用戶。在本發明的一個優選實施方案中，每個信道利用一個收發信機。例如，如果用戶想要高速訪問如視頻和/或音頻流的業務，則為該用戶的該業務分配幾個信道。在TDMA系統中這幾個信道可由較長的時間周期表示。高速率業務需要多個收發信機，每個對應於一個信道。但是，在某些情況下，載波帶寬有限，也就是頻率和/或時隙被完全使用並且需要共享以便滿足使用的多個收發信機在小區裡執行業務。如這裡提到的這將提供系統中少於一個的重用。信道被劃分成多個邏輯組(信道分層)，每個邏輯組有最大大小Nπ。每個信道分層的這個最大大小Nπ是分配給每個小區的無線電資源(RR)單元的數量。通過在不同層的不同信道之間共享這些無線電資源可以完成信道分配分層(CHAT)的部分重用。在本發明的一個優選實施方案中，可用信道110被分成多個邏輯組「信道層」，例如，圖3中所示的兩層。這兩層，層1(115)和層2(125)，利用系統中相同的無線電資源105。兩個信道，一個來自層1(115a)並且一個來自層2(125a)，共享相同的無線電資源105a。總之，所有層部分或全部地共享相同的無線電資源。但是，根據本發明的一個優選實施方案，共享非常靈活。一個信道可與不同層的其他信道共享其資源，或者其可以不共享而自己使用可用的無線電資源。當由信道執行共享時，要求衝突數量的減少。可以使用多種技術來實現最低可能的衝突率。根據本發明的一個優選實施方案，為所有層分配不同的無線電資源(RR)跳躍序列。幹擾抑制技術也可以在接收機中被採用。而且，通過對每層採用不同的訓練序列，進一步增強了幹擾抑制技術。系統中減少衝突率的另一個特點是通過採用幹擾避免。這種幹擾避免可以通過利用自適應天線、強制無聲或/和空間分離或任何其他已知的技術的空間分離來實現。這裡描述的幹擾分集、幹擾抑制和幹擾避免技術可以單獨使用，或者為獲得最大性能所有三種機制可以同時使用。
幹擾分集，如上面所提到的，可以在其中為邏輯組或信道層的每個分配不同的無線電資源(RR)跳躍序列的系統中採用。例如，對每層可以使用不同的跳頻序列。這由確定實際跳躍序列的跳躍序列號(HSN)規定。可以利用移動分配索引偏移(MAIO)管理方法來在一層裡不同的移動臺之間分配跳躍序列。這將去掉每層裡任何的同信道幹擾。每層可以有一個不同的跳躍序列，其通過引入幹擾分集減輕幹擾的影響。
為每個邏輯組或信道層分配一個不同的訓練序列。例如，為每個信道層分配GSM標準中規定的8個訓練序列之一。但是，可以優先使用具有更好的交叉相關屬性的額外的訓練序列。雖然如此，如果使用目前可用的具有次最佳交叉相關屬性的訓練序列，則在層之間可以實現時間偏移以便減少訓練序列之間的相關。這可能增強在接收機裡用到的幹擾抑制算法的性能。在本發明的優選實施方案中可以使用本領域熟知的用於單個或多分支接收機的任何幹擾抑制算法。
如上所述，在系統中可以實現幹擾避免以避免幹擾。例如，可以利用通過小區裡自適應天線的使用的空間分離來實現這種幹擾避免。在小區的扇區中可以使用多個波形自適應天線來通過空間分離用戶減少用戶之間的幹擾。而且，可以採用強制無聲來避免小區內幹擾。可以在小區裡具有最大幹擾的用戶信道上強制無聲脈衝。這些無聲脈衝應該被管理並且數量相當少以便避免任何的質量下降。這個無聲脈衝基於使用的業務的服務質量(QoS)描述文件優選地使幹擾者無聲。強制無聲可用於具有使用幹擾抑制技術的能力的任何系統中，如上面提到的，或者用於上面提到的幹擾抑制技術在其中不可能的系統中。
在本發明的一個優選實施方案中，蜂窩電信網有多個頻率以及需要使用每個小區中多個收發信機的業務負載。當需要的收發信機的數量大於該相同小區裡頻率的數量時，如上所述的部分重用是用於提高該網絡或小區的頻譜效率的理想方法。在收發信機的數量超過可用頻率的數量的小區裡通常是這種情況。在這種情況下，收發信機的數量被劃分成多個邏輯組，其中每個邏輯組的特徵在於不同的訓練序列、不同的跳躍序列並且優選地是空間分離的。
例如，在一個帶有15個非廣播控制信道(non-BCCH)頻率以及需要每個小區安裝20個收發信機的業務負載的GSM/EDGE網絡中，每個與一個信道相關的20個收發信機可以被劃分成兩個10收發信機的組(信道層)。來自兩層的信道共享15個可用的頻率。通過使每層使用不同的跳躍序列來減少衝突。可以使用其他技術，如在層和/或每層的不同訓練序列之間的空間分離來避免/減少系統中的幹擾，如上面詳細描述的。
小區中信道層將彼此幹擾的數量依賴於每層中的負載。因此層之間業務量的分配將影響其他層中的幹擾等級。智能信道分配算法有可能最大化CHAT小區中運行的各種業務的性能。因此，可以考慮層中當前的負載、活動的業務會話的主要質量的任何測量值、業務會話的服務質量(QoS)要求、不同用戶關於基站的方向、不同用戶離基站的距離、不同用戶離基站的路徑損失或等價的其接收的信號強度、從不同用戶到小區邊界的地理或無線電距離、或者上面的任意組合來優先地進行不同層的信道分配。
如早先提到的，當頻率的數量小於系統中信道/收發信機的數量時優選地使用信道分配分層(CHAT)。但是，CHAT可以用於頻率的數量大於需要的收發信機的數量的系統中。在這種情況下，收發信機的數量被優選地劃分成組以便允許例如1/3的較低的硬體負載。例如，如果我們有18個非BCCH頻率以及需要12個收發信機的業務量，則優選地可將12個收發信機劃分成2個6收發信機的層。這使得硬體負載變成6/18，即三分之一，其使得基站間同步以及MAI0管理能夠去掉站點內共信道幹擾。換句話說，減少/去掉了層組裡所有的共信道幹擾。而且，可以使用上述的幹擾分集、幹擾抑制和/或幹擾避免技術。這將進一步減少共信道站點內衝突的可能性。
如本領域的技術人員將認識到的，本申請中描述的創新概念可以在很大範圍的應用上被修改和變化。因此，專利申請的主題的範圍不應限制於討論的任何特定的示例教義，而是代替的，由所附權利要求書定義。
權利要求
1.一種用於增加無線電信系統的頻譜效率的方法，所述方法包括步驟將所述無線電信系統的小區裡的多個信道劃分成多個邏輯組；將所述多個邏輯組的第一組映射到第一多個無線電資源上；以及將所述多個邏輯組的至少另一個組映射到第二多個無線電資源上，所述第二多個無線電資源中的至少一個無線電資源對應於所述第一多個無線電資源中的至少一個無線電資源。
2.根據權利要求1的方法，其中所述多個邏輯組的每個有不同的無線電跳頻序列。
3.根據權利要求1的方法，其中所述多個邏輯組的每個有不同的訓練序列。
4.根據權利要求1的方法，其中所述多個邏輯組的每個被空間分離。
5.根據權利要求1的方法，其中所述第一多個無線電資源以及所述第二多個無線電資源基本上是相同的。
6.根據權利要求1的方法，還包括步驟在所述多個邏輯組裡的幹擾信道上強制無聲。
7.根據權利要求6的方法，其中強制無聲的所述步驟基於服務質量(QoS)測量值。
8.根據權利要求1的方法，其中定時偏移應用於被映射到所述多個無線電資源上的所述多個邏輯組之間。
9.根據權利要求1的方法，其中根據通信測量值執行映射所述第一組和映射所述至少另一個組的所述步驟。
10.根據權利要求9的方法，其中從由下列組成的組中選擇所述通信測量值所述多個邏輯組中的當前負載、活動業務會話的主要質量、業務會話的服務質量要求、用戶關於基站的方向、用戶離基站的距離、用戶離基站的路徑損失、用戶接收的信號強度、從用戶到小區邊界的地理距離、從用戶到小區邊界的無線電距離以及通信測量值的任意組合。
11.用於增強無線電信系統的頻譜效率的無線電信系統，所述系統包括用於將所述無線電信系統的一個小區裡的多個信道劃分成多個邏輯組的分配器；以及用於將所述多個邏輯組映射到多個無線電資源上的映射裝置。
12.根據權利要求11的系統，其中所述映射裝置包括將所述多個邏輯組靈活地映射到所述多個無線電資源。
13.根據權利要求11的系統，還包括用於在所述多個邏輯組的每個中實現不同的無線電跳頻序列的實現裝置。
14.根據權利要求11的系統，還包括用於在所述多個邏輯組的每個中使用不同訓練序列的裝置。
15.根據權利要求11的系統，還包括用於空間分離所述多個邏輯組的分離裝置。
16.根據權利要求11的系統，還包括用於對幹擾信道強制無聲的無聲裝置。
17.根據權利要求16的系統，其中所述無聲裝置包括基於服務質量(QoS)測量值在用戶上強制無聲。
18.根據權利要求11的系統，還包括用於在被映射到所述多個無線電資源上的所述多個邏輯組之間應用時間偏移的偏移裝置。
19.根據權利要求11的系統，還包括用於確定用於輔助映射裝置將所述多個邏輯組有效地映射到所述多個無線電資源上，因此使系統性能最大化的通信測量值的確定裝置。
全文摘要
用於通過信道分配分層部分重用資源，從而增強電信系統的頻譜效率的蜂窩電信方法和系統。小區(15)中的多個可用信道(110)被劃分成邏輯組(115，125)，其中每個共享相同的無線電資源(105)。該系統利用多種技術，如幹擾分集、幹擾抑制和/或幹擾避免來減少或消除幹擾。系統中資源的這樣的利用將創建頻譜有效網絡或小區(15)並且能夠使用小於一的重用。
文檔編號H04W16/10GK1436434SQ0181113
公開日2003年8月13日 申請日期2001年6月7日 優先權日2000年6月15日
發明者F·克羅尼斯特德特, S·克賴 申請人:艾利森電話股份有限公司