CN1043597C - 无线电通信系统中有选择性地启动分集信令的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一种无线电通信系统中利用一个有选择性地启用时间分集和/或频率分集方案来改善信号质量。具体地说,利用一种通信资源在通信装置之间交换消息的方法(200)包括在该通信资源内的第一频率上发送消息第一部分消息的步骤(201)。当确定该通信资源的质量不令人满意(203)时,就在该第一频率上发送该消息的第二部分,并同时在第二频率上和/或在一个单独的时间上再发送(213)。

Description

无线电通信系统中有选择性地启动分集信令的方法和装置
本发明涉及无线电通信系统,具体涉及在有效地应用通信资源时改善通信资源上发送信号的感觉质量的方法和装置。
中继无线电系统是一种公知的无线电通信系统,诸如陆地移动业务使用的那种。这样的系统通常包括几个发射机和接收机,或所谓的收发信机,它们被实施作为中继转发器分布在该系统的整个地理覆盖区内。这样,通过使用位于整个覆盖区域内的中继转发器,可达成在诸如移动无线电设备、便携式无线电设备之类的无线电设备之间在整个覆盖区内的通信。
在当今的无线电通信系统中,通过一个中介空间发送的、在中继转发器和无线电设备之类的两个通信装置之间交换的信号,通常在它们被接收之前遭到质量上的损害。在某种设计范围内,系统可在可接受的参数内正常工作,使得质量劣化处在预定的设计界限以内。然而,当超出该设计范围时,发送信号的质量将降到可接受的质量等级之下,从而不能成功地维持满意的通信。
上述不利的状态,也即信号质量不能接受,可能是发射机与接收机之间的空间距离造成的,也就是实际的距离大于某个预定的设计范围。另一方面,低劣的质量可能来源于发射机与接收机之间信号通路上的障碍物,例如建筑物、小山等。再则,质量劣化可能是信号传播方向的改变造成的,例如信号在建筑物上反射和/或在建筑物周围绕射。
不论这种不利状态也即信号质量劣化的根源如何,利用各种已知的措施有可能改善信号质量。通常可应用分集技术,例如在通信资源中使用的频率分集、时间分集和空间分集,来改善信号的通信质量。然而,这些技术在理论上和实践上都有局限性,如下文所述。
一种在给定范围之外改善信号质量的方法是增加发射信号的信号功率,也即增加信号能量。同样,减低接收机检测到的噪声功率也即噪声能量也可以改善信号的最终质量。然而,发射功率受制造功率放大器可使用的技术的限制,还受从电源抽取的电流量的限制。再有,高功率放大器用于散热的所需散热器的尺寸使它体积较大。
再则,美国联邦通信委员会(FCC)在功率辐射上有严格限制,因为高功率电平在频率的重复利用方案中(也即将同一频率资源用在邻近的地理区域内)造成一些问题。在基站现场处,工业射频已接近由FCC所给定的射频功率界限,这也是技术上的限制。对远地的收发信机,电流抽取量和放大器体积限制了较大的功率。在接收机中在减少噪声指数上有可能作些小的改善,但正迅速地达到其理论的极限值。
利用通信资源中的频率、时间、空间、角度和极化等参数的分集技术,也能改善信号的通信质量,以克服上述的限制。然而,这些改善需要付出代价。例如,空间分集、角度分集和极化分集要求接收机有附加的硬件。至少,需要一个第二天线和同轴线,这表明增加了不希望的费用。还可能需要一个第二接收机和/或切换开关,由此又增加了费用并增添了其它的技术限制。至于时间分集和频率分集方案,相关的代价通常是用降低的频谱效率来度量的。也就是说,随时采用时间分集和频率分集方案即便其信号质量是可接受的,由此得到的频谱低效率也使人不敢问津。
据此,现在需要一种既能改善信号质量而又无现有技术的上述缺点的无线电通信系统,特别是,一种能提供改善信号质量、无附加硬件费用或不可接受的带宽效率降低的系统,这是对现有技术的一种改善。
图1示出有利于使用本发明的一种无线电通信系统;
图2示出按照本发明的通信装置的操作的流程图;
图3示出按照本发明的几个实施例的通信资源和在其上发送的一种信令序列。
本发明概括了一种在两个或多个通信装置之间交换信号的方法。一旦信号的质量变得不令人满意,本方法就把通信资源用于分集发送信号。按照这种方式,运用本发明提供基于质量来判定何时需要采用信号分集来有效地使用通信资源。
图1概略地示出无线电通信系统100,它包括一个服务于覆盖区104的中继转发器102。通信单元106-108例如移动式无线电设备和便携式无线电设备在覆盖区104内漫游,并利用中继转发器102建立相互通信。在通信单元106-108之间经由一个通信资源110例如时分多址(TDMA)时隙、射频(RF)信道或者任一种其它的合适的资源建立通信。在通信资源110上发送的信号可能被例如建筑物112损害,这时要考虑折衷。这类障碍或任何其它的干扰源通常使通信资源110的质量损害,已损害的通信资源如114所示。
如上所述,已知的克服这种损害状态的方式有其实践上的限制。例如,增加中继转发器102发射的功率来克服接收机处的噪声电平来使用受损超出一定界限的通信资源114是FCC所禁止的。而且,在多个通信单元106-108上利用常规的分集组合,需要附加的天线和其它所谓的“前端”硬件来实施这种方案,这需花费。最后,因所有通信单元并不是时时都需要这些附加的能力,故图1所示的通信系统存在低效率的问题。具体地说,只有通信单元106正在使用有损的通信资源114,而本发明的一个优选实施例是仅在需要改善信号质量到可接受的等级时,例如在通信资源114上时才使用已知的分集方案的组合。
图2示出按照本发明的通信装置的操作流程图200。请注意,能使用本发明的通信装置是在例如中继转发器102那样的固定端上或在例如通信单元106那样的移动端上。在步骤201,首先向目标通信装置发送感兴趣的信号。这个信号可以通过AM、FM、SSB的频分多址(FDMA)信道进行中继传送,数据包括但不限于QAM和QP-SK形式,也可以用所有这些调制形式的时分多址(TDMA)传送。在步骤202判定发送消息是否完毕。如果“是”,则程序退出。
如果需要多次发送来完成该消息的传送,则在步骤203确定该通信资源的质量,也即在它上面传送的信号的质量。实现这个功能可使用几种技术。测量所接收信号的强度是最基本的检查,并可用于模拟或数字系统。同样,这种确定可以是一种简单的测量信噪比(SNR)、信号干扰比(SIR)或信号对噪声加干扰之比(SNPIR)。在数据系统中,误码率(BER)是一种公知的资源检测技术;当然,这种技术对已知的被传送的符号例如引导信号(Pilot)或对于具有前向误码校正(FEC)码用以确定误码数量的系统是有限制的。在本发明的一个优选实施例中,发送的是TDMA信号,并用BER来确定通信资源以及其上传送的信号的质量。
在确定质量等级之后,在步骤205判定这一质量等级是否在处于预定的质量阈值之上。阈值电平是可以变化的,这取决于例如该消息的优先权或所应用的技术。在一个优选实施例中,采用4-ary16 QAM调制发送数据的TDMA系统,BER阈值设定为4%。最好应用迟滞电路来防止接收机在相邻发送中在可接受与不可接受之间反复。也就是说,在一个优选实施例中,下一个信号必定超过3%BER才能表明通信资源是可接受的而不需扩充。
通信资源质量是可接受时,在步骤209发送下一个信号例如数据字,并在步骤202再次检查该消息是否完毕。请注意,一个消息通常由多个序列信号组成,在消息的末尾发出一个“消息结束”(EOM)信号。如果检测到EOM信号,则程序退出。如果未检测到EOM信号,则发送多个序列信号中的下一个信号。
再参看步骤205,如果发现信号质量是不可接受的,则在步骤211发送后续信号。〔请注意,这个后续信号不是用来确定通信资源质量的信号,而是构成一个多信号消息的多个信号序列内的下一个信号。〕然后,在步骤213,在该通信资源的另一部分例如信道上再发送其后续的信号。在一个优选实施例中,该信道可以采取以下形式:同一频率上的不同时隙,不同频率上的不同时隙,或不同频率上的同一时隙。这种再发送可以在该通信资源的相同部分内发生一次或多次,如下文所述。
本发明可以通过一系列例子并参考图3来说明。图3示出按照本发明的通信资源300,它由H个频率组成,每个频率被划分成为由下标M、M+1、M+2和m+3标示的一些时间帧。为了便于说明,将用三个替代的实施例、三个消息的各部分来表述本发明。第一个消息包含在频率fA、fB和fC上,第二个消息只包含在频率fD上,而第三个消息包含在频率fE、fC和fH上。〔请注意,虽然下文叙述只讨论了本发明的三个可替代实施例,但根据系统的扩充方案,通过组合这些替代实施例,也可以得到其它的实施例。〕
参看第一个消息,帧M的时隙302携载以频率fa发送的信号S1。〔请注意,这可以是但不必定是该消息的第一个信号。〕如果判定时隙302和信号S1不满足可接受通信的质量阈值的要求,则下一个信号S2采用分集方式发送。具体地说,起用频率分集方案,即在频率fA的后续帧(帧M+1至频M+3)内的相同时隙(304-306)发送后续信号(S2-S4),并在频率fB中相同的对应时隙(308-310)再发送。当然,如果信号质量还是不满意,也就是说,在时隙305、309发送的信号S3的信号质量仍不可接受,则该分集方案可以扩展而在其它频率比如频率fC的时隙312再发送信号S4。同样,响应上限阈值电平以外的信号质量的改善,如上文所述的迟滞阈值系统,而全部或部分地停止频率分集,或者再部分或全部再被起用,直至该消息传送完毕。
同样,参看第二个消息,帧M的时隙314携载以频率fD发送的信号S1。〔请注意,它可以是但也不必定是该消息的第一个信号。〕如果确定时隙314和信号S1不满足可接受通信的质量阈值的要求,则下一个信号S2以分集方式发送出去。具体地说,可以起用时间分集方案,即在频率fD后续帧(帧M+1至频M+3)内的相同时隙(316至318)中发送后续信号(S2至S4),并在频率fD不同的相对时隙(320至322)再发送。当然,如果信号质量仍不满意,即时隙317、321发送的信号S3的信号质量是不可接受的,则可以扩展该分集方案以在其它时隙例如频率fD的时隙324上再发送信号S4。同样,响应在上限阈值电平以外的信号质量的改善,该时间分集方案可全部或部分地关闭,并可以反过来再全部或部分地再启动,直至该消息完毕。
最后,参看第三个消息,帧M的时隙326携载以频率fH发送的信号S1。〔同样,它可以是但不必定是该消息的第一个信号。〕假定信号质量是可接受的,则在帧M+1中同一相对时隙327发送信号S2。此后,如果判定时隙327和信号S2不满足可接受通信的质量阈值的要求,则下一个信号采用分集方式发送。具体地说,可以起用频率分集和时间分集方案,在频率fH的后续帧(帧M+2、帧M+3)内相同的时隙(328、329)发送后续信号(S3、S4),并在频率fG中不同的相对时隙(330、331)以及在频率fE中又一不同的相以时隙(332)上再发送。当然,如同其它分集方案一样,如果信号质量变好,例如在时隙330、332发送的信号S3的信号质量达到特定的阈值以上,则该分集方案可以部分地关闭,也即如图中的帧M+3中所示,对信号S4的发送仅剩两频率的分集。当然,响应信号质量的根本改善,也可以使时间分集和频率分集方案完全关闭,而反过来也可根据需要全部或部分地重新启用分集,直至该消息完毕。

Claims (10)

1.一种在无线电通信系统中利用通信资源在许多通信装置之间交换消息的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
A)从多个通信装置中的第一个通信装置在该通信资源内的第一频率上发送消息的第一部分;
B)确定该通信资源的质量;
C)当该通信资源的质量不满意时,就在该第一频率和第二频率上发送该消息的第二部分。
2.权利要求1的方法,其特征在于,步骤B)包括以下步骤:
在该第一通信装置处:
B1)计算从第二通信装置发送的信号的信号质量的度量值,
B2)把该信号质量的度量值发给该第二通信装置。
3.权利要求1的方法,其特征在于,包括以下步骤:
D)识别该消息第一部分的误码率(BER)降到预定的阈值以下的时间,也即何时通信资源的质量变到不可接受了。
4.权利要求1的方法,其特征在于,包括以下步骤:
D)响应该判定步骤的结果,在第三频率上发送该消息的第二部分。
5.一种在无线电通信系统中利用通信资源在多个通信装置之间交换消息的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
A)从多个通信装置中的第一个通信装置在该通信资源内第一频率的第一时间里发送消息的第一部分;
B)确定该通信资源的质量;
C)当该通信资源的质量不满意时,在与该第一频率的第一时间相对应的一个时间内以及在该第一频率的第二时间内发送该消息的第二部分。
6.权利要求5的方法,其特征在于,包括以下步骤:
D)识别出该第一部分消息的信噪比(SNR)下降到一个预定的阈值以下的时间,即何时通信资源质量可能是令人满意的。
7.权利要求5的方法,其特征在于,该通信资源中包括多个在第一频率上的时分多址(TDMA)帧,且步骤A)包括以下步骤:在多个TDMA帧的第一帧内的第一时隙发送该消息的第二部分。
8.一种在无线电通信系统中利用通信资源在多个通信装置之间交换消息的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
A)从多个通信装置的第一个通信装置在该通信资源内第一频率的第一时间里发送消息的第一部分;
B)确定该通信资源的质量;
C)当该通信资源的质量不满意时,在该通信资源内在该第一频率的第一时间相关联的某个时间里以及在第二频率的某第二时间里,发送该消息的第二部分。
9.权利要求8的方法,其特征在于,包括以下步骤:
D)识别该第一部分消息的误码率(BER)下降到一个预定的阈值以下的时间,即何时通信资源的质量是不令人满意的。
10.一种数字发射机,用以利用一种通信资源向一个通信装置发送消息,该通信资源包括在一个第一频率上的多个时分多址(TDMA)帧和在第二频率上的多个TDMA帧,其特征在于,该数字发射机包括:
用以在第一频率上的多个TDMA帧的第一个帧内的第一个时隙里发送其消息的第一部分的装置;
用以确定该第一时隙的质量的装置;以及
可操作地耦合到确定质量的装置上、用以在该第一时隙上发送一个第二部分消息并在该多个TDMA帧的第二个帧内的第二时隙里在该第二频率上发送第二部分消息的装置。
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