CN1244979A - Sdma分组无线系统以及信道估计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及采用SDMA建立信道的一种分组无线系统。该分组无线系统包括网络部分(100),至少一个用户终端(102),以及网络部分(100)和用户终端(102)之间的双向无线连接(104)。该双向无线连接(104)用于连接建立和分组传输。本发明的特征在于,连接建立过程中,网络部分(100)和用户终端(102)建立一个特殊信道(210),其范围远远大于普通信道(200)。特殊信道(210)的比特能噪比比普通信道(200)好5—12分贝。
Description
本发明涉及采用SDMA的分组无线系统，所述系统包括网络部分，至少一个用户终端，以及网络部分和用户终端之间的双向无线连接，所述双向无线连接用于连接建立和分组传输。
分组无线系统是指采用固定网中众所周知的分组交换技术的无线系统。它与电路交换无线系统相对应。电路交换是建立用户间连接的一种方法，该方法为连接分配预定数量的传输容量。在整个连接持续期间，传输容量专用于所述无线连接。因此，已知的无线系统，例如基于GSM的GSM 900/DCS 1800/PCS 1900系统，以及采用CDMA技术的US无线系统都是电路交换的。分组交换的这样一种方法，其中通过在包含地址和控制数据的分组中发送数据来建立用户间的连接。多个连接可以同时使用相同的传输连接。在近几年中，分组交换无线系统的使用，尤其是在数据传输中的使用已成为研究的主题，因为分组交换非常适于例如计算机程序所需的数据传输，后者在脉冲串中生成需要发送的数据。在这种情况下，不需要所有时间都占用数据传输连接，而是仅在分组传送期间占用。这大大节省了构造和使用网络时的成本和容量。
分组无线网络的研究开始于1968年夏威夷大学的ALOHA项目，其中主计算机通过无线连接连接到远程终端。目前，分组无线网络是GSM系统的进一步发展中非常吸引人的一个目标，在这种连接中它被称为通用分组无线业务(GPRS)。例如，ETSI GSM规范(ETSI GSM03.64)描述了GPRS中网络部分和用户终端之间的空中接口。
在GSM系统中，一个物理信道是TDMA帧的一个时隙。逻辑信道是普通信道或专用信道。TDMA帧包括8个时隙。对专用信道而言，定义了26个TDMA帧长的26复帧，使用TDMA帧的时隙1-7。通用信道则相应定义了51个TDMA帧长的51复帧，使用TDMA帧的时隙0。通用信道包括广播信道(BCH)和通用控制信道(CCCH)。BCH信道包括纠频信道(FCCH)，同步信道(SCH)和广播控制信道(BCCH)。CCCH信道包括寻呼信道(PCH)，接入授权信道(AGCH)和随机接入信道(RACH)。专用信道包括业务信道(TCH)和专用控制信道(DCH)。DCH信道包括独立专用控制信道(SDCCH)，慢相关控制信道(SACCH)，以及快相关控制信道(FACCH)。
按照前述ETSI GSM规范03.64，在分组无线系统中定义了一个物理信道，分组数据信道(PDCH)，用于连接建立和分组传输，所述信道实际上是一个业务信道。在PDCH信道中，又划分了逻辑信道。逻辑信道被划分成分组通用控制信道(PCCCH)和分组业务信道。分组业务信道包括分组数据业务信道(PDTCH)和分组相关控制信道(PACCH)。PCCCH信道包括分组随机接入信道(PRACH)，分组寻呼信道(PPCH)，分组授权信道(PAGCH)和分组广播控制信道(PBCCH)。
在本申请的描述中，呼叫信道是指分组无线系统在与连接建立和撤销相关联的操作，例如呼叫用户终端，保留一个信道等操作中所需的那些信道。例如在常规的GSM系统中，这些信道是下行连接中的PCH和AGCH信道，以及上行连接中的RACH信道。在采用分组无线系统的GSM系统中，相应的信道是下行连接中的PPCH和PAGCH信道，以及上行连接中的PRACH。
SDMA(空分多址)技术用于增加无线系统中专用信道的覆盖区。这采用智能天线方案来实现，从而为单个用户的连接分配定向天线射束。天线射束的定向或者通过物理移动需要定向的天线，或者以电子方式改变天线的辐射模式来实现。最大的问题在于，在连接建立时，用户终端的位置未知，所以无法定向天线射束。在普通无线系统中，解决该问题的一种方法是增加连接建立时所需的通用信道的传输功率。该方案引起了新的问题，因为它较为昂贵，并且技术实现复杂。此外，因为GSM采用普通业务信道来传送公用信道，所以该方案不适用于采用GPRS的GSM系统。另一种已知方案更不理想：信任通用信道会在预定敏感值之下正常工作。这大大损伤了系统的操作及其操作的可靠性。在分组无线系统中，还没有开发出运作良好的系统。
因此，本发明的一个目的是提供一种分组无线系统，它能够有效地使用SDMA，而避免前述问题。
这通过前序中描述的系统来实现，其特征在于，连接建立过程中，网络部分建立一个特殊信道，其范围远远大于普通信道。
本发明还涉及前序中描述的一种系统，所述系统的特征在于，连接建立过程中，用户终端建立一个特殊信道，其范围远远大于普通信道。
本发明还涉及在采用SDMA的分组无线系统中建立信道的一种方法，所述分组无线系统包括网络部分，至少一个用户终端，以及网络部分和用户终端之间的双向无线连接，所述双向无线连接用于连接建立和分组传输。
该方法的特征在于，该方法包括以下步骤：A)连接建立过程中，建立一个特殊信道，其范围远远大于普通信道。
本发明的系统具有多个突出的优点。因为可以使用SDMA技术，所以可以完全采用利用定向天线增加小区覆盖面集的方法。大大提高了发送的呼叫信道的净荷比特能噪比。这是因为，例如在窄带特殊信道情况下，在传输功率保持恒定时，净荷比特能噪比反比于传输的比特速率。这大大增加了基站的覆盖面积。对网络部分和用户终端而言，该方案都是技术上易于实现，并且因为不需要新部件，所以不会增加设备生产的成本。
本发明的方法提供的优点与上述系统相同。显然，可以结合优选实施例和详细实施例产生不同的组合，以实现所需的技术效率。
下面结合附图所示例子详细描述本发明，在附图中
图1说明了分组无线系统；
图2说明了普通载波和包含特殊信道的载波的一个例子；
图3说明了上行连接的普通信道的一个例子；
图4说明了上行连接的特殊信道的一个例子；
图5说明了系统的实现。
让我们考察图1。无线系统包括网络部分100和用户终端102，具有中间双向无线连接104。无线连接104用于在预定载频上发送具有帧结构的无线信号。在GSM系统中，帧包括多个时隙。在每个时隙中有一个通用信道或专用信道。
按照本发明，网络部分100和用户终端102在连接建立过程中建立一个特殊信道。特殊信道的范围远远大于普通信道。该信道的比特能噪比比普通信道好5-12分贝。现在让我们考察图2，该图说明了GSM系统的下行连接中部分频率范围的一个例子。载频中点间的距离是200kHz。X轴分别示出了3个信道935.2MHz，935.4MHz和935.6MHz。Y轴示出了传输功率。波形200，202说明了用于分组传输的普通信道。波形210说明了一般包括一个信道的200kHz频带如何窄化成25kHz的宽度。这样，它以1∶8的比率窄化。窄化的比率可以在1∶3-1∶16之间变化。因为信道的容量减少，发送特定量信息需要更多的时隙。因而也减少了需要发送的信息量，数据传输容量仅约为普通信道数据传输容量的1/16-1/3。特殊信道应当最好只用于发送数据连接建立所需的数据。换句话说，在连接建立之后，分组传输使用普通信道。这样，因为用户终端相对于基站的位置已知，所以可以使用定向天线射束。另一中实现分组传输的方式是在连接建立之后仍使用特殊信道进行分组传输。前面已经提过，特殊信道的平均传输功率与普通载波相同。一种实施例涉及连接建立中仅在上行连接中使用特殊信道，例如特殊PRACH信道，并在普通信道，例如PAGCH信道上完成下行连接所需的信令。这是可行的，因为在从用户终端102接收到连接建立请求之后，网络部分100知道该用户终端的位置，因而网络部分100在其发往用户终端102的传输中可以使用定向天线射束。
此处连接建立也指连接期间进行的控制操作。同一用户的连续分组之间，用户终端102的位置可以发生根本的变化，使得天线射束方向的前一数据无法再导致成功的分组传输。这又需要本发明的一种方法，其中网络部分100可以检测到用户终端102相对于收发信机的方向。
现在让我们考察图3。该图示出了采用分组无线系统的GSM系统的一个51复帧。在时隙0中发送RACH信道。时隙1-7是专用信道。时隙2中的业务信道专用于分组无线系统，用以发送PRACH信道。按照本发明，如图4所示建立特殊信道。剩下的时隙0，1，3，4，5，6和7的内容在另一普通载波上发送。PRACH信道在时域中扩展到所有时隙，因为通过前述方式，现在该信道的频带变得更窄，其数据传输速率较低。对应的操作自然在下行连接上进行。
按照本发明，编码确保了特殊信道上得到高增益。这种编码确保了在连接建立时，可以在普通信道范围之外接收到甚至包含差错的特殊信道，基于有效的纠错编码和交织，可以正确地解码原先发送的信息。例如在采用CDMA(码分多址)技术的分组无线系统中，特殊信道通过其自身的扩频码扩频，并进行有效的编码，在CDMA系统中，用户的窄带数据信号乘上一个其频带比该数据信号宽得多的扩频码，从而扩频到相当宽的频带上。相乘使得数据信号能够扩频到整个可用频带。网络部分和用户终端之间的每个连接都具有其自身的扩频码，这使得接收机能够基于每个用户的扩频码来区分用户的信号。因此，每个用户可以在相同频带上同时发送。另一种方案是在特殊信道上发送较少的信息，这样扩频率较为有利，从而确保发送信息的无差错接收。所描述的更有效的编码和减少的发送信息量自然也适用于其它多址接入系统(例如FDMA，TDMA)，以及这些系统的不同组合所形成的系统。
本发明的特殊信道也可以通过以下方式建立：组合不同方法，使得特殊信道的范围比普通信道长。例如组合本身众所周知的传输功率的增加，所描述的更为有效的编码和带宽的变化，从而提供了按照本发明的方案。选择最适用主要环境的组合。
现在让我么来考察图5，该图所示例子说明了本发明所需方案如何完成。按照图1，该系统的必要部分是网络部分100和用户终端102，以及中间无线连接104。网络部分包括基站，基站控制器和移动交换中心。让我们考察图5，该图通过例子描述了系统如何进行必要的处理。基站控制器500与基站510联系。基站控制器500包括一个组交换网络502，变码器504和控制单元506。组交换网络502用于交换语音，数据和分组，并用于连接信令电路。变码器504在公众电话交换网和移动电话网所用的语音编码的不同数字形式之间转换，使其兼容。控制单元506完成呼叫控制，移动性管理，统计数据和信令的收集。基站510包括帧单元512，跳频单元514，载波单元516和天线518。在帧单元512中进行信道编码，信道交织，数据加密和脉冲串生成。在跳频单元514中，可选地跳频到基带载波。在载波单元516中进行发送信号的调制和A/D转换。用户终端102包括天线520，双工滤波器522，发射机524和控制部件526。发射机524包括调制器530，信道编码器532，加密器534和源编码器536。
基站控制器500请求基站510例如在GSM系统的PPCH信道上，向用户终端102发送连接建立消息，以建立到该用户终端102的连接。在载波单元516中生成的载波包含特殊信道，所述载波通过天线518发送到用户终端102。用户终端102相应在例如GSM系统中的PRACH信道上响应该连接建立消息。在调制器530中生成的载波包含特殊信道，所述载波发送到基站510。前面的描述中没有包括基站510和用户终端102的接收机，因为它们对该描述并不重要。实现本发明的最简单的形式是转换本发明方法的步骤，使其可以由软件执行。然后，可以将软件安置于例如基站控制器500的控制部分506的存储器中。然后，控制部分506发信号给基站510，确保帧单元512中所需数据被安置于发送信道。还发信号给载波单元516，告知它必须在哪个频率上发送特殊信道。这种方案还可以通过通用处理器，信号处理器或离散逻辑来实现。在本发明精神内可以以另一方式划分基站控制器500和基站之间的功能。用户终端的软件可以存储在控制部分526的存储器中，该存储过程可以在所述控制部件526中进行。在这种情况下，软件控制发射机524的操作，尤其是器调制器530的操作。该方案还可以通过通用处理器，信号处理器或离散逻辑来实现。
尽管以上结合附图所示例子描述了本发明，但显然本发明并不局限与此，在后附权利要求书所公开的创新思想范围内，可以通过多种方式予以改进。
Claims (23)
1.采用SDMA的一种分组无线系统，所述系统包括网络部分(100)，至少一个用户终端(102)，以及网络部分(100)和用户终端(102)之间的双向无线连接(104)，所述双向无线连接(104)用于连接建立和分组传输，其特征在于，连接建立过程中，网络部分(100)建立一个特殊信道(210)，其范围远远大于普通信道(200)。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，特殊信道(210)的比特能噪比比普通信道(200)好5-12分贝。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于，特殊信道(210)的数据传输容量约为普通信道(200)数据传输容量的1/16-1/3。
4.根据权利要求1的系统，其特征在于，特殊信道(210)的平均传输功率是普通信道(200)的平均传输功率。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于，特殊信道(210)的带宽远远窄于普通信道(200)的带宽，约为普通信道(200)带宽的1/16-1/3。
6.根据权利要求1的系统，其特征在于，在特殊信道(210)上进行确保得到高增益的编码。
7.根据权利要求1的系统，其特征在于，网络部分(100)在连接建立之后使用普通信道(200)进行分组传输。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于，网络部分(100)在连接建立之后使用特殊信道(210)进行分组传输。
9.采用SDMA的一种分组无线系统，所述系统包括网络部分(100)，至少一个用户终端(102)，以及网络部分(100)和用户终端(102)之间的双向无线连接(104)，所述双向无线连接(104)用于连接建立和分组传输，其特征在于，连接建立过程中，用户终端(102)建立一个特殊信道(210)，其范围远远大于普通信道(200)。
10.根据权利要求9的系统，其特征在于，特殊信道(210)的比特能噪比比普通信道(200)好5-12分贝。
11.根据权利要求9的系统，其特征在于，特殊信道(210)的数据传输容量约为普通信道(200)数据传输容量的1/16-1/3。
12.根据权利要求9的系统，其特征在于，特殊信道(210)的平均传输功率是普通信道(200)的平均传输功率。
13.根据权利要求9的系统，其特征在于，特殊信道(210)的带宽远远窄于普通信道(200)的带宽，约为普通信道(200)带宽的1/16-1/3。
14.根据权利要求9的系统，其特征在于，在特殊信道(210)上进行确保得到高增益的编码。
15.根据权利要求9的系统，其特征在于，用户终端(102)在连接建立之后使用普通信道(200)进行分组传输。
16.根据权利要求9的系统，其特征在于，用户终端(102)在连接建立之后使用特殊信道(210)进行分组传输。
17.采用SDMA的分组无线系统中建立信道的一种方法，所述分组无线系统包括网络部分(100)，至少一个用户终端(102)，以及网络部分(100)和用户终端(102)之间的双向无线连接(104)，所述双向无线连接(104)用于连接建立和分组传输，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A)连接建立过程中，建立一个特殊信道(210)，其范围远远大于普通信道(200)。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于，特殊信道(210)的比特能噪比比普通信道(200)好5-12分贝。
19.根据权利要求17的方法，其特征在于，特殊信道(210)的数据传输容量约为普通信道(200)数据传输容量的1/16-1/3。
20.根据权利要求17的方法，其特征在于，特殊信道(210)的平均传输功率是普通信道(200)的平均传输功率。
21.根据权利要求17的方法，其特征在于，特殊信道(210)的带宽远远窄于普通信道(200)的带宽，约为普通信道(200)带宽的1/16-1/3。
22.根据权利要求17的方法，其特征在于，在特殊信道(210)上进行确保得到高增益的编码。
23.根据权利要求17的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
B)在连接建立之后，使用特殊信道(210)进行分组传输。
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