数据传输方法、系统与网络单元的制作方法

专利名称：数据传输方法、系统与网络单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据传输方法和一种网络单元，例如使用跳频的电信系统中的基站控制器。
背景技术：
跳频包含以规则时间间隔改变一个信道使用的频率。跳频用于降低诸如瑞利衰落带来的衰减的影响。一种已经实现的改进是干扰分集在高业务量区域蜂窝系统的容量受到频率复用带来的其自身干扰的限制。不同呼叫的载干比可能有很大的区别。载波电平随着移动台距离基站的远近以及两者之间的障碍物的数量而变化。干扰电平根据载频是否正被相邻小区的另一个呼叫使用而变化，它也随着干扰源的距离和电平而变化。使用跳频技术，就可在不同的用户之间循环使用信道，从而缩短每个用户具有低质量连接的时间。
典型情况下，当在蜂窝网络中使用跳频时，在具有相似跳频列表(MA列表，移动台分配频率列表)和不同随机跳频序列的若干小区彼此相邻的区域中，干扰最为显著。另一个问题是由于蜂窝网络通常包含多个分离的小区簇而造成的。对于存在属于不同小区簇中的小区的小区边界区域附近，干扰通常最高。

发明内容
本发明的优势在于提供一种使用跳频的改进方法、系统和网络单元。根据本发明的一个方面，提供一种在使用跳频并具有可允许干扰限制的电信系统中的数据传输方法，该方法包含执行具有一个或多个跳频区域的至少两个跳频层，各跳频层具有相互不同的跳频参数，以这样一种方式将一个跳频层设置在另一层之上，使得跳频区域的边界区的重叠最小化，估计全系统或系统中预定部分的干扰，如果干扰过高，就将一个或多个用户转移到另一个跳频层。
根据本发明的另一个方面，提供一种使用跳频的网络单元，该网络单元包含用于执行至少两个跳频层的部件，每层有一个或多个跳频区域，各跳频层具有相互不同的跳频参数；用于以这样一种方式设置跳频层，使得跳频区域的边界区的重叠最小化的部件；用于处理全系统或系统中预定部分的干扰信息的部件；和用于将一个或多个用户转移到另一个跳频层的部件。
根据本发明的另一个方面，一种使用跳频的网络单元被构造成执行至少两个跳频层，每层有一个或多个跳频区域。各跳频层具有相互不同的跳频参数，使得跳频区域的边界区的重叠最小化。该网络单元被构造成处理全系统或系统中预定部分的干扰信息，并将一个或多个用户转移到另一个跳频层。
根据本发明的另一个方面，提供一个使用跳频并具有可允许干扰限制的数据传输系统，该系统包含用于执行至少两个跳频层的部分，每层有一个或多个跳频区域，各跳频层具有相互不同的跳频参数；用于以这样一种方式将一个跳频层设置在另一层之上，使得跳频区域的边界区的重叠最小的部分；用于测量全系统或系统中预定区域的干扰，并将干扰与限制相比较的部分；和用于将一个或多个用户转移到另一个跳频层的部分。
本发明进一步的实施例在从属权利要求中详述。
本发明的方法和系统提供了几种优势。例如，在本发明的优选实施例中，网络可以向用户提供受跳频干扰影响更小的连接，因而网络中的话音质量降低很小。因为有更多可用的连接，就会得到更高的频谱使用效率，这样网络容量也就提高了。


接下来将结合优选实施例和附图对本发明做详细描述，其中图1示出了一个电信系统的实例；图2是一个流程3A-C示出了一个网络的实例；图4A-B示出了一个网络的另一个实例；
图5示出了一个基站控制器的实例。
具体实施例方式
参照图1，我们考察一个可以能够应用本发明优选实施例的数据传输系统的例子。本发明可用于各种使用跳频的无线通信系统。这种通信系统的一个例子是GERAN或GSM/EDGE无线接入网。它是这样一种无线接入网络，其中包含GPRS和EDGE技术并且可以与UMTS核心网相连，从而允许进行基于IP的实时业务，例如IP电话(IPT)，基于IP的流类和IP多媒体业务。
如这里所使用的，跳频是一种以预定方式将信号的临时载波频率周期性地改变到选定频谱内的其它位置的技术，所述选定频谱宽于传输的最小要求频谱。
对于本领域技术人员来说，很明显本发明的方法可以被应用于使用不同调制方式或空中接口标准的系统中。图1是一个简化的适用本发明实施例的数字数据传输系统。这是蜂窝无线系统的一部分，其中包含一个基站100，该基站有双向无线链路102和104分别连接用户终端106和108。用户终端可以是固定的、车载的或者便携式的。基站包括一个或多个收发信机，每个收发信机与天线单元有一连接，天线单元建立到用户终端的双向无线链路。基站可以进一步连接到基站控制器110，基站控制器将终端的连接发射到网络的其它部分。基站控制器可以以集中方式控制连接到它的若干基站。
蜂窝无线系统也可以与其它网络通信，例如公共交换电话网或互联网。
图2是根据本发明的示例性实施例的流程图。该实施例是可用于使用跳频的电信系统的方法。电信系统最好是同步的。该实施例使用几个相互间干扰尽可能小的跳频层。干扰最好通过应用一个基站簇内的MAIO/HSN簇规划来控制，基站簇是指一组彼此间同步的基站，换句话说，各基站正使用相同的跳频序列，但是从不同的频率开始，以避免在同一时间使用相同的频率。MAIO(移动台分配索引偏移)是一个无线时隙的跳频序列起点，所述无线时隙使用相同的移动台分配频率列表，但是被同步以便在同一时间使用不同频率。HSN(跳频序列号)是一个在跳频序列随机化过程中使用的参数。典型情况下，在GERAN系统中，跳频序列号0表示循环跳频，编号1...63表示伪随机(随机化)跳频。每个跳频组可以有其自身的跳频序列号。
在同步小区簇中，如果相同的收发信机特定偏移(MAIO)在小区簇中只用一次，可以降低互干扰。实际上，不同偏移(MAIO)的个数等于跳频列表(MA列表)中频率的个数。所以，形成小区簇的小区中收发信机的总数不能超过跳频列表中频率的总数。这样就给小区簇的大小设置了一个限制。所以，典型的蜂窝网络包含多个分立的小区簇，其中每个小区簇的小区中的互干扰可以被降低。然而，在位于不同簇的小区之间仍然存在随机干扰。
例如，可以针对整个网络，针对每个跳频层或针对每个连接设置对允许干扰的限制。该限制通常由所用的空中接口标准来决定。
本方法从块200开始。在块202中，执行至少两个跳频层，所述跳频层包括一个或多个跳频区域。各跳频层最好具有彼此不同的跳频参数，例如MAIO和/或HSN。跳频区域可以例如与电信系统的小区，或者由属于相同簇的基站产生的一组小区(一组小区可以称为一个小区簇)相同。每个跳频层最好由不同的收发信机来执行。
在块204中，跳频层以这样的方式被设置成一个在另一个上，使得跳频区域的边界区的重叠最小化。采用这种优选方法的原因是在跳频区域的边界区中干扰水平最高。因而，在某一跳频层遭受严重干扰的区域，就会有另一个跳频层，其干扰情况会好些。边界区通常是一个簇边界区(几个簇的边界区)或者跳频区域边界区。
在块206中，估算系统或者系统的预定部分中的干扰。在无线网络中估算干扰有几种可能方法。例如，可以基于载干比(CIR)测量来进行估算。CIR测量通常是周期性进行的。CIR是在微波中继和其它通信系统中使用的一种指示干扰的(interference-specifying)的比率。通常通过测量期望的信号，将其关闭，再测量不期望的信号，从而估算CIR。两次测量的比值通常用分贝来表示。测量一般在用户终端中进行。测量信息可以在几个网络单元中处理，例如在基站或基站控制器中。在块208中，判断干扰电平是不是太高，例如是否超出了由运营商设定或根据标准确定的预定门限。
如果干扰过高，一个或多个用户在块210被转移到另一个跳频层。这种转移通常是通过执行切换来实现。切换是本领域众所周知的技术，所以这里不再赘述。
支持无线资源管理功能尝试在初始信道分配和可能的干扰切换过程中寻找最合适的跳频层。因为跳频层以重叠尽可能小的方式设置在彼此的上方，如果用户位于簇边界区或者跳频区域边界区并因此遭受干扰，很可能在另一个跳频层给用户找到一个质量可以接受的连接。
另外，不同的跳频层可以有不同的频率负载。频率负载是指一个频率信道的总体使用率。例如，它可以被定义为一个特定的频率在小区中被发射一次的概率。在这种情况下，100％频率负载意味着频率在每个小区中连续发射。所以，频率负载描述一个跳频层中存在的干扰的水平。这样，一个具有高频率负载的跳频层适合使用链路性能增强特性，例如AMR或SAIC的用户终端，而其它频率负载比较低的层更适合不使用链路性能增强方法的用户终端。AMR(自适应多速率信道编码)是一种根据主要信道条件进行自适应的信道编码技术。这种自适应基于用户终端和收发基站(BTS)中接收到的信道的质量估计。SAIC(单天线干扰抵消)是一种使用旨在降低主干扰源的有害影响的信号处理算法的无线接收增强技术。类似的增强型干扰抵消接收机也可以用在收发基站当中。
跳频频带可以被分成几个子频带。子频带的数目最好与层的数目相同。很多情况下，两个层是最好。过窄的跳频频带可能对本方案不太适合，因为如果跳频频率列表中的频率太少，会降低跳频带来的好处。在实践中，通常最少建议8到10个频率，以避免以跳频带来的好处为折衷代价。然而，使用较少频率时跳频带来的好处可能仍然是可以接受的，因为从频带分割获得的好处会超过跳频性能的损失。
本方法在块212结束。箭头214指出了这种情况，这里干扰水平不是过高，而箭头216指出了重复本方法的可能性。
下面将结合附图3A-C和4A-B解释本发明的另一个实施例。
图3A示出了跳频层312的一个实例。跳频层的每个跳频区域包括由三个无线小区组成的簇(组)。本例中一个簇中的基站之间相互同步，也就是说，各基站正使用相同的跳频序列，但是从不同的频率开始，以免在同一时间使用相同的频率。
基站300A-I产生跳频区域，其在本例中是由三个无线小区组成的簇(组)。基站300A-I是扇区化的基站，以产生多于一个的小区。图中不同的频率区域用参考序号302A-F来标记。跳频区域(无线小区)的形状在实际中可以自然地变化。显然，跳频区域也会在边界产生重叠。干扰最显著的区域，例如簇边界区或跳频边界区用参考序号304A-G来标记。
图3B示出了另一个跳频层314的一个实例。本例中，跳频层的每个跳频区域包括由三个无线小区组成的簇(组)。基站306A-H产生无线小区。基站306A-H是扇区化的基站，其目的是产生多于一个的小区。图中跳频区域用参考序号308A-F来标记。跳频区域(和无线小区)的形状在实际中可以自然地变化。显然，跳频区域也会在边界产生重叠。干扰最显著的区域，例如簇边界区用参考序号310A-E来标记。
图3C示出了一个简化的例子，说明两个跳频层312和314如何能够以边界区(干扰最高的区域)不会显著重叠的方式设置在彼此的上方。为简明起见，省略了图3A-B中的一些参考序号和一些其它细节信息。干扰是通过在每个基站簇内使用MAIO/HSN簇规划来控制的。跳频层312最好具有不同于跳频层314的MAIO/HSN方案。如果跳频层312的某一区域的干扰太高，无线资源管理单元将一个或多个用户转移到另一个跳频层。在初始信道分配和干扰引起的切换过程中，支持无线资源管理功能尝试寻找最适合的跳频层。因为跳频层以重叠尽可能小的方式设置在彼此的上方，所以极有可能在另一跳频层中为用户找到质量可以接受的连接。例如，如果用户位于跳频层312的严重干扰区域304E中，从图3C可以看到，在跳频层314中，同一地点没有边界区域，因而那里的干扰极有可能较小。所以用户就可以被转移到跳频层314。
图4A示出了跳频层406的另一个例子。在这种情况下，簇的尺寸更大(6个小区)。更大的簇尺寸导致有效频率复用降低，因而干扰比较显著的区域就少了。所以，这种安排可能更适用于不采用链路性能增强方法的连接。基站400A-G最好是扇区化的基站，以产生多于一个的小区。图中跳频区域用参考序号402A-D来标记。跳频区域(无线小区)的形状在实际当中可以自然地变化，而且很显然，它们也会在边界产生重叠。这些区域，例如干扰最显著的边界区域用参考序号404A-C来标记。
图4B示出了一个简化的例子，说明两个跳频层314和406如何能够以边界区(干扰最高的区域)不重叠的方式设置在彼此上方。为简明起见，省略了图3B和4A的一些参考序号和一些其它细节信息。干扰最好通过在每个基站簇内使用MAIO/HSN簇规划来控制。跳频层314具有不同于跳频层406的MAIO/HSN方案。如果跳频层314的某一区域的干扰太高，无线资源管理单元就将一个或多个用户转移到另一个跳频层。在初始信道分配和干扰引起的切换过程中，支持无线资源管理功能会尝试寻找最适合的跳频层。因为跳频层以重叠尽可能小的方式设置在彼此的上方，所以极有可能在另一跳频层为用户找到质量可以接受的连接。例如，如果用户位于跳频层406的一个被严重干扰的区域404C，从图4B可以看到，在跳频层314中，在同一地点没有边界区，因而那里的干扰极有可能较小，所以用户就可以被转移到跳频层314。
跳频层406具有较小的频率复用因子，因而可能更适合那些不使用链路性能增强方法的用户终端。相反，跳频层314有较小的簇尺寸和更紧密的频率复用因子。因此更适用那些采用了链路性能增强方法的用户终端，因为它们可以容忍更高的干扰电平。
接下来将参考图3A-C和4A-B描述跳频层选择算法的例子。一个适合于信道分配阶段的算法包括如果请求信道分配的用户终端能够使用诸如AMR或SAIC的链路性能增强技术，连接会建立在跳频层312或314，否则将选择跳频层406。
一个适合干扰引起的切换的算法包括如果在一个跳频层上的连接受到干扰引起的极低质量的影响，就会从另一个跳频层分配一个新的信道，新的跳频层与当前跳频层的边界不重叠。因为新层的干扰较低，连接的质量就会提高。
下面详细介绍用于估计无线连接的CIR(载干比)的算法。通常通过测量期望信号，将其关闭，然后再测量不期望的信号，来估计CIR。两次测量的比值用分贝来表示。典型情况下测量是在用户终端中完成的。测量信息可以由若干网络单元中处理，例如在基站和基站控制器中。
CIR估计基于从用户终端接收的最近的测量报告。测量报告包括从服务小区测得的信号电平和最强的邻近小区信号电平。根据测量报告和网络配置数据库中可得到的小区标识信息，网络的RRM(无线资源管理)功能能够确定跳频层的每个相邻小区中使用的跳频序列号。RRM是移动通信系统中的一组功能，用于建立、维护和释放移动通信所需的无线连接。
原则上，对于其跳频序列号与属于相同MAIO/HSN簇的服务小区的当前跳频层中使用的跳频序列号相同的小区，不会对用户连接造成干扰。但是，对于具有不同HSN和包括与服务小区的服务跳频层中使用的频率信道全部或部分相同的射频信道的跳频列表的跳频层，会造成彼此间的干扰。RRM功能将识别出来的干扰信号的功率相加并为服务小区内的每个跳频层计算CIR估计。
使用适于初始信道分配的CIR估计的算法将在下面进行详细解释。该算法使用针对两个可用跳频层执行的CIR估计。可以对整个网络，每个跳频层或每条连接设置CIR限制(对允许干扰的限制)。该CIR限制可依赖于几个参数，例如可允许链路性能增强或用户优先级。跳频层314使用较小的MAIO/HSN簇和较紧凑的频率复用因子。所以它更易于产生干扰。最好节省受干扰较小的跳频层406的资源，以便仅在需要的情况下使用它们。如果CIR要求得到满足的话，最好将连接分配到跳频层314上。如果干扰过高，就将连接分配到跳频层406上。如果跳频层314的载干比超过设定的门限，但是跳频层406的载干比又高于跳频层314，连接应该分配给跳频层314。
在一个实施例中，可以通过检查干扰小区中正在使用哪些时隙来改进载干比估计。当估计干扰时，由未使用的时隙造成的干扰电平可以认为是零。另外，可以通过考虑由功率控制功能带来的可能的用户终端或者收发基站功率衰减来进一步改进载干比估计。
下面描述使用适合于干扰引起的切换的CIR估计的算法。如果用户所感受的质量被认为是不令人满意的，该算法检查是否有一个跳频层的估计载干比优于当前跳频层。如果找到这样的一个跳频层，就执行一个到该跳频层的切换。
如图5所示，一个简化的框图示出了基站控制器(或者在某种程度上，一个无线网络控制器)的逻辑结构的例子。基站控制器是网络单元的一个例子，它能够应用本发明的实施例。一个基站控制器BSC监视若干基站，基站的数量是可变的。BSC的主要任务是频率管理、基站的控制和交换功能。BSC可以是一个单独的网络单元，也可以是其它网络单元，例如基站的一部分。
简单地说，BSC可以被认为是一个拥有相当的计算能力的交换机。交换机500负责核心网与用户终端之间的连接。在本例中，基站控制器位于Abis 502与A 514接口之间。网络控制器通过接口单元504，512连接到这些接口。Abis接口位于BSC与MSC(移动业务交换中心)之间。MSC是一个无线网络单元，用于执行交换功能并控制无线网络与诸如公共交换电话网或互联网的其它网络之间的互操作。
无线网络控制器的功能可以被分为两类无线资源管理508和控制功能506。操作与管理接口功能510用作针对网络管理功能的信息传输介质。无线资源管理是一组算法，用于共享和管理无线路径连接，使得连接的质量和容量足够。主要的无线资源管理算法包括切换控制、功率控制、准入控制、包调度和跳频控制，而控制功能负责与基站和用户终端之间无线连接的建立、维护和释放等相关的功能。
无线资源管理和控制功能可以实现若干功能，包括执行跳频层、控制基站以边界区的重叠最小的方式将跳频层设置在彼此的上方、处理全系统或者系统中预定部分的干扰信息以及在需要的情况下将一个或多个用户转移到另一个跳频层。
上面公开的根据本发明的数据传输方法的实施例的功能可以有利地通过将功能编程为软件来实现，典型情况下该软件位于基站控制器或者相应设备的无线资源管理模块和/或控制模块中。例如，该实现也可以是ASIC(专用集成电路)部件或其它硬件结构。组合运用不同实现方式也是可行的。
虽然本发明是结合附图的实例来描述的，但是很显然本发明并不限于此，它可以在权利要求的范围内以多种方式进行变化。
这里仅在示例性实施例和实现的背景下描述了本发明。因而本发明并不限于这些特定的实例，而应该由所附权利要求及其合法等同表述来限定。
除非与现实的可能性相抵触，本发明人申明各实施例中的单元可以以任何方式组合，而且这里描述的方法的顺序可以以任何顺序进行。
权利要求
1.一种使用跳频且具有可容许干扰限制的电信系统中的数据传输方法，该方法包括执行至少两个跳频层，每层包含一个或多个跳频区域，各跳频层具有彼此不同的跳频参数；以使各跳频区域的边界区的重叠最小的方式一个在另一个上方地设置跳频层；估计系统或者系统中预定部分的干扰；如果干扰过高，转移一个或多个用户到另一跳频层。
2.根据权利要求1的方法，其中跳频区域至少基本上与电信系统的无线小区大小相同。
3.根据权利要求1的方法，其中跳频区域与一个小区簇的大小相同，该小区簇包含电信系统中预定数量的无线小区。
4.根据权利要求1的方法，其中电信系统被同步，以允许同步使用跳频序列。
5.根据权利要求1的方法，其中各跳频层的跳频参数彼此不同，使得各层不会彼此干扰。
6.根据权利要求1的方法，其中干扰估计包括载干比(CIR)测量。
7.根据权利要求1的方法，其中各跳频层具有不同的频率复用因子。
8.根据权利要求1的方法，其中所用的跳频频带被分到各跳频层。
9.一种使用跳频的网络单元，该网络单元包括用于执行至少两个跳频层的装置，其中每层包含一个或多个跳频区域，各跳频层具有彼此不同的跳频参数；用于以使各跳频区域的边界区的重叠最小的方式设置跳频层的装置；用于处理电信系统或者系统中预定部分的干扰信息的装置；和用于转移一个或多个用户到另一跳频层的装置。
10.根据权利要求9的网络单元，其中跳频区域至少基本上与电信系统的无线小区大小相同。
11.根据权利要求9的网络单元，其中跳频区域与一个小区簇的大小相同，该小区簇包含电信系统中预定数量的无线小区。
12.根据权利要求9的网络单元，其中该网络单元与电信系统同步，以允许同步使用跳频序列。
13.根据权利要求9的网络单元，其中各跳频层的跳频参数彼此不同，以防止各层彼此干扰。
14.根据权利要求9的网络单元，其中干扰信息包含载干比(CIR)测量的结果。
15.根据权利要求9的网络单元，其中各跳频层具有不同的频率复用因子。
16.根据权利要求9的网络单元，进一步包含用于将所用的跳频频带分给各跳频层的装置。
17.一种使用跳频的网络单元，该网络单元构造成用于执行至少两个跳频层，其中每层包含一个或多个跳频区域，各跳频层具有彼此不同的跳频参数；以各跳频区域的边界区的重叠最小的方式设置跳频层；处理电信系统或者系统中预定部分的干扰信息；和转移一个或多个用户到另一跳频层。
18.一种采用跳频并且具有允许干扰的限制的数据传输系统，该数据传输系统包括用于执行至少两个跳频层的装置，其中每层包含一个或多个跳频区域，各跳频层具有彼此不同的跳频参数；用于以使各跳频区域的边界区的重叠最小的方式一个在另一个上方地设置跳频层的装置；用于测量系统或者系统中预定部分的干扰并将干扰与所述限制进行比较的装置；和用于转移一个或多个用户到另一跳频层的装置。
全文摘要
一种使用跳频且具有可容许干扰限制的电信系统中的数据传输方法，该方法包括执行至少两个跳频层，每层包含一个或多个跳频区域，各跳频层具有彼此不同的跳频参数；以各跳频区域的边界区的重叠最小的方式一个在另一个上方地设置跳频层；估计系统或者系统中预定部分的干扰；如果干扰过高，转移一个或多个用户到另一跳频层。
文档编号H04B1/713GK1540877SQ20041003500
公开日2004年10月27日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月25日
发明者玛蒂·塞尔曼凯塔, 玛蒂 塞尔曼凯塔 申请人:诺基亚公司