专利名称：用于跳频扩展频谱系统中的自适应载波占用的系统和方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，特别是改进的无绳电话系统。
西门子无线终端(Siemens Wireless Termina1s)已经开发出了世界数字无绳电信(WDCT)系统，并将其作为一种DECT的遵从FCC的修改。WDCT是一个使用自适应差分脉码调制(ADPCM)的跳频扩展频谱系统。
跳频扩展频谱系统中的话音质量极大依赖于受到干扰的载波数。当使用TDMA帧结构并且一个载波被一个很强的干扰信号所干扰的时候，出现误码或者整个时隙丢失的可能性是很大的。
根据FCC第15部分，一个系统必须以任意顺序使用至少n个载波。对一个2.4GHz的系统来说，n＝75。可用载波数z取决于系统设计。另外，FCC第15部分要求每个载波在每y秒中的使用不能超过x毫秒。对一个2.4GHz的系统来说，x＝400毫秒，y＝30秒。
WDCT是以帧长10毫秒的TDMA帧结构为基础的。由于这种TDMA结构，帧被分为接收和发送时隙。
图1示出了一个示范性的WDCT帧。所示的是多个接收时隙RX1-RX4和多个发送时隙TX1-TX4。每个有效的发送或接收时隙，其持续时间都是833微秒。如果连接少于四个，也就是说有效时隙不到四对，那么在无效时隙中没有数据发送。另外，一个持续时间为417微秒的无效时隙在两个有效时隙之间被执行。
根据典型的WDCT实施过程，以任意顺序产生频率的跳跃算法假定如果一个连接是有效的(也就是说一个发送和一个接收时隙被使用)，那么为一个帧长(10毫秒)占用一个频率。在这种实施过程中，每个载波在一个30秒的时帧内只能被使用40次(400ms/10ms＝40)。
图2是根据本发明的示范性射频系统的一种实施方式的方框图。特别地，通常如10表示的那样，该系统可以作为一个跳频无绳电话系统来实施。系统10包括一个或多个基站12，其中每个都可以被称作一个固定部分(FP)。每个基站12都可以使用射频来支持与多个移动单元或是手机14和手机16的通信。基站12和手机14之间的接口可以被称作空中接口。根据本发明，基站12包括控制逻辑104，手机14和16包括控制逻辑106，以下将对此进行更为详细的描述。适于与根据本发明的系统一起使用的示范性系统是Gigaset系统，该系统可以从西门子公司得到。
在操作中，基站12可以支持规定总数的手机14和16。例如，在一种实施方式中，基站12可以支持总共八个手机，它们可以是空闲锁定也可以是有效锁定的。给定数值“M”可以是所有手机中有效锁定手机16的数目。例如，基站12可以支持总共八个手机当中的四个有效锁定手机16。在剩下的手机中，基站12可以支持给定数值“N”个空闲锁定手机14。例如，“N”可以小于或等于所支持的手机总数(例如8)与有效锁定手机16的数量“M”(例如0-4)之间的差值。空闲锁定手机14是当前无效，但与基站12有联系并与之同步的手机。基站12可以使用基于时分复用(TDM)帧的通信协议来与手机14和手机16通信。
在图2的实施过程中，系统10使用射频中的ISM频带来支持基站12与手机14和16之间的通信。举个例子，系统10可以使用从2.4GHz延伸到2.4835GHz的ISM频带。使用ISM频带的一个好处是没有许可证的并且不需要为使用交付许可证费用。然而，为了在FCC或其它政府规定中进行工作，系统10执行一个跳频方案。这使得系统10能够在ISM频带中支持牢固的无绳通信，同时工作在规定准则以内。在这种跳频方案下，基站12与手机14和16随频率不同而在时域移动。
由于变化的频率，当进入一个由基站12提供服务的区域时，手机最初处于开启状态。这样未锁定的手机能在一个特定射频上进行“监听”，以尝试锁定到基站12。当基站12将那个频率跳跃到特定频率时，未锁定的手机可以识别和接收基站12发送的控制数据。这使得未锁定的手机能够锁定到基站12并与该跳频方案同步。
图3是用于跳频无绳电话系统的帧频率的一个实施例的方框图。如图所示，通常20表示的帧结构包括多个帧22，其中，每一个都具有帧长24。在时域中，每个帧22都紧跟在前一帧22之后。
在图3的实施例中，不同频率(F1，F2，F3……FN，FN+1…)与每个帧22相关联，并在帧22中被用于基站12与手机14和16之间经由空中接口的通信。这种频率到频率的变化是由基站12与手机14和16所执行的跳频方案来处理的。在给定帧22的持续时间里，基站12与手机14和16使用为帧22所选择的频率来进行通信。当下一个帧22开始时，基站12与手机14和16使用一个新的被选频率来进行通信。在一个实施例中，帧长24是10毫秒，因此所用频率每隔十毫秒就发生变化。
图4A-4D对根据本发明的跳频的时间计算进行了描述。如上所述，FCC规定了使用ISM频带以内的频率的要求。例如，在一个30秒的周期里，该规定将系统可以使用一个频率的最大持续时间限制在0.4秒。如以下将要详细描述的那样，本发明只使用有效时隙来确定一个频率已被使用的达0.4秒的时间量。
图4A说明了只具有两个有效时隙401a，402a的帧400a，也就是说，只有一个有效连接。该时隙的持续时间是2*833微秒＝1.67毫秒。因此，在每个400毫秒中，对每个时隙对来说，每个载波可被使用接近240次。
图4B说明了使用两个有效连接的帧400b，也就是说，四个有效时隙401b，402b，403b，404b。该时隙的长度是4*833微秒＝3.332毫秒，因此一个载波能被使用120次。
图4C说明了使用三个有效连接的帧，也就是说，六个有效时隙401c-406c。该时隙的持续时间是6*833微秒＝4.998毫秒。因此，在每个400毫秒，每个载波能被使用几乎80次。
最后，即使是在具有四个有效连接的情况下，也就是说，八个时隙401d-408d(图4D)，本发明也考虑到了改进的选择。如果只有有效时隙401d-401d而没有无效间隔周期被用于计算，那么每个载波能被使用60次。
尽管任何一种实际上选择频率的方法都可被使用，但在1998年7月10日提交的，名为“Method and System for Table ImplementedFrequency Selection in a Frequency Hopping Cordless TelephoneSysten(用于跳频无绳电话系统中的表格实现的频率选择的方法和系统)”美国专利申请No.09/113,539给出了这样一种用于选择频率的方法，该申请在此全部引入作为参考，就像在这里被完整给出一样。
图5是通常由502表示的系统的方框图，该系统用于跳频无绳电话系统中的自适应载波占用。系统502可被操作来执行一个方案，该方案根据每一帧中的多个有效时隙来选择一个频率，用于基站12与一个或多个手机16之间的通信。在所示实施例中，系统驻留在基站12上并作为控制逻辑104的一部分被实现。类似系统504驻留在手机16上并可以作为控制逻辑106的一部分被实现。系统502、504可被操作来同时选择相同频率，这样基站12和手机16在跳跃的同时也可保持通信。
系统502包括一个频率选择模块506和一个包含计数器510的时隙监视模块508。模块506、508可以作为可执行软件代码的多种组合来执行，该软件代码运行在一个或多个处理器以及相关的存储设备上，例如随机存取存储器、只读存储器，或是诸如磁盘驱动器这样的大容量存储器。
频率选择模块506可以根据任何一种跳频方案来工作，并接收来自时隙监视器508的输入，以下将对此进行更为详尽的描述。更为特殊的是，时隙监视器508监视传输并使用计数器510来计算每一帧所发送的有效时隙数目。这可以包括只对有效连接的数目进行计算，或是将CRC校验和用于每个猝发、误码率或信号强度的方法。
然后，时隙监视器508将有效时隙数目通知给频率选择模块。这样，这些时隙的持续时间被频率选择模块506在其计算给定载波频率在特定30秒的周期中可用时间量时被使用。
例如，假设一个给定的频率已被用于三十(30)个有效连接。因此，频率已被使用了100.2毫秒。相同频率能被用于另外的140毫秒，或是83个单帧的有效连接(例如，图4A)，42个双帧有效连接(例如图4B)等等。
驻留在手机106上的系统504以相似的方式工作，其中包括FSM506a、SMM508a以及计数器510a。它可被操作成使用与系统502相同的跳频方案来对频率进行选择，这样基站12和手机16可以在它们跳跃频率的同时继续通信。另外，各种控制数据在基站和手机之间被交换，以确保两个单元都具有经过计算的相同的有效时隙数。
更为特殊的是，当手机16最初进入一个由基站12提供服务的区域时，它在一个特定频率上进行“监听”。当基站12跳经频率时，它发送控制数据。在某些点上，基站12将会在手机16监听的相同频率上发送控制数据。控制数据被手机所使用，以便于将其跳频方案同步到基站的跳频方案。
在操作中，基站12和手机16同步到一个跳频方案，这样它们可以进行通信。然后，每个都对与每个帧相关联的时隙是否有效进行监视。之后，基站12将一个控制信号发送到手机16，根据有效时隙数来指示特定频率上使用的时间量。手机16和基站12然后根据这些测定来对它们的可用频率的计算进行更新。
图6是实施根据本发明的一个方法的流程图。该方法可以通过例如图5的系统502和504来执行。在步骤602中，系统使用诸如基站的频率选择模块506和手机106的频率选择模块514所执行的跳频方案来工作。如以上所讨论的那样，频率每10毫秒或每个帧就被改变，在每个30秒中，没有一个频率可以被使用超过400毫秒。在步骤604中，时隙监视器监视在每个帧之中，也就是在每个频率上的各个发送与接收时隙。在步骤606中，指示这个信息的信令被提供给频率选择模块506。举个例子，所提供的数据可以是无效时隙数，或是与特定帧和频率有关的无效(或有效)时隙的实际时间，或是在对应频率可以使用的给定30秒周期中仍然可用的时间量。基站还可以将该信息发送到手机。在步骤608中，频率选择模块506和504将该信息引入其跳频算法的计算中。例如，这可以包括手机和基站之间的控制数据的交换。
在上面详细说明中被描述的本发明并不是要对这里所阐述的特定形式进行限定，而是用于包括可以合理包含在附加权利要求精神和范围中的这类替换、修改以及等同物。
权利要求
1.一种用于在使用预定帧长的跳频无绳电话系统中进行频率选择的方法，其特征在于识别所述帧(22)中的有效时隙(401，402)；以及根据所述有效时隙(401，402)的持续时间来确定载波使用的持续时间。
2.根据权利要求1的方法，所述预定帧长(24)包括十毫秒。
3.根据权利要求2的方法，所述时隙(401，402)包括发送和接收时隙，其中每个都具有833微秒的持续时间。
4.根据权利要求3的方法，还包括将每30秒中特定载波的使用限制在少于400毫秒。
5.一种用于在使用预定帧长(24)的跳频无绳电话系统中进行频率选择的系统，其特征在于用于识别所述帧中有效时隙(401，402)的装置(508)；以及根据所述有效时隙来确定载波使用持续时间的装置(506，508)。
6.根据权利要求5的系统，所述预定帧长(24)包括十毫秒。
7.根据权利要求6的系统，所述时隙(401，402)包括发送和接收时隙，每个都具有833微秒的持续时间。
8.根据权利要求7的系统，还包括用于将每30秒中特定载波的使用限制在少于400毫秒的装置(506)。
9.一种用于在使用预定帧长的跳频无绳电话系统中进行频率选择的设备，其特征在于一个适合于识别所述帧中有效时隙的时隙监视模块(508)；一个适合于根据所述有效时隙持续时间来确定载波使用持续时间的频率选择模块(506)。
10.根据权利要求9的设备，所述预定帧长包括十毫秒。
11.根据权利要求10的设备，所述时隙(401，402)包括发送和和接收时隙，每个都具有833微秒的持续时间。
全文摘要
提供了一种跳频扩展频谱电信系统，该系统根据有效时隙数来选择载波频率。这样，已被使用的载波，其持续时间是基于有效时隙(401，402)数目，而不是帧(22)数目的。因此，更多使用的是不受干扰的载波而不是受到干扰的载波，由此改善了语音质量。
文档编号H04B1/713GK1426636SQ01808563
公开日2003年6月25日 申请日期2001年12月5日 优先权日2000年12月28日
发明者J·科克曼, U·塞顿, O·迪克 申请人:西门子信息及移动通讯有限公司