专利名称:多个固定站和多个活动站之间双工无线电通信方法
本发明是涉及多个固定站和多个活动站之间双工无线电通信方法。一方面该方法把通信所用的一批通信信道分成两组，第一组的通信信道构成“下传”通路，它是专用于所有固定站的发送信号的通路;第二组的通信信道构成“上送”通道，它是专用于所有活动站的发送信号的通路。一条“上送”通路的信道和一条“下传”通路的信通构成了本发明方法的一对信通，每对信道能够处理任何一个固定站和任何一个活动站之间的双工通信。另一方面至少一个信标信通被用来控制上述的通信。
一般说来，本发明可应用到两个已知的无线电通信方法上去时分多通路(称作FDMA)型，和频分多通路(称作DTMA)型。按照经典技术，上述两种方法常用于蜂窝状网络中，所谓蜂窝状网络是按地理区域分为许多叫做单元的基本区域的通信区域图。每个通信区域图是由预定数目的区域单元(例如等于7、9、12或16个区域单元)所组成。区域图中各单元的地理位置是有规则的和具有周期性的分布。每个单元通常是个六角形而固定站是位于六角形的中心。
按FDMA无线电通信的方法，如法国专利申请书(French Patent application)第2376570号所述的那样，每个单元中固定站的发射装置是由许多窄带的发射机所构成，窄带发射机的数目等于能与该固定站通信的活动站的总数。为了避免区域图中各通信站之间的相互干涉，分配给每个区域图中固定站的通信频带是不相同的。每个区域图的固定站应具有一组信道，每个信道具有相互不同的频率，因而，每个信道被分配来用于固定站和某一个活动站之间的通信。也可以提供一种动态频率分配的方法来实现固定站与活动站之间的通信。该动态频率分配方法是在于准备了一定数量的通信信道以便所有的单元都可使用;但当由一个单元使用了其中某一信道时，则同一区域图中的其他所有的活动站都不能使用。该方法在欧洲专利申请书的第0036146号申请中已作了叙述。
按照TDMA无线电通信的方法，每个区域图中许多区域单元固定站的发射机都是宽频带发射机。固定站的每个发射机都被分配有一定时间间隔的数字信号帧，信号帧的数目等于能与该固定站通信的活动站的总数。因此固定站和某个活动站之间的每次通信占据了全部通信时间中所规定的信号，帧中某一时间间隔。也可以象FDMA方式通信中动态频率分配那样准备一定数目的时间间隔来用作为动态时间间隔的分配。
也应当提及一下混合的无线电通信方法TDMA-FDMA，该方法在于分配给每个固定站一个通信频带，在此频带中的信号帧使得有可能完成与该区域单元中所有活动站的通信联系。然而，本发明的内容中将不考虑这种混合方法。
为实现双工模式通信(也就是两个方向可以同时发送信号)，活动站具有类似于上述三种通信方法的发信装置。
根据上述三种方法，将多个固定站按蜂窝状区域图形来划分主要是为了避免相互干扰现象所必需采取的措施。如果一个无线电电话信道已经分配给某区域单元，那么与它相邻的单元是被禁止再使用该已分配的信道的。上述三种无线电通信方法的缺点是不能很好地利用通信频谱，例如一个由七个单元组成的通信区域图，每个单元只可能利用频率的七分之一。通过减少构成区域图单元的数目，通信系统的容量可以得到增加，但是同时也增加了系统的数量，因而，从整体的观点来看也增加了总系统的造价。
本发明的目标是要弥补上述的这个缺点。
为此目的，一种在本文序言中所提到的方法，即多个固定站和多个活动站之间双工通信的方法，明显地可弥补上述的缺点。其通信的实际方法是每个固定站检测“上送”通路上的所有通信信道，检查哪些“上送”通路中的信道被位于所述的固定站第一个干扰区中的活动站与其他固定站通信所占用，如果在某个信道上检测到的由所述活动站发出的功率电平超过了第一预定门限值，就将该信道的地址存贮起来，同时某个固定站通过分配给固定站用的信标信道连续地发送被位于干扰区中的活动站所占用的信通地址;而每个活动站检测“下传”通路上的所有通信信道，检查哪些“下传”通路中的信道被位于所述活动站的第二个干扰区中多个固定站与其他活动站通信所占用，若在某信道上检测到的由所述固定站发出信号功率电平超过了第二预定门限值，所述的固定站将该信道的地址存贮起来，并选择一对空闲的通信信道与一固定站进行通信，被选的这对空闲信道地址一定不同于上述活动站所检测到的被占用的信道地址，也不同于通过分配给所述的被选固定站所用的信标信道发送来的被占用信道的地址。
结果，根据本发明的方法，通信区域图的概念，尤其是在区域单元之间的频率分配或时间间隔分配的概念不能再被应用，至少就目前考虑到的通信过程中，上述概念不能被应用。然而在通信路线建立的过程中，上述区域图的概念仍用于信标信道的信息传送工作中。
所以，当电波传播条件差的时候，通信距离短的情况，因而也就是要较好的利用通信信道的情况下，本发明的方法能起更大的作用。这对通信量很大的居民住宅区来说，本发明方法是个更有意义的方法。
本发明的其他优越性和特点，通过下面结合着参考附图的叙述，将会被越来越清楚地发现和了解。
附图1给出了多个固定站和多个活动站的相对位置，以及某个固定站所造成的干扰区和某个活动站所造成的干扰区;
附图2给出了按本发明方法利用TDMA方式通信过程中，第一或“下传”路径中数字信号帧和第二或“上送”路径中数字信号帧的时序图。
根据本发明方法，在图1中表示有某蜂窝状无线电通信系统中的一个固定站F和一个活动站M。在下文中，主要是按时分多通路通信方式(TDMA)的系统对本发明方法进行叙述。每个固定站通过称作“下线”的第一组数字多路复用通路中动态分配的信道向多个活动站传送信息;每个活动站通过第二组称作“上送”的多路多路通路中动态分配的某个信道向其中一个固定站传送信息。利用不同的空间也是可能的，但这仅仅是在采用频分多通路(FDMA)通信系统时是必须的。
围绕每个固定站F周围的干扰区ZF是有可能被确定的，在这干扰区内部的每个活动站M可能因收到固定站发出的信号电平超过了第一个预定的电平门限值而受到严重的干扰。反过来说，位于干扰区ZF中的每个活动站M可以因固定站F接收到由该活动站发出的信号电平超过了第二个预定的电平门限值而造成对固定站F的严重干扰。
围绕活动站M周围的干扰区ZM也是同样地可被确定。位于干扰区ZM中的每个固定站可以受到活动站M的严重干扰，而该活动站M也可以受到干扰区ZM中某个固定站的严重干扰。
很明显，为了实现固定站F和活动站M之站的双工通信，站F和站M应位于干扰区ZF和ZM的相交区域ZF∧ZM内。这只是必要条件，并不是个充分条件。通过分别位于“下传”路径和“上送”通路中的两个通信信道所建立的这种通信所产生的干扰必须得以避免。在“下传”通路的信道中由固定站发送的信息至少能够干扰位于干扰区ZF中的某个活动站MK，以及能够接收另外一个固定站通过上述通道发送的信息。在“上送”路径的通道中由活动站M发送的信息至少能够干扰位于干扰区ZM中的一个固定站Fj，以及能够接收另一个活动站在上述信道中发送的信息。要建立固定站F和活动站M之间的通信，必须既不应干扰与固定站F在“上送”和“下传”方向上已建立的其他通信，也不应干扰干扰区ZM中的固定站Fj的接收或干扰干扰区ZF中活动站M的接收。
本发明的一个方面是可以避免干扰的方法，一方面是因为通信是把一个在“上送”通路中预定的信道和一个在“下传”通路中的预定信道联系在一起而建立的(至于区域单元则按照先有技术);另一方面是通过满足下述两个条件来拟止干扰的1.在通信期间，通信双方的固定站和活动站必须连续地发送所用通信通道的标志信号，例如该标志信号是在传送信号中保留未被调到的载波信号，其目的是为使所用的两个通信通道将不会再被选来用作与固定站F作其他任何的通信。
2.活动站发送功率与其接收固定站信号的第一个门限值功率电平之比值应等于固定站发送信号与其接收活动站信号第二个门限值功率电平之比值。在上述条件下，由活动站接收固定站方向信号的最大通信距离是等于由固定站接收活动站方向信号的最大通信距离。
为了使活动站M可以选择最好通信条件的固定站进行通信，多个固定站应连续地在一个“下传”路径的通信信道(称作为信标信道)上连续地发送周期性重复的信号，该周期信号在FDMA通信系统中也被用来作为帧同步信号。在信标信道上多路复用的方法是采用时分的方法，各固定站根据7、9、12或16序列的通信区域图的方法发送标志信号的。因而活动站可选择所收到固定站标志信号功率最强的那个固定站进行通信。
固定站需辨认在“下传”通路上，哪些信道已被位于干扰区ZM内的固定站Fj占用了，并将这些被占用信道的地址贮存起来。
活动站M不能够辨认在“上送”通路上，哪些信道被位于相交区域ZF∧
ZM中的活动站MK占用了(
ZM代表干扰区ZM的互补区域)。为了使活动站M可以选择一对未被占用的通信信道，固定站F通过信标信道，在其规定分配给它所用的时间间隔内发送那些被位于干扰区ZE中的活动站(诸如活动站MK)所占用的信道地址来。有了上述的这些条件，活动站M通过接收和检测信标信道上不同时间间隔由不同固定站发送的信号功率，选择了固定站F为通信对象后，就能够选择一对未被占用的信道以便与固定站F建立双工信道，也就能够通过固定站F与被要求的电话用户通话。
当固定站F必须与某个活动站通话时，也要解决象活动站M与它自己连接上通话那样同类的问题。
固定站F知道在“上送”通路上哪些信道被位于干扰区ZF内的那些活动站与它通信所占用，并贮存了这些被占用通道的地址。
固定站F知道在“上送”通路上哪些信道被位于干扰区ZF内的那些活动站与它通信所占用，并贮存了这些被占用通道的地址。
固定站F是不能知道在“下传”路径上哪些通道被位于相交区域
ZF∧
ZM中的固定站Fj占用了(这里
ZF代表干扰区ZF的互补区域)。因而由固定站F直接在“下传”通路上选择一条通信信道，以便有一对信道(一条是“下传”通路中的信道，一条是“上送”通路中的信道)来进行双工通讯是不可能的。
本发明的另一方面就在于为了与活动站M通话，固定站F应在信标信道上，在分配给它向下传送的时间间隔中，同时发送被要求通话的活动站M的地址。然后活动站M能够通过一套前面已叙述过的建立双工通信的程序的办法，在通过信标信道获取被占用信道地址的基础上和在活动站M自己所存贮的被占用信道地址的基础上，选择一对未被占用的信道来响应被检测到的活动站地址。
如果，由于活动站M移动的原因，活动站M接收由固定站F传送的信号受到另一个固定站Fj在“下传”通路的同一信道上发送信号的干扰，活动站M就要搜寻一对新的通信信道。转移至一对新的通信信道的过程中自动地在传送信息的报头中给出新的标志信号。
同样，如果由于活动站MK在干扰区EF中移动的原因，固定站F接收来自活动站M的信号受到由活动站MK在“上送”通路的同一信道上发送信号的干扰，固定站F就要告知活动站M通信受到干扰。例如，指示有上述干扰的方法是可以通过在“下送”通路的信道上传送的信息的报头中所包含的某一预定的比特位来指示，“请”活动站M按上述的过程转换一对信道来继续通信。
如果，由于活动站M移动的原因，活动站M对信标信道上接收并分析由不同固定站在不同时间间隔所发送的信号表明收到由另一固定站的信号功率要比来自固定站F的信号功率强得多，典型的要强10dB，那么活动站M必须改变通信信道。为了达到这点，活动站M着手选择一对与新的固定站通信的信道，该选择过程就象活动站要建立通信联系那样，通过接收信标信道中不同时间间隔由不同固定站所发送的信号，在获取了被占用的通信信道地址的基础上来实现的。活动站M就要给出它改变固定站通信的标志，该标志信息通过修改与第一个固定站通信的最后一个时间间隔的报头信息中通知对方，然后通过修改与新的固定站通信的第一个时间间隔的报头信息中告知新的固定站。
举个例子来说，假设固定站是分布在具有规则周期变化的蜂窝状通信网络图中。每个区域由七个六角形区域单元(m＝7)所构成，如附图1所示。每个固定站大致就位于六角形单元的中心。象已经所述的那样，系统中所有固定站利用“下传”通路的通信信通传送信号(“下传”通路具有第一组预定的频率范围)，系统中所有的活动站利用“上送”通路的通信信道传送信号(“上送”通路具有第二组预定的频率范围)。通信站典型的干扰区域是位于以C为半为半径的内圆和以R＝C13]]>为半径为外圆的中间区域(这里C为六角形单元一个边长)。
“下传”通路和“上送”通路都包含256路时分多路复用的数字信通，如图2所示的那样每帧具有T＝125毫秒的周期。在一帧中，时间间隔IT。至IT255都占有409.6微秒的时间长度，每个时间间隔都是分配给一个信通，在这个时间间隔里允许发送一组信号。若被送出信息的实际速度为5兆比特/秒、每个比特所占的基本长度为0.2微秒米来计算，则每一组信号的最大容量为2048比特。在IT0至IT255每个间隔的末尾可以允许τ＝78.4微秒的校验时间，该校验时间相当于两个通信站(固定站和活动站)之间最大通信距离R等于23.5公里时，传送信号所需的时间。
在“上送”通路上，每一信号帧中的第一个时间间隔IT0没有被利用。在“下传”路径上每一个信号帧中的第一个时间间隔IT0是分配给信标信道用的。每个区域单元中的固定站在不同区域图中具有相同的相对位置，如附图1中用斜线表示的单元或用交叉斜线表示的单元。每个固定站在信标信道的相同时间间隔上，每隔125×7＝875毫秒的时间传送一组信息。在信标信道上，七个接连的时间间隔IT0分别被分配给每个通信区域图中的七个单元，如附图2所示七个时间间隔分别用S1至S7来表示。例如，所有在附图1中用斜线表示的不同区域图中的单元都在信标通道S1的时间间隔内同时地传送信息。知道了活动站的干扰区的范围是以半径R＝C13]]>的大圆里，象活动站M1那样的每个活动站与区域图中固定站F1的通信不会被单元中象固定站F1′那样的其他固定站所干扰。固定站F′是相邻通信区域图中具有与固定站F同样相对位置关系的固定站。
信标信道上S1至S7时间间隔中的每一组信息包含有诸如三个相同八位字信号的同步字，所有的固定站都发送相同的同步字。每个活动站中有一时钟信号再生电路，该时钟信号具有5兆赫的比特频率和受同步字信号同步的8赫兹帧频。活动站是由固定站来同步的，所以叫作固定站的从属站，固定站被叫作主站。
由于在TDMA通信方式中使用的是宽频带通信，多传播路径会引起码间干扰。因此需要有一个利用同步字的自适应均衡器。该均衡器至少应具有一个自适应横向滤波器。滤波器的加权系数是按所收到的同步字和已存贮的同步字之间相关函数的算法算出来的。存贮器中的同步字是与由固定站传送来的同步字相同的。此外，根据本发明的原理，活动站有一信号电平检测器比较信标通道S1至S7七个时间间隔中的信号电平以便选择一个接收信号具有最强电平的那个固定站为通信对象。
由固定站通过信标信道传送的每一组信号还至少包括下述信息为了使活动站可以选择一对空闲信道与固定站进行通信，应给出被位于固定站的干扰区ZF中的活动站所占有的成对通信通道的标志表。
如果必要的话，信息中应有固定站所要求建立通信联系的也是位于该固定站同一区域单元的活动站的地址。
固定站本身的地址字。
固定站存贮器中所保存的标志表是不断地被更新的。象所述的那样，该标志表固定站可单独地来确定。
“上送”和“下传”通路上每个信号帧中的时间间隔被指定给于诸如电话和数据通信传输用的时分多路复用信道所占。固定站和活动站之间的每次通信都需占有“上送”和“下传”通路上每一信号帧1至255中同一个序号的时间间隔。“上送”通路中的信号帧相对于“下传”通路中的信号帧大约有半个帧周期的时间位移，即是1/16秒的时移。这个时移给了每个固定站或活动站从发送状态转为接收状态，或从接收状态转为发送状态最大的延时。通信信道中每一IT1至IT255时间间隔中的每组2048比特报文组成。
报头的开始的24比特是同步信号，同步信号能使时钟信号恢复到比特和帧频率，并象前面所述的信标信道的同步位信号的作用一样允许均衡所收到的每组信号。报头的其他24比特信号用作为辨认目标地址，和用作为固定站要求转换信通的指示，或者活动站指示信道或固定站的变更，具体的用途取决于应用的场合。由于寻找空闲信道或固定站进行通信的过程是由活动站来完成的，“上送”通路中信道的报头如已叙述过的那样也包含有活动站新选定的固定站的地址信息。
每组信息中的报文区包含有属于电话通信，还是数据通信，或者是特种信息通信的标志字，和相对应的2000/0.125＝16千比特/秒通信输出速度的信道。“上送”通路中的一个信道的报文区可以被特种信息所占有。所以该特种信息可以是联系信号，以向固定站表明它(固定站)已被活动站选定建立通信的对方站。从另一方面来说，当活动站的用户使他的活动通话单元处于工作状态时，也要送出上述相同的特殊信息。
从上面的叙述可以看出，活动站在建立起任何通信以前要执行下述的基本操作-不断地接收信标信道中S1至S7的时间间隔各固定站所发送的信号，辨认所接收信号的强弱，接连地选择某一所收信号最强的固定站为通信的对方站。
-为使活动站能被选择来与固定站对话，活动站要向固定站传送连接信号。
-存贮固定站的地址和被选固定站干扰区中被占用信道的标志表;
-存贮活动站干扰区内被占信道的地址表。
-选择一对空闲通信信道，该对信道的地址还没有在活动站所存贮的被占信道的地址中出现。
尽管上面参考着时分多路无线电通信系统对本发明作了叙述，本发明的方法对频分多通路(FDMA)无线电通信系统也是适用的。在用FDMA方式传送的情况下，时分信道用频分多路复用信道来代替，每个信道都被规定在一个频率上。这时固定站和活动站的接收装置是一个快速扫描窄带接收机，固定站和活动站分别对应“上送”和“下传”通路中快速扫描窄带接收机。如果FDMA系统中接收装置扫描式地改变接收频率的每一步所需时间等于TDMA信号帧的一个时间间隔，则FDMA系统分析被接收信号电平大小的速度与TDMA系统的分析速度相同。
根据本发明，按TDMA通信方法的另一种变化型式是当数字通路中的时分多路转换信道的数目低于总的活动站(是个大数)所要求的最大信道数目时，那么可以在“上送”和“下传”数字通路中提供几对信道。在上述情况下，每个固定站具有几个数字收发信机，它们被分别分配在数字通路中不同频率对上工作。另一方面，每个活动站只使用数字通路中预定一对频率(分别在“上送”和“下传”通路使用一个频率)。
根据本发明的另外修改，单个通信链路可以使用几个被分配的时间间隔，这样就允许进行速度为16千比特/秒多路输出的数据传送。
勘误表补正85101780 CPEL855059
权利要求
1.一种多个固定站和多个活动站之间双工通信的方法，一方面该方法把通信使用的一批通信信道分成两组，第一组的通信信道构成所有固定站发射机向下发送的“下传”通路，第二组的通信信道构成所有活动站发射机向上发送的“上送”通路。每一对信道分别由“下传”通路和“上送”通路中的一个信道所组成，每对信道能够处理任何一个固定站和任何一个活动站之间的双工通信。另一方面该方法至少利用一个信标信道来传送为实现上述通信的控制信号。在方法中每个固定站检测在所述固定站第一个干扰区内多个固定站与多个活动站通信的信道上的信号是否超过了第一个预定的门限值，并将被检测到的超过门限值信道的地址存贮在它的存贮器中。每个固定站通过分配给它所用的信标信道的时间间隔连续地发送被位于所述固定站干扰区中活动站所占用的信道地址。在方法中，为了与被选定的固定站建立通信联系，活动站检测位于所述活动站第二个干扰区中的多个活动与多上固定站通信所占用的“下传”通路中的信道，将被检测信道上信号电平超过第二门限值的信道地址存贮在所述活动站的存贮器中，并选择一对空闲信道与所选固定站进行通信。被选的这对空闲信道的地址不同于由所述活动站检测到的被占用信道的地址，也不同于所述被选固定站通过信标信道传送过来的被占用信道的地址。
2.在权利要求
1所述的方法中，信道是频分多路复用信道。
3.在权利要求
1所述的方法中，信道是时分多路复用信道。
4.在权利要求
1至权利要求
3的任一权利要求
中所述的方法中，“上送”通路上被叫做信标信道中的时间间隔(S1至S7)分别分配给每个固定站使用，固定站在每一时间间隔中连续地传送周期同步信号。在方法中，为了与其中之一的固定站建立通信联系，每个活动站(M)比较信标信通中不同时间间隔(S1至S7)所收到的同步信号电平，不断地挑选接收信号最强的固定站，以便使活动站能与被送的固定站建立通信。
5.在权利要求
1至权利要求
4的任一权利要求
中所述的方法中，活动站的发送信号功率与固定站第一预定接收信号的门限值之比值是等于固定站的发送信号功率与活动站第二预定接收信号的门限值之比值的。
6.在权利要求
4或是权利要求
5所述的方法中，要提供服务的活动站(M)在“上送”通路的空闲信道上向被选的固定站(F)发送它的地址，以便使所述的被选固定站可以通过信标信道中分配给该固定站所用的时间间隔(S1至S7)中的任一时刻向活动站发送通话信号。
7.在权利要求
4至权利要求
7的任一权利要求
中所述的方法中，当活动站(M)在分配给它与所述被选固定站(F)通信所使用的“下传”通路的信道中发现了干扰，活动站(M)自动地按权利要求
1第三个描述部分给出的方法搜寻新的一对空闲信道，并通过分配给该所述通信使用的“上送”通路的信道发送一个改变通信信道对的信号。
8.在权利要求
4至权利要求
7任一权利要求
中所述的方法中，当所述的被选固定站(F)在分配给它与活动站(M)通信所使用的“上送”通路的信道上发现了干扰，被选的固定站(F)通过分配给该所述通信所用的“下传”通路的信道发送一要求改变信道对的信号，该信号“请”活动站(M)按权利要求
1第三个描述部分给出的方法搜寻一对新的空闲信道，活动站通过分配给该所述通信使用的“上送”通路的信道发送新的一对空闲信道的地址。
9.在权利要求
4至权利要求
8的任一权利要求
中所述的方法中，随着活动站(M)的移动，当活动站从信标信道S1至S7某一时间间隔中所收到的信号功率电平高于原分配给被选固定站所用的信标信道时间间隔中的信号电平时，活动站通过改换一对新的空闲信道来改变它的对应固定站，选择新的一对空闲信道的方法主要是在依靠从信标信道上相应于被接收信号具有较高功率电平的时间间隔的信息中获其被占信道地址的信息的基础上，和按权利要求
5中第三个描述部分所给出的类同过程来完成的。
10.在权利要求
9所述的方法中，固定站的改变信息的最后一个时间间隔的报头内容，然后再修改向新的固定站传送信息的第一个时间间隔的报头内容来传递的。
11.在权利要求
1至权利要求
10的任一权利要求
中所述的方法中，固定站是分布在蜂窝状的通信区域网络中的，该网络具有周期性改变的区域图，每个区域图内预先确定数目的区域单元所组成，在每个单元的中央有一固定站。在方法中信标信道上接连的时间间隔(S1至S7)周期性地分别分配给区域图中的相应单元，信标信道的每个时间间隔分配给在多个区域图中具有相同的相对位置单元中的多个固定站。
12.在权利要求
1至权利要求
11的任一权利要求
中所述的方法中，同一通信也可使用几对信道。
专利摘要
本发明为多个固定站和多个活动站间双工无线电通信方法，它可有效地利用可能使用的无线电通信信道。所有固定站信号传送是利用多路复用通信信道的第一组无线电通路，而所有移动站信号传送是利用多路复用通信信道的第二组无线电通路，第一组无线电通路和第二组通路中一个信道所组成的每一对通信通道可处理任一固定站与任一活动站之间的双工通信。结果，已知的蜂窝状通信区域图的概念，尤其是区域单元间时间间隔分配或频率分配概念不再适用本发明，至少不适用通信过程。仍适用于信标信道。
文档编号H04B7/26GK85101780SQ85101780
公开日1987年1月31日 申请日期1985年4月1日
发明者亚历克斯 申请人:菲利浦光灯制造公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan