专利名称：蜂窝电信网络中的频率分配的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在蜂窝无线电信网络中向基站分配载波频率的方法，并涉及一种包括这种频率分配的无线电信网络。
在熟知的蜂窝无线系统如移动电话中，提供分别具有天线的多个基站的网络。移动用户单元具有天线，该天线必须是非定向的，这是因为用户经常在小区中移动或从一个小区移动至另一个小区。因此，普遍采用7小区频率重用模式(seven-cell frequency reuse pattern)，其描述于例如“Cellular RadioSystem(蜂窝无线系统)”，Balston D M Macario RCV Editors，Artech HouseInc，1993，p9-13。
本发明提供一种蜂窝电信网络，其包括分布在基准小区(reference cell)周围的多个小区，可至少分配两个小区以RF载波频率对(pairs)的相同群(group)进行频率偏移(frequency-offset)双工通信，从而最大限度地使在基准小区周围的所述小区中的不同小区具有使用所述RF载波频率对的不同的预定优先级，从而基本上使干扰最小化。
最好，每个所述小区与所述小区的其它小区彼此具有不同预定优先级。或者，当频率对的数目少于在基准小区周围以环形分布的小区与该基准小区的数目之和时，具有相同预定优先级的RF载波频率对的这些小区最远离地分布，从而基本上使干扰最小化。
本发明在带宽受到严格限制时具有明显优点。干扰，尤其是同信道干扰(co-channel interference)的最小化允许进行频率重用，并因此提高了呼叫容量。
本发明还涉及一种在蜂窝电信网络中选择使用RF载波射频对的方法，该蜂窝电信网络包括分布在基准小区周围、并被分配以RF载波频率对的相同群进行频率偏移双工通信的多个小区，其中最大限度地使该基准小区周围的不同的小区具有使用所述RF载波频率对的不同的预定优先级。
RF载波频率对用于在小区中的各基站和各用户单元之间的双工通信。用户单元最好位于固定位置处。最好用无线电进行传输。
下面将参照附图以示例方式描述本发明的优选实施例，附图中
图1是表示包括基站(BTE-Base Terminating EquipmentBTE-基站终端设备)和用户单元(NTE-Network Terminating EquipmentNTE-网络终端设备)的系统的示意图；图2是表示双工链路的帧结构和时序的示意图；图3是表示每个均具有基站和用户单元的4个小区的优选网络的一部分的拓扑图；和图4是该优选网络的较大部分的拓扑图。
基本系统如图1所示，该优选系统是电话系统的一部分，其中从交换机到用户的局部有线环路已由固定基站和固定用户单元之间的全双工无线链路替代。该优选系统包括双工无线链路及用于实施必要的协议的发射机和接收机。该优选系统与本技术领域中所周知的诸如GSM的数字蜂窝移动电话系统有相似之处。该系统采用基于分层模型的协议，具体地说采用一种具有如下层的分层模型PHY(物理层)、MAC(介质访问控制层)、DLC(数据链路控制层)、NWK(网络层)。
与GSM相比，一个不同之处在于在该优选系统中，用户单元位于固定位置处，不需要越区切换(hand-off arrangement)和与移动性相关的其它特征。这意味着，例如，在该优选系统中，可采用方向性天线和市电。
该优选系统中的每个基站均设有以从整个频率分配中选出的12个频率运行的6个双工无线链路，从而使附近的基站之间的干扰最小。该双工链路的帧结构和时序示于图2中。每个双工无线链路均包括从用户单元到基站的上行链路，以及具有固定频率偏移的从基站到用户单元的下行链路。下行链路是TDM，而上行链路是TDMA。对所有链路的调制采用π／4-DQPSK，所有链路的基本帧结构是每2560个比特的帧为10个时隙，即每个时隙256个比特。比特率是512kbps。下行链路为连续传输，并设有用于基本系统信息的广播信道。当没有用户信息传输时，下行链路传输继续采用基本帧和时隙结构，并包括适当的充填模式(fill pattern)。
对于上行链路和下行链路传输两者而言，具有两种时隙普通(normal)时隙，其在呼叫设置之后使用；和导频时隙，其在呼叫设置期间使用。
每个下行链路普通时隙均包括24个比特的同步信息，其后为24个比特的指定的S字段(其包括8比特首标)，再后是160个比特的指定的D字段。这之后是24个比特的前向纠错，和8比特填充符，之后是12个比特的广播信道。该广播信道由一个帧的每个时隙中的多个段组成，各段共同形成由基站传输的下行公共信令信道，该广播信道还包括控制消息、无连接(connectionless)消息和该系统的操作所必需的其他信息，该控制消息包括时隙表(slot lists)等链路信息、多帧和超帧信息。
在呼叫设置期间，每个下行导频时隙均包括频率校正数据和仅具有短S字段而无D字段信息的用于接收机初始化的训练序列。
上行链路时隙基本上包括两种不同类型的数据分组(data packet)。第一种分组，称作导频分组，被例如在设置连接之前用于ALOHA呼叫请求，并进行自适应时间校准。数据分组的另一种类型被称作普通(normal)分组，其用于在已经建立呼叫时，并且由于使用自适应时间校准，因此是较大的数据分组。
每个上行链路普通分组包括前后各有4比特持续时间斜坡(ramp)的244个比特的数据分组。该斜坡和256比特时隙的其余比特提供了防护间隔(guardgap)，用于防止由于时序差错而引起的来自邻近时隙(neighbouring slots)的干扰。每个用户单元调整其时隙传输的时序，以补偿信号到达基站所需的时间。每个上行链路普通数据分组包括24个比特的同步数据，之后为相同数目比特的S字段和D字段，这就象每个下行链路普通时隙的情况一样。
每个上行链路导频时隙均包括导频数据分组，该导频数据分组为192个比特长，前后各有4比特斜坡，该斜坡定义了60个比特的扩展的防护间隔。由于没有可用的时序信息，而如果没有它，则传播延迟引起邻近时隙产生干扰，因此这种更大的防护间隔是必要的。该导频分组包括64个比特的同步，之后为104个比特的S字段，该S字段以8比特首标开始，并以16个比特循环冗余校验、2个保留比特、14个FEC比特、和8个尾部比特结束。这里没有D字段。
上述数据分组中的S字段可用于两种类型的信令。第一种类型为MAC信令(MS)，并被用于基站的MAC层与用户单元的MAC层之间的信令，此时时序是比较重要的。第二种类型称作辅助(associated)信令，其可慢可快，并被用于DLC或NWK层中的基站与用户单元的信令。
D字段是最大数据字段，在普通(normal)电话的情况下包含数字化语音，但还可包含非语音数据样本。
在该优选系统中规定，用户单元鉴别(authentication)采用询问响应协议(challenge response protocol)通过将语音或数据与由密钥流发生器产生的密码比特的不可预测序列进行组合来进行一般的加密，该密钥发生器被同步到传输的超帧号(super-frame number)。
此外，传输的信号被加扰以去除dc分量。
干扰有两种干扰同信道干扰和相邻信道干扰(adjacent channel interference)，如后所述。图3中示出典型的蜂窝拓扑图。基准小区是包括基站BTE 1的小区。可用频率被分成数个子集，标号为fs1、fs2、fs3。
同信道干扰包含基站BTE 1和基站BTE 4的小区以相同的频率集进行操作。从用户单元NTE 1至基站BTE 1的传输引起对基站BTE 4的同信道干扰。干扰的准确电平取决于两个小区之间的路径损耗。不过，使来自用户单元NTE 1的传输功率最小化可使出现在基站BTE 4上的上行链路干扰的电平最小。
相邻信道干扰包含基站BTE 1、BTE 2和BTE 3的小区具有彼此独立的频率集，其分别标号为fs1、fs2和fs3。每个频率集均包括数个所选择的频率，标号为fn，其中n随频率的增大而增大。然而，可用频率集的最佳使用涉及具有出现在该频率集中的相邻频率(adjacent frequencies)的基站BTE 1、BTE 2和BTE3(即，如果标号为n的所选择的rf频率被用在基站BTE 1上，则标号为n±1的所选择的rf频率将由基站BTE 2或BTE 3使用)。如果在相邻信道(采用上述标记法为n±1)中由用户单元NTE 1传输的功率没有足够衰减并且用户单元NTE 1与基站BTE 2或基站BTE 3之间的路径损耗较低，则可能出现干扰。通过保证用户单元NTE 1以不超过成功接收的接近最小功率进行传输，可进一步减轻这种效应。
降低同信道干扰图4示出在该优选网络中分配在各小区中的RF载波频率群。频率群是指频率范围或频率选择，或在其他实施方案中，可以是单个频率。在图4中，基准小区标号为C0，其分配的频率群被标号为C。紧相邻小区C0的各小区(cells immediately adiacent to cell C0)具有标号为A、B、D、E、F、G的频率群分配，所有这些频率群与基准小区的频率群C0不同。然而，小区C1至C6每个均具有与小区C0相同的频率群分配C，因此，如果来自这些小区中的任何一个的信号到达小区C0，则引起干扰。每个小区均包括基站和多个用户单元，该基站以所有分配的频率连续传输(即在下行链路上)。适当的频率分配可以降低干扰电平，尤其是在上行链路上，即由基站接收到的信号的干扰电平。
为了通过使用相同的频率群使小区C0上引起的干扰电平最小，将RF信道对(pairs)以RF频率模式(RF frequency patterns)的预定优先级分配到这些小区中的呼叫上。
如下表所示，按照优先级的降序，有6个优先的频率模式
表每个均具有6个可由其基站与用户单元进行通信的RF载波频率对。各个对被分配的优先级示于上述表格中，其中C1至C6具有相同的频率群。例如，载波频率1是小区C0的首选，但不是具有相同频率群的任何其他小区C1至C6的首选。同样，每个小区(C1至C6，但C6除外)具有不同的优先级。
如果RF载波频率对的数目少于具有相同的分配频率群的小区的数目，则不可能时这些小区中的每个小区导出RF载波频率对分配的独一无二的优先级。因此，必须考虑共享RF频率群的小区的定位，并选择可最大限度地降低干扰的RF载波频率对的分布。上述表格中的一例可通过比较小区C6和C3而看出。这两个小区均具有相同的RF载波频率对的优先级。如图3所示，小区C6和C3分离得最好，其在小区群C0至C6中具有最大的距离。
以上已经参照具有非定向天线的小区描述了本发明的示例。本发明还可应用于具有一个或多个向外指向的方向性天线的小区，如均具有3个天线的多个小区，这些天线的方位相隔120°。
权利要求
1．一种蜂窝电信网络，包括分布在基准小区周围的多个小区，至少两个小区被指定RF载波频率对的相同群进行频率偏移双工通信，其中所述至少两个小区中的一个具有与所述至少两个小区的另一个或其它的各小区不同的使用所述RF载波频率对的预定优先级，从而消除干扰。
2．如权利要求1所述的蜂窝电信网络，其中所述至少两个小区中最近的小区具有使用所述RF载波频率对的不同的预定优先级。
3．如权利要求1或2所述的蜂窝电信网络，其中所述至少两个小区的每个均具有与所述至少两个小区中的其它小区不同的预定级。
4．如权利要求1或2所述的蜂窝电信网络，其中当频率对的数目少于邻近基准小区的小区(cells next to the reference cell)和所述基准小区的数目之和时，所述至少两个小区中具有使用RF载波频率对的相同的预定优先级的小区被最远离地分开分布，以消除干扰。
5．如前述任一权利要求所述的蜂窝电信网络，其中相邻的小区(neighbouring cells)被指定RF载波频率对的不同群进行频率偏移双工通信。
6．如前述任一权利要求所述的蜂窝电信网络，其中所述RF载波频率对用于在基站和用户单元之间的小区中进行双工通信。
7．如权利要求6所述的蜂窝电信网络，其中用户单元位于固定位置。
8．如前述任一权利要求所述的蜂窝电信网络，其中以无线电进行通信。
9．如前述任一权利要求所述的蜂窝电信网络，其中在固定长度时间帧中的预定时隙中发送消息。
10．一种用于在蜂窝电信网络中选择使用RF载波无线频率对的方法，所述蜂窝电信网络包括分布在基准小区周围并被指定RF载波频率对的相同群进行频率偏移双工通信的多个小区，其中基准小区周围的所述至少两个小区中的每个均具有在群中使用所述RF载波频率的不同的预定优先级。
11．如权利要求10所述的选择使用RF载波无线频率对的方法，其中所述至少两个小区中最近的小区具有使用所述RF载波频率对的不同的预定优先级。
12．如权利要求10或11所述的选择使用RF载波无线频率对的方法，其中所述至少两个小区的每个均具有与所述至少两个小区中的其它的小区不同的预定优先级。
13．如权利要求11或12所述的选择使用RF载波无线频率对的方法，其中当频率对的数目少于邻近基准小区的小区和所述基准小区的数目之和时，所述至少两个小区中具有使用RF载波频率对的相同的预定优先级的小区被最远离地分开分布，以消除干扰。
14．如权利要求10至13中的任意一个所述的选择使用RF载波无线频率对的方法，其中相邻的小区被指定RF载波频率对的不同群进行频率偏移双工通信。
全文摘要
在包括基准小区周围的多个小区的蜂窝电信网络中,两个或更多的小区被指定使用RF载波频率对的相同群。两个或更多的小区中的一个小区具有与其它小区不同的RF载波频率对的预定优先级,从而使干扰达到最小。
文档编号H04B7/26GK1205813SQ9619929
公开日1999年1月20日 申请日期1996年11月7日 优先权日1996年11月7日
发明者保罗·M·马丁 申请人:艾奥尼卡国际有限公司