专利名称：降低同频干扰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝电话系统，而且更具体地涉及实现降低干扰无线通信的方法和设备。
有关领域描述蜂窝电话系统将较大的服务区分成称之为“服务小区”的多个较小的分立地理区。常规的服务小区大小一般在直径为大约半公里到大约20公里的范围内。每个服务小区与多个相邻服务小区相毗邻，提供对整个服务区的连续覆盖。每个服务小区提供一个包括能够独立地在不同射频上工作的多个收发机的基站。通过收发机，基站与有关服务小区区域内操作的多个移动站同时进行通信。基站还通过数据链路(以及话音中继线)与通常称为移动交换中心的中心控制站通信，移动交换中心通过基站以及通常通过系统的控制操作有选择性地将电话呼叫连接到移动站蜂窝频段中具有多个可使蜂窝电话系统提供者用来与移动站通信的射频。大多数可用的射频为话音信道保留，用于传输电话呼叫。在例如已知的高级移动电话系统(AMPS)的模拟蜂窝电话系统中，每个频率有一个频分多址(FDMA)模拟话音信道。在例如已知的D-AMPS(IS136)或Global System for Mobile(GSM)Communications(全球移动通信系统)的数字蜂窝电话系统中，每个频率有多个时分多址(TDMA)数字话音信道(时隙)。蜂窝频段中的其余射频都留做控制信道，以传输用于指导系统操作的控制信号(命令)。或者，控制信道包括与多个话音信道共享的频率上的一个时隙。控制信道上发射的控制信号包括广播系统信息、呼叫发启、寻呼信号、寻呼响应信号、位置注册信号、话音信道分配、维护指示、以及服务小区选择或重选择指示。
公共蜂窝系统频率分配结构在整个蜂窝频段内提供一个常规的频段加上一个扩展频段。在一个例子中，蜂窝频段的常规频段部分中的第一组多个射频保留为供系统使用的控制信道，每个服务小区至少一个控制信道，以便在移动站和基站之间传输蜂窝系统操作控制信号以及消息。来自常规和扩展频段的第二组多个频率留做话音信道，而且一般在服务小区之间或多或少地平均分配，由系统按需分配给用户，以便在移动站和基站之间传输蜂窝话音通信。
蜂窝服务区可以覆盖较大的地理区域，而且在很多情况下需要大量的服务小区。所需的服务小区在数目上，通常是几倍地超过按照解决每个服务小区所期望的用户使用而在服务小区之间划分可用频率时所能提供的服务小区数目。在这种情况下，蜂窝频段中没有充足的频率来对所包括的服务小区进行唯一的分配。因此，为了提供整个服务区内足够的呼叫处理能力，将服务小区组成服务小区群，将蜂窝频段中的频率在每个小区群中划分和复用。
除了这种常规的服务小区，也建议了新的服务小区，其中地面基站由卫星来代替，可以分配的服务小区大小比常规服务小区大小要大得多。举例而言，所建议的服务小区可以大到一个州。当然，实际大小依赖于设计要求，例如与系统的吞吐能力有关的用户数。除了严格基于陆地的基站和绕轨道运行的卫星收发机之间明显的结构或物理上的差别、以及各自所用的服务小区可能的地理区域大小的差别，所建议的服务小区和现有的常规服务小区的通信系统以及系统结构都是类似的。
对于所建议的和常规的服务小区，在蜂窝频段内分配每个服务小区使用预定的一组频率，用于提供模拟及/或数字话音信道。每个服务小区提供多个话音信道使基站能够同时处理与很多移动站的很多电话通话。分配到给定服务小区的话音信道所使用的频率优选地在蜂窝频段的频谱范围内彼此分开。这样可使邻道干扰的情况和负面效应最小化。
因为蜂窝频段内只提供有限数目的频率，分配到一个服务小区的同一频率也分配给(即，复用于)服务区较远部分的其它服务小区。一般相邻服务小区不分配使用相同频率。此外，在任何给定频率上，常规的基于陆地的蜂窝电话系统中信号传输的功率电平在强度上要有所限制，以便限制其在服务小区区域之外的传播。前述预防措施用于降低使用相同频率的服务小区之间干扰的出现，这种干扰称为同频干扰。同频干扰是由相同频率在距离远的服务小区中复用引起的，特别是两个用户试图使用相同的频道所引起的。在数字电话系统的情况下，同频干扰由两个用户试图以彼此干扰的方式同时使用相同频道上的相同时隙而产生的。在所建议的基于卫星系统的情况下，同频干扰是由来自一个卫星的聚焦波束类型的信号传输“泄露”到相邻服务小区所造成的。当收发机是卫星时可能出现的这种类型的干扰，与基于地面的收发机类似，可能加于模拟以及数字信号传输上。
尽管如此，不论服务提供者在频率复用蜂窝或卫星系统中分配频率以及控制系统操作时所使用的方案如何，已知同频干扰的情况是确实会出现的。这种干扰通常对系统操作带来不利影响，例如，降低话音信道上的话音质量或者干扰控制信号在控制信道上的发送和接收。对于数字通信系统，移动交换中心的操作在所分配的频率上动态分配时隙，在任一服务小区中这些分配的频率提供给该服务小区区域内的多个希望通信的移动站，以试图避免可能的同频干扰。不幸的是，已知同频干扰的情况还是会出现的。
这其中的一个原因与这种通信按需分配频谱能力中的固有局限有关。一般，所有服务小区都不是满负荷的。这就减少了同频服务小区中相同信道被占用的可能性。但是，随着服务小区中用户数的增加，对容量的需求更大了，同频干扰的可能性更大了。
更特别的是，在常规系统中，特定用户发出的信号可能大到足以超过一个服务小区群到达另一个相同频率由另一个用户使用的服务小区群。在卫星系统中，投到目标服务小区或目标小区群的卫星波束中的一些信号可能辐射到相邻服务小区或小区群，而且可能干扰相邻服务小区中使用相同频率的另一个用户。在通信系统是数字的而且包括所建议的卫星系统的情况下，同频干扰的问题更尖锐，因为所有通信都趋于由卫星所同步。因此，两个干扰时隙是同步的，在时隙持续时间内易于彼此干扰。
因此，需要一种用于蜂窝电话系统中的方法和设备，它有利于更有效地使用蜂窝频段，使同频干扰的可能性最小化。
发明概要在频率复用类型的蜂窝电话系统中，蜂窝频段分成多个频率组，每组分配到多个服务小区中。对于本发明的一个实施例，一个服务小区群的频率(即，信道)组与相邻服务小区群的信道组在时间上错开，其中每个服务小区群的信道组即使不一样，也是大致相同的。这种信号交错的作用是扩散干扰信号，因此降低数字信号的任意给定时隙中所看到的同频干扰的大小。但是，为了实现这个目的，所发送的信号必须相对于已知的时钟参考而交错。用这种方式错开数据通信，同频干扰的平均大小就在给定蜂窝频段上扩散开，并使同频干扰量最小化，藉此使信号重构电路有更好的机会清楚地重构一个信号。所发明的方法和设备对常规基站以及所建议的卫星系统或其它任何存在同频干扰问题的系统都是可用的。
在本发明的一个实施例中，地面控制站向卫星发送控制信号，规定与卫星的特定发送相对应的定时参数。至少，定时参数为发送到特定服务小区或服务小区群的每个信号规定了延迟或交错量的。
在发明的另一个实施例中，其中的多个常规小区群具有多个服务小区，每个服务小区有一个发射机，为每个服务小区群提供一个定时控制器。这种定时控制器将每个发射机连接到小区群内的每个服务小区，并提供适当的控制信号以便引入用于将小区群内产生的通信信号交错开的所需的延迟量。对于这个实施例，每个定时控制器也连接一个时钟，时钟值用于对每个定时控制器的内部时钟同步，藉此来同步定时控制器的工作。正如所看到的，定时控制器能够以精确方式引入预定的彼此之间的延迟或交错量。
在发明的另一个实施例中，为小区群内的每个服务小区提供一个定时控制器。在这个实施例中，每个定时控制器连接到一个服务小区，因此控制对特定服务小区的通信传输所需的时延或交错量。对于这个实施例，每个定时控制器彼此之间直接或间接相互连接，以便对小区群内各个服务小区的传输控制进行同步。在这个实施例中，使用一个时钟源来同步每个用于控制小区群内每个服务小区的定时控制器的内部时钟。
在一个实施例中，一种所发明的方法包括，将第一小区群内所有控制和业务信道的传输延迟一个第一预定量。相邻小区群(即第二小区群)中的控制和业务信号则被延迟一个第二预定量。第一和第二预定延迟量彼此不相等而且不等于其它相邻的小区群。在一个实施例中，7个小区群组成一组，6个小区群有6个不同的预定延迟量，而一个小区群不延迟地发送业务和控制信号。因此，7个小区群中的每一个都在不同时间上发送相应的时隙。
因此，正如在这个实施例中所看到的，无延迟或预定延迟量等于零地发送控制和业务信号的小区群构成了对于其它相邻小区群的定时参考。
正如可以理解的那样，这种控制和业务信号传输的交错需要在小区群和小区群之间的信号传输的同步。这种同步可以用不同方式实现。在一种实施例中，预定延迟时间是相对于参考小区群的信号传输而确定的。在另一个实施例中，定时控制器规定发射机实际的业务和控制信号发送时间。正如所看到的，定时控制器彼此之间通信，以提供同步的操作。
在发明的另一个实施例中，为小区群的每个服务小区提供一个定时控制器，其中定时在服务小区内是平均地交错的。在所发明的方法中，控制和业务信号在该服务小区级别而不是小区群级别上延迟不同的量。
附图的简要描述当结合所附的附图，参考如下详细描述可以得到对本发明方法和设备更完整的理解，其中
图1是示意性地说明频率复用蜂窝电话系统频率分配结构的示范服务小区图；图2是说明可能出现在基于卫星的收发机中的同频干扰；图3是说明可能出现在基于地面的基站中的同频干扰；图4是说明信号交错的定时图；图5是说明基于地面的基站系统的系统图；以及图6是说明基于卫星系统的系统图。
附图的详细描述现在参考图1，其中说明了用于射频复用蜂窝电话系统的一个已知服务小区结构以及频率分配结构。任意的地理区域(此后称为“服务区”)分成多个连续的服务小区，例如，示意性地用圆来代表的f(1)-f(7)。每个服务小区f(1)-f(7)分配至少一个频率而且可以分配大量频率用于通信。每个所分配的频率相对于服务小区f(1)-f(7)中的其它分配的频率是唯一的。可以理解，使用圆代表服务小区只是为了说明的目的，服务小区形状是受特定设计考虑所支配的。举例而言，服务小区可以定义为具有六角形、方形、三角形等等形状。服务小区f(1)-f(7)组成小区群12(用粗体画出轮廓以利于辨认)。当然，可以理解每个小区群12根据需要具有或多或少的服务小区f(1)-f(7)。
继续参考图1，每个服务小区f(1)使用与相邻小区群12(1)-12(7)中的服务小区f(1)相同的频率和频率组。因此，在数字系统中，如果服务小区f(1)中的给定时隙干扰相邻小区群12(1)-12(7)的服务小区f(1)中的相同时隙，就会出现同频干扰。
参考图1，注意到在频率复用结构中相邻服务小区一般不会分配使用相同的射频。服务区中相同射频的复用最好至少分隔开一个服务小区f(1)-f(7)，并控制每个服务小区的广播功率，以便使无线传播大部分限制在该服务小区内。此外，应该注意到一般没有一个服务小区f(1)-f(7)使用蜂窝频段的相邻射频。
不管为了避免干扰采取什么样的预防措施，如前所述已知，干扰确实会出现在蜂窝系统中。这种干扰的一个方面来源于其它小区群12的服务小区f(1)-f(7)中同时进行的相同模拟或数字信道通信(即，同频干扰)。不管所施加的任何广播功率限制，那些话音通信的某些射频能量会传播到各个服务小区边界之外，并且会干扰相邻小区群12(1)-12(7)中相应服务小区f(1)-f(7)的频道。
现在参考图2，其中所示的图说明了所建议的基于卫星系统进行蜂窝通信时潜在的同频干扰。正如可以看到的，卫星20向服务小区群24发射波束22。在图2的例子中，波束22不仅辐射小区群24，也部分地辐射小区群26。在例子中，波束部分22a辐射小区群24，而波束部分22b部分地辐射小区群26。波束部分22b可能成为引起小区群26中同频干扰的干扰信号。
现在参考图3，其中表示了小区群30，其中的通信信号32辐射超过了小区群30的边界34并且辐射到小区群38的一部分36中。在小区群38的部分36中可能出现同频干扰。
图2和3中所示的可能的同频干扰，在使用时分多址(TDMA)的数字通信系统情况下可通过交错时隙加以降低。
现在参考图4，其中表示了一个实施例，如图1所示的7个相邻小区群的相应时隙彼此是交错的。因此，举例而言，如果一个时隙有577毫秒周期，那么每个时隙相对于相邻小区群中的其它相应时隙交错577毫秒的1/6的倍数。正如可以看到的，时隙42-47都是交错时隙周期的1/6，其每个处于时隙1/6的一个不同倍数，从而使得参考时隙41的整个时隙没有干扰。
图4的定时图是业务信号以及控制信号交错的说明，正如在图4中所看到的，这使干扰信号至少部分地从一个时隙分散到另一个。因为已知同频干扰可以出现在控制信道以及通信信道，这种时隙交错应该对控制信号以及业务信号都进行。
正如前面所提到的，相邻小区群载波之间的时隙交错具有将同频干扰源从任一用户向其它用户分散的实际效果，因此得到“干扰平均”。因此干扰信号，不会专门干扰一个时隙，而是多个时隙。因此，相对于一个时隙，干扰信号在较短时间段内存在。如果不同载波的时隙彼此偏移，这种干扰平均或分散才会出现。一般来说，如果与不同载波频率有关的时隙都在时间上对准，很强的干扰源会使调谐到具有相同时隙的相同载频的、其它用户的整个时隙上的载波干扰性能比降低。在图2中所示的系统实施例中，如果不实施本发明，时隙自动在时间上对准，假设有一个卫星用做多个不同服务小区和小区群的源。因此，通过将来自图2卫星20的通信交错到不同的小区群24和26，可以将干扰平均掉。因此，任何一个时隙中干扰的分散或平均，有利于通过通信系统中使用的各种交织和信道编码技术进行较好的信号校正，这些技术对于本领域的技术人员是已知的。恰当的纠错编码与这种干扰平均的结合使用大大有利于时隙有效部分中的比特恢复，藉此减少误比特和误比特率。
再参考图2，正如前面所陈述的，从卫星20向各个小区群(例如小区群24或小区群26)发射的各种信号22一般是彼此同步的，因为它们是从同一源(即卫星20)辐射的。图2所示的发明实施例中，卫星20的定时控制器28以图4所示的方式对于每个发射到服务小区群24和26的信号波束22交错业务和和控制信号的时隙。在本发明的这个实施例中，小区群24的每个控制和业务信道以第一预定延迟量交错，而小区群26的每个业务和控制信道以第二预定延迟量交错。每个小区群的预定延迟量由连接到卫星20的定时控制器28控制，定时控制器控制来自卫星20的信号波束22的发送定时。尽管定时控制器28被功能性地表示为卫星20的一部分，但是应该理解，定时控制器28可以放置在基于地面的基站中，与卫星的连接通过无线信号传输来实现。在本发明的一个实施例中，卫星20在功能上只是一个收发机，所有控制信号都发自基于地面的控制器。
在更常规的系统中，例如图3系统中所示的，每个小区群30和38包括多个服务小区。举例而言，每个小区群可以有7个服务小区f(1)-f(7)，如图1的实施例所示。在这里所示的本发明的一个实施例中，小区群内的每个服务小区包含相同的预定延迟，或在传输“参考”信号的服务小区情况下则没有延迟，该延迟用于交错小区群30内服务小区的传输。因此，在一个实施例中，一个定时控制器31用于控制小区群30内每个服务小区的定时，而另一独立定时控制器39则用于控制小区群38内每个服务小区的定时。
在发明的实施例中，如图3所示，也必须以高精确度来同步不同小区群的系统内部时钟，使得这些信号可以精确地错开。举例而言，在图3中，系统时钟40在线路42和44上分别向定时控制器31和39发送时钟值，使得这两个定时控制器的内部时钟是同步的。相反，图2的系统不需要使用时钟进行同步，因为它只有一个定时控制器以及一个时钟用于控制发向不同小区群(例如小区群24和26)的所有不同的信号波束22。
现在参考图5，其中表示了另一个实施例，小区群50内的每个服务小区包含自己的定时控制器52(1)-52(7)。正如可以看到的，每个定时控制器52(1)-52(7)分别通过线路53(1)-53(7)连接到小区群50的服务小区f(1)-f(7)。在这个实施例中，所有的定时控制器52(1)-52(7)都分别通过线路54(1)-54(7)彼此通信，以便同步时隙的交错。
现在参考图6所示的本发明实施例的框图，参考时钟60通过线路61向定时控制器62发送一个时钟值，定时控制器62再通过线路63向卫星发射机64发送控制信号，以便控制发向小区群66内的终端单元的信号波束65的定时。
尽管本发明的方法和装置已经在所附的附图中说明并在前面详细说明中描述，但是应该理解本发明不限于所揭示的一个或多个实施例，而是能够在不背离以下权利要求所提出并定义的发明精神的前提下进行很多重组、修改和代替。特别是，将会理解的是本发明可以有效地用于与模拟或数字业务及控制信道的分配相结合。
权利要求
1．一个在预定时隙发射蜂窝通信的控制和业务信号的通信系统中，该通信系统包括多个小区群，所述多个小区群中的每个小区群包括至少一个服务小区，每个服务小区的特征是为服务小区分配至少一个频道以便发送业务信号，所述通信系统还包括至少一个发射机，用于发射控制和业务信号，该通信系统包括一个定时控制器，具有连接到该至少一个发射机的输出，所述定时控制器使得在该至少一个发射机对控制和业务信号的发送中引入一个预定的延迟量。
2．权利要求1的通信系统，其特征在于，所述定时控制器使该至少一个发射机对于多个小区群中的一个小区群内发射的所有业务和控制信号而言，对控制和业务信号的发送都引入相同的预定延迟量。
3．权利要求2的通信系统，其特征在于，定时控制器使该至少一个发射机对多个小区群中的每个小区群引入不同的预定延迟量。
4．权利要求3的通信系统，其特征在于，该至少一个发射机置于至少一个卫星上。
5．权利要求4的通信系统，其特征在于，该至少一个发射机由多个发射机组成，其中，对于多个小区群中的每个小区群中的至少一个服务小区而言每个服务小区有一个发射机。
6．权利要求3的通信系统，其特征在于，该至少一个发射机由多个发射机组成，对多个小区群中的每个小区群的至少一个服务小区而言，每个服务小区有一个发射机。
7．在预定时隙内发射蜂窝通信的控制及业务信号的通信系统，该系统包括多个服务小区群，每个服务小区群具有至少一个服务小区，每个服务小区以至少一个频道为特征，该至少一个频道与所述多个服务小区群中相同小区群内的任何频道不同；至少一个发射机，用于在所述多个服务小区群的每个小区群中每个所述至少一个服务小区内发射业务和控制信号；一个系统时钟，提供时钟参考信号；以及一个具有一个输入和输出的定时控制器，其输入连接到所述系统时钟，以便对时隙中的发送引入预定量的延迟，其中预定量的延迟是相对于所述系统时钟所提供的时钟参考信号而测量的，定时控制器的输出连接到所述至少一个发射机。
8．权利要求7的通信系统，其特征在于所述定时控制器使至少一个发射机对多个小区群中一个小区群内发射的所有业务和控制信号而言，对控制和业务信号的发送引入相同量的预定延迟。
9．权利要求8的通信系统，其特征在于，定时控制器使至少一个发射机对多个小区群中的每个小区群引入不同量的预定延迟。
10．一个蜂窝通信系统，包括一个基于卫星的收发机，具有至少一个发射机，用于在特定频道上向多个小区群发射业务和控制信号，其中在多个小区群中的一个小区群内没有两个规定的用于业务信号的频道是相同的，而且其中所述分配给每个小区群的预定频道与其它小区群中的每个频道相比基本上是相同的；而且与所述基于卫星的收发机通信的定时控制器，用于控制所述基于卫星的收发机所发射的业务和控制信号的定时，所述定时控制器规定给定信号发送的预定延迟量。
11．权利要求10的系统，其特征在于还包括一个系统时钟，该系统时钟连接到所述定时控制器，对所述系统控制器提供参考时钟信号。
12．权利要求11的系统，其特征在于所述定时控制器对所述基于卫星收发机向其发射的每个小区群规定不同的延迟量。
13．在包括至少一个发射机的通信系统中改善通信系统的降低同频干扰能力的方法，该发射机在多个小区群内发射控制和业务信号，多个小区群中的每个小区群包括至少一个服务小区，该方法包括如下步骤将第一小区群内所有控制和业务信号的发送延迟一个第一预定延迟量；并且将第二小区群内所有控制和业务信道的发送延迟一个第二预定延迟量，其中所述第一和所述第二预定延迟量彼此不等。
14．权利要求13的方法，其特征在于，针对所述第一预定延迟量的所述预定延迟量等于0，藉此第一小区群内的控制和业务信号形成参考信号，所有其它发送都根据该参考信号来进行测量。
15．权利要求14的方法，其特征在于第二小区群的预定延迟量通过将每个服务小区的发送彼此同步、然后确定每个小区群相对于参考小区群的适当发送时间来确定。
16．权利要求14的方法，其特征在于发送第二小区群的控制和业务信号的时间通过在所述第一小区群的控制和业务信号发送之后等待预定时间量来确定。
17．在包括至少一个发射机的通信系统中改善通信系统的降低同频干扰能力的方法，该发射机在多个小区群内发射控制和业务信号，多个小区群中的每个小区群包括至少一个服务小区，该通信系统也为多个小区群中的每个小区群包括一个定时控制器，该方法包括如下步骤从参考时钟向多个小区群中的每个定时控制器发送同步信号；在多个小区群的每个小区群的每个定时控制器中，确定从至少一个发射机向多个小区群中每个小区群内的服务小区发射的控制和业务信号的延迟量，其中，多个小区群中每个小区群的延迟量与多个小区群内相邻小区群的延迟量不同；提供一个反映为给定小区群确定的延迟量的信号给至少一个发射机；以及从至少一个发射机向小区群发射控制和业务信号。
全文摘要
在蜂窝通信系统的任何给定时隙中出现的同频干扰量可以通过将同频干扰分散或平均到其它时隙中来降低。这种平均由各给定时隙中控制和业务信号的交错来产生,其中交错是相对于相邻服务小区群的同频信道中的相同时隙而言的。如果发射机处于向各个小区群进行发射的卫星上,该方法和设备可防止干扰信号干扰整个时隙。所发明的方法和设备需要向小区群发送的控制和业务信号彼此之间的同步,从而使得交错时隙时所引入的时延大小可以预测和控制。
文档编号H04Q7/36GK1220071SQ97195057
公开日1999年6月16日 申请日期1997年3月28日 优先权日1996年3月29日
发明者S·岑纳克舒, S·L·赖因霍尔德 申请人:艾利森公司