专利名称：无线电通信系统内信号传输的方法
本方法涉及无电线通信系统内尤其是涉及移动无线电系统内的一种信号传输方法。
在无线电通信系统内有效数据，例如语言，图像信息或其它数据，借助电磁波经发送和接收的无线电站之间的无线电接口传送。这时用处于当时系统用的频带内的载波频率发射电磁波。在公知的GSM-移动无线电系统(全球移动通信系统)，载波频率处于900MHz，1800MHz和1900MHz的波段内。对于未来的无线电通信系统例如UMTS(通用移动通信系统)或另外的第3代系统配备在频带约2000MHz内的频率。为了区分在接收处的各种信号源使用频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和/或码分多址(CDMA)传输法以及这些公知方法的组合。
从西门子公司的用于UTRA TDD部分的方案的ITU系统说明(Draft ITU system description for the UTRA TDD component)，ETSI SMG2 UMTS-L1，TDoc SMG2 UMTS-L1 104/98，Bocholt，18.05.98，获悉对用于第三代移动无线电(UMTS)的无线电接入法(UTRA-UMTS地面无线电接入)部分的宽带TD/CDMA用户分离法的一种提议，其中根据在频带内的TDD-传输法，一部分时隙用于在上行方向的信号传输以及一部分时隙用于下行方向的信号传输，其中上行方向的传输在下行方向传输前进行。根据当时对上行和下行传输频道的需求可以灵活定位的转换时间点处于其间。这些部件首先应当在下级的无线电小区分级，如皮小区和微小区内以及在室内使用。
为了能以在上级的小区分级如宏小区内各自使用的实现转移到另一移动无线电系统，例如转移到GSM-移动无线电系统或转移到提议的具有宽带-CDMA-用户分离法(WCDMA)的无线电接入法的第2部分，移动站在下行方向本身并不接收基地站信号的时隙期间观测到在各自的频带内GSM移动无线电系统或WCDMA-部分的信道结构。这里假设，移动站各只有一个接收设备，因为这种实施与两个安装的接收设备比较，这些设备在不同频带内实现信号的并行接收，意味着显著低的技术上和费用上的开销。此外假设移动站不能够同时在一个频道内发送，而在另一频带内接收，因为这会有害地对接收机引起强烈干扰以及有时可能引起各信号的互调制。
根据J.Mayer，J.Schlee，T.Weber的文章之一“Protocol andSignalling Aspects of Joint Detection CDMA(CDMA联合检波协议和信令方式)”PIMRC’97，Helsinki，1997，P867-871获悉的信道组合，多个传输信道能够分配给已建立的通信连接。这里如果例如建立了互联网用的通信连接，则这种情况可以出现对上行方向和下行方向强烈的非对称的数据速率。这时与对上行方向只有少数传输信道相比，对下行方向有大量传输信道因而有许多时隙分配给通信连接。在这种情况下移动站可以观测平行系统结构的下行方向的时隙数目变小。因为为同步化因而为实现转移到另一系统的步骤必须的时间与用于观测可支配的时隙数目有关，尤其是在快速运动的移动站的情况下有时可能出现通信连接的中断。
本发明的任务是提供一种方法，该方法使无线电通信系统内的无线电站用TDD传输法快速实施切换步骤成为可能。此任务根据本发明通过与下一段落相一致的独立权利要求1的特征解决。本发明的有益扩展引用从属权利要求。
根据本发明在无线电通信系统内进行信号传输的方法中，根据TDMA法为了经基地站和至少一台第1无线电站之间的无线电接口的信号传输，该方法具有用户分离，并且在这里根据TDD法实现信号传输，其中从无线电站到基地站的上行方向和从基地站到无线电站的下行方向的信号，在同一频带内时间上在一时帧内分离在各至少一个时隙内进行传输，对于上行方向的信号传输的时隙是这样安排在两个相继的时帧内，使得为下行方向的信号传输的相继的时隙数目变为最大。
本发明具有优点通过为上行方向传输的时隙定位，使得为下行方向的信号传输相继的时隙数变为最大，以至与各从属的下行方向的时隙的位置有关地为一个或多个无线电站为观测另外的无线电通信系统提供更多数目的相继的时隙。因此可以对并行的无线电通信系统实现较快同步化以及因而实现较快转移控制。此外通过减少在上行和下行方向之间的转换点，可以有利地减少无线电站以及基地站的发送/接收装置。
按此方式构成的时帧数目在称作超时帧的多个时帧内可以有利地保持很小，以便避免对发送功率调整有害的延缓，因为连续的发送功率调整可降低在无线电通信系统内的干扰，并因而提高传输质量。
根据本发明的两种可选择的扩展，其一，下行方向的信号传输到其它无线电站的彼此相继的时隙数目，在相继的时帧内在为下行方向信号传输到第1无线电站的时隙之间变为最大，并且其二，下行方向信号传输到第1无线电站的时隙在相继的时帧内是这样安排的，使得对为在上行方向信号传输的时隙的有关间隔变成最小。
这种扩展结构有利地使得分配给第1无线电站的下行方向的时隙是这样安排在跟随的时帧内，使得在两跟随的时隙之间用于接收自己的通信连接的信号的时间间隔变为最大，以至第1无线电站通过为下行方向分配的时隙的定位可支配大量彼此相继的时隙用于观测其它的无线电通信系统。因此同步化时间和用于切换步骤的时间更进一步缩短。
根据第三种可选择的扩展结构把用于到第1无线电站的下行方向信号传输的时隙组合在一起，并且这样安排在后继的时帧内，使得用于到其它无线电站的下行方向的信号传输的彼此相继的时隙数目变为最大。
如果根据基于这种结构的进一步扩展，把用于到其它无线电站的下行方向的信号传输的有关时隙附加地组合在一起，并且这样安排在相继的时帧内，以至用于到各个另外的无线电站的下行方向的信号传输彼此相继的时隙的数目变为最大，所以对所有无线电站可供支配尽可能多数目的各组合的时隙用于观测其它系统。此外，在各无线电站的接收设备有利地承受较小负荷，因为在两个彼此相继的时帧内只须对用于接收向下行方向发送的信号的有关频带调整一次。
这时对各分配给无线电站下行方向的时隙定位，可与无线电站当时的速度有关地进行，其中具有最大速度的无线电站分配的时隙，例如第1无线电站是这样安排在时帧内的，使得在相继的时帧内的观测时间变为最大。在无线电站的速度之间只有很小差异的情况下，可按这样的方式合理地定位，相继地使其它无线电站各在随后的时帧内实现尽可能多的观测时间。这例如在步行区是有意义的，那里在单个无线电站之间只出现很小的速度差。在那里根据没有必要性进行快速发送功率调整，大量根据本发明改变的后继的时帧可集成在一个超时帧内。
这时在一个超时帧内的这种结构变化的时帧数可以例如与无线电站的平均速度或与一个无线电站的最高速度有关地进行选择。
本发明方法在额外使用CDMA-用户分离法的无线电通信系统内使用尤为有利。这种称为TD/CDMA的方法具有并行利用许多通信连接的频带，其中通过在一个时隙内的专用的扩展代码(Spreizkode)鉴别各个通信连接。因此与公知的GSM-移动无线电系统比较，更多数目的无线电站能够在一个时隙内进行并行的通信连接。
本发明实施例依靠附图详细说明。其中有
图1示出一种无线电通信系统，尤其是一种移动通信系统的方框图，图2示出无线电接口和无线电信息块建立的帧结构的概略图，图3示出了根据由许多无线电站分配的为下行方向用时隙的现有技术的TDD-传输法的两个相继时帧概略图，图4示出可供给有关无线电站用于观测另外的无线电通信系统支配的下行方向时隙数据的图3的时帧概略图，图5示出在时帧内下行方向用的具有时隙变化了定位的两个相继时帧概略图，图6示出具有有关无线电站观测用的有关时隙数据的图5的时帧概略图，图7示出在时帧内上行和下行方向的具有时隙的变化定位的两个相继时帧概略图，图8示出具有有关无线电站观测用的有关时隙数据的图7的时帧概略图，图9示出有下行方向用各自分配给无线电站的时隙变化了定位的两个相继时帧概略图，图10示出具有有关无线电站观测用的有关时隙数据的图9的时帧概略图，图11示出有下行方向用各自分配给无线电站的时隙另一变化了定位的两个相继时帧概略图，图12示出具有有关无线电站观测用的有关时隙数据的图11的时帧概略图，图13示出两个相继的时帧概略图，其中分配给有关无线电站的时隙合并在一起，以及图14示出具有有关无线电站观测用的有关时隙数据的图13的时帧概略图。
图1示出并示范地作为移动无线电系统设计的无线电通信系统按照其结构相当于由彼此联网并对固定网PSTN(公共电话交换网)建立入口的许多移动交换中心MSC组成的公知的GSM-移动无线电系统。此外这些移动交换中心MSC与各至少一台为分配无线电技术资源用的设备RNM相连。每一台这种设备RNM又使向至少一个基地台BS进行通信连接成为可能。该基地台是一个经无线电接口对可以作为移动站构成的、无线电站MS1，MS2，MS3建立和拆除通信连接的无线电站。这种结构的功能性被本发明的方法所利用。
在图1示范性地示出用于在基地站BS和处于基地站BS无线电有效服务区内的三无线电站MS1，MS2，MS3之间上行和下行方向传输有效数据和信令信息的三条通信连接。
为了复盖无线电有效服务区，基地站BS具有至少一台例如由3只单个幅射器组成的天线设备。每一单个幅射器定向辐射到所服务的无线电有效服务区的扇形区内。然而作为另一种选择也可以使用大量单个幅射器(根据自适应天线)，以至也可以根据SDMA(空分多址)法实现空间上的用户分离。
无线电接口的示范性的帧结构从图2一目了然。根据TDMA-部分考虑宽带的频带例如带宽＝5MHz划分为多个时隙ts例如16个时隙从ts0到ts15。在频带B内的每一时隙ts组成一个频道fk。在宽带的频带B内，彼此相继的时隙ts按照帧结构分类。所以16个时隙ts0到ts15合并成一个时帧tfr。
在利用TDD传输法时，一部分时隙ts1到ts15用于上行方向UL，和一部分时隙ts0到ts15用于下行方向DL，其中上行方向UL的传输例如在下行方向DL传输之前进行。根据对上行方向UL和下行方向DL传输信道的各自需要，可以灵活定位处于其间的转移时间点SP。上行方向UL的频道fk在这种情况下相当于对下行方向DL的频道fk。按同一方式构成其它的频道fk。
在频道fk内，多道通信连接的信息在各无线电信息块内传输。这些无线电信息块由具有数据d的段组成，其中各嵌入具有接收端已知的训练序列tseq1到tseqn。数据d用精微结构，扩展代码C(CDMA-Kode)通信连接专用地扩展，所以接收侧例如n道通信连接是可以通过这种CDMA-部分分离的。由频道fk和扩展代码C的组合定义一个用于传输信令信息和有用信息的物理的传输信道。
具有Q个码片的数据d的各个符号的扩展导至在符号持续时间tsym内，持续时间tchip的Q个子段被传输。这时Q个码片组成专用的CDMA-代码C。此外在时隙ts内提供保护时间gp用来补偿相继时隙ts通信连接的不同信号渡越时间。
图3示出的各由16个时隙ts组成的二相继时帧tfr的结构，按意义相当于在本说明书导言内所述的有关用于下级无线电小区分级的第3代UMTS移动无线电系统内的无线电接入法的现有技术。
在根据图1的无线电通信系统的图3内示范地从无线电站MS1，MS2，MS3到基地站BS的上行方向UL以低的应传输的数据速率出发，以至只分配给上行方向UL3个时隙ts。正如从上述现有技术可获悉的那样，时帧tfr的各第1时隙ts0也可以用于下行方向DL的通用信令信道内的信令，正如在已由GSM-移动无线电系统内公知的B CCH(广播控制信道)内那样。分配给有关无线电站MS1，MS2，MS3的传输信道的数目在图3内未示出，因为它与本发明的方法的说明无关。此外，可以出现这样的情况，无线电站例如第1无线电站MS1只接收从基地站BS来的下行方向DL的信号，然而在上行方向UL只有极少或没有信号传输到基地站BS。这种情况可以在例如在具有高数据传输率的非对称性的因特网应用中才出现。
在图3示范性地以6个时隙ts分配给下行方向DL第1无线电站MS1的通信连接，而以5个时隙ts分配给对第2无线电站MS2的通信连接以及以2个时隙分配给对第3无线电站MS3的通信连接。如果不建立新的通信连接或者有关传输信道数目改变以及信号传输中止，则经大量时帧tfr这种分配结构维持不变。
切换步骤的实施在无线电通信系统内由无线电站或由系统启动。这依靠由无线电站周期性地求得的涉及有关无线电站和包围它的基地站之间的无线电接口的传输特性的特征值，例如接收强度或信噪比。为了不仅在用上述TDD-传输法的无线电通信系统内而且也对其它系统，例如GSM-移动无线电系统能实施所谓的系统间切换步骤，则无线电站MS1，MS2，MS3必须能够在一定的时间间隔内观测组织信令信道，如同步化频道(SCH)或通用信令信道(BCCH-广播控制信道)或其它系统的无线电接口的结构。这时不利地产生以下效果在GSM-移动无线电系统内的时隙结构和时帧结构与上述的无线电接口结构不同，而且为同步化必要的同步化信道并非在所有时帧内发射。因此例如出现下列情况具有用于下行方向DL的六个分配的时隙ts的第1无线电站MS1必须观测为GSM-移动无线电系统结构用的大量时帧tfr，以便找到并评估同步化信道SCH，因为直到跟随的时帧tfr开始在时帧tfr内各只有7个相继的时隙ts可供支配。这时不利地延长了为执行系统间切换步骤必需的时间，这首先在第1无线电站MS1较高的速度的情况下可意味着现行的通信连接中断。
随着用于观测的相关连的时隙ts数下降，为执行切换步骤的时间上升。在上述的TDD-传输法内至少需要三个相关连的时隙ts以便可以观测GSM-时隙。在9个时隙的观测时间可以观测一个完整的GSM-时帧(4,615ms)。在时帧tfr内15个相继的时隙ts的观测时间，在相当于6.5-GSM时帧或3个TDD时帧的平均约30ms内，可以在GSM-无线电接口上进行同步化。与此相反在一个时帧tfr内只有4个相继的时隙ts情况下同步化的时间处于约300和700ms之间。
在图4中示出图3已知的时帧的到无线电站MS1，MS2，MS3的各分配的时隙ts。从置于其下的图可以明显看到在每一时帧tfr内第1无线电站MS1只可支配各7个时隙ts用于观测其它的系统，其中在这个时隙ts内第1无线电站MS1并非接收基地站BS的信号本身。以同样的方式第2无线电站MS2最多可支配6个相继的时隙ts。第3无线电站MS3可以通过在时帧tfr终止时对分配的时隙ts定位，在11个相继的时隙ts期间观测另外的系统。通常如果例如根据无线电站的高速度必须执行快速切换步骤时，只应用少量时隙ts用于下行方向DL的信号传输的通信连接(可以定位在，或者在下行方向DL的时隙开始处或者在时隙终止处)。与此相反，在较低速度情况下，可以按照以下方式对具有少数时隙ts的通信连接进行定位，对具有大量时隙ts的通信连接可供支配最大数量的相继的时隙ts，用于观测另外的系统。
在图5描绘了在两个时帧tfr内，在上行方向UL，信号传输用根据本发明的时隙ts定位的改变。在这种情况下，对上行方向UL的时隙最后在第2时帧tfr内定位，由此为下行方向DL的信号传输用的相继的时隙数目变为最大。与第2时帧tfr有关的改变可以根据需要为一个超时帧的一定数目时帧tfr进行或通过系统预先确定。在灵活的或按照需要实施本发明的方法时，时帧号或改变开始的时间点用信令传递给无线电站MS1，MS2，MS3。此外通过这种安排有利地降低转换点的数目。
在图6还示出了可供无线电站MS1，MS2，MS3用于观测另外的系统支配的时隙ts的有关数目。在这里与图4比较可以看出对于第2无线电站MS2在时帧tfr内此刻有8个相继的时隙是可供支配的。
在图7描绘了2个时帧tfr，其中在第2时帧tfr内不仅对上行方向UL的时隙ts的位置作改变，而且对下行方向DL的时隙ts的位置也作改变。各时隙ts对无线电站MS1，MS2，MS3的分配在结构上对应于两时帧tfr之间界线上的镜面反射。作为根据本发明的这种改变的后果，从相应的图8可以看到现在可供第1无线电站MS1支配14个相继的时隙ts用于观测，这与前面的例子比较相当于加倍。虽然有大量分配的时隙ts，由此仍可以对第1无线电站MS1执行快速的系统间转移控制。
为了对第2无线电站MS2开辟一条使相继的时隙ts最大化的相应途径，根据图9对第1无线电站MS1和第2无线电站MS2交换分配的时隙ts的位置，其中作为最大化的判据是对上行方向UL的时隙ts的各间隔变成最小。图10示出的结果可以看到现在可供第2无线电MS2支配16个相继的时隙ts用于观测其它系统。这时无线电站MS1，MS2，MS3各自分配的时隙位置的交换也可以按照循环交换的形式在时帧tfr内进行。
在图11示出无线电站MS1，MS2，MS3有关时隙的另一种位置变化，其中表示了与图7比较是反射成像的在时帧tfr内的有关顺序。正如从相应的图12看到的那样现在可供第2无线电站MS2和第3无线电站MS3支配各为12和22个相继的时隙ts用于各自观测其它的系统。在这里指出在对第3无线电站MS3相继的时隙ts最大化的意义下，第2无线电站MS2也从位置变化中获益。此外，按照本发明，对未图示的有关时隙ts的排列组合也是可能的。
在图7到图12示出的位置改变可以例如相继地经多个超时帧实现，所以每个无线电站MS1，MS2，MS3经受观测时间的最大化。此外位置改变的控制可以这样进行，只对具有高速度或应快速执行系统间转移的无线电站实施上述的最大化，在必要时经多个超时帧实施。
在图13示出2个相继的时帧tfr，其中在时帧tfr内有关无线电站MS1，MS2，MS3的各个时隙ts的分离被取消。根据本发明为下行方向DL的信号传输到第1无线电站MS1的两个时帧tfr的时隙ts合并为相继的时隙ts的一个信息块。如上所述，也可以对第2和第3无线电站MS2，MS3的时隙ts同样进行。
为了阐明这种安排的优点，在图14重新给出了可供无线电MS1，MS2，MS3用于观测另外系统支配的一相连接的时隙ts数目。在这里与前面的例子比较可以看出通过对各个无线电站MS1，MS2，MS3的有关时隙的组合，可供所有无线电站各自支配大量相连接的时隙ts，在这些时隙内它们可以观测另外的系统。无线电站MS1，MS2，MS3各相连接的时隙ts的定位，可如图7到12所示重新循环改变，以便使每次另外一个无线电站MS1，MS2，MS3实现观测时间的最大化。
权利要求
1.在无线电通信系统内信号传输的方法，该方法根据TDMA法为了经基地站(BS)和至少一台第1无线电站(MS1，MS2……)之间的无线电接口的信号传输具有用户分离并且在这里根据TDD法实现信号传输，其中从无线电站(MS1，MS2……)到基地站的上行方向(UL)和从基地站(BS)到无线电站(MS1，MS2……)的下行方向(DL)的信号，在同一频带内时间上在一时帧(tfr)内分离在各至少一个时隙(ts)内进行传输，其特征为对于上行方向(UL)的信号传输的时隙(ts)是这样安排在两个相继的时帧(tfr)内，使得为在下行方向(DL)的信号传输的彼此相继的时隙(ts)数目变为最大。
2.根据权利要求1的方法，其特征为为下行方向(DL)信号传输到其它无线电站(MS2……)的彼此相继的时隙(ts)数目，在后继的时帧(tfr)内变为最大，而上述时隙(ts)处于为下行方向(DL)信号传输到第1无线电站(MS1)的时隙(ts)之间。
3.根据权利要求1的方法，其特征为为下行方向(DL)信号传输到第1无线电站(MS1)的时隙(ts)是这样安排在彼此相继的时帧(tfr)内，使得对上行方向(UL)信号传输的时隙(ts)有关间隔在有关时帧(tfr)内变成最小。
4.根据权利要求1的方法，其特征为把下行方向(DL)信号传输到第1无线电站(MS1)的时隙(ts)组合在一起，并且这样安排在后继的时帧(tfr)内，使得为下行方向(DL)信号传输到其它无线电站(MS2…)的彼此相继的时隙(ts)数目变为最大。
5.根据权利要求4的方法，其特征为为下行方向(DL)信号传输到其它无线电站(MS2…)的有关时隙附加地组合在一起，并在后继的时帧(tfr)内这样的安排，使得为下行方向(DL)信号传输到各另外的无线电站(MS1，MS2…)的彼此相继的时隙(ts)的数目变成最大。
6.根据上述权利要求之一的方法，其特征为用户分离附加地根据CDMA法执行。
全文摘要
根据本发明在为了信号传输利用TDD－TDMA方法的无线电通信系统内,为上行方向信号传输的时隙是这样安排在两个相继时帧内,使得为下行方向的信号传输的彼此相继的时隙数目变为最大。
文档编号H04B7/26GK1255789SQ9912356
公开日2000年6月7日 申请日期1999年11月8日 优先权日1998年11月6日
发明者M·迪林杰 申请人:西门子公司