专利名称：带有可动态适配的用户单元的方法和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线电信系统，特别是无线本地环路系统。
相关技术简述无线本地环路系统(“RLL”)是一种无线电信系统，其中固定用户单元或终端通过空中接口与系统进行通信。这种无线系统连接到专用或公共电话交换网，并且包括许多无线区域，每个无线区域包含一个或多个无线站(RS)或基站。每个无线站控制与位于对应地理覆盖范围内的任意数量的固定用户单元的无线通信链接。每个无线区域的控制单元存储并保持一个包含分配给该无线区域的每个固定用户单元的识别码的用户列表。
一般地，固定用户单元要么不移动，要么在工作期间的移动能力受限(例如，无绳电话这种情况)。所有与固定用户单元的通信都是通过无线站控制的，该无线站向固定用户单元所处的对应覆盖范围内提供服务。固定用户单元具有收发机和天线，用于通过空中接口和至少一个预先分配的无线信道，发送电信数据到无线站以及从无线站接收电信数据，其中，无线信道根据任何不同的信道接入方案来定义。
在技术上熟知的这种信道接入方案的一种是时分多址(TDMA)。在基于TDMA的系统中，例如基于TDMA的RLL系统，多个载频中的每一个都被再划分为多个时隙。通过将每个载频再划分为多个时隙，实质上是增加了系统的业务容量，这是因为多个固定用户单元的每一个都能通过把它发送或接收数据和控制信息的时间限制到一个或多个分配的时隙从而在单一载频上进行通信。
基于TDMA的系统可进一步特征化为时分双工(TDD)系统或频分双工(FDD)系统。在TDMA/FDD系统中，每个载频按如上所述的方法再划分为时隙。然而，某些载频被专用来承载下行业务(即，从无线站发送数据和/或控制信息到固定用户单元)，同时其它载频被用来承载上行业务(即，从固定用户单元发送数据和/或控制信息到相应的无线站)。与此相反，在基于TDMA/TDD的系统中，每个载频同时承载上行和下行业务，以至于与某一给定载频相关联的大约一半时隙被预设计为承载下行业务，同时剩下的时隙被预设计为承载上行业务。例如，采用公知的数字增强无绳通信(DECT)标准的RLL系统就是一种基于TDMA/TDD的系统。
近年来，对无线通信业务的需求，特别是对固定无线通信业务的需求，正在以不同寻常的速度增加。这是有问题的，因为无线网络资源通常是有限的，所以系统所能覆盖的范围和系统所能承载的业务总量(即，业务负荷)两者都受到了限制。这个问题的一种解决方法当然是构造新的网络和/或扩展现有网络；然而这种解决方法是相当昂贵的。
解决这些及其它相关问题的另一种替代方法是，通过增加每个固定用户单元天线的增益因子G来增加最大范围(即，固定用户单元和无线站之间的最大工作距离)，因而增加了覆盖区域，其中，范围通常由下述关系式决定 其中，T为接收端的噪声温度，I表示干扰。可通过多种不同方法来增加增益因子G。首先，通过简单地增加无线收发机的功率来增加增益因子G。不幸的是，因为增加功率可能导致地理覆盖范围以及相邻地理覆盖范围内相应干扰电平的增加，所以这种方法通常并不被采用。且按照上面描述的关系，干扰电平的增加实际上将限制覆盖范围。
也可以通过使用定向天线来增加增益因子G。定向天线通过产生显著地更窄的天线波束来获得较大的增益因子G。通常使用定向天线来增加RLL系统的覆盖范围比增加收发机的功率更可取，因为它一般并不引起干扰电平的增加。然而，使用定向天线时还有其它的问题。由于发送天线波束和接收天线波束通常都很窄，因此引导(控制)天线波束以便它们准确地指向无线站的任务就比较困难。
目前，使用定向天线需要高级专业人员安装并定期调整固定用户单元的以确保其天线准确地指向对应的无线站。且如本领域的专业技术人员所能够理解的，这种方法将非常昂贵，特别是如果RLL系统需要经常不断地进行网络重新配置和/或网络扩展以便容纳新加入的无线站。因此，在固定RLL系统中，固定用户单元使用定向天线而不需要复杂的安装和/或重新调整的过程、或者很廉价，那是最好不过了。
发明概要本发明总体上涉及一种方法和/或通信系统，它涉及在RLL系统中由固定用户单元来动态选择通信信道，其中的固定用户单元采用定向天线，该定向天线的扫描角(即，表示定向天线发送和接收无线频率能量的方向的角度)可自动调整并接下来可作为动态信道选择过程中的一部分来进行选择，以及其中的用于固定用户单元通信的通信信道不仅由要通过它进行通信的无线站、用于传送该通信信道的载波、以及用于在其间进行传送的一个或者多个时隙来定义，而且还由该定向天线的扫描角来定义。
按照本发明的一个方面，通信系统包括一个无线站和一个终端。终端包括一个天线，该天线在改变其扫描角的同时，被用于在所说的终端与无线站之间发送和接收信号。该系统也具有用于确定各个信号品质因子的装置。然后，基于在各扫描角的信号的品质因子，系统可以选择用于供终端和所说的无线站进行通信的通信信道。
按照本发明的另一个方面，该通信系统包括一个终端和多个无线站。终端有其扫描角可自动改变的天线。终端测量从多个无线站接收到的信号，并确定由载频、时隙、天线扫描角、和/或无线站组合定义的各通信信道的品质因子。基于在各天线扫描角的信号的品质因子，终端选择用于所说的终端与一个或多个无线站进行通信的通信信道。
按照本发明的又一个方面，实现动态信道选择的改进方法包括以下步骤在与终端相关联的天线的扫描角改变的同时，发送和接收从无线站到终端的信号；在发送和接收天线的扫描角改变的同时，确定各通信信道的品质因子；以及接下来基于信号品质因子，选择用于所说的终端和所说的无线站进行通信的通信信道本发明优于先有的技术。首先，这种改进的动态信道选择方案允许用户单元自动选择能提供最佳信号品质特性的可用业务信道来建立连接。其次，改进的动态信道选择方法可用在采用窄束天线的通信系统中。这样，因为天线的安装或调整并不限于高级专业人员，所以由于无线站覆盖范围的增加所引起的经济效益并未损失。
附图简述现在结合附图对本发明进行更详细的描述，图中相同的单元素都标有相同的参考数字，其中
图1示出了一个无线本地环路系统；图2是按照本发明实施实例的固定用户单元的方框图；图3示出了DECT的帧结构；图4示出了在固定用户单元中存储的数据；图5示出了在固定用户单元中存储的数据，其中存储的数据包括天线扫描角；图6示出了与固定用户单元相关联的定向天线的k个不同扫描角；以及图7是表示按照本发明实施实例基于无线信号的测量进行用户单元分配的方法的流程图。
优选实施方案详述图1示出了普通无线本地环路(RLL)系统10的配置。如图1示，与RLL系统10相关联的覆盖范围被划分成较小的、相邻的地理区域，此处指的是无线区域12。在图1中也示出了每个无线区域12都包含一个控制单元34，其中，控制单元连接相应的无线区域和公共电话交换网40。此外，控制单元34特别包含用于标识所有分配给相应无线区域12的固定用户单元(FSU)的用户列表36。每个无线区域12也包括一个或多个一般是通过有线连接连接到控制单元34、并通过无线或者空中接口连接到多个FSU26的无线站14。尽管RLL系统10被图示为包括3个无线区域12，每个无线区域又包括2个无线站14，但它亦可被理解为包括多于或者少于3个的无线区域，同时每个无线区域14可包括多于2个或者仅一个的无线站。
如上所述的FSUs26通过无线接口与相应的无线站进行通信。因此，每个FSU26具有一个根据传统应用已经手工安装和/或调整好以便它们有效地指向相应无线站14的常规方向的发送和接收天线32。此外，每个FSU26与一个或者更多的通信设备连接，例如，通过插座28连接到FSU的无绳电话30。然而，它被本领域的专业技术人员理解为包括除无绳电话外的通信设备，诸如计算机终端、传真机等。
图2中给出了典型FSU26的基本部件。如图2示，典型的FSU特别包括一个无线收发器20、一个CPU18、一个存储器22和一个信道选择器24，它们的功能将在下面进行更为详细的描述。
为了FSU26和各种无线站14彼此之间通过无线接口进行通信，需要一种信道接入方案，诸如图3所示的TDMA/TDD信道接入方案实例。如图3示，TDMA/TDD信道接入方案实例有10个载频，其中，10个载频的每一个都被划分为时间帧，且每个时间帧又被划分为多个时隙，如24个时隙。因为图3的信道接入方案是基于TDD的方案，所以本领域的技术人员将意识到与10个载频中的每一个相关联的时隙(如，12个时隙)的一半或者大约一半被用来进行下行链路(即，从无线站到终端)的通信，同时余下的与各个载频相关联的时隙被用来进行上行链路(即，从终端到无线站)的通信。
通常，10个载频在每个无线区域12的各无线站14之间进行划分。例如，如果无线区域12有两个无线站14，可将载频1-5分配给第一个无线站用来与相应的多个FSU进行通信，而将载频6-10分配给第二个无线站用来进行通信。然后，各FSU在分配的下行链路时隙期间从相应的无线站14接收数据和控制信息，并在与一个分配给无线站14的载频相关联的分配的上行链路时隙期间发送数据和控制信息给相应的无线站14。然而，应该理解为，如果业务负载相对较低的话，可允许FSU与相应无线站14通过不止一个载频和/或不止一个上行链路和下行链路时隙进行通信。因此，连接一个特定FSU和一个特定无线站14的通信信道定义为i)唯一地标识正在与FSU进行通信的无线站14的标识码；ii)FSU正在进行通信时使用的、分配给无线站14的载频；以及，iii)供FSU在其期间进行通信的、与该载频相关联的下行链路和上行链路时隙。在图3中描述的TDMA/TDD信道接入方案实例在本领域是众所周知的。
当在FSU26和RLL之间首次建立连接时，较好的方法是分配其信号品质特征可能最佳的一个或一些信道来支持该连接。当然，这对于已存在的连接也是一样。为了有助于确保其信号品质特征可能最佳的一个或一些信道来支持新的或者已存在地连接，每个FSU26的CPU18要能连续不断地获得各个信道信号的品质因子。例如，获得的信号的品质因子可能是一个或多个链路参数(诸如载干比(C/I)、比特差错率(BER)、帧丢失率(FER)、无线信号强度指示符)或者它们的组合的函数，而且与这些一个或多个链路参相关的数值是由FSU26在它不发送或不接收数据或控制信息的那些时间内测量得到的。信号品质因子一旦被得到，就被存储在存储器22中，例如以图4所示的表格形式存储。接下来当首次建立连接或在现存的连接中，如果与支持的现存连接的一个或一些信道相关联的信号的品质下降到可接受的电平之下时，通过连续不断地更新存储在存储器22中的信号品质因子值，FSU26的信道选择器24就可动态地选择其信号品质特征可能最佳的一个或一些信道。
本发明涉及RLL系统中实现动态信道选择的改进措施。更精确地说，本发明通过在动态信道选择过程中考虑FSU天线的扫描角，从而扩展了动态信道选择的原理，这里的扫描角定义为正在发送和接收的无线频率能量峰值相对于参考方向的方向。虽然本发明主要打算是应用在固定无线系统(例如基于DECT的系统)中，但它并不仅限于这些。
因为本发明在动态信道选择期间考虑了天线32的扫描角，所以CPU18必须连续不断地获得各个信道信号的品质因子，这里连接一个特定FSU和一个特定无线站14的信道定义为i)唯一地标识正在与FSU进行通信的无线站14的标识码；ii)FSU正在进行通信时使用的、分配给无线站14的载频；以及，iii)供在FSU在其期间进行通信的、与该载频相关联的下行链路和上行链路时隙；以及，iv)天线32的扫描角。同样地，信号品质因子的数值被存储在存储器22中，例如以图5所示的表格形式存储。适当地，图5中的表格包含对于各载频、时隙、无线站、以及天线扫描角组合的信号品质因子值。
按照本发明的优选实施方案，为了获得对于各个信道即各载频、时隙、无线站、以及天线扫描角组合的信号品质因子，与某一给定FSU26相关联的天线32自动地扫描k个不同的扫描角，如图6所示。当天线扫描k个不同扫描角的每一个时，FSU26就测量一个或多个诸如BER、FER、C/I、RSSI等的链路参数的值，并由此得到各信道信号的品质因子。信号品质因子的数值接下来被存储在存储器22中，并被反复更新，例如以每秒500次的速率更新。由此得到了环绕在FSU26周围的射频环境的更准确的动态图。这样做时，对于新的连接或者现存的处于呼叫切换期间的连接，FSU26就可以动态地选择并分配提供最佳信号品质特性的一个或多个业务信道。
正如所述，天线32自动地扫描k个不同的扫描角。这可通过使用机械的方法使可旋转天线扫掠各k个不同的扫描角、通过使用电子的方法使相位阵列天线扫掠各k个不同的扫描角、或者通过选择多个固定定向天线中的每一个来实现，其中，与各定向天线相关的视轴与各k个不同的扫描角是相一致的。然而，无论天线扫描角的自动重定向是通过使用机械的方法、电子的方法，还是通过在多个定向天线中进行选择的方法实现的，都可理解这个自动扫掠各k个不同的扫描角、测量一个或多个链路参数、并得到各信道信号的品质因子的过程都是由驻留在例如存储器22中的动态信道选择算法控制的。
图7给出了用于获得各信道信号品质因子以支持本发明的动态信道选择过程的示例技术的步骤。步骤46表示第一个步骤通常是FSU复位在通信信道信号品质表44中的扫描角“k”的值。在步骤48和50，FSU复位在信号品质表44中的载频和时隙的值。接下来在步骤52，FSU为对应于第一时隙、载频、扫描角、以及无线站的组合的通信信道测量一个或多个诸如C/I、BER、FER、以及RSSI的链路参数(即，链路参数1到“N”)。接下来在步骤54，FSU确定该信道的品质因子，并在步骤56将品质因子存储在存储器22的信号品质表44中。
在步骤58，FSU使时隙递增。然后流程转到步骤60，确定FSU是否已到达最后一个时隙。如果是最后一个时隙，流程就转到步骤62，FSU复位时隙并使载频递增。否则，流程返回到步骤52，FSU测量与对应于时隙、载频、扫描角、以及无线站的组合的第二个或后续的通信信道相关联的链路参数。
在FSU增加载频之后，流程然后就转到判决步骤64。在这里确定是否FSU已到达最后一个载频。如果是最后一个载频，流程就转到步骤66，FSU复位时隙和载频，并递增扫描角。否则，流程返回到步骤52，FSU继续测量与对应于时隙、载频、扫描角、以及无线站的组合的后来的通信信道相关联的链路参数。
在判决步骤68，确定是否FSU已到达最后一个扫描角。如果是最后一个扫描角，流程就转到开始步骤46，FSU复位在通信信道信号品质表44中的扫描角的值。如果判决的结果是否定的，然后流程就返回到步骤52，FSU继续测量与对应于时隙、载频、扫描角、以及无线站的组合的后续的通信信道相关联的链路参数。接下来FSU计算信道的信号品质因子。借助于连续不断地测量和更新各通信信道的信号品质因子，FSU通过这种动态信道选择过程来比较与各通信信道相关联的信号的品质因子，并选择品质特征最佳的一个或一些信道。因此，FSU返回到选择的一个或一些信道。最好是信道选择算法可连续不断地比较信号的品质因子的数值并按信号品质的顺序排序。
在替代的一个实施方案中，动态信道选择过程通过确定信道是否到达预定义的品质基准来选择用于在FSU和RLL系统之间进行通信的一个或一些信道。满足品质基准的第一个信道被分配用来建立连接。
在另一个实施方案中，FSU递增时隙、载频、及扫描角所采取的顺序可以改变，以便FSU在递增时隙之前递增载频或者扫描角。
本发明涉及改进的使用动态信道选择的无线系统，在所采取的这种方法中使动态信道选择的原理被扩展到固定终端的天线部分。本发明中自动终端的选择有利于使用窄束天线的无线站，其结果是增加了无线站的覆盖范围；有效地降低并很可能消除了来自附近终端的和终端对无线站的干扰，从而提高了系统容量；以及在位于不同区域的无线站之间的软切换，提高了信号的品质。
虽然已经结合已详细描述了本发明的优选实施方案，对本领域的技术人员将显而易见的是可以对本发明做出各种不背离本发明的变化和改进以及等效使用。
权利要求
1.一种用于能进行动态信道选择的无线通信系统的装置，该装置包括一个无线站；一个包括发送天线和接收天线的终端，通过天线该终端和所说的无线站在一个或多个通信信道上进行通信，其中，该终端包括用于改变发送天线和接收天线扫描角的装置，以及用于在发送天线和接收天线的扫描角变化的同时确定多个通信信道中的每一个信道的信号的品质因子的装置；以及用于动态地选择作为与多个通信信道中的每一个信道相关联的信号的品质因子的函数的、供所说的终端和所说的无线站在其上进行通信的通信信道的装置。
2.权利要求1的装置，其中，各通信信道定义为天线扫描角的函数。
3.权利要求1的装置，其中，各通信信道定义为载频的函数。
4.权利要求1的装置，其中，各通信信道定义为时隙的函数。
5.权利要求1的装置，其中，所说的终端是固定用户单元。
6.权利要求1的装置，还包括用于比较与多个通信信道中的每一个信道相关联的信号品质因子的装置。
7.权利要求1的装置，其中，所说的用于动态选择供所说的终端和所说的无线站在其上进行通信的通信信道的装置包括基于对多个通信信道中与每一个信道相关联的信号品质因子的比较、用于动态选择通信信道的装置。
8.可进行动态信道选择的无线通信系统，包括多个无线站；一个包括发送和接收天线的用户终端，通过该天线，该用户终端和多个无线站中的一个或一个以上在至少一个通信信道上进行通信，其中，该用户终端包括用于自动改变发送和接收天线扫描角的装置，以及用于确定与各天线扫描角相关联的多个通信信道中的每一个信道的信号品质因子的装置；其中，各通信信道由所说的多个无线站中的一个、多个载频中的一个、多个时隙中的一个及多个扫描角中的一个来定义；以及动态地选择作为信号品质因子的函数的、供用户终端和一个或多个无线站在其上进行通信的至少一个通信信道的装置。
9.权利要求8的无线通信系统，还包括用于基于多个对应的通信信道的信号品质因子、按信号品质的顺序排序所述多个通信信道中的每一个信道的装置。
10.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的无线通信系统是无线本地环路系统。
11.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的用户终端是固定用户单元。
12.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的发送和接收天线是窄束天线。
13.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的用于自动改变发送和接收天线扫描角的装置包括使用机械方式旋转发送天线和接收天线的装置。
14.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的用于自动改变发送和接收天线扫描角的装置包括使用电子方式控制发送和接收天线的扫描角的方法。
15.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的发送和接收天线包括多个固定的窄束天线，其中所说的用于自动改变发送和接收天线扫描角的装置包括用于按顺序地选择多个固定的窄束天线的每一个的装置。
16.权利要求8的无线通信系统，其中，所说的用于确定与各天线扫描角相关联的多个通信信道中的每一个信道的信号品质因子的装置包括用于设置在用户终端中的扫描角、载频、和时隙值的装置；用于测量由扫描角、载频、和时隙定义的各通信信道中的至少一个链路参数的装置；用于计算由扫描角、载频、和时隙定义的各通信信道的信号品质因子的装置；用于在所说的终端没有到达最后一个时隙的情况下增加用户终端时隙值的装置；用于在所说的终端没有到达最后一个载频的情况下增加用户终端载频值的装置；用于在所说的终端没有到达最后一个扫描角的情况下增加用户终端扫描角值的装置；
17.动态选择通信信道的方法，包括步骤在终端的天线上在一个或多个通信信道上从无线站发送和接收信号；改变发送和接收天线的扫描角；当发送和接收天线的扫描角变化时，确定多个通信信道中的每一个信道的信号的品质因子；以及动态地选择作为与多个通信信道中的每一个信道相关联的信号品质因子的函数的、供所说的终端和所说的无线站在其上进行通信的通信信道。
18.权利要求17的方法，其中，每一个通信信道都定义为天线扫描角的函数。
19.权利要求17的方法，其中，每一个通信信道都定义为载频的函数。
20.权利要求17的方法，其中，每一个通信信道都定义为时隙的函数。
21.权利要求17的方法，其中，所说的终端是固定用户单元。
22.权利要求17的方法，还包括用于比较与多个通信信道中的每一个信道相关联的信号品质因子的装置。
23.权利要求17的方法，其中，所说的用于动态选择供所说的终端和所说的无线站在其上进行通信的通信信道的步骤包括基于多个通信信道中与每一个信道相关联的信号品质因子的比较来动态选择通信信道。
24.权利要求17的方法，其中，所说的用于确定与各天线扫描角相关联的多个通信信道中的每一个信道的信号品质因子的步骤包括设置在用户终端中的扫描角、载频、和时隙值；测量由扫描角、载频、和时隙定义的各通信信道的至少一个链路参数；计算由扫描角、载频、和时隙定义的各通信信道的信号的品质因子；如果所说的终端没有到达最后一个时隙，增加用户终端的时隙值；如果所说的终端没有到达最后一个载频，增加用户终端的载频值；如果所说的终端没有到达最后一个扫描角，增加用户终端的扫描角值。
全文摘要
在无线本地环路系统中,固定用户单元凭借使用改进的动态信道选择方案可自动地选择信号品质特性最佳的可用业务信道来建立连接。无线系统具有测量从无线站接收到的信号并确定每个接收信号的信号品质因子的固定用户单元。固定用户单元创建并保持存储对于每个信号的频率、时隙、无线站序号、以及固定用户单元整体扫描角的业务信道寄存器。基于信号品质分配一个可用无线信道和天线扫描角给固定用户单元。
文档编号H04J3/00GK1333977SQ9981582
公开日2002年1月30日 申请日期1999年11月23日 优先权日1998年11月24日
发明者P·查拉斯 申请人:艾利森电话股份有限公司