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1. CN1268262 - Method and device for effective data radiotransmission

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[ ZH ]
数据有效的无线电通信的 传输方法和装置


本发明涉及到将数据在固定站和至少一个移动站之间用多个载波 频率中的一个进行有效的无线电通信传输的一种方法以及一种装置, 此时数据在工作时隙上用时分多址方法(TDMA)进行传输。
为了代替在欧洲已经存在的不同的模拟和数字标准,于90年代初 期就放弃了DECT标准。这个标准是第一个共同的无线电通信的欧洲标 准。DECT网络是高用户密度的微蜂窝式的、数字移动无线电通信网。 它首先是为在建筑物中使用而设计的。在外部空间使用DECT标准然而 同样是可能的。DECT网络的容量为每平方公里10,000用户在无绳标 准中对于网络营销商是一个理想的通道技术。按照DECT标准不仅可能 传输语言而且也可能传输数据信号。这样在DECT基础上也可以建立无 绳的数据网络。
下面应在附图2基础上对DECT标准进行详细地叙述。关于名称DECT (数字增强无绳无线电通信)在欧洲一个数字无绳的无线电通信系统 的有效距离被标准化为在300米以内。从而这个系统适合于与一个无 线电通信装置的交换功能连接在一起,用于在一个办公室建筑物,或 在一个工厂区内的移动电话通信和移动数据通信。DECT功能对无线电 通信装置是一个补充,并且从而使无线电通信装置成为无绳无线电通 信系统的固定站FS。在固定站FS与最多120个移动站MS之间最多可 以建立、监控和控制120个信道的数字无线电通信连接。
在频率范围为1.88GHz至1.9GHz之间用最多10个不同的载波频率 (载波)进行发送。这种频分多址方法被称为FDMA(频分多址)。
用12个载波频率中的每个,按时间先后排列的12个信道用时分多 址方法TDMA(时分多址)进行传输。从而按照DECT标准对于无绳无 线电通信在10个载波频率上并且每个载波频率各自有12个信道总共 产生120个信道。因为例如对于每个语言连接要求一个信道,120个 连接产生最多为120个移动站MS。在载波上是交换运行工作的(双向 的,TTD)。当发送12个信道(信道1-12)以后,被连接到接收上 并且在相反方向接收12个信道(信道13-24)。
从而一个时分多址帧是由24个信道构成的(见附图2)。其中信 道1至信道12是由固定站FS向移动站MS传输的,而信道13至信道 24在相反方向是由移动站MS向固定站FS传输的。帧周期为10ms。一 个信道的周期(时隙,隙)为417μs。在这个时间以内有320比特信 息(例如语言)和100比特控制数据(同步化,信令化和故障检查)被 传输。一个用户(信道)的应用比特率是由320比特信息在10ms之内 产生的。从而它是32千比特/秒。
对于固定站和移动站已经开发了集成的组件,这些组件转换DECT 功能。其中固定站和移动站满足相似的功能。这种所谓的集成组件中 的一个是HF模块,也就是说这种模块在HF范围内执行原来的接收和 发送功能。
已知了使用所谓的快速超大规模HF模块,也就是说HF模块可以从 一个时隙以及信道到下一个进行载波频率的变换。这种快速超大规模 HF模块本身是很复杂和很贵的。因而在实际中首先是使用所谓的慢速 超大规模HF模块,也就是说这种模块需要一定的时间间隔用于变换载 波频率。实际上慢速超大规模HF模块为了变换载波频率所需要的时间 间隔,主要是一个时隙的时间间隔。这意味着,在每个工作时隙以后, 也就是说,在每个传输数据的隙以后,必须跟上一个所谓的不工作的 时隙(盲隙),在其上没有数据可以被传输。这意味着,实际上在DECT 标准的载波频率上代替12个可能的连接只有可能进行6个连接。
一个DECT信道是由其时隙及其载波频率决定的。其中应注意,按 照DECT标准重新使用物理信道的管理是借助于动态信道选择(动态信 道选择)进行的。从而如同在蜂窝式系统中的一个复杂的频率规划是 多余的。对于建立连接将所有信道上的信号电平连续地进行测量,并 且在一个信道表(信道图)中管理无故障的信道。此外在一个连接之 中所有信道的信号电平以及接收质量被监控。如果这种监控得出,正 巧被使用的信道用一个被干扰的载波频率传输(例如由于用同样的载 波频率从以及向一个另外的固定站传输的作用),对于下一个工作的 时隙自动地选择一个另外的载波频率,这个载波频率在信道表中是作 为无干扰登录的。
作为另外的可能性也可以使用所谓的频率超大规模方法,在其中载 波频率在一个预先规定的时间间隔以后,例如在传输的一个帧以后被 变换。
在欧洲以外的国家DECT标准必要时必须更改,并且与地方的对象 相匹配。例如在美国不可以在普通的DECT范围1.88和1.90GHz之间 进行传输,而更多的是提供一般公开的2.4GHz ISM频带(工业,科 学,医学)。为此必须更改以适应国家的规范,例如采用美国规范“FCC part 15”(联邦通信委员会)。所谓的美国规范叙述了对于空气接口 允许的传输方法,发送功率和提供使用的带宽。
在DECT标准上每个时隙除了包括上述320个信息比特以外,还包 括对于信号传输需要的其它104比特以及56保护区比特,这样每个时 隙总共包括480比特。从而得出数据率为(24×480比特)/10ms=1 152 000比特/秒。这样高的一个数据率在美国的ISM频带上是没有意义 的,因为每个可应用的信道将需要一个太大的带宽。
因此本发明的任务是,创建一种方法和一种装置用于数据的数字无 线电通信传输,这些有效地利用TDMA系统的带宽。这种方法以及装置 特别是应该有可能廉价地使用所谓的慢速超大规模HF模块。
按照本发明安排了在固定站和至少一个移动站之间用多个载波频 率中的一个进行数据的数字无线电通信传输方法。其中数据是用一种 时分多址方法(TDMA)的时隙中传输的。将一个载波频率变换为一个 另外的载波频率此时是在一个预先规定的时间间隔内进行的。   将数据在工作时隙上传输,在工作时隙后面跟随着一个不工作时 隙,在其上没有数据被传输。按照本发明不工作时隙比工作时隙短。
特别是不工作时隙的时间周期可以为工作时隙的一半。由于这种时 隙结构每个时帧可以建立多个工作连接,从而其后果是可以有效的利 用TDMA系统的带宽。
特别是一个传输时帧可以包括从固定站向一个移动站传输的四个 工作时隙,并且包括从移动站向固定站传输的四个时隙。
传输可以在一个2.4GHz频带上进行。
此外按照本发明安排了数据的无线电通信传输的一种装置。按照本 发明的装置具有一个固定站和至少一个移动站,在其间数据在多个时 隙上用时分多址方法(TDMA)和用多个载波频率用频分多址方法 (FDMA)可以被传输。固定站和至少一个移动站各自具有一个HF模 块,通过这个HF模块传输的载波频率在一个时隙中可以选择的。其中 HF模块为了从一个载波频率变换为另一个载波频率需要一个预先规 定的时间周期,其大小为一个时隙。按照本发明一个传输时帧具有在 其上传输数据的工作时隙,和在其后各自跟随着在其上没有数据传输 的不工作时隙。不工作时隙的时间周期特别是小于工作时隙的时间周 期。特别优异的是,如果不工作时隙的时间周期为工作时隙的一半。 从而可以保证,在一个时帧内可以建立多个工作连接,并且从而有效 的利用了带宽
一个传输时帧可以包括从固定站向移动站传输的四个工作时隙,以 及包括从移动站向固定站传输的四个时隙。
载波频率可以位于一个2.4GHz频带上。
HF模块特别是可以将载波频率在一个不工作时隙中变换。
现在本发明借助于一个实施例和以附图为基础进行详细地叙述。它 们表示:
附图1按照本发明用于数据的数字无线电通信传输的装置,
附图2已知的DECT标准的简图,
附图3将已知的DECT标准与美国的ISM频带进行匹配时的信道配 置简图,
附图4按照本发明将DECT标准与ISM频带进行匹配时一个特别有 效的信道配置。
在附图1上安排了用于数据的数字无线电通信传输的一个装置。其 中固定站1是用终点导线10与固定站连接的。固定站1有一个HF模 块4,通过这个模块数据借助于天线6是可以发送以及接收的。HF模 块4可以特别是一个所谓的慢速超大规模HF模块,也就是说是一个特 别廉价的HF模块,这种模块本身需要一定的时间间隔用于从一个载波 频率转换为另一个载波频率。这个时间间隔的大小大约为一个时隙, 也就是说大约为100μs和1ms之间,并且特别是大约在300μs和500 μs之间。这个对于载波频率转换所需要的时间间隔例如可以相当于 由时分多址方法(TDMA)的一个时隙填满的时间间隔。借助于天线6 可以经过无线电通信传输路段8向移动站2以及经过第二个无线电通 信传输路段9向移动站(无绳电话)3进行无线电通信传输。所有在 附图1中表示的移动站具有同样的结构,这样详细地叙述可以只借助 于被表示的移动站2进行。
如在附图1上看到的,移动站2有一个天线7用于从以及向固定站 1接收以及发送数据。在移动站2上安排了一个HF模块5,这个主要 是对应于在固定站1上使用的HF模块4。在移动站2的HF模块5也 可以涉及到所谓的慢速超大规模HF模块。
以附图2为基础现在应该叙述,怎么样可以将已知的DECT标准与 美国的ISM频带相匹配。如同在前面叙述过的,当保持DECT标准时所 得到的ISM频带的数据率太高。如在附图3中看到的,由于这个原因 将每个帧的时隙数减半,也就是说在一个时帧的10毫秒内替代DECT 标准的24个时隙(信道)只还安排了12个时隙Z1-Z12,在其上各 自可以传输480比特。通过将时隙数减半相应的数据率也减半成为(12 ×480比特)/10秒=576000比特/秒。其结果这个比较低的数据率对 于美国ISM频带是可以接受的带宽。
如在附图3上看到的,在廉价地实现对于无线电通信传输所需要的 仪器时必须安排所谓的慢速超大规模HF模块,这意味着,在每个在其 上传输数据的工作时隙以后,必须跟随着在其上没有数据可以传输的 一个不工作时隙(盲隙)。在12个被安排的时隙Z1-Z12中(6个时 隙Z1-Z6用于从移动站向固定站的传输,和6个时隙Z7-Z12用于从 固定站向移动站的传输)从而最多只能提供三个可能的连接。当实现 采用廉价的慢速超大规模HF模块时,从而可使用的信道容量由于慢速 超大规模HF模块的规则最多只有三个连接不是很高。
在附图3上将可能工作的时隙用阴影线表示。例如可以如所表示 的,在时隙Z1上用载波频率f2从固定站1向移动站2、3(RX1)传 输。如果在这个时隙Z1后面跟着一个时隙Z2,在其上没有数据传输 发生(不工作时隙,盲隙),慢速超大规模HF模块也可以利用不工作 时隙Z2的时间周期作为载波频率的变换。如在附图3上表示的,例如 载波频率可以由载波频率f2变换成为载波频率f1。从而在时隙Z3 上,如附图3表示的,从固定站向移动站的传输是用载波频率f1进行 的(RX2)。在附图3上表示的简图其特征为,在给定的时隙分布上工 作时隙(阴影线表示的)可以用每个预先规定的载波频率(f1,f2...) 运行。
应该回忆起,按照DECT标准借助于动态信道选择(动态信道选择) 管理物理信道的重新使用,在其中信道是由其载波频率及其时隙定义 的。从而可以不再发生如同在蜂窝式系统中的复杂的频率规划。对于 一个连接建立对所有信道的信号电平进行连续测量,并且在信道表(信 道图)中管理无干扰的信道。此外在一个连接中监控所有可能的载波 频率的所有信道的信号电平以及接收质量。
如果这样,如附图3表示的,在时隙Z1用载波频率f2传输(RX1) 时确定,用载波频率f1的接受和发送状况更合适,可以在时隙Z2的 时间周期当中,在其上没有数据传输发生,被变换为比较合适的已知 的载波频率1。在时隙Z3上的传输RX2用比已知的载波频率f2更合 适的进行。
作为另外的可能性也可以使用频率超大规模方法,在其中将载波频 率在一个预先规定的时间间隔以后,例如在一个传输的帧以后进行变 换。
如同已经叙述的,在附图3上表示的信道配置图的缺点是,由于将 每个时帧的时隙数减半为12,从而时隙的周期加倍到833μs,并且有 必要在每个工作时隙后面跟随一个不工作时隙,相对于按照DECT标准 有六个可能的连接,只还有三个可能的连接(从固定站向移动站三个 连接和从移动站向固定站三个连接)。
在附图4上表示了一个时隙结构,这个结构允许将最大可能的连接 提高到四个,不会损害从一个工作时隙到下一个工作时隙对载波频率 的柔性选择。如在附图4上看出的,将最大连接从三个提高到四个主 要是这样达到的,不工作时隙的时间周期,此时在其上不发生数据传 输,与工作时隙的时间周期相比被缩短了。如附图4所示,如果时帧 总共为10ms时,工作时隙Z1、Z3、Z5、Z7、Z9、Z11、Z13和Z15的 时间周期各自为833μs。不工作时隙Z2、Z4、Z6、Z8、Z10、Z12、 Z14和Z16的时间周期为只有417μs,如附图4所示,并且从而重要 的是只是工作时隙的时间周期的一半。由DECT技术已知的慢速超大规 模HF模块在工作时隙以后至少需要一个时间周期为417μs,以便对后 面跟着的时隙的载波频率进行频率编程。与ISM频带相匹配的DECT 标准的一半的时隙具有时间周期为833μs/2=417μs从而作为不工 作时隙(盲隙)是足够了。
如在附图4上看到的,例如在时隙Z1中从固定站向移动站用载波 频率F1进行数据传输RX1。为了使这个传输也可以用比较小的带宽进 行,此时时隙Z1的时间周期为按照DECT标准的时间周期的两倍,即 833μs。在时隙Z1后面跟着不工作时隙Z2其时间周期仅为417μs。 这个417μs时间周期本身对于慢速技术的HF模块足够为跟随在后面 的工作时隙Z3进行编程。如果从而认识到,例如载波频率f3比载波 频率f1有比较好的接收性能时,可以在时隙Z2的时间周期中,此时 在其上没有数据传输发生,将时隙Z1的载波频率f1用载波频率f3 用于时隙Z3,并且在时隙Z3中从而可以进行从固定站向一个移动站 的传输(RX3)。
在所表示的例子中表示了这种情况,用于在固定站和一定的移动站 之间的传输的载波频率fx没有被变换。
作为选择的当然也可以使用所谓的频率超大规模方法,在其中将载 波频率在一个预先规定的时间间隔以后,例如在一个传输帧以后进行 变换。
在8个时隙Z1至Z8以后,这相当于一个时帧为10ms的时隙Z1至 Z16的一半,按照双向方法(TTD)从或移动站向固定站进行传输。例 如在时隙Z9时的传输(TX1)从移动站向固定站可以用载波频率f1 进行。跟随在工作时隙Z9后面的不工作时隙Z10在其时间周期上又只 有工作时隙Z9的时间周期(833μs)的一半,即417μs。不工作的 半时隙Z10的时间周期对于HF模块又足够用于后面跟随着的工作时隙 Z11对于从移动站向固定站(TX2)进行另外传输的频率编程。
通过按照本发明的时隙结构ZX从而使TDMA系统的数字传输的一个 时帧得到高效率的利用,而且不会因此伤害载波频率的柔性选择。
参考符号表
1:   固定站
2:   移动站(无绳电话)
3:   移动站
4:   固定站HF模块
5:   基础站HF模块
6:   固定站天线
7:   移动站天线
8:   第一个无线电通信传输路段
9:   第二个无线电通信传输路段
10:  终点导线
Zx:  时隙
fx:  载波频率