时分多址-时分双工/频分双工 无线电通信系统和用于此种系 统的信道选择方法和设备 本发明涉及移动无线电通信领域，具体地说，涉及一种用于通过组合时分双工和频分双工实现时分多址的系统。本发明也涉及一种用于该系统的无线电终端控制的动态信道选择方法和设备。
“数字增强无绳电信”系统(DECT)标准是由欧洲电信标准协会制定的，它是用TDMA-TDD(时分多址-时分双工)进行无线电通信的系统的例子。在DECT中，发送是在所有的基站之间同步的，即所有下行链路在帧的首5毫秒期间进行发送，而所有上行链路则在该帧第二个5毫秒内发送。在一个TDMA-TDD载波频率上，首5毫秒专用于12个下行链路时隙而第二5毫秒专用于12个上行链路时隙，使能用一个载波频率进行同一双向连接的下行链路和上行链路通信。
已知的TDMA-FDD(时分多址-频分双工)系统通过移动站且同时在无线电基站中在不同的载频和不同的时间执行两个任务将下行链路发送与上行链路接收相分离。GSM和D-AMPS系统是TDMA-FDD系统的一个例子。
TDMA-TDD和TDMA-FDD系统都具有它们的优点和缺点。WO97/21287(ADVANCED MICRO DEVICES)描述了一个试图结合TDMA-TDD和TDMA-FDD优点一个例子。在该TDMA-TDD/FDD系统中，在无线电基站(BS)与移动站(MS)之间的上行链路和下行链路发送在时间和频率上都是分开的。在TDMA-FDD中，上行链路和下行链路发送使用分开的频带，但在TDMA-TDD，上行链路和下行链路中用分开的时间间隔。然而，在WO 97/21287中描述地系统的缺点是通过将上行链路发送转换到与下行链路发送频带分开的频带，每个频带将只被使用了50％的时间，这大大浪费了可贵的频谱资源。
本发明的首要目的是提供一个较为有效的频谱组合的TDMA-TDD/FDD系统，它允许不对称通信量的上行链路和下行链路发送，例如下行链路有较多的通信量，比如象因特网连接可能要求的那样。
本发明的另一个目的是为了提供这样一种频谱效率的TDMA-TDD/FDD系统，它允许实行移动站控制的动态信道选择(DCS)。
本发明的另一个目的是为了提供这样一种频谱效率的TDMA-TDD/FDD系统，它允许以成本有效方式通过固定长距离RLL(无线电本地环路)连接进行通信。
描述在权利要求中的特征可实现这些目的。
简述之，本发明的目的这些和另外的目的是通过在使用两个频带的同步TDMA-TDD/FDD系统中提供两组无线电基站达到的。第一组基站使用一部分时间可提供的频率而第二组基站使用其余时间可提供的频率。
在本发明的一个实施例中，一半通信使用第一组基站，而另一半通信使用第二组基站。在两个基站之间有一个时间偏移，允许在所有的频率上在所有时间上进行下行链路和上行链路发送，但不能在同一单元(例如同一BS或MS)进行同时发送和接收。在本实施例中，第一频带总是用于上行链路发送，第二频带总是用于下行链路发送。在该实施例中，两组基站有部分重叠的无线电覆盖，但地理上是分开的以避免在发送期间一组中的基站干扰另一组基站的接收。
在本发明的另一个实施例中，一半通信也使用第一组基站和另一半使用第二组基站。然而，在该实施例中，第一组使用在第一频带内的一个载频上的一些时隙进行上行链路发送，而第二组使用在第二频带内的载频上的一些时隙。这允许在所有的频率进行下行链路和上行链路发送，但避免了在同一单元进行同时发送和接收，(例如同一基站和移动站)。在本实施例中，一个第一时间间隔总是用于上行链路发送和一个第二时间间隔总是用于下行链路发送。这种安排方便了不对称使用频带，对此下面要作进一步解释。
在另一个实施例中，将本发明用于在一个RLL系统中的固定连接，例如，在网络控制器和在20公里量级那样的相当远距离上的大楼之间的连接。
在另一个实施例中，通过在移动站不仅如在现有技术那样收听未被移动站本身使用的下行链路时隙，而且也收听另一组基站的下行链路时隙，来使用动态信道选择(DCS)，于是当对一个呼叫进行信道切换和初始选择时，能够选择属于任何一组基站的信道。
本发明的一个重要技术优点是，当双向(双工)通信信道仅仅使用50％的上行链路载频和50％的下行链路载频时通过利用无线电基站可提供的未利用的50％的时间，提供了同步的TDMA-TDD/FDD系统的频谱效率。
本发明的另一个重要技术优点是，利用延迟一部分，例如50％的发送来利用上行链路和下行链路载频可提供的以前未利用的50％时间，于是满足了始终使用一个频带的上行链路和另一个频带的下行链路的任何规范的要求。
再一个重要的技术优点是，当无前面所述的规范时，以前在上行链路和下行链路载频上可提供的未利用的50％时间可不用分别将频带指定给上行链路和下行链路而是用另一种方式将第一时间周期指定给下行链路和第二时间周期指定给上行链路加以利用。这种指定的优点是可采用不对称上行链路和下行链路例如因特网连接所需的发送。任何多信道使用法，作为一个附加的优点，采用在一多时隙突发串的时隙之间的跳频。
本发明的还有一个重要的技术优点是，将TDMA-TDD的低成本优点与TDMA-FDD的长距离移动电话相结合。这在RLL中特别有意义，因为从一个网络控制器到远端基站的较长距离可由TDMA-TDD/FDD无线电连接处理，而在基站和移动站之间的本地短距离无线电连接可使用传统的TDMA-TDD，但并不排斥TDMA-TDD/FDD作为另一种可能性。
还有一个重要的技术优点是本发明的TDMA-TDD/FDD系统首先在移动电话中提供了诸如长距离无线电连接这样的TDMA-FDD的优点，而无需频率规划，因为本发明的TDMA-TDD/FDD系统，在一个实施例中采用了移动站进行动态信道选择，这点是与TDMA-TDD系统是共同的，但以前并未用于TDMA-FDD系统。
本发明的另一个优点是，它允许两个运行者在同一频带上工作。以前的TDMA-FDD系统的不同的运行者被限制于不同的频带上工作。
结合附图参阅下面的描述将会对本发明和本发明的目的和优点有最好的理解。
图1示意地示出了一个蜂窝移动无线电通信系统；
图2示意地示出了在TDMA-TDD系统中载频的使用；
图3示意地示出了在TDMA-FDD系统中两个载频的使用；
图4示意地示出了在现有技术的TDMA-TDD/FDD系统中使用两个载频；
图5示意地示出了根据本发明的实施例的两个载频的使用；
图6示意地示出了根据本发明已作了修改的一个GSM系统中实施了全速率信道的实施例中的两个载频的使用；
图7示意地示出了根据本发明的另一个实施例的两个载频的使用；
图8示意地示出了根据本发明的一个不对称实施例的两个载频的使用；
图9示意地示出了根据本发明的另一个实施例的两个载频的使用：
图10示意地示出了具有在网络控制器与无线电基站之间的无线电连接的蜂窝移动无线电通信系统；
图11是一个说明适合于按照图5实施例工作的TDMA-TDD/FDD系统的动态信道选择方法的流程图；
图12是一个适用于执行图11的动态信道选择方法的简化的方框图；
图13是一个适合于按照图7实施例工作的TDMA-TDD/FDD系统的动态信道选择方法的流程图；和
图14是一个适用于执行图13的动态选择方法的移动站的简化方框图。
现有技术的TDMA-TDD和TDMA-FDD系统的术语是不一致的。在下面的描述中使用以下的术语：
下行链路帧是一个从一个基站发送来的连续时隙(突发)的集合。
上行链路帧是基站接收的连续时隙的集合。
双工帧是下行链路和上行链路帧的集合。
图1示意地示出了一部分蜂窝移动无线电通信系统。一个网络控制器，例如，移动服务交换中心MSC，与两个在同一区域(无线电覆盖有部分重叠)的两个地理上分开的基站BS1和BS2。基站BS1，BS2与各自的移动站MS1和MS2用无线电相联系。本发明主要关心的是在这些基站和移动站之间的无线电连接的性质。
图2示意地示出了现有技术TDMA-TDD系统使用的频带中的载频的使用。基站，例如BS1，以载频F，在下行链路帧100中标记了TX的时隙中沿下行链路向移动站MS1发送。移动站MS1以同一载频，在上行链路帧102中标以RX的时隙中(时隙被标以RX表示在该时隙期间基站作为接收机工作)沿上行链路向基站发送。下行链路帧100，上行链路帧102一起组成了一个双工帧。下行链路帧104是下一个双工帧的第一部分，其中的该模式被重复。要注意的是，属于同一双工信道的时隙TX和RX，相对于它们的各自帧(下行链路和上行链路帧)的起始位置具有相同的位置。
图3示意地示出了在现有技术TDMA-FDD系统，诸如GSM系统，中使用的，在两个频带中的两个载频的使用。在这种情况下，通过在不同的载频FTX和FRX上执行两个任务将下行链路发送与上行链路发送相分离。由在帧对(106，112)(108，114)(110，116)上的重复的下行链路和上行链路时隙TX，RX组成双工连接。注意，与在基站的发送和接收相比较，上行链路帧相对于下行链路帧被延迟(在CSM中为3个时隙)。
图4示意地示出了在现有技术中TDMA-TDD/FDD系统中的两频带中的两载频的使用。因为采用TDMA-FDD方式，下行链路发送和上行链路发送是通过在不同的载频FTX和FRX上执行两个任务分开的。然而，这种组合的系统也类似于TDMA-TDD系统，因为下行链路和上行链路帧也以与如TDMA-TDD系统同一方式被分开。由下行链路帧118和上行链路帧122组成一个双工帧。
如图4可看到，该现有技术TDMA-TDD/FDD系统每个载频只使用了50％的时间。在空闲时间，该基站既没有发送也没有接收，这是低效率的。
图5示意地示出了根据本发明的实施例的在两个无重叠频带中使用两载频。如在图4的TDMA-TDD系统中，下行链路帧118，120和上行链路帧122假设包括双工连接BS1-MS1。然而，根据本发明，图4的空闲时段被另一个基站，例如在图1的基站BS2用来提供其他的连接，诸如BS2-MS2连接。图中分别用虚线下行链路和上行链路帧128，124，126表示。在本图和下面的几个图中，连接BS2-MS2使用如连接BS1-MS1连接一样的时隙。然而，连接BS2-MS2也可使用任何其他的时隙。还要指出的是，基站BS2仍然在频率FTX上发送和在频率FRX上接收，但与基站BS1相比较，发送(及接收)被延迟半个双工帧。在属于频率FTX和FRX的两频带的其他载频可使用同样的原则。于是，通过给两组同步的基站和时移提供该组的发送(与接收)，本发明填充了在图4的现有技术系统中的空闲时段。同步和时移是由图1的网络控制器MSC控制的。基站BS1和BS2有部分的无线电覆盖，但在地理上足够地分开，这样，一个基站对移动站的接收不会被其他基站的移动站的发送干扰。因为频率FTX和FRX是不同的(例如在GSM系统相隔45MHz)，10米左右的间隔通常已足够。本发明的此实施例也也限制下行链路发送于一个频带和上行链路发送于另一个频带，在一些国家的规定中常常要求这样做。
图6示意地示出了在按照本发明已作了修改的GSM系统中实施全速率信道的实施例中的两个非重叠频带中两载频的使用。为了在时间和频率上分开基站的发送与接收，在上行链路帧和下行链路帧之间的延迟已经增加到3-8个时隙。此外，“空闲”时段被第二基站填充，其发送和接收与第一基站同步但相对于第一基站延迟一个下行链路帧。通过在每个下行链路和上行链路帧中使用两个时隙实施全速率信道。在本实施例中，将每个下行链路和上行链路帧中两个时分配给全速率信道。在图6所示的实施例中，这两个时隙是连续的。然而这也不是必需的。它们也可以分隔1，2或3个时隙。
图7示意地示出了根据本发明的另一个实施例的在两个非重叠频带中使用两载频。如图4的TDMA-TDD系统和图5的实施例中，下行链路帧118，120和上行链路帧122假设包括双工连接BS1-MS1。由下行链路帧130，132和上行链路帧134提供双工连接BS2-MS2。然而，在该实施例中，下行链路和上行链路发送并不限制于分开的频带。代之以，两组同步的(被MSC同步)基站同时发送和同时接收。注意，每个载频被用于下行链路和上行链路发送(因此，它们被标以F1和F2而不是如图5那样标以FRX和FRX)。此实施例可以表征为这样的话：“所有的基站同时“做”同样的事(发或收)”，而图5的实施例则可表征为这样的话：“所有的基站在同样频带上“做”同样的事(发和收)”。此外，该实施例并不要求基站BS1和BS2的地理上分开。
图8示意地示出了根据本发明的不对称的实施例的在两个非重叠频带上的使用两个载频。对表述“所有的基站同时“做”同样的事(发或收)”的分析揭示：在该实施例中，实际上没有必要使下行链路帧具有与上行链路帧一样的持续时间。这导致了本发明的不对称实施例可能性，如图8所示。在图8的实施例中，只保留两个可提供的载频分别用于两个双工连接，BS1-MS1和BS2-MS2。在下行链路帧比上行链路帧长得多的意义上说，这两种连接是不对称的。这种不对称是有用的，例如，当移动站与因特网连接时。这种因特网的连接的特征是：向移动站发送的数据比从移动站接收的数据要多得多。可以通过保留来自每个频带的一个载频由网络控制器MSC建立一个不对称连接。然而，要注意的是，如果建立这样一种不对称连接，在同一载频上的其他连接(它占据空闲时段)也必须精确具有同样的不对称(因为它必须“在同一时间做同一事情(发或收)”)。
图9示意地示出了根据本发明的另一个实施例在两个非重叠频带中的两载频的使用。在该实施例，加上了一个第三组基站，包括一个基站BS3。每组基站在频率FTX上发送在频率FRX上接收。事实上该实施例说明了可以用两组以上的基站来实现本发明的基本构思。因为本发明的优点之一就是为了能够使几个运行商使用同一频带，所以在同一频带中分配了两个以上的运行商的话，本实施例具有吸引力。本发明的另一个实施例是如果一个运行商的业务量比另一个使用同一频带的运行商的业务量大，此时，首位运行商可以使用两组基站，而其他的运行商只使用一组基站。
图10示意地示出了一个具有在控制器和无线电基站之间的无线电连接的蜂窝移动无线电通信。如早先解释的，根据本发明，在基站中的接收和发射并不是同时发生的，于是大大节省基站的成本，因为在时间上分开发送和接收比在频率上分开发送和接收在技术上要简单得多。然而，如果同时发送和接收是必需的，如在网络控制器的情形，在控制器中使用滤波器和方向性天线采用频分是可能的(以增加成本为代价)。在图10中，无线电基站BS1，BS2采用不同的偏移来与各自的移动站MS1，MS2进行通信。网络控制器MSC如一个移动站那样发送，于是，使控制器可同时进行发送和接收。
在另一个实施例中，未在图10中显示，有两个控制器，每个与一个无线电基站BS1，BS2相关联。该实施例可用于在同一地理区域有两个独立的运行商经营的情形。本发明要求他们同步他们的系统，但仍可各自完全独立地运行其系统，因为他们各自被分配了提供给频带的50％的时间。
图2的现有技术的无线电系统可采用动态信道选择，可参见：DCS.State of the art DCS for DECT TDMA-TDD的11.4 of ETSI ETS300 175-3:"Radio Equipment and Systems(RES);Digital EuropeanCordl ess Tel ecommunications(DECT)Common Interface Part3:Medium access 1ayer"和AnneX E of ETSI ETR 310:"Trafficcapacity and spectrum requirements for multi-system and multi-service applications co-existing in a common frequencyband"。业务信道的选择是由移动站执行的。对于对称双工信道，头一半帧(5毫秒)用于下行链路时隙而下一半帧(5毫秒)用于上行链路时隙。给双工信道，每个下行链路时隙与一个上行链路时隙配对，两者都工作在同一载频。移动站为每个新的呼叫或切换从所有可用的信道中选择最少干扰的信道(双工对)。在这过程中，移动站只在下行链路帧作测量。只需要在下行链路进行测量的理由是：对双工连接，相应的上行链路只与下行链路一起使用。因此，在所测得的下行链路质量与相应的双工连接的质量之间有很高的相关性，用下行链路质量足可估计双工连接质量根据本发明，对于TDMA-TDD/FDD，下行链路和上行链路帧并不仅仅使用双工帧的不同部分(前后各半)，而且也用不同的载频(见图5)。这种改变并不要求对上述基本的DCS步骤的改变。只要移动站仅仅要接入具有相同时间偏移的同步的基站(仅仅其中一组基站)，只用下行链路帧作为双工信道的质量估测仍然足够了。
然而，对本发明的TDMA-TDD/FDD系统，对每组基站，两个载频只用了一半的时间。因此，如上面对图5的描述那样，两组基站可用具有半双工帧相对偏移(或如图9，3组基站，1/3双工帧相对偏移)来定义。用这种方式，充分使用了载频FTX和FRX。只要每个移动站认为只接入到其中一个基站，则上述基本的DCS步骤仍然适用(对RLL应用的合理限制)。但如果移动站要接入到所有的基站组和能够进行基站间的切换，上述DCS步骤必需修改。移动站总是锁定到一个属于其中一组基站的一个基站上。为了向一个属于另一组的基站切换或建立呼叫，移动站必须扫描具有如为该新组定义的偏移的下行链路。于是在DCS中改变是这样：移动站必须不仅仅半双工帧，而是整个双工帧扫描接收载频。
图11是一个说明适用于一个根据图5的实施例操作的TDMA-TDD/FDD系统的动态相对选择方法。在步骤S1开始步骤。步骤S2在属于一组基站的下行链路上测量信道质量。在步骤S3，关于组1的偏移信息由移动站接收。步骤S4在属于组2基站的下行链路上测量信道质量。在步骤S5由移动站接收有关组2的偏移信息。步骤S6确定哪个下行链路信道在哪个频率上干扰最小，步骤S7锁定到相应的信道并根据对相应组基站的偏移调节定时。步骤S8结束。
图12是一个适合于执行图11的动态信道选择方法的移动站MS的简化方框图。控制单元CU经过转换器SW1，SW2控制发送机TX和接收机RX，控制信号C控制转换器SW1，SW2。转换器SW1，SW2将它们的发射机TX和接收机RX连接到控制定义CU和天线A。当移动站MS不发射时，它在下行链路频带的载频上测量干扰电平和时隙定时(从两组基站)。它也连续地更新存储器单元CH，其中存储了干扰最小信道和其定时的信道标识。控制单元CU通常由微处理器或微处理器信号组合和一个相应的控制程序P1。
对图7的实施例，移动站不必就DCS考虑不同组基站之间的偏移。然而，因为现在在两个频率F1和F2上同时有下行链路，它必须在两个下行链路频带上而不是在一个频带上测量信道质量。它必须也能在其中任何一个频带上发送和接收，因为它可锁定到任何一组的一个基站上。
图13是一个适用于按照本发明的图7的实施例操作的TDMA-TDD/FDD系统的动态信道选择方法的流程图。程序从步骤10开始。步骤11在移动站测量属于以第一频带发送的第一组基站的下行链路帧的信道质量。类似地，步骤12测量在属于以第二频带发送的第二组基站下行链路帧的质量。步骤S13确定哪个下行链路信道干扰最小，步骤S14锁定到相应的信道上。步骤S16结束程序。
图14是一个适用于执行图13的动态信道选择方法的移动站的简化方框图。该方框图类似于图12的方框图。其主要差别是：控制单元CU执行另一个控制程序P2，来测量在两个频带上的时隙中的干扰。控制单元CU也控制(用控制信号C1和C2)发射机TX和接收机RX根据当前选择的信道在任何一个频带上发送和接收。
熟悉本技术领域的人们可认识到，本发明可作各种修改和改变而不脱离其精神和由权利要求限定的范围。