数据传输方法和无线电链路系统 本发明尤其涉及通过点到多点连接的微波链路系统中的数据传输。
在本文中，“点对多点”指的是这样的设置，即一个中央站与多个子站相连。例如，这种设置用于将移动通信系统的基站连接到移动通信网络，从而服务移动站的多个基站与服务多个基站的中央站具有点到多点连接。在这种设置中，不需要设置接线到每个基站的固定信号，这是一个大的优点，尤其是在设置大量基站并且安装电缆很费力且昂贵的城市环境中。
点对多点系统通常使用所谓的频分双工(FDD)设置，其中上行链路和下行链路信号在不同的频率上传送，以至于不同方向上的信号可以通过频率来区分。
点到多点系统也使用时分双工系统。在时分双工系统中，中央站和子站共享一个由中央站和子站在不同时间所使用的通用业务信道。
在多个传送方以信号由传输的瞬间区分的方式，在相同地信道上传送信号的设置，一般被称为时分多址(TDMA)设置。因而在上行链路通信中，一般用于点对多点连接中的设置是TDMA设置。于是，上述频分双工设置可以被称为FDD CDMA设置，因为在该设置中，上行链路和下行链路信号由频率区分，但上行链路由时间区分。类似地，上述时分双工PMP设置可以被称为TDD CDMA设置。
业已知道多址设置的其他类型。例如，在频分多址(FDMA)设置中，同一信号路径上的信号由频率区分。应用到一个上述中央站和多个子站的实例，FDMA设置将意味着多个子站在它们特定的频率上向该中央站传送信号，从而中央站可以通过它们的传输频率来区分不同子站的信号。在码分多址(CDMA)设置中，同一信号路径上的信号根据扩频码来区分。
图1示出了现有技术的频分双工器结构，其用于在点对多点连接中区分上行链路和下行链路方向。中央站101包括一个基带处理单元103。发射机单元107和接收机单元104控制与信号传输和接收相关的功能。双工器单元105将发射机单元107和接收机单元104都耦合到天线，以便它们可通过一个天线106传送和接收信号。耦合是这样的，即在一个特定频率上，双工器单元105将发射机单元111耦合到天线106，在第二特定频率上，双工器单元105将接收机单元耦合到天线106。双工器单元一般通过滤波起来实现。相应地，子站102被设置成包括用于接收和传送信号装置。子站102包括一个天线108，双工器单元109，发射机单元111，接收机单元110和处理单元112。在根据图1的结构中，中央站101和子站102利用两个不同的频率f1，f2来传送信号。所有与同一个中央站通信的子站102使用基本上相同的传输频率，来与中央站101通信。此外，子站102包括一个被处理单元112用来控制113发射机单元111传输的装置。
图2示出了现有技术的时分双工器结构，其用于在点对多点连接中传送数据。中央站101包括一个基带处理单元103，发射机单元107，接收机单元104以及天线106。此外，在该时分双工系统中，在天线106和发射机单元以及接收机单元104之间有一个开关单元201，以控制信号的传输和接收。在中央站101中，处理单元103被设置成控制203发射机单元107和开关单元201的工作。在时分双工系统107中，现有的子站102包括一个天线108，开关单元202，发射机单元111，接收机单元110以及一个处理单元112。处理单元112控制204子站102中的接收机单元110和开关单元202，以便传输发生在适当的时隙中。当使用该时分双工装置时，传送数据只需要一个频率，因为传输和接收被设置成发生在不同的时隙中。
根据图1和图2的装置被用于诸如2GHz或者更高的微波频率上。这些现有的装置被用于高这几十GHz的频率上。
在微波范围内实现的点对多点的系统中，频分双工和时分双工系统都有缺陷。频分双工系统的最大缺点是它需要滤波器，而滤波器是昂贵的部件。在微波范围内，信号导体，即波导和滤波器，具有相当大的机械结构，这些结构必须被以非常小的容差进行加工。滤波器的通带必须被做得非常窄，以便从通带到阻带的过渡应该足够地陡峭。此外，上行链路和下行链路方向的频带之间的间隙应该非常窄，这增加了滤波器所需要的陡峭性。因此，足够陡峭滤波器的通带一般不足于覆盖该系统所使用的整个频带。因此，为了覆盖各个子频带，无线电链路系统的无线电设备必须以多种不同的型式来实现。因此，根据工作频率将中央站和子站安装成不同的型式。尤其是，它可能需要根据所使用的工作频率，在中央站安装适用于不同子频带的多个并行的收发信机单元。
很自然，这种结构非常昂贵。宽带数据传输和移动通信系统的连续扩展也增加了对于微波链路的需要，从而点对多点连接的实现很显然需要更简单和更便宜的技术方案。在本专利申请中，微波频率指的是2GHz或者更高的频率。
昂贵滤波器的使用可以通过上述时分双工装置来避免。然而，与频分双工装置相比，时分双工装置具有它自己的缺点。与基于分离的传输和接收频率的技术方案相比，时分双工系统仅实现了频分双工系统的传输速率的一半，因为时间在传输和接收之间不得不被分开。这种缺点可以通过利用更高的数据速率来减轻。但是反过来，这使得设备更复杂，因为数据传输部件的时钟脉冲频率必须被增加。而且，时分双工系统在这样相当常见的情况下也是有问题的，即在由一个中央站所管理的区域被分成多个独立扇区时。在这种情况下，中央站将对于每个扇区具有一个收发信机设备。情况是这样的，不同扇区的传输和接收周期必须同步，或者频率的选择必须使它们充分地分开，以便相邻扇区的传输将不会干扰中央站中另一个扇区的的接收。由于中央站中不同扇区的发射机和接收机之间的短距离，在非同步情况下，由传输所引起的干扰将非常大，除非传输和接收频率明显地不同。而且，时分双工传输并不是在所有的频率范围内都被允许。
【发明内容】
本发明的目的在于消除上述的现有技术的问题。本发明的另一个目的在于提供一种比现有技术方案更便宜且更简单的无线电链路系统。
这些目的是这样实现的，即通过将中央站设置成在第一频率上传送TDM信号，即复用信号，在第二频率上从子站接收信号，并且通过将子站设置成在时分和频分基础上工作，即在某些第一周期期间，在所述第一频率上接收，在某些第二周期期间，在所述第二频率上传送，其中所述第二周期与所述第一周期分开。
根据本发明的数据传输系统由方法独立要求的特征部分中的内容所表征。根据本发明的无线电链路系统由无线电链路系统独立要求的特征部分中的内容表征。从属权利要求描述了本发明的不同优选实施例。
根据本发明的结构使用频分双工和时分双工结构来简化子站的结构。根据本发明，子站在不同于接收时间的时间上传送，并且使用不同的频率用以传输和接收。中央站包括一个双工器单元，以便它在传输和接收频率足够分离时，可以同时接收和传送。这种结构具有时分双工结构的优点，诸如便宜的子站结构，而不带有时分双工结构的缺点。
【附图说明】
在下文中将参照附图来描述本发明。其中：
图1示出了现有的结构；
图2示出了第二现有结构；
图3示出了根据本发明的技术方案；
图4示出了根据本发明的网络结构；
图5示出了根据本发明的技术方案中的时隙结构。
图1和图2已经在上文中结合现有技术进行了描述。附图中的相同部件由相同的附图标记来表示。
图3示出了根据本发明的优选实施例。该图示出了中央站101和子站102的结构。在该根据本发明的示例性实施例中，中央站101包括一个基带处理单元103，其产生用于发射机单元107的基带调制信号，并且处理由接收机单元104所产生的基带信号。处理单元103控制发射机单元107，发射机单元107将准备发送的数据经过双工器单元105传送到天线106。为了接收，中央站101包括一个经过双工器单元105耦合到天线106的接收机单元104。双工器单元105包括一个在传输频带上将天线耦合到接收机单元104的滤波器，以及一个在接收频带上将天线耦合到发射机单元的滤波器。在根据本发明的结构中，中央站101在第一频率f1传送，在第二频率f2接收，其中第一频率f1不同于第二频率f2。中央站传送一个时分复用(TDM)信号，其中预定到不同子站的信号在不同的时隙中。为了覆盖宽的传输和接收频带，中央站101可以具有多个适用于平行频带的微波部分，每个部分包括至少一个天线106，双工器单元105，发射机107以及接收机104。为了清楚起见，图3仅示出了这些部件一次。
子站102包括至少一个天线108，开关单元202，发射机单元111，接收机单元110以及一个基带处理单元112。在根据本发明的结构中，子站102在第一频率f1接收，在第二频率f2传送。开关单元202在传送期间将发射机单元111耦合到天线108，在接收期间将接收机单元耦合到天线108。开关202的工作由基带处理单元112或者子站中的某些其他控制单元控制。而且，基带控制单元112产生用于发射机单元111的基带调制信号，并且处理由接收机单元110所产生的基带信号。子站在频率f1上，在不同于它自己的传输时间的时间上接收。因而在根据本发明的结构中，子站使用双频的时分双工通信。中央站以这种方式设置上行链路和下行链路业务时隙，即没有子站需要同时传送和接收。于是，中央站用于选择由子站所使用的时隙。
在本发明的各种实施例中，设备结构可以不同于图3所示的。例如，在本发明的优选实施例中，中央站不必具有一个双工器单元，相反，中央站具有多个分离的天线，用于接收和传输。在这种结构中，基于传输和接收天线的尺寸，至少可以部分地区分传输和接收信号。在该实施例中，接收机分支有利地包括一个接收滤波器，以过滤传输信号，并且将它从将被接收的信号中分开。发射机分支也可以有利地使用滤波，以便限制由发射机在接收机的频带上引起的噪声。而且，在该实施例中，在频率的基础上，在中央站中区分传输和接收信号。
因此，本发明的不同实施例至少被统一成该中央站包括用于在频率的基础上，从传输信号中区分出接收信号的装置。基于频率的区分可以有利地通过滤波器部件来实现。而且，在这些实施例中，基于频率的区分可以至少部分地通过发射机和接收机天线的尺寸来实现，其多个独立的天线用于传输和接收。
在本发明的各种实施例中，子站中的时分双工结构可以以不同于将天线通过开关部件耦合到发射机用于传输，耦合到接收机用于接收的方式来实现。例如，在本发明的一个优选实施例中，子站中的发射机和接收机具多个独立的天线。在该实施例中，时分双工结构可以通过在接收期间，由某些合适的装置开关发射机来实现。
接着考虑图4所示实例情况中的根据本发明结构的工作，其中三个子站102，R1，R2，R3与同一个中央站C，101通信。该中央站在频率f1上向子站传送，在时间周期td1期间向第一子站R1传送，在时间周期td2期间向第二子站R2传送，在时间周期td3期间向第三子站R3传送。反过来，子站在频率f2上向子站传送，第一子站在时间周期tu1期间传送，第二子站在时间周期tu2期间传送，第三子站在时间周期tu3期间传送。第一子站的接收时隙td1必须与同一子站的传输时隙tu1分开，并且对于其他子站也是这样。这种结构在中央站中实现了等于现有双频系统的传输容量，但是该结构非常容易实现，因为在子站102中不需要昂的双工器单元。
图5示意了根据图4结构中的传输和接收定时的实例。图5示出了在示例性时间周期期间，中央站C和子站R1，R2，R3的传输时隙。在图5中，方块t1到t18表示时隙。在中央站的信号中，水平条纹的时隙用于子站R3，垂直条纹的时隙用于子站R1，斜条纹的时隙用于子站R2。空的方块指示所讨论的发射机没有传送有效负载数据的时隙。在图5的实例中，中央站C在时隙t1，t7，t8，t9，t17和t18传送寻址到子站R3的数据，在时隙t3，t14和t15传送寻址到子站R1的数据，并且在时隙t4，t5，t6，t12和t13传送寻址到子站R2的数据。相应地，在子站中，斜条纹的方块表示所讨论的子站向中央站传送数据的时隙。从图5可以看出，每个子站在不同于从中央站接收的时间传送数据。因而，子站无线电部分的实现不需要昂贵的双工器单元。
图5还示出了在本发明优选实施例中，预定给子站的时隙需要被重复地改变。中央站可以在每个时隙的基础上控制子站，从而对于不同的子站，根据当前的通信需要，可以使用不同数量的上行链路和下行链路业务容量。上行链路和下行链路业务容量可以以这种方式被预定不同的数量，以用于一个子站，诸如子站R2，中央站在5个时隙中向子站2传送，而R2在4个时隙中向中央站传送。而且，可以以不同于在此描述的方式，例如对于每个子站预定某一固定长度的次序，在不同子站之间划分时隙。
在图5的实例中，下行链路方向，即中央站C的信号具有一些未用的时隙，在该实例中为时隙t10，t11，t16。然而，根据本发明的结构可以使用所有的时隙。
中央站可以控制子站，例如通过以某些已知的方式，在指向子站的数据流中包含控制命令。
根据本发明的上述结构涉及多种优点。其中一个最大的优点是在子站具体实现时不需要不同的频率版本，但是所用的整个频带可以由一个发射机-接收机结构所覆盖。因而，系统提供商不必提供或者存储子站的不同版本。此外，在点对多点连接中，在每个中央站中有多个子站，因此由根据本发明的结构所带来的节省将会很明显。而且，根据本发明的结构向中央站给出的数据传输容量与根据现有技术的上述频分双工结构所给出的一样多。因此，该结构利用了时分双工结构的优点，而没有降低传输容量，高传输容量是仅基于时分结构的通常结果；另一方面，又实现了由频分双工系统所提供的中央站输出传输容量，而不会加倍数据突发速率。根据本发明的结构也实现了频分双工结构的其他优点，例如在中央站中，来自中央站的发射机单元的传输并不干扰中央站的接收机单元中的接收，因为双工器单元通过滤波来区分传输和接收信号。这样，扇区化的实现以及频率的分配就较容易。根据本发明的结构在实现本地多点分布系统(LMDS)时发现特定的应用。此外，根据本发明的结构适用于根据当前由欧洲电信标准协会(ETSI)所开发的高速接入标准的结构，并且适用于其他宽带无线电接入网(BRAN)系统以及其他类似的宽带传输系统。在本发明的优选实施例中，根据本发明的结构被用于实现一个宽带、高于10Mbps的传输系统。
类似于上述结构的结构例如也可以被施加到移动通信网络，从而中央站10有利地是一个连接到移动通信网络的固定传输部分的中央站，并且子站的定位有利地与移动通信系统的基站相结合，从而在基站和移动通信系统剩余部分之间的通信经过根据本发明的上述无线电链路结构而发生。根据本发明的无线电链路结构可以结合多种不同的移动通信系统来使用，这些系统诸如GMS(全球移动通信系统)或者UMTS(通用移动通信系统)。在该实施例中，中央站有利地具有一个与基站控制器(BSC)的固定连接或者无线电链路连接。
上面参照本发明的优选实施例描述了本发明，但很显然的是，根据所附权利要求书所限定的本发明构思，可以用多种不同的方式来修改本发明。