CN1266600A

CN1266600A - 支持传播延时补偿的方法和装置

Info

Publication number: CN1266600A
Application number: CN98807984A
Authority: CN
Inventors: J·H·波尔特
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-09-13
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: HK1028933A1; EE200000064A; WO1999008465A1; AU744904B2; EP1002438B1; KR20010022563A; ZA986978B; BR9811130A; CN1126408C; JP2001513613A; EP1002438A1; EP0896492A1; AU9258298A

Abstract

本发明涉及在诸如数字增强无绳电信(DECT)系统的时分多址(TDMA)无线通信系统中的方法和装置,用于通过在固定或移动远程无线通信设备(19)和无线接入单元(18)之间的传输链路上超前于发送TX时隙的时间来扩展可达传输距离。根据这个TX时隙的前一个时隙的特点和本质,如果此前一个时隙是接收时隙或属于到另一个无线接入单元的无线传输链路的发送时隙,那么开始切换到另一个可用发送时隙。借助于这种方法和装置,TDMA无线传输链路的可达距离能够扩展到超过由一帧时隙之间的保护间隔和保护频带提供的距离。

Description

支持传播延时补偿的方法和装置

本发明涉及在无线电信系统中用于传播延时补偿的方法和装置，更具体地涉及在诸如以无线本地环路(RLL)电信系统为基础的数字增强无绳电信(DECT)的多载波时分多址/时分双工(MC-TDMA/TDD)无线电信系统中的传播延时补偿的方法和装置。

例如在常规公共交换电话网(PSTN)和综合业务数字网(ISDN)中，至今，占绝大多数的居室和办公室用户是从用户房屋到公共本地交换机的有线连接方式。可以经过中间集线器运行的这些用户接续，被称为本地环路。

这种从头至尾连接到用户房屋的有线链路安装，除了街道和人行道的打扰带来不便之外，还既费时又牵涉主要的网络造价。因此用所谓的无线本地环路代替有线本地环路即利用无线技术作为替代的兴趣日益增长。一旦扩展或革新现存公共电话业务时，不仅当前网络运营者，而且尤其是希望提供诸如公共电话业务的有竞争力的公共电信业务新运营者都倍感兴趣。在低密度农村区域，无线本地环路可以显著地节省网络安装成本。无线公共用户连接的概念被称为无线本地环路(RLL)。

在RLL概念下，可以区别两个基本系统：固定RLL(FRLL)和移动RLL(MRLL)。在FRLL系统中，对用户提供连接到固定安装的无线收发信机的普通电话机插座，该无线收发信机也称为固定接入单元(FAU)或无线固定接入单元(WFAU)。经过这个FAU/WFAU，就与所谓的无线接入单元(RAU)建立固定的无线链路，而此无线接入单元(RAU)提供接入到PSTN/ISDN。在MRLL概念中，给用户提供便携式无绳或移动无线电信设备，诸如电话机，利用这些电话设备，经过RAU，能够建立直接接入到PSTN/ISDN。

混合概念也是允许的，即FRLL提供用户室内的移动，也被称为家中无绳(CITH)和住宅或邻居移动，也被称为邻居无绳(CITN)。在有些国家，政府规定阻止已成立的电话运营者提供当前PSTN/ISDN的本地移动。在这种情况下，第二或第三运营者提供固定和移动或者无绳接入到PSTN/ISDN将是非常有利的。

RLL系统中的RAU通常提供业务给在其相应覆盖区或网孔内的多个远程FAU/WFAU和电信设备。根据这种网孔的辐射，人们将它区分为皮网孔(几米)，那网孔(上至10m)，微网孔(10到400m)，宏网孔(400m到5km)和大网孔(5km以上)。

MC-TDMA/TDD是一种把预分配频谱划分为时分复用的多载波的传输技术。也就是说，每个载波可以分为所谓的帧，每帧包括数个时隙。每个时隙在时间上的预定空间可以被重复利用。发送机在称为发送(Tx)时隙的指定时隙发送信息短脉冲串，并且接收机在被称为接收(Rx)时隙的当前时隙收听。TDD通常在相同载波和帧上利用两个时隙(一个用于发送，一个用于接收)，因此提供双工无线信道。

正如本领域技术人员所意识到的，由于非无限的传播速度，无线电信号遇到一定的传播延时。也就是说，在等于传播延时和特定内部处理延时的时间之后在FAU收到RAU发送的脉冲串。该传播延时经历了无线信号从RAU到FAU或反方向传播的距离。

在一帧的每个时隙之间，存在有所谓的保护间隔或保护频带。这种保护间隔不包含信息并且防止由于RAU和远程FAU之间的各种传播延时造成一个时隙侵入到相邻时隙。如果FAU和RAU之间的距离超过由保护间隔大小界定的某一界限，例如超过传播延时时，那么在一帧的预期位置上就收不到这些时隙了，以致于侵入到另一个时隙的危险性变得更明显。

为了补偿这种传播延时，实际上，提前(超前)一些时间发送无线电脉冲串，使得在时间上的预定间隔，即在接收单元的预定帧位置上接收这些脉冲串，或者脉冲串按时发送而接收机延时接收(延时)。从而，发送机和/或接收机的时隙位置在时间上实际地位移，以经历遇到的传播延时。

欧洲专利申请EP-A0511861公开了一个TDMA系统，该系统包括具有传播时间延时补偿的移动站。该通信系统包括位于网孔站址的多个基站。每个基站能够以已知的方式利用从移动站接收的信号来计算网孔站址和每个移动站之间的传播延时量。

但是，对于RAU和FAU/WFAU和/或移动电信设备之间的最大距离来说，相邻时隙之间的保护间隔的标称大小是对时隙的最大时移，从而是最大传输范围的有界参数。因此，由于时隙的最大时移不能太远而致使出现一帧中的相邻时隙重叠现象，这将导致传输恶化。

在DECT中，例如，保护间隔量的标准大小为56比特。从而是1152kb/s的标准比特率和3*10⁸m/s的无线信号的传播速度，在FAU和RAU之间无时隙侵入的最大距离约为5km。从而，如果例如在低密度人口区域或站址希望覆盖较大范围时就出现了问题。

因此，本发明的一个目的是提供用于在TDMA无线通信系统中，特别是在MC-TDMA/TDD无线通信系统中扩展传输范围而不受保护频带或保护间隔限制的方法和设备。

根据本发明，提供了传播延时补偿(PDC)方法，该方法用于补偿在RAU和FAU/WFAU和/或移动通信设备之间由通过空中或任何其他传输媒介传输的无线信号遇到的传播延时。

在一个实施例中，本发明提供了通过超前定时发送时隙发送即在特定时隙发送数据脉冲串来延长TDMA无线电信系统的TDMA无线链路的可达距离的方法。无线通信系统包括可操作连接到PSTN/ISDN的RAU和安排与RAU建立无线通信链路的FAU。

根据本发明的PDC方法包括以下步骤，用于根据相关发送TX时隙限定以下情况的一组：

-TDMA链路中的前一个时隙是接收时隙，情况1，

-TDMA链路中的前一个时隙是属于到该相同RAU的无线链路的发送时隙，情况2a，

-TDMA链路中的前一个时隙是具有到另一个RAU链路的发送时隙，情况2b，和

在情况1或情况2b的情形下，改变到另一个可用发送时隙。

延时补偿，即在定时超前于TX时隙，最好在远程FAU/WFAU或直接连接到RAU的移动通信设备中进行。

如上所述，如果根据比特位置，在RAU和远程单元之间的通信链路上，无线信号的传播延时低于保护间隔的大小，则不会预见风险，因为通过在TX发送时隙的时间上超前，将发生侵入到前一个时隙。

然而，如果传播延时超出保护间隔的大小，那么存在极大风险，因为通过超前TX时隙的时间，将侵入到前一个时隙。

在TDMA无线传输系统中，特定的发送/接收时隙对对于RAU和远程FAU/WFAU或连接到该RAU的移动通信设备之间的传输链路来说，至少暂时是个别的。本领域技术人员将意识到由于在相同的RAU内切换，发送/接收时隙对可以在呼叫期间变换，例如，如果另一个移动通信设备来到正在同一个发送/接收时隙对上发送的RAU传输范围内，但连接到不同的RAU的情况，或者如果移动通信设备从一个RAU移动到另一个RAU的情况。注意如果移动通信设备移动到一个RAU的传输范围，那么该RAU和FAU/WFAU之间的发送/接收时隙对也经受切换。

遵循根据本发明改进的PDC方法，建立相应于必须在时间上超前TX时隙的前一个时隙的类型。

如果这样的前一个时隙是接收时隙，那么此特定的TX时隙不可能提前到超过保护间隔的时间，因为这将导致远程单元在相同网孔内的另一个远程单元正从该RAU接收信息的这个时间点上的传输。这典型地发生在具有相邻发送和接收时隙的TDMA/TDD系统中。但是这个问题也可能出现在异步TDMA无线通信系统的环境中。

如果前一个时隙是发送时隙，那么只有当两个发送时隙属于到同一个RAU的传输链路时相应的TX时隙才能够提前到保护间隔或保护频带的时间以外。因此由于在这种情况下，在RAU，在其帧中的希望位置上接收发送时隙，以致于没有时隙侵入的发生。

但是，如果发送时隙涉及到不同RAU的传输链路时，那么存在有超前第一RAU的传输链路的TX时隙的时间被第二个RAU提前或之后接收的风险，使得在第二RAU上接收的时隙将被超前TX时隙的时间侵入。

从而，在情况1或情况2b的情形下，相关TX时隙不能在保护间隔之外被用于传播延时目的，以致于必须使用此帧中的另一个可用时隙。这个另外的发送时隙必须满足以上情况2a限定的条件。

请注意，情况2a只适用于占用的发送时隙的情况。在未用的前一个发送时隙的情况下，遵循根据本发明的方法，实际上没有时隙侵入的风险。

为了建立时隙类型即RAU的前一个时隙所属于的接收和发送类型，则利用每个时隙可用的系统数据，例如在DECT中。另外，在DECT，可以适用被称为连续动态信道分配(DCDA)的原理，借助于它，FAU/WFAU或移动通信设备得到可用时隙的一个概况。也就是说，相同或不同的RAU的无线链路不被占用的时隙。

在特定无线链路上遇到的延时或无线信号可以在RAU或远程单元中测量。最好，在RAU站址测量无线信号要提前或置后多少个时隙到达。通过平均从远程单元发送的时隙的接收时间位置，RAU能够在特定的无线链路建立传播时间延时并发送此时间延时到远程设备以便向前或向后或带有TX时隙的特定时间前置量驻留。可以在RAU和远程设备之间形成闭合环路，以便在远程设备提早提供补偿使得在一个帧中限定的位置上接收此RAU时隙。

在根据本发明方法的另一个实施例中，包含传输链路的建立步骤如下：

-根据公式b*N，在所述远程固定或移动通信设备中超前于所述TX时隙，其中b是所述传输链路的最大范围的一个预定分数，N是范围从1至b*N超出预定最大值的一个整数，通过逐步增加所述整数N直至在所述RAU收到所述TX时隙为止，

-确定所述分数b乘以所述整数N的值，和

-在情况1或情况2b的情形下，如果所述b*N的乘积超出预定值则改变所述TX时隙。

借助于根据本发明改进的PDC方法，TDMA传输链路的可达距离可以显著地扩展到保护间隔提供的距离之上。例如，在DECT传输系统中，可以得到5Km的距离，在RLL用在低密度人口的农村区域的情况下是非常有利的。

根据本发明，还提供了在TDMA无线通信系统中，特别是在根据数字增强无绳电信(DECT)标准操作的无线通信系统中用于扩展无线通信链路的可达距离的一种装置，包含用于通过超前于发送(TX)时隙的传输时间来补偿在这种传输链路上的传播延时的一个装置。该无线电信系统包括可操作连接到(公共)电话交换网和/或综合业务数字网的无线接入单元或基站以及远程固定或移动无线通信设备。安排RAU和远程通信设备在RAU和远程固定或移动无线通信设备之间建立无线传输链路。此装置包括用于根据所述TX时隙建立以下情况中的一组：

-前一个时隙是接收时隙，情况1，

-前一个时隙是具有到与所述TX时隙相同的RAU链路的发送时隙，情况2a，

-前一个时隙是具有到另一个RAU的链路的发送时隙，情况2b，和

-在情况1或情况2b的情形下，改变TX时隙到另一个可用发送时隙。

本发明还涉及远程单元，诸如FAU/WFAU或移动无线通信设备和用于上述装置中的无线接入单元。

本发明能够在现存的DECT设备中或者在任何其他TDMA设备中实施，和/或能够在用于TDMA设备的专用集成电路中实现。

本发明上述和其他特征和优点将参照DECT RLL系统和附图以及以下公开的说明书进行说明，虽然只用说明方式给出，但并不限制本发明。

图1以恰当的图解方式表示提供FRLL和MRLL的现有技术的RLL系统。

图2以图解和说明方式表示包括数据脉冲串的现有技术数字数据。

图3详细表示图2的数据脉冲串的结构。

图4以图解和说明方式表示根据本发明的改进的传播延时补偿方法。

图1表示提供固定(FRLL)和移动(MRLL)无线接入的RLL电信系统，诸如国际专利申请WO94/19877所公开的。该系统通常以标号1表示并包括多个无线接入单元(RAU)或基站2，每个基站包括一个无线收发信机单元，其输出连接到接收/发送天线3。基站2还耦合到交换机或交换局5，用于连接到电话机和/或数据网络，诸如公共电话交换网(PSTN)和/或综合业务数字网(ISDN)。虽然与交换机5的连接是以电缆6的形式即铜线或光纤，但也可以是例如微波链路。

该系统还包括数个远程无线固定接入单元(W)FAU，每个远程无线固定接入单元(W)FAU包括连接到接收/发送天线8的一个无线收发信机单元，用于与RAU建立无线通信链路5。远程单元7包括一个或者两个连接普通有线类型的电话机11的电话机终端9和接收/发送天线10。正如所述，远程单元7固定安装在建筑物12内，诸如房屋等。天线8可以是室内或室外天线。

除了固定安装的远程单元7之外，系统还包括例如以电话机形式的几个移动远程单元13。这些移动单元13的每个包括一个收发信机单元，其一端连接到麦克风/扬声器用于语音通信。如所述，这些移动远程单元13可在建筑物12内或外使用，经过室内天线10和移动天线14与固定远程单元7建立无线链路16，或者经过其相应的天线3和14与RAU 2建立直接的无线链路17。

在基站2根据现存的低功率无绳时分多址(TDMA)技术，诸如所示的CT3，PHS和DECT技术工作的情况下，这些基站的每一个覆盖具有皮网孔、纳网孔或微网孔大小的有限区域。从而必须安装大量的这种基站2并连接到交换机5以便覆盖扩展的住宅或都市区域。

在数字增强无绳电信(DECT)技术情况下，利用图2所示的帧结构发送经过空中链路的信息。在一帧前一半即表示为R1，R2，...，R12的第一个12时隙中，手机13或(W)FAU 7接收来自无线接入单元2的数据(即下行链路)，而在帧的后一半，即表示为T1，T2，...T12的第二个12时隙中，远程通信单元7，13发送数据到无线接入单元2(即上行链路)。无线接入单元和远程通信单与远程通信单元之间的无线通信链路在帧的前一半被分配一个时隙并在帧的后一半被分配相同序号的一个时隙。例如，在DECT中，一帧的时隙数目为24，这意味着12个时隙用于上行链路，12个时隙用于下行链路。每个时隙典型地包含控制数据、系统数据和信息或用户数据。

图3表示更详细的时隙结构。控制数据字段包括所谓的同步(SYNC)字，在RAU和(W)FAU或移动远程无线单元必须正确地识别这个同步字以便处理接收数据。SYNC数据典型地需要16比特，领先于16比特的始标。

系统数据字段规则地包含时隙类型的系统信息、身份和接入权、业务可用性和，要求时，在干扰或转换呼叫到另一个无线接入单元的情况下。用于切换到另一个通信信道的信息。在系统数据字段还携带寻呼和呼叫建立程序，也称为A-FIELD。系统数据典型地需要16比特，16比特用于表示为ACRC的循环冗余校验字。

信息或用户数据，也称为B-FIELD，在电话机呼叫的情况下包含在10ms的帧循环时间的TF期间获得的数字化语音样值。B-FIELD数据包含每个具有4比特的80个语音样值。

B-FIELD数据被扰码并从该信息数据中形成4比特循环冗余校验字XCRC。

保护间隔，GUARD防止相邻时隙由于无线信号的传播延时而侵入到彼此。标准DECT保护间隔包含56比特。

参考图4，图解地表示根据本发明用于数字增强无绳(DECT)系统中的无线接入单元(RAU)18和固定接入单元(FAU)的一个实施例。RAU18包含接收机20、发送机21和传播延时补偿(PDC)测量装置22。FAU19包含发送机23、接收机24和传播延时补偿(PDC)执行装置25。

RAU18在其时间的预定标称位置，发送时隙TX发送下行链路26。这是根据本领域技术人员众所周知的理论的DECT定时基准，因此在此不必详细描述。FAU19在时隙RX带有传输延时D地接收发送的数据。FAU发回给RAU18的上行链路27的时隙TX由RAU18进行判断。RAU18利用其PDC测量设备22判译实际的接收定时位置和希望的位置之间的差。

计算这个差值并在几个帧数上进行平均。所述帧数可以是10。RAU18通过A-FIELD向FAU19发送信息，或者通过表示不必PDC位移的所谓比特触发序列向FAU19发送信息，而不管是否需要比特上下PDC位移。在稳定环路，FAU19利用其PDC执行设备25对所有的上游26和下游27的传播延时进行补偿，也就是说是2*D。FAU19通过早于其TX时隙发送来进行补偿。

当PDC环路适应这种情况时，在FAU19中观察到PDC补偿值超出补偿预定值时，第一点是冒险的，因为超前的FAU TX时隙侵入到前一个时隙。根据本发明用于防止这种情况的方法如下：

定义情况1：前一个时隙是接收时隙；

定义情况2a：前一个时隙是属于具有到相同RAU 18链路的设备的另一个发送时隙；

定义情况2b：前一个时隙是属于具有到另一个RAU，即不是RAU18链路的设备的另一个发送时隙。

如果TX时隙相邻于同一帧中的最后一个接收时隙(例如图12中T1相邻于T2)时，情况1发生。根据不侵入到相邻时隙的规则，TX时隙在保护间隔之外可能不超前于定时。在这种情况下，本发明的传播延时补偿方法的确切换到另一个可用信道。

在情况2a，对定时出现严格定义的情形。这在以下说明：观察到FAU19的发送时隙发送到其RAU18。如果在稳定状态，本发明的传播延时补偿方法关心超前于TX时隙的时间只能在RAU18的标称定时位置上到达。在允许范围的任何距离上对于任何FAU19都是真实的。允许范围是个系统参数。

如果在RAU18周围画几个同心圆，在这些圆的一些点上观察到，在保持不同FAU19的所有TX时隙的这样一个圆周的每个地点具有相同的时间位置。这是由于无线信号的恒定传播速度造成的。

这再次意味着在RAU18的覆盖区内的任何点上，人们能够想象这种圆周并得出下一个结论：由锁定在相同的RAU18的不同FAU19产生的、被传播延时补偿方法补偿的TX时隙是带有在时隙或数个时间上的时隙距离之间的保护间隔定位的相对时间。在RAU18的覆盖范围内的任何距离上维持所有的FAU19。从而，即使TX时隙超前于保护间隔之外也不会发生时隙侵入。

观察至此，在情况2a中，切换到另一个时隙就没有存在的理由。

在情况2b，不能得到有关前一个时隙的时移的知识。这是由于这个事实，即由前一个发送时隙锁定的其它RAU将位于距自己的RAU的任何距离处。

结果，对于情况2b来说，执行切换到另一个可用信道。

将意识到，必须切换到另外的发送时隙使得以上情况2a的条件满足这个另外的发送时隙。相同载波上可以进行切换到此帧的后一个发送时隙，或者，在多载波(MC)TDMA系统的情况下切换到不同载波的帧的后一个发送时隙上。

在DECT中，远程单元(W)FAU或移动通信单元保存一个可用信道表或遵循已知的连续动态信道分配(CDCA)算法的时隙对表。

当要建立无线链路时，FAU19没有有关无线链路要求的TX超前定时的信息。对于以上保护间隔的距离或通常预定的值(PV)来说，要扩展起动原则。时间超前值变得等于N*b补偿值，其中N是正整数，b是从0到预置最大值(PMV)范围内的最大范围的分数。序列可以从最小距离开始：N＝1，N＝2，直至N*b等于预置最大值，如果在N的整个范围内未收到同步和A-FIELD，就反向循环。正整数N可以逐次增加一个步进或一次增加几个步进。

在起动时，当选择的补偿预置值大于预定值时，例如保护间隔，那么就应当保证在前一个时隙没有出现侵入。当遇到这种补偿值时必须使用本发明的传播延时补偿方法。这意味着，如果补偿值超过所述PV，如果前一个时隙属于情况1或情况2时就必须执行切换。

如此描述了本发明，但应理解，在多种方式中可以进行相同的变化。这种变化不意味着脱离本发明。对于本领域技术人员来说是显而易见的所有这种变化包括在以下权利要求的范围之内。

Claims

1.在时分多址(TDMA)无线通信系统中，特别是在根据数字增强无绳电信(DECT)标准操作的无线通信系统中，用于在所述系统的无线接入单元(RAU)或基站和远程固定或移动通信设备之间扩展传输链路的可达距离的一种方法，并通过超前于发送TX时隙的传输时间，安排来补偿在所述传输链路上的传播延时，其特征在于，根据所述TX时隙建立以下情况的一组：

-前一个时隙是接收时隙，情况1，

-前一个时隙是具有到与所述TX时隙相同的RAU的链路的发送时隙，情况2a，

-在情况1或情况2b的情形下，改变所述TX时隙到另一个可用发送时隙。

2.根据权利要求1的方法，还包括步骤：

-建立在所述RAU和远程固定或移动无线通信设备之间的距离，和

-如果所述RAU和固定或移动无线通信设备之间的所述距离大于预定值时改变所述TX时隙。

3.根据权利要求2的方法，其中所述预定值涉及相邻时隙之间的保护间隔或保护频带。

4.根据权利要求3的方法，其中所述保护间隔量是56比特。

5.根据以上权利要求的任何一个所述的方法，进一步包括以下传输链路的建立步骤：

-根据公式b*N，在所述远程固定或移动通信设备中超前于所述TX时隙，其中b是所述传输链路的最大范围的一个预定分数，N是从1至b*N超出预定最大值范围内的一个整数，通过逐步增加所述整数N直至在所述RAU收到所述TX时隙为止，

-确定所述分数b乘以所述整数N的值，和

6.根据权利要求5的方法，其中所述整数N以单位步进递增。

7.根据以上权利要求的任何一个所述的方法，其中所述TDMA无线通信系统是多载波(MC)时分双工(TDD)无线通信系统，其中所述TX时隙在相同或不同的载波上改变到一个可用发送时隙。

8.在时分多址(TDMA)无线通信系统中，特别是在根据数字增强无绳电信(DECT)标准操作的无线通信系统中，用于扩展无线通信链路的可达距离的一种装置，该装置包含用于通过超前于发送(TX)时隙的传输时间来补偿在这种传输链路上的传播延时的一个装置。所述无线电信系统包括可操作连接到(公共)电话交换网((P)STN)和/或综合业务数字网(ISDN)的无线接入单元或基站以及远程固定或移动无线通信设备，安排所述RAU和远程通信设备在RAU和远程固定或移动无线通信设备之间建立无线传输链路。其特征在于所述装置包括用于根据所述TX时隙建立以下情况中的一组：

-前一个时隙是接收时隙，情况1，

9.根据权利要求8的装置，还包括执行以下步骤的装置：

-如果在所述RAU和远程固定或移动无线通信设备之间的距离大于预定值时改变所述预定时隙。

10.根据权利要求9的装置，其中所述预定值涉及相邻时隙之间的保护间隔。

11.根据权利要求8-10的任何一个所述的装置，还包括用于在建立传输链路时执行的步骤：

-确定所述分数b乘以所述整数N的值，和

12.根据权利要求11的装置，其中用于在建立传输链路时执行所述步骤的所述装置被安排在所述远程固定或移动无线通信设备内。

13.根据权利要求8-12的任何一个所述的装置，其中根据所述TX时隙建立前一个时隙的所述装置被安排在所述远程固定或移动无线通信设备中。

14.用于权利要求8-13的任何一个装置中的无线通信设备。

15.用于权利要求8-13的任何一个装置中的无线接入单元。