專利名稱：用于在通信網絡中提高容量的設備、方法與系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在采用第一雙工技術與第二雙工技術類型的通信網絡(例如，諸如通用移動電信系統(UMTS)的蜂窩通信系統)中提高容量的設備、方法與系統。
為了在通信系統中實現雙向通信(雙工)，必須分隔通信的每個方向，即，從移動終端至基站(下面稱為“上行鏈路”)和從基站至移動終端(下面稱為“下行鏈路”)的方向，以避免網絡間干擾，即，上行鏈路傳輸干擾下行鏈路傳輸，并且反之亦然。在頻域或時域中能實現此種分隔。
參見
圖1，表示用于UMTS的帶寬分配的示意圖表。UMTS支持兩個雙工技術，即頻分雙工(FDD)技術100和時分雙工(TDD)技術102。對于FDD,FDD終端104與FDD基站106之間的上行鏈路通信利用第一頻帶108進行，而FDD終端104與FDD基站106之間的下行鏈路通信利用第二個不同的頻帶110進行。FDD技術使用的兩個頻帶108、110利用稱為雙工距離112的另一頻帶隔開。
TDD技術允許在單個未配對的頻帶118中在TDD終端114與TDD基站116之間的通信，但在發送與接收的周期之間具有稱為保護時間120的時間間隙。
圖2是更具體表示圖1所示的帶寬分配的示意圖表。對于對稱業務和單個交換點，將TDD頻帶118細分為16個時隙t0,…,t15,其中前八個時隙t0,…,t7專用于下行鏈路業務，而其余八個時隙t8,…，t15專用于上行鏈路業務。
在UMTS中，一組TDD終端U1,…,Un能與TDD基站116通信。給第一預定數量的終端U1,…,Um分配第一時隙t0用于下行鏈路傳輸，并分配第九時隙t8用于上行鏈路傳輸。同樣地，給其他預定數量的終端分配其他的時隙用于上行鏈路與下行鏈路通信。
就第一預定數量的終端U1,…,Um的第一TDD終端U1而言，將認識到在第一時隙t0期間是有效的之后，第一TDD終端在第九時隙t8的開始之前的200實際是空閑的，即，沒有發送或接收在進行。在第九時隙之后的202，第一TDD終端U1同樣是無效的，直至后一幀的第一時隙t0的開始。因此，能明白每個TDD終端只對于1/8的幀的時長有效地處理通信業務。相反地，對于CDMA，來自FDD終端的通信業務利用同時發送與接收信號占據FDD頻帶108,110中的全部幀。
其他的TDD終端U2,…,Un也經歷上面的無效周期；第二至第m個TDD終端U2,…,Um在與第一TDD終端U1相同的期間是空閑的，其余的TDD終端Um+1,…,Un根據分配給它們的時隙在不同的期間是空閑的。
隨著例如視頻、傳真與從互聯網下載文件的移動數據應用的增長，與這些應用相關的可變數據速率和面向分組的業務以及分配給指定通信系統的有限的無線電資源量需要與此系統相關的空中接口和蜂窩結構。
因此，歐洲電信標準局(ETSI)UMTS標準允許使用宏、微與微微小區，其中宏小區保證地理區域的整體覆蓋，而微或甚至微微小區支持高電信業務量的區域，例如，旅館或機場。另外，如上所述，UMTS將支持兩個雙工技術，即FDD技術與TDD技術。
在UMTS中，由于上述移動數據應用的增長，大量的業務有可能在下行鏈路上。結果，由于下行鏈路上數據業務引起的非對稱性，至少未充分利用用于FDD技術的上行鏈路頻帶。因此，特別在TDD基站116處于最大負荷時，分配給FDD技術的未使用的無線電資源表示信道容量的浪費。因為TDD終端可能不能支持FDD技術，即無雙模式能力，或FDD小區與TDD小區不可以由同一運營者運營，所以TDD小區與FDD小區之間的切換可能是不可能的。因此，應明白術語“系統”預定包括具有至少一個相應的雙工技術的多于一個的通信系統或具有至少兩個雙工技術的單個系統。
因此本發明的一個目的是避免或至少緩解由于電信業務的非對稱性引起的上述問題。
根據本發明的第一方面，提供一種通信系統，包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術；和頻率分配裝置，此頻率分配裝置安排為將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
根據本發明的第二方面，提供在包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術的通信系統中提高容量的一種方法，此方法包括以下步驟將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，并重新調諧此終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
根據本發明的第三方面，提供用于包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術的通信系統中的一種終端，將此終端安排為接收分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶的分配并在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
根據本發明的第四方面，提供用于包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術的通信系統中的一種基站，此基站支持用于與第二組終端通信的第二雙工技術并安排為將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
因而有可能在通信網絡中提供用于提高容量的設備、方法與系統，其中通過在第一基站上的負荷近似30％時變換第一基站的未使用的無線電資源能將第二基站的容量提高近40％。由于頻譜效率的增加，也有可能保持大的保護時間并因此增加第二基站支持的小區的半徑。此增加的頻譜效率得到更高的數據通過量并且不必濾波調整到FDD終端與基站來實現。因為需要最少的硬件和/或軟件修改，所以實施本發明的附加費用最小。也有可能給TDD小區中的一個指定終端分配不同的上行鏈路與下行鏈路容量，從而避免改變TDD小區的交換點的需求，也阻止了與相鄰的TDD小區的異步重疊。
在下面的描述與所附的從屬權利要求中給出了其他最佳的特性與優點而且從下面的描述與所附的從屬權利要求中它們將變得顯而易見。
現在將利用示例結合附圖描述本發明的至少一個實施例，其中圖3是移動終端并具有構成本發明一個示例的基站的示意圖；圖4是用于圖3示例的帶寬分配的示意圖；圖5更詳細地表示圖4中分配給TDD技術的帶寬的使用；
圖6是構成本發明一個實施例的帶寬使用的示意圖；圖7是表示由于圖6的實施例而提高的系統性能的圖表。
在整個描述中，相同的標號將用于識別相同的部分。
在本發明的第一實施例中，UMTS300(圖3)包括由FDD基站106支持的FDD小區302。第一TDD微小區306、第二TDD微小區308和第三TDD微小區310基本上位于FDD小區302內并分別由第一TDD基站116、第二TDD基站314和第三TDD基站316支持。雖然在此描述TDD微小區306、308、310的使用，但應注意本發明不限于這些微小區的使用，而能使用更大或更小的小區，例如，宏或微微小區。
一組FDD移動終端308位于FDD小區302內并利用射頻(RF)接口與FDD基站106進行通信，這組FDD終端308包括上述的FDD終端104。
第一TDD基站116位于第一TDD小區306內并與一組TDD移動終端U1,…,Un進行通信。另外，第一TDD基站116與FDD基站106同步，以校準數據幀。
在操作中(圖4)，FDD上行鏈路頻帶108與FDD下行鏈路頻帶110形成一對頻帶。FDD終端104使用上行鏈路頻帶108發送上行鏈路通信業務給FDD基站106。同樣地，FDD終端104利用下行鏈路頻帶110從FDD基站106中接收傳輸。
TDD技術使用服務于例如第一TDD移動終端U1與第一TDD基站116之間的上行鏈路與下行鏈路通信業務的上述單個頻帶118。在第一TDD終端U1的情況中，上行鏈路傳輸發生在第一時隙t0期間，而下行鏈路傳輸發生在第九時隙t8期間。
頻率分配單元(FAU)404驗證FDD上行鏈路頻帶108的至少一部分400、402未用于FDD業務的傳輸，并使用動態信道分配(DCA)算法在考慮相互干擾的基礎上確定使用FDD上行鏈路頻帶部分內的哪個頻帶。接著，由第一TDD基站116指示第一TDD終端U1根據TDD技術在時隙內將分配給FDD技術的可利用的上行鏈路頻率400之一用于上行鏈路數據的傳輸。同樣地，如果具有足夠的可利用的上行鏈路頻率，即容量，則由第一TDD基站116將可利用的FDD上行鏈路頻率402之一用于根據TDD技術在時隙中發送下行鏈路數據。
參見圖5，能更具體地明白上述實施例。第一TDD基站116使用時分一碼分多址(TD-CDMA)方案，以提供至一組TDD終端U1,…,Un的多址聯接；FDD基站106采用寬帶CDMA(W-CDMA)多址聯接方案。將第一時隙t0分配給一組TDD終端U1,…,Um用于上行鏈路業務。同樣地，將第九時隙t8分配給一組TDD終端U1,…,Um用于下行鏈路業務。其余的移動終端Um+1,…,Un的上行鏈路業務與下行鏈路業務在其余的時隙t1,…,t7與t9,…,t15期間進行發送。
為使描述簡潔與清楚，現在將結合第一TDD終端U1描述本發明的這個實施例。安排第一TDD基站116在第一時隙t0期間給第一TDD終端U1發送CDMA編碼的數據。在接收到由第一基站116在第一時隙t0期間發送的數據之后，FAU404監視FDD上行鏈路頻帶108，以確定在FDD上行鏈路頻帶108(即，未被FDD基站106使用的頻率)中是否存在容量。如果FDD上行鏈路頻帶108中的頻率是可利用的，則第一TDD基站116指示第一TDD終端U1重新調諧到FDD上行鏈路頻帶108中已知是可利用的一個頻率。第一TDD基站116隨后繼續在可利用的頻帶中發送CDMA編碼的數據的時隙給第一TDD終端U1。
另外，如果在第一時隙t0期間在FDD上行鏈路頻帶108內足夠的容量500是可利用的，則至少TDD終端U1,…,Um之一能將此可利用的容量500用于發送數據，同時從第一TDD基站116中接收數據(假定所述的TDD終端能同時發送與接收)。應認識到這樣的雙重功能不限于第一時隙t0的時長，并且一旦上行鏈路頻帶108內的容量是可利用的，就能提供這樣的功能。
在第九時隙t8開始之前的預定周期上，第一TDD終端U1重新調諧到TDD頻帶118內的一個合適的頻率上，以便在第九時隙t8期間發送CDMA編碼的數據給第一TDD基站116。
而且，此雙重功能(即，同時發送與接收)能發生在第九時隙t8期間，假定FDD上行鏈路頻帶108內的容量是可利用的。
在第九時隙t8之后，FAU404又監視FDD上行鏈路頻帶108，以確定在FDD上行鏈路頻帶108內是否存在其他可利用的容量。如果容量存在于FDD上行鏈路頻帶108內，則第一TDD基站116指示第一TDD終端重新調諧到FDD上行鏈路頻率內可利用的頻率402，以繼續發送TD-CDMA編碼的數據給第一TDD基站116，第一TDD終端U1在后一幀中的第一時隙t0開始之前的預定時間周期上重新調諧到TDD頻帶118中的一個合適的頻率上。
應認識到不發送數據給第一TDD基站116，而能由第一TDD基站116將FDD上行鏈路頻帶108中的可利用容量用于發送其他的數據給第一TDD終端U1。同樣地，不發送數據給第一TDD終端U1，而能由第一TDD基站116將FDD上行鏈路頻帶108中的可利用容量用于從第一TDD終端U1中接收其他的數據。
在本發明的第二實施例中，現有的TDD終端U1,…,Un不使用FDD上行鏈路頻帶108內的可利用容量來發送其他的數據，而使用此附加容量來允許一個新的TDD終端Un+1與第一TDD基站116通信。應認識到此系統能支持多于一個的新的TDD終端，假定上行鏈路頻帶108具有足夠的容量來支持從或至多于一個的新的TDD終端的業務。
新的TDD終端Un+1的FDD上行鏈路頻帶108的使用或現有的TDD終端U1,…,Un的FDD上行鏈路頻帶108的使用能在FDD上行鏈路頻帶內引起某一附加干擾。然而，如果第一TDD微小區306與FDD基站由于建筑物的墻而隔開或間隔距離rb，則此附加干擾將不顯著影響任何FDD鏈路。由于具有兩個可能的頻帶(即，FDD上行鏈路或下行鏈路頻帶108,110)來替代附加的TDD鏈路，所以能采用DCA算法來選擇將導致最小相互干擾的頻帶。在大多數情況下，這將是FDD上行鏈路頻帶108。
在本發明的第三實施例中，在TDD頻帶118內采用CDMA-TDD方案(圖6)。此CDMA-TDD方案包括間隔保護時間tg的第一時隙ts0與第二時隙ts1。因為總是具有由于信號傳播與信號處理引起的延遲，所以提供保護時間tg以避免發送與接收時隙ts0、ts1之間的碰撞；將這些延遲概括并稱為往返行程延遲trd，位于第一TDD微小區306的邊界上的終端Um承受最大的往返行程延遲trd。相反地，假定第一TDD終端U1更靠近第一TDD基站116，導致較小的往返行程延遲trd。
在操作期間，一組TDD終端U1,…,Un對于第一時隙ts0的時長發送CDMA編碼的數據。在第一時隙ts0期間，FAU404監視FDD上行鏈路頻帶108，以確定FDD上行鏈路頻帶108內是否存在容量。如果容量存在于FDD上行鏈路頻帶108之中，則第一TDD基站116允許新的TDD終端Un+1與第一TDD基站116通信。在第一時隙ts0期滿之后，并且如果容量仍存在于FDD上行鏈路頻帶108之中，則第一TDD基站116允許此新的TDD終端Un+1繼續給第一TDD基站116發送數據或從第一TDD基站116中接收數據。可選擇地，或另外地，第一TDD基站116能允許現有的一組TDD終端U1,…,Un之一(例如，第一TDD終端U1)重新調諧到FDD上行鏈路頻帶118內一個可利用的頻率上，并繼續從第一TDD基站116中接收CDMA編碼的數據。如果第一TDD終端U1或新的終端Un+1將使用上行鏈路頻帶108中可利用的頻率，則第一TDD終端U1或新的終端Un+1最好(但不一定)發送或接收面向分組的數據。因為不能在任何時間上都保證FDD頻帶108中可利用的容量并且這樣的容量應用于不要求保證的響應時間的非常低的優先級業務，所以面向分組的數據的發送與接收是最佳的。
在第二時隙ts1開始之前的預定時間周期上，第一TDD終端U1重新調諧到TDD頻帶118，或在新用戶Un+1的情況中，此新用戶Un+1能進入發送模式，以便給第一TDD基站116發送數據。
雖然上面的實施例說明FDD上行鏈路頻帶108內可利用頻率的使用，但能安排FAU404來確定FDD下行鏈路頻帶110內是否存在由第一TDD基站116及隸屬于它的一組TDD終端使用的容量。結果，第一TDD基站116隨后或指示一個現有的TDD終端重新調諧到此可利用的頻率或指示新的TDD終端Un+1使用可利用頻率400、402。
參見圖7，在其中rb在300m與500m之間并且TDD基站116位于此區域內而且一組TDD終端U1,…,Un均勻進行分布的模擬中，當同時具有少于10個的有效的FDD終端時，FDD上行鏈路頻帶內具有附加的容量。根據其中干擾變得太高以致一個基站或終端丟失其連接并且一個呼叫或甚至全部呼叫被丟棄的達5％的中斷(outage)計算這些值。
如果例如第一TDD基站116位于rb=500m的半徑上并假定對于FDD基站106具有5個有效的FDD終端和一個相同的數據速率，存在用于第一TDD小區306內另外15個TDD終端的容量。可選擇地，例如，通過將第一TDD終端U1的數據速率增加15倍，此附加容量能在現有的TDD終端U1,…,Un之間進行共享或用于單個存在的用戶。在上面的模擬中在TDD基站116距離FDD基站106約為200與500m之間時獲得最佳結果。
上面的模擬結果基于FDD終端的空間均勻分布并暗示無限用戶分布的平均。然而，應認識到在任何一個環境中有可能具有影響FDD頻帶108、110內可利用容量的終端組合。特別地，FDD終端318的某些分布將導致容量的增加，或保持用于附加數量的終端的容量，而其他的分布將導致容量的減少。
應認識到雖然相對與雙工技術一起使用的特定的多址聯接方案描述了上面的實施例，但可以采用任何一種多址聯接方案，例如，TDMA、CDMA、空分多址(SDMA)或頻分多址(FDMA)。
雖然使用第一雙工技術的一部分頻帶以第二雙工技術為內容描述了上面的實施例，但應認識到相反的安排也是可能的，即，第一雙工技術使用第二雙工技術的頻帶的至少一部分，諸如至少一個FDD終端318使用未配對的TDD頻帶118的一部分。
權利要求
1．一種通信系統，包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術；和頻率分配裝置，此頻率分配裝置安排為將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
2．根據權利要求1的系統，其中第一雙工方案是頻分雙工(FDD)技術。
3．根據權利要求1的系統，其中第二雙工方案是時分雙工(TDD)技術。
4．根據權利要求1的系統，其中第一多址聯接方案與第一雙工技術相關。
5．根據權利要求1的系統，其中第二多址聯接方案與第二雙工技術相關。
6．根據權利要求4的系統，其中第一多址聯接方案是碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)或頻分多址(FDMA)之一。
7．根據權利要求5的系統，其中第二多址聯接方案是碼分多址(CDMA)、時分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)或頻分多址(FDMA)之一。
8．根據權利要求3的系統，其中第一雙工技術的至少一部分的頻率分配用于在基本上與第二雙工技術相關的所有時隙期間發送下行鏈路業務。
9．根據權利要求1的系統，其中將在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作的終端安排為發送延遲容差型數據。
10．根據權利要求1的系統，其中將在分配給第一雙工技術的頻帶中根據第二雙工技術操作的終端安排為接收延遲容差型數據。
11．根據權利要求9或10的系統，其中此延遲容差型數據是分組數據。
12．根據權利要求2的系統，其中將此頻率分配裝置安排為測量上行鏈路頻帶的第一載波干擾比和下行鏈路頻帶的第二載波干擾比。
13．根據權利要求12的系統，其中此頻率分配裝置還包括用于比較第一與第二載波干擾比的比較器，將此頻率分配裝置安排為選擇上行鏈路頻帶或下行鏈路頻帶來響應此比較器。
14．根據權利要求12的系統，其中此頻率分配裝置采用動態信道分配算法來測量第一載波干擾比和第二載波干擾比。
15．根據權利要求7的系統，其中第二多址聯接方案具有一個保護時間，將此終端安排為在此保護時間期間使用第一雙工技術的頻帶中可利用的任何容量。
16．根據權利要求1的系統，其中第二基站距離第一基站約為200與500m之間。
17．根據權利要求1的系統，其中第二組終端包括此終端。
18．根據權利要求1的系統，其中此終端是以前不隸屬于第二基站的一個新終端。
19．用于在一個通信系統中提高容量的一種方法，此通信系統包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術，此方法包括以下步驟將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，和重新調諧此終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
20．用于一個系統中的一種終端，此系統包括能在第一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術、能在第二基站與第二組終端之間進行通信的第二雙工技術，將此終端安排為接收分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶的分配并在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
21．用于一個系統中的一種基站，此系統包括能在另一基站與第一組終端之間進行通信的第一雙工技術，此基站支持用于與第二組終端通信的第二雙工技術并安排為將分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶分配給一個終端，以使此終端能在分配給第一雙工技術的頻帶內根據第二雙工技術操作。
22．根據權利要求22的基站，還包括頻率分配裝置，用于分配已分配給第一雙工技術的至少一部分頻帶。
全文摘要
在諸如通用移動電信系統(UMTS)的電信系統(300)中,采用第一雙工技術(100)和第二雙工技術(102),給每個雙工技術(100,102)分配頻帶(108,110,118)。然而,由于電信業務的非對稱性,知道第一雙工技術(100)的下行鏈路頻帶(110)的負荷有可能是高的,而第一雙工技術(100)的上行鏈路頻帶(108)的負荷有可能是相對低的。同樣地,與第二雙工技術(102)相關的負荷有可能偏向下行鏈路電信業務。因此,本發明提供頻率分配裝置,此頻率分配裝置安排為將分配給第一雙工方案(100)的至少一部分頻帶(400,402)分配給一個終端,以使此終端能在分配給第一雙工方案(100)的頻帶(400,402)中根據第二雙工方案(102)操作。
文檔編號H04J1/00GK1320342SQ9981140
公開日2001年10月31日 申請日期1999年7月26日 優先權日1998年7月25日
發明者H·哈爾斯, G·J·R·波維 申請人:西門子公司