專利名稱：用于跳頻擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中的自適應(yīng)載波占用的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)，特別是改進(jìn)的無繩電話系統(tǒng)。
西門子無線終端(Siemens Wireless Termina1s)已經(jīng)開發(fā)出了世界數(shù)字無繩電信(WDCT)系統(tǒng)，并將其作為一種DECT的遵從FCC的修改。WDCT是一個(gè)使用自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制(ADPCM)的跳頻擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)。
跳頻擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)中的話音質(zhì)量極大依賴于受到干擾的載波數(shù)。當(dāng)使用TDMA幀結(jié)構(gòu)并且一個(gè)載波被一個(gè)很強(qiáng)的干擾信號所干擾的時(shí)候，出現(xiàn)誤碼或者整個(gè)時(shí)隙丟失的可能性是很大的。
根據(jù)FCC第15部分，一個(gè)系統(tǒng)必須以任意順序使用至少n個(gè)載波。對一個(gè)2.4GHz的系統(tǒng)來說，n＝75?？捎幂d波數(shù)z取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。另外，F(xiàn)CC第15部分要求每個(gè)載波在每y秒中的使用不能超過x毫秒。對一個(gè)2.4GHz的系統(tǒng)來說，x＝400毫秒，y＝30秒。
WDCT是以幀長10毫秒的TDMA幀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。由于這種TDMA結(jié)構(gòu)，幀被分為接收和發(fā)送時(shí)隙。

圖1示出了一個(gè)示范性的WDCT幀。所示的是多個(gè)接收時(shí)隙RX1-RX4和多個(gè)發(fā)送時(shí)隙TX1-TX4。每個(gè)有效的發(fā)送或接收時(shí)隙，其持續(xù)時(shí)間都是833微秒。如果連接少于四個(gè)，也就是說有效時(shí)隙不到四對，那么在無效時(shí)隙中沒有數(shù)據(jù)發(fā)送。另外，一個(gè)持續(xù)時(shí)間為417微秒的無效時(shí)隙在兩個(gè)有效時(shí)隙之間被執(zhí)行。
根據(jù)典型的WDCT實(shí)施過程，以任意順序產(chǎn)生頻率的跳躍算法假定如果一個(gè)連接是有效的(也就是說一個(gè)發(fā)送和一個(gè)接收時(shí)隙被使用)，那么為一個(gè)幀長(10毫秒)占用一個(gè)頻率。在這種實(shí)施過程中，每個(gè)載波在一個(gè)30秒的時(shí)幀內(nèi)只能被使用40次(400ms/10ms＝40)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示范性射頻系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的方框圖。特別地，通常如10表示的那樣，該系統(tǒng)可以作為一個(gè)跳頻無繩電話系統(tǒng)來實(shí)施。系統(tǒng)10包括一個(gè)或多個(gè)基站12，其中每個(gè)都可以被稱作一個(gè)固定部分(FP)。每個(gè)基站12都可以使用射頻來支持與多個(gè)移動(dòng)單元或是手機(jī)14和手機(jī)16的通信?；?2和手機(jī)14之間的接口可以被稱作空中接口。根據(jù)本發(fā)明，基站12包括控制邏輯104，手機(jī)14和16包括控制邏輯106，以下將對此進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。適于與根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)一起使用的示范性系統(tǒng)是Gigaset系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以從西門子公司得到。
在操作中，基站12可以支持規(guī)定總數(shù)的手機(jī)14和16。例如，在一種實(shí)施方式中，基站12可以支持總共八個(gè)手機(jī)，它們可以是空閑鎖定也可以是有效鎖定的。給定數(shù)值“M”可以是所有手機(jī)中有效鎖定手機(jī)16的數(shù)目。例如，基站12可以支持總共八個(gè)手機(jī)當(dāng)中的四個(gè)有效鎖定手機(jī)16。在剩下的手機(jī)中，基站12可以支持給定數(shù)值“N”個(gè)空閑鎖定手機(jī)14。例如，“N”可以小于或等于所支持的手機(jī)總數(shù)(例如8)與有效鎖定手機(jī)16的數(shù)量“M”(例如0-4)之間的差值?？臻e鎖定手機(jī)14是當(dāng)前無效，但與基站12有聯(lián)系并與之同步的手機(jī)?；?2可以使用基于時(shí)分復(fù)用(TDM)幀的通信協(xié)議來與手機(jī)14和手機(jī)16通信。
在圖2的實(shí)施過程中，系統(tǒng)10使用射頻中的ISM頻帶來支持基站12與手機(jī)14和16之間的通信。舉個(gè)例子，系統(tǒng)10可以使用從2.4GHz延伸到2.4835GHz的ISM頻帶。使用ISM頻帶的一個(gè)好處是沒有許可證的并且不需要為使用交付許可證費(fèi)用。然而，為了在FCC或其它政府規(guī)定中進(jìn)行工作，系統(tǒng)10執(zhí)行一個(gè)跳頻方案。這使得系統(tǒng)10能夠在ISM頻帶中支持牢固的無繩通信，同時(shí)工作在規(guī)定準(zhǔn)則以內(nèi)。在這種跳頻方案下，基站12與手機(jī)14和16隨頻率不同而在時(shí)域移動(dòng)。
由于變化的頻率，當(dāng)進(jìn)入一個(gè)由基站12提供服務(wù)的區(qū)域時(shí)，手機(jī)最初處于開啟狀態(tài)。這樣未鎖定的手機(jī)能在一個(gè)特定射頻上進(jìn)行“監(jiān)聽”，以嘗試鎖定到基站12。當(dāng)基站12將那個(gè)頻率跳躍到特定頻率時(shí)，未鎖定的手機(jī)可以識別和接收基站12發(fā)送的控制數(shù)據(jù)。這使得未鎖定的手機(jī)能夠鎖定到基站12并與該跳頻方案同步。
圖3是用于跳頻無繩電話系統(tǒng)的幀頻率的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。如圖所示，通常20表示的幀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)幀22，其中，每一個(gè)都具有幀長24。在時(shí)域中，每個(gè)幀22都緊跟在前一幀22之后。
在圖3的實(shí)施例中，不同頻率(F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3……FN，F(xiàn)N+1…)與每個(gè)幀22相關(guān)聯(lián)，并在幀22中被用于基站12與手機(jī)14和16之間經(jīng)由空中接口的通信。這種頻率到頻率的變化是由基站12與手機(jī)14和16所執(zhí)行的跳頻方案來處理的。在給定幀22的持續(xù)時(shí)間里，基站12與手機(jī)14和16使用為幀22所選擇的頻率來進(jìn)行通信。當(dāng)下一個(gè)幀22開始時(shí)，基站12與手機(jī)14和16使用一個(gè)新的被選頻率來進(jìn)行通信。在一個(gè)實(shí)施例中，幀長24是10毫秒，因此所用頻率每隔十毫秒就發(fā)生變化。
圖4A-4D對根據(jù)本發(fā)明的跳頻的時(shí)間計(jì)算進(jìn)行了描述。如上所述，F(xiàn)CC規(guī)定了使用ISM頻帶以內(nèi)的頻率的要求。例如，在一個(gè)30秒的周期里，該規(guī)定將系統(tǒng)可以使用一個(gè)頻率的最大持續(xù)時(shí)間限制在0.4秒。如以下將要詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明只使用有效時(shí)隙來確定一個(gè)頻率已被使用的達(dá)0.4秒的時(shí)間量。
圖4A說明了只具有兩個(gè)有效時(shí)隙401a，402a的幀400a，也就是說，只有一個(gè)有效連接。該時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間是2*833微秒＝1.67毫秒。因此，在每個(gè)400毫秒中，對每個(gè)時(shí)隙對來說，每個(gè)載波可被使用接近240次。
圖4B說明了使用兩個(gè)有效連接的幀400b，也就是說，四個(gè)有效時(shí)隙401b，402b，403b，404b。該時(shí)隙的長度是4*833微秒＝3.332毫秒，因此一個(gè)載波能被使用120次。
圖4C說明了使用三個(gè)有效連接的幀，也就是說，六個(gè)有效時(shí)隙401c-406c。該時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間是6*833微秒＝4.998毫秒。因此，在每個(gè)400毫秒，每個(gè)載波能被使用幾乎80次。
最后，即使是在具有四個(gè)有效連接的情況下，也就是說，八個(gè)時(shí)隙401d-408d(圖4D)，本發(fā)明也考慮到了改進(jìn)的選擇。如果只有有效時(shí)隙401d-401d而沒有無效間隔周期被用于計(jì)算，那么每個(gè)載波能被使用60次。
盡管任何一種實(shí)際上選擇頻率的方法都可被使用，但在1998年7月10日提交的，名為“Method and System for Table ImplementedFrequency Selection in a Frequency Hopping Cordless TelephoneSysten(用于跳頻無繩電話系統(tǒng)中的表格實(shí)現(xiàn)的頻率選擇的方法和系統(tǒng))”美國專利申請No.09/113,539給出了這樣一種用于選擇頻率的方法，該申請?jiān)诖巳恳胱鳛閰⒖?，就像在這里被完整給出一樣。
圖5是通常由502表示的系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)用于跳頻無繩電話系統(tǒng)中的自適應(yīng)載波占用。系統(tǒng)502可被操作來執(zhí)行一個(gè)方案，該方案根據(jù)每一幀中的多個(gè)有效時(shí)隙來選擇一個(gè)頻率，用于基站12與一個(gè)或多個(gè)手機(jī)16之間的通信。在所示實(shí)施例中，系統(tǒng)駐留在基站12上并作為控制邏輯104的一部分被實(shí)現(xiàn)。類似系統(tǒng)504駐留在手機(jī)16上并可以作為控制邏輯106的一部分被實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)502、504可被操作來同時(shí)選擇相同頻率，這樣基站12和手機(jī)16在跳躍的同時(shí)也可保持通信。
系統(tǒng)502包括一個(gè)頻率選擇模塊506和一個(gè)包含計(jì)數(shù)器510的時(shí)隙監(jiān)視模塊508。模塊506、508可以作為可執(zhí)行軟件代碼的多種組合來執(zhí)行，該軟件代碼運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)處理器以及相關(guān)的存儲(chǔ)設(shè)備上，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器，或是諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器這樣的大容量存儲(chǔ)器。
頻率選擇模塊506可以根據(jù)任何一種跳頻方案來工作，并接收來自時(shí)隙監(jiān)視器508的輸入，以下將對此進(jìn)行更為詳盡的描述。更為特殊的是，時(shí)隙監(jiān)視器508監(jiān)視傳輸并使用計(jì)數(shù)器510來計(jì)算每一幀所發(fā)送的有效時(shí)隙數(shù)目。這可以包括只對有效連接的數(shù)目進(jìn)行計(jì)算，或是將CRC校驗(yàn)和用于每個(gè)猝發(fā)、誤碼率或信號強(qiáng)度的方法。
然后，時(shí)隙監(jiān)視器508將有效時(shí)隙數(shù)目通知給頻率選擇模塊。這樣，這些時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間被頻率選擇模塊506在其計(jì)算給定載波頻率在特定30秒的周期中可用時(shí)間量時(shí)被使用。
例如，假設(shè)一個(gè)給定的頻率已被用于三十(30)個(gè)有效連接。因此，頻率已被使用了100.2毫秒。相同頻率能被用于另外的140毫秒，或是83個(gè)單幀的有效連接(例如，圖4A)，42個(gè)雙幀有效連接(例如圖4B)等等。
駐留在手機(jī)106上的系統(tǒng)504以相似的方式工作，其中包括FSM506a、SMM508a以及計(jì)數(shù)器510a。它可被操作成使用與系統(tǒng)502相同的跳頻方案來對頻率進(jìn)行選擇，這樣基站12和手機(jī)16可以在它們跳躍頻率的同時(shí)繼續(xù)通信。另外，各種控制數(shù)據(jù)在基站和手機(jī)之間被交換，以確保兩個(gè)單元都具有經(jīng)過計(jì)算的相同的有效時(shí)隙數(shù)。
更為特殊的是，當(dāng)手機(jī)16最初進(jìn)入一個(gè)由基站12提供服務(wù)的區(qū)域時(shí)，它在一個(gè)特定頻率上進(jìn)行“監(jiān)聽”。當(dāng)基站12跳經(jīng)頻率時(shí)，它發(fā)送控制數(shù)據(jù)。在某些點(diǎn)上，基站12將會(huì)在手機(jī)16監(jiān)聽的相同頻率上發(fā)送控制數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)被手機(jī)所使用，以便于將其跳頻方案同步到基站的跳頻方案。
在操作中，基站12和手機(jī)16同步到一個(gè)跳頻方案，這樣它們可以進(jìn)行通信。然后，每個(gè)都對與每個(gè)幀相關(guān)聯(lián)的時(shí)隙是否有效進(jìn)行監(jiān)視。之后，基站12將一個(gè)控制信號發(fā)送到手機(jī)16，根據(jù)有效時(shí)隙數(shù)來指示特定頻率上使用的時(shí)間量。手機(jī)16和基站12然后根據(jù)這些測定來對它們的可用頻率的計(jì)算進(jìn)行更新。
圖6是實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方法的流程圖。該方法可以通過例如圖5的系統(tǒng)502和504來執(zhí)行。在步驟602中，系統(tǒng)使用諸如基站的頻率選擇模塊506和手機(jī)106的頻率選擇模塊514所執(zhí)行的跳頻方案來工作。如以上所討論的那樣，頻率每10毫秒或每個(gè)幀就被改變，在每個(gè)30秒中，沒有一個(gè)頻率可以被使用超過400毫秒。在步驟604中，時(shí)隙監(jiān)視器監(jiān)視在每個(gè)幀之中，也就是在每個(gè)頻率上的各個(gè)發(fā)送與接收時(shí)隙。在步驟606中，指示這個(gè)信息的信令被提供給頻率選擇模塊506。舉個(gè)例子，所提供的數(shù)據(jù)可以是無效時(shí)隙數(shù)，或是與特定幀和頻率有關(guān)的無效(或有效)時(shí)隙的實(shí)際時(shí)間，或是在對應(yīng)頻率可以使用的給定30秒周期中仍然可用的時(shí)間量?；具€可以將該信息發(fā)送到手機(jī)。在步驟608中，頻率選擇模塊506和504將該信息引入其跳頻算法的計(jì)算中。例如，這可以包括手機(jī)和基站之間的控制數(shù)據(jù)的交換。
在上面詳細(xì)說明中被描述的本發(fā)明并不是要對這里所闡述的特定形式進(jìn)行限定，而是用于包括可以合理包含在附加權(quán)利要求精神和范圍中的這類替換、修改以及等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于在使用預(yù)定幀長的跳頻無繩電話系統(tǒng)中進(jìn)行頻率選擇的方法，其特征在于識別所述幀(22)中的有效時(shí)隙(401，402)；以及根據(jù)所述有效時(shí)隙(401，402)的持續(xù)時(shí)間來確定載波使用的持續(xù)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述預(yù)定幀長(24)包括十毫秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，所述時(shí)隙(401，402)包括發(fā)送和接收時(shí)隙，其中每個(gè)都具有833微秒的持續(xù)時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括將每30秒中特定載波的使用限制在少于400毫秒。
5.一種用于在使用預(yù)定幀長(24)的跳頻無繩電話系統(tǒng)中進(jìn)行頻率選擇的系統(tǒng)，其特征在于用于識別所述幀中有效時(shí)隙(401，402)的裝置(508)；以及根據(jù)所述有效時(shí)隙來確定載波使用持續(xù)時(shí)間的裝置(506，508)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，所述預(yù)定幀長(24)包括十毫秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，所述時(shí)隙(401，402)包括發(fā)送和接收時(shí)隙，每個(gè)都具有833微秒的持續(xù)時(shí)間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，還包括用于將每30秒中特定載波的使用限制在少于400毫秒的裝置(506)。
9.一種用于在使用預(yù)定幀長的跳頻無繩電話系統(tǒng)中進(jìn)行頻率選擇的設(shè)備，其特征在于一個(gè)適合于識別所述幀中有效時(shí)隙的時(shí)隙監(jiān)視模塊(508)；一個(gè)適合于根據(jù)所述有效時(shí)隙持續(xù)時(shí)間來確定載波使用持續(xù)時(shí)間的頻率選擇模塊(506)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，所述預(yù)定幀長包括十毫秒。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，所述時(shí)隙(401，402)包括發(fā)送和和接收時(shí)隙，每個(gè)都具有833微秒的持續(xù)時(shí)間。
全文摘要
提供了一種跳頻擴(kuò)展頻譜電信系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)有效時(shí)隙數(shù)來選擇載波頻率。這樣，已被使用的載波，其持續(xù)時(shí)間是基于有效時(shí)隙(401，402)數(shù)目，而不是幀(22)數(shù)目的。因此，更多使用的是不受干擾的載波而不是受到干擾的載波，由此改善了語音質(zhì)量。
文檔編號H04B1/713GK1426636SQ01808563
公開日2003年6月25日 申請日期2001年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者J·科克曼, U·塞頓, O·迪克 申請人:西門子信息及移動(dòng)通訊有限公司