專利名稱:通信資源分配方法
本發(fā)明涉及用于在預(yù)定傳輸頻帶內(nèi)分配多個用戶信號的通信資源分配方法和裝置。
近來，衛(wèi)星傳輸，移動傳輸?shù)壤猛ㄐ刨Y源分配方法，其中多個地面站或用戶站共享一個傳發(fā)器或基站，以互相變換信息。例如在移動傳輸?shù)耐ㄐ刨Y源分配中，由多個移動站(用戶)共用一個基站。因此，設(shè)想了多種方法來避免各個移動站之間的干擾。為此目的的方法目前有頻分多址(FDMA)，時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)。
在這些方法中，CDMA是一種通信資源分配方法，其中特定碼被分配給每個移動站，用相同載波調(diào)制的電波由該碼以頻譜形式擴展，并發(fā)射到相同的基站，接收端同步地編碼各個電波以識別所需的移動站。
即擴展了的頻譜基站占用了所有頻帶，并在同一時期用相同頻帶發(fā)射到各個移動站。然后每個移動站對從基站發(fā)射的具有固定擴展頻帶寬度的信號進行去擴展，以提取適當?shù)男盘?。另外，基站靠互相不同的擴展碼來識別各個移動站。
如果在基站和每個移動站之間確定了特定的碼，CDMA就可能用每個直接的呼叫來通信。另外，CDMA在保密通信方面是很優(yōu)秀的，因此適合于利用移動站的無線電傳輸，比如蜂窩式電話之類。
順便，CDMA以嚴格的正交關(guān)系放置從不同移動站之間發(fā)射的信號是困難的，因此它們不能完全互相分開，因此其它移動站就成為了干擾源。另外，如果應(yīng)用的帶寬被確定，則其它的帶寬也不能用。
例如，
圖1圖示了一個通過去擴展從由編碼復(fù)用的8個移動站(用戶)信號中提取特定用戶信號的模式。如果要通過去擴展從由編碼復(fù)用的8個用戶信號U0-U7中提取U0，盡管用戶信號U0可被提取，但由同一基站管理的其它7個信號U1-U7成為了干擾源。結(jié)果，如圖1B所示，從其它信號U1-U7來的噪聲加在信號U0上，因此S/N特性受損。因此，利用CDMA的無線電傳輸具有窄的服務(wù)區(qū)域，因為無線電波的傳輸由于干擾的損壞而降低。另外，因為其它用戶的干擾只能由頻譜去擴展處理中獲得的增益來抑制，用戶(基站)與基站的連接能力則受到限制，以致于頻道容量減少。
通常擴展的帶寬是固定的，可復(fù)用的用戶數(shù)是有限的，因此，CDMA不能靈活地應(yīng)付各個國家頻率分配的具體情況。因此，只能確定非常窄的帶寬，最大的用戶速率也被限制。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種通信資源分配方法和裝置，其中各個用戶之間的信號分離可完全獲得，以防止S/N之類特性的損壞，可復(fù)用的用戶數(shù)可確保到按照帶寬的最大限度，傳輸速率也可改變。
圖1A，1B是顯示CDMA的多路訪問和該多路訪問的限制的示意圖。
圖2是顯示按照本發(fā)明的通信資源分配方法和裝置的實施例的方框圖。
圖3是顯示上述實施例的主要部分詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖4是顯示接收從上述實施例接收發(fā)射的信號的移動站的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖5A，5B是顯示由上述實施例進行的多路訪問的示意圖。
圖6是顯示按照上述實施例在頻帶內(nèi)放置載波和將它們分配給用戶的示意圖。
圖7是顯示按照上述實施例的各種傳輸速率的示意圖。
圖8是解釋利用OFDM處理的本實施例工作的示意圖。
圖9顯示了頻率分配為寬的情況。
圖10顯示了頻率分配為窄的情況。
圖11顯示了頻率分配為特別寬的情況。
圖12是顯示本發(fā)明用于廣播設(shè)備的示意圖圖13是顯示廣播接收機的示意圖。
圖14是顯示通信終端裝置的示意圖。
圖15是顯示對應(yīng)于象蜂窩式電話之類的移動站的基站設(shè)備的例子的示意圖。
圖16是顯示通過光纖或電話線之類而進入網(wǎng)絡(luò)的計算機設(shè)備的例子的示意圖。圖17顯示了與網(wǎng)絡(luò)之類連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的例子。
圖18顯示了本發(fā)明用于圖16，17所示的網(wǎng)絡(luò)的情況。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的通信資源分配方法和裝置的實施例進行描述。
按照本實施例，本發(fā)明的通信資源分配方法和裝置用于基站10，如圖2所示，它有多個與用戶信號相接的通道，以與移動站通信，比如蜂窩電話或車載電話。
該基站10包括多個載波調(diào)制部分11，用于將多個載波連續(xù)地放置在一個原始分配的波段內(nèi)，并分配和調(diào)制這些載波；以及加法器12，用于合成由多載波調(diào)制部分11調(diào)制的多個載波。然后，從加法器12的合成輸出通過天線13發(fā)射。
即通過在具有預(yù)定寬度的預(yù)先分配的頻段內(nèi)放置多個載波，基站10對各個移動站進行多路訪問的通信資源分配，該通信資源分配方法在這兒被稱為頻段分割多址(BDMA)方法。
該BDMA不同于頻分多址(FDMA)。FDMA是指這樣一種通信資源分配方法，其中傳輸速率比較低，多個載波不總是順序地被放置在頻率軸上。另一方面，BDMA是指這樣的通信資源分配方法，如上所述，比較寬的頻段最初就分配給基站，然后又分配給該基站下的各個移動站，它是不同于上述的FDMA。
這兒，按照分給各個用戶的用戶信號U′0，U′1，...U′m，多載波調(diào)制部分11包括多個(m+1)多載波調(diào)制器110，111，...11m。
該多載波調(diào)制器110，111，...11m的結(jié)構(gòu)將結(jié)合圖3來描述。圖3比如顯示了多載波調(diào)制器110的結(jié)構(gòu)。
在多載波調(diào)制器110中，載波分配器20將用戶信號U′0分配多個載波，該分配的信號由載波調(diào)制電路211，212，...21n調(diào)制。由各個載波調(diào)制電路211，212，...21n調(diào)制的輸出被加到加法器12。
從天線13發(fā)射的載波調(diào)制信號由各個用戶的移動站接收，如圖4所示。比如移動站接收載波調(diào)制用戶信號U0，則載波解調(diào)部分32的各個載波解調(diào)電路321，322，...32n解調(diào)各個載波調(diào)制信號。然后各個解調(diào)信號由信號合成器33合成。
通過用帶通濾波器的濾波，移動站30從基站用BDMA通信資源分配方法發(fā)射的多個載波調(diào)制信號比如圖4A所示的16個載波調(diào)制用戶信號U0，U1，...U15中，以圖5B所示的方式提取載波調(diào)制用戶信號U0。通過載波調(diào)制，其中基站10按照BDMA來分割頻段，上述的提取是可能的。在這種情況下，用戶間各個載波調(diào)制信號的分離可完全由濾波來完成。即由同一基站管理的其它載波調(diào)制用戶信號U1，...U15不會成為干擾源。因此在提取的載波調(diào)制用戶信號U0上沒有其它載波調(diào)制用戶信號，因此S/N比率不會損壞。
另外，因為其它用戶沒有干擾，基站就可按照預(yù)定的頻帶寬度來確定復(fù)用的用戶數(shù)。
同時，按照本發(fā)明，如圖6所示，由多載波調(diào)制部分11將窄帶載波連續(xù)地放置在分配給基站10的每個用戶信號載波的頻段內(nèi)。即在圖6A所示的每個用戶信號U0，U1，...U15的頻段內(nèi)，多載波調(diào)制部分11放置了圖6B所示的載波C。
這兒，盡管分配給單個用戶的載波數(shù)假設(shè)為10，但應(yīng)允許它是最小數(shù)。
另外，多載波調(diào)制部分11在每個頻段的邊界處放置了保持帶G具有0功率的載波，以將鄰近用戶頻段之間的干擾減為最小。這兒，如果鄰近頻段的干擾小，就可不要0功率載波，如果其干擾很大，就可放置多個0功率載波。
另外，如圖7所示，通過改變分配給用戶的載波C的數(shù)量，多載波調(diào)制部分11能改變傳輸速率。即通過按照用戶情況將頻帶分割成任意數(shù)的載波，多載波調(diào)制部分11能改變單個頻段的分割寬度，以改變傳輸速率。在載波調(diào)制用戶信號U0和載波調(diào)制用戶信號U1中的載波C的分割，如圖7所示可通過不同的數(shù)來達到，如圖7B所示。因此，載波調(diào)制用戶信號U0的發(fā)射速率可為載波調(diào)制用戶信號U1的發(fā)射速率的兩倍。
另外，多載波調(diào)制部分11可利用正交頻分復(fù)用(OFDM)處理可連續(xù)放置多個上述載波，如圖8所示。參見圖7，w(f)表示代表頻率軸上能量的波形，B表示載波距離。
這兒，OFDM將由下式表示。
在原始的調(diào)制中，如下面的表達式(1)所示，由每個h(t)代表的脈沖波形被放置在時間軸上，xk的信息符被固定在其上，脈沖波形互相錯開，以重疊。
表達式1X(t)=ΣkXkh(t-KT)----(1)]]>該表達式的付立葉變換的結(jié)果，可得到下面的表達式(2)。
表達式2X(f)=ΣkXkH(f)exp(-j2πkfT)----(2)]]>在表達式(2)中，時間軸t由頻率軸f代替。即用t代替f，符號時間T由載波距離B代替，波形發(fā)生濾波器H(f)用時間窗口(t)代替。結(jié)果可得到下面所示的表達式(3)。
表達式3X(t)=ΣkXkexp(-j2πkBT)W(t)----(3)]]>表達式(3)代表在OFDM下一小時單元的調(diào)制波。
即，表達式(3)表示調(diào)制符號xk被放置在頻率軸上，它們由exp(-j2πkBt)代表的多載波調(diào)制，時間窗口w(t)限制了該調(diào)制，因為連續(xù)調(diào)制的調(diào)制符xk不定位在時間軸上。
在原始的載波中，因為各個窄頻段載波信號被濾波，相應(yīng)處理的量是大的，對于每個載波某些保護頻段是需要的，因此頻率使用的效率輕微降低。
那么用上述OFDM處理，假設(shè)每個載波的傳輸速率為B[Hz]，其所需的帶寬為也為B[Hz]。
因為在OFDM中，使用快速付立葉變換的快速算法是可能的，這就可取得比每個載波單獨處理小得多的處理，因此達到更快的處理。
在使用OFDM的情況下，每個載波的調(diào)制信號的調(diào)制定時，需要互相同步?？墒牵瑥幕镜揭苿诱鞠聛淼念l道互相同步，以使基站同時向它發(fā)射信號，因此不存在問題。盡管從移動站到基站上來的頻道需要在各個移動站之間同步，分配給各個移動站的載波全部同步發(fā)射也可同步，因此，也沒有問題。另外，對于上來的頻道，為了補償各個移動站之間的單個傳輸延遲，每個移動站進行時間對齊，以調(diào)整傳輸時間。這就保證了各個移動站之間的調(diào)制定時的同步，因此也沒有問題了。
多載波調(diào)制部分11可如圖9和11所示來分割載波調(diào)制用戶信號。
例如，圖9顯示了相對寬的頻帶的分配情況。圖10顯示相對窄的頻帶的分配情況?？墒?，如果要分配的頻帶是窄的，它也可適當?shù)毓ぷ饔谠撓拗粕?。例如，圖11所示的情況，要分配到單一用戶的傳輸速率可做得特別寬，因此不限制服務(wù)的最大傳輸速度。
因為按照本發(fā)明的通信資源分配方法和裝置可通過一個濾波器就能分離各個用戶之間的載波，它足以抑制來自其它用戶的干擾，因此可避免S/N特性的損壞?？蓮?fù)用的用戶的數(shù)不受其它用戶干擾的限制，并可按照要分配的帶寬自由地確定，獲得其最大的限度。通過改變要分配給用戶的載波數(shù)，就可改變傳輸速率或取得不同的速率。另外，通過放置0功率載波可以任意設(shè)置保護頻帶。如圖0FDM用在多載波調(diào)制中，在不同用戶的載波之間不需要保護頻帶，因此可提高頻率的利用率。因為可采用快速付立葉變換，所需的處理是小而快的處理。另外，分配給例如5MHZ，10MHZ，20MHZ等等的系統(tǒng)頻帶可單獨穩(wěn)定地工作。另外，服務(wù)于用戶的最小比特率沒有限制，可服務(wù)于用戶的最大比特率怎樣變化取決于要分配的頻帶。無論該系統(tǒng)是怎樣的，都可能實現(xiàn)窄帶通信。這就是說，即使如果系統(tǒng)頻帶分配到5MHZ或10MHZ，窄帶的通信是可能的，因此可實現(xiàn)高的兼容性。
另外，本發(fā)明可用于各種場合的機器和設(shè)備。
圖12顯示本發(fā)明用于廣播設(shè)備的示意圖其工作基本上與上述實施例相同。圖13是顯示廣播接收機的示意圖。這可用于TV廣播，無線電廣播等等，進一步可用于地面廣播和衛(wèi)星廣播。圖14是顯示通信終端裝置的示意圖。本發(fā)明可用于替代常規(guī)GSM，PCB，PHS等等的蜂窩式電話。圖15是顯示對應(yīng)于象蜂窩式電話之類的移動站的基站設(shè)備的例子的示意圖。這兒，從多個移動站發(fā)射的電波連接到電路網(wǎng)絡(luò)。圖16是顯示通過光纖或電話線之類而進入網(wǎng)絡(luò)的計算機設(shè)備的例子的示意圖。本發(fā)明可用于無線電傳輸之外的通信。圖17顯示了與網(wǎng)絡(luò)之類連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的例子。圖18顯示了本發(fā)明用于圖16，17所示的網(wǎng)絡(luò)的情況。象所謂的非對稱的數(shù)字訂戶線(ADSL)，上來和下去的頻帶可通過BDMA系統(tǒng)在常規(guī)電話頻帶上提供。
權(quán)利要求
1.一種通信資源分配方法，包括步驟在預(yù)定頻帶內(nèi)連續(xù)地分配多個載波，和按照要傳送的信息將所說載波的某些數(shù)連續(xù)地分配為載波組，其中所說的多個載波互相正交。
2.按照權(quán)利要求
1的通信資源分配方法，其中；所說的多個載波至少包括位于某個載波組與其它載波組之間的功率減少的一個載波。
3.按照權(quán)利要求
1的通信資源分配方法，其中所說的分配所說載波的數(shù)按照要傳送信息隨時間變化。
專利摘要
即使在碼分多址方法(CDMA)中，考慮到使用比如蜂窩式電話之類的移動站無線傳輸，目前它很難保證嚴格的正交關(guān)系，因此接收的信號不能互相完全分離，其它移動站則成為干擾源。另外，如果確定了應(yīng)用的帶寬，其它帶寬就不能應(yīng)用。多載波調(diào)制部分將多個載波連續(xù)地放置在原始分配的頻帶內(nèi)，并分別調(diào)制各個載波。一個加法器合成由多載波調(diào)制部分調(diào)制的多個載波。天線發(fā)射來自加法器的合成輸出。
文檔編號H04J11/00GKCN1082754SQ97102985
公開日2002年4月10日 申請日期1997年1月29日
發(fā)明者鈴木三博 申請人:索尼公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan