CN1086522C - 移动通信系统中的收发信机 - Google Patents

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Abstract

在码分多址移动通信系统中的同一设备中，收发信机既实现了频分双工(FDD)也实现了时分双工(TDD)。在FDD模式中，交织器的交织存储器中的数据被以预定读出速率VR＝VN读出，其中VN是正常速率。在TDD模式下，发射载频被设定为与接收载频相同，并且交织存储器的读速率VR和解交织存储器的写速率VW被设定为VR＝VW＞2VN。在FDD和TDD模式下，从存储器的一列到另一列的传输速率VT被设定为相等。这样做使从一列向另一列传输的同时产生一个空闲持续期，并且在该空闲持续期内完成接收和发射成为可能。

Description

移动通信系统中的收发信机
本发明涉及码分多址移动通信系统，特别是涉及移动通信系统中所使用的收发信机，该收发信机在同一设备中既实现了频分双工(FDD)也实现了时分双工(TDD)。
在大多数公共移动通信系统中，利用FDD来实现双向通信。在这种情况下，不同的载频被用于把反向链路信道(由移动站至基站)与前向链路信道(由基站至移动站)区别开。例如，在采用800MHz频段的PDC(个人数字蜂窝系统)中，两个载频被彼此隔开，相距130MHz(见“个人数字蜂窝电信系统RCR标准，RCR STD-27”，无线电系统研究开发中心)。
另一方面，可以采用TDD，把它作为另一种双向通信方法。它为前向和反向链路信道分配同一载频，并且在时域中区分这些信道。换句话说，同一频率由前向和反向链路信道交替使用。例如，PHS(个人手持电话系统)  就采用了这一方法(见“第二代无绳电信系统RCR标准，RCRSTD-28”，无线电系统研究开发中心)。
因此，本发明的目的是提供一种针对移动通信系统的收发信机，它在码分多址(CDMA)通信系统的同一设备中既实现了频分双工(FDD)也实现了时分双工(TDD)。
根据本发明的一个方面，这里提出了一种用于CDMA(Code DivisionMultiple Access)移动通信系统的收发信机，它由发射机和接收机组成，
发射机包括：
交织器(interleaver)，用于交织所发射数据的每一帧；
装在交织器中的交织存储器(interleave memory)，交织存储器能够分别逐行以及逐列地写和读；
调制装置，用于把交织后的被发射数据调制为窄带已调制信号；以及
扩展调制装置，用于采用某一扩展序列把窄带已调制信号扩展调制为宽带已调制信号，
其特征在于：交织器一行一行地把被发射的数据写入交织存储器中，并且一列一列地从存储器中读出被发射的数据，从而实现交织。
接收机包括：
去扩展(despreading)装置，用于把宽带已调制信号转换为窄带已调制信号；
解调制装置，用于把窄带信号解调为解调制数据；
解交织器(deinterleaver)用于逐帧地对已调制数据进行解交织，以恢复被发射的数据；以及
装在解交织器中的解交织器存储器，该解交织器存储器能够分别逐列地和逐行地写和读，
其特征在于：解交织器一列一列地把解调制数据写入交织存储器中，并且一行一行地从解交织器存储器中读出解调制数据，从而实现解交织。
并且收发信机包括：
控制装置，用于把由一列至另一列地从交织存储器中读出数据和将数据写入解交织存储器的传输速率(列/秒)控制在某一预定的固定速率VT，并且用于在每一列中可变地控制数据的读出速率VR和写入速率VW(比特/秒)。
这里，控制装置可以把交织存储器的每一列的读出速率VR和解交织存储器的每一列的写入速率VW设定为：
在FDD(频分双工)模式中，VR＝VW＝VT·Ms，这里Ms是每一列中比特位的数目，并且
在TDD(时分双工)模式中，VR＞2VT·Ms并且VW＞2VT·Ms，并且在TDD模式下，在读取某列的最后一位后可以把收发信机从发射状态切换到接收状态，并且把接收状态保持到开始读取下一列的时候。
交织器可以在交织存储器的初始位置写入一个或多个导频符号(pilotsymbols)。
移动通信系统中的收发信机可进一步包括与扩展调制装置的输出端相连的发射功率控制装置，用于增加被发射数据中重要数据的发射功率。
重要数据可以包括导频符号和控制数据。
上述行和列可以被交换。
根据本发明，在码分多址移动通信系统中，采用一个简单的方案，即仅通过控制交织器和解交织器的读写速率，就能够在同一设备中实现频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。
另外，在交织存储器的初始位置写入导频符号这一作法避免了此后导频符号的补充插入。
通过下面对带有相关附图的本发明实施例的描述，本发明的上述及其它一些目的、效果、特点和优越性将变得更加明显。
图1A至1C是图解说明根据本发明的移动通信系统中的收发信机的一个实施例中所采用的传输方法的示意图，其中，图1A图解说明被发射的数据帧的结构，图1B图解说明已知码型的导频符号，并且图1C图解说明无线信道时隙的结构。
图2是图解说明本实施例中交织存储器3A的结构的示意图；
图3是图解说明存储在存储器3A中的数据的状态的示意图；
图4是图解说明本实施例中一个发射功率控制的例子的示意图；
图5是图解说明FDD和TDD的示意图，其中图5(A)图解说明FDD模式，图5(B)图解说明TDD模式；
图6是表示根据本发明的移动通信系统中的收发信机的实施例的方框图；并且
图7是表示本实施例中子控制器的结构的方框图。
现在将参照附图来描述本发明。
首先，将描述本发明所采用的码分多址移动通信系统的传输方法。
图1A图解说明公共移动通信系统中的帧结构。一个将被发射的用户数据序列被分成一些预定的固定帧长的帧。随后，控制数据被加到每一帧的初始位置，并且用户数据的校验码(例如CRC码)被加到每一帧的结束位置，这样就构成了一个帧数据。在图1A中，当控制数据、用户数据及校验码的整个传输速率小于最大可能速率时，在帧中出现空部分。
如图3所示，一帧数据被交织，然后被映射到无线信道帧上，如图1B所示。已知码型的导频符号被周期性地插入帧中。该导频符号在接收端被用于相干检测。该方法被揭示在诸如S.Sampei所著的“陆基移动通信系统中对于16QAM的衰减补偿(Fading Compensation for 16QAM in LandMobile Communications)”，日本电子、信息及通信工程师协会会刊(The Transactions of the Institute of Electronics，Information andCommunication Engineers of Japan)B-II，卷J72-B-II第7～15页，1989年1月出版，或其修订后的英文版，S.Sampei等著“陆基移动通信系统中对于正交调制的瑞利衰减补偿(Raleigh Fading Compensation for QAMin Land Mobile Communications)”，IEEE媒介技术会刊(IEEETransactions on Vehicular Technology)，第42卷，1993年5月，第2期。
在图1B中，导频符号间的夹入段被称为时隙。如果一帧包括Ns个时隙，一个时隙包括Ms个比特，那么一帧就包括Ns·Ms个比特。
这样布局的符号序列经过了第一步调制，紧接着第二步调制用具有已调制符号速率的整数倍(10倍至数百倍)的芯片速率的扩展码序列把它扩展，并把它发射出去。
当数据由周期性插入的已知码型的导频符号所发射时，接收机在时隙中的每个数据位置通过采用导频符号来估计传输链路的状态，并把该估计值作为相干检测的参考信号(见上文的Sampei论文)。
另一方面，发射机被装上了用来组装被发射数据的交织器。图2是图解说明交织存储器3A中由交织器所用的一帧。存储器中每行的比特位的数目(即列的数目)等于构成一帧的时隙的数目Ns，并且每列的比特位的数目(即行的数目)等于构成一个时隙的最大比特位的数目Ms。一帧的被发射的数据被逐位地写入交织存储器的行中，而以列方式读取它。
图3图解说明了在交织存储器3A中所写的数据的状态。如图3所示，含有用于误差检测的校验码(CRC)的一帧数据被写在交织存储器3A中。被这样写入交织存储器3A的数据以垂直方向(一列接一列)被读出，以使数据被顺序地映射到时隙上。这样，列号(1至Ns)对应于图1B中的时隙号。通过以这种方式从交织存储器中读取数据，单个时隙被设置，如图1C所示。图1C中的空部分对应于每一帧中的空区域。
上面所讲的是在发射机处准备数据的过程。另一方面，接收机带有一个解交织器，用于把已交织的发射数据重新组装为它的原始次序。解交织器还包括一个具有类似于图2的存储器布局的解交织存储器，除了写和读的方向被转换为交织器中的方向。也就是说，接收机通过逐列地写，并通过逐行地读来获取原始数据。
如此方式实现的发射能够减小移动站的功率。图4图解说明了这一点。导频符号和紧随其后的控制数据被以较大功率发射。空闲部分不被发送。这种发射方法被揭示在日本专利申请号7-35702(PCT/JP96/00419)“发射方法以及用来实现该方法的收发信机”中，这个申请由本代理人起草。
现在将描述根据本发明的移动系统的收发信机的一个实施例，在这样的传输系统中，该收发信机在同一设备中同时实现了频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。
首先，将参照图5来描述频分双工(FDD)和时分双工(TDD)。图5是针对某一频率图解说明FDD和TDD的传输特征的示意图，其中，图5(A)图解说明FDD模式下的被发射数据，图5(B)图解说明TDD模式下的被发射数据。
首先，图5(A)图解说明了收发信机的发射机使用所分配载波频率进行发射的状态。收发信机的接收机使用另一载波频率接收数据。
另一方面，图5(B)图解说明了根据使用同样载频的时间发射和接收进行切换的状态。在这种情况下，由于在每个时隙中插入了导频符号，所以最好在每个时隙交替进行发射和接收。
图6表示了在同一无线电设备中实现FDD和TDD的收发信机的结构。图6中，组帧模块(framing block)1把发射出的数据序列分为一些帧。纠错编码器2以每个帧数据的形式产生纠错校验位。如图2所示，交织器包括交织存储器3A，用于把帧数据组装为由单个时隙组成的数据。在从交织存储器3A中读数据时，尽管从一列到另一列的传递速率VT(列/秒)是固定不变的，但是从每一列中读出数据的速率VR(比特/秒)依据FDD或TDD模式而切换。下文将更详细地描述这一点。
数据调制器4完成了对从交织存储器中所读出数据的第一步调制。扩展调制器5完成对数据调制器4的输出的第二步调制，以从窄带信号产生宽带信号，从而输出一个扩展信号。频率转换器6在某一分配到的载频把扩展信号转换为被发射信号。从载频发生器9把该载频馈给频率转换器6。这样形成的被发射信号经过双工器7从天线15辐射到天空中。
如图4所示，如果需要发射功率控制，那么发射功率控制器17被置于频率转换器6和双工器7之间，以控制发射功率。在这种情况下，导频符号的长度、控制数据以及每个准重要用户数据都被事先确定，以便根据数据长度来控制发射功率。
下面，将描述接收机的结构。通过天线15和双工器7接收到的接收信号被馈给频率转换器14。所接收到的信号受到由频率发生器14采用来自载频发生器9的信号的频率转换。扩展信号解调制器13把频率转换后的信号由宽带扩展信号转换为窄带调制信号，然后由数据解调制器12把它恢复为原始数据。
解交织器11使用解交织存储器11A恢复原始数据帧。在解交织存储器11A的每一列中数据的写速率VW(比特/秒)依据FDD或TDD的模式而改变，同时保持列与列间的固定的传输速率VT。纠错译码器10实现对从解交织器11输出的每一帧的纠错，进而把它作为接收到的数据输出。
收发信机由主控制器20和子控制器21来控制。
图7是表示子控制器21的结构的方框图。在该图中，读时钟发生器22产生交织器3的存储器3A的读时钟信号以及解交织器11的存储器11A的读时钟信号。另一方面，写时钟发生器23产生存储器3A和11A的写时钟信号。时钟信号的频率由时钟控制器24来控制，以使存储器3A的读速率VR和存储器11A的写速率VW均大于TDD模式下正常速率VN＝Ms·VT(比特/秒)的两倍，其中Ms是存储器3A和11A的每列的比特位的数目(比特/列)，VT是从一列到另一列的传输速率(列/秒：固定的)。把TDD模式下存储器3A的读速率VR和存储器11A的写速率VW设定为大于正常速率的两倍的原因是为了在交织器3的输出中产生一个空闲时间周期。例如，设定VR＝2.5VN，能够在每个时隙中产生一个0.6个时隙持续期的空闲时间周期。该空闲时间周期能够被用来切换发射和接收。
更准确地讲，在FDD模式下，子控制器21中的时钟控制器24控制着时钟发生器22和23，以使它们产生某个频率的时钟信号，该信号使存储器3A的读速率VR和存储器11A的写速率被设置为正常速率VN。另一方面，在TDD模式下，时钟控制器24控制时钟发生器22和23，以使它们产生某个频率的时钟信号，该信号使存储器3A的读持续期内的读速率VR被设定为大于正常速率的两倍，例如，达到2.5VN，同时使存储器3A的写持续期内的写速率VW被设定为大于正常速率的两倍，例如，达到2.5VN。在FDD和TDD模式下，写入存储器3A的写速率和从存储器11A读出的读速率都被固定在正常速率VN。
依据主控制器20的指令，载频控制器25控制着由载频发生器9所产生的载波频率。准确地说，在FDD模式下，它控制着载频发生器9，以使发射载频fT和接收载频fR占用不同的预定频率，因此在TDD模式下，它控制着载频发生器9，以使发射载频fT和接收载频fR相一致。
根据这样的安排，现在将针对在单一收发信机中实现FDD和TDD来描述本实施例的操作。
一个将被发射的数据序列被馈给组帧模块1。组帧模块1把被发射的数据序列分为预定的一个帧长(Tf)的数据，从而使帧结构化。纠错编码器2在每一帧对被馈给到交织器3的被发射数据进行编码。交织器3以正常速率VN把被发射的数据写入由Ms行和Ns列构成的交织存储器3A的每一行中(在水平方向上)。在这种情况下，在第一行中写入的导频符号将免除了后来增加导频符号的需要。交织器3在已经写入一帧的被发射数据之后从存储器3A的每一列中(在垂直方向上)读出已写入的被发射数据。因此，将以FDD模式和TDD模式为标题(headings)来描述上述操作。(1)FDD模式的操作
在FDD模式中，发射机中的交织器3根据来自读时钟发生器22的时钟信号以正常速率VN(＝Ms·VT)逐列地读取交织存储器3A中的被发射数据。这样，在FDD模式下，存储器3A的读取速率是VR＝VN。因为存储器3A的每一列构成一个时隙，所以一个时隙由Ms个比特组成(包括导频符号)。
由交织器3产生的被发射数据序列受到数据调制器4的数据调制，紧接着受到扩展调制器5的扩展调制。该扩展信号由频率转换器6转换为一个具有某一预定的传输载频fT的信号。该收发信机带有双工器7，双工器7把与发射、接收及载频有关的信号分离开。
另一方面，接收机的频率转换器14使用预定频率fR来转换接收到的信号。这个被转换的接收频率被扩展信号解调制器13来去扩展(despread)，然后由数据解调制器12来对数据进行解调制。解调制后的数据被馈给解交织器11。解交织器11根据由写时钟发生器23提供的时钟信号，以写速率VW＝VN(正常速率)逐列地(在垂直方向上)把解调制后的数据写入解交织存储器11A中。写入的数据从解交织存储器11A中以正常速率VN逐行地(在水平方向上)被读出。
这样，在FDD模式下，尽管解交织存储器11A的写速率等于交织存储器3A的读速率，即正常速率VN，然而解交织存储器11A的写方向和读方向与交织存储器3A的写方向和读方向相反。另外，解交织存储器11A中对应于由交织存储器3A中的导频符号占据的区域的区域是空闲的。在这两点上，解交织器11不同于交织器3。由解交织存储器11输出的数据受到纠错解码器10的纠错解码，以便恢复原始数据。(2)TDD模式操作
在TDD模式下，子控制器21的载频控制器25把发射载频fT和接收载频fR置为相同频率(fT＝fR)。另外，交织存储器3A的读速率VR被设置为VR＞2VN，并且解交织存储器11A的写速率VW被设置为VW＞2VN。例如，交织存储器3A的读速率VR和解交织存储器11A的写速率VW被设置为VR＝VW＝2.5VN，从而在每个时隙中产生一个0.6时隙的空闲持续期。可以在空闲持续期中切换发射和接收。其余的操作与FDD模式相同。
扩展调制，它在数据调制之后采用速率高于被发射数据的比特速率的扩展序列调制信号，能够把TDD模式的扩展序列的速率(芯片速率)置为FDD模式下的速率，或者置为几倍于FDD模式下读速率的更高的速率；
能够把TDD模式的扩展序列的速率置为FDD模式下的速率，或者置为几倍于FDD模式下读速率的更高的速率。
已经依据一个实施例详细地描述了本发明，现在，从上文来看，可以在不脱离本发明的条件下，在本发明的扩展范围内做出一些变更和修正，这一点对于本领域的技术人员来说将是明显的。因此，附件的 旨在覆盖所有这些落入本发明的真正涵义内的变更和修正。

Claims (12)

1.用于CDMA(码分多址)移动通信系统的收发信机，包括发射机和接收机，
上述发射机包括：
    用于交织被发射数据的每一帧的交织器；
    被装在上述交织器中的交织存储器，上述交织存储器能够分别逐行地写和逐列地读；
    调制装置，用于把已交织的被发射数据调制为窄带已调制信号；以及
    扩展调制装置，用于采用一个扩展序列把上述窄带已调制信号扩展调制为宽带已调制信号，
    其中：上述交织器一行一行地把上述被发射信号写入上述交织存储器中，并且一列一列地从上述交织存储器中读出上述被发射数据，从而实现交织；
上述接收机包括：
    去扩展装置，用于把上述宽带已调制信号转换为上述窄带已调制信号；
    解调制装置，用于把上述窄带信号解调制为解调制后的数据；
    解交织器，用于一帧一帧地对上述解调制后的数据进行解交织，以恢复上述被发射数据；以及
    被装在上述解交织器里的解交织存储器，上述解交织存储器能够分别逐列地和逐行地写和读，
    其中：上述解交织器一列一列地把上述已调制数据写入上述解交织存储器中，并且一行一行地从上述解交织存储器中读出上述已调制数据，从而实现解交织；
并且上述收发信机包括：
    控制装置，用于在从上述交织存储器中读数据及向上述解交织存储器中写入数据时，把从一列到另一列的传输速率VT(列/秒)控制在某一预定的固定速率，并且在上述每一列中可变地控制数据的读速率VR和写速率VW(比特/秒)。
2.如权利要求1所述的用于移动通信系统的收发信机，其特征是：上述控制装置把上述交织存储器的每一列的读速率VR和上述解交织存储器的每一列的写速率VW控制为：
在FDD(频分双工)模式下，VR＝VW＝VT·Ms，其中Ms是上述每一列中比特位的数目，以及
在TDD(时分双工)模式下，VR＞2VT·Ms并且VW＞2VT·Ms，并且在TDD模式中，在读出上述列的最后一位以后，把上述收发信机由发射状态切换为接收状态，并且保持该接收状态直至开始读取下一列。
3.如权利要求1所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述交织器在上述交织存储器的初始位置写入一个或多个导频符号。
4.如权利要求2所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述交织器在上述交织存储器的初始位置写入一个或多个导频符号。
5.如权利要求1所述的移动通信系统的收发信机还包括发射功率控制装置，该装置与上述扩展调制装置的输出端相连接，用于增加上述被发射数据中的重要数据的发射功率。
6.如权利要求5所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述重要数据包括上述导频符号和控制数据。
7.CDMA(码分多址)移动通信系统中的收发信机，包括发射机和接收机，
上述发射机包括：
    用于交织被发射数据的每一帧的交织器；
    被装在上述交织器中的交织存储器，上述交织存储器能够分别逐行地写和逐列地读；
    调制装置，用于把已交织的被发射数据，数据调制为窄带已调制信号；以及
    扩展调制装置，用于采用一个扩展序列把上述窄带已调制信号扩展调制为宽带已调制信号，
    其中：上述交织器一列一列地把上述被发射数据写入到上述交织存储器中，并且一行一行地从上述交织存储器中读出上述被发射数据，从而实现交织；
上述接收机包括：
    去扩展装置，用于把上述宽带已调制信号转换为上述窄带已调制信号；
    解调制装置，用于把上述窄带信号解调制为解调制后的数据；
    解交织器，用于一帧一帧地对上述解调制后的数据进行解交织，以恢复上述已发射数据；以及
    被装在上述解交织器里的解交织存储器，上述解交织存储器能够分别一列一列地和一行一行地写和读，
    其中：上述解交织器一行一行地把上述已调制数据写入上述解交织存储器中，并且一列一列地从上述解交织存储器中读出上述已调制数据，从而实现解交织；
并且上述收发信机包括：
    控制装置，用于在从上述交织存储器中读数据及向上述解交织存储器中写入数据时，把从一行到另一行的传输速率VT(行/秒)控制在某一预定的固定速率，并且在上述每一行中可变地控制读速率VR和写速率VW(比特/秒)。
8.如权利要求7所述的用于移动通信系统的收发信机，其特征是：上述控制装置把上述解交织存储器的每一行的读速率VR和上述解交织存储器的每一行的写速率VW控制为：
在FDD(频分双工)模式下，VR＝VW＝VT·Ms，其中Ms是上述每一行中比特位的数目，以及
在TDD(时分双工)模式下，VR＞2VT·Ms并且VW＞2VT·Ms，并且在TDD模式中，在读出上述行的最后一位以后，把上述收发信机由发射状态切换为接收状态，并且保持该接收状态直至开始读取下一行。
9.如权利要求7所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述交织器在上述交织存储器的初始位置写入一个或多个导频符号。
10.如权利要求8所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述交织器在上述交织存储器的初始位置写入一个或多个导频符号。
11.如权利要求7所述的移动通信系统的收发信机还包括发射功率控制装置，该装置与上述扩展调制装置的输出端相连接，用于增加上述已发射数据中的重要数据的发射功率。
12.如权利要求11所述的移动通信系统的收发信机，其特征是：上述重要数据包括上述导频符号和控制数据。
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