CN1135722C - 在无线通信系统中使用的用户单元和方法 - Google Patents

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Abstract

通过运用具有少量PN扩展码片每正交波形周期的一组正交子信道码(Walsh+-,Walsh++--),形成一组单独增益调节用户信道(A、B、C、导频)。要通过一个发送信道发送的数据,经低码速纠错编码,在用一种子信道码调制以前经序列重复,经增益调节,并与用其他子信道码调制的数据相加。运用用户长码和伪随机扩展码(PN码)调制和上变频所得总和数据(316)用以发送。运用短正交码提供干扰抑制,虽然仍然允许扩展纠错编码和重复来时间分集以克服一般在地面无线系统中经历到的Raleigh衰落。子信道码组还包括四个Walsh码,每个码与该组中的剩余码正交。最好运用四个子信道,因为它允许使用较短正交码,然而对更大量信道和较长码的运用是可接受的。较佳的是,把导频数据和控制数据组合成一个信道。用剩余两个发送信道来发送包含用户数据或信令数据或者两者的非特定数字数据。

Description

在无线通信系统中使用的用户单元和方法
技术领域
本发明涉及在无线通信系统中用到的用户单元和方法。
背景技术
包含蜂窝网、卫星和点到点通信系统的无线通信系统运用包含经调制射频(RF)信号的无线链路来在两个系统之间发送数据。出于多个原因,对无线链路的运用是需要的,其中上述原因包括与有线通信系统相比增加的移动性和减小的基础结构需求。运用无线链路的一个缺点在于由有限量的可获得RF带宽导致的有限量的通信容量。把这个有限的通信容量与基于有线的通信系统相比较,后者通过安装附加有线连接可以添加附加容量。
认识到RF带宽的有限性,可以发展各种信号处理技术来增加无线通信系统利用可获得RF带宽的效率。这种带宽有效信号处理技术的一个被广泛接受的例子是由电信工业协会(TIA)公布并主要在蜂窝状电信系统中使用的IS-95广播接口标准和它派生,诸如IS-95-A和ANSI J-STD-008(下面集中称为IS-95标准)。IS-95标准加入码分多址(CDMA)信号调制技术来在相同的RF带宽上同时进行多个通信。当与综合功率控制结合,通过其它方法之外还通过与其它无线通信技术相比还增加频率重用,对相同的带宽进行多个通信增加可在无线通信系统中进行的呼叫和其它通信的总数。在美国专利第4,901,307号(发明名称为“运用卫星或地面中继站的扩展频谱通信系统”)和美国专利第5,103,459号(发明名称为“用于在CDMA蜂窝状电话系统中产生信号波形的系统和方法”)中描述CDMA技术在多址通信系统中的运用,其中将上述两个专利转让给本发明的受让人并作为参考资料再次引入。
图1示出根据IS-95标准的运用构成的蜂窝状电话系统的高度简化图。在操作期间,一组用户单元10a-d通过运用CDMA调制RF信号建立与一个或多个基站12a-d的一个或多个RF接口,进行无线通信。在基站12和用户单元10之间的每个RF接口包括从基站12发送的前向链路信号,以及从用户单元发送的反向链路。运用这些RF接口,一般利用移动电话交换局(MTSO)14和公共电话交换网(PSTN)16进行与另一个用户的通信。虽然已知运用附加RF或微波链路,但是一般通过有线连接形成在基站12、MTSO14和PSTN16之间的链接。
根据IS-95标准,每个用户单元10在9.6或14.4千比特/秒的最大数据速率下,通过单个信道、非相干、反向链路信号,发送用户数据,上述速率依赖于从一组速率组中选择哪个速率组。非相干链路是其中接收到的系统不利用相位信息的链路。相干链路是在处理期间接收机利用载波信号相位的知识的链路。一般,相位信息采用导频信号的形式,但是还根据发送的数据估算它。IS-95标准要求64 Walsh码组供前向链路使用,每个代码包括64个码片。
运用具有由IS-95特定的9.6或14.4千比特/秒的最大数据速率的单个信道、非相干、反向链路信号很适于无线蜂窝状电话系统,其中典型的通信包括发送数字化声音或较低速率数字数据,诸如传真。由于对于分配的每1.2288MHz的带宽可有上至80个用户单元10与基站12进行通信的系统中,在从每个用户单元10发送过程中提供所需导频数据实质上增加用户单元10组相互干扰的程度。此外,在9.6或14.4千比特/秒的数据速率下,任何导频数据的发送功率与用户数据的发送功率之比是很重要的,并因而增加了用户单元之间的干扰。一次只进行一种通信与有线电话的使用一致,所以选择使用单个信道反向链路信号,这是当前无线蜂窝状通信基于的范例。此外,处理单个信道的复杂性小于与处理多个信道相关的复杂性。
当数字通信发展之时,预期对于诸如交互文件浏览和视频电视会议一类的应用无线发送数据的需求实际上正在日益增加。这种增加将改变使用无线通信系统的方法和执行相关RF接口的条件。特别是,在较高最大速率和以较多种类的可行速率发送数据。此外,当在发送数据过程中的误差比在发送音频信息过程的误差更难以承受时,更可靠的发送将变得十分必要。此外,数量增加的数据类型将产生对同时发送多种数据的需求。例如,需要交换数据文档,同时保持音频或视频接口。此外,当重用户单元发送的速率增加,在每数量的RF带宽内与基站12进行通信的用户单元10的数量减小,同时较高数据发送速率将导致较少用户单元10达到基站的数据处理容量。在一些例子中,当前IS-95反向链路不太适于所有这些变化。因此,本发明涉及提供较高数据速率、带宽效率、CDMA接口,在该接口上执行多种通信。
发明内容
依照本发明的一个方面,提供了一种用于产生调制数据以便从一用户单元发送到一基站的方法。所述方法包括以下步骤:将一导频数据与一控制信号组合,产生第一信道数据;和将所述第一信道数据与复数PN码相乘,产生一复数乘积信号。
依照本发明的另一个方面,提供了一种用于产生调制数据以便从一用户单元发送到一基站的设备。所述设备包括:将一导频数据与一控制信号组合以产生第一信道数据的装置;和将所述第一信道数据与复数PN码相乘以产生一复数乘积信号的装置。
根据本发明的一个实施例,通过运用具有少量PN扩展码片每正交波形周期的一组正交子信道码,形成一组增益受独立调节的用户信道。低码速纠错编码和在用一个子信道码被调制之前序列重复、增益调节并与运用其它子信道码调制的数据总和是通过一个发送信道发送的数据。运用用户长码和伪随机扩展码(PN码)和上变频所得总和数据(316)来发送。运用短正交码提供干扰抑制,同时仍然允许扩展纠错编码和时间分集的重复来克服一般在地面无线系统中经历到的Raleigh衰落。在本发明的示例实施例中,子信道码组还包括四个Walsh码,在持续时间内每个码与剩余组和四个码片正交。
在本发明的较佳实施例中,把两个用户信道多路复用成单个话务信道。运用较少话务信道是较佳的,因为它允许较少的峰值-平均发送功率比。运用不同数量的话务信道与本发明相一致。
在本发明的第一示例实施例中,通过第一个发送信道发送导频数据,而且通过第二发送信道发送功率控制和其它逐帧控制数据。在较佳实施例中,把在导频信道和控制用户信道上的信息多路复用成一个话务信道来减小峰值-平均功率比,同时仍然允许继续发送。连续发送是很理想的,因为它使与个人电子设备(诸如助听器和心脏起搏器)的可能的干扰最小。因为经常发送导频和控制数据,所以所得信号仍然连续。一般只有当该话务信道类型的数据是有效的,其它话务信道一般有效。如果将控制数据与除了导频用户信道之外的用户信道多路复用,那么当原话务信道数据无效时所得话务信道波形不连续。还可将其它用户话务信道多路复用成单个发送信道。这里用两个分开的用户话务信道考虑对于不同类型的话务的不同增益和帧重发送方法。将剩余两个发送信道用来发送非特定数字数据,包含用户数据或信令数据,或两者兼之。在示例实施例中,构成两个非特定发送信道中的一个用于BPSK调制和构成另一个信道用于QPSK调制。这样做来示出系统的多功能性。在本发明的另一些实施例中,BPSK调制或QPSK调制两信道。
在调制之前,编码非特定数据,其中编码包括循环冗余校验(CRC)产生、卷积编码、交错、选择序列重复和BPSK或QPSK映射。通过改变执行的重复数量,而且不将重复数量限于整数码元序列,可以获得包含高数据速率的多种发送速率。此外,通过在两个非特定发送信道上同时发送数据还可以获得更高数据速率。此外,通过频繁地更新在每个发送信道上执行的增益调节,由发送系统用到的整个发送功率可以保持在最小值,从而使在多个发送系统之间产生的干扰最小,从而增加整个系统容量。
附图说明
当结合附图,从下面对本发明的实施例的详细描述,本发明的特征、目的和优点将显而易见,在附图中相同参考字符作相应表示:
图1是蜂窝状电话系统的方框图;
图2是根据本发明的示例实施例构成的用户单元和基站的方框图;
图3是根据本发明的示例实施例构成的BPSK信道编码器和QPSK信道编码器的方框图;
图4是根据本发明的示例实施例构成的发送信号处理系统的方框图;
图5是根据本发明的示例实施例构成的接收处理系统的方框图;
图6是根据本发明的一个实施例构成的搜索指处理系统的方框图;
图7是根据本发明的示例实施例构成BPSK信道解码器和QPSK信道解码器的方框图;和
图8是体现本发明的发送系统的方框图,其中把控制数据和导频数据组合在一个信道上;
图9是体现本发明的发送系统的方框图,其中已把控制数据和导频数据组成在一个信道上,包括滤波要发送的信号;
图10是体现本发明的用于接收数据的接收机系统,其中已把功率数据和导频数据组成在一个信道上。
具体实施方式
关于蜂窝状电信系统的反向链路发送部分,描述用于高速CDMA无线通信的新颖和经改进的方法和装置。虽然本发明可适于在蜂窝状电话系统的多点到点反向链路发送中使用,但是本发明同样适用于前向链路发送。此外,采用本发明,将有利于多种其它无线通信系统,包括基于卫星无线通信系统,点到点无线通信系统和通过利用共轴或其它宽带电缆发送射频信号的系统。
图2是根据本发明的一个实施例,构成用户单元100和基站120的接收和发送系统的方框图。由BPSK信道编码器103接收第一组数据(BPSK数据),它产生用于执行BPSK调制的由调制器104接收到的代码码元流(code symbolstream)。由QPSK信道编码器102接收第二组数据(QPSK数据),它产生用于执行QPSK调制的也由调制器104接收的代码码元流。调制器104还接收功率控制数据和导频数据,它们根据码分多址(CDMA)技术调制以及用BPSK和QPSK编码,来产生由RF处理系统106接收到的一组调制码元。RF处理系统106过滤和将一组调制码元上变频至载波频率,以运用天线108发送到基站120。虽然只示出用户单元100,但是多个用户单元可与基站120进行通信。
在基站120内,RF处理系统122利用天线121接收发送的RF信号,而且执行带通滤波、下变频至基带和数字化。解调器124接收数字化信号并根据CDMA技术执行解调来产生功率控制、BPSK和QPSK软确定数据。BPSK信道解码器128解码从解调器124接收到的BPSK软确定数据来产生对BPSK数据的最佳估计,而且QPSK信道编码器126解码由解调器124接收到的QPSK软确定数据来产生对QPSK数据的最佳估计。于是,可获得对第一和第二组数据的最佳估计,用于进一步处理或发送到下一个目的地,而且接收到的功率控制数据直接或解码之后用于调制用来将数据发送到用户单元100的前向链路信道的发送功率。
图3是当根据本发明的示例实施例构成时BPSK信道编码器103和QPSK信道编码器102的方框图。在BPSK信道编码器103内,由CRC校验和发生器130接收BPSK数据,它对于第一组数据的每个20毫秒帧产生校验和。由尾部位发生器132接收数据帧以及CRC校验和,其中上述尾部位发生器132将包含8个逻辑零的尾部位附在每个帧的尾部来在解码处理过程结束时提供已知状态。于是,由卷积编码器134接收包含代码尾部位和CRC校验和的帧,其中上述编码器执行限定长度(K)9、速率(R)1/4卷积编码,从而在四倍于编码器输入速率(ER)的速率下产生代码码元。另一方面,执行包括速率1/2的其它编码速率,但是由于它的最佳复杂度-性能特征,运用速率1/4是较佳的。块交错器136对代码码元执行位交错提供时间分集以在快速衰落环境中更加可靠地发送。由可变起点转发器(starting point repeater)138接收所得交错码元,它重复交错的码元序列达足够次数NR来提供与具有恒定数量码元的输出帧相对应的恒定速率码元流。重复码元序列还增加衰落的时间分集以克服衰落。在示例实施例中,对于每个帧,码元的恒定数量等于6,144个码元,形成码元数量307.2千码元/秒(ksps)。此外,转发器138运用不同起点来开始重复每个码元序列。当产生6,144个码元每帧所需的NR的值不是整数,只对一部分码元序列执行最后重复。由BPSK映射器139接收所得重复码元组,它产生值为+1和-1的QPSK代码码元流(BPSK),以执行BPSK调制。在本发明的另一个实施例中,转发器138位于块交错器136之前,从而对于每个帧,块交错器136接收相同数量码元。
在QPSK信道编码器102内,由对于每20毫秒帧产生校验和的CRC校验和发生器140接收QPSK数据。由尾部位发生器142接收包含CRC校验和的帧,它把逻辑零的一组6尾部位附在帧的尾部。由卷积编码器144接收包含尾部位和CRC校验和的帧,其中编码器144执行K=9,R=1/4卷积编码,从而在四倍于编码器输入速率(ER)的速率下产生码元。块交错器146对码元执行位交错,而且由可变起点转发器148接收所得经交错码元。可变起点转发器148在每次重复中运用码元序列中的不同起点重复经交错码元序列达足够次数NR,从而对于每个帧产生12,288个码元,从而形成代码码元速率614.4千码元/秒(ksps)。当NR不是整数,只对一部分码元序列执行最后重复。由QPSK映射器149接收所得重复的码元,其中QPSK映射器149产生为执行QPSK调制而构成的QPSK代码码元流,它包括值为+1和-1的同相QPSK代码码元流(QPSKI)和值位+1和-1的正交相位QPSK代码码元流(QPSKQ)。在本发明的另一个实施例总,把转发器148设置在块交错器146之前,从而对于每个帧,块交错器146接收相同数量的码元。
图4是根据本发明的示例实施例构成的图2的调制器104的方框图。运用乘法器150b,通过Walsh码W2调制来自BPSK信道编码器103的BPSK码元,而且运用乘法器150c和150d,通过Walsh码W3调制来自QPSK信道编码器102的QPSKI和QPSKQ码元。运用乘法器150a通过Walsh码W1调制功率控制数据(PC)增益调节152接收导频数据(PILOT),和根据增益调节因子A0调节幅度,其中在本发明的较佳实施例中上述导频数据包括与正电源相关的逻辑电平。PILOT信号不对基站提供任何用户数据,而是提供相位幅度信息,从而它可以相干解调在剩余子信道上携带的数据,而且定标软确定输出值用于组合。增益调节154根据增益调节因子A1调节Walsh码W1调节功率控制数据的幅度,而且增益调节156根据幅度变量A2调节Walsh码W2调制BPSK信道数据的幅度。增益调节158a和b根据增益调节因子A3分别调节同相和正交相位Walsh码W3调制QPSK码元的幅度。在表I中示出在本发明的较佳实施例中用到的四个Walsh码。
    Walsh码     调制码元W0         ++++W1         +-+-W2         ++--W3         +--+
                              表I
对于熟悉本现有技术的人员而言,W0码根本是有效非调制是显而易见的,这与如图所示处理导频数据相一致。用W1码调制功率控制数据、用W2码调制BPSK数据和用W3码调制QPSK数据。一旦用适当的Walsh码调制,就根据BPSK技术发送导频、功率控制数据和BPSK数据,以及如下所述根据QPSK技术发送QPSK数据(QPSKI和QPSKQ)。应理解,无需使用每个正交信道,而且在本发明的另一个实施例中采用只用其中只提供一个用户信道的四个Walsh码中的三个。
运用短正交码产生每码元较少码片,因此当与加入对较长Walsh码的运用的系统相比较,考虑更广泛编码和重复。这个更广泛编码和重复提供对Raleigh衰落的保护,它是在地面通信系统中的主要误差源。对其它数量的代码和代码长度的运用与本发明相一致,然而,对较大组的较长Walsh码的运用减小对衰落的增强保护。由于四个信道为发送如下所述的各种类型的数据提供很大的灵活性,所以考虑到运用四个码片代码是最佳的同时还保持短代码长度。
加法器160总加来自增益调节(gain adjusts)152、154、156和158a的所得幅度已调调制码元来产生总加的调节码元161。通过运用乘法器162a和b与长码180相乘来扩展PN扩展码PNI和PNQ。用由乘法器162a和162b提供的所得伪随机码来通过运用乘法器164a-d和加法器166a和b的复数相乘调制总加的调制码元161,和增益调制正交-相位码元QPSKQ163。于是,滤波所得同相项XI和正交相位项XQ(滤波未图示),而且运用乘法器168和同相和正交相位正弦,在以高度简化的形式所示的RF处理系统106中上变频至载波频率。还在本发明的另一个实施例中采用偏置QPSK上变频。运用加法器170总加所得同相和正交相位上变频信号,而且根据主增益调节AM用主放大器172放大,来产生发送到基站120的信号s(t)。在本发明的较佳实施例中,扩展信号并滤波到1.2288MHz带宽来保持与现有CDMA信道的带宽兼容。
通过提供在其上发送数据的多个正交信道,以及运用减小响应于高输入数据速率执行的重复次数NR的可变数量转发器,上述发送信号处理的方法和系统允许单个用户单元或其它发送系统在多个数据速率下发送数据。特别是,通过减小由图3的可变起点转发器138或148执行的重复速率NR,可以保持增加的较高编码器输入速率ER。在本发明的另一个实施例中,以重复速率NR加倍的速率下执行速率1/2卷积编码。在表II和III中分别示出由多个重复速率NR支持的一组示例编码器速率ER和对于BPSK信道和QPSK信道等于1/4和1/2的编码速率R。
    标注   ER,BPSK(bps)   编码器出R=1/4(位/帧) NR,R=1/4(重复率,R=1/4)   编码器出R=1/2(位/帧) NR,R=1/2(重复率,R=1/2)
  高速率-72   76,800     6,144     1     3,072     2
  高速率-64   70,400     5,632     11/11     2,816     22/11
  51,200     4,096     11/2     2,048     3
  高速率-32   38,400     3,072     2     1,536     4
  25,600     2,048     3     1,024     6
  RS2-全速率   14,400     1,152     51/3     576     10 2/3
  RS1-全速率   9,600     768     8     384     16
  零   850   68   90 6/17   34  180 12/17
                                  表II.BPSK信道
    标注 ER,BPSK(bps)    编码器出R=1/4(位/帧) NR,R=1/4(重复率,R=1/4)   编码器出R=1/2(位/帧) NR,R=1/2(重复率,R=1/2)
 153,600     12,288     1     6,144     2
高速率-72  76,800     6,144     2     3,072     4
高速率-64  70,400     5,632     2 2/11     2,816     4 4/11
 51,200     4,096     3     2,048     6
高速率-32  38,400     3,072     4     1,536     8
 25,600     2,048     6     1,024     12
RS2-全速率  14,400     1,152     10 2/3     576     21 1/3
RS1-全速率  9,600     768     16     384     32
 850     68     180 12/17     34     361 7/17
                        表III.QPSK信道
表II和III示出通过调节序列重复次数NR,,可以支持更宽范围的数据速率,包括高数据速率,同时编码器输入速率ER与数据传输速率减去发送CRC、码尾位和任何其它附加信息所需的衡量相对应。如表II和III所示,还可用QPSK调制增加数据传输速率。预期可采用的速率一般标有诸如“高速率-72”和“高速率-32”的标注。在本发明的另一个实施例中,标为高速率-72、高速率-64和高速率-32的那些速率分别具有72、64和32的话务速率,而且以3.6、5.2和5.2kbps的速率在信令和其它控制数据中多路复用。速率RS1-全速率和RS2-全速率对应于在IS-95符合(compliant)通信系统中应用的速率,因此预期接收用于兼容性的实际运用。零速率是发送单个位,并用来指示帧擦除,这也是IS-95标准的一部分。
通过除了(或替代)通过减小重复速率NR增加传输速率同时执行的在两个或多个多正交信道上发送数据,还可以增加数据传输速率。例如,复接器(未图示)可以把单个数据源分成在多个数据子信道上发送的多个数据源。于是,通过以较高速率在特定信道上发送或者同时在多个信道执行多个发送,或者两者兼之,可以增加整个发送速率直至超出接收系统的信号处理容量,而且误差率变得不可接受,或者达到发送系统的最大发送功率。
提供多个信道还增加发送不同种类数据的灵活性。例如,可指定BPSK信道用于语音信息,而指定QPSK信道用于发送数字数据。通过执行一个信道用于以较低数据速率发送时间灵敏(sensitive)数据(诸如声音),而且指定其它信道用于发送较低时间灵敏数据(诸如,数字文件),可以更概括本实施例。在这个实施例中,可以在较大框中,对于较低时间灵敏数据执行交错来进一步增加时间分集。在本发明的另一个实施例中,BPSK信道执行主发送数据,而QPSK信道执行溢出发送。运用正交Walsh码消除或基本上减小在从用户单元发送的信道组中的任何干扰,从而使在基站成功接收所需的发送能量最小化。
为了增加在接收系统中的处理容量,因而增加可以利用的用户单元的较高发送容量范围,还通过一个正交信道发送导频数据。通过确定并去除反向链路信号的偏置,运用导频数据,可以在接收系统处执行相干处理。此外,在分离多径接收机中组合之前,可将导频数据用来最佳加权以不同时间延迟接收到的多路径信号。一旦去除相位偏置,而且适当加权多路径信号,就可以组合多路径信号来减小必须接收反向链路信号用于适当处理的功率。这种所需接收功率的减小允许成功处理加高发送速率,或者相反,减小在反向链路信号组之间的干扰。虽然需要一些附加发送功率用于发送导频信号,在较高发送速率方面,导频信道功率与全部反向链路信号功率之比基本上低于与较低数据速率数字语音数据发送蜂窝状系统相关的功率。于是,在高数据速率CDMA系统中,通过运用相干反向链路获得的Eb/N0增益超出从每个用户单元发送导频数据所需的附加功率。
运用增益调节152-158以及主放大器172,还通过允许发送系统适于各种无线电信道条件、发送速率和数据类型,增加可以利用上述系统的高发送容量的程度。特别是,适当接收所需的信道的发送功率以独立于其它正交信道的方式,随着时间而变化,同时随条件而变化。例如,在最初捕获反向链路信号期间,需要增加导频信道的功率以方便在基站处的检测和同步化。然而,一旦捕获了反向链路信号,就基本上减少导频信道的所需发送功率,而且依赖于包括用户单元的移动速率的多种因素变化。因此,在信号捕获期间,增加增益调节因子A0的值,而在正在进行的通信期间减小它。在另一个例子中,当通过前向链路发送能更加容忍误差的信息,或者当其中发生前向链路的环境不倾向于衰落条件,可以根据发送控制数据的需要减小增益调节因子A1,同时低误差速率减小。在本发明的一个实施例中,无论何时功率控制调节不是必须,都可将增益调节因子A1减至零。
在本发明的另一个实施例中,通过运用通过前向链路信号发送的功率控制命令允许基站120或其它接收系统改变信道或者整个反向链路信号的增益调节,进一步开发增益调节每个正交信道或整个反向链路信号的能力。特别是,基站可以发送请求调节特定信道或整个反向链路信号的发送功率的功率控制信息。在许多例子中,这是有利的,上述例子包括通过BPSK和QPSK信道发送具有不同的误差(诸如,数字化声音和数字数据)灵敏度的两种数据。在这种情况下,基站120建立用于两个相关信道的不同目标误差率。如果信道的实际误差率超出目标误差率,那么基站命令用户单元减小该信道的增益调节直至实际误差率达到目标误差率。这最终导致相对其它信道来说增加一个信道的增益调节因素。即,相对于与较低灵敏数据相关的增益调节因子,增加与更高误差灵敏数据相关的增益调节因子。在其它例子中,整个反向链路的发送功率可能请求由于用户单元100的衰落条件或移动导致的调节。在这些例子中,通过发送单个功率控制命令,基站120可以做到这些。
于是,通过允许独立调节四个正交信道的增益,以及相互结合,可将反向链路信号的整个发送功率保持在成功发送每种数据类型所需的最小量,无论它是导频数据、功率控制数据、信令数据还是不同类型的用户数据。此外,对于每种数据类型,可以不同定义成功发送。给定用户单元的有限发送功率容量,以所需的最小量功率发送允许把最大量的数据发送到基站,而且还减小在用户单元之间的干扰。这种干扰的减小增加整个CDMA无线蜂窝状系统的整个通信容量。
用于反向链路信号的功率控制信道允许在各种速率下(包括,800功率控制位/秒的速率)用户单元把功率控制信息发送到基站。在本发明的较佳实施例中,功率控制位命令基站增加或减小用于把信息发送到用户单元的前向链路话务信道的发送功率。虽然一般在CDMA系统中具有快速功率控制是十分有用的,但是它在包括数据发送的较高数据速率通信方面特别有用,因为数字数据对于误差更加灵敏,而且高发送导致即使在简短的衰落条件下,也丢失大量数据。假定高速反向链路发送可能伴有高速前向链路发送,在反向链路上提供快速发送功率控制进一步便于在CDMA无线电信系统中的高速通信。
在本发明的另一个实施例中,用由特定NR定义的一组编码器输入速率ER来发送特定种类的数据。即,在最大编码器输入速率ER或在一组较低编码器输入速率ER下发送数据,同时相应地调节相关NR。在该实施例的较佳实施中,最大速率与在IS-95兼容无线通信系统中用到的最大速率相对应,上面参照表II和III中的RS1-全速和RS2-全速,而且每个较低速率是下一个较高速率的一半,产生包括全速、半速、四分之一速率和八分之一速率的速率组。通过用在表IV中提供的BPSK信道中的速率组1和速率组2的NR的值增加码元重复速率NR而较佳地产生低数据速率。
    标注   ER,QPSK(bps)    编码器出R=1/4(位/帧) NR,R=1/4(重复率,R=1/4)   编码器出R=1/2(位/帧) NR,R=1/2(重复率,R=1/2)
 RS2-全速率   14,400     1,152     5 1/3     576     10 2/3
 RS2-半速率   7,200     576     10 2/3     288     21 1/3
 RS2-四分之一速率   3,600     288     21 1/3     144     42 2/3
 RS2-八分之一速率   1.900     152     40 8/19     76     80 16/19
 RS1-全速率   9,600     768     8     384     16
 RS1-半速率   4,800     384     16     192     32
 RS1-四分之一速率   2,800     224     27 3/7     1 1 2     54 6/7
 RS1-八分之一速率   1,600     128     48     64     96
 零   850     68     90 6/17     34     180 12/17
           表IV.RS1和RS2速率组                 在BPSK信道中
对于QPSK信道的重复速率是对于BPSK信道的两倍。
根据本发明的示例实施例中,当帧的数据速率相对于前一个帧变化,那么根据发送速率的变化调节帧的发送功率。即,当在较高速率帧之后发送较低速率帧时,与速率减小成正比地减小对于较低速率帧的发送信道的发送功率,其中在上述发送信道上发送帧,反之亦然。例如,如果在发送全速帧期间信道的发送功率是发送功率T,那么在下一个发送半速帧期间的发送功率是发送功率T/2。通过减小对于整个帧的持续时间的发送功率,最佳减小发送功率,而且还可通过减小发送占空度从而取消一些冗余信息来执行。在任一种情况下,发生发送功率调节以及闭环功率控制机理,从而响应于从基站发射的功率控制数据进一步调节发送功率。
图5是根据本发明的较佳实施例构成的图2的RF处理系统122和解调器124的方框图。乘法器180a和180b用同相正弦和正交相位正弦下变频从天线121接收到的信号,分别产生同相接收采样RI和正交相位接收采样RQ。应理解,以高度简化的形式示出RF处理系统122,而且还根据广泛已知的技术匹配滤波和数字化(未图示)信号。于是,在解调器124内,将接收采样RI和RQ用于搜索指(finger)解调器182。每个搜索指解调器182处理由用户单元100发射的反向链路信号的例子,如果这样的例子是可获得的话,其中通过多路径现象产生反向链路信号的每个例子。虽然示出三个搜索指解调器,但是运用另一些数量的搜索指处理器与本发明相一致,包括运用单个搜索指解调器182。每个搜索指解调器182产生一组软确定数据,它包含功率控制数据、BPSK数据和QPSKI数据和QPSKQ数据。还在相应的搜索指解调器182中时间调节每组软确定数据,虽然在本发明的另一个实施例中,在组合器184内执行时间调节。组合器184总加从搜索指解调器182接收到的软确定数据组来产生功率控制、BPSK、QPSKI和QPSKQ软确定数据的单个例子。
图6是根据本发明的示例实施例构成的图5的搜索指解调器182的方框图。根据由经处理的反向链路信号的特定例子的发送路径引入的延迟量,运用时间调节190,首先时间调节RI和RQ接收采样。运用乘法器201,将长码200与伪随机扩展码PNI和PNQ相混合,而且运用乘法器202和加法器204,将所得长码已调PNI和PNQ扩展码的共轭复数与时间已调RI和RQ接收采样复数相乘,产生项XI和XQ。于是,运用Walsh码W1、W2和W3,分别调制XI和XQ项的三个分立例子,而且运用4至1加法器212,在四个解调码片上总加所得Walsh解调数据。运用加法器208,在四个解调码片上总加XI和XQ数据的第四个例子。在本发明的较佳实施例中,导频滤波器214对由加法器208执行的一系列加法求平均,但是对于熟悉本技术领域的人员而言,其它滤波技术是显而易见的。根据BPSK调制数据,通过运用乘法器216和加法器217复数共轭相乘,用经滤波的同相和正交相位导频信号来相位旋转和定标W1和W2Walsh码解调数据,产生软确定功率控制和BPSK数据。用乘法器218和加法器220,运用同相和正交相位滤波导频信号,根据QPSK已调数据,相位旋转W3 Walsh码已调数据,产生软确定QPSK数据。由384至1加法器222,在384个调制码元上,总加软确定功率控制数据,产生功率控制软确定数据。于是,可获得相位旋转W2 Walsh码已调数据、W3 Walsh码已调数据和功率控制软确定数据来进行组合。在本发明的另一较佳实施例中,还对功率控制数据进行编码和解码。
除了提供相位信息之外,还在接收系统中采用导频来便于时间跟踪。还通过在一个采样时间之前(早)处理接收到的数据和一个采样时间之后(晚)处理当前接收采样,执行时间跟踪。为了确定与实际到达时间最匹配的时间,可将在早晚采样时间的导频信道的幅度与在当前采样时间的幅度相比较来确定哪个是最大的。如果在一个邻近采样时间处的信号大于在当前采样时间处的信号,那么可以调节定时,从而获得最佳解调结果。
图7是根据本发明的示例实施例构成的BPSK信道解码器128和QPSK信道解码器126(图2)的方框图。由累加器240接收来自组合器184(图5)的BPSK软确定数据,其中累加器240把第一6,144/NR解调码元序列存储在接收到的帧中,而且把包含在帧总的每个6,144/NR解调码元序列组与相应的经存储累加码元相加,其中NR依赖于上述BPSK软确定数据的发送速率。块去交错器242去交错来自可变起点加法器240的累加软确定数据,而且维特比解码器244解码去交错器软确定数据来产生硬确定数据以及CRC校验和结果。在QPSK解码器126中,由去复接器246把来自组合器184(图5)的QPSKI和QPSKQ软确定数据分路分解成单个软确定数据流,和由累加每个6,144/NR解调码元的累加器248接收单个软确定数据流,其中NR依赖于QPSK数据的发送速率。块去交错器250去交错来自可变起点加法器248的软确定数据,和维特比解码器252解码去交错解调码元来产生硬确定数据以及CRC校验和结果。在参照图3所述的另一示例实施例中,其中在交错之前执行码元重复,把累加器240和248设置在块交错器242和250之后。在采用速率组并因此特定帧的速率是未知的本发明的实施例中,采用多个解码器,每个解码器在不同发送速率下进行操作而且根据校验和结果选择与最有可能用到的发送速率相关的帧。运用其它误差校验方法与本发明的实践相一致。
现在回到图8,示出其中控制数据和导频数据已组合成一个信道的反向链路发送系统。应注意,本发明同样可用于前向链路发送,但是当在远程移动站中采用本发明时还提供附加优点。此外,任何熟悉本技术领域的人员应理解,可以把控制数据复接在由远程站发送的其它信道上。然而,在较佳实施例中,由于与基本和补充信道不同,总是存在导频信道,而与远程站是否具有要发送到中央通信站的话务量数据无关,所以把控制数据多路复用在导频信道上。此外,虽然关于把数据多路复用在导频信道上描述了本发明,但是它同样适用于把功率控制数据穿插入导频信道中的情况。
向复接器(MUX)300提供只包含二进制值“1”流的导频数据。此外,向MUX300提供控制信道数据,在示例实施例中它是包含值+1和-1的功率控制数据,分别表示对于基站的增加或减小它的发送功率的指令。复接器300通过提供在导频数据的预定位置上的控制数据,组合两个数据流。于是,向乘法器310和328的第一输入提供复接数据。
乘法器310的第二输入设有值为+1和-1的伪随机(PN)序列。通过把短PN序列(PNI)与长码相乘,产生向乘法器310和312提供的伪随机序列。在现有技术中已知并在IS-95标准总详细描述短PN序列和长码序列的产生过程。乘法器328的第二输入设有值为+1和-1的伪随机(PN)序列。通过把短PN序列(PNQ)与长码相乘,产生向乘法器318和328提供的伪噪声序列。
向乘法器314的第一输入提供乘法器310的输出。向延迟元件320提供乘法器318的输出,其中延迟元件320延迟输入数据等于半个码片的时间间隔。延迟元件320向减法器314的减法输入提供延迟信号。提供减法器314的输出来发送到基带滤波器和导频增益元件(未图示)。
向延迟元件330提供乘法器328的输出,它延迟输入数据达每个码片周期,如上面相对于延迟320所述。向减法器322的第二加法输入提供延迟元件30的输出。加法元件322的第一输入是乘法器312的输出。提供来自加法器322的总加输入来发送到基带滤波器和导频增益元件(未图示)。
向乘法器302的第一输入提供在补充信道上发送的包含值+1和-1的话务量数据。乘法器302的第二输入设有重复Walsh序列(+1,-1)。如上所述,Walsh覆盖是减小在从远程站发送的数据信道之间的干扰。向增益元件304提供来自乘法器302的积数据序列,其中上述增益元件304将幅度定标为相对于导频/控制信道放大确定的值。向加法器316的第一输入提供增益元件304的输出。向乘法器312和318的输入提供加法器316的输出,而且处理如上所述继续。
向乘法器306的第一输入提供在基本信道上发送的包含值+1和-1的话务量数据。乘法器306的第二输入设有重复Walsh序列(+1,+1,-1,-1)。如上所述,Walsh覆盖是减小在从远程站发送的数据信道之间的干扰。向增益元件308提供来自乘法器306的积数据序列,其中上述增益元件308将幅度定标为相对于导频/控制信道放大确定的值。向加法器316的第二输入提供增益元件308的输出。向乘法器312和318的输入提供加法器316的输出,而且处理如上所述继续。
参照图9,示出包含所需滤波操作的本发明的实施例,而且还示出通过组合导频和控制数据获得的附加利益。那是减小所需滤波电路数量。如参照图8所示,由复接器(MUX)350多路复用导频数据和控制信道数据。向乘法器352和354的第一输入提供包含值+1和-1的复接数据。通过在乘法器390中将短PN码PNI与长码相乘提供给乘法器352的第二输入。向有限脉冲响应(FIR)滤波器356提供来自乘法器352的积。在示例实施例中,FIR356是48抽头FIR滤波器,在现有技术中已知其设计。通过在乘法器392中将短PN码PNQ与长码相乘,提供给乘法器354的第二输入。向减法器374的加法输入提供FIR356的输出。提供减法器374的输出来发送到上变频器和导频增益元件(未图示)。
向有限脉冲响应(FIR)滤波器358提供来自乘法器354的积。在示例实施例中,FIR358是48抽头FIR滤波器,在现有技术中已知它的设计。应注意,通过组合导频和功率控制数据,由于每个信道要求两个FIR滤波器,所以除去两个FIR滤波器。除去两个FIR滤波器减小了复杂度、功率消耗和芯片面积(chip area)。向延迟元件360提供FIR358的输出,其中上述延迟元件360在向减法器376的第一加法输入提供信号之前将输出延迟半个码片。提供减法器376的输出来发送到上变频器和导频增益元件(未图示)。
向乘法器362的第一输入提供包含值+1和-1的补充信道话务量数据。到乘法器362的第二输入是重复Walsh序列(+1,-1),它们如前所述减小信道之间的干扰。向乘法器364和366的第一输入提供乘法器362的输出。乘法器364的第二输入是从乘法器392提供的伪噪声序列,而且到乘法器366的第二输入是从乘法器390提供的伪噪声序列。
向FIR/增益元件368提供来自乘法器364的输出,其中FIR/增益元件368滤波信号并根据与导频/控制信道的单位增益相关的增益因素放大信号。向延迟元件372提供FIR/增益元件368的输出。在向减法元件374的第一减法输入提供信号之前,延迟元件372延迟信号达1/2码片。减法器374的输出处理如上所述继续进行。
向FIR/增益元件370提供来自乘法器366的输出,其中上述FIR/增益元件370滤波信号并根据与导频/控制信道的单位增益相关的增益因素放大信号。向加法元件376的第二输入提供FIR/增益元件370的输出。减法器376的输出的处理过程如上所述继续进行。
向乘法器388的第一输入提供包含值为+1和-1的基本信道话务数据。到乘法器388的第二输入是重复Walsh序列(+1,+1,-1,-1),如上所述它减小信道之间的干扰。向乘法器378和384的第一输入提供乘法器388的输出。乘法器378的第二输入是从乘法器392提供的伪噪声序列,而且到乘法器384的第二输入是从乘法器390提供的伪噪声序列。
向FIR/增益元件380提供来自乘法器378的输出,其中FIR/增益元件380滤波信号并根据导频/控制信道的单位增益相关的增益因素放大信号。向延迟元件382提供FIR/增益元件380的输出。在向减法元件374的第二减法输入提供信号之前,延迟元件382延迟信号达1/2码片。减法器374的输出的处理过程如上所述继续进行。
向FIR/增益元件386提供来自乘法器384的输出,其中FIR/增益元件386滤波信号并根据与导频/控制信道的单位增益相关的增益因素放大信号。向加法元件376的第三输入提供FIR/增益元件386的输出。减法器376的输出的处理过程如上所述继续进行。
参照图10,示出用于处理数据的接收机,其中控制数据与导频信号数据多路复用。由天线(未图示)接收数据和下变频、滤波和采样数据。向延迟元件400和402提供经滤波数据采样。在向乘法器404和406的第一输入提供数据之前,延迟元件400和402延迟数据半个码片周期。乘法器404和406的第二输入设有由乘法器450提供的伪噪声序列。乘法器450通过如上所述将短码PNI与长码相乘,产生伪噪声序列。
向乘法器446和448的第一输入直接(没有延迟)提供经滤波采样。由乘法器452乘法器446和448使第二输入设有伪随机序列。乘法器452通过将短PN码(PNQ)与长码相乘,产生伪随机序列。向加法器408的第一输入提供来自乘法器404的输出,而且向加法器408的第二输入提供来自乘法器446的输出。向减少器410的加法输入端提供乘法器406的输出,而且向减法器410的减法输入提供来自乘法器448的输出。
向延迟元件412和导频码元选择器434提供减法器408的输出。在向导频滤波器436提供信号之前,导频码元选择器434从导频数据中选出(gate out)控制数据。导频滤波器436滤波信号和向乘法器416和418提供经滤波导频信号。类似地,在向导频滤波器440提供信号之前,导频码元选择器438从导频数据选出控制数据。导频滤波器440滤波信号和向乘法器442和444提供经滤波导频信号。
在向乘法器416提供它们之前,用延迟412来同步通过两个路径的数据。即,延迟元件412提供等于导频码元选择器434和导频滤波器436的处理延迟的延迟,以及等于导频码元选择器438和导频滤波器440的处理延迟的延迟。类似的,延迟元件414同步向乘法器418和442提供的数据。
向乘法器416和444的第一输入提供延迟元件412的输出。由导频滤波器436的输出提供到乘法器416的第二输入。由导频滤波器440提供到乘法器444的第二输入。延迟元件414的输出提供到乘法器418和442的第一输入。由导频滤波器436的输出提供到乘法器418的第二输入。由导频滤波器440提供到乘法器442的第二输入。
向加法器420的第一输入提供乘法器416的输出和由乘法器442的输出提供到加法器420的第二输入。向控制码元选择器424提供来自加法器420的和,选择器424将控制数据与导频信道数据分开和向未图示的控制处理器提供该信息,它响应于此调节基站发送功率。
向减法器422的加法输入提供来自乘法器418的输出。向减法器422的减法输入提供来自乘法器444的输出。向乘法器426的第一输入提供减法器422的输出。乘法器426的第二输入设有重复Walsh序列(+1,-1)。向加法元件428提供来自乘法器426的积,它总加在Walsh序列期间内的输入位来提供补充信道数据。向乘法器430的第一输入提供减法器422的输出。乘法器430的第二输入设有重复Walsh序列(+1,+1,-1,-1)。向加法元件432提供来自乘法器430的积,它总加在Walsh序列期间内的输入位来提供基本信道数据。
于是,已经描述了多信道、高速率、CDMA无线通信系统。提供上述描述以使熟悉本技术领域的人员进行或运用本发明。对于熟悉本技术领域的人员而言,对于这些实施例的各种变更是显而易见的,而且可将这里限定的一般原理用于其它实施例,而无需创造性劳动。于是,本发明并不趋于限定这里所示的实施例,但是根据与这里所揭示的原理和新颖性一致的最宽范围。

Claims (30)

1.一种用于产生调制数据以便从一用户单元发送到一基站的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将一导频数据与一控制信号组合,产生第一信道数据;和
将所述第一信道数据与复数PN码相乘,产生一复数乘积信号。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
用第一码调制第一话务信号,产生第二信道数据,其中所述第一码与对应所述第一信道数据的导频码正交;和
将所述第二信道数据与所述复数PN码相乘。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,还包括下述步骤:相对所述第一信道数据的幅度值,按比例确定所述第二信道数据的幅度值。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一码是Walsh码。
5.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一码是Walsh码+,-。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述第一码是Walsh码+,+,-,-。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述复数PN码包括一同相PN码和一正交相位PN码。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合步骤包括将所述导频信号与所述控制信号相乘。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合步骤包括将所述控制信号穿插到所述导频信号中。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组合步骤包括将所述控制信号放入所述导频信号中的预定位置。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述复数乘积信号包括两个部分,所述方法还包括对所述两个部分中的每个部分进行基带滤波的步骤。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述复数PN码包括一用户长码。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述第一信道数据和所述同相PN码用作实数部分,并将所述第二信道数据和所述正交相位PN码作为虚数部分,来执行所述复数乘法。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,执行复数乘法的所述步骤包括下述步骤:将所述第二信道数据与所述正交相位PN码的乘积延迟一延迟量,并将将所述第一信道数据与所述正交相位PN码的乘积延迟所述延迟量。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述延迟量等于半个码片。
16.一种用于产生调制数据以便从一用户单元发送到一基站的设备,其特征在于,所述设备包括:
将一导频数据与一控制信号组合以产生第一信道数据的装置;和
将所述第一信道数据与复数PN码相乘以产生一复数乘积信号的装置。
17.如权利要求16所述的设备,其特征在于,还包括:
用第一码调制第一话务信号以产生第二信道数据的装置,其中所述第一码与对应所述第一信道数据的导频码正交;和
将所述第二信道数据与所述复数PN码相乘的装置。
18.如权利要求17所述的设备,其特征在于,还包括相对于所述第一信道数据的幅度值按比例确定所述第二信道数据之幅度值的装置。
19.如权利要求17所述的设备,其特征在于,所述第一码是Walsh码。
20.如权利要求17所述的设备,其特征在于,所述第一码是Walsh码+,-。
21.如权利要求17所述的设备,其特征在于,所述第一码是Walsh码+,+,-,-。
22.如权利要求16所述的设备,其特征在于,作乘法的所述装置包括将所述第一信道数据乘以一同相PN码和一正交相位PN码的装置。
23.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述组合装置包括将所述导频信号与所述控制信号相乘的装置。
24.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述组合装置包括将所述控制信号穿插到所述导频信号中的装置。
25.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述组合装置包括将控制信号放入所述导频信号中的预定位置的装置。
26.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述复数乘积信号包括两个部分,所述设备还包括对所述两个部分中的每个部分进行基带滤波的装置。
27.如权利要求16所述的设备,其特征在于,所述复数PN码包括一用户长码,所述设备还包括产生所述用户长码的装置。
28.如权利要求16所述的设备,其特征在于,作乘法的所述装置包括将所述第一信道数据和所述同相PN码用作实数部分并将所述第二信道数据和所述正交相位PN码作为虚数部分,来执行复数乘法的装置。
29.如权利要求28所述的设备,其特征在于,执行复数乘法的所述装置包括将所述第二信道数据与所述正交相位PN码的乘积延迟一延迟量并将所述第一信道数据与所述正交相位PN码的乘积延迟所述延迟量的装置。
30.如权利要求29所述的设备,其特征在于,所述延迟量等于半个码片。
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