專利名稱：在cdma蜂窩無線系統(tǒng)中通過調(diào)節(jié)擴(kuò)展率提高信號質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CDMA蜂窩無線系統(tǒng)，包括在每個網(wǎng)孔中至少一個與該網(wǎng)孔中的各移動臺相連的基站，在該系統(tǒng)中以給定位速率產(chǎn)生的每個用戶的數(shù)據(jù)信號與以比數(shù)據(jù)信號高得多的位速率產(chǎn)生的擴(kuò)展碼相乘，數(shù)據(jù)信號和擴(kuò)展碼間的比率構(gòu)成該連接的擴(kuò)展率，在該系統(tǒng)中，與幾個用戶的擴(kuò)展碼相乘的信號在同一頻帶上發(fā)送。
CDMA是一種多路存取的方法，它基于擴(kuò)譜技術(shù)，除現(xiàn)有的FDMA和TDMA方法外，最近CDMA已應(yīng)用于蜂窩無線系統(tǒng)中。CDMA優(yōu)于現(xiàn)有方法的幾個特點(diǎn)是頻率劃分的譜效率和簡單性。
在FDMA中，用戶是通過頻率彼此區(qū)分的；用戶的每個數(shù)據(jù)信號有一個專用的頻帶。在TDMA中，頻帶被分成連接的時隙，每個用戶的數(shù)據(jù)信號是在其自己的重復(fù)時隙被發(fā)送的。在FDMA與TDMA組合的情況中，可使用幾個這樣的頻帶。
在CDMA中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號是由稱為擴(kuò)展碼的偽隨機(jī)序列調(diào)制的，擴(kuò)展碼與數(shù)據(jù)信號相比具有較寬的頻帶。調(diào)制后，信號具有相當(dāng)寬的頻帶。在已有的試驗性系統(tǒng)中使用的帶寬例如為1.25MHz，10MHz和50MHz。擴(kuò)展碼由許多位組成。擴(kuò)展碼的位速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)信號，擴(kuò)展碼的各個位稱為信段(chip)以區(qū)別于數(shù)據(jù)位和數(shù)據(jù)碼元。用戶的每個數(shù)據(jù)碼元都乘以擴(kuò)展碼的信段。因此，窄帶數(shù)據(jù)就擴(kuò)展到要使用的頻帶上。擴(kuò)展碼的位速率和數(shù)據(jù)信號的位速率的比率稱作CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)展率。
每個用戶有一個單獨(dú)的擴(kuò)展碼。幾個用戶的數(shù)據(jù)信號是在同一頻帶上同時發(fā)送的。接收機(jī)中的相關(guān)器是與所需的信號同步的，它們根據(jù)擴(kuò)展碼識別，并將信號帶寬恢復(fù)到其原始帶寬。到達(dá)接收機(jī)并包含錯誤擴(kuò)展碼的信號在理想狀態(tài)下不會相關(guān)，但保留它們的寬帶，因而在接收機(jī)中呈現(xiàn)為噪聲。系統(tǒng)所用的擴(kuò)展碼最好選擇成彼此正交，即彼此不相關(guān)。
蜂窩無線環(huán)境的典型特征是用戶和基站間傳播的信號不是僅沿一條直線路徑從發(fā)射機(jī)傳播到接收機(jī)，而是根據(jù)環(huán)境性質(zhì)沿幾條隨長度變化的路徑傳播的。這種多徑傳播即使在基站與移動站間存在直接的視距路徑時也會發(fā)生。這種多徑傳播主要是由于從周期表面的反射信號而至。沿不同路徑傳播的信號有不同的傳播延遲，所以它們到達(dá)接收機(jī)的相位不同。
通常，擴(kuò)展碼不會與所有可能的延遲值正交。因此，具有不同延遲的信號會干擾其它信號的檢測。用戶會彼此干擾，也稱作多徑干擾。CDMA是一種限制干擾的系統(tǒng)。多徑干擾的影響隨系統(tǒng)用戶數(shù)目的增加而增大，從而使連接的信噪比下降?？紤]到CDMA系統(tǒng)的容量，基站的優(yōu)選情況是到達(dá)基站的所有信號有相同的信噪比。為此，CDMA系統(tǒng)利用了功率控制。根據(jù)各種情況控制移動站使用的發(fā)射工率。例如，當(dāng)移動站遠(yuǎn)離基站時，增加其發(fā)射功率以使基站的接收信號電平不會下降。
然而，在CDMA系統(tǒng)中也會出現(xiàn)信號質(zhì)量下降不能由功率控制進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r。比如在移動站已經(jīng)用最大功率發(fā)射時的情況。當(dāng)連接質(zhì)量下降時，不可再增加發(fā)射功率。另一種情況是在移動臺位于網(wǎng)孔邊緣的情況。其發(fā)射的信號干擾相鄰網(wǎng)孔，增加發(fā)射功率將對整個系統(tǒng)不利。特別是，當(dāng)系統(tǒng)使用硬切換，即移動臺在建立與新的基站的連接前切斷與以前基站的連接時，在切換前對新基站所在網(wǎng)孔的干擾就很強(qiáng)。此外，如果網(wǎng)孔中的業(yè)務(wù)負(fù)載很重，既使只增加一個移動臺的發(fā)射功率也會增加整個系統(tǒng)的多徑干擾量，并引起其它移動臺連接中斷。
為解決上述問題，以前已提出了不同的干擾消除方法。在所述各方法中，是通過數(shù)字信號處理來消除接收信號中主干擾的影響。但是，這些方法非常復(fù)雜且需要復(fù)雜的計算。因此，還沒有實際實施。
本發(fā)明的目的是利用蜂窩無線系統(tǒng)，提高移動臺和基站的連接質(zhì)量，而不需功率控制和干擾消除的方法。
本發(fā)明是在蜂窩無線系統(tǒng)中實現(xiàn)的，該系統(tǒng)的特征在于在連接建立期間根據(jù)信號質(zhì)量調(diào)節(jié)基站和移動臺間連接的擴(kuò)展率。
因此，擴(kuò)展碼的位速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)信號的位速率。例如，數(shù)據(jù)信號的位速率通常是9.6kbit/s，而擴(kuò)展碼的位速率可以是例如1.228Mbit/s。上述位速率的擴(kuò)展率是128，即21dB。
CDMA系統(tǒng)的擴(kuò)展率越高，系統(tǒng)容許干擾信號的能力就越強(qiáng)。在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中，如果需要，連接的擴(kuò)展率可以改變，從而改善連接的質(zhì)量，而不必增加發(fā)射功率，且不干擾網(wǎng)孔中的其它連接。
擴(kuò)展率可通過降低用戶數(shù)據(jù)速率來改變，也可通過增加擴(kuò)展碼的數(shù)據(jù)速率來改變。后一種情況中，調(diào)制信號的頻帶也將增加。
下面，將參照附圖詳細(xì)介紹本發(fā)明，其中


圖1示出了本發(fā)明的蜂窩無線系統(tǒng)部分，圖2示出了CDMA發(fā)射機(jī)的簡化的例子，圖3示出了CDMA接收機(jī)的簡化的例子，圖4示出了CDMA系統(tǒng)不同部分的信號形式，圖5示出了兩個優(yōu)選實施例中CDMA系統(tǒng)的不同部分的信號形式。
圖1示出了蜂窩網(wǎng)的一部分，其中基站BTS與其區(qū)域內(nèi)的移動臺MS1、MS2通信。BTS通過數(shù)字傳輸鏈路10與基站控制器BSC相連，基站控制器也連到蜂窩網(wǎng)的其它部分和固定網(wǎng)絡(luò)。各移動臺離基站的距離不同，為了減小基站接收機(jī)中的多徑干擾，移動臺要根據(jù)基站提供的控制信號調(diào)節(jié)其發(fā)射功率。離基站較近的移動臺MS1通過連接11使用的發(fā)射功率相對低于離基站較遠(yuǎn)的移動臺MS2通過連接12使用的發(fā)射功率。但是，本地變化可能會暫時性地引起信號功率中的強(qiáng)變化。
當(dāng)移動臺MS2遠(yuǎn)離基站時，就需增加其發(fā)射功率，以克服移動臺和基站間連接的衰減的增加。由于信號的傳播情況，移動臺可能會處于連接質(zhì)量不夠好的情況，既使用允許的最高發(fā)射功率也無濟(jì)于事。該基站可用例如接收的信號功率、信噪比或從接收信號中得出的誤碼率作為連接質(zhì)量的一個標(biāo)準(zhǔn)。
圖2示出了簡化的CDMA發(fā)射機(jī)，圖3示出了相應(yīng)的CDMA接收機(jī)。圖4示出了系統(tǒng)中的信號形式。假設(shè)本例中系統(tǒng)的擴(kuò)展率為100，即20dB。
在CDMA發(fā)射機(jī)中，用戶的窄帶信號20(如圖4a所示)由復(fù)用器21中該連接的擴(kuò)展碼22進(jìn)行調(diào)制。在本例中，擴(kuò)展碼的位速率是用戶數(shù)據(jù)速率的一百倍。調(diào)制后，該信號與從振蕩器24中接收的射頻信號相乘(23)，并徑濾波(25)后，將圖4b所示的寬帶信號提供給天線26。應(yīng)當(dāng)注意，為清楚起見，圖4、5和6所示的寬帶信號比其實際具有的帶寬要窄。實際上，對于本例的擴(kuò)展率，圖4a和4b的信號帶寬相差一百倍。
在圖3的CDMA接收機(jī)中，天線30接收圖4c中的信號，包括發(fā)送的寬帶信號42和無線路徑中的干擾和噪聲41。根據(jù)CDMA方法，干擾和噪聲可能比所需的信號強(qiáng)，干擾和所需信號的差可能是例如15dB。
接收信號通過濾波器31首先提供給復(fù)用器32，在那里與振蕩器33提供的射頻信號相乘。然后，接收信號再與復(fù)用器34中的該連接的擴(kuò)展碼35相乘。此時，信號形式如圖4d所示，其中所需信號43通過復(fù)用恢復(fù)到其原始窄帶，而干擾44仍保持其寬帶。所需信號有一個特定的信噪比S/N，例如在網(wǎng)孔的邊界為5dB。
如果在本例中從移動臺到基站的連接的質(zhì)量不足以達(dá)到所述信噪比，則移動臺可根據(jù)本發(fā)明改變擴(kuò)展率，以改善連接的干擾容差。假設(shè)擴(kuò)展率增加為200，即23dB，這樣原始就增加了3dB。
在本發(fā)明的最佳實施例中，擴(kuò)展率可通過降低用戶數(shù)據(jù)信號的位速率來增加。例如，這可通過在語音編碼中引入半速率來實現(xiàn)。這時信號的形式就相應(yīng)地與圖5類似。圖5a示出了用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號，圖5b是由擴(kuò)展碼調(diào)制，圖5c示出了接收信號，其中所需寬帶信號和干擾之間的差仍是15dB。圖5d示出了解調(diào)信號，很顯然在擴(kuò)展碼中3dB的變化被直接轉(zhuǎn)移到接收信號的信噪比中，為8dB。因此，既使發(fā)射功率保持不變，信號電平也會更好。但語音的質(zhì)量與使用較高用戶數(shù)據(jù)速率相比會略有下降。
在本發(fā)明的另一個最佳實施例中，擴(kuò)展率可通過增加擴(kuò)展碼的位速率來增加。這不必改變或增加擴(kuò)展碼，但用戶的數(shù)據(jù)位可連續(xù)與同一擴(kuò)展碼序列相乘兩次。因此，這種情況下信號的形式與圖6類似。圖6a示出了用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號，圖6b是由擴(kuò)展碼調(diào)制。調(diào)制信號的帶寬在本例中被加倍。圖6c示出了接收信號，其中所需的寬帶信號與干擾的差仍為15dB。圖6d示出了解調(diào)信號，此時擴(kuò)展率中3dB的變化也直接轉(zhuǎn)移到接收信號的信噪比上。
本發(fā)明已通過上述例子進(jìn)行了描述，即擴(kuò)展率在移動臺發(fā)射的信號中被改變。但是，擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)也可以類似的方式應(yīng)用于基站發(fā)射的信號。
擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)可在基站BTS、基站控制器BSC或其它裝置或移動臺MS2中進(jìn)行控制。
盡管本發(fā)明參照根據(jù)附圖的實施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明并不限于此，其可在所附權(quán)利要求所公開的發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一個CDMA蜂窩無線系統(tǒng)，包括在每個網(wǎng)孔中至少一個與該網(wǎng)孔的移動臺(MS1，MS2)相連的基站(BTS)，其中每個用戶用給定位速率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號與以比數(shù)據(jù)信號高得多的位速率產(chǎn)生的擴(kuò)展碼相乘，數(shù)據(jù)信號和擴(kuò)展碼之間的比率構(gòu)成該連接的擴(kuò)展率，在該系統(tǒng)中，與幾個用戶的擴(kuò)展碼相乘的信號是在同一頻帶上發(fā)送的，其特征在于基站(BTS)與移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率可在連接過程中根據(jù)信號質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)可通過改變數(shù)據(jù)信號的位速率來實現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)可通過改變擴(kuò)展碼的位速率來實現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率可在移動臺發(fā)射的信號中調(diào)節(jié)。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率可在基站發(fā)射的信號中調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率可根據(jù)測量在基站接收信號的信噪比來調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率可根據(jù)從基站接收的信號得出的誤碼率來調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)是基于測量從基站接收的信號的信號功率。
9.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)是在基站中進(jìn)行控制的。
10.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)是在基站控制器(BSC)中進(jìn)行控制的。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率的調(diào)節(jié)是在移動臺中進(jìn)行控制的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個CDMA的蜂窩無線系統(tǒng)，包括在每個網(wǎng)孔中至少一個與網(wǎng)孔中的移動臺(MS1，MS2)相連的基站(BTS)，在該系統(tǒng)中，每個用戶以給定位速率產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號與以比數(shù)據(jù)信號高得多的位速率產(chǎn)生的擴(kuò)展碼相乘，數(shù)據(jù)信號和擴(kuò)展碼間的比率構(gòu)成該連接的擴(kuò)展率，在該系統(tǒng)中，與幾個用戶的擴(kuò)展碼相乘的信號在同一頻帶上發(fā)送。為提高移動臺和基站間連接的質(zhì)量，基站(BTS)和移動臺(MS1，MS2)間連接的擴(kuò)展率在連接期間可根據(jù)信號質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號H04B1/707GK1132581SQ94193658
公開日1996年10月2日 申請日期1994年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月4日
發(fā)明者依爾卡·凱思奇泰洛, 阿托·奇爾瑪, 佳里·薩弗塞洛, 安妮·西拉, 阿里·卡克凱南, 里斯托·沃拉, 英格·庫汗, 阿里·豪迪南, 佩奇·喬里瑪 申請人:諾基亞電信公司