專利名稱:數(shù)據(jù)傳輸方法,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的一種數(shù)據(jù)傳輸方法,在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻帶上通信,每個(gè)用戶擁有至少一個(gè)寬帶信息信道,并且至少一個(gè)用戶的信息信道容量與其他用戶的不同。
CDMA(碼分多址)是一種基于擴(kuò)展頻譜技術(shù)的多址接入方法,除了現(xiàn)有的FDMA和TDMA方法外,該方法近來(lái)已被應(yīng)用于蜂窩式移動(dòng)系統(tǒng)中。較現(xiàn)有方法CDMA具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),例如頻譜效率和頻率分配的簡(jiǎn)單性。
在CDMA方法中,用一個(gè)較數(shù)據(jù)信號(hào)具有寬得多的頻帶的擴(kuò)展碼將用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)復(fù)用到一個(gè)相對(duì)寬的頻帶。在已知的試驗(yàn)系統(tǒng)中,已經(jīng)使用了諸如1.25MHz,10MHz和25MHz的帶寬。與復(fù)用相結(jié)合,數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展到所使用的全部頻帶中。所有的用戶利用相同的頻帶同時(shí)傳輸。在基站和移動(dòng)臺(tái)之間的每一個(gè)連接上使用獨(dú)立的擴(kuò)展碼,并且在接收機(jī)中能根據(jù)每個(gè)用戶的擴(kuò)展碼將用戶的信號(hào)相互區(qū)分開(kāi)。
CDMA接收機(jī)包括可以用例如相關(guān)器或匹配濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)的裝置,用來(lái)與所需信號(hào)同步,而該信號(hào)根據(jù)擴(kuò)展碼被識(shí)別。在該接收機(jī)中,通過(guò)利用如發(fā)射階段期間相同的擴(kuò)展碼將數(shù)據(jù)信號(hào)復(fù)用,來(lái)將其恢復(fù)成原始頻帶。用其他的擴(kuò)展碼復(fù)用的信號(hào)在理想情況下并不相關(guān),而且不被恢復(fù)成窄頻帶。這樣對(duì)于所需信號(hào)它們表現(xiàn)為噪聲。系統(tǒng)的擴(kuò)展碼最好以一種它們相互正交的方式被選取,即它們相互不相關(guān)。
一種根據(jù)背景技術(shù)的CDMA系統(tǒng)在美國(guó)專利5,166,951中被公開(kāi),此處引入作為參考,該系統(tǒng)描述了一個(gè)大容量系統(tǒng),在其中信息信道中使用的擴(kuò)展碼序列是相互正交的。
在一個(gè)典型的移動(dòng)電話環(huán)境中,基站與移動(dòng)臺(tái)之間的信號(hào)沿著發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的幾條路徑傳播。這種多徑傳播主要是由于來(lái)自于周圍地面的信號(hào)的反射。由于其不同的傳輸時(shí)延,沿不同路徑傳播的信號(hào)在不同的時(shí)間到達(dá)接收機(jī)。CDMA與傳統(tǒng)的FDMA與TDMA不同之處在于,多徑傳播可在信號(hào)的接收中被利用。一種實(shí)現(xiàn)CDMA的方法是利用例如一種所謂的瑞克(rake)接收機(jī),它包括一個(gè)或多個(gè)瑞克分路。每一分路是一個(gè)獨(dú)立的接收機(jī)單元,其功能在于組成并解調(diào)一個(gè)接收到的信號(hào)分量。每一個(gè)瑞克分路可被作用使之與一個(gè)沿一條單獨(dú)路徑傳播的信號(hào)分量同步,并且在傳統(tǒng)CDMA接收機(jī)中,接收機(jī)分路的信號(hào)被有利方便地混合,例如相干地,由此得到具有高質(zhì)量的信號(hào)。接收機(jī)分路接收到的信號(hào)分量可以從一個(gè)基站被發(fā)射,或者在宏發(fā)散情況下從幾個(gè)基站被發(fā)射。
本蜂窩式系統(tǒng)主要被設(shè)計(jì)用于傳統(tǒng)話務(wù)量的傳輸。它還適用于最新的數(shù)字系統(tǒng),例如歐洲GSM系統(tǒng)。人們還做了許多工作以實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸,但是迄今為止在其中被提供的業(yè)務(wù)和可能性的質(zhì)量不如固定網(wǎng)絡(luò)。
開(kāi)發(fā)蜂窩式無(wú)線電系統(tǒng)的一個(gè)目的在于更好地考慮不同數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需要。業(yè)務(wù)傳輸中的一個(gè)基本因素是,不同的業(yè)務(wù)需要容量和質(zhì)量規(guī)格差異很大的傳輸信道。例如,為傳輸速率和比特誤碼率設(shè)定的規(guī)格可以根據(jù)業(yè)務(wù)類型而改變。例如,在蜂窩式系統(tǒng)的無(wú)線電路徑上視頻圖像的傳輸較語(yǔ)音的傳輸需要多得多的容量。
解決實(shí)現(xiàn)需要不同容量的連接這一問(wèn)題的一種明顯的方法是靈活地利用現(xiàn)有的語(yǔ)音信道,由此為需要大容量的連接提供幾個(gè)信道。在TDMA系統(tǒng)中,這通常表明一個(gè)用戶終端同時(shí)發(fā)射并接收被提供有幾個(gè)擴(kuò)展碼的傳輸。然而,這是實(shí)現(xiàn)具有多種數(shù)據(jù)速率或質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)的一種非常簡(jiǎn)單的方法,并且它浪費(fèi)容量。
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)速率或質(zhì)量規(guī)格的方法,使得信號(hào)的質(zhì)量保持良好并且系統(tǒng)的容量將被充分利用。本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于實(shí)現(xiàn)一種發(fā)射機(jī),該發(fā)射機(jī)能夠在一個(gè)具有所需容量的信號(hào)信道中發(fā)射用戶信號(hào)。本發(fā)明的另一目的在于實(shí)現(xiàn)一種接收機(jī),該接收機(jī)能夠接收具有不同波形類型的信號(hào)并能夠消除對(duì)來(lái)自所需傳輸?shù)男盘?hào)干擾的影響。
這一點(diǎn)可通過(guò)在序言中描述的那種方法實(shí)現(xiàn),其特征在于每一個(gè)信息信道的參數(shù)依賴于所需的容量和傳輸質(zhì)量,并且通過(guò)考慮信道間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)每一個(gè)信息信道。
本發(fā)明還涉及在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的接收機(jī),在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻帶上通信,在該系統(tǒng)中每一個(gè)用戶擁有其自己的擴(kuò)展碼,并且至少一個(gè)用戶的信息信道容量與其他用戶的容量不同。該接收機(jī)包括用于將一個(gè)接收到的傳輸轉(zhuǎn)換為一種數(shù)字形式的轉(zhuǎn)換器裝置,并包括許多用以同步并計(jì)算判定所需的特征的裝置,這些特征來(lái)自每一個(gè)被接收用戶的傳輸。根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)其特征在于,所述的這些裝置每一個(gè)都包括一組可以與不同類型的波形同步的相關(guān)器,并且該接收機(jī)包括通過(guò)消除其相互間相關(guān)性影響來(lái)為不同類型的波形處理被計(jì)算的所述特征的裝置。
本發(fā)明還涉及在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī),在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶在相同的頻帶上同時(shí)通信,該發(fā)射機(jī)包括用于形成被發(fā)射符號(hào)的裝置。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)其特征在于,該發(fā)射機(jī)包括用于調(diào)節(jié)將被發(fā)射符號(hào)的長(zhǎng)度的裝置,用于將所需數(shù)目的將被發(fā)射符號(hào)轉(zhuǎn)換為一種并行形式的裝置,用于產(chǎn)生其數(shù)目等于并行的將被發(fā)射符號(hào)數(shù)目的擴(kuò)展碼序列的裝置,以及通過(guò)其自己的序列將被每個(gè)將被發(fā)射的符號(hào)復(fù)用的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)傳輸需要和高的傳輸質(zhì)量。每個(gè)系統(tǒng)用戶可根據(jù)為連接所設(shè)置的規(guī)格擁有不同的傳輸連接參數(shù),即在所用信息信道中的波形類型。在此連接中,連接參數(shù)指的是,例如,擴(kuò)展碼的片速率或長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中,不同的用戶擁有不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)符號(hào)。不同用戶的數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度的選擇方式為,使用的符號(hào)長(zhǎng)度是一個(gè)專用給定的超符號(hào)長(zhǎng)度的一部分。用于調(diào)制用戶的數(shù)據(jù)符號(hào)的擴(kuò)展碼序列在給定的超符號(hào)的間隔處循環(huán)。在檢測(cè)期間,可通過(guò)考慮所接收信號(hào)間的相互相關(guān)性來(lái)降低用戶間的干擾。此檢測(cè)可被有利方便地被實(shí)現(xiàn),其方式為,接收所需數(shù)目的信號(hào),計(jì)算在將被檢測(cè)的超符號(hào)上的相關(guān)性項(xiàng),并且在檢測(cè)中利用這些相關(guān)性項(xiàng)使得具有不同數(shù)據(jù)符號(hào)速率的被發(fā)射信號(hào)之間的相互干擾可被消除。
本發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施例可被用作上述實(shí)施例的一部分,其中用戶以一種并行形式發(fā)射其部分?jǐn)?shù)據(jù)符號(hào),由此每個(gè)并行符號(hào)通過(guò)一個(gè)擴(kuò)展碼序列被復(fù)用,該序列成為一個(gè)更長(zhǎng)的擴(kuò)展碼的一部分,該擴(kuò)展碼用于需要低容量的連接上以復(fù)用一個(gè)符號(hào)。在本發(fā)明的一個(gè)第三實(shí)施例中,復(fù)用并行數(shù)據(jù)符號(hào)所使用的擴(kuò)展碼在本質(zhì)上是相互間非正交的。當(dāng)然在接收機(jī)中信號(hào)相互干擾,但此干擾可在檢測(cè)期間通過(guò)一種適當(dāng)?shù)母蓴_消除算法得以消除。
在下文中,將通過(guò)根據(jù)如下附圖的實(shí)例更詳盡地描述本發(fā)明。
圖1a所示為具有不同數(shù)據(jù)速率的傳輸和一個(gè)超符號(hào)的使用,圖1b所示為以不同數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)挠脩糸g的功率分配,圖2a到2d所示為根據(jù)本發(fā)明的不同擴(kuò)展碼選擇的使用,圖3是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的可能性實(shí)現(xiàn)的方框圖,圖4a和4b是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)的選擇性實(shí)現(xiàn)的更詳盡的方框圖,圖5是一個(gè)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的可能性實(shí)現(xiàn)的方框圖,圖6是一個(gè)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的可能性實(shí)現(xiàn)的更詳盡的方框圖,圖7是一個(gè)說(shuō)明一組匹配濾波器的方框圖,圖8是一個(gè)說(shuō)明在根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中的一個(gè)干涉消除部件的可能性實(shí)現(xiàn)的方框圖。
在下文中,首先通過(guò)實(shí)例描述一個(gè)異步CDMA系統(tǒng),在其中可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法。相應(yīng)地,本發(fā)明也可被應(yīng)用在同步系統(tǒng)中,對(duì)于一個(gè)熟練的技術(shù)人員這一點(diǎn)顯而易見(jiàn)。
假設(shè)該異步CDMA系統(tǒng)包括K個(gè)用戶,每個(gè)用戶被指定一個(gè)擴(kuò)展波形sk(t)=Σj=1NSk(j)ΠTc,k(t-jTc,k)]]>其中第k個(gè)用戶的擴(kuò)展波形的第j個(gè)片,即比特,按下式得到sk(j)ε{-1,1},k=1,…,k.其中,Tc,k是第k個(gè)用戶的片長(zhǎng)度,Nk是第k個(gè)用戶的擴(kuò)展波形中片的數(shù)目。對(duì)于用戶的擴(kuò)展碼沒(méi)有限制。由于NkTc,k≥Tb,k,用戶k可以擁有一個(gè)獨(dú)特的片長(zhǎng)度Tc,k(帶寬),符號(hào)長(zhǎng)度Tb,k和一個(gè)隨時(shí)間變化的波形。用戶通過(guò)用數(shù)據(jù)符號(hào)bk(1)∈A,調(diào)制擴(kuò)展波形來(lái)發(fā)射信息,其中A為該符號(hào)的代號(hào)。在CDMA中,所有的用戶同時(shí)在相同的頻率上發(fā)射。這樣,接收機(jī)的功能就是解調(diào)被累加的信號(hào)r(t)=Σk=1kΣf=-PPhk(t)wk(bi)(t-iTb-τk)+n(t),---(1)]]>其中n(t)代表方差為σ2的高斯白噪聲,2P+1表示數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度,hk(t)表示第k個(gè)用戶的物理信道的脈沖響應(yīng),并且wk(bi)=Σm=0M-1sk,m(t)bk(j=M+m)1
(t)]]>是用戶k的調(diào)制波形,該用戶具有符號(hào)序列bi=(bk,....,bk(i≠M(fèi)+m)),(由于在波形wk中已明確表示了下標(biāo)k,因此符號(hào)bi中忽略了k)。
還假設(shè),不限制其一般性,多徑信道形式如下hk(t)=Σl=1Lhk,l(t)δ(t-τk,l(t))]]>其中,第k個(gè)用戶的第一個(gè)信道分支(tap)用hk,1∈C表示。假設(shè)時(shí)延τk,1已預(yù)先得知或被估算,并且在傳輸期間保持常數(shù)。有了這些假設(shè),便可忽略時(shí)間系數(shù)并記作τk,1≡τk,1(t)。在下文中,復(fù)分支hk,1(t)或?yàn)槌?shù)或者按時(shí)間函數(shù)減弱。
在下文中將描述根據(jù)本發(fā)明的方法的最優(yōu)實(shí)施例,以提供在CDMA系統(tǒng)中的多路數(shù)據(jù)速率傳輸。
首先假設(shè)每個(gè)用戶k擁有相同的擴(kuò)展碼的片速率,即Tc,1≡Tc,2≡…Tc,k·。根據(jù)用戶對(duì)容量的需要,可為不同的用戶提供不同的符號(hào)速率,該速率是一個(gè)特定的超符號(hào)長(zhǎng)度的一部分。所用的擴(kuò)展碼序列在該超符號(hào)的間隔處循環(huán)。此情況如圖1a所示,其中顯示了四個(gè)用戶,k=1,…,4,用戶k=1擁有最低的符號(hào)速率即超符號(hào)速率。為清楚起見(jiàn),圖中還通過(guò)實(shí)例示出了一個(gè)擴(kuò)展碼比特,或片長(zhǎng)度。在實(shí)際中,片長(zhǎng)度會(huì)比圖1a所示要小。
在圖1a的實(shí)例中用戶k=1的數(shù)據(jù)速率用字母R表示。用戶k=2擁有一個(gè)兩倍的符號(hào)速率,即2R。與超符號(hào)速率相比,用戶k=3和k=4擁有一個(gè)四倍的符號(hào)速率4R。圖1b中顯示了這些用戶間的一種可能性功率分配。利用最高符號(hào)速率的用戶k=4還擁有功率的最大部分。檢查如下的兩種實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)目赡苄苑椒ǎ@兩種方法都可應(yīng)用在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中。
通常,與基本速率相比擁有一個(gè)M倍的符號(hào)速率的用戶k的信息信道可以M個(gè)并行的信息信道的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。此情況用下式表示wk(t)=Σm=0M-1sk,m(t),]]>其中每個(gè)Sk,m(t)在時(shí)間上被限制在
]>其中,
。如果假設(shè)與基本速率相比,用戶k擁有一個(gè)M倍的符號(hào)速率,這樣該用戶的數(shù)據(jù)符號(hào)則被M個(gè)時(shí)間正交的代碼調(diào)制。上述的M個(gè)時(shí)間正交的子碼最好長(zhǎng)度相同。
圖2a到2d說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明不同擴(kuò)展碼選擇的使用。假設(shè)有兩個(gè)用戶k=1,2,其中用戶k=1以系統(tǒng)的基本速率傳輸,即該用戶的數(shù)據(jù)符號(hào)的長(zhǎng)度與超符號(hào)的相同。這一點(diǎn)如圖2a所示,其中顯示了用戶k=1的數(shù)據(jù)符號(hào)b1,1,該數(shù)據(jù)符號(hào)的長(zhǎng)度與超符號(hào)SS的相同,并且用一個(gè)長(zhǎng)度與超符號(hào)相同的擴(kuò)展碼調(diào)制。假設(shè)用戶k=2以較用戶k=1三倍的數(shù)據(jù)速率傳輸,即在本例中M取3。這一點(diǎn)如圖2b所示,其中顯示了用戶k=2的數(shù)據(jù)符號(hào)b1,2,b2,2和b3,2,這些符號(hào)的總長(zhǎng)度與超符號(hào)SS的相同。圖2c所示為一個(gè)實(shí)例,其中用戶k=2的數(shù)據(jù)符號(hào)在傳輸過(guò)程中,通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)度與超符號(hào)相同的擴(kuò)展碼SC1被復(fù)用。依次,在圖2d所示的實(shí)例中,用戶k=2的數(shù)據(jù)符號(hào)b1,2,b2,2和b3,2中的每一個(gè),分別通過(guò)其自身的時(shí)間正交的擴(kuò)展碼序列SC2,SC3和SC4在傳輸過(guò)程中被復(fù)用。
當(dāng)然,所用的擴(kuò)展碼還可以是復(fù)擴(kuò)展碼。I和Q分路可以擁有不同的擴(kuò)展碼。當(dāng)在不同的連接上使用不同的擴(kuò)展碼,擴(kuò)展比例和時(shí)間速率時(shí),每個(gè)用戶使用的頻帶可以改變。例如一個(gè)用戶可以使用5MHz的頻帶,另一個(gè)用戶使用2.5MHz的頻帶,在頻域上這些頻帶被部分重疊地定位在為該系統(tǒng)預(yù)備的頻段上。在Boztas S.,Kumar P.V.Near Optimal 4Φsequencesfor CDMA(Pfoc. ISIT 1991,Budapest,Hungary,p.282,June 1991)中說(shuō)明了擴(kuò)展碼的使用。
圖3是一個(gè)通用方框圖,說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。該圖顯示了一個(gè)用戶終端的方框圖,但是,當(dāng)然還可以在基站發(fā)射機(jī)中以相似的方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射機(jī)。該發(fā)射機(jī)包括一個(gè)話筒30,一個(gè)語(yǔ)音編碼器31,以執(zhí)行信道編碼的裝置32,以通過(guò)一個(gè)擴(kuò)展碼復(fù)用將被發(fā)射信號(hào)的裝置33,射頻裝置34,用以將被發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換到在無(wú)線電波傳播路徑上使用的頻域上,以及一個(gè)天線35。該發(fā)射機(jī)還包括一個(gè)控制單元36,用以控制該發(fā)射機(jī)某些部分的操作。典型地,該控制單元36可通過(guò)一個(gè)微處理器實(shí)現(xiàn)。被實(shí)現(xiàn)的該發(fā)射機(jī)當(dāng)然還可包括其他部件,例如濾波器,A/D轉(zhuǎn)換器,和用戶接口,例如鍵盤和顯示單元,這一點(diǎn)對(duì)于一個(gè)熟練的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)。但由于它們不是本發(fā)明的基本元件,為簡(jiǎn)練起見(jiàn)該圖未將其列出。此外,除話筒和語(yǔ)音編碼器之外,該發(fā)射機(jī)可包括一些其他數(shù)據(jù)源。
圖4a是一個(gè)方框圖,更詳盡地說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的該發(fā)射機(jī)中,控制單元36在語(yǔ)音編碼器或數(shù)據(jù)源31以及編碼裝置32中調(diào)節(jié)符號(hào)構(gòu)造,使得在該編碼裝置32的輸出信號(hào)40中,被發(fā)射符號(hào)具有所需的長(zhǎng)度。此外該發(fā)射機(jī)還包括裝置41以將被發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為一種并行形式。例如可以用一個(gè)串行—并行轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)換器裝置41。被轉(zhuǎn)換成并行形式的符號(hào)被提供給裝置42a和42c,在其中所需數(shù)目的擴(kuò)展碼序列被產(chǎn)生,序列的數(shù)目等于被并行發(fā)射的符號(hào)的數(shù)目,并且每一個(gè)被發(fā)射的符號(hào)在該裝置中用一個(gè)不同的序列被復(fù)用。依賴于所使用的數(shù)據(jù)速率,并行符號(hào)的數(shù)目可根據(jù)來(lái)自控制裝置36的控制在不同的呼叫中變化。根據(jù)圖2a到2d及其相應(yīng)的描述,如果用戶k=1的數(shù)據(jù)速率等于基本速率,則只使用一對(duì)擴(kuò)展碼裝置42a,即無(wú)需并行傳輸。如果用戶k=2以較用戶k=1的數(shù)據(jù)速率三倍的數(shù)據(jù)速率發(fā)射,則根據(jù)圖2d,發(fā)射三個(gè)并行的符號(hào),并且分別通過(guò)擴(kuò)展碼序列SC2,SC3和SC4,將它們以并行方式復(fù)用。
在裝置42a到42c中使用的擴(kuò)展碼可用一個(gè)更長(zhǎng)的代碼的連續(xù)部分構(gòu)成,該代碼的長(zhǎng)度與例如超符號(hào)的長(zhǎng)度相同。在裝置42a到42c中使用的擴(kuò)展碼還可以以如下方式被選擇,即這些代碼中的一些本質(zhì)上是相互非正交的。這樣根據(jù)圖4c,裝置42a到42c中的每一個(gè)都包括裝置46以產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)展碼序列,和裝置47以將被發(fā)射的符號(hào)48和這些序列復(fù)用在一起。裝置46和47可利用已知的部件來(lái)實(shí)現(xiàn),例如移位寄存器和乘法器。在G.P.Cooper,C.D.McGillem現(xiàn)代通信和擴(kuò)展頻譜(McGraw-Hill,新加坡,1986;第8和第9章)中更詳盡地描述了該擴(kuò)展碼的產(chǎn)生,在此處作為參考。
此外,該發(fā)射機(jī)包括裝置44,在其中并行符號(hào)被組合用以傳輸,該裝置可通過(guò)例如一個(gè)加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該發(fā)射機(jī)還包括裝置34以將被發(fā)射的信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換到在無(wú)線電路徑上使用的頻率處。
該發(fā)射機(jī)還可以用圖4b中說(shuō)明的方法被實(shí)現(xiàn),其中射頻裝置45a到45c逐個(gè)與裝置42a到42c的每一個(gè)相連,被轉(zhuǎn)換為射頻的信號(hào)在射頻裝置中被放大并從那里被提供給天線35。
在下文中將描述根據(jù)本發(fā)明的方法中有關(guān)接收的部分。對(duì)于在檢測(cè)中使用的最佳標(biāo)準(zhǔn)有兩種選擇最大似然(ML)法或最大后驗(yàn)((posteriori)MAP)法,在本描述中采用的是前者。因此,對(duì)數(shù)似然函數(shù)可從被觀察波形的條件概率密度函數(shù)推得,其形式為^(B,α)=2N0∫λ∞[r(t)c*(t,B)]dt-1N0∫|c(t,B)|2dt,---(2)]]>其中c(t,B)=Σk=1KΣf=-PPhk(t)wk(bi)(t-iTb-τk)]]>表示接收到的信號(hào)。在S.Verdu最佳多用戶效率(IEEE Trans.Commun.,Vol 34,Sept.1986)中描述了在單一數(shù)據(jù)速率的傳輸中上述公式的推導(dǎo),在此作為參考。從此記作αk,1(t)≡EkTbhk,1(t).]]>上述公式?jīng)Q定了在沒(méi)有任何涉及接收機(jī)前端的假設(shè)的情況下的通用檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),典型地可用幾個(gè)匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)涉及到一個(gè)解擴(kuò)展信號(hào)時(shí),可通過(guò)如下方式來(lái)處理該公式。
首先不限制其一般性,假設(shè)有關(guān)的信道是一個(gè)大容量的信道,其中利用并行的物理信道來(lái)發(fā)射信息,并且可為Ki用戶的使用預(yù)定Mi話務(wù)信道??蓪⑵浣忉屪饕粋€(gè)具有=∑KiMI個(gè)用戶的系統(tǒng),其中k=∑K1。假設(shè)上述信息流在矩陣B=(2P+1)中被收集,其方式為每個(gè)具有不同數(shù)據(jù)速率的用戶通過(guò)用 bk(1)s替代bk(1)s來(lái)將Mi增加到基本數(shù)據(jù)速率的原始矩陣中的一個(gè)指定位置處。解擴(kuò)展信號(hào)的對(duì)數(shù)似然函數(shù)用下式表示Bopc=argBε{1-,1}max(2P+1)×k∧(B|α,R,τ)其中,α=(α1,1,…,α1,L,…,αK,L)T表示第K個(gè)用戶的接收到的信號(hào)的幅,τ=(τ1,1,…,τ1,L,…,τK,L)T表示其信號(hào)分量的相應(yīng)時(shí)延,R=(R-P,…,RP)∈ C(K×L×N)×(2P+1)是被發(fā)射的×(2P+1)符號(hào)的歸一化互相關(guān)矩陣,第p個(gè)子矩陣為Rp。這對(duì)應(yīng)于在第P個(gè)符號(hào)間隔的檢測(cè)中觀察到的互相關(guān)的影響,由下式?jīng)Q定RP=[R~(P-N),...,R~(P+N)]T,]]>其中
其中第k個(gè)用戶的第1個(gè)多徑傳播的信號(hào)分量和第k個(gè)用戶的第1個(gè)多徑傳播的信號(hào)分量之間的相關(guān)性由下式得到[R~k,k′(i)]l,l′=∫-∞∞ck,m(t-τk,l)ck′,m′(t-τk′,l′+iTb)dt.]]>由此可見(jiàn),接收到的符號(hào)的互相關(guān)矩陣是矢量τ的函數(shù)。該互相關(guān)矩陣可通過(guò)估算時(shí)延τi,數(shù)據(jù)速率Mi和代碼fk由接收到的信號(hào)被估算。當(dāng)然,其中一些可被認(rèn)為是已知的。考慮到該系統(tǒng)是一個(gè)根據(jù)公式(1)的異步CDMA系統(tǒng),在公式(2)中描述的對(duì)數(shù)似然函數(shù)可被記作^(B|R,α)=Σi=-PP1N0(2λ∞[α^HB^(1)z(1)]-]]>Σi=-PPαTB^(i)R^(i′-i)B^(i′-i)α*),---(3)]]>其中
在上述對(duì)數(shù)似然函數(shù)的公式(3)中后面的求和項(xiàng)代表相鄰比特的影響,在一個(gè)同步系統(tǒng)中這一項(xiàng)為零。相應(yīng)地,考慮到該系統(tǒng)包括幾個(gè)數(shù)據(jù)速率,上述符號(hào)矩陣
可被記作
其中涉及第k個(gè)用戶的單位矩陣的維數(shù)是(Mk×L)×(Mk×L)。因此,在檢測(cè)中所需的接收到的信號(hào)的充分特征可用下式表示z(i)=(z1,1′(i)z1,2′(i),...,zK,L(i))T]]>其中矢量zk,l(i)=(zk,l,l(i),...,zk,l,Mk(i))]]>。每項(xiàng)代表涉及用戶k的第m個(gè)信息波形的一個(gè)解擴(kuò)展信號(hào),該信號(hào)形式為zk,l,m(i)=∫-∞∞r(t)ck,m(t-τk,l-iTb)dt]]>其中Tb代表該符號(hào)間隔的長(zhǎng)度。
假設(shè)發(fā)射的是BPSK符號(hào),并且被發(fā)射信號(hào)在一個(gè)衰落多徑信道中傳播。例如,這樣多速率檢測(cè)器可根據(jù)公式估算第K個(gè)數(shù)據(jù)流的第i個(gè)比特,b^k~(i)(m+1)=sgn(λ∞[α^HDk~z(i)-I(i,k,m)]),]]>其中I(i,k,m~)=α~HDk~(Σi′=i-Ni+NR^(i′-i)Ik~(i′-i)B~(i′-i)(m)α~)]]>代表干涉消除項(xiàng)。這樣矩陣算子D=diag(d1,1,…,d1,L,d2,1,…,dK,L)測(cè)出第個(gè)數(shù)據(jù)流,即接收所需信號(hào)的瑞克分路接收一個(gè)傳輸,并且它在第個(gè)子矩陣上值為d,1=…=d,L=1,在其他處為零。矩陣Ik包括被瑞克分路接收到的傳輸,該傳輸與第k個(gè)用戶的信號(hào)同步,因此是對(duì)所需信號(hào)的干涉。這樣矩陣I(1)=I,i≠0
是一個(gè)相關(guān)矩陣,而且矩陣
包括比特估算。通常首先用一個(gè)具有L個(gè)分級(jí)支路的瑞克接收機(jī)級(jí)來(lái)處理一個(gè)多徑傳播的信號(hào),在混合之后,用一個(gè)硬限幅器來(lái)決定該信號(hào)的極性。這對(duì)應(yīng)于忽略干涉消除項(xiàng)的情況,即I(i,k,m)≡0。
圖5是一個(gè)通用方框圖,以說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。該圖是一個(gè)基站接收機(jī)的方框圖,但是很顯然,根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)還可類似地在一個(gè)用戶終端里實(shí)現(xiàn)。
該接收機(jī)包括一個(gè)天線50,一個(gè)操作上與之相連的射頻單元51,操作上與射頻部分級(jí)聯(lián)的射頻裝置52,用于計(jì)算判決所需的特征的計(jì)數(shù)裝置53,操作上連到轉(zhuǎn)換器裝置的輸出上的裝置,以及操作上連到計(jì)數(shù)裝置的輸出上的信道解碼裝置54。該接收機(jī)還包括一個(gè)控制單元55,以控制上述部件的操作。當(dāng)然該接收機(jī)還包括其他部件,例如濾波器,但為清楚起見(jiàn),在上述實(shí)例中對(duì)其不作描述。
一個(gè)被天線50接收到的傳輸被提供到射頻部分51,在其中接收到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換為所需的中頻。其結(jié)果信號(hào)被進(jìn)一步提供給轉(zhuǎn)換器裝置52,其中該信號(hào)以傳統(tǒng)方法被轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字形式。該數(shù)字化的傳輸被進(jìn)一步提供給特征計(jì)數(shù)裝置53,在其中該數(shù)字被解擴(kuò)展,即它被恢復(fù)到原始頻帶,并且解調(diào)和檢測(cè)也被執(zhí)行。下文將對(duì)裝置53的操作作更詳盡的描述。被檢測(cè)的信號(hào)可在裝置54中用已知方法進(jìn)一步被信道解碼,并且其結(jié)果信號(hào)被進(jìn)一步提供給該接收機(jī)的其他部分。
圖6是一個(gè)方框圖,更詳盡地說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。如上所述,該接收機(jī)包括一個(gè)天線50,與之相連的射頻部分51,和操作上與射頻部分的輸出相連的轉(zhuǎn)換器裝置52。在該接收機(jī)中解復(fù)用裝置60在操作上與被連到轉(zhuǎn)換器裝置的輸出上,該解復(fù)用裝置的輸出被提供給匹配濾波器的幾個(gè)組合61a到61c,這樣每個(gè)組合都包括一個(gè)或幾個(gè)匹配濾波器。該匹配濾波器的輸出被提供給干涉消除裝置62,在操作上該裝置的輸出與幾個(gè)信號(hào)后處理裝置63a到63c相連,后者裝置的數(shù)目最好與上述濾波器組合61a到61c的數(shù)目相同??刂蒲b置55控制該接收機(jī)的所述部分的操作。典型地,該控制裝置55可通過(guò)一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)。
同上,天線50接收到的傳輸被提供給射頻部分51,其中接收到的信號(hào)被轉(zhuǎn)換到所需的中頻。其結(jié)果信號(hào)被進(jìn)一步提供給轉(zhuǎn)換器裝置52,在其中該信號(hào)用傳統(tǒng)方法被轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字形式。該數(shù)字化的傳輸被進(jìn)一步提供給解復(fù)用裝置,在其中接收到的數(shù)字化傳輸被分配給不同的濾波器組合61a到61c。每個(gè)組合61a到61c包括幾個(gè)匹配濾波器,該濾波器可與接收到的信號(hào)同步并可將用所需擴(kuò)展碼發(fā)射的一個(gè)信號(hào)分量分解。每個(gè)組合可包括不同數(shù)目的匹配濾波器,并且每個(gè)組合可以同時(shí)使不同數(shù)目的濾波器有源化。因此完全同時(shí)的有源濾波器組合的數(shù)目等于實(shí)時(shí)用戶的數(shù)目。每個(gè)濾波器組合61a到61c最好接收由一個(gè)用戶發(fā)射的一個(gè)信號(hào)。如上所述在根據(jù)本發(fā)明的方法的連接中,可通過(guò)利用幾個(gè)并行的擴(kuò)展碼來(lái)發(fā)射一個(gè)用戶的信號(hào),本質(zhì)上依據(jù)每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)速率,這些擴(kuò)展碼可以是相互非正交的或相互時(shí)間正交的。因此一個(gè)濾波器組合的不同濾波器可以與用不同擴(kuò)展碼發(fā)射的信號(hào)同步,不過(guò)這些信號(hào)均來(lái)自于同一個(gè)用戶??刂蒲b置55將涉及擴(kuò)展碼的數(shù)據(jù)提供給每一個(gè)濾波器組合61a到61c,該匹配濾波器應(yīng)與該數(shù)據(jù)同步。
匹配濾波器組合61a到61c的輸出信號(hào)64a到64c包括上述矢量{z1(1),…,z(1)},因此它們是每個(gè)用戶的解擴(kuò)展信號(hào)。這些信號(hào)64a到64c被進(jìn)一步提供給干涉消除裝置62,在其中通過(guò)考慮不同用戶的信號(hào)和以不同代碼發(fā)射的同一個(gè)用戶的信號(hào)之間的相關(guān)性來(lái)執(zhí)行信號(hào)檢測(cè)。在下文中將對(duì)干涉消除裝置62的操作作更詳盡的描述。從干涉消除裝置處得到的信號(hào)被進(jìn)一步提供給信號(hào)后處理裝置63a到63c,該裝置可包括例如去交錯(cuò)裝置,信道解碼,復(fù)用裝置,和一些其他的接收機(jī)級(jí)或裝置以混合一個(gè)用戶的信號(hào),構(gòu)成幾個(gè)并行傳輸。
圖7是一個(gè)方框圖,以說(shuō)明匹配濾波器的一種組合61a。因此該組合包括幾個(gè)匹配濾波器80到83,它們可通過(guò)例如相關(guān)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在G.cooper,C.McGillem現(xiàn)代通信和擴(kuò)展頻譜(McGraw-Hill,New-York 1986,第12章)中更詳盡地描述了一個(gè)相關(guān)器的實(shí)現(xiàn)。
圖8是一個(gè)方框圖,更詳盡地說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例的接收機(jī)中干涉消除部件的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。數(shù)目為的匹配濾波器組合的輸出信號(hào)64a到64c被作為輸入提供給干涉消除單元70,該單元可能包括一個(gè)或幾個(gè)級(jí)72,72。濾波器組合的輸出信號(hào)64a到64c還被作為輸入提供給一個(gè)信道估算部件73,在其中為該信號(hào)計(jì)算了估算值
,并且信道參數(shù)以不同的數(shù)據(jù)速率被發(fā)射。有關(guān)被計(jì)算的估算值的數(shù)據(jù)75被提供給干涉消除部件70,并且當(dāng)涉及一種多相干涉消除算法時(shí),該數(shù)據(jù)被提供給一個(gè)第一干涉消除組件71,在其中為每個(gè)接收到的符號(hào)的用戶計(jì)算預(yù)估算值1,…,78a到78c。當(dāng)采用一種多級(jí)干涉消除算法時(shí),被計(jì)算的預(yù)估算值被提供給一個(gè)第二級(jí)72,在其中為接收到的信號(hào)計(jì)算新的估算值,該估算值79a到79c被進(jìn)一步提供被后處理單元。相同的估算值76也被提供給信道估算部件73,在其中基于更新的估算值,計(jì)算了更精確的估算值,該值被返回77給干涉消除組合72以被用于檢測(cè)中。
當(dāng)然,接收機(jī)的控制裝置55接收涉及每個(gè)連接的數(shù)據(jù)速率的信息77,并且這一數(shù)據(jù)可在呼叫建立期間在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間被傳輸,或者它可從接收到的信號(hào)處被檢測(cè)。如果在連接中使用的數(shù)據(jù)速率改變,涉及該變化的信息74必須也被傳遞給信道估算組件73,在其中矩陣
必須被更新。
在該方法中采用的干涉消除算法的類型和根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的類型并非必須如此。例如,干涉消除方法可能是解相關(guān),Viterbi和多級(jí)干涉消除方法以及熟練的技術(shù)人員所熟知的其他一些方法。
雖然以上通過(guò)根據(jù)附圖的實(shí)例描述了本發(fā)明,顯而易見(jiàn)本發(fā)明并不僅限于此,在隨后的權(quán)利要求書(shū)中公開(kāi)的本發(fā)明思想的范圍內(nèi),可對(duì)它在許多方面給以修改。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方法,其中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻帶上通信,每一個(gè)用戶至少擁有一個(gè)寬帶信息信道,并且至少一個(gè)用戶的信息信道容量與其他用戶的容量不同,其特征在于,每一個(gè)信息信道的參數(shù)依賴于所需的容量和傳輸質(zhì)量,并且通過(guò)考慮信道間的相關(guān)性來(lái)檢測(cè)每一個(gè)信息信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,每一個(gè)信息信道的傳輸容量可從一群具有不同容量的連接類型中選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,該信息信道通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)的擴(kuò)展碼被實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,該信息信道的參數(shù)包括該用戶的擴(kuò)展碼比特率,數(shù)據(jù)符號(hào)速率,信號(hào)的質(zhì)量規(guī)格,和每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)使用的擴(kuò)展碼的數(shù)目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,每一個(gè)用戶的擴(kuò)展碼比特率,數(shù)據(jù)符號(hào)速率和每個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)使用的擴(kuò)展碼的數(shù)目依賴于為該連接設(shè)定的傳輸速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其特征在于,使用的擴(kuò)展碼中至少有一些是本質(zhì)上相互非正交的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,擁有不同容量的用戶擁有不同長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)符號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法,其特征在于,系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)符號(hào)長(zhǎng)度是給定超符號(hào)長(zhǎng)度的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,在不同的連接上使用不同長(zhǎng)度的擴(kuò)展碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的方法,其特征在于,在連接上使用的擴(kuò)展碼序列與給定的超符號(hào)長(zhǎng)度相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法,其特征在于,用一個(gè)擴(kuò)展碼序列將被發(fā)射的每個(gè)符號(hào)復(fù)用,并且某些序列是本質(zhì)上相互非正交的。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法,其特征在于,干涉消除算法處理長(zhǎng)度與給定的超符號(hào)相同的接收到的信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其特征在于,通過(guò)一種相關(guān)矩陣來(lái)檢測(cè)每個(gè)信息信道。
14.在利用CDMA方法的系統(tǒng)中的發(fā)射機(jī),在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻道上通信,該發(fā)射機(jī)包括用以形成將被發(fā)射的符號(hào)的裝置(31,32),其特征在于,該發(fā)射機(jī)包括調(diào)節(jié)將被發(fā)射的符號(hào)的長(zhǎng)度的裝置(36),將所需數(shù)目的將被發(fā)射的符號(hào)轉(zhuǎn)換成一種并行形式的裝置(41),用以產(chǎn)生擴(kuò)展碼序列,其數(shù)目等于將被并行發(fā)射的符號(hào)的數(shù)目的裝置(42a-42b),以及用以通過(guò)其自身的序列復(fù)用將被發(fā)射的每一個(gè)符號(hào)的裝置(42a-42c)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)射機(jī),其特征在于,該發(fā)射機(jī)包括用以產(chǎn)生擴(kuò)展碼,其中某些是本質(zhì)上相互非正交的裝置(42a-42c)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)射機(jī),其特征在于,該發(fā)射機(jī)包括用以產(chǎn)生相互時(shí)間正交的擴(kuò)展碼的裝置(42a-42c)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的發(fā)射機(jī),其特征在于,該發(fā)射機(jī)包括裝置(42a-42c),以產(chǎn)生由一個(gè)長(zhǎng)代碼的連續(xù)部分構(gòu)成的擴(kuò)展碼序列。
18.一種在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的接收機(jī),在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻帶上通信,每一個(gè)用戶擁有其自己的擴(kuò)展碼,并且至少一個(gè)用戶的信息信道容量與其他用戶的容量不同,該接收機(jī)包括轉(zhuǎn)換器裝置(52),以將接收到的傳輸轉(zhuǎn)換成一種數(shù)字形式,以及幾個(gè)裝置(61a-61c),以同步并計(jì)算為判決所需的特征,該特征來(lái)自于每個(gè)接收到用戶的傳輸,其特征在于,所述幾個(gè)裝置(61a-61c)每一個(gè)都包括一組相關(guān)器(80-83),它們可與不同類型的波形同步,并且該接收機(jī)包括裝置(62),以通過(guò)消除其相互相關(guān)性的影響來(lái)為不同類型的波形處理所述被計(jì)算的特征。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的接收機(jī),其特征在于,相關(guān)器(80-83)是同步的,它們?yōu)闀r(shí)間長(zhǎng)度不同的波形計(jì)算特性,并且由裝置(62)處理的特性從不同長(zhǎng)度的波形中被計(jì)算。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的接收機(jī),其特征在于,相關(guān)器(80-83)是同步的,它們?yōu)椴⑿械牟ㄐ斡?jì)算特性,并且由裝置(62)處理的特性從并行的波形中被計(jì)算。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的接收機(jī),其特征在于,該接收機(jī)包括用以混合每個(gè)用戶的并行波形的裝置(63a-63c)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的接收機(jī),其特征在于,該接收機(jī)包括信號(hào)分割裝置(60),它將一個(gè)數(shù)字化的信號(hào)劃分給該接收機(jī)的不同的特性計(jì)算裝置(61a-61c)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的接收機(jī),其特征在于,該接收機(jī)包括控制相關(guān)器(80-83)操作的控制裝置(55)和處理裝置(62)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在一個(gè)利用CDMA方法的系統(tǒng)中的一種數(shù)據(jù)傳輸方法,一種發(fā)射機(jī)和一種接收機(jī),在該系統(tǒng)中幾個(gè)用戶同時(shí)在相同的頻帶上通信,每個(gè)用戶擁有其自己的擴(kuò)展碼,并且至少一個(gè)用戶的信息信道容量與其他用戶的不同,該接收機(jī)包括轉(zhuǎn)換器裝置(52),以將一個(gè)接收到的傳輸轉(zhuǎn)換為一種數(shù)字形式,和幾個(gè)裝置(61a-61c),以同步并計(jì)算為判決所需的特征,該特征來(lái)自于每個(gè)接收到用戶的傳輸。為了在根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)中有利方便地接收具有多個(gè)數(shù)據(jù)速率或容量的傳輸,所述幾個(gè)裝置(61a-61c)的每一個(gè)都包括一組相關(guān)器(80—83),它們可與不同類型的波形同步,并且該接收機(jī)包括裝置(62),以通過(guò)消除其相互相關(guān)性的影響來(lái)處理所述的為不同類型的波形而計(jì)算的特征。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1173254SQ96191766
公開(kāi)日1998年2月11日 申請(qǐng)日期1996年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月2日
發(fā)明者阿里·豪蒂南, 蒂默·拉克索, 特洛·奧簡(jiǎn)珀拉 申請(qǐng)人:諾基亞移動(dòng)電話有限公司