專利名稱：在具有碼分多址用戶分離和可變擴展因子的無線通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在具有碼分多址(CDMA)用戶分離和可變擴展因子的無線通信系統(tǒng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的方法。
在無線通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)(譬如語音、圖像信息或其它數(shù)據(jù))是借助電磁波通過無線接口進行傳輸?shù)?。所述無線接口涉及基站和用戶臺之間的通信連接，其中，所述的用戶臺可以是移動臺或地點固定的無線電臺。在此，電磁波輻射是借助載頻來產(chǎn)生的，而該載頻位于為相應(yīng)系統(tǒng)所設(shè)定的頻帶之內(nèi)。對于將來的無線通信系統(tǒng)，譬如UMTS(通用移動電信系統(tǒng))或其它的第三代系統(tǒng)，規(guī)定頻率位于約2000MHz的頻帶內(nèi)。
SMG L1專家組，Tdoc120/98，Bocholt，1998年5月18-20，第16至19頁曾公開過，為將來的無線通信系統(tǒng)設(shè)定一種無線接口，該無線接口在一個頻帶內(nèi)同時傳輸多個其數(shù)據(jù)符號經(jīng)擴展碼擴展過的信號。該方法被稱為CDMA(碼分多址)，因為它允許接收機借助所述的擴展碼重新分離所述的信號，并可檢測不同數(shù)據(jù)流的這種數(shù)據(jù)符號。
該CDMA傳輸方法實現(xiàn)了一種抗干擾的傳輸，且通過分配一個或多個擴展碼或通過改變所述的擴展因子就可以輕易地對通信的數(shù)據(jù)速率進行匹配。
但是在使用不同的擴展因子時會在接收側(cè)帶來問題，即需要分辨不同的符號速率和數(shù)據(jù)速率，而且還需對所述擴展因子的變化作出靈活的反應(yīng)。目前對此還沒有公開充分的解決可能性。具有權(quán)利要求1所述特征的方法和具有權(quán)利要求8所述特征的裝置是該問題的解決可能性。本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案由從屬權(quán)利要求給出。
根據(jù)本發(fā)明，在具有不同擴展因子的多個信號情況下，參考一個預(yù)定的最大擴展因子。在接收側(cè)，為那些具有小于該最大擴展因子的擴展因子的信號生成多個虛擬擴展碼，其中每個單獨的虛擬擴展碼只檢測接收數(shù)據(jù)流中多個有關(guān)聯(lián)的符號的某些符號或符號組。如果用較小的、與所述虛擬擴展碼相對應(yīng)的擴展因子對所述最大的擴展因子進行劃分，便可得出被用來檢測具有小擴展因子的信號的虛擬擴展碼的數(shù)目。該虛擬擴展碼是進一步分析該信號的基礎(chǔ)，因為該信號的檢測是利用該虛擬擴展碼來實現(xiàn)的。利用所述虛擬擴展碼進行檢測的檢測結(jié)果被緊靠地排列在接收側(cè)的相應(yīng)信號數(shù)據(jù)流旁邊。
也就是說，并不是在檢測信道中對數(shù)據(jù)流的所有符號進行分析，而是以符號或符號組的方式把所述的數(shù)據(jù)流劃分為數(shù)據(jù)速率盡可能相等的多個虛擬信道。從而，可以為擴展因子不同、且由此數(shù)據(jù)速率不同的信道模擬一個在信道內(nèi)數(shù)據(jù)速率相同的統(tǒng)一檢測。
因此也可以利用統(tǒng)一的符號速率來為所含的全部信號分析接收信號，并與實際采用的擴展因子無關(guān)。接收裝置的規(guī)格是根據(jù)最大信號數(shù)和最大擴展因子進行確定的，但可以稍作匹配來輕易地處理少量的信號，但該少量的信號至少部分地采用了較小的擴展因子。
該解決方案在原理上適用于每一種CDMA檢測器，也就是說，它如同適用于帶聯(lián)合檢測的檢測器那樣適用于耙式接收器。這種解決方案特別容易實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選擴展方案，虛擬擴展碼的修改也可以支持跳碼或擾碼(相應(yīng)于SMG L1專家組，Tdoc 120/98，Bocholt，1998年5月18-20所述的W-CDMA傳輸)。在此，如此來選擇所述的虛擬擴展碼，以便能夠為每個符號或符號組假定另一具有較小擴展因子的擴展碼。
尤其在短擴展碼(小擴展因子)的情況下通過擾頻來使用分集效應(yīng)。在擾頻時，所述擴展碼的碼片是變化的。這可以利用模2運算、通過與一個序列作一般相乘以及利用復(fù)數(shù)或?qū)崝?shù)值來實現(xiàn)。在擾頻周期過去之后，擴展碼的碼片是以相同方式變化的。如果所述的擾頻周期等于擴展碼長度，則所述擴展碼不產(chǎn)生有效變化。倘若所述的周期大于所述符號的長度，則在擴展碼的符號之間進行變化，使得所述的周期延伸多個符號、一個時隙(W-CDMA提議)或一個幀，并且超出它們。如果所述的擾頻周期恰好與所述最大擴展因子的長度相同，那么將是非常有利的。于是，所述的檢測器不僅可以通過考慮相同的擴展碼為最大的擴展因子進行費用合理地檢測，而且還可以利用同樣的費用利用小擴展因子來對所述的擴展碼進行擾頻。
舉列來說，如果譬如在W-CDMA情況下只允許那些利用整數(shù)除所述最大擴展因子而得出的擴展因子或者代碼長度或符號長度，則可以在上述方式和方法中一直使用考慮或沒有考慮過擾頻的虛擬擴展碼。
為了獨立于擴展碼至通信連接之間的瞬時分配而創(chuàng)造一種檢測裝置，建議為若干信道確定一個檢測裝置，且所述的信道數(shù)目對應(yīng)于具有最大擴展因子的信道的數(shù)目，其中，為了處理具有不同擴展因子的信號，可基于虛擬擴展因子進行檢測。當所述的檢測裝置利用消除至少一個干擾信號進行聯(lián)合檢測(如DE 41 21 356 A1所述的聯(lián)合檢測)時，這是非常重要的。
當注意到數(shù)據(jù)符號至少部分地疊加到接收信號之中時，便可得出本發(fā)明方法的另一種改進，它也無需采用虛擬擴展因子。這對符號間干擾(ISI)和用戶信號間干擾(MAI)都適用。對接收信號進行采樣，并編排一個接收矩陣。另外，按照帶狀結(jié)構(gòu)用信號專用的關(guān)于信道脈沖響應(yīng)的值占用一個系統(tǒng)矩陣。
如此地占用系統(tǒng)矩陣的相鄰位置，使得不同信號的所述信號專用值交替地變化，并根據(jù)各符號之間的疊加來校準所述被占用的位置。在具有大擴展因子的用戶信號的兩個值之間，按照擴展因子情況來排列具有較小或相同擴展因子的用戶信號的值。相應(yīng)地，為具有較小擴展因子的用戶信號設(shè)置多個并排的位置。然后通過對所述的系統(tǒng)矩陣和接收矩陣進行邏輯連接來為所述的至少兩個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)符號實現(xiàn)線性檢測。
由此，相對于在由A.Klein所著的“CDMA信號算法的多用戶檢測及其在蜂窩移動無線電中的應(yīng)用”文獻，VDI出版社，1996，頁38-43所公開的，這可以實現(xiàn)一種改進的帶狀結(jié)構(gòu)，并與可變擴展碼的要求相一致。采用不同的擴展因子將會在不同用戶信號的符號之間帶來大量干擾。本發(fā)明編排所述的系統(tǒng)矩陣的作用在于雖然有這些干擾，但還是可以費用合理地進行檢測。如果執(zhí)行這種優(yōu)化的檢測，便只需要較短的計算時間，這可允許把檢測器切換成一種“空閑模式”。因此降低了設(shè)備的電流消耗和/或發(fā)熱。
下面借助附圖來詳細闡述本發(fā)明的實施例。


圖1示出了一種無線通信系統(tǒng)的簡圖，圖2示出了一種發(fā)送裝置，圖3示出了一種接收裝置，以及圖4，5示出了把擴展碼分解成虛擬擴展碼。
作為無線通信系統(tǒng)的實施例，圖1所示的移動無線電系統(tǒng)由許多移動交換局MSC組成，這些移動交換局相互結(jié)網(wǎng)，或可以訪問固定網(wǎng)PSTN。另外，所述移動交換局MSC總是與至少一個用于分配無線技術(shù)資源的設(shè)備RNM相連。每個這種設(shè)備RNM又可以與至少一個基站BS進行通信。
該基站BS能夠通過無線接口同用戶臺、譬如移動臺MS或其它移動或固定的終端設(shè)備建立通信。由每個基站BS至少形成一個無線小區(qū)。圖1示出了用于在基站BS和移動臺MS之間傳輸有用信息的通信連接。
運維中心OMC為移動無線電系統(tǒng)或其一部分實現(xiàn)控制及維護功能。在本發(fā)明可以應(yīng)用的其它無線通信系統(tǒng)中，尤其是對于具有無線用戶端的用戶接入網(wǎng)，也可以攜帶這種結(jié)構(gòu)的功能性。
在CDMA傳輸方法中采用了圖2所示的發(fā)送結(jié)構(gòu)。應(yīng)該通過無線接口傳輸K個數(shù)據(jù)流。并執(zhí)行信道編碼、擾頻(交織)、調(diào)制和數(shù)據(jù)擴展。所述的擴展利用專門的擴展碼c1…c5來實現(xiàn)，該擴展可以在所述的混合信號內(nèi)區(qū)分用戶信號。接著將各個用戶信號相加，并利用該求和信號構(gòu)成一個無線塊。該無線塊的構(gòu)成主要涉及具有“脈沖串式”發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。為了譬如以W-CDMA工作方式進行連續(xù)發(fā)送，所構(gòu)成的無線塊內(nèi)組合有時隙數(shù)據(jù)。然后在一個碼片脈沖濾波器內(nèi)對該信號進行濾波，并在D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)轉(zhuǎn)換成可以被放大和通過天線AT輻射出去的模擬信號。
接收裝置的相應(yīng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。當信號在用于接收的無線電臺中經(jīng)那兒的天線AT接收之后，緊接著被放大和轉(zhuǎn)換成基帶，而且對該接收信號進行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，以便可以把該接收信號輸入一個數(shù)字低通濾波器。此時，被數(shù)字化的信號被同時輸入到信道估測器KS和檢測裝置DE。在此，為了進行下面的考察，假定所述的接收信號為接收矩陣e的形式，其中e＝A*d＋n。
A描述了一個系統(tǒng)矩陣，d以矩陣形式給出了需檢測的數(shù)據(jù)，以及n為一個含有噪聲成分的矩陣。
在信道估測器KS內(nèi)，把接收信號內(nèi)失真的訓(xùn)練序列與該接收機內(nèi)無失真的訓(xùn)練序列進行比較，并根據(jù)該比較來確定那些描述用戶專用的傳輸信道的信道脈沖響應(yīng)。借助該信道脈沖響應(yīng)來編排系統(tǒng)矩陣A。該系統(tǒng)矩陣A包含有關(guān)于所述專用信道脈沖響應(yīng)的值，它們也被稱為組合信道脈沖響應(yīng)。該組合信道脈沖響應(yīng)是通過把擴展碼c和所屬的專門用于每個用戶信號的信道脈沖響應(yīng)進行卷積而得出的。
在一種耙式接收機中，也利用系統(tǒng)矩陣A進行數(shù)學(xué)處理。此處在所述的信道脈沖響應(yīng)內(nèi)只考慮某些與耙式接收機的分支相對應(yīng)的路徑。這也可以在基于耙式接收機的多用戶檢測的基礎(chǔ)上進行一般化。
所需的關(guān)于移動無線電信道的信息不但可以從先導(dǎo)符號、中間或報頭序列中獲得，而且也可以譬如在IS-95的上行鏈路中從傳輸符號本身獲得。
如果從兩個具有擴展因子SF＝3和SF＝6的信號出發(fā)，其中對于該兩個信號，所述信道脈沖響應(yīng)的長度均為四個元素，那么，為第一信號(SF＝6)生成長度為9＝6＋4－1的矢量b1，以及為第二信號(SF＝3)生成長度為6＝3＋4＋－1的矢量b2。
矢量b總是描述了擴展碼c同所述信道脈沖響應(yīng)專門卷積之后的結(jié)果。該矢量用一個發(fā)送的“1”來表達傳輸信道的響應(yīng)?，F(xiàn)按如下方法利用該矢量b1和b2來占用所述的系統(tǒng)矩陣A。
通過交替地排列矢量b1和b2，其中因擴展因子較小而頻繁地用到矢量b2，于是即便采用了不同的擴展因子SF，也可為系統(tǒng)矩陣A實現(xiàn)一種帶狀結(jié)構(gòu)。
對于其間可能存在干擾的符號-這既可以是一個信號的相繼符號、也可以是不同的、但同時傳輸?shù)挠脩粜盘柕姆?的組合信道脈沖響應(yīng)，它們位于所述系統(tǒng)矩陣A的相鄰位置。需要指出的是，對于上面的實施例，也可以互換第一和第二列、第四和第五列等等。在編排所述的系統(tǒng)矩陣A時，通常需要確保干擾符號的組合信道脈沖響應(yīng)較密地挨在一起，而且在系統(tǒng)矩陣A中為所述信號預(yù)留的位置數(shù)目與其擴展因子成反比。
根據(jù)該實施例，在檢測裝置DE中實現(xiàn)一種聯(lián)合的檢測，但也可以采用各個其它的線性接收機，譬如它們具有判斷反饋或其它多用戶檢測器。對此，在這種檢測器中，利用該系統(tǒng)矩陣A的帶狀結(jié)構(gòu)可大大簡化譬如通過Cholesky分解所實現(xiàn)的矩陣逆變換。
在此，解算如下等式d^=(A*TA)-1A*Te]]>其中 為所述估測的數(shù)據(jù)符號。據(jù)此對所述檢測的數(shù)據(jù)進行解調(diào)、解擾(解交織)和信道解碼，以便再次出現(xiàn)分開的數(shù)據(jù)流1至K。
其它的詳細情況請參見J.Mayer，J.Schlee，T.Weber所著的“聯(lián)合檢測CDMA的實時可行性”，第二屆歐洲個人移動通信會議記錄，波恩，頁245-252，1997.9。
現(xiàn)在聯(lián)系圖4和5來闡述所述的數(shù)據(jù)檢測。在此設(shè)定最大的擴展因子為SFmax＝16，且所述的檢測裝置被設(shè)計最多用于8個同時處理的用戶信號。于是最大的負荷為Lmax＝8*1/SFmax。
當前的負荷是用下式規(guī)定的L=Σk=1K1SFk]]>。
對于下面的實施例，通過無線接口同時供給具有擴展碼c1～c5的五個通信連接。四個通信連接使用基本數(shù)據(jù)速率，且擴展因子為SF＝16，而第五個通信連接利用四倍的數(shù)據(jù)速率和擴展因子SF＝4進行工作。由此達到最大負荷。
每個擴展碼c1～c4都由16個碼片組成，其中如圖4所示，為四個擴展碼為c1…c4的通信連接自由地選擇了16個碼片，以便盡可能得出相互正交的擴展碼。于是，其基本符號只由四個碼片組成的第五個擴展碼c5在16個碼片內(nèi)重復(fù)四次。但由此也傳輸四倍的數(shù)據(jù)量，亦即圖4中所示時間間隔內(nèi)的4個符號。
根據(jù)該實施例，在所示時間間隔內(nèi)相繼的四個擴展碼c5中的每一個均被分配給一個虛擬擴展碼vc，并在其余的位置上加入“0”。該虛擬擴展碼的疊加又得出了該原始的擴展碼c5的序列。在圖4的四個所示的符號之后，重復(fù)地劃分成虛擬擴展碼vc，以便譬如形成第一虛擬信道的虛擬擴展碼c51可以檢測出第1、5、9等符號。
需指出的是，也可以把由多個、譬如兩個符號-相應(yīng)于8個碼片-組成的符號組分配給一個虛擬擴展碼。當沒有通信連接利用最大的擴展因子SFmax進行工作時，這是非常有利的。
盡管使用了不同的擴展因子SF，但所述的檢測裝置DE此時仍可以一共處理8個具有基本數(shù)據(jù)速率的信道。擴展因子SF的改變可以非常容易地在接收機內(nèi)完成。由此可以通過應(yīng)用特有的電路(ASIC)來實現(xiàn)所述的接收裝置。
按照擴展碼c還可怎樣分布，可以固定地為譬如8個有時為虛擬的信道確定檢測裝置DE的規(guī)格。所述有時為虛擬的、屬于信道的擴展碼c可以自由地進行調(diào)整。利用屬于擴展碼c5的虛擬擴展碼進行檢測的檢測結(jié)果被緊挨地排列在有關(guān)用戶信號的接收側(cè)數(shù)據(jù)流旁邊。
圖5示出了另一種改進。在此，不是為第五個擴展碼c5選擇四次相同的碼片序列，而是四個不同的擴展碼c51、c52、c53、c54。這些擴展碼可以周期性地變化，譬如進行環(huán)形互換或根據(jù)轉(zhuǎn)移順序進行變化，以便通過擾頻來產(chǎn)生附加的代碼分集增益。該轉(zhuǎn)移順序是就通信連接建立而約定的，并可以在該通信連接期間修改。
權(quán)利要求
1.在具有碼分多址用戶分離和可變擴展因子的無線通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)的方法，其中-在一個信道內(nèi)同時傳輸至少兩個具有用擴展碼(c)擴展過的數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)流的信號，其中為所述的信號可以調(diào)整不同的擴展因子(SF)，且該擴展因子小于或等于最大擴展因子(SFmax)，-在接收側(cè)利用所述的擴展碼(c)對所述的信號進行檢測，其特征在于-在接收側(cè)，為具有小于該最大擴展因子(SFmax)的擴展因子(SF)的信號生成多個虛擬擴展碼(cv)，該虛擬擴展碼分別只與該信號的單個符號或符號組有關(guān)，-利用該虛擬擴展碼(cv)實現(xiàn)該信號的檢測，以及-利用所述虛擬擴展碼(cv)進行檢測的檢測結(jié)果被緊靠地排列在接收側(cè)具有小擴展因子的信號的數(shù)據(jù)流旁邊。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中其擴展因子(SF)小于所述最大擴展因子(SFmax)的擴展碼(c)在符號之間或符號組之間進行變化。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述擴展碼(c)的變化對應(yīng)于劃分成虛擬擴展碼(cv)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中所述虛擬擴展碼(cv)的長度對應(yīng)于所述最大擴展因子的符號長度。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中為其數(shù)目與擴展因子最大的信道的數(shù)目相一致的信道確定檢測裝置(DE)的規(guī)格，其中為了處理具有不同擴展因子的信號，基于虛擬擴展碼來實現(xiàn)檢測。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的檢測裝置(DE)利用消除至少有關(guān)干擾信號來實現(xiàn)聯(lián)合檢測。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中-數(shù)據(jù)符號至少部分地疊加到接收信號之中，-對接收信號進行采樣，并編排一個接收矩陣(e)，-按帶狀結(jié)構(gòu)并利用關(guān)于信號專用的信道脈沖響應(yīng)的值去占用一個系統(tǒng)矩陣(A)，其中如此地占用系統(tǒng)矩陣(A)的相鄰位置，使得不同信號的所述值交替地變化，并根據(jù)各符號之間的疊加來校準所述被占用的位置，其中相應(yīng)地為具有較小擴展因子的信號設(shè)置多個并排的位置，-然后通過對所述的系統(tǒng)矩陣(A)和接收矩陣(e)進行邏輯連接來為所述的至少兩個數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)符號實現(xiàn)線性檢測。
8.用于無線通信系統(tǒng)的接收裝置，該裝置至少分配有一個用于接收接收信號的天線(AT)，具有一種信道估測器(KS)，用于為同時傳輸?shù)摹⒕哂杏脭U展碼(c)擴展過的數(shù)據(jù)符號的數(shù)據(jù)流的至少兩個信號確定信號專用的信道脈沖響應(yīng)，其中為所述的信號可以調(diào)整不同的擴展因子(SF)，且該擴展因子小于最大擴展因子(SFmax)，具有一種檢測裝置(DE)，用于利用所述的擴展碼(c)對所述的信號進行檢測，其中-為具有小于該最大擴展因子(SFmax)的擴展因子(SF)的信號生成多個虛擬擴展碼(cv)，該虛擬擴展碼分別只與該信號的單個符號或符號組有關(guān)，-利用該虛擬擴展碼(cv)實現(xiàn)該信號的檢測，以及-利用所述虛擬擴展碼(cv)進行檢測的檢測結(jié)果被緊靠地排列在接收側(cè)具有小擴展因子的信號的數(shù)據(jù)流旁邊。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明,在具有不同擴展因子的多個信號中,參考一個預(yù)定的最大擴展因子。在接收側(cè),為具有小于該最大擴展因子的擴展因子的信號生成多個虛擬擴展碼,該虛擬擴展碼分別只與該信號的單個符號或符號組有關(guān)。因為利用該虛擬擴展碼實現(xiàn)該信號的檢測,所以該虛擬擴展碼是進一步分析該信號的基礎(chǔ)。利用所述虛擬擴展碼進行檢測的檢測結(jié)果被緊靠地排列在接收側(cè)的信號數(shù)據(jù)流旁邊。
文檔編號H04B1/707GK1326620SQ99813249
公開日2001年12月12日 申請日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月13日
發(fā)明者S·巴倫博格, P·W·拜爾, D·埃默, J·馬耶爾, J·施勒, T·維貝爾 申請人:西門子公司