专利名称：使用重叠上行链路载波频谱的多用户通信系统、设备和方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，更具体地讲，涉及有效利用带宽的多用户双向通信系统。
众所周知，通信系统包括多个用户单元，该用户单元通过在无线或有线网络上传输的信号与一或多个基或顶端单元进行通信。一个这样的通信系统是双向无线通信系统。在双向无线通信系统中，服务接入点由一个通常包含一个发送器和接收器，或收发器的基单元提供。基单元可以提供到另一个诸如公共电话交换网的网络的连接，其中公共电话交换网通常被称作PSTN。由于服务接入通常是基于预约(subscription-based)方式的，所以由一个称作用户单元的设备来提供远程服务连接。这些用户单元可以是通常包括通过RF频谱与基单元进行通信的，“类似电话的”手持设备的移动收发器。各用户单元通过向基单元发送一个信号来向基单元传送信息。用户单元向基单元发送的信号可以被称作反向链路信号或上行链路信号。基单元通过发送可以被称作前向链路信号或下行链路信号的信号向用户单元传送信息。
由于对无线通信系统的使用不断得到扩展，更多的可用RF频谱正被占用。因而，希望现代的通信系统能够有效地利用带宽。正交频分多路复用(OFDM)是现有技术中已知的一种方法，该方法允许把一个高速数字数据流分成一组低速数字数据流，并且各低速数字数据流均被调制单独的数据载波信号。正如在现有技术中已知的，调制的数据载波信号具有不同的载波频率，但载波频率被分隔得很近，使得相邻调制数据载波信号的频谱具有显示的重叠。
由于具有良好的带宽效率潜力和对某些种类的信道损伤的抵抗能力，当前在包含但不仅限于数字音频广播(DAB)和有线调制解调器的广播和有线应用中使用了OFDM。并且，OFDM可以被用于多用户双向通信系统的前向链路。在这些应用中，由于多路调制数据载波信号均是在单个发送器单元中产生的，所以能够轻易地(比如使用离散富立叶变换)控制它们之间的关系。在DAB的情况下，在单个的发送信源中同时产生，累加并广播调制数据载波信号。在通信系统前向链路的情况下，在单个的基单元中同时产生，累加并发送调制数据载波信号。
需要有一种允许在反向链路(用户单元到基单元或多对一的链路)上使用类似于OFDM的，有效利用带宽的频谱重叠发送技术的多用户双向通信系统，其中多路调制数据载波信号不完全从单个的发送器中产生。
图1是关于本发明使用的一个符号脉冲整形函数，gv(t)的最优实施例的简图。
图2是图示基于本发明的两个均具有不同的载波频率但具有重叠的信号频谱的调制数据载波信号的简图，其中调制数据载波信号来自单独两个重叠带宽用户单元，而上述用户单元同时发送一个反向链路信号。
图3是图示基于本发明的多用户双向无线通信系统的简图。
图4是图示基于本发明的，包含一个数字信号处理器/专用集成电路的重叠带宽用户单元的简图。
本发明提供了一个允许在反向链路上使用有效利用带宽的频谱重叠传输的双向通信系统，其中从多个用户单元上同时进行多路反向链路发送，由于上述用户单元的反向链路信号频率频谱可以重叠，所以以后称之为重叠带宽用户单元。当多个用户单元在相同的时隙间隔内进行发送时，在比如一个使用频分多址(FDMA)方法或混合FDMA/TDMA方法的系统中可以同时进行反向链路发送。
通过控制并协调来自分立的重叠带宽用户单元的发送信号的参数，可以避免多个正在发送的重叠带宽用户单元之间的相互干扰。通过允许在双向通信系统的反向链路上进行类似OFDM的频谱重叠发送，本发明允许双向通信系统的反向链路得到与双向通信系统的前向链路类似的带宽效率，假定在双向通信系统的前向链路上使用OFDM。
在本发明中，通过控制并协调反向链路发送信号的参数，可以避免多个正在发送的重叠带宽用户单元在一个类似OFDM的频谱重叠反向链路上发生的相互干扰。下面给出保证避免相互干扰的条件。首先从一个正在发送反向链路信号的重叠带宽用户单元的普通情况出发。反向链路信号是包含一或多个调制数据载波信号的数字调制信号。调制数据载波信号是经过发送单元中的数字信息源调制的载波，其中调制方法可以包含M元正交相移键控(M-PSK)，M元正交调幅(QAM)或任何其它的在现有技术中已知的数字调制方法。在OFDM中，各个载波被通称为副载波或单音(tone)。一个调制数据载波信号有其相应的载波频率，符号时间基准和符号脉冲整形函数。当发生反向链路发送时符号时间基准确定出符号定时。从所有已知的与OFDM兼容的脉冲整形函数中选出一个用来对调制数据载波信号中的符号进行调制的脉冲整形函数。最通用的脉冲整形函数在脉冲整形函数时延内取一个固定值。如果脉冲整形函数在整个脉冲整形过程中保持一个固定值，则该函数被通称为矩形脉冲整形函数。一个脉冲函数gv(t)的最优实施例在下面的等式中被定义，并且在图1，编号100中被示出。
在这个脉冲整形定义中，从0至ts的脉冲整形部分此后被称作有用符号部分，而ts被称作有用符号时延。从ts至Ts的脉冲整形部分是通称为循环扩展，周期扩展或保护间隔的符号扩展部分。循环扩展部分可以被放在有用符号部分之前而不是之后，在这种情况下也可以被称作一个循环前缀。在出现多路径信道的情况下有时在OFDM中使用循环扩展可以改进性能。
考虑一个基于所定义的脉冲整形的OFDM信号。在一个最优实施例中，可以通过单个的基单元在一个前向链路上向多个重叠带宽用户单元发送该信号。下面的等式说明了一个基于所定义的脉冲整形函数gv(t)的OFDM信号，x(t)。N给出用于发送的副载波的数量。Xk，m给出所发送的符号，而A(t)ejΦ(t)给出信道衰减和相位旋转。
由于所有的包含OFDM信号的调制数据载波信号具有相同的符号时间基准并且以1/ts的间隔被加以频率分隔，所以任何的重叠带宽用户单元均能够在不受其它的调制数据载波干扰的情况下检测任意调制数据载波上的数据。通过在一个长度为ts的固定时间窗口上对接收的OFDM信号进行积分来进行这种检测。下面的等式说明了在给定接收OFDM信号x(t)的情况下由第pth个重叠带宽用户单元对第n个符号进行的检测。
现在考虑调制数据载波信号来自两个单独的重叠带宽用户单元的情况，其中每个重叠带宽用户单元均发送一个具有一个调制数据载波信号的反向链路信号，而每个调制数据载波信号均具有不同的载波频率，但具有如图2，编号200所示的重叠信号频谱。在这种情况下，由于重叠带宽用户单元在物理上是分离的，所以它们包含单独的本振频率，时间基准和相位基准。这些局部基准均是建立在各个重叠带宽用户单元中所含的本机振荡器的基础上的。也要注意，由于传播路径的差异，第二个重叠带宽用户单元反向链路信号的衰减和相位旋转不同于第一个单元。可以通过下面的等式表示出在基单元接收的包含来自两个重叠带宽用户单元反向链路信号的总和的一个复合信号。由k＝0标识的等式部分对应于在第一反向链路上发送的信号，而由k＝1标识的等式部分对应于在第二反向链路上发送的信号。时间基准和本振频率基准分别由δk和νk表示。注意，由于等式表示了在基单元接收的信号，所以基单元和两个用户单元之间的任何传播延迟差均是表示时间基准的变量中的一部分。Ak(t)表示信道造成的衰减，ejΦk(t)表示信道或局部相位基准偏移造成的相位旋转。
当基单元试图检测来自第一反向链路的调制数据载波时，通常存在来自第二反向链路的干扰。这种干扰是由两个重叠带宽用户单元的时间基准或本振频率基准的失配造成的。下面的等式说明了对第一反向链路上发送的第n个信号进行的检测，其中假定时间基准同步情况良好并且在本振频率基准之间存在失配。具体地，两个反向链路信号以相同的符号定时到达基单元，但不再以1/ts的整数倍数作为频率分隔的间隔。用数学方式表示，δ0＝0，δ1＝0，ν0＝0并且ν1≠0
假定在从基单元接收的信号的符号定时之间有良好的同步，如下面等式所示如果本振频率基准之间的失配变成0，则前面给出的干扰项会消失
下面的等式说明了针对在第一反向链路上发送的第n个符号所进行的检测，假定两个本振频率基准之间有良好的同步并且在时间基准之间存在失配。两个反向链路信号以1/ts的整数倍数作为频率间隔到达基单元，但不再具有相同的符号定时。用数学方式表示，ν0＝0，ν1＝0，δ0＝0，δ1≠0。
<claim>1.一种用于谱分析中离散Fourier变换的高精度数据处理方法，其特征在于包括下述步骤(1)对连续信号函数f(t)进行离散化抽样，即f^(t)=Σk=0N-1f(t)δ(t-kΔt)]]>这里Δt为抽样间隔，δ(t)为脉冲函数。在本发明中，每一抽样间隔内是用分段线性函数(折线)来逼近原连续信号函数f(t)。(2)对离散的抽样信号f(tk)，首先按经典的FFT计算变换。F^(ωj)=ΔtT0Σk=0N-1f(tk)e-2πiωjtk]]>=1NΣk=0N-1f(tk)e-2πiωjtk]]>以及首尾两点变换F^(t0,tN,ωj)=ΔtT0[f(tN)e-2πiωjtN-f(t0)e-2πiωjt0]]]>=1N[f(tN)e-2πiωjtN-f(t0)e-2πiωjt0]]]>(3)对应于每一ωj，定义相应的“谱修正乘子”C1(ωj)及C2(ωj)为C1(ωj)=(sin(πωjΔt)πωjΔt)2]]>C2(ωj)=12(sin(πωjΔt)πωjΔt)2+12πωjΔt[1-sin(2πωjΔt)2πωjΔt]i]]>(4)将“谱修正乘子”C1(ωj)及C2(ωj)分别作用在经典FFT变换的结果
及首尾两点变换
上就可以得到具有高精度的离散Fourier变换，即F(ωj)=C1(ωj)·F^(ωj)+C2(ωj)·F^(t0,tN,ωj)]]>该式可以计算对应于任意ωj的Fourier变换。(5)对应于高精度离散Fourier变换F(ωj)的逆变换，可用Fourier级数的谐波合成定理来获取，为f(tk)=Σj=-MMF(ωj)·e-2πiωjtk]]>CASE 2-Ts+ts＜δ1＜0
CASE 30＜δ1＜+ts
这三种检测来自第一重叠带宽用户单元的第n个符号的情况可以被总结成下面的等式。
假定两个反向链路信号以1/ts的频率间隔到达基单元，当符号定时的失配接近0时上述等式中的干扰项消失。注意对循环扩展的使用减轻了对两个反向链路发送的符号定时相等的要求。定时基准可以相差一个最多能够达到循环扩展时延的数量。即假定两个反向链路信号以1/ts的频率间隔到达基单元，为使第二反向链路信号不干扰第一反向链路信号，对第二反向链路信号的要求是-Δts＜δ1＜0。
简化上述分析的方面在于分别检查定时基准失配和本振频率基准失配。换而言之，定时基准被设成相同而本振频率基准失配，或者本振频率基准被设成相同而定时基准失配。实际上，定时基准和本振频率基准均需匹配以便基单元能够正确检测不受其它反向链路信号干扰的反向链路信号。
并且，尽管上述分析是针对单个的，来自两个重叠带宽用户单元并且具有接近ts的载波间隔的调制数据载波而给出的，但该分析也适用于具有多于两个的重叠带宽用户单元和接近1/ts的任意整数倍数的载波间隔的情况。
为了避免相互干扰，通信系统必须以一种预定的方式控制各重叠带宽用户单元的本振频率基准和符号时间基准。频率基准的要求是以1/ts的整数倍数的频率间隔来分隔调制数据载波频率。时间基准的要求是所有反向链路信号以相同的符号定时到达基单元，这意味着不管那个用户发送了符号，均在相对于一个基单元符号时钟而言是相同的定时段上开始接收符号。注意，如前面的等式所示，在适当控制频率和符号定时参数的情况下到达基单元的反向链路信号的振幅和相位旋转差不会产生干扰。当前的分析表明，通过在来自单独的重叠带宽用户单元反向链路信号的调制数据载波之间使用一种有1/ts那么少的频率间隔，可以实现一种有效利用带宽的多用户反向链路，并且即使反向链路信号的频谱如图2所示那样发生重叠，也可以避免相互干扰。
下面描述避免在一个类似OFDM的频谱重叠反向链路上的多个正在发送的重叠带宽用户单元之间的相互干扰的方法。为了满足时间基准要求，各重叠带宽用户单元必须从前向链路信号导出一个符号定时基准。可以通过开环或闭环方式来导出该符号定时基准。在一个开环方案中，一个重叠带宽用户单元根据接收的前向链路信号导出一个符号定时基准。在一个最优开环方案中，重叠带宽用户单元根据前向链路信号的定时导出一个反向链路符号定时基准。当解调接收的前向链路信号时，重叠带宽用户单元使用一种在现有技术中已知的符号定时恢复方法确定出接收的前向链路信号的符号定时。接着，根据接收的前向链路信号的符号定时导出的符号定时基准被重叠带宽用户单元用作反向链路信号发送的符号定时基准。注意，正如在现有技术中已知的，用户单元包含一个被用来初始本机符号时钟的本机振荡器，并且根据前向链路信号导出的符号定时基准可被用来修改本机符号时钟。重叠带宽用户单元可以有选择地把反向链路的符号定时基准提前一个数量，该数量等于重叠带宽用户单元发送器和接收器中的模拟和数字处理电路引入的信号延迟。开环符号时间基准方法通常适用于地理范围小的双向通信系统，其中系统覆盖区域内的传播延迟可以忽略。为了能够忽略传播延迟，传播延迟必须大大地小于ts，例如小于ts的1％。
在闭环方案中，前向链路和反向链路均使得重叠带宽用户单元能够导出反向链路符号定时基准。闭环方案的一个最优实施例是定时提前，此后称作闭环定时提前以强调闭环特性。在定时提前方案中，重叠带宽用户单元向基单元发送一个反向链路信号。基单元测量接收的反向链路信号中的符号时间偏移。符号时间偏移是接收的反向链路信号的符号定时和基单元基准期望的接收信号符号定时之间的时间差。基单元计算出需要被引入到重叠带宽用户单元符号定时基准之中以消除符号定时偏移的时间提前量。时间提前量通常等于测量的符号时间偏移。基单元接着通过前向链路向重叠带宽用户单元发送时间提前量。重叠带宽用户单元接收时间提前量并根据所接收的时间提前量调整其发送符号时间基准。被调整的发送符号时间基准被用来确定后续的反向链路发送的符号定时。
为满足重叠带宽用户单元中的频率基准需求，各重叠带宽用户单元必须根据基单元发送的前向链路信号导出一个频率基准。在一个最优实施例中，前向链路信号包含已知的被周期发送的数据部分。重叠带宽用户单元接收前向链路信号并使用已知的数据部分导出一个精确的，被有效锁定到基单元频率基准上的频率基准。合适的，诸如自动频率控制的在重叠带宽用户单元中导出频率基准的方法是在现有技术中已知的。
参照图3，编号300可以更全面地描述本发明。图3图示了基于本发明的多用户双向无线通信系统300。基单元310提供一个服务接入点。基单元310向多个重叠带宽用户单元，其中包括但不仅限于重叠带宽用户单元320和330提供同时服务。在一个最优实施例中，基单元310也提供到另一个诸如PSTN340的网络的连接。从基单元310到一个重叠带宽用户单元的通信链路此后被称作一个前向链路。从一个重叠带宽用户单元到基单元310的通信链路此后被称作一个反向链路。
在一个最优实施例中，基单元310发送的前向链路信号中包含一个OFDM信号。在这个最优实施例下，数据流被从PSTN 340馈送到基单元310。在基单元310中，数据流被分成若干个低数据速率流，其中各个低数据速率流均使用OFDM调制一个单独的数据载波信号。在一个最优实施例中，使用以后被称作IFFT的快速富立叶逆变换以数字方式进行这种调制。在一个可选的实施例中，可以以模拟方式进行这种调制。基单元310从重叠带宽用户单元接收一个包含多个反向链路信号的复合信号，并且检测各重叠带宽用户单元的反向链路信号。在本发明中，可以用一个OFDM解调器/检测器实现对反向链路信号的解调/检测。
在图3，编号300的实施例中，多个重叠带宽用户单元包含两个重叠带宽用户单元320和330。但是，本发明完全适用于包含大量重叠带宽用户单元的系统。多个重叠带宽用户单元接收前向链路信号并且根据前向链路信号导出一个频率基准。各个重叠带宽用户单元最好是使用在现有技术中已知的一种自动频率控制来导出频率基准。如前所述，各个重叠带宽用户单元也根据前向链路信号导出一个符号定时基准。
多个重叠带宽用户单元使用一个基于从前向链路信号导出的符号定时基准的符号定时同时向基单元发送反向链路信号，其中多个反向链路信号的频谱是重叠的。各反向链路信号包含一或多个调制数据载波信号。
在一个最优实施例中，从一组允许的反向链路载波频率中选出反向链路调制数据载波的载波频率。这组允许的载波频率受某些因素的影响，这些因素包含系统频段分配和系统中可用反向链路发送的带宽。以1/ts的整数倍的载波间隔对这组允许的反向链路载波频率加以分隔，其中ts是反向链路有用符号时延。这组被分隔的载波频率构成了一个载波频率“网格”。最好是在基单元和重叠带宽用户单元中预定，存储并标出载波频率的网格值。
反向链路调制数据载波信号的精确度依赖于重叠带宽用户单元的频率基准的精确度。重叠带宽用户单元频率基准的精确度通常依赖于重叠带宽用户单元中的本机振荡器的精确度。最好是以前述方式，通过使用自动频率控制从前向链路信号导出一个频率基准来消除本机振荡器的非精确性。由于根据前向链路信号导出频率基准，所以重叠带宽用户单元产生的调制数据载波的载波频率会与基单元中的载波频率网格的元素相吻合。
可以通过多种方式确定具体的重叠带宽用户单元用于其本身的反向链路调制数据载波的特定载波频率。在一个最优实施例中，基单元在所发送的前向链路信号中包含来自上述允许反向链路载波频率组的，可以使用的(即载波频率当前未被一个重叠带宽用户单元使用)一列反向链路载波频率。重叠带宽用户单元从这列频率中选出用于其反向链路调制数据载波的反向链路载波频率。独立的重叠带宽用户单元用于反向链路发送的载波频率互不相同，从而避免出现独立的重叠带宽用户单元的信号频谱直接吻合的情况。
如果重叠带宽用户单元反向链路信号包含多个调制数据载波，则多个调制数据载波中至少一部分载波最好是使用现有技术中已知的离散富立叶逆变换(IDFT)，以数字方式产生的载波。正如在现有技术中已知的，利用快速富立叶逆变换可以有效地实现IDFT。
在本发明的另一个最优实施例中，重叠带宽用户单元在调制数据载波信号的脉冲整形函数中还包含一个循环扩展部分。参照前面导出的等式，可以发现当在基单元上接收的反向链路信号的符号定时差值达到Δts的最大值时，一个循环扩展部分时延Δts消除了反向链路信号中的相互干扰。这样，即使是在重叠带宽用户单元的符号时间基准中存在一定的非精确性的情况下，循环扩展也可以使得能够避免相互干扰。本发明的另一个最优实施例包含使用反向链路功率控制。如上所述，如果适当地控制各个重叠带宽用户单元的符号时间基准和频率基准，则可以避免重叠带宽用户单元发送反向链路的中的相互干扰。但是，如果没有适当地控制重叠带宽用户单元的时间和频率基准，则会出现相互干扰。在这种情况下，正如前面的等式所指出的，干扰量与反向链路信号的振幅相关。如果某些重叠带宽用户单元反向链路信号以大于其它重叠带宽用户单元反向链路信号的振幅到达基单元，则干扰量会显著增加。因而在参数不匹配的情况下反向链路功率控制对于限制干扰水平是有用的。反向链路功率控制方法是现有技术中已知的。在一个最优反向链路功率控制方法中，重叠带宽用户单元根据基单元的预定基准反向链路期望接收功率来调整反向链路发送功率。在这个方案中，基单元把接收反向链路信号功率与期望的反向链路信号功率相比较。如果接收功率根本不接近期望功率，则基单元确定是否需要增加或减少重叠带宽用户单元发送功率以便使接收功率更接近期望的功率。根据接收功率小于还是大于期望功率，基单元通过前向链路相应地向重叠带宽用户单元发送一个功率增加或功率减少消息。
参照图3，下面进一步描述重叠带宽用户单元320。重叠带宽用户单元320包含一个接收器326，一个重叠带宽发送器325，一个频率基准导出单元322和一个符号时间基准导出单元321。接收器326和重叠带宽发送器325与一个用于无线通信的天线相连。在一个可选的包含一个有线通信系统的实施例中，重叠带宽发送器和接收器与通信系统接线设施相连。
接收器326被用来接收基单元310发送的前向链路信号。接收器326最好是对接收信号进行滤波，放大和下变转换。接收器326最好还把接收信号转换成数字形式并且检测接收信号中包含的信息。前向链路信号最好包含一个OFDM信号，并且最好是根据离散富立叶变换(DFT)来进行检测，正如在现有技术中已知的，利用快速富立叶变换(FFT)可以有效地实现DFT。
重叠带宽发送器325被用来向基单元310发送反向链路信号。所发送的反向链路信号包含一或多个具有不同的载波频率的调制数据载波信号。前面已描述了确定调制数据载波信号的载波频率的最优方法。如果重叠带宽用户单元反向链路信号包含多个调制数据载波，则多个调制数据载波中至少一部分载波最好是使用现有技术中已知的离散富立叶逆变换(IDFT)，以数字方式产生的载波。正如在现有技术中已知的，利用快速富立叶逆变换可以有效地实现IDFT。重叠带宽发送器325最好把数字形式的调制数据载波总和转换成模拟信号，并且对信号进行滤波，上变转换和放大以便进行发送。反向链路信号的频谱扩展到了可以被其它的，诸如重叠带宽用户单元330的重叠带宽用户单元以和图1中所示的方式类似的方式使用的频段区域。正如前面的等式所指出的，尽管反向链路信号的频谱扩展到了可以被其它的重叠带宽用户单元使用的频段区域，重叠带宽用户单元320不会干扰其它的反向链路通信。
频率基准导出单元322根据接收的前向链路信号导出频率基准，并且部分根据所导出的频率基准确定出反向链路信号的一或多个调制数据载波信号的载波频率。在一个最优实施例中，前向链路信号包含已知的，被周期性地发送的数据部分。重叠带宽用户单元接收前向链路信号并使用已知的数据部分导出一个精确的，被有效地锁定到基单元频率基准的频率基准。诸如自动频率控制的，用来导出重叠带宽用户单元中的频率基准的适当方法在现有技术中是已知的。前面已经描述了通过从一组允许的反向链路载波频率中选择载波频率来确定反向链路信号的载波频率的最优方法。
在另一个最优实施例中，基单元310测量反向链路信号中的频率偏移，并且通过前向链路向用户单元发送一个频率调整消息。符号时间基准导出单元321根据前向链路信号导出一个符号定时基准，并且根据所导出的符号定时基准调整反向链路发送信号的符号定时。如上所述，通过开环或闭环方法可以导出符号定时基准。
在一个最优开环方案中，重叠带宽用户单元根据接收的前向链路信号的符号定时导出反向链路符号定时基准。在解调接收的前向链路信号时，重叠带宽用户单元使用一种在现有技术中已知的符号定时恢复方法确定出接收的前向链路信号的符号定时。接着根据接收的前向链路信号的符号定时导出的符号定时基准被重叠带宽用户单元用作反向链路信号发送的符号定时基准。可选地，重叠带宽用户单元可以把反向链路的符号定时基准提前一个量值，该量值等于重叠带宽用户单元发送器和接收器中的模拟和数字处理链所引入的信号延迟。
开环符号时间基准方法通常适用于地理范围较小的双向通信系统，其中系统覆盖范围内的传播延迟可以忽略。为了能够忽略延迟，传播延迟必须大大小于ts，例如小于ts的1％。
闭环时间基准导出方法的一个最优实施例是定时提前，此后称作闭环定时提前以强调闭环特性。在闭环定时提前中，重叠带宽用户单元向基单元发送一个反向链路信号。基单元测量接收的反向链路信号中的符号时间偏移。符号时间偏移是接收的反向链路信号的符号定时和基单元基准期望的接收信号符号定时之间的时间差。基单元计算出需要被引入到重叠带宽用户单元符号定时之中以消除符号时间偏移的时间提前量。该时间提前量通常等于测量的符号时间偏移。基单元接着通过前向链路向重叠带宽用户单元发送时间提前量。重叠带宽用户单元接收时间提前量并且符号时间基准导出单元321根据所接收的时间提前量调整后续反向链路发送信号的符号定时。
在另一个最优实施例中，用户单元320额外包含一个循环扩展单元324。循环扩展单元324被用来扩展数据符号的时延，这些数据符号对反向链路信号的调制数据载波进行调制。如前所述，经过扩展的符号包含一个有用符号部分和一个符号扩展部分。在一个最优实施例中，重叠带宽用户单元反向链路信号包含多个调制数据载波，而多个调制数据载波最好是使用离散富立叶逆变换(IDFT)以数字方式产生的载波，正如在现有技术中已知的，利用快速富立叶逆变换可以有效地实现IDFT。正如在现有技术中已知的，通过首先复制一部分IDFT输出向量并接着把复制的向量部分附在初始的IDFT输出向量上，循环扩展单元324的一个最优实施例为调制数据载波群产生符号扩展部分。
参照前面导出的等式，可以发现当在基单元上接收的反向链路信号的符号定时差值达到Δts的最大值时，一个循环扩展部分时延Δts消除了反向链路信号中的相互干扰。这样，即使是在重叠带宽用户单元的符号时间基准中存在一定的非精确性的情况下，循环扩展也可以使得能够避免相互干扰。但是，正如在现有技术中已知的，循环扩展以和循环扩展的时延成比例的方式减少了系统带宽效率，因而应当尽量把循环扩展部分控制在必要的程度上。
在另一个最优实施例中，用户单元320额外包含一个功率控制单元323，该单元根据基单元的一个预定基准反向链路期望接收功率调整反向链路信号的发送功率。基单元把接收反向链路信号功率与期望的反向链路信号功率相比较。如果接收功率根本不接近期望功率，则基单元确定是否需要增加或减少重叠带宽用户单元发送功率以便使接收功率更接近期望的功率。根据接收功率小于还是大于期望功率，基单元通过前向链路相应地向重叠带宽用户单元发送一个功率增加或功率减少消息。接着功率控制单元根据功率调整消息调整后续的反向链路发送的反向链路发送功率。
如图4，编号400所示，符号时间基准导出单元321，频率基准导出单元322，功率控制单元323和循环扩展单元324可以被实现在硬件或软件和硬件的组合之中。硬件实现最好包含一个专用集成电路(ASIC)。组合软件/硬件实现最好包含一个执行存储程序的数字信号处理器(DSP)。
现在回到图3的基单元310，基单元310包含一个发送前向链路信号的发送器315；一个接收器316，该接收器接收针对多个反向链路信号的复合信号，而多个反向链路信号来自包含但不仅限于重叠带宽用户单元320和330的重叠带宽用户单元；和一个重叠信号频谱检测器314，该检测器检测来自多个重叠带宽用户单元中的每一个单元的发送信号，以便保证使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱来进行通信。
接收器316最好是对复合接收信号进行滤波，放大和下变转换。接收器316最好也通过一个模数转换器把接收信号转换成数字形式并且把数字形式的信号传送到重叠信号频谱检测器314。重叠信号频谱检测器314在把检测出的反向链路信号传送到公共交换电话网340之前从包含多个反向链路信号的复合接收信号中检测并分离出单个的反向链路信号。最好是根据离散富立叶变换(DFT)从复合接收信号中检测出单个的反向链路信号，正如在现有技术中已知的，利用快速富立叶变换(FFT)可以有效地实现DFT。
基/顶端单元310的另一个最优实施例包含一个接收符号定时偏移计算器311，该计算器测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的符号定时偏移，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的符号定时基准调整值。
基单元310的另一个最优实施例包含一个功率测量控制单元313，该单元测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的信号功率，比较信号功率和期望的信号功率，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的发送功率调整值。基单元310的另一个最优实施例包含一个频率偏移测量单元312，该单元测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的频率偏移，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的频率偏移调整值。
权利要求
1.一种能够有效利用带宽的多用户数字通信系统，其中包含1A)一个基/顶端单元，该单元用于发送前向链路信号及接收包含多个来自多个重叠带宽用户单元的信号的复合信号并且检测出来自多个重叠带宽用户单元中的第一个单元的发送信号；1B)所述多个重叠带宽用户单元，其中各个重叠带宽用户单元接收前向链路信号，至少根据前向链路信号导出一个频率基准，并且至少根据前向链路信号导出一个符号定时基准，多个重叠带宽用户单元均向基/顶端单元发送反向链路信号，基/顶端单元接收反向链路信号的复合反向链路信号，反向链路信号均包含至少一个调制数据载波，并且各个反向链路信号具有不同的载波频率，被发送的反向链路信号均具有和符号定时基准相应的一个符号定时，并且反向链路信号的频率谱是重叠的，以便能够使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱来进行多用户反向链路通信。
2.如权利要求1所述的能够有效利用带宽的多用户数字通信系统，其中至少包含2A-2F中的一点2A)使用自动频率控制根据前向链路信号的载波频率导出频率基准；2B)在重叠带宽用户单元中还包含一个扩展反向链路信号的符号时延的符号循环扩展单元；2C)根据前向链路信号的符号定时导出符号定时基准；2D)根据闭环定时提前导出符号定时基准并且用户单元收发器包含一个定时提前单元，在进行发送时，该单元根据基/顶端收发器的时基基准调整用户单元的反向链路信号发送时间；2E)各个重叠带宽用户单元包含一个功率控制单元，该单元根据基/顶端单元的预定基准反向链路期望接收功率来调整反向链路信号的发送功率；2F)根据前向链路信号中的频率校正消息导出频率基准。
3.能够有效利用带宽的多用户数字通信系统中的一个重叠带宽用户单元，其中一个基/顶端单元发送前向链路信号，接收来自重叠带宽用户单元的多个信号的复合信号并检测出多个重叠带宽用户单元中的每一个单元的发送信号，而重叠带宽用户单元接收前向链路信号，重叠带宽用户单元包含3A)一个接收前向链路信号的接收器；3B)一个重叠带宽发送器，该发送器与一个频率基准导出单元和一个符号时间基准导出单元相连，并且发送至少包含一个调制数据载波信号的反向链路信号，而反向链路信号频谱重叠频率接近一个载波频率，该载波频率不同于用于反向链路信号中的调制数据载波的载波频率；3C)与接收器相连的频率基准导出单元，该单元至少根据前向链路信号产生一个导出的频率基准，并且部分根据所导出的频率基准确定出反向链路信号的至少一个调制数据载波信号的载波频率；3D)与接收器和频率基准导出单元相连的符号时间基准导出单元，该单元至少根据前向链路信号导出一个符号定时基准，并且根据所导出的符号定时基准调整反向链路发送信号的符号定时；以便能够使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱进行多用户反向链路通信。
4.如权利要求3所述的能够有效利用带宽的多用户数字通信系统的重叠带宽用户单元，其中至少包含4A-4E中的一点4A)其中频率基准导出单元使用自动频率控制根据前向链路信号的载波频率导出基准频率；4B)在重叠带宽用户单元中还包含一个扩展反向链路信号的符号时延的符号循环扩展单元；4C)其中符号定时基准导出单元根据前向链路信号的符号定时导出符号定时基准；4D)其中符号定时基准导出单元根据闭环定时提前导出符号定时基准；4E)其中重叠带宽用户单元包含一个功率控制单元，该单元根据基/顶端单元的预定基准反向链路期望接收功率来调整反向链路信号的发送功率。
5.一个能够有效利用带宽的多用户数字通信系统的基/顶端单元，该系统包含多个重叠带宽用户单元，其中各个重叠带宽用户单元接收前向链路信号，根据前向链路信号导出一个频率基准，并且均向基/顶端单元发送至少包含一个调制数据载波的反向链路信号，各个反向链路信号具有不同的载波频率，被发送的反向链路信号均具有至少部分地基于符号定时基准的一个符号定时，并且反向链路信号的频谱是重叠的，其中包含5A)一个与重叠发送信号频谱检测器相连的发送器，该发送器发送前向链路信号；5B)一个接收器，该接收器接收来自重叠带宽用户单元的多个反向链路信号的复合信号；5C)与接收器相连的重叠发送信号频谱检测器，该检测器检测出来自多个重叠带宽用户单元中的每一个单元的发送信号；以便能够使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱进行通信。
6.如权利要求5所述的能够有效利用带宽的多用户数字通信系统的基/顶端单元，其中至少包含6A-6E中的一点6A)在重叠带宽用户单元中还包含一个扩展反向链路信号的符号时延的符号循环扩展单元；6B)还包含一个接收符号定时偏移计算器，该计算器测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的符号定时偏移，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的符号定时基准调整值；6C)重叠带宽用户单元符号定时基准导出单元根据闭环定时提前导出一个符号定时基准；6D)还包含一个功率测量控制单元，该单元测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的信号功率，比较信号功率和期望的信号功率，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的反向链路发送功率调整值。6E)还包含一个频率偏移测量单元，该单元测量一个重叠带宽用户单元发送的接收反向链路信号的频率偏移，并且产生一个通过前向链路发送到用户单元的反向链路频率偏移调整值。
7.用于能够有效利用带宽的多用户数字通信系统中的一个重叠带宽用户单元的数字信号处理器/专用集成电路，其中一个基/顶端单元发送前向链路信号，接收来自重叠带宽用户单元的多个信号的复合信号并检测出多个重叠带宽用户单元中的每一个单元的发送信号，而重叠带宽用户单元接收前向链路信号，数字信号处理器/专用集成电路包含7A)一个与接收器相连的频率基准导出单元，该单元至少根据前向链路信号来产生一个导出频率基准，并且部分地根据所导出的频率基准确定出一个反向链路信号中至少一个调制数据载波信号的载波频率，其中该反向链路信号包含至少一个调制数据载波信号，而反向链路信号频谱重叠频率接近一个载波频率，该载波频率不同于用于反向链路信号中的调制数据载波的载波频率；7B)一个与接收器相连的符号时间基准导出单元，该单元至少根据前向链路信号来导出一个符号定时基准，并且根据所导出的符号定时基准来调整反向链路发送信号的符号定时；以便能够使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱进行多用户反向链路通信。
8.如权利要求7所述的用于能够有效利用带宽的多用户数字通信系统中的一个重叠带宽用户单元的数字信号处理器/专用集成电路，其中至少包含8A-8E中的一点8A)频率基准导出单元使用自动频率控制根据前向链路信号的载波频率导出频率基准；8B)在重叠带宽用户单元中还包含一个扩展反向链路信号的符号时延的符号循环扩展单元；8C)符号定时基准导出单元根据前向链路信号的符号定时导出符号定时基准；8D)符号定时基准导出单元根据闭环定时提前导出符号定时基准；8E)重叠带宽用户单元包含一个功率控制单元，该单元根据基/顶端单元的预定基准反向链路期望接收功率来调整反向链路信号的发送功率。
9.在重叠带宽用户单元中提供能够有效利用带宽的多用户数字通信的方法，其中一个基/顶端单元发送前向链路信号，接收来自重叠带宽用户单元的多个信号的复合信号并检测出多个重叠带宽用户单元中的每一个单元的发送信号，而重叠带宽用户单元接收前向链路信号，该方法包括的步骤有9A)接收前向链路信号；9B)发送至少包含一个调制数据载波信号的反向链路信号，而反向链路信号频谱重叠频率接近一个载波频率，该载波频率不同于用于反向链路信号中的调制数据载波的载波频率；9C)至少根据前向链路信号产生一个导出的频率基准，并且部分根据所导出的频率基准确定出反向链路信号的至少一个调制数据载波信号的载波频率；9D)至少根据前向链路信号导出一个符号定时基准，并且根据所导出的符号定时基准调整反向链路发送信号的符号定时；以便能够使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱进行多用户反向链路通信。
10.如权利要求9所述的方法，其中至少包含10A-10E中的一点10A)使用自动频率控制根据前向链路信号的载波频率导出频率基准；10B)在重叠带宽用户单元中还包含使用一种扩展反向链路信号的符号时延的符号循环扩展；10C)根据前向链路信号的符号定时导出符号定时基准；10D)根据闭环定时提前导出符号定时基准；10E)还包含一种功率控制，这种功率控制根据基/顶端单元的预定基准反向链路期望接收功率来调整反向链路信号的发送功率。
全文摘要
本发明针对有效利用带宽的多用户数字通信系统提供了一种方法,系统,用户单元和基/顶端单元,上述通信系统允许使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱进行多用户反向链路通信。重叠带宽用户单元接收前向链路信号,根据前向链路信号导出频率基准和符号定时基准,并且向基/顶端单元发送反向链路信号,而基/顶端单元接收反向链路信号的复合反向链路信号。反向链路信号均包含至少一个具有不同载波频率的调制数据载波。被发送的反向链路信号均具有一个对应于符号定时基准的符号定时,并且在使用至少两个重叠带宽用户单元的重叠发送信号频谱的情况下反向链路信号的频谱发生重叠。
文档编号H04B1/40GK1189939SQ97190445
公开日1998年8月5日 申请日期1997年4月11日 优先权日1997年4月11日
发明者克文·保姆, 尼克黑尔·S·那高达, 罗格·劳林·彼特森, 詹姆斯·罗伯特·克尔顿 申请人:摩托罗拉公司