专利名称：实现宏分集的方法
技术领域：
本发明涉及蜂窝无线网中一种实现宏分集的方法，该蜂窝无线网在其每个小区中都有至少一个与其区域内的用户终端通信的基站，在这种方法中，在基站与终端之间提供了一些分组交换连接，这些连接包括实际业务信道和单独的控制信道，而在信号传输中，终端采用了IQ调制，在该调制中，业务和控制信道被复用以便以不同的支路被发送，并且终端可同时与一个以上的基站通信。
本发明尤其适用于采用码分多址的蜂窝无线系统。CDMA是一种基于扩频技术的多址联接方法，并且，除了现有的FDMA和TDMA方法外，近来CDMA也已应用于蜂窝无线系统。
在普通移动电话环境中，基站与移动台之间的信号在发射机与接收机之间通过多条路径传播。这种多径传播主要是由环境表面对信号的反射所造成的。通过不同路径传播的信号由于不同的传播延时会在不同的时刻到达接收机。在CDMA中，在信号接收时，多径传播可以如同分集一样地被应用。传输中所用的扩展码的自相关特性可使不同的延时分量彼此分离。广泛采用的CDMA接收机方案是多支路瑞克接收机结构，在该结构中，使每个不同支路都与一个已通过不同路径传播的信号分量同步。一个数字接收机单元由若干个瑞克支路组成，而每个支路都是一个独立的接收机单元，换言之，其任务是要将一个接收信号分量去扩展和解调。这种CDMA接收机其优点在于，可将不同数字接收机单元的信号合成，从而得到一个质量好的信号。
在CDMA系统中，还可以应用软越区切换，其中移动台可同时与多个基站通信。这也可以称为宏分集。因此，越区切换期间移动台的连接质量仍较高，用户不会注意到连接中断。在常规宏分集中，在下行链路传输方向(从基站到终端)，两个或多个基站发送相同的信号。由于这些基站采用同一频率，因此终端可能同时接收来自一个以上发射机的信号。利用不同的瑞克支路，来自不同基站的信号就象延时分量一样被分离。在上行链路传输方向(从终端到基站)，两个或多个基站接收终端发送的同一信号。这些信号在同一信号路径上的第一公共点被合成。宏分集使得能达到最佳功率控制，这可使网络的干扰电平最小，从而使网络容量最大。
线路交换是一种将预定量的传输容量分配给连接来建立用户之间的连接的方法。在整个连接期间，传输容量只分配给所述连接。因此，一些已知的移动电话系统，例如基于GSM的GSM 900/DCS1800/PCS1900系统以及采用CDMA技术的美国IS95无线系统，都基于线路交换。
分组交换是一种以分组形式发送数据来建立用户之间的连接的方法，其中分组除了包括实际信息外，还包括地址和控制信息。多个连接可同时使用同一数据链路。分组协议常采用一种ARQ协议。该ARQ协议(自动请求重发)是指一种试图通过重发所发送的信息来提高所要发送的数据的可靠性的方法。根据这种协议，如果接收机认为所接收数据不可靠，那么接收机向发送机发送一个数据重发请求。数据的不可靠性例如可通过检验所接收分组的检验和的方式来检测。
近年来，分组交换无线系统的应用尤其在数据传输中的应用已成为一项研究课题，因为，分组交换方法很适合于数据传输，这里所要发送的数据是以例如交互式软件应用所需的脉冲串形式产生的。在这种情况下，在整个连接期间不必预备数据链路，分组传输期间除外。这样，无论在网络的构造阶段还是在网络运行阶段都大大节省了费用和容量。
当分组交换连接应用于CDMA系统时，实现宏分集存在问题。在分组交换连接中，业务不是连续的而是以脉冲串形式出现。在常规的宏分集中，尤其在基站到终端的传输方向，来自多个基站的传输产生很多干扰，并且难以控制各个基站之间分组的重发。因此，分组交换连接可用现有技术方案而不用宏分集来实现。由于不采用宏分集，所有越区切换都必须以所谓的硬越区切换形式来实现，在这种硬越区切换中，到原基站的连接中断后才建立到新基站的连接。这带来了一些问题，尤其在选择新基站时和尤其在覆盖区的边界处的功率控制中问题更大。
本发明的目的是，提供一种方法来解决上述问题。这可用引言中提出的那种方法来实现，这种方法其特征在于，在终端与仅一个基站之间保持实际业务信道连接，还在于，在终端与一个以上基站之间同时保持控制信道连接。
本发明的方法提供了许多优点。本发明使得能达到最佳功率控制，并使得总能在给定时刻将最佳连接分配给分组业务。另外，在本系统中，由于在基站到终端的传输方向上业务较少，因此可减小分组业务所造成的干扰。显然，还可以实现自动请求重发ARQ协议。再者，由于控制信道连接提供了到基站的链路，因此向分组信道连接的越区切换能快速可靠地被实现。
下面，参照附图通过一些优选实施方式来详述本发明，其中
图1示出了能应用本发明方案的蜂窝无线系统，图2a和2b说明了终端传输的实现，和图3a和3b说明了基站传输的实现。
首先来讨论图1，该图示出了可采用本发明方法的蜂窝无线系统。该无线系统包括与用户终端106至110通信的基站100至104。基站控制器112控制一个或多个基站的操作。在无线系统中，在基站与用户终端之间，利用业务和控制信道来发送用户的语音和数据业务。基站控制器112将业务发送到移动业务交换中心114，业务再通过该移动业务交换中心转发到固定网或转发到无线系统的其他部分。
在图中所示的情形中，终端106具有一个没有利用宏分集的与基站100的连接116。终端108具有与三个基站100、102和104的宏分集连接118到122。终端110具有与两个基站100和104的宏分集连接124、126。
终端与基站利用业务和控制信道相互通信。业务信道用于发送实际呼叫的有效负载信息，如语音或数据。控制信道用于发送与呼叫保持有关的信息，如功率控制命令和功率控制测量结果。在多速率数据系统中，控制信道用于发送有关业务信道所要求的传输速率的信息。
在能很好地应用本发明方法的蜂窝无线系统中，业务信道采用分组型协议。在信号传输中，终端采用IQ调制，其中业务和控制信道被复用以便以不同的支路被发送。下面来讨论图2a，该图说明了终端的业务信道和控制信道信号的传输。在图2a的例子中，业务信道信息以I支路来发送，而控制信道信息以Q支路来发送。所要发送的业务信道信息200输入到乘法器204，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CD。相应地，控制信道信息202输入到第二乘法器206，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CC。当采用偏置调制时，相乘后的控制信道信号还输入到延时装置208，该延时装置通常将该信号延时半个码片的时长，即一个扩展码比特的时长。信道化扩展码CD和CC彼此不同。这些相乘后的信号在加法器210中被合成，从而得到一个I+jQ形式的合成复合信号。
复合I+jQ信号输入到第三乘法器212，该乘法器将该信号乘以一个通常为短扩展码的加扰扩展码CS。最好利用例如公布“Adachi，F.，Sawahashi，M.，Okawa，K.，‘Tree-structured generationof ortbogonal spreading codes with different lengths for forward linkof DS-CDMA mobile’，Electronics Letters，Vol.33，No.1，pp.27-28”中所述的正交可变扩展因数技术，来选定这些信道化和加扰扩展码。在特定小区内，在每个终端中，加扰扩展码彼此不同。信号从乘法器212输出后被分支，然后经滤波器214和216输入到乘法器218和220，乘法器218和220分别将信号乘以载频余弦和正弦函数。所得到的调制实和虚信号在加法器222中被合成后，再输入到发射机的其他部分，例如经放大器到天线(图中未示出)。终端的细节可能不同于上述方案，这对熟练技术人员而言是显而易见的。以上描述仅仅说明了IQ调制的一种可行的实现方案。
图2b示出了一个与图2a中所示例子类似的例子，只是没有采用偏置调制。在这种情况下，终端不包括延时装置208。在其他方面，该装置的结构如上所述。
在本发明的宏分集方案中，实际业务信道连接即分组交换连接在终端与仅一个基站之间被保持，而控制信道连接可同时在终端与一个以上基站之间被保持。然而，终端只发送一个信号，其中，业务信道和控制信道信息被分为I和Q支路，如上所述。每个与终端通信的基站接收同样的信号，但在本发明的方案中，以不同的方式处理接收信号。
现在再来考查图1。假定在图中所示的情形中，终端110具有与两个基站100和104的宏分集连接。再者，还假定基站100保持与终端110的业务信道连接。基站104只有一个与终端110的控制信道连接。
根据本发明的一个优选实施方式，与终端有业务信道连接的基站即图1例子中的基站100接收来自终端的信号124，并将业务信道和控制信道信号解调。在基站中，对业务信道分组进行纠错，另外，还在这种情况下，基站负责产生一个发给终端的错误分组的重发请求。基站100将解码后的业务信道分组转发到网络的其他部分。
在反向传输方向，基站100将业务信道和控制信道信息发送到终端110。下面来讨论图3a，该图示出了基站100的业务信道和控制信道信号的传输。在基站100中，对业务和控制信道进行常规IQ调制。以I支路发送的业务信道信息300输入到乘法器304，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CD。相应地，控制信道信息302输入到第二乘法器306，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CC。所得到的信号输入到第一加法器312，该加法器将这些信号合成。以Q支路发送的业务信道信息300输入到乘法器308，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CD。相应地，控制信道信息302输入到第二乘法器310，该乘法器将该信息乘以一个信道化扩展码CC。所得到的信号输入到第二加法器314，该加法器将这些信号合成。合成后的Q支路信号再输入到延时装置310，该延时装置通常将该信号延时半个码片的时长，即一个扩展码比特的时长。换言之，需要偏置调制。I和Q支路信号输入到第三加法器318，该加法器将这些信号合成，从而得到一个I+jQ形式的复合信号320，然后如图2所述那样，将该信号乘以一个加扰扩展码而被调制。对所有用户而言，加扰扩展码都是一样的。如以上情况中那样，信道化扩展码CD和CC彼此不同。不同用户的码也彼此不同。
图3b示出了一个与图3a中所述例子类似的例子，只是没有采用偏置调制。在这种情况下，从第二加法器314得到的信号直接输入到第三加法器318，而没有将信号输入到两者之间的延时装置。这种实施方式比图3a的方案略有利于实现。
根据本发明的一种优选实施方式，与终端有控制信道连接的基站即图1例子中的基站104接收来自终端的信号126，该信号包括业务信道和控制信道信号，但基站104只解调控制信道信号而不解调业务信道信息。功率控制仅根据控制信道信息进行。在反向传输方向，基站只发送控制信道信号。调制如图3中所述那样进行，只是没有数据信号。
根据本发明的另一种优选实施方式，与终端有控制信道连接的基站即图1例子中的基站104接收业务信道和控制信道信号，但既解调将业务信道信号又解调控制信道信号。功率控制仅根据控制信道信息进行。基站检测来自业务信道信息的分组的正确性，但不将这些分组转发到网络的其他部分。只将错误分组数报告给终端或通过基站交换中心报告给网络。在反向传输方向，基站只发送控制信道信号。调制如图3中所述那样进行，只是没有数据信号。
根据本发明的第三种优选实施方式，与终端有控制信道连接的基站即图1例子中的基站104接收业务信道和控制信道信号，但既解调将业务信道信号又解调控制信道信号。功率控制仅根据控制信道信息进行。基站检测来自业务信道信息的分组的正确性，并在预定时间内存储这些分组，但不自动将这些分组转发到网络的其他部分。只将错误分组数报告给终端或通过基站交换中心报告给网络。如果网络发送一个请求，那么，只要该请求在存储时间内达到，基站就将分组发送到基站控制器。在反向传输方向，基站只发送控制信道信号。调制如图3中所述那样进行，只是没有数据信号。
参照图1，于是终端104接收来自两个基站100和104的信号。基站100的信号包括业务信道和控制信道信号，而基站104的信号只包括控制信道信号。由于终端与基站104有控制信道连接，因此，需要的话，它能完成从基站100到基站104的快速业务信道越区切换。越区切换能迅速完成，这是因为，基站104不必与终端传输同步和搜索扩展码，因为控制信道连接已使得能执行这些操作。
例如，对于不连续传输，所述IQ复用尤其有利于终端的传输。在基站传输中，不连续传输的脉冲发生并不重要，因为，基站传输还包括其他信道，因此具有连续的包络。在本发明的方案中，基站传输还可以采用常规QPSK调制，在这种调制中，与终端传输不同，控制信道信息和业务信道信息被时分复用成一个QPSK信号。如果需要控制连接，那么其他基站在传输中只发送控制码元而不发送数据码元，而既有业务连接又有控制连接的基站则发送完整的信号。在控制连接的另一种实现方式中，基站以常规方式向终端发送控制码元，而业务信道码元则以相当低的功率电平来发送。
尽管以上参照附图中所示的例子阐述了本发明，显然，本发明并不局限于此，而可以在附属权利要求书中所阐述的本发明思想的范围内以多种方式修改。
权利要求
1.蜂窝无线网中一种实现宏分集的方法，该蜂窝无线网在其每个小区中都有至少一个与其区域内的用户终端(106至110)通信的基站(100至104)，在这种方法中，在基站与终端之间提供了一些分组交换连接(116至126)，这些连接包括实际业务信道和单独的控制信道，而在信号传输中，终端采用了IQ调制，在该调制中，业务和控制信道被复用以便以不同的支路被发送，并且终端可同时与一个以上的基站通信，其特征在于，在终端与仅一个基站之间保持实际业务信道连接，还在于，在终端与一个以上基站之间同时保持控制信道连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对控制信道连接进行测量，还在于，根据控制信道连接的测量结果，来选择以业务信道与终端通信的基站。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在终端中，通过以I支路发送业务信道而以Q支路发送控制信道的方法，来复用业务和控制信道。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，首先将业务信道和控制信道均乘以一个特定的信道化扩展码，然后将控制信道信息转换成复数形式，还在于，将业务信道信息和控制信道信息合成，还在于，将合成信号乘以一个普通扩展码。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有业务信道连接的基站接收和解调业务信道和控制信道信号，对业务信道分组进行纠错，将接收到的业务信道分组转发到网络的其他部分，并负责产生一个错误分组的重发请求。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有业务信道连接的基站将业务信道分组和控制信道信号都发送到终端。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有控制信道连接的基站接收业务信道和控制信道信号，并只解调控制信道信号。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有控制信道连接的基站接收和解调业务信道和控制信道信号，计算错误分组数，并将有关错误分组的信息转发到网络的其他部分。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，与终端有控制信道连接的基站在预定时间内存储所接收的分组，并且如果网络发送一个传输请求，则将这些分组转发到网络的其他部分。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有控制信道连接的基站只将控制信道信号发送到终端。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有业务连接的基站发送同一信道上所复用的业务信道和控制信道信号，还在于，与终端有控制信道连接的基站只将控制信道信号发送到终端而暂停业务信道码元的传输。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，与终端有业务连接的基站发送同一信道上所复用的业务信道和控制信道信号，还在于，与终端有控制信道连接的基站将控制信道信号发送到终端并以相当低的功率电平来发送业务信道码元。
全文摘要
本发明涉及蜂窝无线网中一种实现宏分集的方法,该蜂窝无线网在其每个小区中都有至少一个与其区域内的用户终端(106至110)通信的基站(100到104)。在基站与终端之间提供了一些分组交换连接(116至126),这些连接包括实际业务信道和单独的控制信道。在信号传输中,终端采用了IQ调制,在该调制中,业务和控制信道被复用以便以不同的支路被发送,并且终端可同时与一个以上的基站通信。为了在分组交换连接中能实现宏分集,在终端与仅一个基站之间还保持实际业务信道连接,而在终端与一个以上基站之间同时保持控制信道连接。
文档编号H04B7/26GK1270718SQ98809032
公开日2000年10月18日 申请日期1998年9月9日 优先权日1997年9月10日
发明者安蒂·托斯卡拉, 里斯托·威克曼 申请人:诺基亚网络有限公司