专利名称：同步码分多址的伪噪声码选择的制作方法
享受未决临时专利申请优先权的要求根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求享受98年6月29日提交的第60/091070号未决临时专利申请的优先权，该申请的标题是“同步CDMA的PN码选择”，发明人是Nieczyporowicz、Thomas Giallorenzi和Steven Perkins。这里将这一临时专利申请的内容全部引入作为参考。
关于这一点，可以参考K.S.Gilhousen的第5751761号美国专利，它的标题是“在变数据率系统中产生正交扩频序列的系统和方法”。
发明目的本发明的目的是给出一种改进的技术，用于提供PN扩频码，在CDMA无线电通信系统里使用。
本发明的另一个目的是提高同步CDMA系统的性能和可靠性。
本发明的再一个目的是改善PN代码集的谱特性，用于同步CDMA通信系统里的信道。发明简述上述问题和其它问题以及本发明的目的分别是用本发明的实施方案中的方法和装置来解决和达到的。
本发明的方法能够提高PN代码集的谱特性，比方说Hadamard PN代码集的谱特性，用于同步CDMA通信系统的信道。该方法包括以下步骤(a)提供所述PN代码集矩阵；和(b)按照一种重新排序模式将PN代码集矩阵中的列重新排序。该方法可以包括按照一种倒置模式(inversion pattern)倒置重新排序的PN代码集的至少一个码字的步骤，还可以进一步包括选择PN码，优化一个信道子集，工作于异步方式的步骤。
图2是
图1所示系统的一个示例性频率分配图。
图3A说明一个示例性的Hadamard(H)矩阵，图3B说明一个重排序代码(RC)，图3C说明本发明的一个重排序Hadamard(RH)代码矩阵。
图4说明本发明一个示例性的8×8 Walsh代码矩阵、一个示例性的重排序代码和得到的重排序Walsh代码矩阵。
图5说明本发明的一个方面中，用于图4所示重排序Walsh代码矩阵的一个示例性地倒置模式，以及得到的倒置Walsh代码矩阵。
图6是用于重排PN码的重排序模式或者代码发生器和一个移位寄存器的一个简化框图。
发明详述通过介绍，并参考图1可知，本发明中一个优选实施方案里的固定无线系统(FWS)10，是基于数字无线电技术的。具体而言，这一FWS10采用基于CDMA技术的直接序列扩频技术，通过空中链路提供到用户的本地接入，并用跟有线方式相比非常有竞争力的低成本，提供高质量、高可靠性的服务。FWS 10具有很高的频谱效率，因此能够用有限的可用带宽提供很好的有线质量业务。大动态范围使得FWS 10能部署在皮小区、微小区或者小型小区蜂窝结构里，以非常经济的方式满足人口稠密的都市、城区和郊区人群的需求。
这个FWS 10是一个同步CDMA(S-CDMA)通信系统，其中从无线电基站单元(RBU)12到多个收发信机单元，在这里叫做用户或者注册用户单元(SU)14，的正向链路(FL)，在时间上在码元或者码片的级别上相互对齐，其中的SU 14接收这些FL信号，并跟一个信号同步。每个SU 14还在一个反向链路(RL)上给RBU 12发射一个信号，以便让它跟RBU 12的发射时序保持同步，从而实现双向通信。这个FWS10适合用于实现这样一个通信系统，在RBU 12和SU 14之间传递话音和/或数据。
SU 14构成顾客住宅设备(CPU)的一部分。这个CPU还包括一个网络终端单元(NTU)和一个不间断电源(UPS)，图1中没有画出来。
RBU 12包括产生多个用户信号(用户_1～用户_n)的电路，图1中没有画出，还包括同步地连续发射的边信道(SIDE_CHAN)信号。所有这些信号都分配了一个相应的PN扩频码，调制好以后，交给有一副天线12b的发射机12a。在FL上发射的时候，对信号采用了正交相位调制，并假设SU 14中有适当的相位解调器，用于从中获得同相(I)和正交(Q)分量。RBU 12能够发射多个频道的信号。例如，每一个频道都有多达128个的代码信道，其中心频率在2～3 GHz的范围内。
RBU 12还包括一个接收机12c，这个接收机12c的输出端跟一个边信道接收机12相连。这个边信道接收机12d从接收机12c接收扩频信号作为输入，接收一个比例因子信号和一个边信道解扩PN码。后面这两个信号源自一个RBU处理器或者控制器12e。这里的比例因子信号可以是固定的，也可以是自适应的，作为正在反向信道上发射信号的SU 14的个数的函数。边信道接收机12d将一个检测到/未检测到信号发射给RBU控制器12e，说明检测到了一个SU 14的信号，还输出一个功率估计值x。一个读/写存储器(MEM)12f跟这个RBU控制器12e双向连接，用于储存系统参数和其它信息，比方说SU时序相位信息和功率估计值。
一个网络接口单元(NIU)13通过适合跟本地公共网一起使用的模拟或者数字干线，将RBU 12跟公共网络连接起来，比方说跟公共交换电话网(PSTN)13a连接起来。RBU 12利用E1干线跟NIU 13连接，用同轴电缆跟它的主天线12b连接。如上所述，SU 14通过无线电接口跟RB 12通信。
在所示的实施方案里，SU-RBU空中链路在间隔91MHz或者119MHz带宽的每一个方向上提供间隔2.72MHz(包括保护频带总共有3.5MHz)的信道。标称工作频带是2.1～2.3GHz或者2.5～2.7GHz。然而，系统被设计成使它的频率可以从1.8GHz变到5GHz，只要跟ITU283.5规范中一样，保持频谱屏蔽和收发频率之间的间隔。对于ITU283.5规范，总共允许有96对频率，如图2所示。例如，RBU 12可以在频带3，内发射，在频带3内接收，SU 14在频带3内发射，在频带3，内接收。
利用2.72MHz的带宽，RBU 12可以同时支持128个34kbps的信道，其频谱效率为1.6比特/赫兹。在这一总容量中，FWS 10使用8个信道，另外，每个信道的2kbps是系统总开销。这样，有效通信容量是120个32kbps的信道。
这一FWS 10的频谱效率可以是传统CDMA系统的3到5倍，主要是因为这一FWS 10采用了双向同步CDMA方式。这一双向同步方式使得FWS 10能够使用接近正交的扩频码，获得最大的数据容量。
描述了适合采用本发明的一种技术环境，但不限于这种技术环境，以后，下面将介绍本发明。
前面指出，本发明的一个目的是提高同步CDMA系统，比方说图1和图2所示系统，的性能和可靠性。本发明的主要思路是(a)避免跟Walsh代码集有关的不良特性，(b)避免用户之间存在的相干数据导致系统性能下降，和(c)避免可能是异步的一个或者多个信道的有害影响。
首先，通过对Walsh代码集矩阵的列重新排序，改善本发明中Walsh代码集的频谱特性。
在Walsh代码集矩阵里(不管是按照本发明重新排过序的还是扰过频的)有一列上的元素全部是1。在CDMA系统的正常工作过程中，会出现一些有关的数据(例如一种同步化模式、话音编码器的一种特定静寂模式等等)。为了解决这些问题，根据本发明，可以将这一Walsh矩阵的一些行倒置过来。这样做能够防止全1的那一列导致复合信号出现很大的相关峰，存在非线性效应的情况下这样的相关峰会导致问题(也就是限幅)。
重新排序Walsh集中的代码有不同的自相关和交叉相关特性。在同步CDMA系统里，可能有一个异步信道(例如所述边信道)，用来将系统的新用户同步起来，或者将失去同步的那些用户同步起来，还可能有一些信道，它们有合理的概率工作在异步状态或者成为异步的。为了解决这个问题，需要产生一个Walsh代码集(不管它是按照本发明重新排序的还是扰乱过的)，这个代码集有多个代码字，在所有时间偏移上拥有良好的自相关和交叉相关特性。
本发明一个非常重要的方面是对Walsh代码集重新排序，而不是简单地扰乱这个Walsh代码集。如上所述，扰乱这个Walsh代码集常常是通过产生跟这个Walsh码长度相同或者更长的另一个PN码(比方说前面提到的覆盖码)，然后用这个覆盖码对这个Walsh代码集中的每一个码进行异或运算来完成的。
然而，根据本发明的这一思想，对Walsh代码集的重新排序是通过交换Walsh代码集矩阵的列来完成的。本发明还通过将代码字集中一个或者多个代码字倒置来避免相干数据导致性能下降。本发明还为同步CDMA系统选择PN码，这些PN码支持(或者最优化)CDMA信道的一些子集成为异步信道。
根据本发明，通过重新排序操作，Walsh代码集的平衡特性得以维持，在每个代码字中(除了全1代码字以外)，+1的个数等于-1的个数。通过倒置一些代码字，避免了相干数据导致性能下降。还有，通过支持异步用户，这个系统变得更加坚固，更加灵活。
下面更加详细地描述本发明，图3A给出了一个示例性的Hadamard矩阵(将-1看作0)。在此指出，储存在存储器中相应的值为二进制的1和0。对这些比特进行异或操作，在每一个码片周期里产生一个0或者1码片值。然后假设在以后的调制步骤里，0和1码片值被重新转换成-1和+1码片值。
根据本发明，重新排序的Hadmard码是通过对这个Hadmard矩阵的列重新排序来构成的。例如，图3A的Hadmard矩阵(H)用图3B所示的重新排序码(RC)来重新排序，得到的重新排序Hadmard(RH)代码矩阵用图3C说明。注意，第三列已经移到了第一列的位置，第1列和第二列已经向右移动了一列。
在这种情况下，这一重新排序的Hardmard成为代码重新编号、时间上偏移了的Hadamard。然而，对于8阶或者更高阶的Hadamards，重新排序产生了完全不同的代码集。为了产生重新排序代码，可以通过在代码的后面放上128，增长一个m序列发生器的状态。也可以采用随机产生的重新排序代码。例如，图6给出了一个随机数发生器16的一个框图，它输出一个重新排序模式或者代码16a给有一个通过有异或功能20的反馈的一个移位寄存器18。
从图3C可以看出，根据本发明，采用重新排序Hadamard码的一个重要优点是，所有代码，除了全1代码以外，都是完全平衡的。
显然，如果在这个CDMA系统里发射的所有信号都需要扩频，就应当舍弃全l代码字。这样做使能用的代码减少了一个。然而，如上所述，可以将一些行倒置，从而防止全1列导致复合信号中出现很大的尖峰。
重新排序码可以用图6所示的任意一种随机或者伪随机序列发生器来产生。例如，产生从1到N(这里的N是Walsh码的长度，或者比它小一些)的一个随机序列。然后，每一列Walsh码都按照它在重新排序模式或者码序列中的位置重新排序，如图4所示。
注意，也可以通过将(Walsh码的)第1列移到第3列，将第2列移到第5列，等等，来重新排序。然而，如果仔细地察看图4所示的例子，就会清楚这个重新排序码不是原始Walsh码的时间偏移版本。
不能通过简单地将一个覆盖码应用到原始的Walsh代码集上去获得得到的代码集，注意到这一点是非常重要的，因为获得全1代码字的唯一方法是将Walsh集的代码之一用作覆盖码，而且将Walsh集中的一个代码用作覆盖码会改变代码字的个数。
倒置代码字的一个重要目的是在发射相干数据的时候用一种简单的方式来降低峰值信号电平。参考图5，为了倒置代码字，首先定义一个倒置模式。然后将一行中的每一个元素跟它在倒置模式中对应的元素相乘来应用倒置模式。这样，重新排序代码集中的第1行用倒置模式中的第1行相乘，等等。
对于系统10内所有信道都发射相同数据的情况(例如一帧开头的同步模式)，得到的波形是代码集所有列的和。对于重新排序的代码集，假设所有用户都在发射1作为数据，于是，可以将所有列加起来，判断发射的波形是
tx_waveform_reordered_code＝
。
下一步，检查重新排序的倒置过的代码集中同样的情况，结果如下tx_waveform_reordered_code_w_inversion＝[2 2-6 2 2 2 2 2]。
注意，尽管没有尝试优化这一示例性的倒置代码，但是发射信号的峰从8降到了6(只对幅度感兴趣)。尽管这种情况下只是略有改善，但是，针对长度为128的代码集进行操作的时候，这个峰会从128降到大约75。这会有效地支持相干数据而不会限幅。
预期图1所示的RBU 12能够产生图3A～3C、4和5所示的重新排序(可能是倒置的)代码，然后将一个或者多个重新排序的代码分配给需要一个或者多个代码跟系统进行通信的一个SU 14。例如，RBU控制器12e可以负责产生和分配重新排序的代码。或者可以在另一个位置对这些代码重新排序，然后由RBU控制器12e直接分配给SU 14中发出请求的那一个。
尽管针对优选实施方案介绍了本发明，但是本领域里的技术人员应当明白，可以改变本发明的形式和细节，而不会偏离本发明的范围和实质。
权利要求
1.一种方法，用于改善PN代码集的谱特性，用于同步CDMA通信系统，包括以下步骤提供一个PN代码集矩阵；和通过按照重新排序代码交换列，对这个PN代码集矩阵的列重新排序。
2.权利要求1的方法，还包括倒置重新排序PN代码集至少一个代码字的步骤。
3.权利要求1的方法，还包括选择一些PN码来优化信道子集，用于异步方式的步骤。
4.一种同步CDMA通信系统，包括一个无线电基站单元，这个单元能够跟多个用户单元进行双向无线通信；和一个控制器，用于通过按照一个预定的重新排序码交换列，以此对Hadamard代码集矩阵的列进行重新排序，产生谱特性得到了改善的一个重新排序的伪噪声(PN)代码集；以及用于分配重新排序PN代码集的单个代码字给用户单元中发出请求的那一个。
5.权利要求4的系统，其中的控制器还包括倒置重新排序的PN代码集中至少一个代码字的装置。
6.一种方法，用于改善Hadamard代码集的谱特性，用于同步CDMA通信系统，包括以下步骤提供一个Hadamard代码集；和按照一个重新排序码对这个Hadamard代码集的列重新排序，产生一个重新排序的Hadamard代码集。
7.权利要求6的方法，还包括定义一个倒置模式，并用这个倒置模式倒置重新排序的Hadamard代码集的至少一个代码字的步骤。
8.权利要求6的方法，还包括选择代码字来优化一个信道子集，用于异步方式的步骤。
9.权利要求6的方法，包括利用随机或者伪随机数发生器之一产生重新排序码的步骤。
10.权利要求7的方法，其中的倒置步骤包括用相应的倒置模式元素去乘重新排序Hadamard代码集一行每一个元素的步骤。
11.权利要求7的方法，其中的重新排序Hadamard代码字是一个N行乘M列矩阵，其中的倒置模式是一个N行乘1列的矩阵。
全文摘要
一种方法,用于改善PN码的谱特性,用于同步CDMA通信系统里。该方法包括以下步骤:(a)提供一个PN代码集矩阵;(b)按照一个重新排序码对这个PN代码集矩阵的列重新排序。该方法还可以包括按照一种倒置模式对重新排序的PN代码集中的至少一个代码字进行倒置的步骤,还可以包括选择一些PN码,优化一个信道子集,用于异步方式的步骤。
文档编号H04J13/00GK1307761SQ99807980
公开日2001年8月8日 申请日期1999年6月11日 优先权日1998年6月29日
发明者L·尼茨波洛维茨, T·吉尔洛伦兹, S·B·佩尔金斯 申请人:L-3通讯公司