专利名称：在具有码分多址用户分离和可变扩展因子的无线通信系统中传输数据的方法
技术领域：
本发明涉及一种在具有码分多址(CDMA)用户分离和可变扩展因子的无线通信系统内传输数据的方法。
在无线通信系统中，数据(譬如语音、图像信息或其它数据)是借助电磁波通过无线接口进行传输的。所述无线接口涉及基站和用户台之间的通信连接，其中，所述的用户台可以是移动台或地点固定的无线电台。在此，电磁波辐射是借助载频来产生的，而该载频位于为相应系统所设定的频带之内。对于将来的无线通信系统，譬如UMTS(通用移动电信系统)或其它的第三代系统，规定频率位于约2000MHz的频带内。
SMG L1专家组，Tdoc120/98，Bocholt，1998年5月18-20，第16至19页曾公开过，为将来的无线通信系统设定一种无线接口，该无线接口在一个频带内同时传输多个其数据符号经扩展码扩展过的信号。该方法被称为CDMA(码分多址)，因为它允许接收机借助所述的扩展码重新分离所述的信号，并可检测不同数据流的这种数据符号。
该CDMA传输方法实现了一种抗干扰的传输，且通过分配一个或多个扩展码或通过改变所述的扩展因子就可以轻易地对通信的数据速率进行匹配。
但是在使用不同的扩展因子时会在接收侧带来问题，即需要分辨不同的符号速率和数据速率，而且还需对所述扩展因子的变化作出灵活的反应。目前对此还没有公开充分的解决可能性。具有权利要求1所述特征的方法和具有权利要求8所述特征的装置是该问题的解决可能性。本发明的优选扩展方案由从属权利要求给出。
根据本发明，在具有不同扩展因子的多个信号情况下，参考一个预定的最大扩展因子。在接收侧，为那些具有小于该最大扩展因子的扩展因子的信号生成多个虚拟扩展码，其中每个单独的虚拟扩展码只检测接收数据流中多个有关联的符号的某些符号或符号组。如果用较小的、与所述虚拟扩展码相对应的扩展因子对所述最大的扩展因子进行划分，便可得出被用来检测具有小扩展因子的信号的虚拟扩展码的数目。该虚拟扩展码是进一步分析该信号的基础，因为该信号的检测是利用该虚拟扩展码来实现的。利用所述虚拟扩展码进行检测的检测结果被紧靠地排列在接收侧的相应信号数据流旁边。
也就是说，并不是在检测信道中对数据流的所有符号进行分析，而是以符号或符号组的方式把所述的数据流划分为数据速率尽可能相等的多个虚拟信道。从而，可以为扩展因子不同、且由此数据速率不同的信道模拟一个在信道内数据速率相同的统一检测。
因此也可以利用统一的符号速率来为所含的全部信号分析接收信号，并与实际采用的扩展因子无关。接收装置的规格是根据最大信号数和最大扩展因子进行确定的，但可以稍作匹配来轻易地处理少量的信号，但该少量的信号至少部分地采用了较小的扩展因子。
该解决方案在原理上适用于每一种CDMA检测器，也就是说，它如同适用于带联合检测的检测器那样适用于耙式接收器。这种解决方案特别容易实现。
根据本发明的优选扩展方案，虚拟扩展码的修改也可以支持跳码或扰码(相应于SMG L1专家组，Tdoc 120/98，Bocholt，1998年5月18-20所述的W-CDMA传输)。在此，如此来选择所述的虚拟扩展码，以便能够为每个符号或符号组假定另一具有较小扩展因子的扩展码。
尤其在短扩展码(小扩展因子)的情况下通过扰频来使用分集效应。在扰频时，所述扩展码的码片是变化的。这可以利用模2运算、通过与一个序列作一般相乘以及利用复数或实数值来实现。在扰频周期过去之后，扩展码的码片是以相同方式变化的。如果所述的扰频周期等于扩展码长度，则所述扩展码不产生有效变化。倘若所述的周期大于所述符号的长度，则在扩展码的符号之间进行变化，使得所述的周期延伸多个符号、一个时隙(W-CDMA提议)或一个帧，并且超出它们。如果所述的扰频周期恰好与所述最大扩展因子的长度相同，那么将是非常有利的。于是，所述的检测器不仅可以通过考虑相同的扩展码为最大的扩展因子进行费用合理地检测，而且还可以利用同样的费用利用小扩展因子来对所述的扩展码进行扰频。
举列来说，如果譬如在W-CDMA情况下只允许那些利用整数除所述最大扩展因子而得出的扩展因子或者代码长度或符号长度，则可以在上述方式和方法中一直使用考虑或没有考虑过扰频的虚拟扩展码。
为了独立于扩展码至通信连接之间的瞬时分配而创造一种检测装置，建议为若干信道确定一个检测装置，且所述的信道数目对应于具有最大扩展因子的信道的数目，其中，为了处理具有不同扩展因子的信号，可基于虚拟扩展因子进行检测。当所述的检测装置利用消除至少一个干扰信号进行联合检测(如DE 41 21 356 A1所述的联合检测)时，这是非常重要的。
当注意到数据符号至少部分地叠加到接收信号之中时，便可得出本发明方法的另一种改进，它也无需采用虚拟扩展因子。这对符号间干扰(ISI)和用户信号间干扰(MAI)都适用。对接收信号进行采样，并编排一个接收矩阵。另外，按照带状结构用信号专用的关于信道脉冲响应的值占用一个系统矩阵。
如此地占用系统矩阵的相邻位置，使得不同信号的所述信号专用值交替地变化，并根据各符号之间的叠加来校准所述被占用的位置。在具有大扩展因子的用户信号的两个值之间，按照扩展因子情况来排列具有较小或相同扩展因子的用户信号的值。相应地，为具有较小扩展因子的用户信号设置多个并排的位置。然后通过对所述的系统矩阵和接收矩阵进行逻辑连接来为所述的至少两个数据流的数据符号实现线性检测。
由此，相对于在由A.Klein所著的“CDMA信号算法的多用户检测及其在蜂窝移动无线电中的应用”文献，VDI出版社，1996，页38-43所公开的，这可以实现一种改进的带状结构，并与可变扩展码的要求相一致。采用不同的扩展因子将会在不同用户信号的符号之间带来大量干扰。本发明编排所述的系统矩阵的作用在于虽然有这些干扰，但还是可以费用合理地进行检测。如果执行这种优化的检测，便只需要较短的计算时间，这可允许把检测器切换成一种“空闲模式”。因此降低了设备的电流消耗和/或发热。
下面借助附图来详细阐述本发明的实施例。
图1示出了一种无线通信系统的简图，图2示出了一种发送装置，图3示出了一种接收装置，以及图4，5示出了把扩展码分解成虚拟扩展码。
作为无线通信系统的实施例，图1所示的移动无线电系统由许多移动交换局MSC组成，这些移动交换局相互结网，或可以访问固定网PSTN。另外，所述移动交换局MSC总是与至少一个用于分配无线技术资源的设备RNM相连。每个这种设备RNM又可以与至少一个基站BS进行通信。
该基站BS能够通过无线接口同用户台、譬如移动台MS或其它移动或固定的终端设备建立通信。由每个基站BS至少形成一个无线小区。图1示出了用于在基站BS和移动台MS之间传输有用信息的通信连接。
运维中心OMC为移动无线电系统或其一部分实现控制及维护功能。在本发明可以应用的其它无线通信系统中，尤其是对于具有无线用户端的用户接入网，也可以携带这种结构的功能性。
在CDMA传输方法中采用了图2所示的发送结构。应该通过无线接口传输K个数据流。并执行信道编码、扰频(交织)、调制和数据扩展。所述的扩展利用专门的扩展码c1…c5来实现，该扩展可以在所述的混合信号内区分用户信号。接着将各个用户信号相加，并利用该求和信号构成一个无线块。该无线块的构成主要涉及具有“脉冲串式”发送的传输系统。为了譬如以W-CDMA工作方式进行连续发送，所构成的无线块内组合有时隙数据。然后在一个码片脉冲滤波器内对该信号进行滤波，并在D/A转换器内转换成可以被放大和通过天线AT辐射出去的模拟信号。
接收装置的相应结构如图3所示。当信号在用于接收的无线电台中经那儿的天线AT接收之后，紧接着被放大和转换成基带，而且对该接收信号进行采样和A/D转换，以便可以把该接收信号输入一个数字低通滤波器。此时，被数字化的信号被同时输入到信道估测器KS和检测装置DE。在此，为了进行下面的考察，假定所述的接收信号为接收矩阵e的形式，其中e＝A*d＋n。
A描述了一个系统矩阵，d以矩阵形式给出了需检测的数据，以及n为一个含有噪声成分的矩阵。
在信道估测器KS内，把接收信号内失真的训练序列与该接收机内无失真的训练序列进行比较，并根据该比较来确定那些描述用户专用的传输信道的信道脉冲响应。借助该信道脉冲响应来编排系统矩阵A。该系统矩阵A包含有关于所述专用信道脉冲响应的值，它们也被称为组合信道脉冲响应。该组合信道脉冲响应是通过把扩展码c和所属的专门用于每个用户信号的信道脉冲响应进行卷积而得出的。
在一种耙式接收机中，也利用系统矩阵A进行数学处理。此处在所述的信道脉冲响应内只考虑某些与耙式接收机的分支相对应的路径。这也可以在基于耙式接收机的多用户检测的基础上进行一般化。
所需的关于移动无线电信道的信息不但可以从先导符号、中间或报头序列中获得，而且也可以譬如在IS-95的上行链路中从传输符号本身获得。
如果从两个具有扩展因子SF＝3和SF＝6的信号出发，其中对于该两个信号，所述信道脉冲响应的长度均为四个元素，那么，为第一信号(SF＝6)生成长度为9＝6＋4－1的矢量b1，以及为第二信号(SF＝3)生成长度为6＝3＋4＋－1的矢量b2。
矢量b总是描述了扩展码c同所述信道脉冲响应专门卷积之后的结果。该矢量用一个发送的“1”来表达传输信道的响应。现按如下方法利用该矢量b1和b2来占用所述的系统矩阵A。
通过交替地排列矢量b1和b2，其中因扩展因子较小而频繁地用到矢量b2，于是即便采用了不同的扩展因子SF，也可为系统矩阵A实现一种带状结构。
对于其间可能存在干扰的符号-这既可以是一个信号的相继符号、也可以是不同的、但同时传输的用户信号的符号-的组合信道脉冲响应，它们位于所述系统矩阵A的相邻位置。需要指出的是，对于上面的实施例，也可以互换第一和第二列、第四和第五列等等。在编排所述的系统矩阵A时，通常需要确保干扰符号的组合信道脉冲响应较密地挨在一起，而且在系统矩阵A中为所述信号预留的位置数目与其扩展因子成反比。
根据该实施例，在检测装置DE中实现一种联合的检测，但也可以采用各个其它的线性接收机，譬如它们具有判断反馈或其它多用户检测器。对此，在这种检测器中，利用该系统矩阵A的带状结构可大大简化譬如通过Cholesky分解所实现的矩阵逆变换。
在此，解算如下等式d^=(A*TA)-1A*Te]]>其中 为所述估测的数据符号。据此对所述检测的数据进行解调、解扰(解交织)和信道解码，以便再次出现分开的数据流1至K。
其它的详细情况请参见J.Mayer，J.Schlee，T.Weber所著的“联合检测CDMA的实时可行性”，第二届欧洲个人移动通信会议记录，波恩，页245-252，1997.9。
现在联系图4和5来阐述所述的数据检测。在此设定最大的扩展因子为SFmax＝16，且所述的检测装置被设计最多用于8个同时处理的用户信号。于是最大的负荷为Lmax＝8*1/SFmax。
当前的负荷是用下式规定的L=Σk=1K1SFk]]>。
对于下面的实施例，通过无线接口同时供给具有扩展码c1～c5的五个通信连接。四个通信连接使用基本数据速率，且扩展因子为SF＝16，而第五个通信连接利用四倍的数据速率和扩展因子SF＝4进行工作。由此达到最大负荷。
每个扩展码c1～c4都由16个码片组成，其中如图4所示，为四个扩展码为c1…c4的通信连接自由地选择了16个码片，以便尽可能得出相互正交的扩展码。于是，其基本符号只由四个码片组成的第五个扩展码c5在16个码片内重复四次。但由此也传输四倍的数据量，亦即图4中所示时间间隔内的4个符号。
根据该实施例，在所示时间间隔内相继的四个扩展码c5中的每一个均被分配给一个虚拟扩展码vc，并在其余的位置上加入“0”。该虚拟扩展码的叠加又得出了该原始的扩展码c5的序列。在图4的四个所示的符号之后，重复地划分成虚拟扩展码vc，以便譬如形成第一虚拟信道的虚拟扩展码c51可以检测出第1、5、9等符号。
需指出的是，也可以把由多个、譬如两个符号-相应于8个码片-组成的符号组分配给一个虚拟扩展码。当没有通信连接利用最大的扩展因子SFmax进行工作时，这是非常有利的。
尽管使用了不同的扩展因子SF，但所述的检测装置DE此时仍可以一共处理8个具有基本数据速率的信道。扩展因子SF的改变可以非常容易地在接收机内完成。由此可以通过应用特有的电路(ASIC)来实现所述的接收装置。
按照扩展码c还可怎样分布，可以固定地为譬如8个有时为虚拟的信道确定检测装置DE的规格。所述有时为虚拟的、属于信道的扩展码c可以自由地进行调整。利用属于扩展码c5的虚拟扩展码进行检测的检测结果被紧挨地排列在有关用户信号的接收侧数据流旁边。
图5示出了另一种改进。在此，不是为第五个扩展码c5选择四次相同的码片序列，而是四个不同的扩展码c51、c52、c53、c54。这些扩展码可以周期性地变化，譬如进行环形互换或根据转移顺序进行变化，以便通过扰频来产生附加的代码分集增益。该转移顺序是就通信连接建立而约定的，并可以在该通信连接期间修改。
权利要求
1.在具有码分多址用户分离和可变扩展因子的无线通信系统中传输数据的方法，其中-在一个信道内同时传输至少两个具有用扩展码(c)扩展过的数据符号的数据流的信号，其中为所述的信号可以调整不同的扩展因子(SF)，且该扩展因子小于或等于最大扩展因子(SFmax)，-在接收侧利用所述的扩展码(c)对所述的信号进行检测，其特征在于-在接收侧，为具有小于该最大扩展因子(SFmax)的扩展因子(SF)的信号生成多个虚拟扩展码(cv)，该虚拟扩展码分别只与该信号的单个符号或符号组有关，-利用该虚拟扩展码(cv)实现该信号的检测，以及-利用所述虚拟扩展码(cv)进行检测的检测结果被紧靠地排列在接收侧具有小扩展因子的信号的数据流旁边。
2.如权利要求1所述的方法，其中其扩展因子(SF)小于所述最大扩展因子(SFmax)的扩展码(c)在符号之间或符号组之间进行变化。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述扩展码(c)的变化对应于划分成虚拟扩展码(cv)。
4.如权利要求2或3所述的方法，其中所述虚拟扩展码(cv)的长度对应于所述最大扩展因子的符号长度。
5.如上述权利要求之一所述的方法，其中为其数目与扩展因子最大的信道的数目相一致的信道确定检测装置(DE)的规格，其中为了处理具有不同扩展因子的信号，基于虚拟扩展码来实现检测。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述的检测装置(DE)利用消除至少有关干扰信号来实现联合检测。
7.如上述权利要求之一所述的方法，其中-数据符号至少部分地叠加到接收信号之中，-对接收信号进行采样，并编排一个接收矩阵(e)，-按带状结构并利用关于信号专用的信道脉冲响应的值去占用一个系统矩阵(A)，其中如此地占用系统矩阵(A)的相邻位置，使得不同信号的所述值交替地变化，并根据各符号之间的叠加来校准所述被占用的位置，其中相应地为具有较小扩展因子的信号设置多个并排的位置，-然后通过对所述的系统矩阵(A)和接收矩阵(e)进行逻辑连接来为所述的至少两个数据流的数据符号实现线性检测。
8.用于无线通信系统的接收装置，该装置至少分配有一个用于接收接收信号的天线(AT)，具有一种信道估测器(KS)，用于为同时传输的、具有用扩展码(c)扩展过的数据符号的数据流的至少两个信号确定信号专用的信道脉冲响应，其中为所述的信号可以调整不同的扩展因子(SF)，且该扩展因子小于最大扩展因子(SFmax)，具有一种检测装置(DE)，用于利用所述的扩展码(c)对所述的信号进行检测，其中-为具有小于该最大扩展因子(SFmax)的扩展因子(SF)的信号生成多个虚拟扩展码(cv)，该虚拟扩展码分别只与该信号的单个符号或符号组有关，-利用该虚拟扩展码(cv)实现该信号的检测，以及-利用所述虚拟扩展码(cv)进行检测的检测结果被紧靠地排列在接收侧具有小扩展因子的信号的数据流旁边。
全文摘要
根据本发明,在具有不同扩展因子的多个信号中,参考一个预定的最大扩展因子。在接收侧,为具有小于该最大扩展因子的扩展因子的信号生成多个虚拟扩展码,该虚拟扩展码分别只与该信号的单个符号或符号组有关。因为利用该虚拟扩展码实现该信号的检测,所以该虚拟扩展码是进一步分析该信号的基础。利用所述虚拟扩展码进行检测的检测结果被紧靠地排列在接收侧的信号数据流旁边。
文档编号H04B1/707GK1326620SQ99813249
公开日2001年12月12日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月13日
发明者S·巴伦博格, P·W·拜尔, D·埃默, J·马耶尔, J·施勒, T·维贝尔 申请人:西门子公司