CN100361420C - 码分多址通信系统中交换不同长度的帧消息的装置和方法 - Google Patents

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CN100361420C CNB998002550A CN99800255A CN100361420C CN 100361420 C CN100361420 C CN 100361420C CN B998002550 A CNB998002550 A CN B998002550A CN 99800255 A CN99800255 A CN 99800255A CN 100361420 C CN100361420 C CN 100361420C
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Abstract

在用于CDMA通信系统的发送装置和方法中，当在发送较长帧消息的过程中产生较短帧消息时，中断较长帧消息的发送，从而立即发送较短帧消息以取代部分较长帧消息。在一个实施例中，在中断较长帧消息、并且发送较短帧消息之后，接着发送较长帧消息的尾部。即，在较短帧消息发送之后不发送较长帧消息的被取代的部分。在一个可替换实施例中，在较短帧消息发送之后，从中断点开始，完整地发送较长帧消息的其余部分。在后一种情况下，较长帧消息被延迟较短帧消息的长度。

Description

码分多址通信系统中交换不同长度的帧消息的装置和方法
技术领域
本发明总的涉及无线通信，特别涉及一种用于在CDMA通信系统中交换具有多个长度的帧消息的装置和方法。
背景技术
目前，使用CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)技术的移动通信系统日益普及。基于TIA/EIA IS-95 CDMA标准的传统CDMA移动通信系统在承载话音信息的业务(traffic)信道上发送与数据多路复用的用于呼叫处理的控制信号。该业务信道具有20ms的固定帧长度。已提出两种技术用于发送通信信号业务和控制信号业务：空白突发(blank-and-burst)技术和半空白突发(dim-and-burst)技术。前者发送整个帧作为控制消息，而后者通过与主用户业务共享帧来发送控制信号。
提供包括分组数据服务以及话音服务的多媒体服务的CDMA通信系统日趋成熟。这些新的系统可以将各信道分离以用于话音和数据服务，以便应用户请求来灵活地分配信道。为此，CDMA移动通信系统包括话音业务信道(或基本信道)和分组业务信道(或补充信道)。
传统地，对于通过基本信道和补充信道进行的数据业务，CDMA移动通信系统通常保持基本信道的使用以发送控制信号，即使在基站和移动台之间没有通信的情况下。这导致信道资源的浪费，从而制约无线容量。此外，传统CDMA移动通信系统使用20ms的固定单帧长度而不管要发送的消息的大小，这导致低的吞吐量和业务延迟。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于在CDMA通信系统中交换不同长度的帧消息的发送/接收装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在CDMA通信系统中混杂(intermix)不同长度的帧消息的发送装置和方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于在CDMA通信系统中接收第一长度帧消息和第二长度帧消息的混杂消息的接收装置和方法。
根据本发明的说明性的实施例，在用于CDMA通信系统的发送装置和方法中，当在发送较长帧消息的过程中产生较短帧消息时，中断较长帧消息的发送，从而立即发送较短帧消息以取代部分较长帧消息。在一个实施例中，在中断较长帧消息、并且发送较短帧消息之后，接着发送较长帧消息的尾部。即，在较短帧消息发送之后不发送较长帧消息的被取代的部分。在一个可替换实施例中，在较短帧消息发送之后，从中断点开始，完整地发送较长帧消息的其余部分。在后一种情况下，较长帧消息被延迟较短帧消息的长度。在另一个可替换实施例中，在较短帧消息发送之后，抛弃较长帧消息的其余部分。
为了实现上述目的，提供了一种用于码分多址通信系统的发送装置，包括：第一消息产生器，用于对第一比特流的第一输入数据进行编码，以产生具有第一帧长度的第一帧消息；第二消息产生器，用于对比第一比特流长的第二比特流的第二输入数据进行编码，以产生具有比第一帧长度长的第二帧长度的第二帧消息；复用器，用于用第一帧消息取代部分第二帧消息；扩展器，用于对复用器的输出进行扩展；以及调制解调器控制器，用于产生用于复用的第一帧选择信号和第二帧选择信号。
为了实现上述目的，提供了一种码分多址通信系统中的数据发送方法，包括下述步骤：对第一比特流的第一输入数据进行编码，以产生具有第一帧长度的第一帧消息；对比第一比特流长的第二比特流的第二输入数据进行编码，以产生具有比第一帧长度长的第二帧长度的第二帧消息；用第一帧消息取代第二帧消息的相应部分；以及发送第一帧消息，以取代被取代的部分第二帧消息。
附图说明
通过下面结合附图的信息描述，本发明的上述和其他目的、特色和优点将会变得更加明显，在附图中，相同的标号指示相同的部件，其中：
图1A是呼叫建立过程的流程图；
图1B是呼叫释放过程的流程图；
图2A是本发明用于专用控制信道的第一长度帧消息的结构示意图；
图2B是本发明用于专用控制信道的第二长度帧消息的结构示意图；
图2C是本发明用于专用控制信道的第二长度帧消息的另一结构示意图；
图3A是本发明在移动通信系统中将第二长度帧消息用于专用控制信道时发送时间的时序图；
图3B是本发明在移动通信系统中将第一长度帧消息用于专用控制信道时发送时间的时序图；
图4是本发明在移动通信系统中反向专用控制信道和反向专用业务信道的分配和释放过程的流程图；
图5是本发明在移动通信系统中用于前向专用控制信道的发送装置的示意图；
图6A至6C是本发明不同实施例的图5的正交码调制器(533)和扩展调制器(535)的示意图；
图7是本发明一个实施例的移动通信系统中用于反向专用控制信道的发送装置的示意图；
图8A和8B是本发明一个实施例的如何混杂第一长度帧消息与第二长度帧消息的示意图；
图9A至9D示出本发明混杂20ms帧和5ms帧的不同方式；
图10A至10D示出本发明混杂方法的帧发送图案；
图11是本发明一个实施例用于混杂多个长度的帧的方案示意图；
图12是图11的第二长度帧消息产生器中交织器(713)的示意图；
图13是图11的选择器(714)的示意图；
图14A和14B是分别使用矩阵1和矩阵2穿孔的帧的性能示意图；
图15是本发明另一实施例的CDMA通信系统中用于专用信道的接收装置的示意图；以及
图16是本发明一个实施例的5ms帧消息和20ms帧消息的仿真结果的示意图。
具体实施方式
本发明的CDMA移动通信系统包括：用于话音服务的基本信道；用于分组数据服务的补充信道；以及专用控制信道(dedicated control channel，DCCH)，移动台可以通过其与基站专门交换控制信号。基本信道和补充信道被认为是业务信道。DCCH专用于一次与一个移动台进行控制信号通信，而不是同时被多个移动台共享。具体地说，专用信道被用来交换用于控制业务信道连接的信号。
基本信道、补充信道和专用控制信道都是专用信道。根据本发明，当使用专用信道发收帧消息时，新CDMA移动通信系统使用因帧消息的大小而长度不同的帧。对于短控制消息，系统产生并发送第一长度帧消息；而对于长消息，系统产生并发送第二、更长长度的帧消息。本发明用于交换不同长度帧消息的方法既可以被应用于业务信道，也可以被应用于专用控制信道。下面的详细描述给出结合专用控制信道来使用该方法的一个例子；然而，应该理解，该方法也可应用于业务信道。
要描述的实施例的CDMA移动通信系统在没有要发送的帧消息时控制(限制)专用控制信道的输出。只有在确实存在帧消息时，才形成用于专用控制信道的输出路径。
专用控制信道用于交换控制基站和移动台之间业务信道连接的消息。在描述专用控制信道的结构之前，首先讨论新CDMA移动通信系统中所用的信道及其使用。前向链路是用于从基站向移动台发送信号的RF(射频)链路，在前向链路中，公共信道包括导频信道、同步信道和寻呼信道(或公共控制信道)。用户信道包括专用控制信道、话音业务信道和分组业务信道。反向链路是从移动台向基站发送信号的RF链路，在反向链路中，公共信道包括接入信道(或公共控制信道)，而用户信道包括导频信道、专用控制信道、话音业务信道和分组业务信道。
这样，本实施例中的基站和移动台的信道收发信机装置各包括用于在相应信道中发送和/或接收下述信息的收发信机电路：1)导频信道信息，用于估计信道增益和相位，并且执行小区采集(acquisition)和切换(handoff)；2)寻呼信道信息，用于执行初始同步，并且提供基站信息和相邻小区信息；3)接入信道信息；4)专用基本信道中的话音数据；5)专用补充信道中的分组数据；以及6)专用控制信道信息，包括专用基本信道和专用补充信道的建立/释放和与通信状态有关的帧消息。
表1示出根据提供的服务而使用的前向链路和反向链路的相应信道。
表1
服务 前向链路信道 反向链路信道
话音服务 导频信道话音业务信道 导频信道话音业务信道
高品质话音服务 导频信道话音业务信道专用控制信道 导频信道话音业务信道专用控制信道
高速分组数据服务 导频信道分组业务信道专用控制信道 导频信道分组业务信道专用控制信道
多媒体服务 导频信道话音业务信道分组业务信道专用控制信道寻呼信道(公共控制信道) 导频信道话音业务信道分组业务信道专用控制信道接入信道(公共控制信道)
短消息服务 导频信道 导频信道
  短消息服务 寻呼信道(公共控制信道) 接入信道(公共控制信道)
CDMA移动通信系统根据服务状态，可以具有空闲模式、话音模式(或话音业务信道使用模式)、分组保留模式(或分组业务信道使用模式)、分组竞争模式(或公共控制信道使用模式)和上述各模式的组合模式。专用控制信道最好用于提供分组保留模式服务(即，使用分组业务信道的服务)的呼叫。对于此情况，专用控制信道被分配给使用分组数据服务的移动台。或者，专用控制信道可以与用于高品质话音服务的话音业务信道一起使用。在此情况下，专用控制信道可以由几个移动台共享，而不是由特定移动台专用。
分组数据服务的呼叫处理最好与IS-95呼叫处理方法兼容。在分组数据服务的呼叫建立过程中，使用修改过以支持分组数据服务的IS-95始发消息和信道分配消息；在分组数据服务的呼叫释放过程中，使用修改过以支持分组服务的IS-95释放命令(order)消息。应移动台的请求而进行的示例性的呼叫建立和呼叫释放过程分别示于图1A和1B。
参照图1A的流程图，在步骤111，基站(BS)经同步信道向移动台(ms)发送系统同步消息。在步骤113，基站还通过寻呼信道向移动台发送系统、接入信道和相邻小区参数。然后，在步骤115，移动台经接入信道输出始发消息。在步骤116，基站经寻呼信道确认始发消息，并且在步骤117，经寻呼信道分配业务信道。在步骤121，当为基站和移动台之间的通信分配业务信道时，系统转移到连接确立状态，其中还分配用于前向和反向链路的专用控制信道。
参照图1B，在步骤151，为了释放连接确立状态中的呼叫，移动台通过反向专用控制信道发送用于呼叫释放请求的帧消息，然后在步骤153，基站经前向专用控制信道输出用于呼叫释放的帧消息。
如图1A和1B所示，用于分组数据服务的呼叫控制过程中所用的消息、和IS-95标准的消息之间的差别如下：在始发消息中(见图1A的步骤115)，分组数据模式被添加到服务选项中；在信道指配消息中(见图1A的步骤117)，分组数据控制信道分配信息被添加到分配模式中，并且被用作专用控制信道的分配指示符，并且与专用控制信道有关的信息(信道标识符和信道参数)被包括在附加字段中。此外，在释放请求和命令消息中(见图1B的步骤151和153)，与专用控制信道有关的信息被包括在附加字段中。由于在连接确立过程中尚未确立专用控制信道，所以与呼叫建立有关的消息被通过IS-95信道(即，同步、寻呼和接入信道)发送。一旦通过与呼叫建立有关的消息而确立了前向和反向链路的专用控制信道，则呼叫控制消息(即，呼叫释放命令)被通过专用控制信道发送。
为了说明的方便，假设本实施例的专用控制信道具有下述特性：数据率为9.6Kbps，帧长度为5ms或20ms，由16比特(用于5ms帧)或12比特(用于20ms帧)构成的帧循环冗余校验(CRC)。此外，在不是公共模式的专用模式中，采用几个专用控制信道。该专用控制信道只工作在保留发送模式中，而不工作在竞争发送模式中。在下面的描述中，帧长度5ms被称为帧消息的第一长度，而帧长度20ms被称为帧消息的第二长度。
图2A、2B和2C分别示出用于专用控制信道的第一长度帧消息、当承载信令数据时用于专用控制信道的第二长度帧消息、以及当承载业务数据时用于专用控制信道的第二长度帧消息的帧结构。图2A的第一长度帧消息的持续时间为5ms。标号211表示上层的24比特固定长度消息主体(body)帧，其前面是1比特消息类型标志。标号212表示在物理层中通信(即，帧212的数据比特被无线发送)的第一长度帧。帧212由24比特净荷字段、16比特CRC字段和8比特尾比特字段构成。上层中的帧211的24比特消息主体段的信息被放置在物理层的帧212的24比特净荷帧字段中。固定长度消息可以是DMCH(Dedicated MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)Channel，专用MAC信道)消息、DSCH(Dedicated Signaling Channel，专用信令信道)消息、或其他类型的消息。
图2B示出第二长度帧(20ms持续时间)，其中标号221表示上层的可变长度控制消息，而标号222表示物理层中无线通信的第二长度(20ms)控制消息帧的序列。该可变长度消息可以是DSCH消息。DSCH消息的可变长度消息主体内的数据被分布在20ms帧的净荷段中。除了最后的20ms帧，序列中的每个20ms帧的净荷段是168比特。最后的20ms帧的净荷段可以是1和168比特之间的任意长度。这样，发送的序列中的20ms帧的数目依赖于上层消息的消息主体中比特的数目。
图2C示出20ms时段的第二长度业务帧，其中标号231表示上层的业务结构，而标号233表示在物理层中通信的第二长度业务帧。该业务可以是专用业务信道(Dedicated Traffic Channel，DTCH)业务。用户业务数据以与图2B的控制消息数据类似的方式被分布在20ms业务帧的净荷部分中。
专用控制信道具有下述功能：传送与分组数据服务有关的控制消息(例如分组业务信道分配消息、层3控制消息等)；通过封装来传送IS-95控制消息；传送短用户分组；以及通过前向链路来发送功率控制比特(power controlbit，PCB)。
为了增加CDMA移动通信系统的吞吐量，允许专用控制信道的帧长度变化。具体地说，通过将参考帧长度除以整数而获得的帧长度应该被用于改善吞吐量。例如，当参考帧长度是20ms时，最好将系统设计为能够使用5ms或10ms帧。在本实施例中，只作为示例，假设使用5ms帧。这样，与使用图2B所示的20ms帧的情况相比，就可以增加吞吐量并减少业务延迟。如果业务信道被用作用户业务数据，这还可以被应用于业务信道，以有效地处理短控制消息。
图3A示出第二长度帧消息(即，20ms帧消息)的发送时间间隔，而图3B示出第一长度帧消息(即，5ms帧消息)的发送时间间隔。通过专用控制信道发送请求消息、并且在接收到确认之后采取相应行动所需的时间在使用20ms帧时为图3A所示的80ms，而在使用5ms帧时是图3B所示的20ms。当然，后者代表下述情况，即，相应的消息是短的、以被加载到5ms帧中，亦即，吞吐量的最大增益可以以5ms帧获得。这里，吞吐量增加的原因是因为信号被有效发送，从而增加了可以发送实际用户数据的时间。
与上述方法不同，也可以通过混杂第一长度帧消息与第二长度帧消息来减少控制信号的发送时间。图8A和8B示出相对于第一长度帧消息与第二长度帧消息混杂的时间的发送功率。(这里使用的术语“混杂”的意思是较短消息被插入到较长帧消息中以延迟较长帧消息或永久取代较长帧消息的相应部分。当永久取代发生时，不发送被取代的部分，并且不延迟地发送较长帧消息的尾部。)作为说明此技术的例子，示出20ms消息帧被分割为4个5ms消息帧持续时间#1、#2、#3和#4。
仍旧参照图8A和8B，为了混杂5ms帧消息与20ms帧消息，5ms帧消息可以被插入到20ms帧消息的4个分割出的持续时间#1-#4中的一个中并在其间发送。即，中断20ms帧消息，并且插入5ms帧。在此情况下，在发送5ms较短帧的时间间隔(持续时间)损失20ms帧消息的5ms数据段，但是损失的数据可以在接收机端通过对纠错码进行解码而恢复。为了增加20ms帧的接收概率，发送机可以增加损失5ms帧数据的持续时间之后的各时间间隔中的发送功率。采用此技术，传播媒体中的比特差错将减少。例如，如图8A所示，当5ms帧与20ms帧在第一持续时间#1中混杂时，发送机在20ms帧的相继持续时间#2、#3和#4中将发送功率增加33％。此外，如图8B所示，当在第二持续时间#2中5ms帧与20ms帧混杂时，发送机在20ms帧的相继持续时间#3和#4中将发送功率增加50％。此外，为了使5ms持续时间中的数据损失的影响最小化，设计20ms帧的交织器，使得可以通过行置换(row permutation)技术来分散与损失的5ms帧数据对应的比特。以此方式，即使在20ms帧的发送过程中也可以立即发送5ms帧，从而减少发送时间。详细描述将参照图9A至14B给出。
尽管图8A和8B示出在发送第一长度帧消息之后立即继续发送20ms帧的其余帧数据的例子，也可以删除第二长度帧消息的其余帧数据。
在本实施例中，专用控制信道和业务信道被用于各状态中的控制保持状态和有效状态，以执行分组数据服务过程。表2示出用于前向和反向链路的“逻辑”信道和“物理”信道之间的关系。物理信道是无线发送的信道。物理信道承载的数据由相应的逻辑信道导出。
表2
    前向链路     反向链路
    逻辑CH 物理CH     逻辑CH 物理CH
  控制保持状态     DMCHDSCH 专用控制CH     DMCHDSCH 专用控制CH
有效状态     DMCHDSCHDTCH 专用控制CH     DMCHDSCHDTCH 专用控制CH
    DTCH 分组业务CH     DTCH 分组业务CH
在表2中，专用MAC信道(DMCH)是发送媒体访问控制(MAC)消息所需的前向或反向信道，并且是分配到分组服务的控制保持状态和有效状态中的一对一信道。逻辑信道中的专用MAC信道的消息实质上成为物理层中的专用控制信道的消息。专用信令信道(DSCH)是发送层3信令消息所需的前向或反向信道，并且是分配到分组服务的控制保持状态和有效状态中的一对一信道(即，非共享信道)。专用业务信道(DTCH)是发送用户数据所需的前向或反向信道，并且是分配到分组服务的有效状态中的一对一信道。
表2中的控制保持状态表示下述状态，即，尽管专用MAC信道DMCH和专用信令信道DSCH被分配给前向和反向链路，具有用户数据分组的RLP(Radio Link Protocol，无线链路协议)帧不能被交换，因为专用业务信道DTCH未被确立。此外，有效状态表示下述状态，即，信道DMCH、DSCH和DTCH被分配给前向和反向链路，使得具有用户数据分组的RLP帧可以被交换。
这样，图2A至2C示出映射到物理信道帧中的逻辑信道消息帧或数据。在这些图中，标号211、221和231表示逻辑信道消息帧，而标号212、222和232表示物理信道消息帧。
下面的讨论涉及用于专用控制信道的第一长度帧和第二长度帧的结构和操作。专用控制信道的帧长度根据消息的类型而动态变化。在接收机端，每5ms确定帧长度。
在用于发送图2A所示的5ms固定长度消息的分组信道连接控制模式中，使用5ms请求/确认消息来进行前向和反向分组业务信道的请求/分配。始于基站的前向分组业务信道分配不依赖于始于移动台的反向分组业务信道分配。连接控制消息包括分组业务信道请求消息、分组业务信道分配消息和分组业务信道确认消息。这些消息通过DMCH在各逻辑信道中发送。表3示出5ms的第一长度消息帧的反向分组业务信道的信道分配消息字段。
表3
反向分组业务信道分配消息(24比特)
字段     长度(比特)
首标信息     5
序列     3
开始时间     2
分配的速率     4
分配的持续时间 3
保留的比特     7
在表3中，相应的字段定义为：
“首标信息”-标识符，消息的方向和类型(即，请求和确认)
“序列”-消息的序列
“开始时间”-使用开始时间的信道
“分配的速率”-分配的信道的速率
“分配的持续时间”-使用分配的信道的持续时间的信道
表3的形式的24比特固定长度消息以专用控制信道的图2A所示的5ms帧发送。
图4是当系统从控制保持状态转移到有效状态、然后再次从有效状态转移到控制保持状态时通过专用控制信道来分配和释放分组业务信道的流程图。在步骤411假设基站和移动台保持连接专用控制信道的控制保持状态。在步骤413，在此状态下，移动台产生用于通过专用MAC信道DMCH来请求分配反向分组业务信道的控制消息，并且将其通过物理信道发送。然后在步骤415，基站产生用于经专用MAC信道DMCH来分配反向分组业务信道的控制消息，并且经物理信道发送产生的控制消息。然后，在步骤417，基站和移动台转移到有效状态，在该状态中，分配分组业务信道以传输分组数据。在此有效状态下，移动台在步骤419初始化Tactive定时器，以检查分组数据的发送被断开的时间。这里，如果在Tactive定时器的值到期之前继续分组数据的发送，则保持有效状态，然后重复步骤419以初始化Tactive定时器。
然而，如果直至Tactive定时器到期还未继续分组数据的发送，则移动台在步骤421感受到此，在步骤423产生用于通过专用MAC信道DMCH请求释放反向分组业务信道的控制消息，并且通过物理信道发送产生的控制消息。在步骤425，响应该控制消息，基站产生用于经专用MAC信道DMCH释放反向分组业务信道的响应控制消息，并且经物理信道发送产生的控制消息。接着，在步骤427，基站和移动台释放反向业务信道，并且转移到控制保持状态，准备下一个状态。
如图4所示，在请求和分配反向分组业务信道的过程中，移动台产生包括请求的信道数据率信息的反向分组业务信道请求消息，并且将其发送到基站。然后基站分析接收到的消息以确定是否请求的参数可以被支持，并且响应请求消息，根据该确定，向移动台发送表3的反向分组信道分配控制消息。当需要附加的协商时，可以重复上述请求和响应过程。此外，如果在分组数据通信的过程中没有要发送的分组数据，则在Tactive定时器中设置的时间过去之后执行分组业务信道释放处理。
在用于可变长度帧的发送模式中，符合IS-95标准的可变长度消息被分割地加载到专用控制信道的各20ms帧中，如图2B所示。具体地说，发送模式可以包括下述模式：用于不由ACK/NACK(acknowledge/negativeacknowledge，确认/否认)进行检错和纠错来发送帧的模式；当接收到整个可变长度消息并且对整个可变长度消息进行重新发送时发生ACK/NACK的模式；以及对相应帧进行ACK/NACK的模式。
在用户数据发送模式中，具有用户业务的RLP帧被分割地加载到专用控制信道的各20ms帧中，如图2C所示。用户数据发送模式可以被用于下述情况，即，由于要发送的数据量小而不能有效确立用于发送数据的分组业务信道。
下面将描述用于在CDMA移动通信系统中使用上述专用控制信道来发送专用信道的帧的物理方案的实施例。
参照图5，该图示出多载波CDMA通信系统中用于前向专用信道的帧发送装置。消息缓冲器511临时存储通过专用信道传送的帧消息。消息缓冲器511应该具有合适的大小，以存储一个或多个20ms的第二长度帧。此外，消息缓冲器511在更高层处理器(未图示)和调制解调器控制器513之间、或在用户数据产生器(未图示)和调制解调器控制器513之间对帧消息进行连接。更高层处理器在将帧消息存储到消息缓冲器511之后设置标志，而调制解调器控制器513在读取帧消息之后清除该标志，以便防止重写(over-writing)和过读(over-reading)。
在读取消息缓冲器511中存储的帧消息之后，调制解调器控制器513分析帧消息的首标，以检测消息类型，根据检测出的消息类型，输出要通过专用信道发送的消息数据(或净荷)，并且根据检测出的消息类型，输出帧选择信号。这里，帧数据的类型包括图2A的第一长度帧数据和图2B的第二长度帧数据。调制解调器控制器513根据该分析，输出不同大小的帧消息。即，对于5ms帧数据，调制解调器控制器513在第一输出端子输出具有表3结构的24比特第一帧数据；对于20ms帧数据，调制解调器控制器513在第二输出端子542输出172比特的第二帧数据。此外，调制解调器控制器513确定帧数据的有无，以控制专用控制信道的输出。即，调制解调器控制器513在检测出5ms的第一长度帧消息时产生第一帧选择信号，而在检测出20ms的第二长度帧消息时产生第二帧选择信号。此外，调制解调器控制器513在要发送20ms或5ms帧消息的情况下产生第一增益控制信号。然而，在5ms帧消息与20ms帧消息混杂的情况下，调制解调器控制器513产生第二增益控制信号，用于在接着混杂帧消息的持续时间的20ms帧消息的其余部分增加发送功率。此外，当没有要发送的帧消息时，调制解调器控制器513产生第三增益控制信号，用于限制专用控制信道上的信号发送。
总之，调制解调器控制器513产生第一帧选择信号和第一增益控制信号，以在第一输出端子541输出第一长度帧数据。此外，调制解调器控制器513产生第二帧选择信号和第二增益控制信号，以在第二输出端子542输出第二长度帧数据。此外，当在发送20ms帧消息的过程中5ms帧消息与20ms帧消息混杂时，调制解调器控制器513分别在第一和第二输出端子输出第一和第二长度帧数据，并且产生第一帧选择信号，用于在输出第一长度帧消息的持续时间内选择5ms的第一长度帧消息。在发送5ms的第一长度帧消息之后，调制解调器控制器513产生第二帧选择信号，用于在20ms帧消息的其余持续时间内选择第二长度帧数据，并且产生第二增益控制信号，用于增加此时正在发送的第二长度帧数据的发送功率。然而，当没有要发送的帧消息时，调制解调器控制器513产生第三增益控制信号，以阻塞专用控制信道的发送路径。
在本例中，第一长度帧数据指的是5ms(由24比特构成)的第一长度比特流，而第二长度帧数据指的是20ms(由172比特构成)的第二长度比特流。
CRC(循环冗余校验)产生器515将16个CRC比特添加到从调制解调器控制器513输出的24比特的第一长度帧数据，以便能够在接收机端确定帧品质(即，确定帧是否有差错)。具体地说，在接收到5ms帧数据时，CRC产生器515在调制解调器控制器513的控制下，产生16个CRC比特以输出40比特帧数据。
尾比特产生器517产生终止纠错码所需的尾比特。此尾比特产生器517产生尾比特，并且将其添加到第一长度帧消息的末尾，以便允许编码器519在下面的阶段以第一长度帧为单位对消息进行编码。具体地说，尾比特产生器517产生8个尾比特，并且将其添加到CRC产生器515的输出上，从而输出48比特的帧消息，如图2A的标号212所示。
编码器519对尾比特产生器517的输出进行编码。作为例子，编码器519可以是卷积编码器或编码率为1/3并且约束长度为9的turbo编码器，从而产生144个编码比特(或符号)。
交织器521对编码器519输出的5ms帧消息进行交织。即，交织器521以5ms的第一帧长度为单位在帧内重新排列符号，以便改善对突发差错的容错。在本实施例中，交织器521的交织过的输出将被称为第一帧消息。
CRC产生器515、尾比特产生器517、编码器519和交织器521构成第一帧消息产生器550，用于通过接收第一帧数据来产生第一帧消息。
CRC产生器516将12个CRC比特添加到调制解调器控制器513输出的172比特的第二长度帧数据上，以便能够在接收机端确定帧品质(即，确定帧是否有差错)。具体地说，在接收到20ms帧数据时，CRC产生器516在调制解调器控制器513的控制下，产生12个CRC比特，以输出184比特帧数据。
尾比特产生器518产生终止纠错码所需的尾比特。此尾比特产生器518产生尾比特，并且将其添加到第二长度帧消息的末尾，以便允许编码器520在下面的阶段以第二长度帧为单位对消息进行编码。具体地说，尾比特产生器518产生8个尾比特，并且将其添加到CRC产生器516的输出上，从而输出192比特的帧消息，如图2B的标号222所示。
编码器520对尾比特产生器518的输出进行编码。本实施例中所用的编码器520是卷积编码器或编码率为1/3并且约束长度为9的turbo编码器。从而，编码器520产生576个编码比特(或符号)。
交织器522对编码器520输出的20ms帧消息进行交织。即，交织器522以20ms的第一帧长度为单位在帧内重新排列符号，以便改善对突发差错的容错。在本实施例中，交织器522的交织过的输出将被称为第二帧消息。
CRC产生器516、尾比特产生器518、编码器520和交织器522构成第二帧消息产生器560，用于通过接收第二帧数据来产生第二帧消息。
复用器523根据调制解调器控制器513输出的帧选择信号SCTL，选择第一和第二交织器521和522的输出。即，复用器523响应第一帧选择信号而选择第一交织器521的输出，响应第二帧选择信号而选择第二交织器522的输出。可采用复用器作为复用器523。采用调制解调器控制器523和选择器523作为插入器，用于当在发送第二长度帧消息的过程中产生第一长度帧消息时、或者当同时产生第一和第二帧消息时，混杂第一帧消息与第二帧消息。
信号映射和复用块525映射复用器523输出的帧消息，并且将映射的帧消息复用到第一和第二信道。即，信号映射和复用块525通过将逻辑“1”的控制信号转换为“-1”、并且将逻辑“0”的控制信号转换为“+1”，来映射帧消息，并且将奇数控制信号输出到第一信道，而将偶数控制信号输出到第二信道。
控制比特插入器531将控制比特插入到信号映射和复用块525的输出中。此插入的控制比特可以是用于控制移动台反向链路概率的功率控制比特(PCB)。
增益控制器527和528根据调制解调器控制器513输出的增益控制信号GCTL，控制控制比特穿孔器53输出的相应信道信号的增益。即，增益控制器527和528响应第一增益控制信号，原封不动地输出输入信号；响应第二增益控制信号，增加输入信号的增益，以增加发送功率；而响应第三增益控制信号，将输入信号的增益减少到零，以断开专用控制信道的输出。从而，增益控制器527和528根据调制解调器控制器513输出的增益控制信号，形成或阻塞专用控制信道上的帧消息的路径。即，增益控制器527和528执行DTX(Discontinuous Transmission，不连续发送)操作模式，其中当有要发送的帧消息时根据增益控制信号来形成专用控制信道的路径，而当没有要发送的帧消息时阻塞专用信道的路径。此外，增益控制器527和528在调制解调器控制器513的控制下，当5ms帧消息与20ms帧消息混杂时增加输出信号的概率。这样，增益控制器527和528构成功率控制器，用于控制信号的发送功率。
串/并(serial-to-parallel，S/P)变换器529复用输入信号，以便使增益控制器527和528输出的控制信号通过多载波信号来传播。正交码调制器533根据正交码号和分配信道的长度来产生正交码，并且通过将帧消息乘以产生的正交码来正交地调制帧消息。Walsh码、准正交码或m-码片抵抗码(m-chipresistance code)可以用作正交码。扩展调制器535通过将正交码调制器533输出的正交调制过的信号与扩展序列例如伪随机噪声(PN)组合，而对其进行扩展。
正交码调制器533和扩展调制器535的结构示于图6A至6C。
参照图6A，Walsh码产生器615产生专用控制信道的Walsh码。(Walsh码是使用最广的正交码)乘法器611和613通过将相应的I和Q信道输入信号与Walsh码产生器615输出的Walsh码组合，来产生正交调制信号。扩展调制器535用扩展序列产生器(未图示)提供的PN序列PNi和PNq对乘法器611和613输出的相应的I和Q信道信号进行扩展。扩展调制器535可以使用复PN扩展器。
然而，当Walsh码的数目不足以进行信道分离时，可以使用准正交码来扩大正交码的数目。即，根据预定的代码长度，存在正交码集：例如，当代码长度为256时，存在256×256 Walsh码集，可以系统地产生N个256×256准正交码集(其中N是自然数)。这种准正交码集在准正交码信道和Walsh码信道之间具有最小化的干扰，并且在准正交码之间具有固定的相关值。
图6B输出准正交码产生器533和扩展调制器535。参照图6B，Walsh码产生器615根据Walsh码号和分配信道的长度来产生Walsh码，而准正交码掩码器(mask)617产生准正交码掩码信号。“异或”(XOR)门619将Walsh码和准正交码掩码信号逐比特相“异或”，以产生准正交码。乘法器611和613将相应的I和Q信道信号乘以XOR门619输出的准正交码，以对前向链路专用控制信道的帧消息进行扩展。扩展调制器535用前述PN序列PNi和PNq对乘法器611和613输出的相应的I和Q信道信号进行扩展。
在图6B中，准正交码通过将Walsh码乘以准正交码掩码信号(或者当数据由“0”和“1”表示时，将Walsh码和准正交码掩码信号相“异或”)来产生。合适的准正交码产生器公开于本发明的申请人提交的、题为“Quasi-orthogonal Code Generation Device and Method for Mobile CommunicationSystem(用于移动通信系统的准正交码产生装置和方法)”的韩国专利申请No.46402/1997，并且包含于此作为参考。采用准正交码，可以将编码信道数增加N倍，允许许多业务信道用户使用独特(unique)的专用控制信道。
图6C输出用于根据另一个实施例来产生准正交码的方案。参照图6C，Walsh码产生器615产生专用信道的Walsh码。乘法器611和613将相应的I和Q信道信号乘以Walsh码产生器615输出的Walsh码，以产生正交调制信号。PN掩码器653产生PN掩码信号，而PNi产生器655产生I信道的PN序列PNi。“与”门657将PN掩码信号和PN序列PNi逐比特相“与”，以产生I信道扩展信号。PN掩码器654产生PN掩码信号，而PNq产生器656产生Q信道的PN序列PNq。“与”门658将PN掩码信号和PN序列PNq逐比特相“与”，以产生Q信道扩展信号。
在图6C中，通过将特定PN掩码与PNi和PNq产生器655和656的相应的PN序列相“与”而产生的PN序列被用于产生准正交码。这样，对每个PN掩码产生一个准正交码集。从而，当使用N个不同的PN掩码时，可以扩大编码信道的数目，这类似于使用准正交码产生器来产生N个准正交码集的方法。
在另一个实施例中，通过以与使用PN掩码的方法相同的方式将PN序列移动特定的多个码片，可以获得扩大编码信道数目的结果，这类似于使用准正交码产生器的情况。
最好对前向和反向链路的专用信道应用帧参差(frame staggering)。术语“帧参差”可以与“帧偏移(frame offset)”互换使用，指的是根据系统时间将相应的数据信道的帧偏移预定时间的操作。通常，当在移动台或基站端处理发送和接收数据时，应用帧偏移来获得分散帧处理负荷的结果。即，帧参差用于有效使用处理数据的公共资源(即，干线)。例如，在传统的IS-95系统中，将业务信道帧偏移多个1.25ms的功率控制持续时间，并且最大帧偏移是18.75ms，它是持续时间1.25ms的15倍。在IS-95系统中，即使基站之间的偏移给定为1.25ms，功率控制比特也可能没有均匀分布。发送非均匀分布的功率控制比特可能导致整个功率的周期性波动。因此，为了防止因插入功率控制比特而引起的波动，专用信道以1.25/12＝10.104为单位进行编码比特级帧参差，以使功率控制比特均匀地分布在整个1.25ms持续时间上。
根据上述描述，下面来描述专用控制信道发送装置的操作。在图5中，在调制解调器控制器513中确定要发送的消息的帧长度(5ms或20ms)。即，调制解调器控制器513通过检查表示消息缓冲器511中存储的帧消息是24比特固定长度帧消息、还是可变长度帧消息的首标信息，来确定帧长度。当首标信息表示24比特固定长度帧消息时，确定为帧消息具有5ms帧长度。当它表示可变长度帧消息时，确定为帧消息具有20ms帧长度。调制解调器控制器513根据该帧长度确定，将输入帧数据输出到第一帧消息产生器550或第二帧消息产生器560，产生帧选择信号SCTL，用于选择第一帧消息产生器550或第二帧消息产生器560，并且产生增益控制信号GCTL，用于输出或限制帧消息输出。
表4示出调制解调器控制器513产生的控制信号。
表4
    帧消息 SCTL GCTL 说明
    5ms 第一帧选择信号 第一增益控制信号 输出5ms帧消息
    20ms 第二帧选择信号 第二增益控制信号 输出20ms帧消息
  20ms+5ms 第一和第二帧选择信号 第一和第二增益控制信号 在发送20ms帧消息的过程中接收到5ms帧消息时输出5ms帧消息，并且在发送5ms帧消息之后，继续用增加的功率来输出20ms帧消息
  X X 第三增益控制信号 阻塞专用信道的输出路径
第一帧消息产生器550的子块515、517、519和521中的数字、以及第二帧消息产生器560的子块516、518、520和522中的数字表示根据5ms和20ms帧长度的比特数目。
此外，调制解调器控制器513以DTX模式来控制专用信道。即，在优选实施例中，通过专用控制信道来发送/接收用于数据服务的信令消息和与MAC有关的消息，有助于有效使用信道容量。IS-95系统构造为复用话音业务和信令业务，使得话音和信令信道应该对数据服务是常开的。然而，由于本发明的专用信道工作在DTX模式，所以不必对控制信号常开信道。当没有要发送的信号信息时，可以抑制DTX增益控制器中的发送功率，从而有效利用无线容量。
对于DTX发送操作模式，当感觉到消息缓冲器511没有要发送的控制消息时，调制解调器控制器513产生第三增益控制信号，使得增益控制器527和528将专用控制信道的输出保持为“0”。即，当有要发送的帧消息时，调制解调器控制器513产生(预定增益的)第一增益控制信号或(根据输出5ms帧消息的位置而确定的)第二增益控制信号，而当没有要发送的帧消息时，产生第三增益控制信号(GCTL＝0)。增益控制器527和528可以位于扩展级之后。此外，尽管本发明是参照使用增益控制器527和528执行专用控制信道的DTX模式的实施例来描述的，但是当没有要发送到专用控制信道的控制信号时，也可以使用复用器523阻塞信号路径。
此外，也可以在发送帧消息时混杂5ms帧消息与20ms帧消息，如图8A和8B所示。当如图8A所示，在持续时间#1同时输入5ms帧消息和20ms帧消息时，调制解调器控制器513将5ms帧数据提供给第一帧消息产生器550，并且将20ms帧数据提供给第二帧消息产生器560。对于持续时间#1，第一和第二交织器521和522分别输出5ms和20ms帧消息。然后，复用器523响应第一帧选择信号来选择第一交织器521的输出，而增益控制器527和528响应第一增益控制信号来原封不动地传送输出信号。从而，对于持续时间#1，5ms帧消息被输出为其原始输入信号电平。在持续时间#1发送5ms帧消息之后，复用器523响应第二帧选择信号来选择第二交织器522的输出，而增益控制器527和528响应第二增益控制信号来增加复用器523输出的20ms帧消息的发送功率。对于其余的持续时间#2、#3和#4，与输入功率电平相比，将20ms帧数据的发送功率增加33％。在持续时间#4之后，增益控制器527和528响应第三增益控制信号(GCTL＝0)来阻塞帧消息的输出路径。
在图8B中，在发送持续时间#1接收到的20ms帧消息的过程中在持续时间#2接收到5ms帧消息。在此情况下，对于持续时间#1，调制解调器控制器513将20ms帧消息提供给第二帧消息产生器560，并且产生第二帧选择信号和第一增益控制信号。对于持续时间#2，调制解调器控制器513将5ms帧消息提供给第一帧消息产生器550，而将20ms帧消息提供给第二帧消息产生器560，并且产生第一帧选择信号和第一增益控制信号。结果，在持续时间#1内以原始信号电平来输出20ms帧消息，而在持续时间#2以原始信号电平来输出5ms帧消息。在持续时间#2之后，复用器523响应第二帧选择信号来选择第二交织器522的输出，而增益控制器527和528响应第二增益控制信号来增加复用器523输出的20ms帧消息的增益。对于其余的持续时间#3和#4，与输入信号电平相比，将增益增加50％。在持续时间#4之后，增益控制器527和528响应第三增益控制信号(GCTL＝0)来阻塞帧消息的输出路径。
下面将进一步描述在发送20ms帧消息的过程中需要发送5ms帧消息时、或者在同时产生5ms帧消息和20ms帧消息时混杂帧的方法
在第一混杂方法中，当在发送较长帧消息的过程中产生较短帧消息时，较短帧消息被整个(例如以5ms时间间隔)发送，延迟发送较长帧消息，并且在发送较短帧消息之后发送较长帧消息的其余部分。在此方法中，由于短帧消息和较长帧消息是整个发送的，所以在接收机端解码的过程中不会发生性能恶化。然而，当发送帧消息有时间限制时，两个帧消息的总和将超过该时间限制。
在第二混杂方法中，当在发送较长帧消息的过程中产生较短帧消息时，发送较短帧消息以取代部分较长帧消息，并且不再发送该被取代的部分。然后不延迟地发送较长帧消息的尾端。在此方法中，较长帧消息的数据可能在被取代的部分损失，造成解码性能恶化。然而，此问题可以根据如何设计较长帧消息的符号分配器而被最小化。
对于卷积码，解码性能依赖于被取代的符号在一帧持续时间中的位置。通过为被取代的帧消息搜索具有最佳解码性能的位置、并且在此位置取代帧消息，可以解决解码性能恶化的问题。
为此，当较长帧消息被取代较短帧消息的长度时，需要搜索具有最佳解码性能的位置。为此，需要确定取代位置(即，穿孔位置)，并且测量该位置的解码性能。在测量卷积码的解码性能时，使用下述参数：自由距离dfree，表示编码符号之间的最小汉明距离；传递函数，表示比特误码率的上限公式；以及符号之间汉明距离的分布(见“Error Correction Coding：Fundamentals andApplication(纠错编码：基础与应用)”-Shu Lin/Daniel J.Costello，Jr.)。
为各取代位置测量参数，以搜索优选的取代位置。如果在混杂处理中可以将搜索到的位置移动到要穿孔的位置，则可以解决混杂处理中产生的问题。至于信号功率损失问题，可以通过将较长帧消息的其余部分的信号功率增加所损失的功率来补偿功率损失。
通过实验来测量搜索到的取代位置，以确认性能。然后，设计符号分配器，用于将搜索到的位置处的符号移动到混杂处理中要穿孔的位置。可以将交织器用作符号分配器。
在本实施例中，假设5ms帧与20ms帧混杂，并且192比特的20ms帧被编码到编码率为1/3的卷积码中。这里，编码符号数为576。在下面的描述中，5ms帧指的是具有5ms帧长度的第一长度帧消息，而20ms帧指的是具有20ms帧长度的第二长度帧消息。
如图9A至9D所示，由于5ms帧是20ms帧长度的1/4，所以有4个可能的混杂位置。即，当20ms帧被分为4个持续时间时，5ms帧可以在4个分得的持续时间中的任一个处与20ms帧混杂。在本例中，在发送5ms帧数据的时间间隔中，损失20ms帧数据。如上所述，20ms帧的损失的数据可以通过接收机端的纠错解码功能来恢复。为了增加20ms帧的接收概率，发送机在损失的5ms持续时间后的其余持续时间内增加发送功率。例如，当5ms帧在20ms帧的持续时间#1处被混杂时，如图9A所示，则20ms帧的功率在下面的持续时间#2、#3和#4内增加大约33％。当5ms帧在20ms帧的持续时间#2处被混杂时，如图9B所示，则20ms帧的功率在下面的持续时间#3和#4内增加大约50％。当5ms帧在20ms帧的持续时间#3处被混杂时，如图9C所示，则20ms帧的功率在下面的持续时间#4内增加大约100％。然而，当5ms帧在20ms帧的持续时间#4处被混杂时，如图9D所示，则无法补偿损失的功率。在此情况下，与上述3种情况相比，解码性能可能恶化。
此外，为了使数据损失的影响最小化，设计用于20ms帧的交织器，使得与5ms持续时间对应的符号被分散，这些符号将通过进行行置换而被删除。
下面，通过删除矩阵来考虑最佳交织器。由于20ms帧的1/4被短消息取代，即，20ms帧的1/4被穿孔，所以144(＝576/4)个比特应该被穿孔。然后，应该确定如何删除576个比特中的144个比特，而不使解码性能恶化。根据穿孔位置，可能有很多种情况。在本实施例中，将为一些规则的穿孔类型而测量各参数。下面是根据穿孔类型而得到的删除矩阵：
删除矩阵#1
D 1 = 01110111 · · · 10111011 · · · 11011101 · · ·
册除矩阵#2
D 2 = 11011101 · · · 10111011 · · · 01110111 · · ·
删除矩阵#3
D 3 = 01111101 · · · 10111011 · · · 11010111 · · ·
删除矩阵#4
D 4 = 11010111 · · · 10111011 · · · 01111101 · · ·
在删除矩阵#1中，第1行和第1列中的“0”表示由第1生成多项式编码的第1信息比特被删除(穿孔)，第1行和第2列中的“1”表示由第1生成多项式编码的第2信息比特不被删除，而第2行和第1列中的“1”表示由第1生成多项式编码的第1信息比特不被删除。这里，自由距离对于删除矩阵#1为11，对于删除矩阵#2为12，对于删除矩阵#3为10，而对于删除矩阵#4为10。自由距离表示符号之间的最小汉明距离，而汉明距离表示编码符号之间的歪斜(skewed)比特数。随着汉明距离增大，解码性能也提高。从而，在自由距离方面，与删除矩阵#3和#4相比，删除矩阵#1和#2具有更好的特性。此外，尽管在自由距离方面，删除矩阵#2比删除矩阵#2具有更好的特性，但是在编码符号之间汉明距离的分布方面，删除矩阵#2比删除矩阵#1具有更好的特性。
表5示出设计得具有删除矩阵#1的穿孔形式的交织器。
表5：编码符号的32×18排列
1  32 65 97  129 161 193 225 257 289 321 353 385 417 449 481 513 545
5  37 69 101 133 165 197 229 261 293 325 357 389 421 453 485 517 549
9  41 73 105 137 169 201 233 265 297 329 361 393 426 457 489 521 553
13 45 77 109 141 173 205 237 269 231 333 365 397 428 461 493 525 557
17 49 81 113 145 181 209 241 273 235 337 369 401 433 465 497 529 561
21 53 85 117 149 181 213 245 277 309 341 373 405 437 469 501 533 566
25 57 89 121 153 185 217 249 281 313 345 377 409 441 473 505 537 569
29 61 93 125 157 198 221 253 285 317 349 381 413 445 477 509 541 673
2  34 66 98  130 162 194 226 258 290 322 354 386 418 405 482 514 546
6  38 70 102 134 166 198 230 262 294 326 358 390 422 454 486 518 550
10 42 74 106 138 170 202 234 266 298 330 362 394 426 459 490 522 554
14 46 78 110 142 174 206 237 270 302 334 366 398 430 462 494 526 558
18 50 82 114 146 178 210 241 274 306 338 370 402 434 466 498 530 562
22 54 86 118 150 182 214 245 278 310 342 374 406 438 470 502 534 566
26 58 90 122 154 186 218 249 282 314 346 378 410 442 474 506 538 570
30 62 94 126 158 190 222 253 286 318 350 382 414 446 478 510 542 574
3  36 67 99  131 163 195 227 259 291 323 356 387 419 451 483 515 547
7  40 71 103 135 167 199 231 263 295 327 359 391 423 465 487 519 651
11 43 75 107 139 171 203 235 267 299 331 363 395 427 459 491 523 655
15 47 79 111 143 175 207 239 271 303 335 370 399 431 463 495 527 659
19 51 83 115 147 179 211 243 275 307 339 374 403 435 467 499 531 663
23 55 87 119 151 183 215 247 279 311 343 375 407 439 470 503 535 667
27 59 91 123 155 187 219 251 283 315 347 379 411 443 475 507 539 671
31 63 95 127 159 191 223 255 287 319 351 383 415 447 479 511 543 675
4  36 68 100 132 164 196 228 260 292 324 356 388 420 452 484 516 548
8  40 72 104 136 168 200 232 264 296 328 360 392 424 456 488 520 552
12 44 76 108 140 172 204 236 268 300 332 364 396 428 460 492 524 556
16 48 80 112 144 176 208 240 272 304 336 368 400 432 464 496 528 560
20 52 84 116 148 180 212 244 276 308 340 372 404 436 468 500 532 564
24 56 88 120 152 184 216 248 280 312 344 376 408 440 472 504 536 568
28 60 92 124 156 188 220 252 284 316 348 380 412 444 476 508 540 572
32 64 96 126 160 192 224 256 288 320 352 384 416 448 480 512 544 576
图10A至10D示出交织器发送的20ms帧的符号形式，该交织器是根据删除矩阵#1为各混杂方法设计的。具体地说，图10A示出5ms帧与20ms帧在持续时间#1处混杂的情况。对于信息比特1、2、3、4和5，根据删除矩阵#1，按照第1符号数据S10、第2符号数据S21、第3符号数据S32、第4符号数据S40和第5符号数据S51的顺序进行穿孔。图10B示出5ms帧与20ms帧在持续时间#2处混杂的情况。穿孔格式类似于图10A的格式，并且各符号根据它们所属的时间间隔(持续时间)不同而具有不同的功率。即，属于持续时间#1的符号以原始功率被发送，而属于持续时间#3和#4的符号以比原始功率增加50％的功率电平被发送。图10C示出5ms帧与20ms帧在持续时间#3处混杂的情况。穿孔格式类似于上述的格式，并且各符号根据它们所属的持续时间不同而具有不同的功率。例如，属于持续时间#2和#3的符号具有原始功率，而属于持续时间#4的符号具有两倍于原始功率的功率。最后，图10D示出5ms帧与20ms帧在持续时间#4处混杂的情况。穿孔格式与上述格式相同，并且符号具有原始功率。
图11示出根据本发明一实施例混杂不同长度的帧消息的方案。在图中，交织器713根据删除矩阵#1被设计为具有表5的特性。因此，本说明书将示例性地说明根据删除矩阵#1设计的方案。
参照图11，编码器711产生5ms的编码第一长度帧消息，并且通过未图示的交织器对编码器711的输出进行交织。编码器712产生20ms的编码第二长度帧消息，并且交织器713对编码器712输出的编码20ms帧消息进行交织，以便在帧内重新排列符号，使得对应的符号根据删除矩阵#1被穿孔。选择器714根据帧选择信号来选择编码器711的输出、或交织器713的输出。即，选择器714响应第一帧选择信号来选择编码器711的输出，而响应第二帧选择信号来选择交织器713的输出。复用器可以被用作选择器714。
功率控制器715根据增益控制信号来控制选择器714输出的信号的增益。即，功率控制器715响应第一增益控制信号，不进行增益控制，而将输入信号原封不动地输出；响应第二增益控制信号，增加输入信号的增益，以增加输出功率；以及响应第三增益控制信号，将输入信号的增益控制为零。当增益为零时，没有输出信号，从而信道的输出被切断。
下面，参照图11来描述5ms帧消息与20ms帧消息混杂的操作。
编码器711对第一帧数据进行编码，并且产生第一长度帧消息给选择器714。编码器712对第二数据输入进行编码，并且产生第二长度帧消息给交织器713。然后交织器713重新排列第二长度帧消息中的符号，使得符号根据图9A至9D的各情况的删除矩阵#1被穿孔。交织器713的结构示于图12。
参照图12，交织器713由32个延迟器743-746组成。当第二长度帧消息从编码器712输出时，开关732将节点731连接到节点733，以将第1符号输出到延迟器743，并且将节点731连接到节点734，以将第2输出到延迟器744。以此方式，在第32个符号被输出到延迟器746后，开关731再次将节点731连接到节点733，以将第33个符号输出到延迟器743。通过重复此处理，18个符号被存储到各延迟器。然后，根据表5的交织函数，开关741将节点742连接到节点737，以输出延迟器743中存储的符号。接着，开关741将节点742连接到第5个延迟器的输出节点，以输出第5个延迟器中存储的符号。即，第1、第5、第9、第13、第17、第21、第25和第29个延迟器中存储的符号在20ms帧的持续时间#1内被依次输出；第2、第6、第10、第14、第18、第22、第26和第30个延迟器中存储的符号在20ms帧的持续时间#2内被依次输出；第3、第7、第11、第15、第19、第23、第27和第31个延迟器中存储的符号在20ms帧的持续时间#3内被依次输出；而第4、第8、第12、第16、第20、第24、第28和第32个延迟器中存储的符号在20ms帧的持续时间#4内被依次输出。交织器713输出的值被输入到选择器714，并且与施加到选择器714另一输入端的5ms帧混杂。
图13示出选择器714的结构。如果在开关755将节点754连接到节点753以在持续时间#1内输出5ms帧时输入5ms帧，则输入的5ms帧由延迟器751临时延迟。经过持续时间#1后，开关755将节点754连接到节点752，以在持续时间#2内输出延迟过的5ms帧符号。这样，20ms帧的符号在持续时间#2内被删除。经过持续时间#2后，开关755再次将节点754连接到节点753，以输出其余的20ms帧符号。这种混杂的帧被输入到功率控制器715，功率控制器715原封不动地输出5ms帧的符号，并且以增加的功率来输出其余20ms帧的符号。结果，编码器712输出的编码20ms帧被穿孔，如删除矩阵#2所示。
具体地说，选择器714响应第一选择信号，依次接收交织器713中第1、第5、第9、第13、第17、第21、第25和第29个延迟器输出的符号，并且将接收到的符号输出到功率控制器715。此外，选择器714响应第二选择信号，将在延迟器751中延迟过的5ms帧符号输出到功率控制器715。然后，选择器714响应第一选择信号，依次接收交织器713中第3、第7、第11、第15、第19、第23、第27、第31、第4、第8、第12、第16、第20、第24、第28和第32个延迟器输出的符号，并且将接收到的符号输出到功率控制器715。即，这隐含着与20ms帧的持续时间#2对应的第2、第6、第10、第14、第18、第22、第26和第30个延迟器的符号被删除。
这种帧混杂方案的性能依赖于编码器和交织器的生成多项式。对于一个生成多项式，当根据几种类型的删除矩阵进行穿孔时，对于各情况选择具有好的性能测量的删除矩阵，然后相应地设计交织器。
图14A和14B分别示出使用删除矩阵#1和删除矩阵#2穿孔的帧的性能。具体地说，图14A示出使用删除矩阵#1设计的交织器对于各混杂情况#1至#3的性能。图14B示出使用删除矩阵#2设计的交织器对于各混杂情况#1至#3的性能。
图14A和14B都示出混杂情况#1提供最好的性能，而混杂情况#3提供最差的性能。例如，表6示出当差错概率为0.01(＝1％)时各混杂情况的信噪比(Eb/No)。
表6
    差错概率  为0.01时的  Eb/No     注
    情况#1     情况#2     情况#3
  删除矩阵#1     2.5dB     2.6dB     2.7dB     0.5dB
  删除矩阵#2     2.6dB     2.7dB     2.8dB     0.6dB
由表6可知，当使用删除矩阵#1而不是删除矩阵#2时获得更好的性能。此外，情况#1的性能优于情况#2，而情况#2优于情况#3。这里，表6的“注”中的数字表示具有最好性能和最差性能的系统、包括IS-95系统之间的信噪比之差。由于具有较高性能的系统具有减少的性能差，所以当使用删除矩阵#1而不是删除矩阵#2时，可以期望较高性能。从而，在优选实施例中，根据帧矩阵方案中的删除矩阵#1来设计符号分配器。
如上所述，当5ms帧消息和20ms帧消息被同时输出时，专用控制信道发送装置在对应的时间输出5ms帧消息，然后以增加的功率来发送其余的20ms帧消息。这里，由于在编码处理中以1/3编码率对帧消息进行编码，所以接收机可以对数据损失进行纠错。为了改善纠错能力，第二交织器522应该被设计为均匀地分散编码数据。尽管图8A和8B示出将5ms帧消息和20ms帧消息进行混杂的例子，应该理解，即使在5ms帧消息和20ms帧消息被依次输出时，帧消息发送能力也是良好的。
图5示出用于前向链路(从基站到移动台)的专用信道发送装置的结构。用于前向链路的专用控制信道发送装置应该进行用于控制移动台的发送功率的PCB穿孔操作。然而，用于反向链路(从移动台到基站)的专用信道发送装置不必进行PCB插入操作。从而，除PCB插入方案、S/P转换器(用于多载波)、扩展器结构和卷积编码器的编码率外，用于反向链路的专用信道发送装置(移动台)具有与用于前向链路的专用控制信道发送装置的结构类似的结构。在本实施例中，前向链路编码器的编码率是1/3，而反向链路编码器的编码率是1/4。
在使用反向专用信道发送帧消息时，用于反向链路的专用信道发送装置还根据帧消息的大小来确定帧长度，并且根据该确定来发送帧消息。此外，用于反向链路的专用信道发送装置检查有/无帧消息要通过反向专用信道进行发送，以便当没有帧消息要发送时抑制反向专用信道的输出，而仅当有实际帧消息要发送时才形成反向专用信道的输出路径。
图5示出用于前向链路的多载波专用信道发送装置，而图7示出用于反向链路的单载波专用信道发送装置。从而，可以构造用于前向链路的单载波专用信道发送装置、和用于反向链路的多载波专用信道发送装置。
用于接收通过前向或反向专用信道发送的控制信号的装置应该确定帧消息的长度，以处理该控制信号。用于前向或反向链路的专用信道接收装置可以如图15所示来构造。
参照图15，解扩器911使用PN序列和正交码对接收信号进行解扩，以接收专用信道信号。分集组合器913组合解扩器911输出的多径信号。软决定产生器915将接收信号量化为多电平数字值，以对接收信号进行解码。其大小用于处理5ms帧消息的第一解交织器917，对在发送的过程中交织过的5ms帧消息进行解交织，以将比特重新排列到原始状态。其大小用于处理20ms帧消息的第二解交织器918，对在发送的过程中交织过的20ms帧消息进行解交织，以将比特重新排列到原始状态。
定时器919产生控制信号，用于对以固定周期通过专用信道接收到的数据进行解码。这里，定时器919是能够对5ms帧进行解码的5ms定时器。第一解码器921由定时器919输出的控制信号来使能，并且对第一解交织器917输出的帧消息进行解码。第一解码器921对5ms的第一长度帧消息进行解码。第二解码器923由定时器919输出的控制信号来使能，并且对第二解交织器918输出的帧消息进行解码。第二解码器923对20ms的第二长度帧消息进行解码。第一CRC检测器925接收第一解码器921的输出，并且校验5ms帧的CRC。第二CRC检测器927接收第二编码器923的输出，并且校验20ms帧的CRC。这里，第一和第二CRC检测器925和927输出真信号“1”或假信号“0”作为结果信号。尽管本发明是参照通过检测CRC比特来确定接收到的帧消息的长度的实施例来描述的，但是也可以通过计算在第一和第二帧消息持续时间内接收到的信号的能量来确定帧长度和是否存在帧。
帧长度决定块929分析第一和第二CRC检测器925和927输出的结果信号，以决定通过专用信道接收到的帧消息的长度。当第一CRC检测器925输出真信号时，帧长度决定块929产生用于选择第一解码器921的选择信号sel1；当第二CRC检测器输出真信号时，产生用于选择第二解码器923的选择信号；而当第一和第二CRC检测器925和927都产生假信号时，产生用于切断第一和第二解码器921和923的输出的“禁止”信号。
选择器931根据帧长度决定块929的输出信号来选择第一和第二解码器921和923输出的解码数据。即，当接收到的帧是5ms帧时，选择器931选择第一解码器921的输出；当接收到的帧是20ms帧时，选择第二解码器923的输出；而对于没有接收到帧消息的时段，则切断第一和第二解码器921和923的输出。
调制解调器控制器933将接收到的选择器931输出的解码数据的帧消息存储到消息缓冲器935。然后上层处理器读出并处理消息缓冲器935中存储的控制消息。此外，当第一长度帧消息与第二长度帧消息混杂时，调制解调器控制器933响应选择信号sel1来输出第一长度帧消息，而响应选择信号sel2来选择第二长度帧消息。
下面，参照图15来描述专用信道接收装置的操作。解扩器911通过专用信道来接收控制信号，并且用PN序列对接收到的控制信号进行解扩。通过专用信道接收到的控制信号通过发送的逆处理被恢复为原始帧消息。这里，第一和第二解交织器917和918的大小分别用于处理5ms和20ms帧消息。
然后，在基站和移动台中，第一解码器921对5ms帧进行解码，而第二解码器923对20ms帧进行解码，以处理帧消息。然后第一和第二CRC检测器925和927分别对第一和第二解码器921和923输出的解码数据进行CRC校验，并且将结果值输出到帧长度决定块929。然后帧长度决定块929根据CRC校验结果来决定接收到的帧消息的帧长度。
当接收到第一长度帧消息和第二长度帧消息的混杂帧消息时，第一CRC检测器925和第二CRC检测器927交替地产生20ms持续时间的真信号。在此情况下，帧长度决定块929根据第一和第二CRC检测器925和927的输出信号来产生选择信号sel1和sel2。然后选择器931根据选择信号sel1和sel2来选择第一和第二解码器921和923的输出。调制解调器控制器933还根据来自帧长度决定块929的选择信号sel1和sel2选择性地将第一长度帧消息和第二长度帧消息输出到消息缓冲器935。即，当接收到混杂的帧消息时，专用信道接收装置确定帧长度，并且根据该确定来分离地处理第一长度帧消息和第二长度帧消息。
当假设CRC5表示5ms帧的CRC校验结果、而CRC20表示20ms帧的CRC校验结果时，帧长度决定块929将产生表7所示的选择信号。
表7
  CRC检测器   帧长度决定块 选择器     决定结果
  CRC5   CRC20
  真   假   sel1 第一解码器被选择     5ms帧
  假   真   sel2 第二解码器被选择     20ms帧
  假   假   禁止(DISABLE) 解码器输出被切断     无帧
  真   真   X X     X
如表7所示，当CRC5和CRC20都被检测到(即，真)时，帧长度决定块部确定相应的状态。然而，当CRC5和CRC20都为真时，也可以将接收到的帧确定为5ms帧，并且确定两个接收到的帧。
图16示出根据本发明处理通过专用信道接收到的可变长度帧消息的仿真结果。图16示出当专用信道使用5ms帧时、和使用20ms帧时，吞吐量之间的比较结果。这里，前向分组业务信道具有307.2Kbps的数据率、20ms固定帧和1％FER(帧误码率)。
如上所述，本发明的CDMA移动通信系统具有下述优点：
(1)可以通过根据专用信道上发送的消息的大小来产生不同长度帧消息，从而增加吞吐量和减少专用信道的业务延迟；
(2)根据有/无帧消息要发送来不连续地控制专用控制信道的使用。这样，可以通过DTX模式发送来增加无线容量；
(3)当产生多个不同长度的帧消息时，产生的帧消息彼此混杂，从而减少帧消息的发送时间。
尽管本发明是参照其特定优选实施例来示出和描述的，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节上的修改。例如，尽管上述实施例是结合CDMA通信系统来描述的，但是本发明也可以用于其他扩频或非扩频无线通信系统。

Claims (29)

1、一种用于码分多址通信系统的发送装置，包括：
第一消息产生器，用于对第一比特流的第一输入数据进行编码，以产生具有第一帧长度的第一帧消息；
第二消息产生器，用于对比第一比特流长的第二比特流的第二输入数据进行编码，以产生具有比第一帧长度长的第二帧长度的第二帧消息；
复用器，用于用第一帧消息取代部分第二帧消息；
扩展器，用于对复用器的输出进行扩展；以及
调制解调器控制器，用于产生用于复用的第一帧选择信号和第二帧选择信号。
2、如权利要求1所述的发送装置，其中当在发送第二帧消息的过程中产生第一帧消息时，所述复用器复用第一帧消息和第二帧消息。
3、如权利要求1所述的发送装置，其中该复用器依次输出部分第二帧消息、取代的第一帧消息、以及第二帧消息的其余部分。
4、如权利要求1所述的发送装置，其中该复用器依次输出取代的第一帧消息和第二帧消息，从该第二帧消息中删除与第一帧消息对应的部分。
5、如权利要求3或4所述的发送装置，还包括功率控制器，用于在取代的第一帧消息后，将第二帧消息的其余部分的发送功率增加到比第一帧消息的发送功率高。
6、如权利要求1所述的发送装置，其中在取代的第一帧消息后，第二帧消息的其余部分被抛弃。
7、如权利要求1所述的发送装置，其中第一帧消息具有5ms的帧长度，而第二帧消息具有20ms的帧长度。
8、如权利要求1所述的发送装置，其中第二消息产生器包括：
循环冗余校验CRC产生器，用于根据第二帧长度的第二输入数据来产生CRC比特；
尾比特产生器，用于产生尾比特，并且将产生的尾比特添加到CRC产生器的输出上；
信道编码器，用于以预定的编码率对添加了尾比特的第二帧数据进行编码；以及
交织器，用于按第二帧长度对编码帧消息进行交织。
9、如权利要求8所述的发送装置，其中该交织器将通过对一数据比特编码而产生的符号均匀分布在整个帧的各持续时间上。
10、如权利要求9所述的发送装置，其中该交织器根据下式给出的删除矩阵来设计：
D 1 = 01110111 · · · 10111011 · · · 11011101 · · · .
11、如权利要求1所述发送装置，其中该扩展器包括：
正交码扩展器，用于用专用控制信道的正交码对复用器输出的帧消息进行扩展；以及
伪随机噪声PN扩展器，用于用PN序列对正交码扩展器的输出进行扩展。
12、一种码分多址通信系统中的数据发送方法，包括下述步骤：
对第一比特流的第一输入数据进行编码，以产生具有第一帧长度的第一帧消息；
对比第一比特流长的第二比特流的第二输入数据进行编码，以产生具有比第一帧长度长的第二帧长度的第二帧消息；
用第一帧消息取代第二帧消息的相应部分；以及
发送取代第二帧消息的所述相应部分的第一帧消息。
13、如权利要求12所述的数据发送方法，其中当在发送第二帧消息的过程中产生第一帧消息时，复用第一帧消息和第二帧消息。
14、如权利要求12所述的数据发送方法，其中在所述取代步骤，依次混杂地输出部分第二帧消息、取代的第一帧消息、以及第二帧消息的其余部分。
15、如权利要求12所述的数据发送方法，其中在所述取代步骤，依次混杂地输出第一帧消息和第二帧消息，从该第二帧消息中删除与第一帧消息对应的部分。
16、如权利要求14或15所述的数据发送方法，还包括下述步骤：在第一帧消息后，将第二帧消息的其余部分的发送功率增加到比第一帧消息的发送功率高。
17、如权利要求12所述的数据发送方法，其中在所述取代步骤，在第一帧消息后，第二帧消息的其余部分被抛弃。
18、如权利要求12所述的数据发送方法，其中第一帧消息具有5ms的帧长度，而第二帧消息具有20ms的帧长度。
19、如权利要求18所述的数据发送方法，其中在所述取代步骤，将所述第二帧消息划分成4个具有相同长度的持续时间，在第二持续时间内删除部分第二帧消息以将第一帧消息插入到被删除的部分，并且在第三和第四持续时间内输出第二帧消息的其余部分。
20、如权利要求18所述的数据发送方法，其中在所述取代步骤，将所述第二帧消息划分成4个具有相同长度的持续时间，在第一持续时间内删除部分第二帧消息以将第一帧消息插入到被删除的部分，并且在第二、第三和第四持续时间内输出第二帧消息的其余部分。
21、如权利要求19或20所述的数据发送方法，还包括下述步骤：在插入的第一帧消息后，增加第二帧消息的其余部分的发送功率。
22、如权利要求12所述的数据发送方法，其中该第二帧消息产生步骤包括下述步骤：
根据第二帧长度的第二输入数据来产生CRC比特；
产生尾比特，并且将产生的尾比特添加到添加了CRC比特的第二数据；
以预定的编码率对添加了尾比特的第二帧数据进行编码；以及
按第二帧长度对编码的第二帧数据的符号进行交织。
23、如权利要求22所述的数据发送方法，其中在所述交织步骤，通过对一个数据比特编码而产生的符号被均匀地分布在整个帧的各持续时间上。
24、如权利要求23所述的数据发送方法，其中根据下式给出的删除矩阵来分布符号：
D 1 = 01110111 · · · 10111011 · · · 11011101 · · · .
25、如权利要求12所述数据发送方法，其中所述发送取代第二帧消息的所述相应部分的第一帧消息的步骤包括下述步骤：
用专用控制信道的正交码对第一帧消息和第二帧消息进行扩展；以及
用PN序列对正交扩展信号进行扩展。
26、如权利要求13所述的数据发送方法，其中所述发送取代第二帧消息的所述相应部分的第一帧消息的步骤包括下述步骤：
用业务信道的正交码对第一帧消息和第二帧消息进行扩展；以及
用PN序列对正交扩展信号进行扩展。
27、如权利要求26所述的数据发送方法，其中该业务信道是基本信道。
28、如权利要求12所述的方法，其中作为所述取代的结果，所述第二帧消息被延迟。
29、如权利要求12所述的方法，其中不发送所述第二帧消息的被取代的部分，使得不延迟地发送所述第二帧消息的尾部。
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