CN100505602C - 用来增加移动通信系统的信道容量的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用混合相移键控HPSK调制方法在移动通信系统中用来增加信道容量的装置。该方法包括：沃尔什码控制单元，用于检查分别从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列；沃尔什旋转器，用来生成多个重复的复数函数并输出它们；以及旋转器控制单元，用来根据从第一个沃尔什码单元和第二沃尔什单元输出的沃尔什码序列选择从沃尔什旋转器输出的重复的复数函数。该方法可以使用所有的沃尔什码并且增加了反向信道容量。

Description

用来增加移动通信系统的信道容量的装置和方法
1.技术领域
本发明涉及一种用来增加移动通信系统的信道容量的装置和方法。本发明尤其涉及一种使用混合相移键控(HPSK)调制系统的装置和方法。
2.背景技术
码分多址(CDMA)是一种方法，用来检测在使用特定码将信号扩频/调制后发送的原始信号，并且通过使用与发送方所用的码一样的码来解调已扩频/已调制信号。由随机数或沃尔什码组成的伪随机噪声码可以被用为特定码。
沃尔什码是一种正交码，它们相互之间几乎没有关系，并且因为给每个单元分配一个通信信道，所以可以将同一频率的资源分配给许多信道。也就是说，沃尔什码的信道可以根据正交性很容易地被区分开，并且该码可以被用于相移键控(PSK)，如四相PSK(QPSK)或混合PSK(HPSK)。
图1显示了一般的沃尔什码是由多个组组成的。如图1所示，第一组沃尔什码由“1”组成，以及第二组沃尔什码由两个沃尔什码W0{1，1}和W1{1，-1}组成。此外，第四组沃尔什码包括四个沃尔什码，由W0{1，1，1，1}，W1{1，-1，1，-1}，W2{1，1，-1，-1}，和W3{1，-1，-1，1}组成；以及第八组沃尔什码包括八个沃尔什码，由W0{1，1，1，1，1，1，1，1}，W1{1，-1，1，-1，1，-1，1，-1}，W2{1，1，-1，-1，1，1，-1，-1}，W3{1，-1，-1，1，1，-1，-1，1}，W4{1，1，1，1，-1，-1，-1，-1}，W5{1，-1，1，-1，-1，1，-1，1}，W6{1，1，-1，-1，-1，-1，1，1}和W7{1，-1，-1，1，-1，1，1，-1}组成。也就是说，根据用户的需要，可以将沃尔什码增加为2n个组。
图2A，2B和2C是表示QPSK和HPSK扩频信号的变换状态的示例图。图2A是显示QPSK扩频信号的相位变换状态的图，图2B是显示HPSK扩频信号的相位变换状态的图，以及图2C是显示每个相位变换中产生的信号大小变化的图。
如图2A和2B所示，在QPSK扩频中，在0°相位变换的峰值功率值增加，并且180°相位变换的相位变化经常产生。在HPSK扩频中，通过0°相位变换的峰值功率值相对低于QPSK扩频中的值，并且通过180°相位变换的相位变化也较少发生。
如图2C所示，在0°相位变换处，峰值功率发生了过冲并且峰值功率值增加，并且在180°相位变换处，功率发生了剧烈变化。当峰值功率是高时，就必须设计具有较高输出功率的功率放大器，并且因为在系统中会产生与高输出功率成比例的热量，所以需要一个冷却装置，这样就增加了尺寸。因为通过使用HPSK扩频而不是QPSK扩频可以减少0°或180°相位变换产生的频率，根据0°相位变换具有较小的功率过冲或180相位变换情况下产生较小的功率变化可以易于放大器的设计。
图3是显示根据传统技术用来增加移动通信系统的信道容量的装置的图。该装置是一种在使用HPSK的第三代(3G)系统用来扩频反向沃尔什码的装置。3G系统是一种用来提供移动画面水平的通信服务的移动通信系统，如宽带CDMA(W-CDMA)或CDMA-2000。
如图3所示，该装置包括第一和第二沃尔什码单元11和12，用来生成多个沃尔什码；第一加法器21，用来将从第一沃尔什码单元11输入的特定沃尔什码和通过反向导频信道(R-pilot CH.)或专用物理数据通道(DPDCH)输入的信号相加；以及第二加法器22，用来将另一个数据通道的信号和从第一沃尔什码单元11输入的信号相加。该装置还包括第一和第二增益单元31和32，用来将第一和第二加法器21和22的输出信号分别经过增益放大输出；第一求和单元41，用来对第一和第二增益单元31和32的输出信号求和并输出结果；第三加法器23，用来将从第二沃尔什码单元12输入的特定沃尔什码和通过反向基本信道(R-FCH)或专用物理控制信道(DPCCH)输入的信号相加；第四加法器24，用来将另一个信道的信号和从第二沃尔什码单元12输入的信号相加；第三和第四增益单元33和34，用来将第三和第四加法器23和24的输出信号分别通过增益放大输出；第二求和单元42，用来对第三和第四增益单元33和34的输出信号求和。该装置还包括：沃尔什旋转器50，用来为CDMA调制输出复数扰频信号；第一乘法器61，用来将沃尔什旋转器50输出的I-复数扰频信号Is和第一求和单元41的输出信号相乘；第二乘法器62，用来将沃尔什旋转器50输出的I复数扰频信号Is和第二求和单元42的输出信号相乘；第三乘法器63，用来将Q—复数扰频信号Qs和第二求和单元42的输出信号相乘；第四乘法器64，用来将沃尔什旋转器50输出的Q—复数扰频信号Qs和第一求和单元41的输出信号相乘；第三求和单元43，用来对第一和第三乘法器61和63输出的信号求和并输出结果为I-信号；以及第四求和单元44，用来对第二和第四乘法器62和64输出的信号求和并输出结果为Q-信号。
专用物理数据信道和专用物理控制信道用于W-CDMA，并且专用数据信道传输声音或数据以及专用控制信道传输控制信息。并且，反向导频信道和反向基本信道用于CDMA-2000，移动通信终端传输用于实现基站的同步检测的反向导频信道，以及反向基本信道传输各个声音和高速数据。
以下将简要描述用来增加移动通信系统信道容量的常规装置的操作。将通过各个信道输入的信息在第一到第四加法器21到24中通过第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码或一个正交可变扩频函数(OVSF)扩频。对于第一到第四加法器21到24的输出信号，在第一到第四增益单元31到34中获得预定的增益，然后在第一和第二求和单元41和42中通过I或Q信道求和并输出。在将通过第一和第二求和单元41和42输出的信号和沃尔什旋转器50输出的复数扰频信号进行组合的复数扰频之后，将信号作为I-信号和Q-信号输出然后滤波。
图4是说明复数扰频的一般原理的示例图。复数扰频是通过将一个复数数据信号(Ichip+jQchip)和一个复数扰频信号(Is+jQs)进行矢量相乘进行的，并且将它可以由公式1表示。
I+jQ＝(Ichip*Is-Qchip*Qs)+j(Ichip*Qs+Qchip*Is)
＝(Ichip+jQchip)*(Is+jQs)
＝Achip*As*ej(φchip+φs)   (公式1)
Achip和ejφchip是信号Ichip+jQchip的大小和角度，As和ejφs是Is+jQs信号的大小和角度。因此，I+jQ信号的大小等于复数数据信号和复数扰频信号的大小的乘积值，并且I+jQ信号的角度等于复数数据信号和复数扰频信号的角度的和。
参考图4，以下将叙述为各个I-复数数据信号和Q-复数数据信号输入{1，-1}，以及为I-复数扰频信号和Q-复数扰频信号输入{1，1}和{1，-1}的情况。因为复数数据信号依次各为{1，1}，所以重复地生成{1，1}的Ichip+jQchip坐标值，并将复数扰频信号显示为对于Is+jQs坐标被分成分别为{1，1}和{1，-1}值。当复数数据信号{1，1}和复数扰频信号{1，1}相乘时，45°的复数数据信号和45°的复数扰频信号相加，因此得到一个相位为90°的信号；并且当复数数据信号{1，1}和复数扰频信号{1，-1}相乘时，45°的复数数据信号和-45°的复数扰频信号相加，因此得到一个相位为0°的信号。因此，复数扰频可以将输入两个连续相同的数据时生成的0°相位变换转换成90°相位变换。
图5是显示在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的常规的复数扰频的一个实施例的图。参考图4描述使用第八组沃尔什码的HPSK。
第八组沃尔什码是一种用来将实际数据(ID+jQD)扩频的码。当输入ID＝1和QD＝-1时，W0码用于I信道通路，最终调制信号(I+jQ)的相位根据用于Q信道通路的那个沃尔什码而改变。
当在Q信道通路使用Wn＝W1进行复数扰频时，最终的调制信号的所有数据都得到0°相位，因此，各个数据变换的峰值功率产生过冲。然而，当在Q信道通路使用Wn＝W2进行复数扰频时，最终的调制信号的数据的相位为{0，-90，90，0，0，-90，90，0}，因此，对于数据转换生成了两次的180°相位转换的零穿越和一次的0°相位转换。也就是说，Wx使用偶数序列的沃尔什码的数据变换与使用奇数序列的沃尔什码相比可以使0°和180°相位变换达到最小值。因此，在HPSK中，当连续的数据具有相同的值时，通过使用偶数序列的沃尔什码进行复数扰频。如上述所示，在常规的移动通信系统中用来增加信道容量的装置中，因为当进行0°或180°相位变换时I/Q数据具有高峰值功率，所以功率放大器的效率降低。
为了解决上述问题，用来增加使用HPSK通信方法的常规的移动通信系统中信道容量的装置不能使用所有的沃尔什码，但是必须有限制地使用一个偶数序列的沃尔什码或一个奇数序列的沃尔什码。因此，由于在移动通信系统中用来增加信道容量的传统装置中必须通过控制使用通信信道可用于发送数据的沃尔什码编号来使用特定的沃尔什码，所以降低了传输速率和和容量。
上述参考在此处引入作为参考，适用于另外的或替代的细节，特征与/和技术背景的合适的示例。
发明内容
本发明的一个目的在于至少解决上述问题与/和缺点以及至少提供在下文中所描述的优点。
本发明的一个实施例至少解决上述问题与/或缺点。本发明的另一个实施例提供了一种用来增加移动通信系统的信道容量的装置和其方法，其通过使用混合相移键控(HPSK)取消在移动通信系统中生成的沃尔什码的限制选择，能够增加信道容量。另一个实施例提供一种用来增加移动通信系统的信道容量的装置，它检查分别输入到多个信道的沃尔什码序列，并根据该沃尔什码序列选择从沃尔什旋转器输出的一组重复的复数函数。
根据本发明的另一个实施例用来增加移动通信系统的信道容量的装置包括：沃尔什码控制单元，用于检查分别从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列。装置还包括沃尔什旋转器，用来生成多个重复的复数函数并输出它们；以及旋转器控制单元，用来根据从第一个沃尔什码单元和第二沃尔什单元输出的沃尔什码序列选择从沃尔什旋转器输出的重复的复数函数。
根据本发明的另一个实施例用来增加移动通信系统的信道容量的装置检查沃尔什码序列。该装置包括：沃尔什码控制单元，用于检查分别从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列；第一加法器和第二加法器，用来对从第一个沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码分别与通过第一信道通路和第二信道通路输入的数据进行加法运算；沃尔什旋转器，用来输出多个重复的复数函数；第一乘法器和第四乘法器，用于将沃尔什旋转器的重复的复数函数和第一加法器的复数数据信号相乘；第二乘法器和第三乘法器，用于将沃尔什旋转器的重复的复数函数和第二加法器的复数数据信号相乘；第一求和单元，用于通过对第一和第二乘法器的输出信号求和来输出I信号；第二求和单元，用于通过对第三和第四乘法器的输出信号求和来输出Q信号；以及旋转器控制单元，用来根据从第一个沃尔什码单元和第二沃尔什单元输出的沃尔什码序列选择从沃尔什旋转器输出的重复的复数函数。
另一个实施例提供了一种用来增加移动通信系统的信道容量的方法。本方法包括检查分别输入到多个信道的沃尔什码序列并通过根据该沃尔什码序列有选择地输出一组重复的复数函数来进行复数扰频的步骤。
根据另一个实施例用来增加移动通信系统的信道容量的方法输出一个重复的复数函数组。本方法包括检查从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列；确定该沃尔什码序列是否全部为偶数序列或奇数序列；确定该沃尔什码序列是否不同为偶数序列和奇数序列的组合；并根据确定结果有选择地输出重复的复数函数组的步骤。
本发明的其它的优点和特征将在随后的说明中部分地描述，并且根据下面的检查对本领域的一般技术人员来说将会部分地显而易见或可以从本发明的实践得知。本发明的优点可以按照所附的权利要求特别指出的来实现和获得。
附图说明
参照附图详细地叙述本发明，其中相同的索引数字指的是相同元件，其中，
图1是显示一般的沃尔什码的结构的图。
图2A，2B和2C是比较四相相移键控(QPSK)和混合相移键控(HPSK)的变换状态的图。
图3是显示根据传统技术在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的图。
图4是表示一般的复数扰频的原理的图。
图5是显示根据传统技术在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的复数扰频的一个实施例的图。
图6是显示根据本发明的一个实施例在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的图。
图7是显示在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的一个实施例的图；以及
图8是显示根据本发明的一个实施例在移动通信系统中用来增加信道容量的方法的流程图。
具体实施方式
图6是显示根据本发明的一个实施例在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的结构的图。如图6所示，该装置包括：沃尔什码控制单元100，用于检查分别从第一沃尔什码单元11和第二沃尔什码单元12输出的沃尔什码序列；沃尔什旋转器110，用来生成多个重复的复数函数并将它们输出到第一到第四乘法器61到64；以及旋转器控制单元120，用来检查通过沃尔什码控制单元100输出到第一沃尔什码单元11和第二沃尔什码单元12的沃尔什码并选择相应的重复的复数函数。
在第一和第二加法器21和22中将从第一和第二码单元11和12输出的沃尔什码和通过I和Q信道输入的数据进行运算，然后输出。当分别从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码全部同为偶数码或奇数码时，旋转器控制单元120输出第一组重复的复数函数；并且当分别从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码不同为偶数码和奇数码时，旋转器控制单元120输出第二组重复的复数函数。第一组重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，-1}并且第二组重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，1}重复的复数函数与复数扰频信号相应。
图7是显示根据本发明在移动通信系统中用来增加信道容量的装置的一个实施例的图。以下将描述通过使用第八组沃尔什码和2组重复的复数函数进行的复数扰频。
通过与第一和第二信道相应的I信道通路和Q信道通路输入ID＝1和QD＝-1并且将Wo码输入到I信道通路以及同时将W1码输入到Q信道通路。当从沃尔什旋转器110输出的复数扰频信号形成第一组重复的复数函数时，将通过第一和第二加法器输出的Ichip＝{1 1 1 1 1 1 1 1}和Qchip＝{-1 1 -1 1 -1 1 -1 1}输出为0°相位的最终调制信号。当最终的调制信号的数据全部为0°相位时，各个变换的峰值功率产生过冲。
当从沃尔什旋转器110输出的复数扰频信号形成第二组重复的复数函数时，通过复数扰频过程，将通过第一加法器和第二加法器输出的复数数据信号输出为相位为{0°90°0°90°0°90°0°90°}。因为各个的数据间产生90°的相位变换，所以功率几乎没有发生变化。也就是说，当从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码是偶数和奇数码的组合时，最好是：从沃尔什旋转器110输出的复数扰频信号形成第二组重复的复数函数。
图8是显示根据本发明的另一个实施例在移动通信系统中用来增加信道容量的方法的流程图。该方法包括步骤：检查与沃尔什码控制单元一起嵌入到各个信道中的第一和第二沃尔什码单元11和12的沃尔什码的输出状态，并将该状态传输到旋转器控制单元120；确定输出到第一沃尔什码单元11和第二沃尔什码单元12的组数是偶数还是奇数；根据确定结果输出用来在旋转器控制单元120选择重复的复数函数的控制信号，并通过将与控制信号相应的重复的复数函数输出到第一到第四乘法器61到64进行复数扰频；以及用通过各个信道输入的复数扰频数据进行该函数。
当从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码同为偶数或奇数码时，旋转器控制单元120输出命令第一组重复的复数函数Is＝{1，1}，Qs＝{1，-1}输出的控制信号。然而，当从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码不同为偶数和奇数码时，旋转器控制单元120输出命令第二组重复的复数函数Is＝{1，1}，Qs＝{1，1}输出的控制信号。
将参考图8描述根据本发明的另一个实施例在移动通信系统中用来增加信道容量的方法。沃尔什码控制单元100检查从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码序列，然后将该沃尔什码序列或指令通知旋转器控制单元120(S11)。旋转器控制单元120确定从第一和第二码单元11和12输出的沃尔什码的组数是否全部用偶数沃尔什码(S12)，并且是当沃尔什码不是偶数码时，然后再确定分别从第一和第二码单元11和12输出的沃尔什码是否为奇数沃尔什码(S13)。
当分别从第一和第二码单元11和12输出的沃尔什码的组数全部同为偶数或奇数时，旋转器控制器单位120控制沃尔什旋转器110输出第一组重复的复数函数(S14)。然而，当分别从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码的组数不同，即为偶数和奇数或奇数和偶数时，旋转器控制单元120控制沃尔什旋转器11输出第二组重复的复数函数(S15)。
在第一和第二加法器21和22中将从第一和第二沃尔什码单元11和12输出的沃尔什码和通过第一和第二信道输入的数据求和，然后分别通过I和Q通路输出。通过I和Q通路输出的数据被称作复数扰频数据。
第一到第四乘法器61到64通过使用从沃尔什旋转器110输出的第一和第二组重复的复数函数与复数扰频数据进行复数扰频(S16)。通常，当与QPSK方法相比较时，HPSK方法可以使0°的相位变化和180°的相位变化达到最小值，并且输出一个平均水平的输出功率。然而，因为沃尔什码是有限的，所以移动通信系统的信道容量是有限的。也就是说，当在第一和第二信道生成的沃尔什码是偶数序列以及在第一和第二信道生成的沃尔什码是奇数序列时，产生0°的相位变化，增加了峰值功率。当在第一和第二信道的沃尔什码同为奇数或偶数码时，0°和180°相位变化减少，降低了峰值功率。因此，该方法通过根据在第一和第二信道生成的沃尔什码是同为奇数或偶数码还是不同为偶数和奇数码分别应用不同的重复的复数函数来进行复数扰频。
根据本发明的一个实施例在移动通信系统用来增加信道容量的装置和其方法可以通过根据从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列有选择地输出第一或第二组重复的复数函数进行复数扰频，允许利用所有的沃尔什码并且增加了反向信道容量。并且，由于经过均衡相位变化，均衡了峰值功率，因此根据本发明的一个实施例在移动通信系统用来增加信道容量的装置和其方法可以减小输出功率变化，并且增加了输出功率放大器的效率，以及同时可以通过使用一个具有较低输出的输出放大器来实现。
在不背离其精神和实质特征的情况下，本发明能够以不同的形式实施，同样应该理解上述实施例不会受到上述描述的任何细节的限制，除非另有说明，而是应理解为广泛地包含在所附权利要求的精神与范围内，因此在权利要求范围内或等效的范围内的所有修改和变化都包括在权利要求中。
上述实施例和优点仅仅是示范性的并不作为本发明的限制。现在所述的示例可以很容易地应用于其他类型的装置。本发明的描述用于说明，但不限制权利要求的范围。许多替代，修改以及变化，对于本领域的人员来说是很容易理解的。在权利要求中，装置加功能的条款用于覆盖所述功能的结构，不仅包括结构上的等效，还包括等效结构。

Claims (10)

1.一种用来增加移动通信系统的信道容量的装置，包括：
沃尔什码控制单元，用于检查分别从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列；
沃尔什旋转器，用于生成并输出重复的复数函数；以及
旋转器控制单元，用于根据从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列而选择从沃尔什旋转器输出的重复的复数函数，其中，当从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码全部为偶数序列或全部为奇数序列时，沃尔什码控制单元向沃尔什旋转器输出第一重复的复数函数；并且当从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码中的一个是奇数序列并且另外一个是偶数序列时，沃尔什码控制单元向沃尔什旋转器输出第二重复的复数函数。
2.根据权利要求1所述的装置，其中沃尔什码控制单元是和旋转器控制单元相连的并且传输从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码的状态。
3.根据权利要求1所述的装置，其中第一重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，-1}。
4.根据权利要求1所述的装置，其中第二重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，1}。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第一加法器，将从第一沃尔什码单元输出的沃尔什码与通过第一信道通路输入的数据相加；
第二加法器，将从第二沃尔什码单元输出的沃尔什码与通过第二信道通路输入的数据相加；
第一乘法器和第四乘法器，将沃尔什旋转器的重复的复数函数之一和第一加法器的复数数据信号相乘；
第二乘法器和第三乘法器，将沃尔什旋转器的重复的复数函数之一和第二加法器的复数数据信号相乘；
第一求和单元，通过对第一和第二乘法器的输出信号求和来输出I信号；以及
第二求和单元，通过对第三和第四乘法器的输出信号求和来输出Q信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其中当分别从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列全部为偶数序列或全部为奇数序列时，旋转器控制单元输出一重复的复数函数Is＝{1，1}，Qs＝{1，-1}。
7.根据权利要求5所述的装置，其中当从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码中的一个是奇数序列并且另外一个是偶数序列时，旋转器控制单元输出一重复的复数函数Is＝{1，1}，Qs＝{1，1}。
8.一种用来增加移动通信系统的信道容量的方法，包括：
检查从第一和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码序列；
当从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码全部为偶数序列或全部为奇数序列时，输出第一重复的复数函数；并且
当从第一沃尔什码单元和第二沃尔什码单元输出的沃尔什码中的一个是奇数序列并且另外一个是偶数序列时，输出第二重复的复数函数
9.根据权利要求8所述的方法，其中第一重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，-1}。
10.根据权利要求8所述的方法，其中第二重复的复数函数是Is＝{1，1}，Qs＝{1，1}。
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