CN101843011A - 用于cdma unii链路的中继器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的技术和系统。利用网络单元来维护与网络收发器之间的网络链路，利用用户单元来维护与用户收发器之间的用户链路。生成分别从下行链路路径上的网络收发器或者上行链路路径上的用户收发器接收到的信号的一个或多个副本。在网络单元和用户单元之间的跳段上以及双向控制信道上无线传输该信号的该一个或多个副本。

Description

用于CDMA UNII链路的中继器
相关申请交叉引用
本发明要求在美国法典第35条第119(e)款下，2007年10月11日提交的，标题为“CDMA UNII LINK”(“CDMA UNII链路”)，美国临时申请序列号60/979,352(代理人案号35928-511PRO)的权益，其全文引用在此作为参考。
技术领域
本发明涉及无线通信，更具体地，涉及实现一种能够提供额外的多路径衰落保护的无线通信链路的技术和系统。
背景技术
图1示出了用于无线通信的3跳段(3-hop)中继器的实例。该3跳段中继器具有中间跳段(图1中的跳段2)，其对于跳段1是“自主的”，跳段1位于网络单元102和基站收发信台(Base TransceiverStation，BTS)(即“网络收发器”)之间，跳段3位于用户单元104和移动通信台(Mobile Station，MS)(即“用户收发器”)之间。即，中间跳段中的波形包络和带宽与跳段1和3中的蜂窝波形包络和带宽不同。
做此波形改变的原因是要调制原始信号，以便通过利用例如正交频分调制(Orthogonal Frequency Division Modulation，OFDM)的宽带调制来减轻中间跳段(跳段2)中的衰落，从而中继的信号只经历两个衰落跳段(跳段1和3)。第三个额外的跳段在原始信号中引入了另一个Rayleigh或Rician衰落图形(fading pattern)，该跳段使得端信号很大地恶化，并使得在全部三个跳段上所需的衰落余量非常高，致使中继器无效。
对于在UNII频带中工作的系统来说，例如802.11a和802.11n和WiMax，优选地选择OFDM来调制，因为OFDM在多路径信道中非常弹性，并且受益于其固有的频率分集。由于UNII频带的工作需求仅受限于发射功率和频谱发射遮罩(spectral emission mask)、“宽带数字调制”和最小1M比特/秒的数据率，没有规定或其他需要来禁止利用其它的宽带数字调制机制，例如扩频(Spread Spectrum)。
发明内容
本发明限定了一种无线通信链路，其通过为需要一个或多个额外的链路(通常为无线的)的设备，在它们的端到端通信路径上提供额外的频率和路径分集，来提供额外的多路径衰落保护。这里公开的系统和方法基于一种链路，该链路对于三跳段中继器中的中间链路使用多载频扩频调制，以对抗室内信道(indoor channel)上的多路径频率选择性衰落。
在一方面，提出了一种调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的中继器。该中继器包括维护与网络收发器之间的网络链路的网络单元，以及维护与用户收发器之间的用户链路的用户单元。该中继器还包括网络单元和用户单元之间的双向通信路径。该双向通信路径包括与网络单元和用户单元的每一个连接的处理器，该处理器用于生成分别从下行链路路径上的网络收发器或者上行链路路径上的用户收发器接收到的信号的一个或多个副本，然后在网络单元和用户单元之间的跳段上以及一个或多个双向控制信道上无线传输该信号的该一个或多个副本。
在另一方面，提出了一种调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的方法。该方法包括利用网络单元来维护与网络收发器之间的网络链路，利用用户单元来维护与用户收发器之间的用户链路，以及生成分别从下行链路路径上的网络收发器或者上行链路路径上的用户收发器接收到的信号的一个或多个副本。该方法还包括在网络单元和用户单元之间的跳段上以及双向控制信道上无线传输该信号的该一个或多个副本。
在一个可选方面，一种方法包括在网络单元和用户单元之间的跳段上生成一个或多个扩频信道，以及在一个或多个扩频信道上以及一个或多个双向控制信道上无线传输分别从下行链路路径上的网络收发器或上行链路路径上的用户收发器接收到的信号。
在下面参照附图和说明书给出了一个或多个实施例的详情。其他特点和优点将从说明书、附图和权利要求书中显现。
附图说明
下面参照附图详细描述这些和其他方面。
图1示出了三跳段蜂窝中继器。
图2图示了UNII频带中的通信信道。
图3图示了网络单元中的基带数据路径处理(DL)。
图4图示了用户单元中的基带数据路径处理(DL)。
图5图示了根据另一方面的UNII频带中的通信信道。
图6图示了网络单元中的另一个基带数据路径处理(DL)。
图7图示了用户单元中的另一个基带数据路径处理(DL)。
附图中的相同的标号表示相同的部件。
具体实施方式
本发明描述了一种无线通信技术和链路，其通过提供额外的频率和路径分集，来提供额外的多路径衰落保护。这里公开的系统和方法基于一种链路，该链路对于三跳段中继器中的中间链路使用多载频扩频调制，以对抗室内信道上的多路径频率选择性衰落。利用这样的链路的设备的实例为Mohebbi分别在2003年9月3日提交的专利申请WO2005025078和在2004年1月12日提交的专利申请WO2005069249中公开的三跳段蜂窝增强器(此后称为“三跳段中继器”)，其全文引用在此以作参考。然而，对于本领域技术人员，应理解为该链路不限制为任何具体的3跳段中继器，而是可以在工作于授权或非授权频带(例如UNII频带)中的任何两个(或多个)设备之间使用。
如图2中所示，下行链路接收信号(S1)是5MHz宽带码分多址(WCDMA)工作频率下的波形。该波形是从NB传输到移动体的CDMA信号，具有3.84M码片/秒的码片率，通过滚降(roll-off)0.22的SRRC脉冲整形滤波器，适合5MHz频谱，限定了WCDMA系统中的信号信令信道。然后5MHz信道中的信号(S1)被网络单元接收，转换为基带和数字信号(在网络单元的数字实现中)来用于进一步的信号处理。假定ADC/DAC的采样频率对于信号处理操作来说足够高(例如80M采样/秒)。
图3示出了用于图2中的下行链路布局的基带信号处理器302和网络单元300中的操作。参照图3，在基带，在TX功率计算模块304估计蜂窝信号的接收信号强度指示(RSSI)。然后在导频信号发生器模块306中使用RSSI信息，其中导频信号生成为3.84M码片/秒，用滚降因子0.22的平方根升余弦(square-root-raised-cosine，SRRC)脉冲整形滤波器滤波，并进行幅度调节，以使其插入在蜂窝信号下(例如低大概15dB)时不会对蜂窝信号造成任何显著的干扰。在插入导频信号后，然后复制结合后的信号，并通过多个不同的复合载波以5MHz的间隔进行调制。
复制的信号处于不同的载波频率的中心，然后被加到一起再与来自控制信道的信号相加，并在通过DAC模块312进行数模转换(DAC)之前，通过信道滤波模块308滤波，并上变换(up-conversion)到UNII信道，通过正交上变换和滤波器模块314滤波，随后传输到用户单元(S2)。图3中示出的信道滤波滤波器模块308确保了传输的信号符合UNII频带的频谱发射遮罩的需要，并且取决于信号的最终频谱形状，其可能需要或不需要。如果使用，要注意不要过分地扭曲蜂窝信号，这可能导致明显的处理增益(Processing Gain，PG)的损失。复合载波频率f-2.5、f-7.5、f+2.5和f+7.5分别在给定的UNII信道的所限定的中心频率(f)的上下2.5、7.5MHz。调整UNII频带中的网络单元和用户单元之间的通信信道以同样支持位于具有大约1M比特/秒数据率的两个设备之间的控制信道，当然也适于使用其他数据率。
有多种选择来在物理层支持控制信道。这些选择包括将控制数据扩展到UNII频带信令信道(在图2和3中为20MHz)的整个带宽中。可以对控制数据进行脉冲整形以适合信道，并在控制数据中插入低于蜂窝信号功率的功率，以便其不会干扰蜂窝信号(例如20dB以下)。这是在图3中示出的选择。模块TX功率计算模块304估计接收的蜂窝信号(S1)的功率，然后将其用于控制信道调制解调模块310中来调制控制信道的插入功率，以便其不会使蜂窝信号的质量恶化。
用于在物理层支持控制信道的另一个选择包括将UNII信道的一部分(例如5MHz或更少)分配给控制信道。在此选择下，例如在图2中，将有三个蜂窝信号副本以及分配给控制信道的5MHz信令，控制信道的功率可以设为期望值。其他技术，例如常规的“空白和突发”或“模糊和突发”传输技术，也可以用于发送控制信息。选择空白重复频率和突发持续时间，以便将蜂窝信号的恶化减至最小(例如，每1毫秒10μ秒OFDM突发)。
图4示出了用于用户单元400的下行链路基带处理器402，以及用于接收由图3中的网络单元(S2)传输的信号(S3)的下行链路数据路径。在用户单元400中，在合并器模块404在接收的5MHz信令信道上执行合并(选择合并或最大比合并(MRC))之前，从基带中的每个复制载波中消除载波频率偏移。而选择合并可以基于每个信道的接收信号RSSI，MRC需要通过信道估计器406对每个5MHz信令信道进行信道估计。对于信道估计，(如果是下行链路)可以使用CPICH，或者使用专门插入的导频衬垫(pilot underlays)(如上所述)。在一些实现中，每个单个信道与其自己的信道估计器406相关联且使用其自己的信道估计器406。
可选地，于2007年6月4日提交的，标题为“Short Range BoosterWith Multiple Antennas”(“具有多天线的短范围增强器”)的美国临时专利申请号60/932,677(其全部内容引用在此以作参考)中描述的技术可以用于对相关的相位和幅度进行估计。然后此信息在合并器模块404中使用。在合并之后，合并器模块404计算基于信道估计的合并信号相位偏移，并通过相位校正器408，利用相位校正“PC”乘法器，将合并信号的整体相位校正到其原始值。在相位校正之后，通过DAC410将信号返回到模拟域，由正交上变换器和滤波器412上变换和滤波，以在蜂窝网络的原始下行链路频率上传输(S4)。在此处，S1和S4载波频率基本相等。控制信道调制解调模块414为用于控制信道信号的接收器单元，并且与具有解扩器、AFC、DLL和其他调制解调功能模块的RAKE接收器(RAKE finger)相类似，来用于接收、解调和检测控制信道上的信息比特。
在上述调制技术中，在UNII信道(图2中的S2)中通过网络单元复制和传输下行链路接收信号(图2中的S1)，可选地，可以将接收到的信号(图5中的S1)扩展到UNII信道中的整个信令带宽上(图5中的S2)，其例如为20MHz，如图5所示。图2中的调制机制将提供频率分集，其可能不能提供由图5中所示的机制提供的更高的码片率而可能提供的路径分集。
在图5中，下行链路接收信号为5MHz WCDMA工作频率中的波形。该波形是从NB传输到移动体的CDMA信号，具有3.84M码片/秒的码片率，通过滚降(roll-off)因子为0.22的SRRC脉冲整形滤波器，适合5MHz频谱，限定了WCDMA系统中的信号信令信道。然后该5MHz信道中的信号(S1)被网络单元接收，转换为基带和数字信号(在网络单元的数字实现中)来用于进一步的信号处理。假定ADC/DAC的采样频率对于信号处理操作足够高(例如80M采样/秒)。
图6示出了用于图5中的布局的下行链路基带信号处理器602和网络单元600中的操作的实例。参照图6，在基带，用信道化码Ch1进一步扩展接收到的蜂窝信号，该信道化码具有11M码片/秒的码片率(11M码片/秒的码片率是举例，也可以是其他不同的或优化的码片率)。用信道化码Ch2进一步扩展导频信道数据，该信道化码具有相同的11M码片/秒的码片率。用信道化码Ch3进一步扩展控制信道信号，该信道化码也具有11M码片/秒的码片率。所有这三个信道化码Ch1、Ch2、Ch3彼此正交。
在对导频信道和控制信道进行正交调制并加到信道化后的数据路径上之前，对其进行加权来设置幅度。由TX功率计算器模块605计算导频信道和控制信道的幅度并加以调节，以便它们对蜂窝信号的干扰可以忽略不计。然后用复合扰码(Sc)扩展相加的信号，该复合扰码具有与信道化码相同的码片率(在本例中为11M码片/秒)，并且该相加的信号通过信道滤波模块606被具有0.22滚降因子的SRRC脉冲整形滤波器滤波。最终得到的信号具有大约18MHz的-3dB带宽，这能够适合UNII频带的20MHz的信道带宽。应确保，通过“信道滤波”滤波器来满足UNII频带的传输频谱遮罩需求。如果通过滚降因子0.22的RCC余弦不能满足UNII频带频谱遮罩发射需求，不得不改变脉冲整形滤波器和/或扩展和扰码片率来满足需求，如此，要注意不要过分地扭曲蜂窝信号，这会导致处理增益(PG)明显损失。
用来在物理层支持控制信道，即1M比特/秒，的其他选择包括将控制数据扩展到UNII频带信令信道的整个带宽上(图2和3中为20MHz)，进行脉冲整形来适合信道，并以低于蜂窝信号功率的功率插入，以便其不会干扰蜂窝信号(例如20dB以下)。
选择还包括利用期望的调制将分UNII信道的一部分(例如5MHz或更少)分配给控制信道。例如，在此选择下，图5中的实施例将有大约13MHz带宽用于蜂窝信号，以及5MHz信令分配给控制信道。在此选择下，控制信道的功率可以设为期望值。其他技术，例如常规的“空白和突发”或“模糊和突发”传输，也可以用于发送控制信息。必须选择空白重复频率和突发持续时间，以便将蜂窝信号的恶化减至最小(例如，每1毫秒10μ秒OFDM突发)。
图7示出了用户单元700的下行链路基带数据路径处理器702，其用于接收由图6中的网络单元(S2)传输的信号(S3)。可选地，滚降因子为0.22的SRCC滤波器可以用作基带数据路径处理中的第一模块(在图7中未示出)。在用户单元基带处理中，通过对扰码和信道化的码进行解扩频，并对每一个数据信道、导频信道和控制信道进行低通滤波到原始信号带宽来消除扩频调制。在图7中，数据路径低通滤波器(LPF1)的带宽与扩展到网络单元之前的原始蜂窝信号BW相似(或稍高)。用于导频信道的低通滤波器(LPF2)可以具有在传输的信号BW(在此实例中为18MHz)和下至1Hz之间的任何带宽。BW越小，导频信道的处理增益越高，该信道的响应时间越长。对于LPF2的带宽，优选地为LPF1的带宽。用于控制信道的低通滤波器(LPF3)设置为控制信道数据率或可选地，也可以采用控制信道符号率的积分转储(integrator-and-dump)采样。
在对数据路径解扩频和滤波后，通过信道估计乘法器(CP)对信号进行相位校正，并通过DAC将信号返回到模拟域，对型号进行上变换和滤波，以在蜂窝网络的原始下行链路频率频带上传输(S4)。在此处，S1和S4载波频率基本相等。
对于全部三个数据路径信道、导频信道和控制信道来说，图7的操作与RAKE接收器相类似，具有解扩器、AFC、DLL和其他调制解调功能模块，来用于接收、解调和检测控制信道上的信息比特。如此，可以采用多个Rake接收器来优化地利用时间分散信道的路径分集增益。对于图4和7中所示的接收器结构，均可以利用公知的均衡算法，例如MMSE，来减弱引入到UNII信道中的ISI(或ICI)。还可以在解扩频操作之前或之后，采用天线分集合并，例如MRC。如果在解扩频之前采用天线分集合并，可以利用于2007年6月4日提交的，标题为“Short Range Booster With Multiple Antennas”(“具有多天线的短范围增强器”)的美国临时专利申请号60/932,677(其全部内容引用在此以作参考)中描述的技术来对相关的相位和幅度进行估计。如果在解扩频之后采用天线分集合并，可以使用CPICH(如果是下行链路)，或者可使用专门插入的导频衬垫(如上所述)实现合并的目的。
尽管如上详细描述了几个实施例，其他修改也是可能的。其他实施例也可在本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (20)

1.一种调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的中继器，该中继器包括：
维护与网络收发器之间的网络链路的网络单元；
维护与用户收发器之间的用户链路的用户单元；以及
在网络单元和用户单元之间的双向通信路径，该双向通信路径包括与网络单元和用户单元的每一个连接的处理器，该处理器用于生成分别从下行链路路径上的网络收发器或者上行链路路径上的用户收发器接收到的信号的一个或多个副本，并在网络单元和用户单元之间的跳段上以及一个或多个双向控制信道上无线传输该信号的该一个或多个副本。
2.如权利要求1所述的中继器，其中所述信号的一个或多个副本与导频信号一起在跳段上传输。
3.如权利要求2所述的中继器，其中所述信号的一个或多个副本间隔至少一个原始接收信号的信令带宽。
4.如权利要求1所述的中继器，其中基于网络收发器或用户收发器上的信号的接收信号强度指示来产生所述双向控制信道。
5.如权利要求1所述的中继器，其中所述处理器还适于在转换到模拟信号之前，合并、选择或切换到所述信号的一个或多个副本。
6.如权利要求5所述的中继器，其中所述处理器还适于在转换到模拟信号之前，对合并的信号和控制信道信号进行滤波。
7.如权利要求6所述的中继器，其中所述处理器还适于使所述信号的一个或多个副本符合UNII频带的频谱遮罩发射需求。
8.一种调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的方法，该方法包括：
利用网络单元来维护与网络收发器之间的网络链路；
利用用户单元来维护与用户收发器之间的用户链路；
生成分别从下行链路路径上的网络收发器或者上行链路路径上的用户收发器接收到的信号的一个或多个副本；以及
在网络单元和用户单元之间的跳段上以及双向控制信道上无线传输该信号的该一个或多个副本。
9.如权利要求8所述的方法，还包括合并所述信号的一个或多个副本，以在UNII信道上传输。
10.如权利要求8所述的方法，还包括与扩频导频信号一起传输所述信号的一个或多个副本。
11.如权利要求8所述的方法，还包括用多个不同的载波信号调制所述信号的一个或多个副本。
12.如权利要求8所述的方法，其中所述信号的一个或多个副本间隔至少原始接收信号的一个信令带宽。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述双向控制信道基于所述信号的接收信号强度指示。
14.如权利要求13所述的方法，还包括合并所述信号的一个或多个副本。
15.如权利要求14所述的方法，还包括将所述信号的一个或多个副本转换为模拟信号。
16.一种调节无线通信系统中的网络收发器和用户收发器之间的通信量的方法，该方法包括：
利用网络单元来维护与网络收发器之间的网络链路；
利用用户单元来维护与用户收发器之间的用户链路；
在网络单元和用户单元之间的跳段上生成一个或多个扩频信道；以及
在一个或多个扩频信道上以及一个或多个双向控制信道上，无线传输分别从下行链路路径上的网络收发器或上行链路路径上的用户收发器接收到的信号。
17.如权利要求16所述的方法，还包括与扩频导频信号一起来传输所述信号的一个或多个副本。
18.如权利要求16所述的方法，还包括用多个不同的载波信号调制所述信号的一个或多个副本。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述信号的一个或多个副本间隔至少原始接收信号的一个信令带宽。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述双向控制信道基于所述信号的接收信号强度指示。
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