CN1072865C - 消除多址干扰的方法和移动站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在CDMA蜂窝无线系统中用来消除多址干扰的移动站和方法，该系统包括单元(21)，其每个包括至少一个基站(20)与位于单元内的移动站(24)通信，和通知移动站至少一个用在邻近单元(23)中的扩展码。移动站使用已知的扩展码测量邻近单元的信道(26)的码相位和功率电平。为降低多址干扰的影响，在移动站(24)接收的信号通过使用邻近单元的已知扩展码，使用测量信道(26)的码相位和功率电平，用在有用信号的检测中。

Description

消除多址干扰的方法和移动站

本发明涉及在具有多个单元的CDMA蜂窝无线系统中用于消除多址干扰的方法，其中每个单元至少包括一个与该单元中的移动站进行通信并通知移动站至少一个用于邻近单元的扩展码的基站，所述移动站利用已知的扩展码测量邻近单元信道的码相位和功率电平。

CDMA是基于扩展频谱技术的多路存取方法，并且它近来已与早期的FDMA和TDMA技术一起应用于蜂窝无线系统中。CD-MA具有几个优于早期技术的优点，如频谱效率高和频率规划简单。

在CDMA中，用户的窄带数据信号与具有带宽比数据信号宽得多的宽带的扩展码相乘。已知的试验系统使用如1.25MHz,10MHz和25MHz的带宽。这种乘法过程将数据信号扩展到整个可用带宽上。所有用户同时在相同频带上进行发射。扩展码被分配给基站和移动站之间的每一个连接，并且不同用户的信号可以根据每个用户的扩展码在接收器中彼此区分。

接收器中提供的相关器与根据扩展码来识别的有用信号同步。在接收器中，数据信号通过和与在发射阶段相同的扩展码再次相乘，恢复到原来的带宽。在理想情况下，与其它的扩展码相乘的信号互不相关，且不能恢复到窄带。从有用信号的观点来看，这些信号便以噪声出现。选择系统的扩展码的一种方式是使它们彼此正交，即彼此不相关。

在典型的蜂窝无线环境中，移动站和基站之间信号通过发射器和接收器之间的几条路径传播。这种多路径传播主要是由于信号从周围表面的反射造成的。经过不同路径传播的信号由于其不同的传播时间延迟，到达接收器的时间也不同。CDMA不同于传统的FDMA和TDMA，其可在信号接收中利用多径传播。由一个或多个分离多径分支成相关器组成的分离多径接收器正广泛用于CDMA中的接收方案中。每个相关器是一个独立的接收单元，其作用是收集和解调一个接收的信号分量。分离多径分支的一种实现的更详细的描述可见“现代通信和扩展频谱”，第12章，G.Coop-er,C.McGillem,McGraw-Hill，纽约，1986。CDMA接收器通常包括一个独立的脉冲响应测量设备，其作用是查找出用要求的扩展码发射的不同的信号分量，并检测这些信号分量的相位。每个分离多径分支或相关器可被控制使其与经过不同路径传播的一个信号分量同步。在传统的CDMA接收器中，相关器的信号以一种有利的方式进行组合，从而得到一个高质量的信号。由相关器接收的信号分量可从一个基站发射，或在宏分集的情况下，从几个基站发射。

一般来说，扩展码不会在所有延迟值都正交。因此，以不同方式延迟的信号在信号检测中会造成干扰。由不同用户引起的对另一个用户的这种干扰称作多址干扰。

基站在相同频带上向位于其区域内的所有移动站发射。该相同频带通常也用于邻近的单元。为减少多址干扰，应选择单元中同一个基站使用的扩展码使它们彼此正交。还要使用功率控制以减少在单元内多址干扰的影响。

在CDMA蜂窝无线系统中，有可能使用称作导频信道的信道。导频信道是用确定的扩展码发射的非调制数据信号。因此，它不包含数据。导频信道在实际业务信道所在的相同频带上发射；可仅根据扩展码与业务信道相区别。导频信道用在例如功率测量和产生相干相位参考。基站也能向在其区域内移动的移动站通知邻近单元的基站的导频信道扩展码。以这种方式，移动站就能识别邻近单元的发射。这也能用在移交过程中。

当移动站接近其专用基站覆盖区的边界时，来自邻近基站以与该专用基站相同的频率范围发送的信号，开始以在移动站接收器中出现越来越强的干扰。这种干扰尤其不利，因为用于邻近单元中的扩展码并不完全与用在移动站自己单元中的扩码正交。另外，邻近单元基站的功率控制(如果在使用中的话)并不考虑邻近单元。

本发明的目的是在专用基站的有用信号最小，而邻近单元的干扰最大的情况下(即在单元的边界区)，降低多址干扰的影响。

这是根据前述方法实现的，其特征在于使用已知的邻近单元扩展码的测量信道的码相位和功率电平被用来检测从移动站接收的信号中的有用信号。

本发明还涉及在具有多个单元的CDMA蜂窝无线系统中使用的移动站，每个单元至少包括一个与该单元中的移动站进行通信的基站移动站具有使用邻近单元中基站的已知扩展码测量信道的码相位和功率电平的装置。根据本发明的移动站，其特征在于该移动站包括用使用邻近单元的已知扩展码的测量信道的码相位和功率电平，检测接收信号中的有用信号的装置。

如前提到的，CDMA接收器通常是用分离多径技术来实现，该接收器包括几个相关器分支，能与以不同方式传播的信号分量同步。然而，在根据本发明的解决方法中，相关器分支是用来消除干扰的。所有的相关器都不与从基站到移动站的天线使用基站自己的扩展码经过几条路径传播的信号同步；相反，一个或多个相关器与从邻近单元的基站使用指配给另一连接的已知的扩展码发射的信号相同步。用这种方式，接收器就能在有用信号的检测中利用有关码相位和功率电平的信息。

根据本发明的方法当CDMA系统使用补码作为扩展码时尤其有利。在这样一个系统中，不会产生单元内的多址干扰，因为在单元内使用的所有扩展码是彼此正交的。这样所有的干扰从邻近单元产生。

根据本发明的方法的另一优点是：基站能在不降低连接质量的情况下，降低到移动站的信号发射功率，因为本发明可在移动站距离基站最远的区域提高移动站的信号质量。在这种方式下，邻近单元被干扰的程度比以前降低。

下面，本发明将参照附图的例子更详细地予以描述，其中，

图1表示应用根据本发明方法的蜂窝网络一部分；

图2表示移动站位于靠近单元边缘的情况；和

图3表示根据本发明的移动站的一个实施例。

图1是表示CDMA蜂窝无线系统一部分。两个基站BTS1和BTS2通过数字发射链路11连接到基站控制器BSC。一个基站BTS的覆盖区通常构成一个无线单元。基站控制器与蜂窝网络的其它部分通信及和固定网络通信。

图2表示了与服务于单元21的基站20通信的移动站24移动到单元21和23之间的边界时的情况。单元23由基站22提供服务。下面，本发明的最佳实施例将参照图2中所示的情况进行描述其中示出了一个单独的邻近单元，假定该系统使用导频信道，但本发明不局限于这个实施例。

在接近单元23的边界时，如果移动站从其专用基站接收信号，则该连接的干扰电平就会增加。该多址干扰是由服务单元23的基站22引起的，基站22的发射是以与在移动站自己的单元21中相同的频率进行的。由于邻近单元所用的扩展码并不完全彼此正交，就使得在使用其自己的扩展码的移动站接收器上接收的信号中干扰电平增加。这种现象在使用补码时特别明显，在这种情况下，没有单元内的多址干扰。当接近单元边界时，以前的低噪声信号的质量逐渐恶化。

基站在一个分配给基站和移动站之间的连接的控制信道上通知移动站有关，某些邻近基站的导频信道的扩展码。移动站的CD-MA接收器的查寻分支查寻从其专用基站用移动站自己的扩展码发射的多径传播信号分量和用邻近基站的导频扩展码提供的信号。

当移动站接近单元23的边界时，其查寻分支检测到在邻近基站的导频信道上的发射，与之同步，并测量发射的功率电平。移动站将这些数据报告其专用基站以使当导频信号强度足够大时，按预定程序启动到邻近基站的越局切换。

移动站也能从其专用基站请求有关邻近基站的业务信道扩展码的信息用于消除干扰。专用基站将此请求送到基站控制器BSC，其通过基站向移动站发射请求的数据。根据需要和容量，可通知移动站一个或几个扩展码。

如果基站使用特定连接的功率控制，则他们在不同的连接上以不同的发射功率发射。移动站离基站的距离越远，基站所用的向特定移动站发射信号的功率电平就越高。当在单元内使用的码彼此不相关，即使用正交码时，最好用特定连接的功率控制。另外，当系统利用干扰消除时，最好也用特定连接的功率控制，因为用于干扰消除的方法越有效，干扰信号功率电平之间的差值就越明显。在这种情况下，基站控制器可仅通知移动站用于邻近基站使用高发射功率电平的连接上即对移动站干扰最严重的连接上使用的扩展码。

通知业务信道的扩展码之后，移动站的查找分支就能检测有用的业务信道的码相位，并与之相同步，如果需要，还要测量发射的功率电平。如果特定连接的功率控制未被使用，则不必测量功率电平，因为业务信道的功率电平可从已测量的导频信道的功率中估算。

这样移动站就能够从其专用基站接收有用信号和从其扩展码已知的邻近基站接收信号。干扰消除可以是一个叠代的过程，所以CDMA接收器的分离多径相关器数目不会限制要消除的信号的数目。

根据本发明的最佳实施例，移动站计算接收的有用信号和用已知的扩展码接收的干扰信号之间的互相关值。在计算中必须考虑信号的码相位，因为扩展码的彼此间的相关值依赖于它们之间的相位差值。除此之外，该结果必须由每个信号的接收功率电平来加权，以找出在有用信号中由每个信号引起的实际干扰。

计算出由邻近单元的接收信号引起的干扰后，移动站能从有用信号中消除该干扰的影响。为消除干扰，每个检测的干扰信号再次与扩展码相乘，并从接收信号中减去，即可再检测。该再检测的信号不再包含上述被消除的干扰信号。

除上述有关干扰消除的实施例外，还可通过在接收器中同时考虑所有的接收信号来执行检测而使用本发明。干扰有用信号的信号的确定特征，如其功率电平和码相位，被用于该检测。

图3表示根据本发明的移动站MS的结构。在接收方向，移动站包括天线30，将接收信号通过射频部分31送到A/D转换器32。转换的信号输入到分离多径相关器34a到34d，其中每个相关器与从一个或多个基站产生的不同的信号分量同步。另外，A/D转换信号被加到查找相关器33，其作用是通过测量信道的脉冲响应，查找用有用扩展码发射的信号分量。从相关器输出的信号施加到装置35，其最好将接收信号分量进行组合并检测该信号。组合器的输出信号加到信道解码器36，且进一步通过语音解码器37送到扬声器38。

在发射方向上，来自麦克风39的信号通过语音解码器40和信道编码器41施加到扩展编码42，其输出信号通过RF部分31施加到天线30。移动站还包括控制所有的上述模块的装置43。移动站的装置43能存储有关可能干扰有用信号的邻近基站的连接上使用的扩展码的信息。这个信息可以送到移动站的相关器33,34a和34d，其能利用邻近单元基站的已知扩展码检测信号的码相位，并测量其功率电平。在有用信号的检测中，装置35能使用由相关器34a到34d接收的邻近基站的信号功率电平和码相位。

根据本发明的最佳实施例，移动站的装置43能够根据信号的码相位通过计算从专用基站发射的有用信号和来自邻近基站的测量信号之间间的互相关值，并由功率电平加权该互相关值来估算邻近单元的被测信道引起的干扰。移动站还包括用来从有用信号中消除计算出的干扰的装置43。

除了上面的选择外，移动站还可实现使得在检测中所有的接收信号可同时考虑。

即使本发明已参照附图所示的例子予以描述，很显然本发明并不局限于本例，它可在附加的权利要求揭示的有创造性的思想之内进行多方面的修改。

Claims (12)

1．一种用来在CDMA蜂窝无线系统中消除多址干扰的方法，该系统具有多个单元(21)，每个单元包括至少一个基站(20)，与位于该单元内的移动站(24)进行通信(25)，并通知移动站至少一个用于邻近单元(23)的扩展码，还包括移动站，使用已知的扩展码测量邻近单元信道(26)的码相位和功率电平，其特征在于使用邻近单元的已知扩展码的被测信道(26)的码相位和功率信道被用来在移动站从接收信号中检测有用信号(25)，并从有用信号中减去计算的干扰。

2．根据权利要求1的方法，其特征在于移动站(24)根据信号的码相位通过计算从专用基站发射的有用信号(25)和来自邻近基站的测量信号(26)之间的互相关值和用功率电平加权该互相关值，估算利用邻近单元的已知扩展码的被测信道产生的干扰，并从有用信号中减去计算的干扰，从而从接收信号中检测出有用信号(25)。

3．根据权利要求1的方法，其特征在于，由基站(20)发射到移动站(24)的邻近单元的扩展码被用于邻近单元(23)的一个业务信道。

4．根据权利要求1的方法，其特征在于由基站(20)发射到移动站(24)的邻近单元的扩展码被用于邻近单元(23)的导频信道。

5．根据权利要求1的方法，其特征在于基站(20)在基站和移动站之间的一个控制信道上通知移动站(24)邻近单元(23)的扩展码。

6．根据权利要求1的方法，其特征在于仅通知移动站(24)用在可能干扰移动站信号的连接上的邻近单元(23)使用的扩展码。

7．根据权利要求6的方法，其特征在于，仅通知移动站(24)邻近单元(23)中使用的扩展码，该扩展码被用于邻近基站以高的功率电平发射到的移动站。

8．根据权利要求6的方法，其特征在于基站控制器(BSC)或类似装置判断在邻近单元(23)中所用的那些扩展码被指定给移动站(24)。

9．根据权利要求1的方法，其特征在于：有关在邻近单元(23)中所用的扩展码的信息仅送至从其专用基站(20)请求这些信息的移动站(24)。

10．根据权利要求1的方法，其特征在于有关用在邻近单元(23)中的扩展码的信息仅送到使用所述码的连接有可能干扰的移动站(24)。

11．一种移动站，用于具有多个单元(21)的CDMA蜂窝无线系统，每个单元包括至少一个基站(BTS)，与位于该单元内的移动站(24)进行通信，移动站具有用来使用在邻近单元内的基站(22)的已知扩展码测量信道的码相位和功率电平的装置(33)，其特征在于移动站包括装置(35)，其使用邻近单元的已知扩展码，通过测量信道(26)的码相位和功率电平，检测接收信号中的有用信号以及用于从有用信号中消除计算出的干扰影响的装置。

12．根据权利要求11的移动站，其特征在于其包括装置(43)，用于根据信号的码相位，计算从专用基站发射的信号(25)和来自邻近基站的测量信号之间的互相关值，并用功率电平加权该互相关值，来估算由测量信道产生的干扰，用来从有用信号中消除计算出的干扰的影响，并用来存储有关用在可能干扰有用信号的邻近单元(23)连接上的扩展码的信息。

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