CN1147058C - 在码分多址系统中扩展信道的装置和方法 - Google Patents

在码分多址系统中扩展信道的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在码分多址(CDMA)发射调制器中使用低数据速率子信道的多重调制增加信道的装置和方法。为了在一个业务信道内获得多个低数据速率的子信道，使用多个子信道编码器，以便单独对每个子信道数据编码，然后使用多个Walsh正交码信道化每个子信道数据。在一个信号中组合该多个信道化的子信道数据，然后通过业务信道发射。

Description

在码分多址系统中扩展信道的装置和方法
本发明涉及码分多址系统的信道，特别是在码分多址(CDMA)发射调制器中增加可用信道的装置和方法。
图1示出现有技术的码分多址(CDMA)发射调制器的方框图。发射调制器包括：信道编码器110，该信道编码器包括卷积编码器111，码元重复器112和交错器113，用于利用重复和交错对来自移动站的输入数据进行卷积编码；信道调制器120，该信道调制器包括Walsh码组合器121和Walsh码发生器122，用于把信道编码器110的输出与Walsh码组合，以使该信道可与分配的频率指配中的其它业务信道区分开；伪噪声(PN)码组合单元130，包括第一和第二PN码组合器131和132，用于将Walsh码组合器121的输出与同相(I)和正交(Q)信道PN序列，即PNI和PNQ二者组合，由预定的PN偏置值产生并确定PNI和PNQ，以便相互区分使用相同频率指配的多个蜂窝位置或扇区；低通滤波器140，该低通滤波器包括第一和第二数字有限冲激响应(FIR)滤波器141和142，用于滤除第一和第二PN码组合器131和132的输出中的高频分量，并在频率指配中将它们整平；模拟信号调制器150，该模拟信号调制器包括第一和第二混频器151和152，用于把第一和第二FIR滤波器141和142的D/A转换信号与正弦和余弦函数相乘并产生调制的模拟信号；模拟信号加法器160，用于把模拟信号调制器150的输出相加，中频(IF)调制器170，用于利用正交相移键控(QPSK)调制来调制模拟信号加法器160的信号；频率上变换器180，用于把IF信号上变换成射频(RF)信号；和RF发射机190，用于放大并通过天线系统辐射RF信号。
下面详细描述图1所示的现有技术的发射调制器的操作。
卷积编码器111对来自声码器的信道输入数据进行卷积编码以便纠错。卷积编码器111的编码速率是输入数据速率的两倍。例如，对于其速率是每秒9,600比特(bps)的输入数据码元，卷积编码器111输出其速率是19,200bps的数据码元。然后，将编码数据作为输入提供给码元重复器112。码元重复器112依据输入数据的速率重复该码元，以使所得到的码元重复器112的输出的速率变为19,200bps。就是说，对低速的输入数据重复该码元。例如，如果输入数据的速率是9,600bps，将该码元重复两次，如果输入数据的速率是4,800bps，将该码元重复四次，等等。把重复的码元输入到交错器113，交错器113参考预定序列进行交错，以便把可能的突发差错分散成随机差错。
Walsh码发生器122产生用来使该信道与其它业务信道区分开的Walsh码。应指出，具有M个信道容量的发射调制器有M个信道调制器，每个信道调制器有其自己的Walsh码。信道调制器中使用的Walsh码相互正交。为简化起见，在图1的发射调制器中仅示出一个业务信道。
Walsh码组合器121对交错的码元输出和Walsh序列进行″异″运算。Walsh码的码片速率变成CDMA扩展速率。提供扩展数据流作为到由PN码组合单元130，低通滤波器140，模拟信号调制器150，和模拟信号加法器160组成的QPSK调制器的输入。来自信道调制器120的数据流被输入到PN码组合器131和132中的每一个，PN码组合器将该数据流分别与同相和正交信道PN序列相乘。提供两个得到的数据流作为到用于带宽压缩的低通滤波器器140的输入，然后通过两个混频器151和152调制成模拟信号。模拟信号加法器160把混频器151和152的输出相加成一个模拟信号。
IF信号调制器170把模拟信号加法器160的输出信号调制成IF信号。频率上变换器180将IF信号上变换成RF信号，然后由RF发射机190对该RF信号放大，带通滤波，并通过天线系统辐射。
当64个Walsh码用于信道化时，由于仅有一个业务信道可供每个信道调制器使用，在图1的发射调制器中总共有64个信道可供使用。除了导频，同步，和寻呼信道外，可将61个信道用于业务信道。因此，在发射调制器中最多可维持约30个信道以支持良好质量的通信服务(本领域中已知，即使有61个可供使用的业务信道，良好质量服务的信道数量大约仍是30个)。因此，随着用户数量的增加，应分配给每个用户的信道资源减少。结果是，如果把现有的话音信道用于数据通信服务，不可能获得更多的数据信道，以致由于用户支付与现有话音信道相同的费用，使得数据通信的成本增加。这就是为什么很难以较低的费用提供数据通信服务。
本发明的主要目的是通过把业务信道划分成多个较低数据速率的子信道提供在码分多址(CDMA)系统中增加信道数量的方法和装置。
本发明的另一个目的是通过在解调处理中在低数据速率的子信道上获得处理增益提供在CDMA系统中用低功率进行可靠的和长距离通信的方法和装置。
在码分多址(CDMA)发射调制器中，该发射调制器包括：信道编码器，用于利用码元重复对来自声码器的输入信号进行卷积编码，并交错编码信号；信道调制器，用于把来自信道编码器的输出信号与对应于业务信道的正交码组合；一对伪噪声(PN)组合器，各用于将调制的信号与一对预定偏置PN信号中相应的一个信号组合；一对低通滤波器，各用于滤波该对PN组合器的相应输出信号，并整平所得到的信号的功率电平；一对数模转换器，各用于把该对低通滤波器的相应输出信号转换成模拟信号；和模拟信号加法器，用于把该对数模转换器的模拟信号相加，根据本发明的信道增加装置包括：代替所述信道编码器的多个子信道编码器，每个子信道编码器利用码元重复和交错对来自多个子信道中相应的一个子信道的输入数据进行卷积编码，该多个子信道中每一个的数据速率比可由所述信道编码器编码的业务信道的数据速率低；多个子信道调制器，各用于把来自所述多个子信道编码器中相应的一个子信道编码器的输出信号与用于相互区分子信道的相应正交码信号组合，所有子信道容纳在单个业务信道中；子信道加法器，用于将所述多个子信道调制器的输出信号相加，并把相加的信号提供给所述信道调制器。
根据本发明的装置提供下列优点。
首先，由于可将每个业务信道分成多个利用多重调制的低数据速率的子信道，该装置使其能有效地使用信道资源。因此，该装置能提供更多低数据速率的数据信道，并为蜂窝电话预留更多话音信道。
其次，利用低数据速率的子信道的多重调制，相关检测中的处理增益的增加能使低速率的数据发射得更远，并且利用较低的功率比常规技术的发射调制器中更可靠。
第三，在几乎不可能使用CDMA话音信道进行数据发射的环境中，该装置能够低速进行数据发射，并且因此可在很长距离的通信和/或海上救护通信系统中使用。
为提供对本发明的进一步理解，所包括的附图表示本发明的优选实施例，并与该说明一起解释本发明的原理。
在附图中：
图1是CDMA发射调制器的方框图；
图2是装配有根据本发明实施例的装置的CDMA发射调制器的方框图；和
图3是图2所示的子信道加法器的方框图。
下面参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图2示出包括根据本发明实施例的装置的发射调制器的方框图。在发射调制器中，下列构成部件：信道调制器120，PN码组合单元130，低通滤波器140，模拟信号调制器150，模拟信号加法器160，IF信号调制器170，频率上变换器180，和RF发射机190与图1的发射调制器中的那些相同。因此，其在图2上的标号与图1中的那些相同，因而在此省略对其操作的描述。
如图2所示，根据本发明实施例的装置200包括多个子信道编码器210(210-1，210-2，...，210-N，其中N是子信道的数量)，每个子信道编码器的功能与图1的信道编码器110的功能相同，多个子信道调制器220(220-1，220-2，...，220-N)，和子信道加法器230。
利用重复对每个子信道上的输入数据进行卷积编码，然后由该多个子信道编码器中相应的一个编码器交错。应指出，每个输入数据速率小于可由图1的信道编码器110编码的输入数据速率(下文为19.2kbps)除以子信道数量的值。就是说，每个子信道上的输入数据速率低于19.2/N kbps。每个子信道调制器将对应的子信道编码器上以低于19.2/N kbps的速率提供的数据与从正交码组f1至fn选择的19.2kbps速率的相应正交码组合(如果1不等于m，代码f1与代码fm相互正交)。下文中，将该正交码称为子信道正交序列。子信道加法器230将各以19.2kbps速率输入的该多个子信道调制器220的输出相加，并将相加的输出数据提供给信道调制器120。
如图3所示，子信道加法器230包括多个子信道存储器231(231-1，231-2，231-N)，各用于存储来自对应的子信道调制器的子信道数据，和数据处理器232，用于处理多个子信道存储器231中存储的数据。应指出，子信道加法器230能够降低子信道加法器230的输出的能量。具体地说，以19.2kbps的速率把每个子信道调制器的输出输入到子信道加法器230。把19.2kbps的每个输入数据相加增加了子信道加法器230的输出的能量，这将在其它业务信道上引起噪声或串扰。因此，需要降低每个子信道数据的能量。
下面详细描述根据本发明实施例的装置中多重调制的操作。
利用码元重复对每个子信道上的输入数据进行卷积编码，并由多个子信道编码器中相应的一个编码器交错，然后作为输入提供给该多个子信道调制器中相应的一个子信道调制器。应该理解，要求每个子信道的数据速率低于19.2/N kbps，其中N是子信道的数量。例如，如果用于每个子信道调制器的子信道正交序列是64比特长，并以19.2kbps的速率产生，每个子信道的数据速率应低于300bps，以便将1比特的数据码片乘以19.2kbps的64比特长的子信道正交序列(64/19.2kbps＝1/300)。当子信道的数量小于64时，满足每个子信道的数据速率的这一要求。
每个子信道调制器将子信道编码的数据与子信道正交序列，f1，f2，...，fn中相应的一个子信道正交序列相乘，并把调制的子信道数据提供给子信道加法器230。应指出，每个子信道正交序列的比特速率低于Walsh码的比特速率，在信道调制器中使用每个子信道正交序列以区分频率指配(FA)中的业务信道。例如，把19.2kbps的每个子信道正交序列与相应的低速输入数据相乘以便从其它子信道中区分出一个子信道。把与子信道正交序列相乘的所有子信道施加到子信道加法器230。这样，可在每个业务信道内获得低数据速率的多个子信道。
如图3所示，每个子信道调制器的输出存储在对应的子信道存储器231中，然后作为输入提供给子信道数据处理器232，在子信道数据处理器中处理存储的数据以降低其能量等级。在该数据处理中，将0值看作是-1。子信道加法器230的输出需要多于两个等级的代表等级，因为该输出应代表该多个子信道的输出之和。例如，如果子信道的数量是16，子信道加法器230的输出应表示为从-16到+16的32个等级。因此，需要5比特表示信道加法器230的输出等级。
信道调制器120把属于子信道加法器230的单个输出等级的几个比特与定义业务信道的Walsh码组合。由于每个子信道的数据速率低于该子信道所属的业务信道的数据速率M倍(M是整数)，在Walsh码的一个周期期间不改变子信道加法器320的输出。因此，可在每个业务信道内形成该多个子信道。另外，由于子信道的数据信号通过子信道正交序列再次经受相关处理(利用Walsh码通过相关处理检测该数据信号的能量)，因此增加了接收信号增益。
PN码组合单元130把调制每个子信道数据的信道调制器120的输出与一对PN码中的每一个组合。利用预设偏置相位产生该对PN码，以便相互区分使用相同频率指配的多个蜂窝位置或扇区。该PN码扩展表示所有子信道数据的混频值的数个比特。
此后，把PN码组合单元130的输出作为输入提供给低通滤波器140，低通滤波器利用一对数字FIR滤波器对该输出滤波并整平该输出，以使低通滤波器140的输出在该频率指配中具有平坦的功率电平。应指出，用一对数字FIR滤波器同时处理属于一个业务信道的该多个子信道。
由包括一对数字模拟转换器和一对混频器的模拟信号调制器150把低通滤波器140的数字信号调制成模拟信号，然后提供给模拟信号加法器160。模拟信号加法器160把该模拟信号加成一个模拟信号，并把得到的模拟信号输入到IF信号调制器170。如果发生因所有业务信道的信号相加造成模拟信号加法器150的输出能量较高，模拟信号加法器150把输出信号的能量降低到适当的能量等级。
从模拟信号加法器150接收该输出信号，IF信号调制器170利用QPSK调制产生调制信号。在QPSK调制的情况下，在PN码组合单元130中使用同相和正交相位PN序列，在模拟信号调制器150的该对混频器中使用正弦和余弦函数。
频率上变换器180把IF信号上变换成RF信号。RF放大器(未示出)放大该RF信号，然后对其进行带通滤波，并通过天线系统(未示出)辐射。
仅为说明和解释本发明优选实施例的目的而提供了上面的描述，在不脱离本发明精神和范围的情况下可做出改变、变更、和改进。

Claims (8)

1.在码分多址发射调制器中，该发射调制器包括：信道编码器，用于利用码元重复对来自声码器的输入信号进行卷积编码，并交错编码信号；信道调制器，用于把来自所述信道编码器的输出信号与用于相互区分业务信道的正交码信号组合；一对伪噪声(PN)组合器，各用于将所述信道调制器的输出信号与一对具有预定相位偏置的PN信号中相应的一个信号组合；一对低通滤波器，各用于对所述多个PN组合器的相应输出信号滤波，并整平该输出信号的功率电平；和模拟信号调制器，用于把所述低通滤波器对的输出信号转换成RF信号，一种用于在一个业务信道内获得多个子信道的装置，包括：
代替所述信道编码器的多个子信道编码器，每个子信道编码器利用码元重复和交错对来自多个子信道中相应的一个子信道的输入数据进行卷积编码，该多个子信道中每一个的数据速率低于可由所述信道编码器编码的业务信道的数据速率；
多个子信道调制器，每个子信道调制器用于把来自所述多个子信道编码器中相应的一个子信道编码器的输出信号与用于相互区分子信道的相应正交码信号组合，所有子信道容纳在单个业务信道中；和
子信道加法器，将所述多个子信道调制器的输出信号相加，并把相加的信号提供给所述信道调制器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中该多个子信道中每一个子信道的数据速率比输入到所述信道编码器的输入信号的预定数据速率低N倍，N是所述子信道编码器的数量。
3.根据权利要求1所述的装置，其中定义子信道的所述正交码信号的数据速率等于输入到所述信道调制器的输入信号的预定数据速率。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述子信道加法器包括：
多个存储装置，每个存储装置用于存储来自所述多个子信道调制器中相应的一个子信道调制器的子信道信号；和
数据处理装置，用于读取并处理所述多个存储装置中存储的子信道信号。
5.根据权利要求1或4所述的装置，其中所述子信道加法器降低每个或所有该多个子信道的数据能量。
6.一种在码分多址发射调制器中在一个业务信道内获得多个信道的方法，包括步骤：
(a)利用卷积编码、码元重复，和交错独立地对多个输入信号进行编码；
(b)将多个编码信号中的每一个与用于相互区分子信道的第一相应正交码信号相乘，以便提供多个得到的子信道化的输入信号；
(c)把该多个子信道化的输入信号混频成得到的组合信号；
(d)将组合信号与用于相互区分业务信道的第二正交码信号相乘，以便提供得到的信道化的信号；
(e)将信道化的信号与预定相位偏置的PN码相乘，以便提供PN码调制信号；
(f)对PN码调制信号滤波并整平该频带中的功率电平；和
(g)把滤波后的信号转换成射频信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其中输入信号的数据速率比为得到的组合信号定义的数据速率低N倍，N是所述多个输入数据的数量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中第一正交码信号的比特速率等于为得到的组合信号定义的数据速率。
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