CN1164785A - 频谱扩展通信系统 - Google Patents

Abstract

一种频谱扩展通信系统，其中，用于给每一个移动台发送控制信息的一个控制信道和发送信息的通信信道由不同的同步码所扩展。而且，同步码被周期性地以一个符号长度插入到一个信号中且该信号沿重叠信道传送。在多个基站侧设备中，同步码和它的发送周期是相等的，而发送定时是异步的和独立的。在移动台侧设备中的同步相关器利用同步码获得在同步码发送周期中的整个基片相位的相关值，并把以最大相关峰值位置发送同步码的一个基站确定为最为靠近的一个基站，并进一步从该峰值位置提取符号定时。

Description

频谱扩展通信系统

本发明涉及使用在数字车载电话系统、数字蜂窝电话系统、个人通信服务(PCS)系统中的频谱扩展通信系统。

频谱扩展通信系统是一个这样的通信系统，其中将所要发送的信息扩展到比发送这些信息所需的最小带宽要宽得多的一个带宽当中。而且，这样的一个系统是具有通话保密性、官方保密性和无干扰的通信系统。一个直接频谱扩展(DS)的系统是一个将信息用扩展码直接进行复用的频谱扩展通信系统。

在一个象车载电话、蜂窝电话的蜂窝式无线通信系统中，FDMA(频分多址)系统、TDMA(时分多址)系统等被称之为多维的接入技术，同时有多个站利用同一个频率区进行彼此之间的通信。利用频谱扩展通信系统的CDMA(码分多址)系统的优势在于，与其它的技术相比所具有的频率使用的高效率，以及能够容纳更多的用户。

在CDMA系统中，能够有效地使用具有更高正交性的码来作为扩展码而增加其容量。但是，被认为具有高的正交性的沃尔士(Walsh)码和正交的戈德(Gold)码却在其数量上受限于相同的码长度数量。因此，为了保证分配给用户的扩展码的数目，美国专利5103459公开了一种技术，将其周期等于信息的符号长度的短码与其周期大于前者的长码相组合。在这种情况中，在一个基站使用的长码是在正向链路中的一个码，不同的长码分配给不同的基站。因此，能够保持在在同一个小区中的整个用户的正交性，并且由于在任何其它的小区中信号是以不同的长码扩展的，因此该信号变成噪声从而抑制了干扰。在使用这种长码的一个系统中，移动台需要获得并保持长码同步，以保持处在通信中。

在这种蜂窝系统中，当接通移动台的电源时，当在移动台和基站之间的通信被中断时，或当伴随着其在通信中的位置改变，该移动台执行一个移交(handover)，以便指定一个所要切换到的基站以进行基站的改变时，该移动台就必须说明哪一个基站目前与之最接近并处于具有的最佳的通信条件。这被称之为一个呼叫范围的确定。

在使用CDMA系统的蜂窝系统中，美国专利公开了一种传统的方法，执行长码同步和呼叫范围的确定，其中所有的基站利用相同长码偏移导频信道的扩展，并进行该偏移的导频信道的发送，以便不与扩展码的相位(定时)一致，而且，该移动台相关地检测所接收的导频信道的扩展码的整个相位，以便指定具有在最高相关值的相位的一个基站作为最为接近的一个基站。但是，这就要求在本系统中已经获得各基站之间的同步，并且需要在所有的基站进行作为基准的定时的分配。而且，可选择的长码的相位是受限制的，并且当基站的数目增加时，考虑到周围各基站的长码的偏移值的原因，对于新近设立的基站的偏移必须作选择，以便避免重叠，并且有必要进行安装的设计。因此，从增加话务量等方面来看，这种系统并不适于其中并不需要安装设计且其中的新基站的安装能够灵活处理的小区间非同步系统。

由于上述的传统的系统是采用叠加在任何其它的用户信道上的导频信道进行初始的同步的，所以，当检测到导频信道的相关性时，就需要更长的积分时间以便不仅抑制来自其它用户的干扰成分并且增加该相关值的可靠性。因此，初始同步需要的时间增加。虽然有可能通过增加导频信道的功率来试图缩短进行初始同步所需要时间，但是该导频信道会经常的与其它的信道相干扰，并因此使得通信的质量变差。

本发明的目的是提供一种频谱扩展通信系统，其中的移动台快速地获得初始的同步并进行呼叫范围的确定，以便使得即使是在不需要小区间同步的CDMA系统中也能获得长码的同步。

根据本发明的一种频谱扩展通信系统包括：具有利用直接扩展CDMA(码分多址)方法作为多维接入方法的通信装置的多个基站和多个移动台，该基站具有同步码发送装置，用于以一个特定的扩展码周期性地发送一个同步码，该扩展码的长度是作为同步码的发送符号长度的整数倍，该移动台具有通过检测同步码的相关而获得基站的符号同步的装置。

根据本发明，由于同步码的发送部分不被发送到其它的信道，因此没有出现在小区中的对于同步码的干扰，并且当移动台检测到相关性时，就能缩短积分的时间，其效果是可以快速地获得符号同步。由于防止了任何其它的信道对于同步码的干扰，所以可以增加发送功率，在效果上同样是使之可能快速获得符号同步。

在附图中：

图1是根据本发明的第1、2、3和4实施例的一个频谱扩展通信系统的架构的框图；

图2是根据本发明的的实施例的在正向链路中的信道安排的示意图；

图3是根据本发明的第一实施例的一个基站的发送波形图；

图4是根据本发明的第一实施例的一个移动台的接收信号的同步码的相关输出的波形图；

图5是根据本发明的第一实施例的多径的示意图；

图6是根据本发明的第一实施例的在传播的多径中的相关输出的波形图；

图7是根据本发明的第二实施例的表示确定呼叫范围的基站和移动台的安排的示意图；

图8是利用在图7示出的移动台的接收信号的同步码的相关输出的波形图；

图9是根据本发明的第四实施例的在基站处的基带处理单元的方框图；

图10是根据本发明的第四实施例的在基站处的接收基带处理单元的方框图。

下面参考附图描述本发明的最佳实施例。

图1是作为本发明第一实施例的频谱扩展通信系统的构造的示意图。在图1中，示出了基站侧设备1和移动台侧设备2。由于基站同时保持着与在蜂窝系统中的多个移动台的通信联系，所以，基站侧设备1带有多个与基站所能够通信的移动台的最大数目相对应的基站处理单元3。而且，还示出了将被发送到移动台的发送数据4。当这些数据输入到基站处理单元3时，进行编码、帧组合(frame assembling)和利用对于每一个移动台各不相同的扩展码进行扩展处理，并将产生的结果输入到加法器5。加法器5将来自多个基站处理单元3的输出相加，并将相加的结果输入到开关7。而且，标号6表示用于将一个同步码提供到开关7的同步码产生器6。开关7改变加法器5的输出到同步码产生器6的输出，并且反过来将它的这些输出之一提供到一个发送RF(射频)单元8。发送RF单元8将所输入的信号进行调制、频率转换和放大，并将产生的结果从天线9发送到无线传播路径。在接收时，天线9从多个移动台接收叠加在该无线传播路径中的信号，并将该信号提供到接收RF单元10。接收RF单元10对于已收到的叠加的信号进行频率转换、AGC(自动增益控制)处理和解调，并将结果提供到多个基站处理单元3。每一个基站处理单元3通过利用针对每一个移动台各不相同的扩展码执行相关处理，从接收RF单元10的输出中选择编址到自身的信号，并进一步对于该信号进行检测、RAKE合成和解码，以便获得接收数据11。

另一方面，移动台侧设备2带有发送基带单元13，用于对发送数据12进行编码和帧组合，并利用对每一个移动台各不相同的扩展码作扩展处理，并将结果输入到发送RF单元14。该发送RF单元14对于输入进行调制、频率转换和放大，并将结果从一个天线15发送到无线传播路径。在接收的同时，天线15从基站接收信号，并将信号提供到接收RF单元16。接收RF单元16将叠加的零化的已接收信号进行频率转换、AGC处理和解调，并将产生的结果提供到一个同步相关器17和一个接收基带处理单元18。利用一个同步码或编址到自身的扩展码，同步相关器17检测在所接收的信号的整个基片相位(chip phase)的相关值，并将检测的结果提供到一个同步电路19，一个延迟包络检测电路20和一个相位估计电路21。同步电路19检测来自输入端的接收信号的符号定时，并将检测的结果提供到接收基带处理单元18。延迟包络检测电路20检测来自输入端的无线电传播路径的延迟包络。而且，相位估计电路21检测来自接收信号的延迟包络的每一个延迟波成分的载波的相位角，并将检测的结果提供到接收基带处理单元18。通过利用来自接收RF单元16的对于每一个移动台各不相同的扩展码而执行相关处理，接收基带处理单元18分离出在延迟波成分基础上的编址到自身的信号，并利用分离的结果和来自相位估计电路21的输出进行波检测，并且不仅是进行RAKE合成以便进行延迟波成分的合成，而且进行解码，以便获得接收数据22。

随后给出当上述的装置开始所要求的初始同步时的操作。如图2所示，通过切换在基站侧设备1中的开关7，用于发送控制信息的一个控制信道23和用于发送信息到每一个移动台的一个通信信道24由不同的扩展码所扩展，并且这些扩展的结果被叠加。而且，具有一个符号的长度的一个同步码25被周期地插入到发送信号中。在图2示出的例子中，控制信道23和通信信道24的扩展码的每一个包括共同的长码和加到该长码的不同的短码，而同步码25采用的是这些短码之一。因此，如图3所示，叠加信号的时间波形在一个同步码的发送部分中具有一个恒定的幅度，而在不是同步码发送部分的部分中具有一个随机的幅度，因为彼此不同的扩展码的信道相叠加。

当移动台侧设备2获得了对于前面提到的信号的初始同步时，同步相关器17检测相对于同步码的整个基片相位的相关值。一个匹配的滤波器、一个滑动的相关器或类似物被用作同步相关器17。当接收信号的基片相位与进行相关性检测的扩展码的相位符合的时候，该相关值达到最大。所以，如图4所示，在每一个同步码发送周期中，在同步相关器17的输出中出现一个尖锐的自相关峰26。任何由于其它的信道的相关的干扰都不会在多径环境中出现，因为在一个小区中没有其它的信道存在于同步码的发送部分中。因此，从提取定时的角度来看，能够获得对应于一个符号的高度可靠的相关值。由于同步码被防止受到其它信道的干扰，因此通过设置同步码的发送功率大于每一个其它的信道的功率，还能够进一步提高可靠性。当考虑到在同步码发送部分中的其它的小区的干扰时，同步码的发送功率可以被增加高至在同步码发送部分之外的其它的信道的功率之和。可是，为了减小另外小区的干扰到最小程度，最好是将同步码的发送功率抑制到确保能够可靠地提取与一个符号的相关的定时的最低的电平。同步电路19将出现相关器输出出现峰值的位置视为符号的定时，以便获得并保持符号的同步，并将该符号的定时提供到接收基带处理单元18。接收基带处理单元18利用来自同步电路19的符号定时，以接收所采用的信道的扩展所用的扩展码，来执行相关处理。为了保持该同步，不仅是同步码而且是扩展码的相关值，都被用于在任何不属于同步码发送部分的其它部分中接收的信道的扩展。在此情况中，通过对相关值进行在每一个基片相位中的多个符号的积分，来保证可靠性，因为每一个符号的相关峰值的功率是一个小值，而且存在此小区内的干扰。

随后来描述数据被解码时的移动台的操作。如图5所示，一个移动通信的环境是这样的，由于折射和反射等的存在而产生发送的多径。在直接的扩展CDMA中，由于构成多脉冲的每一个延迟波成分27具有不同的延迟时间，所以表现为该峰通过扩展码的相关处理如图6所示具有对应于其功率的一个峰值。在该CDMA中，信号对干扰功率的比值通过对于如此分离的延迟波成分进行合成而提高，并且实现对于不依赖于延迟波而涨落的衰落的分集接收，从而改善了通信的质量。这就叫做RAKE合成。延迟包络检测电路20检测相对于同步相关器17的输出的该延迟波的位置和大小，并将检测的结果送到接收基带处理单元18。即使在此情况中，通过采用同步码的相关值仍然可能实现精确的延迟包络的检测。作为相关值，不仅是同步码而且是用于在除同步码发送部分外的任何部分中的接收的信道的扩展的扩展码的相关值被使用。

当一个相位调制系统和同步检测系统被分别用作调制和检测系统时，要求接收方获得每一个延迟波的绝对相位，因为以一个延迟波为基础的载波的旋转的相位角保持是独立的。相对于同步相关器17的输出，相位估计电路21估计每一个延迟波的相位角。由于同步码的极性被固定，通过获得同步码部分的相位角就可能精确地估计相位。

接收基带处理单元18使用来自延迟包络检测电路20的每一个延迟波的定时，以便以延迟波为基础进行相关处理，并利用从相位估计电路21提供的每一个延迟波的相位角进行同步检测，并在同步检测之后借助对于相关值的合成作RAKE合成。

如上所述，根据本发明的第一个实施例，通过将具有一个符号长度的同步码周期性地插入到发送信号中，移动台使用该同步码的相关值，从而能够以高速度实现符号的同步。而且，可能实现包络检测的精确的延迟和精确的相位估计。

除去处理方法与第一实施例不同之外，作为本发明的第二实施例的频谱扩展通信系统与图1示出的第一实施例相似。根据本发明的这一实施例，多个基站采用相同的扩展码作为具有相同的同步码发送周期的同步码，同步码的发送定时在每一个基站被独立地异步。

现描述图7所示的在这样的环境中当功率提供到移动台PS时的操作。在同步码的发送周期中，同步相关器17获得了相对于整个基片相位的同步码的相关值，并将结果送到同步电路19。由于同步码和整个基站的同步码的发送周期是相同的，所以，在同步码的发送周期中，从来自靠近移动台PS的基站(BSA，BSB，BSC，BSD，BSE，BSF)的同步码产生的一个自动相关峰值出现在相关器的输出，如图8所示。由于每一个基站的同步码的发送定时是独立的，所以，如果同步码的发送周期被设置得大到一定的程度，从在同一个基片(chip)中的任何两个基站的不同种类的同步码发送定时彼此相符合，即任何两个基站的自动相关的峰值相重叠的可能性的角度来看，该周期就可被忽略。在图8示出的情况中，从最接近移动台PS的基站BSC接收的功率变为最大。因此，同步电路19检测到在以自动相关的峰值中最高的一个峰的定时处发送同步码的基站BSC是最接近的基站。随后，象在本发明的第一实施例那样，同步电路19利用在此峰值的定时作为符号定时执行符号同步。

如上所述，根据本发明的第二实施例，所有的基站的同步码和同步码的发送周期被定成是相同的，而且整个基站的同步码的发送定时被定成独立地异步。因此，在一个移动台的同步码发送周期中，有可能通过对于相关值的最高峰值的选择迅速地执行呼叫范围的确定。而且，即使是在定时同步是在各基站当中进行的系统中，也能够将各同步码发送部分设置成在彼此靠近基站的发送部分不相重叠，从而获得相同的效果。

除去处理方法与第一实施例的不同之外，作为本发明的第三实施例的频谱扩展通信系统与图1示出的第一实施例相似。基站的正向发送链路的信道的构造与图2所示的情况相似。在根据本实施例的所有的基站中，相同的扩展码被用作具有相同的码的发送周期的一个同步码，并且在每一个基站的同步码的发送定时是异步的。而且，作为由基站的发送所使用的长码，一个基站只使用一种长码进行发送，不同的长码被分配到彼此靠近的基站。而且，长码的长度与同步码的发送周期相吻合，长码的前端与同步码的发送位置相一致。而且，所有种类的分配给基站的控制信道的长码和短码都是已知的。

利用上述的构置，由于该在将功率加到一个移动台时作出关于呼叫范围的确定的方法和符号同步的方法与第二个实施例相似，所以描述的只是在获得符号同步之后当要求获得长码同步时和当图2的控制信道23中的数据被接收时的操作。

长码的长度和前端的位置分别地对应于同步码的发送周期和同步码的发送位置。所以，当符号同步被获得时，移动台已经是具有长码定时。因此，如果在基站使用的长码的种类指定，就完成了长码的获取。在移动台中的同步电路19，通过利用从同步码的相关值获得的定时，得到从控制信道的短码和分配给基站的整个的长码的相加所得的一个码的相关值。随后，同步电路19确定具有最大相关值的一个长码作为在基站使用的长码，并进一步将如此确定的长码通知到接收基带处理单元18。利用如此获得的长码，随后接收基带处理单元18通过执行相关处理、检测、RAKE合成和解码而获得接收数据。

如上所述，在该第三实施例中，一种长码由一个基站用作该基站进行发送的长码，不同类型长码被分配给彼此相互靠近的不同的基站。而且，长码的长度与同步码的发送周期相吻合，长码的前端与同步码的发送位置相一致。而且，所有种类的分配给基站的控制信道的长码和短码都是已知的。分配到基站的整个长码的相关检测是通过利用同步码的发送周期和通过利用同步码的相关检测所得的定时而实现的。具有最大的相关值的长码被确定为基站的长码，以便获得长码的同步，因此，即使是在小区之间的非同步系统中也能获得长码的同步，而不需要任何安装设计。而且，即使是在小区间同步系统中，同样可能实现长码的同步，以便执行小区之间的定时同步。

除去在正向链路中使用不同于第一实施例的一个通信信道的方法之外，作为本发明的第四实施例的频谱扩展通信系统与图1示出的第一实施例相似。图9示出了在图1中示出的基站侧设备1的基站处理处理单元3的结构，而图10示出在图1中的移动台侧设备2的接收基带处理单元18的结构。如图9所示，基站处理单元3具有一个发送基带单元28和接收基带处理单元29。在发送基带单元28中，发送数据30在卷积编码器31中被卷积编码成一个误差校正码，在一个交织电路32中重排数据串的时间排列，并利用由扩散器33所分配的扩展码执行扩展处理，以便将数据送到图1的加法器5。另一方面，接收基带处理单元29接收来自接收RF单元10的接收信号并输出接收数据35。

在移动台侧设备2的接收基带处理单元18中，如图10所示，利用和使用在基站侧设备1中的扩散器33中的相同的扩展码，相关器37对从接收RF单元16接收的信号36作相关处理。而且，一个去交织电路38恢复在基站侧设备1的交织电路32中重排的数据的时间次序的原始状况。一个缩减的维特比解码器39解码卷积的码，以便获得接收数据40。

根据上述的构置，由于获取初始同步的操作与本发明的第一实施例相同，其描述将针对在初始的同步的获得之后的在正向链路中的信息的发送和接收的方法进行。利用卷积编码器31，将冗余码加到发送数据30。如图2所示，原始要发送的数据不是在同步码发送部分传送，因为该同步码是通过切换原本要利用图1的开关7进行发送的数据而被发送的。因此，卷积码的冗余码被减少了同步码发送符号的数目，但是，这可以被认为是一个缩减的卷积码。缩减的码通常被用于调节在对于误差校正码进行编码之前和之后的数据的数目(编码比率)，这将通过在原始编码之后从数据去除适当数目的冗余序列来实现。虽然通过上述的处理对于冗余的缩减要取决于同步码的发送周期和同步码部分，但是在同步码部分中大约为1-6个符号，而且通过设置同步码的发送周期即长码周期设置得足够地大，几乎可以将该缩减忽略。

来自接收RF单元16的接收信号36的同步码部分被送到该移动台的接收基带处理单元18的缩减维特比解码器39。因此，执行不采用在同步码部分中的已接收信号进行缩减维特比解码，以便解码已接收的数据。

当从基站发送到每一个移动台的数据是帧结构时，由于同步码部分是随着基站而不同，随着移动位置的改变，通过基站从一个到另一个的切换而实现移交，以随随着在小区间异步系统中的基站的每一次的切换而切换在同步码部分的帧中的相对位置。前述的情况的处理可以是十分简单地只改变在缩减维特比解码器39中的不被用作接收信号的一个部分来实现。所以，解码处理可以在不增加复杂性的情况下执行。

如上所述，根据本发明的第四实施例，基站带有对于发送到多个移动台的信息进行误差校正编码的装置和通过复原已经经历误差校正编码的数据的部分而发送同步码的装置，而移动台带有实现缩减解码的装置，它不采用对应于同步码发送部分的已接收数据，用于对于已接收的误差校正码进行解码。所以，从基站发送到每一个移动台的数据是帧结构的数据，并且即使是当移动台之间的帧定时是独立的，和当相对于同步码的帧的相对位置随着移动台而不同，该解码处理也能够在不增加复杂性的条件下执行。

如上所述，同步码被周期性地发送，且使同步码的发送周期和长码的同步被均等化(equalized)，进而同步码的发送位置和长码的前端彼此相一致。移动台获得对于同步码发送周期中的总体的相位的相关值，以便通过使得呼叫范围确定和出自相位的符号同步具有最大的相关值来获得长码的同步，从而快速地实现符号同步和呼叫范围的确定。即使是在其中需要安装设计和利用长码同步进行小区识别的小区间非同步系统中，也能够获得长码的同步。

Claims (10)

1.一种频谱扩展通信系统，包括：具有利用直接扩展CDMA(码分多址)方法作为多维接入方法的通信装置的多个基站和多个移动台，所述基站具有同步码发送装置，用于以一个特定扩展码周期性地发送一个同步码，该扩展码的长度是作为同步码的发送符号长度的整数倍，所述移动台具有通过检测同步码的相关性而获得基站的符号同步的装置。

2.根据权利要求1的频谱扩展通信系统，其中所有的所述基站的同步码的种类和发送频率被均等化，而且每一个基站以独立的定时发送所述同步码；和

所说的移动台在同步码的发送的整个相位上检测同步码的相关性，以便确定发送具有最高相位的相关值的同步码的最接近的基站。

3.根据权利要求1的频谱扩展通信系统，其中所说的所有基站的同步码的种类和发送频率被均等化，并且同步码的发送部分被防止在相邻的基站被重叠；以及

其中所说的移动台在同步码的发送的整个相位上检测同步码的相关性，以便确定发送具有最高相位的相关值的同步码的最接近的基站。

4.根据权利要求1的频谱扩展通信系统，其中所述基站采用其符号长度等于码长度的一个短码和其周期比该短码周期要长的一个长码的组合来作为使用在用于发送信息和控制信号到移动台的信道中的扩展码，该同步码的发送周期等于所述长码的发送周期，该同步码与长码的前端相一致；以及

其中所说的移动台使用同步码发送周期和通过检测同步码的相关性而获得的定时，以便获得长码同步。

5.根据权利要求4的频谱扩展通信系统，其中所有基站的同步码的种类和发送频率被均等化，一个不同于分配给相邻基站的长码的长码被分配到一个基站；以及

其中所说的移动台在同步码的发送的整个相位上检测同步码的相关性，以便确定发送具有最高相位的相关值的同步码的最接近的基站，使用该同步码发送周期和通过检测所述同步码的相关性而获得的定时来检测分配到该基站的整个长码的相关性，并通过将具有最大相关值的一个长码确定为最靠近的基站的长码来获得长码同步。

6.根据权利要求4的频谱扩展通信系统，其中所说的所有基站的同步码的种类和发送频率被均等化，并且同步码的发送部分被防止在相邻的基站被重叠；和

所说的移动台在同步码的发送的整个相位上检测同步码的相关性，以便确定发送具有最高相位的相关值的同步码的最接近的基站，使用该同步码发送周期和通过检测所述同步码的相关性而获得的定时来检测分配到该基站的整个长码的相关性，并通过将具有最大相关值的一个长码确定为最靠近的基站的长码来获得长码同步。

7.根据权利要求1的频谱扩展通信系统，其中所说的移动台具有用于通过检测在同步码中的整个基片相位的相关值来获得在所说的移动台和所说的基站之间的传播路径的延迟的包络的装置。

8.根据权利要求1的频谱扩展通信系统，其中所说的移动台包括用于通过利用同步码的相关性的检测结果对于已接收信号的传播路径的相位角进行检测的装置。

9.根据权利要求4的频谱扩展通信系统，其中所说的基站具有对于传送到所述多个基站的信息进行误差校正编码的装置和用于以在误差校正编码之后的数据部分重排和发送同步码的装置；和

所说的移动台具有用于解码已接收的误差校正编码的装置。

10.根据权利要求9的频谱扩展通信系统，其中所说的移动台不使用对应于用于解码的同步码发送部分的接收数据进行缩减的解码。

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